應用電子學實驗講義（I）
實驗七之1
實驗七 二極體電路
零件
運算放大器LF411 一枚；
二極體1N4148 四枚；
稽納二極體6.2V 一枚；
電阻 1kΩ、2kΩ、10kΩ 各二枚； 51Ω 一枚；
電容 22µ、470µF 各一枚。
目的
研習及測試二極體之應用電路。
相關知識
1. 二極體之種類及基本傳導特性；
2. 二極體應用電路：（a）半波整流器；（ b）全波整流器；（ c）截波與箝位器；
（d）主動整流器。
預習問題
1. 在程序2與3中，絕對不可以用示波器同時觀察Vin和Vout，為什麼？由於不能同 時觀察，對於Vin輸入值及Vout輸出值的量測，要如何操作才正確？
2. 在程序4中，要估算二極體的串聯動態電阻(Dynamic resistance)，請問何謂二極 體動態電阻？
3. 把程序3的電路，用Pspice模擬，看看電路模擬的結果為何？
程序
＜1＞
半波整流器
電路連接如右圖：
Vin用振幅為10V之60Hz正弦波輸入，畫出你 觀察到的Vout，注意峰值為多少？是否仍為 10V？
＜2＞
橋式全波整流器
應用電子學實驗講義（I）
實驗七之2
1. 仔細接好如右圖電路，特別注意二極體 的極性（即方向性），我們這裡還不希望有 太多的surprise！
2. Vin輸入振幅為10V之60Hz弦波信號，畫出 Vout。
Wait！這裡請注意一下！此電路的輸入，不 管正或負端均為float（即均不和地GND相接），
因此你絕對不可以用示波器同時觀察Vin和Vout
的波形。你必須在Vin尚未接入電路前先檢查其大小，然後（確定探針的GND沒接在任一輸入 端）再觀察Vout。
＜3＞
全波整流器+濾波電容
在程序＜2＞的電路輸出接一瀘波電容C到地。
接線如右圖：
此即形成一個常用的所謂末經 穩壓（unregulated）直流電源供 應器的靈魂部分。
1. Vin仍用振幅10V、60Hz之弦波輸入，C用22µF，畫出Vout。並注意輸出電壓的 不平整（即漣波，ripples）情形，記錄其漣波大小。
2. 將C換為470µF，結果有何變化，漣波現在有多大？這樣合理嗎？
3. 現在將電路中標記c的二極體移去，用來模擬此二極體被燒壞的情形，Vout的 波形變成怎樣？假如將二極體c兩端短路，結果如何？（注意！別把二極體a或d 之兩端短路！）
＜4＞
截波或箝位器（clamp）
Vout ripples
Time
應用電子學實驗講義（I）
實驗七之3
1.電路如右圖：
Vin用振幅為10V、1kHz之弦波輸入，記錄 Vout。假如你看到被截的波形不是很平，這 是 由 於 二 極 體 的 串 聯 動 態 電 阻 （ dynamic resistance）所致，請約略估計一下此電阻的 大小。
2. 上面用來箝位的5V電壓，現在改用一個 分壓器來提供，線路如右圖。輸出變成什 麼模樣？有沒有感到訝異？你知道原因 嗎？
試試看如虛線所示，接一個22µF的電容到 地，結果有沒有改善？！
3. 右圖為利用稽納二極體所設計 的截波 器，Vin仍用振幅10V、1kHz之弦波輸入，記 錄Vout。假如R換成51Ω之電阻，Vout有何不 同？
＜5＞
主動式整流器
1. 不好的整流器：
右圖為一不好的整流器，怎麼不好呢？試 試看就知道。用一個100Hz、振幅2V、DC Offset=0之弦波輸入，記錄Vout。輸入為負 時，Vout發生什麼事？為什麼？用1000Hz試 試。
Diode clamp
+
Clamp with voltage divider reference
應用電子學實驗講義（I）
實驗七之4
2. 改良的整流器：
電路如右圖，重複上面步驟，結果是不是 改善很多？
問題與討論
*1. 解釋你程序＜1＞和＜2＞之結果，比較兩種整流器之優劣。
*2. 比較並解釋程序＜3＞步驟2和3中漣波（ripples）之大小。
3. （BONUS！)解釋程序＜4＞之1的結果，並估計二極體的動態電阻。
4. （BONUS！)解釋程序＜4＞之2的結果，並說明後來接上去的電容有何功 能？
5. 解釋程序＜4＞之3中兩個不同R值所造成之結果。
6. 解釋程序＜5＞的結果，步驟2之電路為什麼比步驟1的好？主動式的整流器 看不看得到0.6~0.7V二極體導通所需之電位降？
