【導(dǎo)讀】二極管的電流與電壓特性可以使用ADALM2000模塊和以下連接來(lái)測(cè)量。藍(lán)色方框表示ADALM2000板的連接位置。在面包板搭建電路，波形發(fā)生器的輸出W1連接到電阻的一端。2+示波器輸入也連接到此處。電阻的另一端連接到二極管的一端，如圖1所示。2-示波器輸入和1+示波器輸入連接到電阻的第二端。二極管的另一端和1-示波器輸入連接到地。
目標(biāo)
本次實(shí)驗(yàn)的目的是研究二極管（PN結(jié)）的電流與電壓特性。
子分類:
● 2a. 半波整流器
● 2b. 全波整流器
● 2c. 橋式整流器
● 2d. 限幅器/箝位電路
● 2e. 交流耦合和直流恢復(fù)
● 2f. 可變衰減器
● 2g. 絕對(duì)值電路
● 2h. 電壓倍增器電路
材料
● ADALM2000主動(dòng)學(xué)習(xí)模塊
● 面包板
● 一個(gè)電阻（1 kΩ或1 kΩ至5 kΩ的范圍的電阻值）
● 一個(gè)小信號(hào)二極管（1N914或類似元件）)
指導(dǎo)
二極管的電流與電壓特性可以使用ADALM2000模塊和以下連接來(lái)測(cè)量。藍(lán)色方框表示ADALM2000板的連接位置。在面包板搭建電路，波形發(fā)生器的輸出W1連接到電阻的一端。2+示波器輸入也連接到此處。電阻的另一端連接到二極管的一端，如圖1所示。2-示波器輸入和1+示波器輸入連接到電阻的第二端。二極管的另一端和1-示波器輸入連接到地。
圖1. 二極管I/V曲線的連接圖
硬件設(shè)置
波形發(fā)生器配置為100 Hz三角波，幅度為6 V，偏移為0 V。示波器通道2的差分輸入（2+、2-）用于測(cè)量電阻（和二極管）中的電流。示波器通道1的單端輸入(1+)用于測(cè)量二極管兩端的電壓（1-輸入可以接地）。示波器通道1設(shè)置為每格500 mV，通道2也設(shè)置為每格500 mV。流過(guò)二極管 ID 的電流是通道2測(cè)得的電壓除以電阻值（本例中為1kΩ）的結(jié)果。使用XY顯示模式在x軸上繪制二極管兩端的電壓（示波器通道1），在y軸上繪制二極管中的電流（示波器通道2）。
圖2.電流與電壓，線性坐標(biāo)系.
步驟
圖3.電流與電壓（線性坐標(biāo)系使用Scopy繪圖）
圖4. 電流與電壓（線性坐標(biāo)系使用Excel繪圖）
將捕獲的數(shù)據(jù)加載到Excel等電子表格程序中，計(jì)算二極管電流 ID。繪制電流與二極管兩端電壓的曲線。二極管電壓和電流的關(guān)系是對(duì)數(shù)式的。如果在對(duì)數(shù)坐標(biāo)系上繪制，結(jié)果應(yīng)為直線，如圖5所示。
圖5. 電流與電壓，對(duì)數(shù)坐標(biāo)系
問(wèn)題
給定二極管兩端的電壓 ID ，二極管電流 VD的數(shù)學(xué)表達(dá)式是什么？
二極管特性的進(jìn)一步探討
測(cè)量多個(gè)1N914二極管在固定 VD時(shí)的二極管特性 ID, ADALP2000模擬器件套件中應(yīng)該有四個(gè)二極管，您可以請(qǐng)求與實(shí)驗(yàn)室伙伴交 換，獲得更多樣品。計(jì)算測(cè)量結(jié)果的平均值和變異系數(shù)（CV，定義為標(biāo)準(zhǔn)偏差除以平均值的百分比）。討論您觀測(cè)到的變化量，這常常是半導(dǎo)體工程師所說(shuō)的工藝偏差的測(cè)量指標(biāo)。
