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1、主 编：徐超明 李 珍 副主编：姚华青 王平康 章青松*11.3 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*2二极管的运用基础，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
2、关、 稳压等电路。*3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*41. 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*51）二极管半波整
3、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：*6*7相关参数：输出电压输出电流二极管最大反向电压二极管电流2）单相桥式整流电路（1）电路*8（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。桥桥桥桥式式整流整流电电电电路波形路波形图图图图桥桥桥桥式整流式整流电电电电路路*9（3）相关参数输出电压输出电流二极管最大反向电压二极管电流（4）优点（与单向半波比较
4、）输出电压提高，脉动成分减少。1.3.1 1.3.1 二极管整流滤波电路二极管整流滤波电路*10（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）。*112. 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
5、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。*12（1）按图画好仿真电路，其 中电容的阻值为100F，负 载电阻RL为100。 （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。*13（4）按表1-5所列RL的阻值改变电阻，并记录仿真结果。*14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。
6、（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）。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=uCu2 ，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 uCu2，VD1、VD3截止，电 容C向负载电阻RL放电，由于放电 时间常数 =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，u2uC， VD2、VD4导通，电容C再次被充电 ，输出电压增大，以后
7、重复上述 充、放电过程。 *152. 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：*162. 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23倍。电容滤波电路简单，输出电压平
8、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。 *172. 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 = 0.9U2*182. 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，可采用型LC滤波电 路。 LC滤波电路型LC滤波电路*19（1）按图画好仿真电路。 （2）仿
9、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。*20（4）按表1-7所列RL的阻值改变电阻，并记录仿真结果。*21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）。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
10、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。*22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
11、用而损坏。*23*24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。*25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
12、上、下限幅电平内 ？ *26分析：（二极管D1、D2导通电压为0.7V。理想时，导通电压为0V）ui8.7V，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 ui8.7V，D1、D2均截止，uoui。 *27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 ）*28输入电压 UA UB输出电压 U
13、O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 结论结论 ： （1）二极管导导通时时，其导导通电压约为电压约为 。 （2）当A、B两端的电电位状态态 时时，输输出为为低电电平（ V） ；当A、B两端的电电位状态态 时时，输输出为为高电电平（ V）。这这种关系就是数字电电路中的“与”逻辑逻辑 关系。二极管导导通与截止相当于开关 的闭闭合与打开。 0.6V 有一个为0V0. 6 都为5V5练一练： 实训流程： （1）按图画好电路。 （2）根据表1-7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。*29输入电压 UA UB输出电压 UO二极管工作状态 D1 D20V0V0V5V5V0V5V5V结论： （1）当A、B两端的电位状态 时，输出为低电平（ V）； （2）当A、B两端的电位状态 时，输出为高电平（ V）。 这种关系就是数字电路中的“或 逻辑”关系。*30输入电压 UA UB输出电压 UO二极管工作状态 D1 D20V0V0V5V5V0V5V5V
