交流变直流电路设计

冯梦宇 冯遵光

摘要： 物理是高中课堂的必修課程之一，为提高该课程的学习效率。本文专门针对高中物理教学之中的交流变直流电路设计以课题研究的形式进行了研究和探讨，在此过程中就如何提高该专项的学习进行了总结、分析以及策略的提出，希望为促进高中生的物理学习提供积极有价值的案例参考。

关键词： 交流变直流；电路设计

中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1672-1578（2016）09-0291-02

电对于我们来说，通常是无色无味并且无法看见和听见的，只有通过专门的仪器才能探测到它的存在。在现代的工业、农业的生产中及人类的日常生活中，交流电被大量的使用着，这是由于在生产、输送及使用等方面交流电具有特别的优势和重大的经济价值。而直流电则被广泛的应用在电解，电镀，各种电子仪器，以及电子产品等方面。那么交流电是如何变成直流电的呢？利用交流变直流怎样设计出相应的电子产品呢？下面我将进行分析和探讨。

1.设计思路

一般而言，交流电（AC）主要指的是方向和大小会随着时间而作出周期性改变的电流。而直流电（DC）则指的是方向和大小均不会随时间发生变化的电流。

通常来说，交流电变直流电主要经过整流、滤波、稳压三个步骤。实现交流电的整流，一般情况下的整流装置均是通过晶体二极管的性能——单向导电来进行整流。而且在任何情况下，该电路设计中的整流器都只能一个方向导电。整流通常有桥式整流、全波整流、半波整流等几种形式。

另外，整流电路在电路设计中的作用主要是通过利用单向整流原件，使具有正负交替变化的正弦交流电压整流成单方向的脉动电压。然而，这种单向的脉动电压往往包含着的脉动成分很大，与理想的直流电压距离很远。本文中我们采用桥式整流电路来实现我们的设计需要。

2.设计案例：实现220V交流电变5V直流电的电源电路设计

2.1 电路实现功能。该电路输入的是家用220V的交流电，经过全桥整流的方式，稳压后输出5V直流电。

2.2 特点。输出电压比较稳定，具有方便与实用的特点，最大的输出电流是1A，可以带动一定的负载。

2.3 电路工作的原理。当变压器的输入端经过一个保险连接到电源插头后，若变压器或是后面的电路有短路的情况发生，保险内的金属丝会因大电流带来的高温产生溶化后断开。 变压器的后面有4个二极管共同组成为一个桥式的整流电路，整流后得到一个电压波动较大的直流电源，因此，在这里接了一个数值330uF/25V的电解电容。在变压器的输出端有9V的电压，它经过桥式整流和电容滤波后，在电容C1的两端大约会产生比11V多一些的电压，如果从该电容的两端接一个负载，当负载发生变化或是交流电源发生少许的波动都将导致C1两端的电压产生程度较大的变化，所以想要得到一个稳定性较高的电压，在这里可以接一个三端的稳压器元件。所谓的三端稳压器指的是一种集成电路元件，内部是由一些电阻和三极管构成，在对电路进行分析时可简单将它认作是一个能自动进行调节的电阻元件，当负载电流变大时在三端稳压器内的电阻会自动的变小，而当负载电流变小时其电阻又会自动的变大，这样就可以做到保持稳压器内输出的电压基本保持不变。

由于要输出5V的电压，因此，可选择使用7805，其之前的字母一般会因生产厂家的不同而出现不同的情况。本文中采用的是LM7805，它的最大输出电流是1A，内部存在有限流式短路进行保护，在短时间之内，如几秒钟，输出端对地（2脚）的短路是不会使7805烧坏的，如果时间较长的话，就不一定了，这跟散热条件相关。在三端稳压器后面我们会接一个105的电容，该电容起到滤波和阻尼的作用。最后在C2的两端再接一输出电源的插针，用于与其它用电器连接，如MP3等。尽管7805的最大电流是1A，但实际在使用之时一般不会超过500mA，否则的话会产生较大的温度，而烧坏整个电路。一般在负载电有200mA之上时会加入散热片。对于5v 的直流电源在现实中需求的情况比较多，在单片机和一些电路中也应用的较多，因此，为了更方便快捷的由220v 的交流电得到这样的电源，故而设计了这样的一个电路。

按照本文电路设计，进行仿真模拟和测试。发现加上220v交流电源后，发光二极管会亮，显示电路工作状态正常。然后采用万用表对输出电路进行开路检测，显示输出Vo=5.02v，接着接上10k左右的负载，显示Vo=4.85v。至此，实验结束，电路设计方案成功。

通过对本文的学习，希望高中生能积极的参与到物理课的科学实践中来，树立起创新意识和实践意识。能将平时的课程结合有关的生活实际，进行有效的开发和运用，培养学生成为一个不仅理论过关，而且动手能力突出的高能人才。

参考文献：

[1] 王日昌. 交流电变直流电演示模型设计[J]. 硅谷，2012，05：56+9.

[2] 赖俊池，郝占朋. 直流电变交流电演示模型的研究与制作[J]. 物理教师，2011，01：26-27.