设计性实验  组装整流器

整流器是电子仪器的重要组成单元，其功能是将交流电信号整流后变成直流信号。整流可以分为半波整流与全波整流，尽管交流电信号经整流变成直流信号，但在直流信号中仍包含着交流成分。所以，作为一个完整的整流器，除了整流电路外，还必须包含滤波电路。整流元件主要有两种：一种是可控硅，而另一种就是晶体二极管。本实验主要采用晶体二极管作为整流元件；而滤波元件主要有电容和电感，可组成多种不同的滤波电路，主要有RC滤波，LC滤波以及π型滤波等等。本设计实验希望同学们通过已学过的知识，根据实验室提供的电学仪器和电子元器件，自行设计符合要求的电路，并测定其相关参数。

一、设计任务

设计并制作一个小型晶体管收音机用的简易直流稳压电源，包括交流降压、整流、滤波、稳压等单元电路，如图1所示。

                              整  流  器

 

～220V输入

50 HZ

                  

图1   简易直流稳压电源示意图

设计要求及技术指标如下：

a)   电力网电压                 ，

b)   电源变压次极输出电压      视输出直流电压而定

c)   输出直流电压              等

d)   输出电流                 

e)   输出电阻                   （工作温度20℃-40℃）

二、实验仪器

1、双踪示波器、自耦调压器各一台。

     2、交直流安培表、毫安表、伏特表、毫伏表及万用表各一台。

     3、定值电阻、整流二极管、电解电容、三端稳压器、导线、电烙铁、焊锡、试验板等电子元器件若干。

三、设计内容

第一阶段

1)   学会使用示波器、信号发生器、万用表。判断有关元器件（电阻、电容等）特性，并对其型号、标称值、额定值等做详细记录。

2)   了解整流电路和滤波电路的原理和作用。                                             

3)   用示波器观察（半波、全波、桥式整流器）负载R_L的波形，并作定性记录，进一步理解各元件作用。

4)   用示波器观察电容滤波特性，分别改变电容和负载大小观察输出电压数值和波形变         化，并作详细记录。

第二阶段

(一)、五天期间整理第一阶段内容，根据设计指标要求预写设计报告。内容如下：

1.   报告摘要（100字左右）。

2.   简述整流滤波电路工作原理（整流电路和滤波电路的分析、原理图及波形）。

3.   整流滤波电路的设计原则（简单叙述判断整流器性能优劣指标）。

4.   设计指标要求（标明设计的电力网电压、输出电流、输出电阻、输出电压等）。

5.   整流滤波电路的设计步骤和方法（①、选择电路方案，画出选定的电路图；②计算元器件参数－确定变压器次级电压值；确定整流二极管耐压值和过流最大值；选择滤波电容容量及反向电压；确定三端稳压器型号）。

6.   画出设计电路图（注明元器件型号指标），自拟表格，确定测试条件（负载大小）。

(二)、在实验室完成设计方案，调试整流器各性能指标

1. 组装、调试设计电路，拟定实验步骤，测试设计指标。若测试结果不满足设计指标,需重新调整电路参数,使之达到设计指标要求。

2.  写出设计、安装、调试、测试指标全过程的设计报告。

3.  详细记录所用仪器设备型号名称和元器件。

4.  列出参考文献。

四、预习要求

1、查阅有关资料，了解整流滤波电路原理及常用设计方法；

2、根据本实验要求，熟悉相关电子元器件特性及参数，初步设计电路图和实验方案；

3、能估算电路元器件的参数，分析电路可行性。

五、实验提示

在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。小功率的稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。整流电路是小功率直流稳压电路电源的组成部分。其主要功能是利用二极管的单向导电性，将正弦交流电转变成单方向的脉动直流电。常用的整流电路有： 

1、半波整流电路　半波整流就是利用二极管的单向导电性能，使经变压器出来的电压V_o只有半个周期可以到达负载，造成负载电压V_L是单方向的脉动直流电压。        

图1  半波整流电路                    图2  全波整流整流电路

 

