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整流濾波與并聯穩壓電路實驗--模擬電路實驗箱

一、實驗目的
1、熟悉單相半波、全波、橋式整流電路。
2、觀察了解電容濾波作用。
3、了解并聯穩壓電路。
二、實驗原理
直流電路是利用二極管的單向導電性，將平均值為零的交流電變換為平均值不為零的脈動直流電路。
1、半波直流圖15-2所示電路為帶有純阻負載的單相半波整流電路，當變壓器負邊電壓為正時，二極管正向導通，電流經過二極管流向負載，在上得到一個極性為上正下負的電壓，而當為負的半個周期內，二極管反偏，電流基本上等于零。所以在負載電阻兩端得到的電壓極性是單方向的。
半波整流以后，輸入、輸出方向的關系為：V_O=0.45V₂
2、橋式整流圖15-3所示電路為橋式整流電路。整流過程中，四個二極管兩兩輪流導通，因此正、負半周內都有電流流過R_L，從而使輸出電壓的直流成份提高，脈動系數降低。在V₂的正半周內，D₂D₃導通，D₁D₄截止，負半周時，D₁D₄導電，D₂D₃截止，但是無論在正半周或負半周，流過的R_L的電流方向是一致的。
綜上所述，橋式整流電路輸入、輸出關系為：V_O=0.9V₂
3、電容濾波
在整流電路的輸出端并聯一個容量很大的電容器，就是電容濾波電路。加入濾波電容后，整流器的負載具有電容性質，電路的工作狀態完全不同于純電阻的情況。
圖15-4中，我們知道接通電源后，當V₂為正半周時，D₂D₃導通，V₂通過D₂D₃向電容器C充電，V2為負半周時，D1D4導通V2經D1D4向電容C充電，充電過程中，電容兩端電壓V_C逐漸上升，使得

，接入R_L后，電容C通過RL放電，故電容兩端的電壓VC緩慢下降，因此，電源V2按正弦規律上升，當V₂>V_C時，二極管D2D3受正向電壓而導通，此時，V2經D2D3一方面向R_L提供電流，另一方面向電容C充電，當VC隨V2升高到

。然后由于V₂按正弦規律下降，當V2＜VC時，二極管又受反向電壓而截止，電容C再次經RC放電，電容C如此周而復始地充放電，負載上便得一濾波后的鋸齒波電壓VC，使負載電壓的波動減少了。如圖15-1。

15-1電容濾波波形圖
4、并聯穩定電路
圖15-5為并聯穩壓電路，穩壓管作為一個二極管處于反向接法，R_L作為限流電阻，用來調節當輸入電壓波動時，使輸出電壓基本不變。
電路的穩壓原理如下：
A、假設穩壓電路的輸入電壓Vi保持不變，當負載電阻R_L減少，I_L增大時，由于電流在電阻R上的壓降升高，輸出電壓V_L將下降，而穩壓管并聯在輸出端，由其伏安特性可見，當穩壓管兩端電壓略有下降，流經它上面的電流將急劇減少，亦即由I_Z的減少來補償I_L的增加，最終使I_R保持基本不變，使輸出電壓隨之上升，但此時穩壓管的電流I_Z急劇增加，則電阻R上的壓降增大，以此來抵消Vi的升高，從而使輸出電壓保持不變，上述過程簡明表示為：
R_L↑→I_L↑→I_R↑→V_O↓→I_Z↓→I_R↓→V_O↑
B、假設負載電阻保持不變，由于電網電壓升高而使Vi升高時，輸出電壓V_O也將隨之上升，但此時穩壓管的電流I_Z急劇增加，則電阻R上的壓降增大，以此來抵消Vi的升高，從而使輸出電壓保持不變，上述過程要簡明表示為：
V_i↑→V_O↑→I_Z↑→I_R↑→V_R↑→V_O↓
三、實驗儀器及材料
1、示波器
2、數字萬用表
3、整流濾波電路模塊
四、實驗內容
1、半波整流、橋式整流電路實驗電路分別如圖l5-2，圖l5-3所示。
分別接二種電路，用示波器觀察V₂及V_L的波形。并測量V₂、V_D、V_L 。

圖15-2 半波整流電路

圖l5-3 橋式整流電路
2、電容濾波電路
實驗電路如圖15-4
(1) 分別用不同電容接入電路，R_L先不接，用示波器觀察波形。用電壓表測V_L并記錄。
(2) 接上R_L，先用R_L=1KΩ重復上述實驗并記錄。
(3) 將R_L改為l50Ω，重復上述實驗。

圖15-4電容濾波電路
3、并聯穩壓電路
實驗電路如圖15-5所示。
(1) 電源輸入電壓不變，負載變化時電路的穩壓性能。
改變負載電阻R_L使負載電流I_L=lmA、5mA、10mA分別測量V_L、V_R、I_L、I_R，計算電源輸出電阻。

圖15.5并聯穩壓電路
(2) 負載不變，電源電壓變化時電路的穩壓性能。
用可調直流電源的電壓變化模擬220V電源電壓的變化，電路接入前將可將電源調到l0V，然后調到8V、9V、1lV、l2V，按表15-1內容測量并填表，并計算穩壓系數。
表15-1

V_i	V_L（V）	I_R（mA）	I_L(A)
10V
8V
9V
11V
12V

五、實驗報告
1、整理實驗數據并按實驗內容計算。
2、圖15-5所示電路能輸出電流最大為多少?為獲得更大電流應如何選用電路元器件及參數?

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