滤波电路仿真实验.pdf

大物仿真实验 整流滤波电路实验 一、实验简介 现代工农业生产和日常生活中， 广泛使用交流电。 主要原因在于： 与直流电相比， 交流电在产生、 输送和使用方面具有明显的优点和重 大的经济意义。 例如在远距离输电时， 采用较高的电压可以减少线路 上的损失。 对于用户来说， 采用较低的电压既安全又可降低电气设备 的绝缘要求。 这种电压的升高和降低， 在交流供电系统中可以很方便 而又经济地由变压器来实现。此外，异步电动机比起直流电动机来， 具有构造简单、价格便宜， 运行可靠等优点。在一些非用直流电不可 的场合，如工业上的电解和电镀等，也可利用整流设备，将交流电转 化为直流电。 交流电的电压 ( 或电流 ) 随时间作周期性变化。实际上，所谓交流 电包括各种各样的波形，如正弦波、方波、锯齿波等。本实验中，我 们主要讨论正弦交流电。 其原因在于， 正弦交流电在工业中得到广泛 应用，因为它在生产、 输送和应用上比起直流电来有不少优点； 此外， 正弦交流电变化平滑且不易产生高次谐波， 这有利于保护电气设备的 绝缘性能和减少电气设备运行中的能量损耗。 各种非正弦交流电都由 各种频率的正弦交流电叠加而成， 因此可用正弦交流电的分析方法来 分析非正弦交流电。 二极管是晶体二极管的简称，也叫半导体二极管，用半导体单晶 材料（主要是锗和硅）制成，是半导体器件中最基本的一种器件，是 一种具有单方向导电特性的无源半导体器件。利用二极管单向导电 性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉冲直流电。 其 中，整流二极管是将交流电能转变为直流电能的半导体器件之一， 整 流二极管可用半导体锗或硅等材料制造。硅整流二极管的击穿电压 高，反向漏电流小，高温性能良好。通常高压大功率整流二极管都用 高纯单晶硅制造。这种器件的结面积较大，能通过较大电流（可达上 千安），但工作频率不高，一般在几十千赫以下。整流二极管主要用 于各种低频整流电路。 实验目的是测量二极管的正向和反向伏安特性关系，学习、了解 整流滤波电路的基本工作原理，掌握交流电路基本特性 ( 例如用傅氏 分析法 ) 及交流电各参数的测量方法。 二、实验原理 （一）二极管伏安特性 从 PN结的导电原理可知， 只有在正向偏置条件下， 二极管才处 于导通状态，其伏安特性曲线如下图所示： 二极管伏安特性曲线图 1. 正向特性 指外加正向偏置电压时的二极管特性，即外加电压 。 当 时，正向电流为零； 当 时，开始出现正向电流， 伏安特性曲线可表示为 式中 可用测量的反向电流 代替， V 为所加电压， T 为热力学 温度， e 为电子电量（ ），k 为波尔兹曼常数。 硅二极管的死区电压 左右；锗二极管的死区电压 左右。 2. 反向特性 指外加反向偏置电压时的二极管特性，即外加电压 。 当 时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而 变化，此时的反向电流也称反向饱和电流 。 当 时，反向电流急剧增加， 称为反向击穿电压。 3. 击穿特性 二极管反向击穿并不一定意味着器件