整流电路研究-实验报告

实实验验报报告告 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 学生序号学生序号 6 定的直流电 需要加入滤波电路 使输出电压平滑化 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 470 F 电容同时接 100k 电阻和 470 F 电 容 信号源频率 582mV2 04V1 92V1000Hz 667mV2 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 470 F 电 容 同时接 100k 电阻和 470 F 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 1 F 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 6 6 实验结果与分析实验结果与分析 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