电容+二极管电路输入正弦交流信号,为什么输出电压会被抬高呢？

ID:925872 · 发表于 2021-7-12 15:23

输入正弦交流信号，为什么输出电压会被抬高呢？麻烦大佬指点一下，谢谢。

ID:123289 · 发表于 2021-7-12 16:09

理解1：
由于二极管的存在，顺向时，电容被充电，逆向不充，这样顺充多逆不充，使得电容上积累一定的电荷：左负右+，与交流电叠加后，抬高了电位。（这时可将电看成是一个电池）。
理解2：电容通交不通直。
交流电正向时，通过，输出随输入增加或变小。
交流电反向时，受二极管的限制，输出被钳位于-0.7V(近似认为是0V)。同时电容被充电，会积累电荷。
分两种情形理解：
当电容上无电荷时，输出被钳位于0；（就是你的图形的最底点。）
当电容上有积累的电荷时，输出为交流电与电容电压的叠加。（开始也是慢慢爬上去的，这个瞬态过程你要用示波器才看得到，与现行的图是不同的！若干个周期后，电容上的电充得相对平衡了，这时你看到的是叠加图，就是你给出的这个样子。）

ID:925872 · 发表于 2021-7-13 11:22

yzwzfyz 发表于 2021-7-12 16:09
理解1：
由于二极管的存在，顺向时，电容被充电，逆向不充，这样顺充多逆不充，使得电容上积累一定的电荷 ...

“yzwzfyz”大神的回复就是我想要的答案！

刚开始自己无法分析，不知道输出电压是如何一步一步变成最后的波形，经过大神的分析，豁然开朗。

电容充电过程：
第1个周期，从上电开始，前半周期V1>0，二极管截止，所以此时输出电压V2=V1，没有任何抬高；
后半周期，V1从0慢慢减小，比如V1=-0.2V时，虽然二极管没有导通，但是开始有微弱的漏电流，
电容此时其实已经在充电了，只是电荷积累非常少；当V1达到-0.6V时，二极管导通，电流很大
电容快速充电。随着V1又慢慢接近0V，电容不再充电了，此时电容电压Vba>0，相当于一个小电源（这个类比非常好）。
第2个周期，前半周期二极管截止，此时输出电压V2=V1+Vba，所以输出电压被抬高了Vba（原来是这样被抬高的）。
后半周期，同样电容会充电，导致Vba进一步增大，输出电压进一步被抬高。
经过多个周期充电后，比如V1=-Vp时，V2=-Vp+Vba，V2<-0.2V时，连微弱的漏电流都没有了，此时电容不再充电了。

电容电压稳定过程：
电容不再充电后，Vba=Vp-0.2V，最终输出电压被抬高了（Vp-0.2）V 。

我用Multisim模拟了一下

ID:94031 · 发表于 2021-7-12 15:54

你怎么知道输出电压会被抬高呢。

ID:925872 · 发表于 2021-7-12 16:00

xuyaqi 发表于 2021-7-12 15:54
你怎么知道输出电压会被抬高呢。

你看输入电压波形，是标准的正弦曲线，输出电压整体上移了，最小电压是0V，不是-Vp了，这不就是被抬高了吗？

ID:94031 · 发表于 2021-7-12 16:16

wufuzhang 发表于 2021-7-12 16:00
你看输入电压波形，是标准的正弦曲线，输出电压整体上移了，最小电压是0V，不是-Vp了，这不就是被抬高了 ...

你的这个图从哪里来的，把来源说一下。

ID:883242 · 发表于 2021-7-12 16:20

没有上下文和先决条件，你的问题无法回答。比如右边有个负载电阻Rl，那么你的图显然是错的。

ID:819198 · 发表于 2021-7-12 16:32

用Proteus仿真看一看，每一个节点的波形，应该知道答案。

ID:94031 · 发表于 2021-7-12 16:33

wufuzhang 发表于 2021-7-12 16:00
你看输入电压波形，是标准的正弦曲线，输出电压整体上移了，最小电压是0V，不是-Vp了，这不就是被抬高了 ...

看倍压整流原理

ID:925872 · 发表于 2021-7-12 17:20

rz12345 发表于 2021-7-12 16:32
用Proteus仿真看一看，每一个节点的波形，应该知道答案。

仿真确实能够看清每个节点波形，可是波形如何来的，还是不知道怎么分析。。。。。。。。。

ID:149799 · 发表于 2021-7-12 17:24

xuyaqi 发表于 2021-7-12 16:33
看倍压整流原理

一语道出根本啊

ID:925872 · 发表于 2021-7-12 19:42

xuyaqi 发表于 2021-7-12 16:16
你的这个图从哪里来的，把来源说一下。

《实用电子元器件与电路基础》 Paul Scherz 第二版 P318

ID:824490 · 发表于 2021-7-12 21:21

楼主这个图形给出的条件不够，不能说明问题，我也给你列个123：
1、你交流信号的频率是多少？电容容量又是多少？这2个参数决定了输出到右侧的波形，
2、当你在右侧再接上一个负载（电阻）时再测量波形，你再看看是什么样的？
3、一些代成本电器的阻容降压电路，你不妨拿来分析一下？

ID:827550 · 发表于 2021-7-12 21:22

用Proteus仿真看一看，每一个节点的波形，应该知道答案。

ID:123289 · 发表于 2021-7-14 08:15

功底深的朋友，一眼也能看出，它是：直流+交流。
直流：=电容上积累的电压=半周通+半周不通=半个峰值。
交流：=正弦波

ID:925872 · 发表于 2021-7-14 08:54

yzwzfyz 发表于 2021-7-14 08:15
功底深的朋友，一眼也能看出，它是：直流+交流。
直流：=电容上积累的电压=半周通+半周不通=半个峰值。
...

嗯，正解。

ID:420836 · 发表于 2021-7-14 08:55

这种电容二极管电路称为电压倍增器，其关键功能是在输入正弦波的负半波期间将电容器充电至峰值电压。

ID:925872 · 发表于 2021-7-14 09:06

TTQ001 发表于 2021-7-14 08:55
这种电容二极管电路称为电压倍增器，其关键功能是在输入正弦波的负半波期间将电容器充电至峰值电压。

对的，正弦波负半周期，二极管导通，电容会充电；正半周期，截止，电容不会放电。电容积累的电荷越来越多，经过多个充电周期后，理论上电容电压最后可以达到峰值电压，输出电压=正弦波+电容电压，所以相较于输入电压，输出电压被抬高了。

ID:722595 · 发表于 2021-7-14 09:59

wufuzhang 发表于 2021-7-13 11:22
“yzwzfyz”大神的回复就是我想要的答案！

“第1个周期，从上电开始，前半周期V1>0，二极管截止，所以此时输出电压V2=V1，没有任何抬高；”
请教一下，这个不太理解，第一个周期，上电开始，v1>0,此时电容没有充电，输出为0吧？为什么V2=V1？

ID:925872 · 发表于 2021-7-14 19:27

召唤师发表于 2021-7-14 09:59
“第1个周期，从上电开始，前半周期V1>0，二极管截止，所以此时输出电压V2=V1，没有任何抬高；”
请教一 ...

正半周期，二极管截止，可以看做断路，电容左端端连接V1，左端电压为V1，右端悬空，右端电压应该也等于V1，你想如果右端等于0的话，电容两端就有电压差了，电容没充电显然没有电压差，所以右端电压也等于V1。

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