半波整流器实验：构建、测量与仿真简易交直流电机电路
概述
本动手实验将构建半波整流器，将低压交流转换为带直流分量的信号驱动小型永磁电机。您将学习测量直流分量与纹波电压、用音频检测器听取纹波、用 SPICE 仿真验证行为。
零件与材料
- 低压交流电源（6V 输出）
- 6V 电池
- 1N4001 整流二极管（或任意 1N400X 系列）
- 小型永磁爱好电机（如 Radio Shack #273-223）
- 带耳机音频检测器
- 0.1µF 耦合电容（如 Radio Shack #272-135）
0.1µF 电容将音频检测器耦合至电路，仅通交流到检测器。具体值非关键；0.27µF 至 0.015µF 均成功使用。较小值衰减低频成分降低耳机音量，若音调微弱请选较大值。
参考文献
《电路课程》第三卷，第三章："Diodes and Rectifiers"（二极管与整流器）。
学习目标
- 理解二极管作为整流器的作用
- 对比电机在交流与直流供电下运行差异
- 用数字电压表测量纹波电压
原理图
实物接线图
实验步骤
- 按原理图通过整流二极管将电机接 6V 交流电源。二极管仅导通正半周，产生脉动直流单向驱动电机。
- 用跨接线短接电机端子瞬间，观察全交流波形到达电机效果。电机将停转或运转不良。
- 移除跨接线并反向二极管。观察电机行为变化；电机应反向平稳运转。
- 万用表直流档测量电机端子电压。此读数反映半波整流信号平均偏置。
- 切换表至交流档测量纹波电压。读数代表叠加在直流偏置上的交流分量。10kΩ 负载下 6V 电源典型值约 3–4V 峰峰值。
- 对比电池供电时读数。电池应产生近乎纯直流、纹波可忽略；测得交流分量源于电机换向器动作。
用音频检测器听取纹波
将检测器灵敏度调低，经 0.1µF 电容跨接电机端子。电容作高通滤波器，阻直流通交流，使您听到交流纹波。
电池供电时检测器发高音嗡嗡声。换用交流电源加整流器后音调降低，反映半波整流信号特性。
计算机仿真
带 SPICE 节点编号的原理图：
网表（复制到文本文件）：
Halfwave rectifier v1 1 0 sin(0 8.485 60 0 0) rload 2 0 10k d1 1 2 mod1 .model mod1 d .tran .5m 25m .plot tran v(1,0) v(2,0) .end
仿真显示输入正弦波与输出一系列正"驼峰"。交流源峰值 8.485V 对应 6V 有效值正弦波。
相关练习册
- Precise Diode Circuits Worksheet（精密二极管电路练习册）
工业技术