2、全波整流整流电路  利用副边有中心抽头的变压器和两个二极管构成如下图所示的全波整流电路。从图2中可见，正负半周都有电流流过负载，提高了整流效率。

全波整流的特点：输出电压V_O高；脉动小；正负半周都有电流供给负载，因而变压器得到充分利用，效率较高。

3、桥式整流电路　桥式整流属于全波整流，它不是利用副边带有中心抽头的变压器,而是用四个二极管接成电桥形式，使在电压V₂的正负半周均有电流流过负载，在负载形成单方向的全波脉动电压。

图3  桥式整流电路

六、参考文献

1、《新编大学物理实验》 赵丽华、倪涌舟等编著，浙江大学出版社，2007。

2、《电工学》（第六版）  秦曾煌主编，高等教育出版社，2003。

3、《电工学》（非电类）  孙梅主编，  清华大学出版社，2006。

4、《电子线路设计、实验、测试》 谢自美主编，华中科技大学出版社，2006。

 

第二篇：大学实验组装整流器

                                组装整流器

摘要： 1：设计整流电路，使得电流单向通过负载电路。

       2：设计滤波电路，改善输出电压的脉动程度。

       3：设计稳压电路，使得输出电压相对稳定。

关键词：二极管，整流，滤波，稳压。

一、引言：

1：由于电网电压为正弦波形电压，使得流经负载电阻的电流不断改变其   方向，这对某些电子设备会造成影响。因此，研究设计整流电路，使电流始终单向通过负载电路。2：整流过的电路输出单向脉动电压，含有较强交流成分，若把整流电路的输出作为电子设备的电源，会对设备产生不良影响，为改善输出电压的脉动程度，整流电路与负载电路之间加接滤波电路。3：现实生活中，往往由于电网电压的波动及负载的变化而引起输出直流电压不稳定，而加接稳压电路可以改善这一现象。

       

二、 实验任务

1：根据实验室提供的元器件，完成各种整流电路的设计以及滤波电路、稳压电路的设计。2：熟悉一些常用的电子元件，熟悉电子示波器以及万用表的使用。3：学会基本的电路设计以及焊接技术。

三、 实验仪器

1.二极管若干

2.试验用专用面板一块

3.发光二级管一个

4.波形发生器一个

5.焊锡若干

6.电烙铁

7.试验板一块

8.稳压管一个

9.导线若干

四、实验原理

（一）整流电路工作原理

<1> 半波整流电路

实验原理图如上1-1

当电压正向导通时，二极管相当于短路，在负载电阻两端可以测到电压，当加反向电压时，二极管相当于开路，在电阻两端测不到电压，则在示波器上的图像应该如下图1-2(b)

<2> 桥式整流电路原理

桥式整流电路有以下两种设计：

（a）   

其实验原理图如图1-3,当电源变压器副边电压为E2.其波形图如图1-4(a)所示，在E2正半周时，二极管D1、D3受正向电压导通，D2、D4受反向电压而截至。此时电流由A端流出，经D1、R、D3回到B端，负载上得到上正下负的半波电压，电流波形图如图1-4(b）所示。

在E2负半周时，二极管D2、D4受正向电压导通，D1、D3受反向电压而截至。此时电流由B端流出，经D2、R、D4回到A端，负载上仍得到上正下负的半波电压，电流波形图如图1-4（c）所示。

变压器副边交流电压的极性虽在不断变化，但负载上的电压总是上正下负，于是得到一个全波电压，如图1-4（d）

(b)

 

其实验原理图如上所示，当电源左端为正极时，电流流向：aàbàcàd,当电源右端为正极时，电流流向：dàeàfàa。因此流进负载电阻的电流总是从上至下，并且没有间断。在示波器上可以看到如图1-4（d）所示的图像。

（二）电容滤波电路原理

 