用發(fā)光二極管(LED)替換1N914二極管。ADALP2000模擬器件套件中應(yīng)當(dāng)有紅光、黃光、綠光和紅外LED。給定二極管兩端的電壓 ID時(shí)，LED的二極管電流 VD 的數(shù)學(xué)表達(dá)式是否與1N914相似？它們?cè)谑裁捶矫嫦嗨?，在什么方面不同？紅光、黃光和綠光LED是否以相同的正向電壓開(kāi)啟？
2a. 半波整流器
目標(biāo)
本次實(shí)驗(yàn)的目的是研究二極管作為半波整流器的用途。
材料
● 一個(gè)電阻（4.7 kΩ或其他類似值）
● 一個(gè)小信號(hào)二極管（1N914或類似元件）
指導(dǎo)
設(shè)置面包板，波形發(fā)生器輸出W1連接到二極管的一端。二極管的另一端連接到負(fù)載電阻的一端，如圖6所示。負(fù)載電阻的另一端接地。示波器通道2的單端輸入(2+)也連接到電阻的未接地端（2-輸入可以接地）。
圖6. 半波二極管整流器的連接圖
硬件設(shè)置
波形發(fā)生器配置為100 Hz正弦波，幅度為6 V，偏移為0 V。示波器通道2 (2+)用于測(cè)量負(fù)載電阻RL兩端的電壓。兩個(gè)示波器通道均應(yīng)設(shè)置為每格500 mV。
圖7.半波二極管整流器面包板電路
步驟
使用Scopy工具中的示波器功能繪制這兩個(gè)波形。
圖8. 半波整流波形
問(wèn)題
為什么整流輸出的峰值小于交流輸入的峰值？小多少？在輸入波形的什么位置整流波形變?yōu)檎泓c(diǎn)以外的位置）？如果二極管的方向反轉(zhuǎn)會(huì)發(fā)生什么？將二極管的方向反轉(zhuǎn)并重復(fù)實(shí)驗(yàn)。
進(jìn)一步探索
用發(fā)光二極管代替1N914二極管。您可能需要將AWG1幅度增加到10 V，以適應(yīng)LED的更高正向壓降。
1. 整流輸出波形與之前使用1N914二極管的結(jié)果相比如何？正偏壓降提高多少？
2. 用三種不同的波形做實(shí)驗(yàn)，波形發(fā)生器保持設(shè)置為100 Hz，注意LED的亮度。討論您觀察到的波形和亮度，并將這些觀察結(jié)果與您測(cè)得的每個(gè)波形的有效直流值聯(lián)系起來(lái)。
3. 降低波形發(fā)生器頻率，將頻率設(shè)置為0.2 Hz（每五秒一個(gè)周期）。當(dāng)波形發(fā)生器頻率為1 Hz或更低時(shí)，討論每種波形（共三種）所對(duì)應(yīng)的LED光強(qiáng)度。
4. 閃爍的LED在什么頻率停止閃爍，開(kāi)始持續(xù)發(fā)光？
2b. 全波整流器
目標(biāo)
本次實(shí)驗(yàn)的目的是研究?jī)蓚€(gè)二極管作為全波整流器的用途。
材料
● 一個(gè)電阻（4.7 kΩ或其他類似值）
● 兩個(gè)小信號(hào)二極管（1N914或類似元件）
指導(dǎo)
設(shè)置面包板，W1連接到第一個(gè)二極管D1的一端，W2連接到第二個(gè)二極管D2的一端。兩個(gè)二極管應(yīng)朝向相同方向。每個(gè)二極管的另一端連接到負(fù)載電阻的一端，如圖9所示。電阻的另一端接地。示波器通道2的單端輸入(2+)連接到電阻和兩個(gè)二極管的接合點(diǎn)。
圖9.全波二極管整流器的連接圖
硬件設(shè)置
第一路波形發(fā)生器W1應(yīng)配置為100 Hz正弦波，幅度為6 V，偏移為0 V。第二路波形發(fā)生器W2也應(yīng)配置為100 Hz正弦波，幅度為6 V，偏移為0 V，但相位設(shè)置為180°。示波器通道2的單端輸入(2+)用于測(cè)量負(fù)載電阻兩端的電壓。兩個(gè)示波器通道均應(yīng)設(shè)置為每格500 mV。
