简介：本文通过实验研究，采用了内阻为50欧姆的信号源作用在整流桥上，通过数字万用表测量对应端口的等效有效交流值，然后通过电阻分压公式来推导出整流桥对应的等效阻抗。实验结果给出了三种不同的整流方式：倍压整流、桥整流、全波整流所对应的整流阻抗的变化。

关键词：整流，阻抗，全波整流，倍压整流，桥整流

▌01 整流负载对应的阻抗

1.为什么研究整流负载的阻抗？

将交流信号通过整流形成直流脉动信号之后，输送到阻性负载。对于信号源来说，整流所对应的电阻与实际电阻负载之间就有了区别。这其中影响因素：

整流的形式：半波整流，全波整流，倍压整流；
负载是否平波的电容或者电感等因素；

^{▲ 不同的信号整流形式}

下面通过实验的角度来测量一下，不同的整流形式以及滤波形式对于负载阻抗的影响。

研究不同整流对应负载阻抗的影响，对于设计无线充电系统进行阻抗选择具有支撑作用。

由于整流环节是一个非线性过程，所以这里对应的阻抗只能是与实际电阻所对应的等效形式。如果将二极管近似成理想的开关，本质上不同负载下的对应的输出波形以及负载等效电阻是可以通过理论和仿真来分析的。

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下面仅仅是通过实验来大体总结一些对应的基本规律。

2.测量方案

利用 DG1062信号源输出阻抗测量 中给出的DG1062Z的输出阻抗测量结果，直接将DG1062Z的输出施加在不同的整流负载上，通过测量由于负载所引起的输出电压有效值的变化，得到负载对应的等效阻抗值。

假设信号源的内阻R0= 50欧姆；在没有施加整流环节负载的情况下，测量输出电压为U0。当加入整流环节之后，输出电压变为U1。那么整流环节等效的负载阻抗为：

RL=U1R0U0−U1R_L = {{U_1 R_0 } \over {U_0 - U_1 }}RL=U0−U1U1R0

^{▲ 测量方案}

▌02 实验过程

将 DG1062信号源输出阻抗测量 正弦输出输出设置：

输出模式：负载50欧姆；
输出信号峰峰值：5V
波形sin，频率100kHz。

^{▲ DG1062Z输出信号波形}

实际上DG1062输出的波形峰峰值为10V，对应信号有效值为：Vrms=52=3.5355VV_{rms} = {5 \over {\sqrt 2 }} = 3.5355VVrms=25=3.5355V

使用DM3068数字万用表测量实际数值：U0=3.573VU_0 = 3.573VU0=3.573V

1.倍压整流

使用两个肖特基（10A40V）组成倍压整流，耦合电容为0.1uF。如下图所示。

^{▲ 倍压整流}

利用电阻箱作为负载，电阻设置为100欧姆。

（1）没有滤波电容

接入电路后，测量电压U1=1.988V

^{▲ DG1062Z输出信号波形}

等效负载阻抗：
RL=U1R0U0−U1=1.988×503.573−1.988=62.71ΩR_L = {{U_1 R_0 } \over {U_0 - U_1 }} = {{1.988 \times 50} \over {3.573 - 1.988}} = 62.71\OmegaRL=U0−U1U1R0=3.573−1.9881.988×50=62.71Ω

（2）有滤波电容

接入电路后，信号源的电压U1=1.530V

^{▲ DG1062Z输出信号波形}

计算负载的等效电阻：
RL=U1R0U0−U1=1.53×503.573−1.53=37.44ΩR_L = {{U_1 R_0 } \over {U_0 - U_1 }} = {{1.53 \times 50} \over {3.573 - 1.53}} = 37.44\OmegaRL=U0−U1U1R0=3.573−1.531.53×50=37.44Ω

2.半波整流

在上面的全波整流的基础上，将耦合电容C0，以及其中的一个二极管去掉，直接使用一个肖特基二极管进行整流。

（1）没有滤波电容

接入负载之后，信号源的输出幅值为：U1 = 3.03V

^{▲ DG1062输出信号波形}

负载的阻抗为：
RL=U1R0U0−U1=3.03×503.573−3.03=279ΩR_L = {{U_1 R_0 } \over {U_0 - U_1 }} = {{3.03 \times 50} \over {3.573 - 3.03}} = 279\OmegaRL=U0−U1U1R0=3.573−3.033.03×50=279Ω

（2）有滤波电容

接入负载之后，信号源的输出：U1=2.693V

^{▲ DG1062输出信号波形}

整流负载的阻抗：

RL=U1R0U0−U1=2.693×503.573−2.693=153.01ΩR_L = {{U_1 R_0 } \over {U_0 - U_1 }} = {{2.693 \times 50} \over {3.573 - 2.693}} = 153.01\,\OmegaRL=U0−U1U1R0=3.573−2.6932.693×50=153.01Ω

3.桥整流

利用 粘贴铜箔简易实验电路制作 制作基于四个肖特基桥全波整流电路。使用同样的电阻箱作为负载，进行负载等效实验。

^{▲ 桥整流实验电路}

（1）无滤波电容

当负载接入后，信号源的输出电压变为：U1=2.558V。

^{▲ DG1062输出信号}

负载等效电阻为：
RL=U1R0U0−U1=2.558×503.573−2.558=126ΩR_L = {{U_1 R_0 } \over {U_0 - U_1 }} = {{2.558 \times 50} \over {3.573 - 2.558}} = 126\,\,\OmegaRL=U0−U1U1R0=3.573−2.5582.558×50=126Ω

（2）有滤波电容

当负载接入后，信号源的输出电压变为：U1=2.324V。

^{▲ DG1062输出波形}

负载等效电阻：
RL=U1R0U0−U1=2.324×503.573−2.324=93.03ΩR_L = {{U_1 R_0 } \over {U_0 - U_1 }} = {{2.324 \times 50} \over {3.573 - 2.324}} = 93.03\,\,\OmegaRL=U0−U1U1R0=3.573−2.3242.324×50=93.03Ω

▌结论

通过实际测试，对于DG1062Z信号源输出的100kHz的正弦波高频整流电路，对于不同的整流形式测试了负载等效的阻抗。作为整流后直流负载统一使用100欧姆电阻。

负载形式	等效电阻
半波整流，无滤波电容	279Ω
半波整流，有滤波电容	153Ω
倍压整流，无滤波电容	62.71Ω
倍压整流，有滤波电容	37.44Ω
桥整流，无滤波电容	126Ω
桥整流，有滤波电容	93.03Ω

从上面测量结果来看，在相同的直流负载下，倍压整流对应的负载电阻最小，约为负载电阻的一半；半波整流的电阻最大，约为直流负载的一倍；桥整流的等效负载阻抗与直流电阻相仿。

增加滤波电容后，等效的电阻都下降，都与半波整流、倍压整流，赞快大约下降了50%；对于全波整流，阻抗大约下降了30%。

在 全桥整流等效负载阻抗是多少？ 中通过理论推导，讨论了整流之后对应的阻抗变化。

■ 相关文献链接:

Rectifier circuits & DC power supplies
Full Wave Rectifier
DG1062信号源输出阻抗测量
粘贴铜箔简易实验电路制作
全桥整流等效负载阻抗是多少？

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