2.8: 单相整流器

注意: 在这个实验中, 不要在通电时触摸电路的任何部分。交流电源仅接地, 如图1和2所示, 当函数发生器是一个源。不要磨调压器。

1. 交流电源设置

本实验采用两种交流电源;一个可变变压器 (调压器) 在低频60赫兹和功能发生器与 10 V 峰值正弦输出和1赫频率。

1. 在启动之前, 将差分探头连接到一个作用域通道, 并将一个常规探头连接到另一个通道。
2. 按如下方式调整探头上的按钮: 20X (或 1/20) 上的差分探头和10X 的常规探头。不要忘记打开差分探头。
3. 在范围的每个频道的菜单上, 将探头设置为10X。对于差分探针, 手动将任何测量或结果乘以2以达到所需的20X。
4. 要设置函数发生器, 请确保50Ω输出连接到一个 BNC 到鳄鱼电缆。
   1. 将鳄鱼夹子连接到常规示波器探头, 以观察函数发生器输出。
   2. 将输出设置为10伏峰值和1赫频率的正弦波, 零直流偏移。
   3. 观察函数发生器输出并调整其设置以实现所需的输出波形。
   4. 一旦您的信号设置, 断开 BNC 连接器, 但保持功能发生器上保持其设置。从生成器输出中断开作用域探测器。
5. 要设置调压器, 请确保调压器输出 (看起来像一个常规的插座) 没有连接到任何电缆。
   1. 保持调压器关闭, 并确保其旋钮设置为零。
   2. 慢慢调整调压器旋钮到5% 输出。这将产生大约10V 峰值电压。

半波整流器

2. 高频输入的电阻负载

1. 使用函数发生器作为交流电源, 但现在将其与电路断开连接。
2. 在原始板上, 构建图1所示的电路。二极管 (D) 的额定2A01G 为 50 V 和 2 A, 而负载电阻 (R) 为51Ω。
   1. 确保二极管极性是正确的。二极管上的虚线是在阴极上。
3. 在将差分探头连接到电路之前, 将探头的端子系在一起, 并在屏幕上调整其测量波形, 以显示零偏移电压。
   1. 将差分电压探头横跨负载电阻器, 以观察输出电压V_出。
   2. 将常规探头连接到交流侧, 以观察_中的输入电压 V。
   3. 将函数发生器连接到电路。
4. 调整作用域上的时间基准, 以在中的 v_中显示v_在和v_出中的最多四基本循环。制作波形的拷贝。
   1. 放大二极管的关闭区域, 制作波形的拷贝。
5. 断开函数生成器的连接, 然后卸下差分探头以进行负载修改。保持电路和连接的其余部分。

图 1: 具有电阻负载的半波整流器

3. 高频输入的电阻电感负载

1. 使用相同的电路在图1中, 连接 4.7 mH 电感器 (L) 在系列与电阻负载如图2所示。
2. 将差分电压探头横跨负载电阻器, 以观察与 R L 负载电流I_输出具有相同波形形状的电阻电压V_输出。
3. 打开函数生成器输出。
4. 调整作用域上的时间基准, 以在中的 v_中显示v_在和v_出中的最多四基本循环。制作波形的拷贝。
   1. 放大二极管的关闭区域, 观察关闭时间的延迟。制作波形的拷贝。
   2. 关闭函数发生器输出并断开它与电路的连接。
   3. 卸下电感器L并保留电路的其余部分。

图 2: 具有 R L 负载的半波整流器

4. 低频输入的电阻负载

1. 确保调压器输出为 5%, 并与电路断开连接。将差分探头连接到调压器上, 打开调压器, 并稍微调整其输出以达到 10 V 峰值。
   1. 捕获示波器上的波形以供参考输入电压观察。
   2. 关闭调压器, 但不要更改其电压设置。
2. 使用相同的电路从图 1, 即与电感断开和电阻是唯一的负载, 连接调压器输出使用插头香蕉电缆。
3. 将差分电压探头横跨负载电阻器, 以观察输出电压, V_出。
4. 打开调压器输出。远离电路, 观察示波器上的波形。如果需要调试电路, 请先关闭调压器.
5. 调整作用域上的时间基准, 以显示V_出 , 最多可达四基本周期。制作波形的副本。
   1. 放大二极管的关闭区域, 制作波形的拷贝。
6. 关闭调压器并拆卸电路。不要更改调压器电压设置。

