实训任务1.3二极管应用电路的制作及信号观测

电子技术主编：徐超明李珍2026/7/2311.3二极管应用电路的制作实训1-3：二极管半波整流电路制作及信号观测1.3.1二极管整流滤波电路实训1-4：单相桥式整流电路的仿真测试实训1-5：电容滤波电路的仿真测试实训1-6：电感滤波电路的仿真测试1.3.2二极管限幅电路实训1-7：二极管限幅电路的仿真测试1.3.3二极管开关电路实训1-8：二极管开关电路的仿真测试（一）实训1-9：二极管开关电路的仿真测试实训任务1.3二极管应用电路的制作2026/7/232二极管的运用基础，就是二极管的单向导电性，因此，在应用电路中，关键是判断二极管是导通还是截止。普通二极管的应用范围很广，可用于整流、限幅、开关、稳压等电路。实训任务1.3二极管应用电路的制作2026/7/233实训1-3：二极管伏安特性的仿真测试

整流电路就是利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替变化的正弦交流电压转换成单方向的脉动直流电压。这里介绍的整流元件采用具有单向导电性的二极管。（1）接好电路，用示波器观察输入、输出波形。（2）测量输入、输出信号有效值。半波整流：UI=（V）UO=（V）（3）画出输入、输出信号波形（注出波幅、周期）：

波形：输入输出实训1-3：二极管半波整流电路制作及信号观测2026/7/2341.3.1二极管整流滤波电路1.整流电路整流电路就是利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替变化的正弦交流电压转换成单方向的脉动直流电压。常用的二极管整流电路有单相半波整流电路和单相桥式整流电路等。1）二极管半波整流电路2026/7/2351.3.1二极管整流滤波电路1）二极管半波整流电路整流电路负载上的直流电压就是输出脉动电压的平均值。由傅里叶级数展开式可知，其输出电压可表示为：

2026/7/2361.3.1二极管整流滤波电路2026/7/237相关参数：①输出电压②输出电流③二极管最大反向电压④二极管电流2）单相桥式整流电路（1）电路1.3.1二极管整流滤波电路2026/7/238（2）工作原理在电压正半周（设a端为正，b端为负时为正半周）电流通路如图中实线箭头所示；电压的负半周，电流通路如图中虚线箭头所示。通过RL的电流iL以及RL上的电压uL的波形如图所示。iL、uL都是单方向的全波脉动波形。桥式整流电路波形图桥式整流电路1.3.1二极管整流滤波电路2026/7/239（3）相关参数①输出电压②输出电流③二极管最大反向电压④二极管电流（4）优点（与单向半波比较）输出电压提高，脉动成分减少。1.3.1二极管整流滤波电路2026/7/2310实训1-4：单相桥式整流电路的仿真测试（1）按图画好仿真电路，其中3N246为4只二极管组成的整流桥。（2）仿真观察桥式整流电路的输入和输出电压波形，并画出波形图。（3）观察电路并记录：整流电路的输入电压是

（全波/半波），输出电压是

（全波/半波）；输出电压与输入电压的正向幅值

（基本相等/相差很大）。2026/7/23111.3.1二极管整流滤波电路2.滤波电路整流电路输出的直流电压脉动成分较大，含有较大的交流分量。这样的直流电压作为电镀、蓄电池充电的电源还是允许的，但作为大多数电子设备的电源，将会产生不良影响，甚至不能正常工作。为此，在整流电路之后，一般需要加接滤波电路，来减小输出电压中的交流分量，以输出较为平滑的直流电压。

2026/7/2312实训1-5：电容滤波电路的仿真测试（1）按图画好仿真电路，其中电容的阻值为100μF，负载电阻RL为100Ω。（2）仿真观察电容滤波电路的输出电压波形，并记录：输出电压直流分量为

V波纹分量峰峰值为

V。（3）按表1-4所列C的容量改变电容，并记录仿真结果。2026/7/2313实训1-5：电容滤波电路的仿真测试（4）按表1-5所列RL的阻值改变电阻，并记录仿真结果。2026/7/2314通过上述实训，可以得到下列结论：（1）经过电容滤波电路后输出电压纹波

（已消失/仍存在），但滤波后的纹波要比滤波前

（大得多/小得多）；（2）滤波后输出电压的直流分量

（大于/等于/小于）滤波前输出电压的直流分量。（3）滤波电容的容量越大，输出电压纹波

（越大/越小），输出电压的直流分量

（越大/越小）；负载电阻RL越大，输出电压纹波

（越大/越小）。1.3.1二极管整流滤波电路2.滤波电路1）电容滤波电路假定在t=0时接通电路，u2为正半周，当u2由零上升时，VD1、VD3导通，C被充电，因此uO=uC≈u2，在u2达到最大值时，uO也达到最大值，见图中a点，然后u2下降，此时uC>u2，VD1、VD3截止，电容C向负载电阻RL放电，由于放电时间常数τ=RLC一般较大，电容电压uC按指数规律缓慢下降。当uO(uC)下降到图中b点后，u2>uC，VD2、VD4导通，电容C再次被充电，输出电压增大，以后重复上述充、放电过程。

2026/7/23151.3.1二极管整流滤波电路2.滤波电路1）电容滤波电路整流电路接入滤波电容后，不仅使输出电压变得平滑、纹波显著减小，同时输出电压的平均值也增大了。电容C和负载电阻RL的变化，影响着输出电压。RLC越大，电容放电速度越慢，负载电压中的纹波成分越小，负载平均电压越高。为了获得较平滑的输出电压，一般要求：