所谓滤波是把脉动直流电压中的交流成分削弱或去掉，获得比较平滑的直流电压。如图1-7所示。他是利用电抗原件L、C的储能作用，当整流后的单向脉冲电流、电压较大时，将部分能量存储，反之则释放能量，使得输出电流、电压平滑。图1-6为桥式整流电容滤波的电路，滤波电容和负载电阻直接并联，因此，负载两端的电压等于电容器两端的电压。电容的充放电过程为电源电压的半个周期重复一次，因此，输出的直流电压波形更为平滑。

                                                    

 

输入交流电压                                            

 

脉动直流电压

直流电压

 

（三）稳压管工作原理

 

其实验原理如图1-8所示，稳压原理：(1)当负载电阻不变而电流电网电压增加时，稳压过程如下：U↑→ U0↑→  UZ↑→  IZ↑↑→  IR↑→ UR=RL*IR↑ →  U0↓

输入电压U的增加，必然引起输出电压u0的增加，及稳压管两端的电压UZ增加，从而使IZ增加很大，IR增加，UR增加，致使U0减小。电网电压减小时，过程相反。

（2） 当电网电压不变而负载电阻RL减小时，稳压过程如下：

RL↓→ IL↑→ IR↑→ UR↑→ UZ↓→ IZ↓↓→ IR↓→  UR ↓→ U0↑

负载电流IL的增加，必然引起IR的增加，即UR增加，从而使U0=UZ减小，IZ减小很多。IZ的减小必然引起IR减小，UR减小，致使输出电压增加。当负载电阻增加时，稳压调节过程正好相反。

五、实验内容（或步骤）、

1、实验方法的比较与选择

 对于桥式电路的设计，我们选择方案b。因为方案a,b均能达到整流目的，但是                               b的线路图相对于a要简单，因此选择b

2、测量方法的选择

（1）半波整流电路

 ?用波形发生器作为交流电压（2v）?在实验专用面板上按图5-1连好电路。?打开波形发生器，观察负载电阻两端电压波形的变化，并记录。

（2）桥式整流电路

 ?用波形发生器作为交流电压（2v）?在实验专用面板上按图7连好电路。?打开波形发生器，观察负载电阻两端电压波形的变化，并记录。

（3）电容滤波电路

 ?用波形发生器作为交流电压（2v）?在实验专用面板上按图8连好电路。?打开波形发生器，观察负载电阻两端电压波形的变化，并记录。

（4）稳压电路

①在试验板上按图1-8放置电路元件。②用电烙铁以及导线将电路连接。 ? 用剪刀休整电路。并整理实验器材。

3、测量条件的选择

在整流电路以及滤波电路中选择负载发光二级管，方便确定电路连接真确与否，选择波形发生器电压控制在2v，防止发光二级管因电压过高而烧毁。

六、原始数据图记录

 ① 半波整流

七、实验误差分析（注意分类）

     ② 桥式整流

     ?滤波

 

七、实验误差分析

  1、 系统误差

（1）二极管有单向导通性，但加反向电压时，并不是完全没有电流通过，实验过程中，承受正向电压时，将其视为短路处理，当受到反向电压时，将其视为开路处理使得实际图形与理论分析有出入。

（2）实验仪器不准确或使用不当造成的误差；

（3）环境条件有规律地变化所引起的误差；

2、偶然误差

（1）实验周围环境或操作条件的微小波动；

（2）测量仪器指示数值的变动性；

八、结束语

通过本次试验，我学会了许多新的器材的使用方法，感受到了电工的艰辛。此外，还有许多值得我们注意的地方。比如：在使用二极管时，正负要看清。在使用稳压管时要求接反向电压等等。总之，我收获颇多。

九、参考文献

[1] 书籍：孙梅等．电工学（非电类）[M] ．清华大学出版社．2006 9

[2] 书籍：赵丽华等．新编大学物理实验[M] ．浙江大学出版社．2007.3

[3] 网页：http://www.jdzj.com/diangong/article/20##-9-3/21505-1.htm

附：二极管的工作原理

二极管的工作原理

　　晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n　结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。

　　当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。

　　当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。

　　当外加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。