圖10. 全波二極管整流器面包板電路
步驟
使用Scopy工具提供的示波器繪制這兩個(gè)波形。如果交流輸入的0°和180°相位設(shè)置無(wú)誤，那么第二個(gè)二極管可以填補(bǔ)輸入缺失的半波，產(chǎn)生全波整流信號(hào)，如圖11所示。同樣，二極管的正向電壓是很明顯的，并且輸出波形在過(guò)零處不會(huì)出現(xiàn)尖點(diǎn)，原因是二極管的導(dǎo)通電壓非零。
圖11. 全波整流波形
問(wèn)題
如果二極管的方向反轉(zhuǎn)會(huì)發(fā)生什么？將兩個(gè)二極管的方向均反轉(zhuǎn)并重復(fù)實(shí)驗(yàn)。
如果一個(gè)二極管的方向與另一個(gè)二極管的方向相反會(huì)發(fā)生什么？將一個(gè)二極管的方向反轉(zhuǎn)并重復(fù)實(shí)驗(yàn)。
如何從單個(gè)信號(hào)源產(chǎn)生0°和180°相位（例如變壓器）？
進(jìn)一步探索
用紅光和綠光LED替換D1和D2。將波形發(fā)生器的幅度增加到10 V（以適應(yīng)LED的更高的導(dǎo)通電壓）。將頻率降至5 Hz或更低。這兩個(gè)LED是否同時(shí)開(kāi)啟？
1. 整流輸出波形與之前使用1N914二極管的結(jié)果相比如何？正偏壓降提高多少？
2. 用三種不同的波形做實(shí)驗(yàn)，波形發(fā)生器設(shè)置為100 Hz，注意LED的亮度。討論您觀察到的波形和亮度，并將這些觀察結(jié)果與您測(cè)得的每個(gè)波形的有效直流值聯(lián)系起來(lái)。
3. 降低波形發(fā)生器頻率，將頻率設(shè)置為0.2 Hz（每五秒一個(gè)周期）。當(dāng)波形發(fā)生器頻率為1 Hz或更低時(shí)，討論每種波形（共三種）所對(duì)應(yīng)的LED光強(qiáng)度。
4. 閃爍的LED在什么頻率停止閃爍，開(kāi)始持續(xù)發(fā)光？
2c.橋式整流器
目標(biāo)
本次實(shí)驗(yàn)的目的是研究四個(gè)二極管作為橋式整流器的用途。
材料
● 一個(gè)電阻（4.7 kΩ或其他類似值）
● 四個(gè)小信號(hào)二極管（1N914或類似元件）
指導(dǎo)
四個(gè)二極管可以按橋式配置排列，以便從單一交流相位提供全波整流，如圖12所示。但是，可以看到交流輸入端和負(fù)載端只能有一個(gè)連接在參考地上。
圖12. 二極管橋式整流器的連接圖
硬件設(shè)置
T波形發(fā)生器應(yīng)配置為100 Hz正弦波，幅度為6 V，偏移為0 V。示波器通道2（2+、2-）用于測(cè)量負(fù)載電阻RL兩端的電壓。兩個(gè)示 波器通道均應(yīng)設(shè)置為每格500 mV。
圖13.二極管橋式整流器面包板電路
步驟
使用Scopy工具提供的示波器繪制這兩個(gè)波形。該電路的缺點(diǎn)是，現(xiàn)在有兩個(gè)二極管壓降與負(fù)載串聯(lián)，使得整流輸出的峰值比交流輸入小1.2V，而不是之前電路中的0.6 V。
圖14. 全波橋式整流器波形
問(wèn)題
您將如何重新配置此電路以使負(fù)載電阻的一端接地，而不是像圖8顯示的那樣——交流源的一端接地？
進(jìn)一步探索
用紅光和綠光LED替換所有四個(gè)二極管D1、D2、D3和D4。將波形發(fā)生器的幅度增加到10 V（以適應(yīng)LED的更高導(dǎo)通電壓）。將 頻率降至5 Hz或更低。是否有兩個(gè)LED同時(shí)開(kāi)啟？如果有，是哪兩個(gè)？
1. 整流輸出波形與之前使用1N914二極管的結(jié)果相比如何？正偏壓降提高多少？
