電源二極管可以連接在一起形成一個(gè)全波整流器，將交流電壓轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流電壓，用于電源

在之前的功率二極管教程中，我們討論了減少電源的方法。通過在負(fù)載電阻上連接平滑電容，可以在直流直流電壓上產(chǎn)生紋波或電壓變化。

雖然這種方法適用于低功率應(yīng)用，但它不適合需要“穩(wěn)定，平穩(wěn)”直流電源的應(yīng)用。電壓。改善這一點(diǎn)的一種方法是使用輸入電壓的每個(gè)半周期而不是每隔一個(gè)半周期。允許我們這樣做的電路稱為全波整流器。

與半波電路一樣，全波整流電路產(chǎn)生的輸出電壓或電流純粹為DC或者有一些指定的DC組件。全波整流器與半波整流器相比具有一些基本優(yōu)勢(shì)。平均（DC）輸出電壓高于半波，全波整流器的輸出波紋小于半波整流器產(chǎn)生更平滑的輸出波形。

現(xiàn)在使用全波整流器電路兩個(gè)二極管，每個(gè)周期一半。使用多繞組變壓器，其次級(jí)繞組被分成兩半，具有共同的中心抽頭連接（C）。這種配置導(dǎo)致每個(gè)二極管在其陽(yáng)極端子相對(duì)于變壓器中心點(diǎn) C 為正時(shí)導(dǎo)通，在兩個(gè)半周期期間產(chǎn)生輸出，是半波整流器的兩倍，因此它為100 ％效率如下所示。

全波整流電路

全波整流器電路由兩個(gè)連接到單個(gè)負(fù)載電阻（ R L ）的功率二極管組成，每個(gè)二極管依次接入電源為負(fù)載提供電流。當(dāng)變壓器的點(diǎn) A 相對(duì)于點(diǎn) C 為正時(shí)，二極管 D 1 沿正向傳導(dǎo)如箭頭所示。

當(dāng)點(diǎn) B 相對(duì)于點(diǎn) C 為正時(shí)（在周期的負(fù)半周），二極管 D 2 正向?qū)?，流過電阻 R 的電流在兩個(gè)半周期內(nèi)處于相同方向。由于電阻器 R 兩端的輸出電壓是兩個(gè)波形組合的相量和，這種類型的全波整流電路也稱為“雙相”電路。

如果我們?cè)谌コ交?a target="_blank">電容器的Partim模擬器電路中運(yùn)行電路，我們可以非常清楚地看到這種影響。

Partsim模擬波形

由于每個(gè)二極管產(chǎn)生的每個(gè)半波之間的空間現(xiàn)在由另一個(gè)二極管填充，負(fù)載電阻兩端的平均直流輸出電壓現(xiàn)在是單個(gè)二極管的平均直流輸出電壓的兩倍假設(shè)沒有損耗，半波整流電路的峰值電壓約為 0.637V max 。

>

其中： V MAX 是次級(jí)繞組的一半中的最大峰值， V RMS 是均方根值。

輸出波形的峰值電壓與之前提供的半波整流器的峰值電壓相同變壓器繞組具有相同的均方根電壓值。為了獲得不同的直流電壓輸出，可以使用不同的變壓器比率。

這種類型的全波整流電路的主要缺點(diǎn)是，對(duì)于給定功率輸出需要更大的變壓器，兩個(gè)獨(dú)立但相同的次級(jí)與“全波橋式整流器”等效電路相比，使這種類型的全波整流電路成為昂貴的繞組。

全波橋式整流器

另一種產(chǎn)生相同輸出的電路作為全波整流電路的波形是全波整流橋整流器。這種類型的單相整流器使用四個(gè)獨(dú)立的整流二極管，以閉環(huán)“橋”配置連接，以產(chǎn)生所需的輸出。

這種橋接電路的主要優(yōu)點(diǎn)是它不需要特殊的中心抽頭變壓器，從而減小了其尺寸和成本。單個(gè)次級(jí)繞組連接到二極管橋接網(wǎng)絡(luò)的一側(cè)，負(fù)載連接到另一側(cè)，如下所示。