全波整流器

5. 电阻负载

1. 在原始板上, 构建图3所示的电路。
   1. 确保二极管极性是正确的。二极管上的虚线是在阴极上。
2. 一旦电路准备就绪, 将调压器输出连接为交流电源。
3. 将差分电压探头横跨负载电阻器, 以观察输出电压V_出。
4. 打开调压器输出。远离电路, 观察示波器上的波形。如果需要调试电路, 请先关闭调压器.
5. 调整作用域上的时间基准, 以显示v_出 , _在中最多可有四基本周期 v。制作波形的拷贝。
   1. 使用游标度量V_出的峰值峰值值。
6. 保持探头连接, 然后关闭调压器并拆卸电路。
   1. 不要更改调压器电压设置。

图 3.具有电阻负载的全波整流器.

6. 带滤波电容器的电阻负载

1. 在图3中使用相同的电路, 将电解电容 (C) 与电阻负载并联, 如图4所示。
   1. 确保电容器极性是正确的 (-) 终端连接到负侧的负载。
2. 打开调压器输出。远离电路, 观察示波器上的波形。在调试电路之前, 请关闭调压器电源。
3. 调整作用域上的时间基准, 以显示V_出 , 最多可达四基本的 VIN 周期。制作波形的拷贝。
   1. 通过使用游标和该通道的交流耦合选项 (ac 耦合消除信号的 DC 偏移量) 来测量V_出的峰值值。
4. 测量完成后, 将其返回到直流耦合。
5. 关掉调压器
6. 拆卸电路并清理工作台。

图 4.具有电阻负载和电容滤波的全波整流器

单相整流器用于将交流电源电压和电流转换为直流电，以满足设备和数字电子设备的供电需求。提供给家庭和商业的标准主电源是交流电。但是，大多数数字电子设备都设计为使用直流电源运行。整流器是可用于将交流电转换为兼容直流电源的设备。整流器仅在一个方向上传递电流，从而将双极交流输入转换为单极整流输出。整流器电路使用一个或多个二极管仅通过正或负交流电源，从而产生脉动源，然后将其过滤以实现平滑、一致的直流电压和电流。本视频介绍了基本的整流器和二极管电路概念，演示了几种常见的整流器电路，并测试了整流器电路的电压输出是否在电压输入和负载配置方面发生了变化。

整流器是电子电路中使用的器件，用于在一个方向上通过电流并在另一个方向上阻止电流。整流器仅在超过阈值正向电压时才允许电流通过。二极管整流器有两个端子，阳极和阴极，电流从阳极流向阴极，从阴极到阳极被阻断。单相半波整流器通过单个二极管传递电压。在该电路中，只有交流输入电压的正半部分通过负载电阻器传输到输出。如果二极管接反，则电阻器上只会出现 AC 输入电压的负半部分。交流周期负半部分的电压被阻断。只有一个极性，即 RMS 或均方根，与双极性输入电压相比，输出电压会降低。如图所示，全波整流器将交流输入电压的两个半周期通过四二极管桥式电路。翻转负半部分的极性，并在负载电阻器上产生更高的平均输出电压。整流器会产生单向但脉动的电流，这种影响在半波整流器中更为明显。但是，整流器的输出通常通过添加与负载电阻串联的电感来过滤。在全波整流器中，与负载电阻器并联组装的电容器起到相同的作用。本视频演示了在不同输出负载下的半波和全波单相整流器作、二极管关断特性以及使用不同电路对直流输出电压进行滤波。

