【硬件-笔试面试题】硬件/电子工程师，笔试面试题-39，（知识点：单相桥式整流电路，输出电压计算，电流计算，二极管最大反向电压）
目录
1、题目
2、解答
步骤一：明确单相桥式整流电容滤波电路输出电压的计算
步骤二：计算输出电压的范围
步骤三：结合选项分析
3、相关知识点
一、电路组成
二、工作原理
三、电压电流计算
1、输出电压平均值\(U_O\)：即\(U_O\approx1.2U_2\)
2、输出电流平均值\(I_O\)：即\(I_O=\frac{U_O}{R_L}\)。
3、二极管的平均电流\(I_D\)：即\(I_D=\frac{1}{2}I_O\)。
4、二极管的最大反向电压\(U_{RM}\)：即\(U_{RM}=U_{2m}=\sqrt{2}U_2\)。
四、特点
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【硬件-笔试面试题】硬件/电子工程师，笔试面试题-39，（知识点：单相桥式整流电路，输出电压计算，电流计算，二极管最大反向电压）
1、题目
2、解答
本题可根据单相桥式整流电容滤波电路输出电压的计算公式进行分析解答。
步骤一：明确单相桥式整流电容滤波电路输出电压的计算
在单相桥式整流电容滤波电路中，当滤波电容足够大且负载电流较小时，
输出电压的平均值\(U_O\)约为变压器副边电压有效值\(U_2\)的\(1.2\)倍，即\(U_O\approx1.2U_2\)；
当负载电流较大（即滤波效果较差）时，输出电压的平均值\(U_O\)约为变压器副边电压有效值\(U_2\)的\(0.9\)倍，即\(U_O\approx0.9U_2\)。
步骤二：计算输出电压的范围
已知变压器副边电压有效值\(U_2 = 10V\)，则输出电压平均值的范围为： \(0.9\times10V\leq U_O\leq1.2\times10V\)，即\(9V\leq U_O\leq12V\)。
步骤三：结合选项分析
- 选项 A：\(4.5V\)不在9V到12V范围内，不符合要求。
- 选项 B：9V是下限值，在实际情况中，当负载电流较大时可能接近该值，但不是最可能的数值。
- 选项 C：12V是上限值，在滤波电容足够大且负载电流较小时，输出电压接近该值，是比较可能的数值。
- 选项 D：14V超过了\(1.2U_2\)的范围，不符合要求。
综上，答案是C。
3、相关知识点
单相桥式整流电路是一种常用的整流电路，用于将交流电压转换为单向脉动的直流电压。以下从其工作原理、电路组成、电压电流计算等方面进行详细讲解：
一、电路组成
单相桥式整流电路由四个二极管（\(D_1\)、\(D_2\)、\(D_3\)、\(D_4\)）组成桥形结构，变压器副边绕组和负载\(R_L\)分别接在桥的两个对角线上。其中，变压器用于将电网电压变换为合适的交流电压，二极管利用其单向导电性实现整流功能。
二、工作原理
- 正半周：当变压器副边电压\(u_2\)为正半周时，二极管\(D_1\)、\(D_3\)导通，\(D_2\)、\(D_4\)截止。电流从变压器副边绕组的上端流出，经过\(D_1\)、负载\(R_L\)、\(D_3\)回到变压器副边绕组的下端，在负载\(R_L\)上形成上正下负的电压。
- 负半周：当变压器副边电压\(u_2\)为负半周时，二极管\(D_2\)、\(D_4\)导通，\(D_1\)、\(D_3\)截止。电流从变压器副边绕组的下端流出，经过\(D_2\)、负载\(R_L\)、\(D_4\)回到变压器副边绕组的上端，在负载\(R_L\)上仍然形成上正下负的电压。 这样，在交流电压的一个周期内，负载\(R_L\)上得到了单向脉动的直流电压。
三、电压电流计算
-
1、输出电压平均值\(U_O\)：即\(U_O\approx0.9U_2\)
- 无滤波电容（纯电阻负载）：在单相桥式整流电路中，当没有滤波电容时，输出电压的平均值\(U_O\)约为变压器副边电压有效值\(U_2\)的\(0.9\)倍，即\(U_O\approx0.9U_2\)。
- 有滤波电容（电容滤波）：当接有滤波电容时，输出电压的平均值\(U_O\)与负载电流的大小有关：
- 当负载电流较小时（即滤波电容足够大，放电时间常数较大），输出电压的平均值\(U_O\)约为变压器副边电压有效值\(U_2\)的\(1.2\)倍，即\(U_O\approx1.2U_2\)。
- 当负载电流较大时（即滤波电容的放电时间常数较小），输出电压的平均值\(U_O\)接近纯电阻负载时的输出电压，约为\(0.9U_2\)。
-
2、输出电流平均值\(I_O\)：即\(I_O=\frac{U_O}{R_L}\)。
- 输出电流平均值\(I_O\)等于输出电压平均值\(U_O\)除以负载电阻\(R_L\)，即\(I_O=\frac{U_O}{R_L}\)。
-
3、二极管的平均电流\(I_D\)：即\(I_D=\frac{1}{2}I_O\)。
- 在单相桥式整流电路中，每个二极管在半个周期内导通，因此二极管的平均电流\(I_D\)为输出电流平均值\(I_O\)的一半，即\(I_D=\frac{1}{2}I_O\)。
-
4、二极管的最大反向电压\(U_{RM}\)：即\(U_{RM}=U_{2m}=\sqrt{2}U_2\)。
- 二极管截止时所承受的最大反向电压等于变压器副边电压的最大值\(U_{2m}\)，即\(U_{RM}=U_{2m}=\sqrt{2}U_2\)。
四、特点
- 优点
- 输出电压的平均值较高，约为\(0.9U_2\)（无滤波电容）或\(1.2U_2\)（有滤波电容）。
- 输出电压的脉动程度较小，经过电容滤波后更加平滑。
- 变压器副边绕组中没有直流分量，提高了变压器的利用率。
- 缺点
- 电路中使用了四个二极管，增加了元件的数量和成本。
- 二极管的正向压降会导致输出电压略有降低。
通过对单相桥式整流电路的学习和理解，可以掌握其工作原理和性能特点，为分析和设计直流电源电路提供基础。
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