单相整流器

二极管整流器是两端半导体器件, 通过电流在一个方向, 并阻止它在另一个方向。电流从阳极传递到阴极, 而不是从阴极到阳极。在阻塞方向 (阴极到阳极) 中通常存在一些泄漏电流, 但它非常低。二极管阻断电流流因此需要将一定的电压水平从阴极到阳极, 所以二极管的额定电流的能力和他们的电压拦截能力。当二极管端子的电压超过该电压阻挡额定值时, 二极管在击穿区域运行, 并通过电流两种方式。二极管通过电流在一个方向的事实导致整流能力, AC 可以转换为 DC。

半波整流器 (图1和图 2) 只将交流输入电压的一半传递给输出, 同时通过提供零输出电压来阻止负的一半。全波整流器 (图3和图 4) 翻转负极的极性, 使之成为正数, 除了通过正半部分。虽然这些整流器的输出不平滑, 但它们是按定义的直流输出, 因为电流只流向一个方向。然而, 这些输出波形通常被过滤, 以平滑产生的输出电压。

本实验的目的是研究不同负载类型的半波和全波单相整流器操作。整流, 随着二极管的关闭特性, 在二极管电流达到零时观察。还研究了利用电解电容对直流输出电压进行滤波的方法。

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

预计电阻负载耦合到半波整流将只看到输入交流电压的正半周期, 因为二极管整流器可以通过电流在一个方向。在全桥整流下, 输入正负半循环是正的, 但加一个电容器会过滤掉大部分的电压波动, 并为负载提供一个干净的直流电压。

当电感器随负载增加串联时, 预计二极管关闭将会延迟。这可以解释如下: 二极管关闭在两个条件下 (需要共存) 1) 在二极管的电流必须去到零, 和 2) 的电压横跨二极管 (阳极-到阴极电压) 是低于轮-在阈值。当感应器与负载串联时, 它储存能量, 当源不可用时, 或在二极管的阳极一侧呈负值时, 它将充当电流源。因此, 电感电流将保持二极管向前偏置, 直到电感能量消散。在 =v₀cos (ωt) 中, 控制基本整流电路与输入V_的关键方程式:

单二极管和电阻负载: < v_出> =v₀/π (1)

二极管桥和电阻负载: <v_出> = 2v₀/π (2)

二极管桥, 当前源负载: < v_出> = 2v₀/π (3)

二极管整流器几乎在每一个电源, 充电器, 变频驱动器, 并在许多保护电路。大多数直流电源或可调交流电源使用二极管整流器转换 ac 到 DC, 然后到可调 ac 电源和变频驱动器, 如果需要。在电力电子转换器的应用是常见的电压阻断, 并为自由能源的电感, 机电继电器, 和电机绕组。二极管应用扩展到电力电子应用领域, 以低功耗电子、通信系统和照明应用。