用三種不同的波形做實(shí)驗(yàn)，波形發(fā)生器設(shè)置為100Hz，注意LED的亮度。討論您觀察到的波形和亮度，并將這些觀察結(jié)果與您測(cè)得的每個(gè) 2. 波形的有效直流值聯(lián)系起來(lái)。
3. 降低波形發(fā)生器頻率，將頻率設(shè)置為0.2Hz（每五秒一個(gè)周期）。當(dāng)波形發(fā)生器頻率為1Hz或更低時(shí)，討論每種波形（共三種）所對(duì)應(yīng)的LED光強(qiáng)度。
4. 閃爍的LED在什么頻率停止閃爍，開(kāi)始持續(xù)發(fā)光？
2d. 限幅器/箝位電路
目標(biāo)
本次實(shí)驗(yàn)的目的是研究二極管作為限幅或箝位電路的用途。
M材料
● 一個(gè)10 kΩ電阻（或其他類似值）
● 兩個(gè)小信號(hào)二極管（1N914或類似元件）
指導(dǎo)
設(shè)置面包板，波形發(fā)生器輸出(W1)連接到10 kΩ電阻的一端，如圖15所示。一個(gè)二極管(D1)連接在10 kΩ電阻的另一端與第二路 函數(shù)發(fā)生器的輸出之間。第二個(gè)二極管D2連接在地和D1的頂部之間，如圖所示。示波器通道2 (2+)連接到電阻和兩個(gè)二極管的公共連接處。
圖15. 二極管箝位的連接圖
硬件設(shè)置
第一路波形發(fā)生器應(yīng)配置為100 Hz正弦波，幅度為6 V，偏移為0 V。第二路波形發(fā)生器應(yīng)配置0 V幅度，起始偏移為0 V。稍后將 改變第二路波形發(fā)生器的偏移，觀察其對(duì)輸出信號(hào)的影響。示波器通道2 (2+)用于測(cè)量箝位/限幅電壓，應(yīng)設(shè)置為每格500 mV。
圖16. 二極管箝位面包板電路
步驟
將第二路波形發(fā)生器w2的直流偏移值設(shè)置為零，觀察示波器通道2 (2+)上顯示的電壓的最小值和最大值。在-2 V和+2 V之間調(diào) 整第二路波形發(fā)生器w2的直流偏移，觀察示波器上顯示的最小和最大電壓。反轉(zhuǎn)兩個(gè)二極管D1和D2的方向。重復(fù)調(diào)節(jié)直流偏移，觀察示波器上顯示的最小和最大電壓。兩組測(cè)量結(jié)果相比如何？
圖17. 二極管箝位波形
問(wèn)題
如果兩個(gè)二極管D1和D2均連接到第二路信號(hào)發(fā)生器輸出，電壓限值會(huì)發(fā)生什么變化？
2e. 交流耦合和直流恢復(fù)
目標(biāo)
本次實(shí)驗(yàn)的目的是研究交流耦合以及二極管作為直流恢復(fù)電路的用途。許多信號(hào)包含直流分量。這種直流分量常常要被移除，在之后的信號(hào)路徑中可能會(huì)恢復(fù)為不同的直流電平。
材料
● 一個(gè)1.0μF電容（或其他類似值）
● 一個(gè)小信號(hào)二極管（1N914或類似元件）
指導(dǎo)
設(shè)置面包板，W1連接到1.0μF電容的一端，如圖18所示。二極管(D1)連接在1.0μF電容的另一端和第二路波形發(fā)生器W2的輸出之間。示波器通道2的單端輸入(2+)連接到電容和二極管的公共連接處。
圖18.直流恢復(fù)電路的連接圖
硬件設(shè)置
第一個(gè)波形發(fā)生器配置為1 kHz正弦波，幅度為2 V，起始偏移為0 V。稍后將改變偏移量，觀察其對(duì)輸出的影響。第二個(gè)波形發(fā)生器幅度配置為0 V，起始偏移為0 V。稍后將改變偏移量，觀察其對(duì)輸出的影響。示波器通道2 (2+)用于測(cè)量電壓，應(yīng)設(shè)置為每格500 mV。
