整流电路研究实验报告.docx
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整流电路研究实验报告.docx
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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。
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
582mV
2.04V
1.92V
1000Hz
667mV
2.04V
1.92V
500Hz
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
7.43V
11.7V
11.5V
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
19.1V
6.64V
不接负载接入负载
6、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
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