先从最经典的电阻负载桥式整流看起,跟着正负半周的电流路径理解原理;再换成带限流电阻的LED观察明暗,最后加一个滤波电容,看它如何在桥截止后继续给灯供电。先电阻负载看“翻波形”,再 LED 看“亮暗”,最后电容看“桥截止后谁供电”。
1. 桥式整流:正负半周都翻到同一个方向
桥式整流用 4 个二极管。交流输入两个端点叫 AC1、AC2,直流输出叫 V+、V-。二极管方向约定为:
D1:AC1 → V+
D2:AC2 → V+
D3:V- → AC1
D4:V- → AC2
正半周:AC1 正,AC2 负
电流路径:AC1 → D1 → V+ → 负载 → V- → D4 → AC2
此时 D1、D4 导通,D2、D3 反偏截止。负载电流从上到下。
负半周:AC2 正,AC1 负
电流路径:AC2 → D2 → V+ → 负载 → V- → D3 → AC1
此时 D2、D3 导通,D1、D4 截止。负载电流仍然从上到下。
所以不管交流是正半周还是负半周,负载上的电流方向都不变。输出波形就是输入正弦波的绝对值,频率变成原来的 2 倍:50Hz 输入 → 100Hz 脉动。
理想情况下,若交流峰值是 (V_m),电阻负载无电容时:
实际每个导通路径有两个硅二极管,约损失 1.2V≈1.4V。
2. 先看电阻负载
交流输入接桥,输出接一个电阻。示波器看输出,会看到一串“馒头波”:
正半周被翻到上面;
负半周也被翻到上面;
每个波峰之间会降到 0;
频率是 100Hz。
这就是最经典的脉动直流。电阻负载是线性的,电压多少,电流就多少,所以波形最容易理解。
3. 换成 LED + 限流电阻
LED 不是电阻,它有正向压降 (V_F),比如红色 LED 约 1.8~2.2V,蓝色/白色约 3V 左右。LED 必须串联限流电阻,不能直接接桥输出。
无滤波电容时:
每个半周电压升高到超过“两个桥二极管压降 + LED 压降”后,LED 才导通;
过零附近 LED 熄灭;
因为桥式是全波,所以每 10ms 就亮一次,即 100Hz 闪烁;
人眼有视觉暂留,可能觉得一直亮,但手机相机容易拍到条纹或闪烁;
平均亮度比加电容后低。
限流电阻可以粗略按峰值算,防止过流:
例如 12V AC:
红色 LED (V≈2V),桥二极管压降约 1.4V,若希望峰值不超过 20mA:
可以选 1kΩ 更安全。此时 LED 会亮,但无电容时亮度有脉动。
4. 加滤波电容:桥截止后,电容继续给灯供电
在桥输出 V+ 和 V- 之间并联一个电解电容,注意正极接 V+,负极接 V-。
有电容时的工作过程
交流电压上升,超过电容电压 + 两个二极管压降
桥导通,电流一边给负载供电,一边给电容充电。电容电压被充到接近交流峰值 (V_m)。
交流电压下降,低于电容电压 + 两个二极管压降
四个桥二极管全部反偏截止,桥和负载暂时断开。
电容通过负载放电
电流路径变成:
电容正极 → LED限流电阻 → LED → 电容负极
所以灯不会马上灭,而是由电容继续供电。
下一个半周电压再次升高
当交流电压又超过电容电压 + 二极管压降时,桥重新导通,给负载供电并补充电容电荷。这就是“桥截止后电容继续给灯供电”的过程。
5. 加电容后的效果
电容越大,放电越慢,电压越平,LED 越亮越稳定。
全波整流纹波估算:
其中 (f) 是交流频率,比如 50Hz。全波整流后纹波频率是 100Hz。
放电时间常数:
如果 (R=1KΩ),(C=1000μF):
而全波每 10ms 就补充一次电,所以电容电压下降很小,LED 看起来几乎不闪。
例如 12V AC:
空载电容电压约 (17V);
带载后大约 14~16V;
红色 LED 目标 15mA;
限流电阻:
选 1kΩ 左右即可。电容可选 470µF~1000µF,耐压 35V 或 50V。12V AC 峰值 17V,25V 耐压偏紧,建议 35V 以上。
6. 实验安全观察建议
可以这样一步步做:
桥 + 电阻负载
输入 12V AC,输出接 1kΩ 电阻。示波器看馒头波,理解正负半周电流路径。
桥 + LED + 1kΩ 限流电阻
不加电容。观察 LED 亮度,用手机相机看是否有 100Hz 频闪。它会亮,但平均亮度较低。
并联 1000µF/35V 电解电容
注意极性。LED 会明显更亮、更稳。示波器看输出,接近平滑直流,只有很小锯齿纹波。
断开交流输入
观察电容继续给 LED 供电,灯慢慢变暗。容量越大,维持时间越长。
7. 经典常见坑
桥式整流每个导通路径经过两个二极管,压降约 1.4V。
无电容时,二极管反向峰值电压约 (V_m)。
有电容滤波时,二极管承受的反向电压可能接近 (2V_m),选管要留余量。
电解电容正负极不能接反,耐压要大于空载峰值。
LED 必须限流,不能直接接桥输出或电容。
做市电实验必须用隔离变压器、保险丝,非专业不要直接操作 220V。
一句话总结:桥式整流把正负半周都变成同一方向;LED 让你看到脉动直流的亮暗;滤波电容在桥截止时当临时电源,通过负载放电,所以灯还能继续亮。