整流电路研究 实验报告

实验报告课程名称：电路与模拟电子技术实验指导老师：张冶沁成绩：__________________实验名称：整流电路的研究实验类型：电路实验同组学生姓名：__________一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的和要求1、加深理解二极管单向导电特性；2、学习二极管在整流电路中的工作特性；3、学习二极管在倍压整流电路中应用。二、实验内容和原理1、设计一个半波整流电路，利用示波器观察输入输出信号波形的变化；2、设计一全波整流电路，观察输入输出信号波形的变化以及滤波对输出电压的影响；3、设计一个倍压电路，使之输出电压呈2倍压、3倍压增加。实验原理与说明1、电压单向化：在半波整流电路中，交流波形的正半周或负半周其中之一会被截止。只有一半的输入波形会形成输出。全波整流可以把完整的输入波形转成同一极性来输出。2、电压平滑化：半波整流和全波整流之后所输出的直流电，都还不是恒定的直流电压。为了从交流电源整流产生稳定的直流电，需要加入滤波电路，使输出电压平滑化。学生序号6通常按照滤波电路的放电时间常数RLC来确定电容大小；二极管承受的最高反向电压为；滤波电容应选用耐压应大于。对于稳压要求高的电路，后面还需要增加稳压环节。3、倍压整流器：倍压整流(二倍)方式是利用两组简单的半波整流，以指向相反的二极管分别生成两个正负不同的电源输出，并分别加以滤波。连接正负两端可得到交流输入电压两倍的输出电压。负半周和正半周两个时间段，分析如下：1、当负半周工作时，D1导通、D2截止，电源经D1向电容器C1充电，理想情况下，电容器C1可以充电到Vm;2、当正半周工作时，D1截止、D2导通，电源经C1、D1向C2充电，由于C1的Vm再叠加变压器副边的Vm使得C2充电最高可达2Vm，一般C2的电压需要几个周期后才会渐渐达到2Vm，不是在半个周期内即达到2Vm。如果有一个负载并联在倍压器的输出端口，在负半周时间电容器C2上的电压会下降，但是在正半周会被充电达到2Vm。三、主要仪器设备1、示波器2、信号源3、实验箱四、操作方法和实验步骤选择元器件，搭建电路，完成以下输出电压的测量：1、半波整流电路在输出接电阻、接电容以及电阻电容并联时，输出电压的测量；2、全波整流电路在输出接电阻、接电容以及电阻电容并联时，输出电压的测量；3、倍压整流电路在输出接电阻、空载时，输出电压的测量；五、实验数据记录和处理1.半波整流电路：如右图接线，选择信号源输出为Vpp=5V，在AB端口接不同负载的情况下分别测量AB端电压如下：只接100k电阻只接470μF电容同时接100k电阻和470μF电容信号源频率582mV2.04V1.92V1000Hz667mV2.04V1.92V500Hz只接电阻只接电容同时接电阻和电容2.全波整流电路如右图接线，选择变压器0~9V输出，在AB端口接不同负载的情况下分别测量AB端电压为只接100k电阻只接470μF电容同时接100k电阻和470μF电容7.43V11.7V11.5V只接电阻只接电容同时接电阻和电容3.倍压电路如右图接线，选择变压器为0~9V输出，C1=C2=0.1μF，当AB端接或不接负载的时候测量AB端的电压为不接负载接100k电阻负载19.1V6.64V不接负载接入负载六、实验结果与分析1.半波整流电路中，使用了峰峰值为5V的正弦信号，经过半波整流，理论上输入信号电压的平均值为然而在只接电阻的情况下，1000Hz测得AB端电压为582mV,500Hz下测得为667mV，均与796mV有差距。分析原因，一方面是电路中二极管非理想二极管，存在少量的压降；另一方面当信号频率越高时，二极管的结电容增大，单向导电性变差，导致少量反向电流通过，使电流、电压平均值减小，所以1000Hz测得的电压平均值小于500Hz的平均值。当只接电容时，半波信号的单峰值为2.5V，达到峰值之前电容器处于充电状态，但当信号幅度下降至小于电容极板电压时，电容器开始放电，但总体而言，电容器极板电压将会从零开始一次次上升，直至达到动态平衡，因此AB端电压平均值会小于2.5V，实测2.04V，因为没有放电回路，电容器两端电压基本不变。接上100k电阻后，电容两端电压按照指数规律缓慢下降，因此平均值会略有降低，实测1.92V前面的图像反映出了电容器的滤波效果，因为时间常数而信号源频率1000Hz，即周期为1ms，远小于时间常数，即电容器达到平衡电压后几乎来不及变动，AB端的电压波动很小，电压纹波几乎看不到，表明滤波电容的滤波效果很好。2.全波整流电路中，使用了有效值为9V的正弦信号，频率50Hz，理论上上如信号电压平均值为测得AB端电压平均值为7.43V，略小于8.10V，主要原因应该是全波整流电路使用了多个二极管，存在一定压降。只接电容时，电容在一个信号周期内经历充电和放电，输入信号电压最大值为12.72V，电容极板电压平均值也应略小于12.72V，实测为11.7V，接上100k电阻后，放电略有加快，平均值可能略有降低，实测为11.5V此时的时间常数仍为47s，当信号源电压上升到高于电容电压时，电容被充电，且因二极管导通时因为相当于并联了小电阻，时间常数会短暂变得很小，所以充电速度很快，直到信号源又低于电容两端电压时，二极管截止，电容器又开始缓慢放电，此过程周而复始。但信号变成了50Hz，即周期为20ms，是半波整流1000Hz时的20倍，因此理论上电容会经历比半波整流更明显的充放电，虽然仍很微小。在同时接入电容和电阻的图片中可以看出AB端电压的波动情况，和只接电阻的图片相比，表明滤波效果欠佳3.倍压电路中，仍使用有效值为9V的正弦信号，频率50Hz，选用了0.1uF的小电容。经过若干个周期后，电容器C2会逐渐达到平衡状态，考虑二极管压降，其极板电压值小于2Vm=25.46V，实测不接负载的情况下为19.1V，在接上100k电阻后，时间常数为与信号周期相近，在负半周时间内电容器C2上的电压会下降，在正半周再次被充电，因此AB端电压会有很明显的升降，实测平均值为6.64V七、讨论、心得在整流、滤波电路中，滤波电容起到了让整流后的直流信号更加平滑化的作用，而滤波电容的取值越大，滤波效果越好，得到的输出信号更加平滑。然而在我的全波整流实验中，和仿真结果相比，我的波形看得出明显波动，而理论和仿真都表明波形应该几乎趋于直线才对，实验和理论并不吻合。造成这一差异的原因，我认为是实际操作中当二极管截止，有可能在该频率信号下，实验室的二极管展现出结电容效应，破坏了单向导电性，使得电容相当于并联上了小电阻，于是LC回路的时间常数变小，以至于看到明显的充放电，而理论和仿真中把二极管看作理想，则不存在这一情况。若要在实验中获得真正的全波整流波形，需要考虑使用工作频率更高的二极管，但二极管特性决定了高频率和大电流不可兼得，所以此时要控制电流相应降低。Psipce仿真1.半波整流只接电阻只接电容同时接电阻和电容2.全波整流只接电阻只接电容同时接电阻和电容3.倍压电路不接负载接入负载