倍压整流电路的等效分析

一、实验目的

  前几天测试了这个倍压检波电路。电容 C2 处在信号源与负载之间。如果将后面两个二极管和负载RC看成一个整体负载，那么输出电压是否可以看成 电容 C2 与负载之间的分压电压 呢？ 下面利用仿真软件，获得C2取不同电容下，输出电压的大小。查看一下是否输出直流电压与 C2 之间是一个分压关系。

二、实验结果

  搭建一个仿真电路。其中耦合电容 C2的参数，从 0.05微法一直变化到2微法。从仿真结果来看，倍压整流的输出电压随着耦合电容容量的增加，持续上升，电容容量递增间隔为 0.05微法。可以看到，输出电压直流分量的增加与电容容量之间呈现单调上升的关系。下面，分析一下这个关系的如何来描述。

  将仿真的数据从 LTspace 导出，分别求取每条数据后 四分之一数据的平均值。绘制电容与输出直流电压之间的关系，随着电容增加，输出电压增加。

三、输出电压建模

  对于倍压检波进行建模，把后面这部分当做一个电阻来看待。 具体多大，现在先假设为 R1变量。电压 U2 来模拟两个二极管的导通电压。电容 C1 就取 前面仿真对应的数值。输入信号仍然是峰值为 2V，频率为 1000 Hz 的正弦波。 这样，输出电压可以写成下面的公式。其中数字 4  表示理想倍压检波输出的 4V电压。

  根据上述模型，通过参数估计出对应的负载电阻以及二极管电压，分别对应 1.58k 欧姆以及1.44V。但是，拟合的输出电压曲线与实际测量的输出电压曲线相差比较大。这说明上面分析的模型存在比较大的误差。

  ●  参数估计：
   等效负载电阻：1.58k欧姆
   二极管电压U2：1.44V

  那么，问题究竟在哪儿呢？在前面电路分析中，存在一个假设混乱，我们分析的是电路输出的倍压整流直流信号，但是，对于电容的作用还是将它当做一个电容来分析。 下面测试一下，将电容的容抗当做一个电阻分压，看是否能够提高拟合精度。

  重新利用仿真数据进行拟合，效果非常好。对应的等效负载为 3.16k欧姆，二极管导通电压为 1.26V。对应两个二极管的前向导通电压还是比较合理的。对于电阻来说，原来是 10k欧姆的负载，现在等效负载电阻为 3.16k欧姆，近似等于 10k欧姆除以 π。好像这不是一个巧合，理论上应该可以推导出来这个结论。由此，我们得到了倍压整流输出直流电压的等效电路。

※ 总  结 ※

  本文讨论了倍压检波电路中耦合电容对于输出电压的影响。输出电压可以看成输入交流信号峰峰值电压在 C2 与 R1的分压。中间二极管，抵消了部分输出直流电压，大小等于两个二极管的前向导通电压之和。对于负载电阻，按照它的 π 分之一来进行计算。这是通过实际电路仿真和拟合所得到的初步结论，可以用于知道未来倍压整流电路的参数设计。