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实验七 二极管整流电路分析
一、实验目的
1、掌握二极管的单向导通特性
2、理解桥式整流的原理
3、了解电容滤波原理
二、实验原理
电子系统的正常运行离不开稳定的电源，为了获得直流电源，最常用的方法是将电网中的交流电经电源变压器产生合适的交流电压后，再利用二极管的单向导电特性将其转变为单方向（即直流）脉动电压，这一把交流电转换为直流电的电路过程称为整流。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器和稳压输出电路等组成。其中整流电路方式有半波整流、全波整流和桥式整流三种。

图7-1 直流稳压电源原理
1、 半波整流

半波整流是利用二极管的单向导通特性，在交流电源的作用下，整流二极管周期性地导通和截止，使负载得到脉动直流电，电路如图7-2所示。在输入交流电源E2的正半周，二极管承受正向电压导通，则负载电阻上的电压波形与输入波形相同；在E2的负半周，二极管处于反向截止状态不导通，负载电阻电压几乎为零。这样反复下去，交流电的负半周就被"削"掉了，输出获得了正半部分，达到了整流的目的。这种除去半周、留下半周的整流方法，叫半波整流。负载电压的大小随时间而变化，称为脉动直流。不难看出，半波整流是以"牺牲"一半交流为代价而换取整流效果的，电流利用率很低。

7-2 半波整流电路及波形
2、全波整流及滤波电路
全波整流电路，可以看作是由两个半波整流电路组合成的。变压器次级线圈中间需要引出一个抽头，把次级线圈分成两个对称的绕组，从而引出大小相等但极性相反的两个电压E2a 、E2b ，构成E2a 、D1、R与E2b 、D2 、R两个回路。图7-3是全波整流电路的原理图。

图7-3全波整流电路

图7-4全波整流电路工作原理及波形
全波整流电路的工作原理如图7-4所示。在交流电的正半个周期，E2a的电压为正，E2b的电压为负，D1导通；D2不导通，负载电阻上得到了正向的半波电压。在负半周期，E2b的电压为正，E2a的电压为负，D2导通，D1不导通，在R上得到的仍然是正向的半波电压。如此反复，由于两个整流元件D1 、D2 轮流导电，结果负载电阻R上在正、负两个半周作用期间，都有同一方向的电流通过，因此称为全波整流，全波整流利用了交流电的正半周和负半周，大大地提高了整流效率。　

3、桥式整流及滤波电路
桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。这种电路增加两只二极管，连接成"桥"式结构，便具有全波整流电路的优点。
桥式整流电路的工作原理如下：E2为正半周时，对D1、D3加正向电压，Dl、D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4 截止。电路中构成E2、Dl、

图7-5桥式整流电路及其简化电路
R、D3回路，在负载电阻R上产生半波电压；E2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。电路中构成E2、D2、R、D4 通电回路，同样在R上形成另外半波的整流电压，波形同全波整流。
4、滤波电路
交流电经过二极管整流后，虽然方向一致了，但大小还在不断地变化，这种脉动的直流电压不能直接提供给电路，需要变成平滑的直流电压，这便是滤波。滤波电路就是用于减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑。一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L等，如图7-6所示。

图7-6 桥式整流及滤波电路
由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容器C在电源供给的电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压比较平滑，电容C具有平波的作用；与负载串联的电感L，当电源供给的电流增加（由电源电压增加引起）时，它把能量存储起来，而当电流减小时，又把能量释放出来，使负载电流比较平滑，即电感L也有平波作用。

4、稳压电路
电网电压的变化，会引起电源电压的波动，要是获得稳定不变的直流电源，还需增加稳压电路。稳压电路就是为了提高滤波之后输出电压的稳定程度，使其不受电网电压波动及负载变化的影响。

图7-7 直流稳压电源电路
三、实验仪器和设备
1、示波器
2、变压器
3、整流二极管
4、电阻、电容、电感
四、实验内容和步骤
实验电路图如上所示，观察各个整流电路的输出波形，并修改电容参数，观察输出。
五、讨论
1、整流电路的区别。
2、滤波电路中怎样选择合适的参数。