交流變直流電路設計

馮夢宇 馮遵光

摘要： 物理是高中課堂的必修課程之一，為提高該課程的學習效率。本文專門針對高中物理教學之中的交流變直流電路設計以課題研究的形式進行了研究和探討，在此過程中就如何提高該專項的學習進行了總結、分析以及策略的提出，希望為促進高中生的物理學習提供積極有價值的案例參考。

關鍵詞： 交流變直流；電路設計

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B 文章編號：1672-1578（2016）09-0291-02

電對于我們來說，通常是無色無味并且無法看見和聽見的，只有通過專門的儀器才能探測到它的存在。在現代的工業、農業的生產中及人類的日常生活中，交流電被大量的使用著，這是由于在生產、輸送及使用等方面交流電具有特別的優勢和重大的經濟價值。而直流電則被廣泛的應用在電解，電鍍，各種電子儀器，以及電子產品等方面。那么交流電是如何變成直流電的呢？利用交流變直流怎樣設計出相應的電子產品呢？下面我將進行分析和探討。

1.設計思路

一般而言，交流電（AC）主要指的是方向和大小會隨著時間而作出周期性改變的電流。而直流電（DC）則指的是方向和大小均不會隨時間發生變化的電流。

通常來說，交流電變直流電主要經過整流、濾波、穩壓三個步驟。實現交流電的整流，一般情況下的整流裝置均是通過晶體二極管的性能——單向導電來進行整流。而且在任何情況下，該電路設計中的整流器都只能一個方向導電。整流通常有橋式整流、全波整流、半波整流等幾種形式。

另外，整流電路在電路設計中的作用主要是通過利用單向整流原件，使具有正負交替變化的正弦交流電壓整流成單方向的脈動電壓。然而，這種單向的脈動電壓往往包含著的脈動成分很大，與理想的直流電壓距離很遠。本文中我們采用橋式整流電路來實現我們的設計需要。

2.設計案例：實現220V交流電變5V直流電的電源電路設計

2.1 電路實現功能。該電路輸入的是家用220V的交流電，經過全橋整流的方式，穩壓后輸出5V直流電。

2.2 特點。輸出電壓比較穩定，具有方便與實用的特點，最大的輸出電流是1A，可以帶動一定的負載。

2.3 電路工作的原理。當變壓器的輸入端經過一個保險連接到電源插頭后，若變壓器或是后面的電路有短路的情況發生，保險內的金屬絲會因大電流帶來的高溫產生溶化后斷開。 變壓器的后面有4個二極管共同組成為一個橋式的整流電路，整流后得到一個電壓波動較大的直流電源，因此，在這里接了一個數值330uF/25V的電解電容。在變壓器的輸出端有9V的電壓，它經過橋式整流和電容濾波后，在電容C1的兩端大約會產生比11V多一些的電壓，如果從該電容的兩端接一個負載，當負載發生變化或是交流電源發生少許的波動都將導致C1兩端的電壓產生程度較大的變化，所以想要得到一個穩定性較高的電壓，在這里可以接一個三端的穩壓器元件。所謂的三端穩壓器指的是一種集成電路元件，內部是由一些電阻和三極管構成，在對電路進行分析時可簡單將它認作是一個能自動進行調節的電阻元件，當負載電流變大時在三端穩壓器內的電阻會自動的變小，而當負載電流變小時其電阻又會自動的變大，這樣就可以做到保持穩壓器內輸出的電壓基本保持不變。

由于要輸出5V的電壓，因此，可選擇使用7805，其之前的字母一般會因生產廠家的不同而出現不同的情況。本文中采用的是LM7805，它的最大輸出電流是1A，內部存在有限流式短路進行保護，在短時間之內，如幾秒鐘，輸出端對地（2腳）的短路是不會使7805燒壞的，如果時間較長的話，就不一定了，這跟散熱條件相關。在三端穩壓器后面我們會接一個105的電容，該電容起到濾波和阻尼的作用。最后在C2的兩端再接一輸出電源的插針，用于與其它用電器連接，如MP3等。盡管7805的最大電流是1A，但實際在使用之時一般不會超過500mA，否則的話會產生較大的溫度，而燒壞整個電路。一般在負載電有200mA之上時會加入散熱片。對于5v 的直流電源在現實中需求的情況比較多，在單片機和一些電路中也應用的較多，因此，為了更方便快捷的由220v 的交流電得到這樣的電源，故而設計了這樣的一個電路。

按照本文電路設計，進行仿真模擬和測試。發現加上220v交流電源后，發光二極管會亮，顯示電路工作狀態正常。然后采用萬用表對輸出電路進行開路檢測，顯示輸出Vo=5.02v，接著接上10k左右的負載，顯示Vo=4.85v。至此，實驗結束，電路設計方案成功。

通過對本文的學習，希望高中生能積極的參與到物理課的科學實踐中來，樹立起創新意識和實踐意識。能將平時的課程結合有關的生活實際，進行有效的開發和運用，培養學生成為一個不僅理論過關，而且動手能力突出的高能人才。

參考文獻：

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