2026/7/23161.3.1二极管整流滤波电路2.滤波电路1）电容滤波电路

输出电压的平均值近似为：当RL→∞，即空载时，有

当C=0，即无电容时，有由于电容C充电的瞬时电流很大，形成了浪涌电流，容易损坏二极管，故在选择二极管时，必须留有足够电流裕量，一般取输出电流IO

的2～3倍。电容滤波电路简单，输出电压平均值UO较高，脉动较小，但是二极管中有较大的冲击电流。因此，电容滤波电路一般适用于输出电压较高、负载电流较小并且变化也较小的场合。2026/7/23171.3.1二极管整流滤波电路2.滤波电路2）电感滤波电路电感滤波适用于负载电流较大的场合。它的缺点是制做复杂、体积大、笨重且存在电磁干扰。电感滤波电路输出电压平均值UO的大小一般按经验公式计算：UO=0.9U22026/7/23181.3.1二极管整流滤波电路2.滤波电路3）LC滤波电路如果要求输出电流较大，输出电压脉动很小时，可在电感滤波电路之后再加电容C，组成LC滤波电路。为了进一步减小负载电压中的纹波，可采用π型LC滤波电路。LC滤波电路π型LC滤波电路2026/7/2319实训1-6：电感滤波电路的仿真测试（1）按图画好仿真电路。（2）仿真观察电感滤波电路的输出电压波形，并记录：输出电压直流分量为

V波纹分量峰峰值为

V。（3）按表1-6所列L的电感量改变电感，并记录仿真。2026/7/2320项目1-5：电容滤波电路的仿真测试（4）按表1-7所列RL的阻值改变电阻，并记录仿真结果。2026/7/2321结果表明：（1）经过电感滤波电路后输出电压纹波

（已消失/仍存在），但滤波后的纹波要比滤波前

（大得多/小得多）；（2）滤波后输出电压的直流分量

（大于/等于/小于）滤波前输出电压的直流分量。（3）电感量越大，输出电压纹波

（越大/越小）；负载电阻RL越大，输出电压纹波

（越大/越小）。1.3.1二极管整流滤波电路虽然经整流、滤波已经将正弦交流电压变成较为平滑的直流电压，但是，当电网电压波动或负载变化时，负载上的电压还将发生变化。为了获得稳定性好的直流电压，必须采取稳压措施。稳压电路部分将在1.4.2节中介绍。2026/7/2322

当输入信号电压在一定范围内变化时，输出电压也随着输入电压相应地变化；当输入电压超过该范围时，输出电压保持不变，这就是限幅电路。

输出电压开始不变的电压称为限幅电平。

当输入电压高于限幅电平时，输出电压保持不变的限幅称为上限幅电路；

当输入电压低于限幅电平时，输出电压保持不变的限幅称为下限幅电路；由上、下限幅电路合起来，则组成双向限幅电路。作用：限幅电路可应用于波形变换，输入信号幅度选择、极性选择和波形整形等。限幅电路也可以降低信号幅度，保护某些器件不受大的信号电压作用而损坏。1.3.2二极管限幅电路2026/7/2323实训1-7：二极管限幅电路的仿真测试2026/7/2324实训流程：（1）按图画好电路。接入信号源为最大值10V，频率100Hz的正弦波。（2）在电路中并接入虚拟示波器XSC1和XSC2，分别用以观察输入、输出波形。（3）仿真过程中，双击示波器图标XSC2，观察放大的示波器面板图，如图所示。在面板图中，调整时间基轴、通道A的设置，借助垂直光标，可得到二极管限幅电路的上、下限幅电平。上限幅电平：

V；下限幅电平：

V。实训1-7：二极管限幅电路的仿真测试2026/7/2325放大的示波器面板图。上限幅电平：

V；下限幅电平：

V。画一画根据仿真结果，画出限幅电路的输入和输出波形，与理论的输入和输出波形进行比较。想一想分析电路的输出波形为什么能够限制在上、下限幅电平内？实训1-7：二极管限幅电路的仿真测试2026/7/2326分析：（二极管D1、D2导通电压为0.7V。理想时，导通电压为0V）ui>8.7V，D1导通，D2截止，uo

被限制在8.7V；ui<-6.7V，D1截止，D2导通，uo被限制在-6.7V；-6.7V<ui<8.7V，D1、D2均截止，uo＝ui。1.3.3二极管开关电路2026/7/2327实训流程：（1）按图画好电路。其中J1、J2为单刀双掷开关，开关控制按键分别设置为A和B；U1为电压表，用来测量输出电压。（2）根据表1-6顺序输入信号，观察电压表的数值，并记录填入表中，并分析二极管D1、D2的工作状态。实训1-8：二极管开关电路的仿真测试（一）实训1-8：二极管开关电路的仿真测试（一）2026/7/2328输入电压UA

UB输出电压UO二极管工作状态D1

D20V0V0V5V5V0V5V5V表1-6输入、输出电压的关系和二极管的工作状态0.577V0.612V0.612V4.999V导通导通导通截止截止导通截止截止结论：（1）二极管导通时，其导通电压约为

。（2）当A、B两端的电位状态

时，输出为低电平（

V）；当A、B两端的电位状态