圖19. 直流恢復(fù)面包板電路
步驟
使用Scopy工具提供的示波器繪制這兩個(gè)波形。
圖20. 直流恢復(fù)波形
用10 kΩ電阻替換電路中的二極管D1。使用示波器上的測(cè)量選項(xiàng)卡，當(dāng)波形發(fā)生器通道1的偏移在-1 V和+1 V之間變化時(shí)，讀取并記錄通道2 (2+)的正負(fù)峰值和平均值。現(xiàn)在將波形發(fā)生器通道 1設(shè)置為方波，幅度值同樣為2 V。同之前一樣，當(dāng)方波的占空比在10%和90%之間變化時(shí)，讀取并記錄正負(fù)峰值和平均值?，F(xiàn)在移除10 kΩ電阻，將二極管D1放回原位。重復(fù)剛才使用電阻進(jìn)行的相同測(cè)量，調(diào)整直流偏移和占空比。測(cè)量結(jié)果相比如何？反轉(zhuǎn)二極管D1的方向，再次重復(fù)這些測(cè)量。測(cè)量結(jié)果與前兩次相比如何？
問(wèn)題
當(dāng)D1的方向反轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生了什么？對(duì)于第二路波形發(fā)生器(W2)的輸出，設(shè)置不同直流值有何影響？
2f. 可變衰減器
目標(biāo)
本次實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)是使用二極管構(gòu)建、表征和分析小信號(hào)可變衰減器。
材料
● 一個(gè)2.2 kΩ電阻
● 一個(gè)4.7 kΩ電阻
● 一個(gè)10 kΩ電阻
● 一個(gè)5 kΩ可變電阻、電位計(jì)
● 兩個(gè)0.1μF電容
● 一個(gè)小信號(hào)二極管（1N914或類似元件）
指導(dǎo)
設(shè)置面包板，第一個(gè)波形發(fā)生器連接到0.1μF電容的一端，如圖21所示。電阻R1連接在C1的第二端與D1、R2、C2的接合點(diǎn)之間。D1的另一端接地。電阻R2的第二端連接到電位計(jì)R3的滑動(dòng)端。R3的兩端分別連接到地和Vp (5V)。示波器通道2 (2+)連接到電容C2和負(fù)載電阻R4的公共連接處。
圖21.可變衰減器的連接圖
硬件設(shè)置
波形發(fā)生器W1配置為10 kHz正弦波，幅度為200 mV（或更?。?，偏移設(shè)置為0 V。示波器通道1+設(shè)置為每格100 mV，R4處連接的 示波器通道2+設(shè)置為每格100 mV。設(shè)置測(cè)量選項(xiàng)卡以顯示通道1峰峰值和通道2峰峰值。
圖22.可變衰減器面包板電路
步驟
使用Scopy工具提供的示波器繪制這兩個(gè)波形。
圖23.可變衰減器波形
TC1（和C2）的作用是阻止直流分量進(jìn)入輸入和輸出電路，使得二極管的工作點(diǎn)不受影響。衰減器使用了如下原理：二極管的小信號(hào)電阻 ID是二極管中流過(guò)的直流電流ID的函數(shù)。參見(jiàn)公式1。
其中:
n為二極管面積（尺寸）比例系數(shù)
VT 為熱電壓
ID 為二極管電流
k 為玻爾茲曼常數(shù)
q為電子電荷
T為絕對(duì)溫度
在電路中，R1和D1的電阻之間設(shè)置了一個(gè)分壓器。通過(guò)改變R2中的電流來(lái)改變D1中的電流。當(dāng)D1中的電流很小時(shí)， rD 很大，輸出端看到的輸入信號(hào)比例很大。隨著D1中的電流增加，其電阻減小，輸出端看到的輸入部分減少。
問(wèn)題
在不造成輸出信號(hào)失真的情況下，您可以使用的最大輸入信號(hào)電平是多少？什么電路參數(shù)決定輸入信號(hào)的上限？
