整流器

课程标准： Sek II, electronics courses

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实验目的

研究桥式全波整流器以及电容对纹波的平滑作用。

实验装置

电压源：正弦波，幅度 10 V，50 Hz。由四只二极管组成的电桥，1 kΩ 负载。100 µF 滤波电容通过开关接到负载上，开关处于断开状态。示波器接在负载两端：CH1，5 V/格，5 ms/格。

实验步骤

1. 观察负载两端的波形，求出纹波的周期。
2. 闭合电容的开关。为了看清纹波，在示波器菜单中把CH1切换到AC输入，用旋钮调到 0.2 V/格，触发电平设为 0；估算纹波的峰峰值。
3. 在电容的参数面板中设为 1000 µF，把CH1切换到 20 mV/格。
4. 断开开关，去掉最左边的二极管，就得到半波整流器。

预期结果

负载两端是正半波，没有低于零的部分。峰值约为 8.9 V：约 1.1 V 损失在两只导通的二极管上（真实的硅整流二极管损失约 1.3 V，峰值更低，约为 8.7 V）。纹波频率为 100 Hz，即 2 格。接上 100 µF 电容后，电压几乎恒定，约为 8.5 V；纹波约为 0.67 V，在AC输入下为 3.4 格；电容为 1000 µF 时，纹波约为 0.07 V。去掉一只二极管后，每个周期只剩下一个半波，50 Hz。

问题

1. 为什么全波整流器的纹波频率是电网频率的两倍？
2. 纹波的峰峰值与负载电流有什么关系？

答案

1. 电桥把负半波翻转过来，所以每个周期的两个半波都以相同的方向加到负载上。电压源的一个周期（50 Hz 时为 20 ms）产生两个相同的波峰，纹波每 10 ms 重复一次：100 Hz。
2. 纹波大致与负载电流成正比。在两个峰值之间，只有电容为负载供电，它失去的电荷为 \(I \cdot \Delta t\)，所以它的电压下降 \(\Delta U \approx I \cdot \Delta t / C\)，其中 \(\Delta t\) 最多为两个峰值之间的 10 ms。对于 8.5 V / 1 kΩ = 8.5 mA 和 100 µF，最多为 8.5 mA · 10 ms / 100 µF = 0.85 V；实验装置显示 0.67 V，因为电容在下一个峰值到来之前就已开始重新充电。