对于整流器作的演示，使用了两种不同的交流电源，高频，1 kHz 输入，使用具有 10 伏峰值正弦输出的函数发生器产生。低频 60 赫兹输入由分流器提供。通电时请勿触摸电路的任何部分。使用函数发生器源时，电路接地，如图所示。不要将 variac 电源接地。要设置高频输出的函数发生器，请将差分探头连接到示波器通道 1，将 10x 探头连接到通道 2。将差分探头上的缩放因子调整为 20 倍，将 10 倍探头上的 10 倍调整。在示波器通道菜单上，将两个探针都设置为 10x。对于差分探头，手动将测量值乘以 2 以达到 20 倍的所需输出。接下来，将 BNC 转鳄鱼电缆连接到函数发生器的 50 欧姆输出，并将鳄鱼夹连接到 10 倍示波器探头。将输出设置为 10 伏峰值和 1,000 赫兹正弦波形，直流偏移为零。相应地设置信号后，断开 bnc 连接器和示波器探头，但保持函数发生器打开以保持其设置。要设置低频输出的 variac，请确保输出插座已断开，并且其关闭且旋钮设置为零。接下来，慢慢将 variac 旋钮调整到 5% 的输出，以达到 10 伏的峰值。

首先，用高频输入电压和电阻负载测试半波整流器。如图所示构建电路，使用 51 欧姆负载电阻器和一个额定电压为 50 伏特和 2 安培的二极管。二极管极性在阴极端用破折号标记。在将差分探头连接到电路之前，将探头的端子连接在一起，并将波形调整为零偏移电压。然后，将差分电压探头连接到负载电阻器两端以观察输出电压，将 10x 探头连接到交流侧以观察输入电压。接下来，根据示波器调整时间，以显示四个输入电压周期的输入和输出电压。在进行任何修改之前，请断开函数发生器并从电路中取出差分探头。接下来，测试具有高频输入和电阻感性负载的半波整流器。重复使用电路，添加一个与电阻器串联的电感器，如图所示。如前所述，将探头连接到电路并显示输入和输出电压的波形。关闭函数发生器，断开差分探头，并从电路中取出电感。最后，测试具有低频输入和电阻负载的半波整流器。将差分探头跨过 variac 并打开它。调整 variac 以获得 10 V 峰值输出，然后在不更改其电压设置的情况下关闭 variac 。如图所示，将 variac 输出连接到电阻电路。然后，将差分电压探头连接到负载电阻上，以观察输出电压。打开 variac。请勿在连接和打开变压器电源的情况下触摸电路。如前所述，显示输入和输出电压的波形。

首先，用电阻负载测试全波整流器。如图所示构建电路，并将探头和 variac 输出连接到电路。如前所述，显示输入和输出电压的波形并测量峰峰值电压。保留探头连接，关闭 variac 并连接一个与电阻负载并联的电解电容器。然后观察输入和输出电压。

第一个图显示了交流电源电压的四个周期和耦合到半波整流器的电阻负载的输出。只有输入交流电压的正半周期通过二极管整流器。如果半波整流器电路的输入电压是正弦波，则具有电阻负载的单个二极管的平均电压输出是输入峰值电压除以 pi。当电感器与负载电阻器串联时，二极管关断区域会延迟。电感器和电阻器的这种组合是一个低通滤波器。当电感值足够大时，输出的振荡分量被阻塞，只留下恒定的直流分量。对于全桥整流器，输入正半周期通过电路，负半周期整流为正。添加足够大的电容器可以过滤掉大部分电压纹波，并为负载提供一致的直流电压。

二极管整流器用于大多数电源、充电器、变频驱动器和许多保护电路中。首先，交流电源适配器用于转换直流供电机器的电源或为设备中包含的直流电池充电。适配器可以像一个电路一样简单，该电路由一个变压器组成，用于降低 120 伏壁式电源的电压，一个四二极管桥式全波整流器和一个电容器，用于平滑直流输出电压。晶闸管是硅控制整流器，常用于调光器、电机速度控制器和稳压器。根据设计，晶闸管用于交替层的 P 和 N 型半导体，用于在 P 型端产生阳极，在 N 型端产生阴极，并在阴极旁边形成连接到 P 型层的栅极跳跃。超过闭锁阈值时，进入栅极的电流脉冲将晶闸管从关切换到导通，从而允许正向电流从阳极流向阴极。这可整流一个方向的电流，并通过集成的开关机构调节输出功率。

您刚刚观看了 JoVE 对单相整流器的介绍。现在，您应该了解单相整流器的工作原理、常见的整流器电路及其输出，以及一些常见的整流器应用。感谢观看。