2g. 絕對(duì)值電路
目標(biāo)
本次實(shí)驗(yàn)的目的是研究絕對(duì)值電路。整流器或絕對(duì)值電路常常用作檢波器，以將交流信號(hào)的幅度轉(zhuǎn)換為更容易測(cè)量的直流值。對(duì)于此類電路，交流信號(hào)首先進(jìn)行高通濾波以去除任何直流成分，然后進(jìn)行整流，可能還會(huì)進(jìn)行低通濾波。正如我們?cè)谟枚O管構(gòu)建的簡(jiǎn)單整流電路中所看到的那樣，該電路對(duì)幅度小于二極管壓降（硅二極管為0.6 V）的信號(hào)反應(yīng)不佳。因此，它不適合用于要測(cè)量小幅度信號(hào)的設(shè)計(jì)。對(duì)于需要高精度的設(shè)計(jì)，運(yùn)算放大器可與二極管配合使用來(lái)構(gòu)建精密整流器。
材料
● 一個(gè)雙通道運(yùn)算放大器（ADTL082或類似產(chǎn)品）
● 五個(gè)10 kΩ電阻
● 兩個(gè)小信號(hào)二極管（1N914或類似元件）
● 兩個(gè)4.7μF解耦電容
指導(dǎo)
通過(guò)增加兩個(gè)二極管，可將反相運(yùn)算放大器電路改造為理想、（線性精密）半波整流器，如圖24所示。對(duì)于輸入的負(fù)半部分，二極管D1反偏，二極管D2正偏，電路作為常規(guī)反相器工作，增益為-1。對(duì)于輸入的正半部分，二極管D1正偏，使放大器周圍的反饋閉合。二極管D2反偏，斷開(kāi)輸出與放大器的連接。通過(guò)10 kΩ電阻，輸出將處于虛地電位（負(fù)輸入端）。
圖24. 精密半波整流器的連接圖
圖25.精密半波整流器面包板電路
步驟
如圖26所示，整流輸出的峰值現(xiàn)在等于輸入的峰值。當(dāng)輸入過(guò)零時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)急劇轉(zhuǎn)變。實(shí)驗(yàn)者可以研究電路中不同點(diǎn)的波形，解釋為什么這個(gè)電路比簡(jiǎn)單的二極管半波整流器更好。
圖26. 精密半波整流器波形
指導(dǎo)
圖27所示的電路是一個(gè)絕對(duì)值電路，常常稱其為精密全波整流器。它應(yīng)當(dāng)像一個(gè)由理想二極管構(gòu)建的全波整流電路那樣工作（正向?qū)〞r(shí)，二極管兩端的電壓等于0 V）。電路中實(shí)際使用的二極管會(huì)有大約0.6 V的正向電壓。
圖27.絕對(duì)值電路的連接圖
圖28. 絕對(duì)值面包板電路
步驟
對(duì)于此實(shí)驗(yàn)練習(xí)，您應(yīng)當(dāng)：
a. 研究電路并弄懂其工作原理。有一個(gè)非常基本的概念應(yīng)該有助于理解此電路的工作原理。給定一個(gè)配置為負(fù)反饋的運(yùn)算放大器，反相和同相輸入端會(huì)試圖達(dá)到相同的電壓電平，這常常被稱為虛短路。
b. 計(jì)劃一些測(cè)試方案，看看這個(gè)電路是否確實(shí)是絕對(duì)值電路。執(zhí)行這些測(cè)試，完整記錄所有測(cè)試和結(jié)果。
c. 設(shè)置輸入信號(hào)為1 kHz的6 V正弦波。仔細(xì)測(cè)量并記錄電路中所有節(jié)點(diǎn)的電壓。
圖29. 絕對(duì)值波形
問(wèn)題
通過(guò)完整記錄所有測(cè)試和結(jié)果來(lái)匯報(bào)您的實(shí)驗(yàn)
2h. 電壓倍增器電路
