实验二-二极管电路分析实验指导

实验二二极管电路分析一、实验目的1.掌握二极管的基本应用2.掌握二极管电路的分析方法3.学习信号发生发生器、示波器的使用方法4.学习参数分析的使用方法二、实验预习1.PN结与二极管的正向和反向特性2.二极管的分类和主要参数3.稳压二极管的特性和主要参数三、实验器材1.函数信号发生器、示波器、电流表和电压表2.虚拟二极管、虚拟稳压管、虚拟电阻器、虚拟电容器3.实际电阻若干4.电容器：100uF5.二极管：1N4001、1N4007、1N414866.稳压二极管：1N758、1N7517．7.开关：SPDT、SPST四、实验内容和步骤二极管的特性实际上就是PN结的特性，PN结的重要特性之一就是单向导电性，电子线路中经常利用这个特性来设计整流电路、限幅电路、钳位电路等等。当二极管一开始正向偏置时，二极管的电流并不立即增加，而是要在外加电压超过死区电压VT(硅为0.5V，锗为0.1V)后，二极管的电流才开始按指数规律增加。当外加电压超过导通电压(硅为0.7V，锗为0.3V)时，二极管的电流迅速增加。二极管表现为一个很小的电阻，外加电压的微小变化(如0.1V)就会引起二极管电流的较大变化，为保证二极管的正常工作，不同的二极都规定有最大整流电流值IL不允许二极正向电流的增加超过这个值，否则二极管损坏。当二极管反向偏置时，表现为一个很大的电阻，此时二极管只有一个很小的反向饱和电流IS流过，外加反向电压的变化并不会引起反向电流的增大，IS数值基本恒定不变。当外加反向电压超过一定的数值VB(反向击穿电压)时，PN结就会被反向击穿，反向电流急剧上升，但其两端的电压却相对稳定。除稳压二极管外，其它的二极管都不允许工作时的外加反向电压超过它的耐压值。稳压二极管，又叫做齐纳二极管，是一类特殊的二极管，它是专门设计用来工作在反向击穿状态的，利用的正是二极管反向击穿时，反向电流变化比较大，而两端的反向电压却只有很小变化的特点。同样，稳压二极管也规定了一个最大齐纳电流值IR，不允许稳压管工作时的稳压电流超过这个最大值。除以上的两种广泛应用二极管以外，还有发光二极管(LED)、变容二极管、光电二极管等二极管在电子技术中也得到了普遍的应用。在这个实验中，我们只观测一般的二极管和齐纳二极管。一般的二极管是整流、限幅、钳位、开关等电路中的主要元件：齐纳二极管主要用于小功率稳压、限幅、电压参考等用途。（一）整流电路1.半波整流电路半波整流电路可以把输入的AC电压转变成脉动的直流电压。建立如图3-1所示的电路。图中的二极管型号为1N4001，它的最大平均整流电流IF=1A，所能承受的最大反向峰值电压VR=50V。元件从“Diodes”元件盒的“DIODE”元件系列中选取。交流电压源从虚拟仪器工具条中选取信号发生器，双击图标打开面板后，把它输出设置为正弦波输出，幅值为24V，频率为50Hz。输出电压的波形从虚拟仪器工具条中选取示波器观察，双击图标打开面板后把A、B通道均设为DC耦合模式，分辨率为10V／DIV。图3-1半波整流电路1.打开示波器的面板显示，以观测输入和输出电压的波形。运行仿真，当示波器至少显示出两个完整的信号波形后，停止仿真。2.用示波器的光标量测输入电压的峰-峰值VPP(in)，输出电压的峰值VP(out)。3.屏敝A通道的输入波形(A通道的耦合模式设为0)，观察并绘出输出电压的波形。(注意：输出电压的峰值比输入电压的峰值小VD伏)4.计算输出电压的平均电压Vavg和负载平均电流计算流过每一个二极管的整流电流IRL。poutavgVVLavgRLRVI2.全波整流电路建立如图3-2所示的电路。信号发生器输出10V／50Hz的正弦波电压信号。1.运行仿真，用示波器观察in、out两点的波形；2.读取它们的峰值电压VP(in)、VP(out)；3.计算输出电压的平均电压Vavg和负载平均电流计算流过每一个二极管的整流电流IRL。PoutavgVV2,LavgRLRVI图3-2全波整流电路（二）二极管限幅电路1.正向限幅电路图3-5是一个利用二极管进行正向限幅的电路，它把输入信号的正半周限制在一定的电压，而负半周则基本可以完整输出。建立如图电路。图3-3二极管正向限幅电路信号发生器输出振幅为3V、频率为200Hz的正弦波。用示波器观察输出波的波形，并测量输出波的正向峰值和反向峰值。这个限幅电路将输入信号限制在什么样的电压上？（三）二极管钳位电路建立如图3-7的电路。该电路利用二极管把输入信号钳位在某一个DC电压上，但与限幅电路比，输出信号的形状并未改变。图中的电容和二极管均采用虚拟元件，信号发生器输出振幅5V、频率1KHz的正弦波。图3-4二极管钳位电路