在負(fù)載電流相對(duì)較小且所需直流電壓高于系統(tǒng)電源可提供電壓的情況下，電壓倍增器非常有用。
圖30.電壓倍增器電路的連接圖。
此電路的工作原理不像之前研究過(guò)的二極管整流電路那么簡(jiǎn)單。為了理解這個(gè)電路，我們需要在W1提供的交流輸入的連續(xù)半周期期間觀察它。我們將從假設(shè)使用理想器件開(kāi)始，C1 = C2。
1. 在第一個(gè)負(fù)半周期中，D1正偏，將C1的右端保持在比地低一個(gè)二極管壓降的電平。因此，C1將充電到幾乎等于交流輸入峰值電壓 (vPEAK)的電壓，其左端相對(duì)于地為負(fù)。
2. 在接下來(lái)的正半周期中，D1反偏，不會(huì)傳導(dǎo)電流。C1上的電壓將增加到交流輸入電壓上，因此D2的左端會(huì)出現(xiàn)約2 VPEAK 的電壓。由于C2根本沒(méi)有充電，所以這將使D2正偏，并允許C1右端的電壓施加到C2的頂部。當(dāng)C1放電時(shí)，C2充電，直到兩個(gè)電容不再能使D2正偏。對(duì)于第一個(gè)正半周期，C2上的電壓等于 VPEAK， C1完全放電，因此D2左端的所有電壓都來(lái)自交流輸入。
3. 在下一個(gè)負(fù)半周期，C1通過(guò)D1再次充電至 VPEAK。如果沒(méi)有負(fù)載來(lái)給C2放電，其輸出將保持在 +VPEAK。
4. 如果沒(méi)有負(fù)載來(lái)給C2放電，其輸出將保持在 +VPEAK,而D2左端電壓再次為 +2 VPEAK。同樣，C1將其部分電荷轉(zhuǎn)移到C2，但這次是在C2充電到 +1.5 VPEAK電壓時(shí)停止。
5. 此操作一個(gè)周期一個(gè)周期地持續(xù)進(jìn)行，C1在每個(gè)負(fù)半周期完全充電至 VPEAK K，然后將C2充電至其起始電壓和 +2 VPEAK之間的中間電壓。C2永遠(yuǎn)不會(huì)充電到 +2 VPEAK, 但會(huì)非常接近。
對(duì)于非理想元件，當(dāng)正偏時(shí)，每個(gè)二極管上有很小(0.6 V)的電壓降。這會(huì)降低倍增器的最大空載輸出電壓。此電路上的任何負(fù)載（例如RL）總是從C2汲取電流，從而會(huì)在一定程度上給該電容放電。在每個(gè)正半周期，C1將對(duì)C2充電，從其在中間半周期開(kāi)始時(shí)的電壓一直充電到 +2 VPEAK。輸出上的紋波將更大，平均直流值將更低。
請(qǐng)注意，該電路的輸出電流容量?jī)H為普通整流電路的電流容量的一半。從電壓倍增器獲得的任何額外負(fù)載電流都會(huì)導(dǎo)致C2以更快速度放電，從而降低輸出電壓。永遠(yuǎn)不可能從電壓倍增器中獲得比輸入更多的功率。
如果C1大于C2，C2的充電和再充電速度可以更快。例如，如果C1 =10μF且C2 =1μF，那么在每個(gè)正半周期，C1將把更多電荷轉(zhuǎn) 移到C2，C2上電壓的提升速度將比C1上電壓的下降速度快得多。當(dāng)然，這也意味著輸出電流容量更加有限，因?yàn)镃2將迅速放電和充電。
圖31. 電壓倍增器面包板電路
步驟
使用Scopy工具提供的示波器繪制這兩個(gè)波形。
圖32.電壓倍增器波形
問(wèn)題
圖30中的電路產(chǎn)生正向直流輸出電壓。如何重新配置以產(chǎn)生負(fù)輸出電壓？構(gòu)建電壓逆變器并重復(fù)實(shí)驗(yàn)/仿真。
您可以在 學(xué)子專區(qū)博客上上找到問(wèn)題答案。
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