二極管橋式整流器

標(biāo)有 D 1 至 D 4 的四個(gè)二極管以“串聯(lián)對(duì)”排列，在每個(gè)半周期內(nèi)只有兩個(gè)二極管導(dǎo)通電流。在電源的正半周期內(nèi)，二極管 D1 和 D2 串聯(lián)導(dǎo)通，而二極管 D3 和 D4 是反向偏置，電流流過負(fù)載，如下所示。

正半周期

在電源的負(fù)半周期內(nèi)，二極管 D3 和 D4 串聯(lián)導(dǎo)通，但二極管 D1 且 D2 切換“OFF”，因?yàn)樗鼈儸F(xiàn)在是反向偏置的。流過負(fù)載的電流與之前的方向相同。

負(fù)半周期

由于流過負(fù)載的電流是單向的，因此負(fù)載兩端產(chǎn)生的電壓也是單向的，與之前的兩個(gè)二極管全波整流器相同，因此負(fù)載上的平均直流電壓 0.637 V max 。

典型橋式整流器

但實(shí)際上，在每個(gè)半周期期間，電流流過兩個(gè)二極管而不是僅一個(gè)二極管，因此輸出電壓的幅度是比輸入V MAX 幅度小兩個(gè)電壓降（2 * 0.7 = 1.4V）。紋波頻率現(xiàn)在是電源頻率的兩倍（例如50Hz電源為100Hz或60Hz電源為120Hz。）

雖然我們可以使用四個(gè)獨(dú)立的功率二極管來制作全波橋式整流器，但預(yù)制橋式整流器組件可以“現(xiàn)成的”提供各種不同的電壓和電流尺寸，可直接焊接到PCB電路板或通過鏟形連接器連接。

右圖圖中顯示了一個(gè)典型的單相橋式整流器，其中一個(gè)角被切斷。該截止拐角表示最靠近拐角的終端是正或 + ve 輸出端子或引線，而相反（對(duì)角線）引線為負(fù)極或 -ve 輸出線。另外兩條連接引線用于來自變壓器次級(jí)繞組的輸入交流電壓。

平滑電容器

我們?cè)谏弦还?jié)中看到，單相半波整流器產(chǎn)生的是每半個(gè)周期輸出一次波，并且使用這種類型的電路產(chǎn)生穩(wěn)定的直流電源是不切實(shí)際的。然而，全波橋式整流器為我們提供了更大的平均直流值（0.637 Vmax），具有更少的疊加紋波，而輸出波形是輸入電源頻率的兩倍。

我們可以改善整流器的平均直流輸出，同時(shí)通過使用平滑電容器對(duì)輸出波形進(jìn)行濾波來降低整流輸出的交流變化。與全波橋式整流電路輸出端的負(fù)載并聯(lián)連接的平滑或儲(chǔ)能電容器使平均直流輸出電平更高，因?yàn)殡娙萜骶拖翊鎯?chǔ)設(shè)備一樣，如下所示。

全波具有平滑電容的整流器

>

平滑電容將整流器的全波波紋輸出轉(zhuǎn)換為更平滑直流輸出電壓。如果我們現(xiàn)在運(yùn)行安裝了不同平滑電容值的Partsim仿真器電路，我們可以看到它對(duì)整流輸出波形的影響，如圖所示。

5uF平滑電容器

波形上的藍(lán)色圖表顯示使用5.0uF平滑的結(jié)果整流器輸出端的電容器。以前，負(fù)載電壓跟隨整流輸出波形降至零伏。這里5uF電容充電到輸出直流脈沖的峰值電壓，但當(dāng)它從峰值電壓下降到零伏時(shí)，由于電路的RC時(shí)間常數(shù)，電容不能快速放電。

這導(dǎo)致電容器放電至約3.6伏，在此示例中，保持負(fù)載電阻兩端的電壓，直到電容器在DC脈沖的下一個(gè)正斜率上再次充電。換句話說，電容器只有時(shí)間在下一個(gè)DC脈沖重新充電回到峰值之前短暫放電。因此，施加到負(fù)載電阻器的DC電壓僅下降少量。但我們?nèi)匀豢梢酝ㄟ^增加平滑電容的值來改善這一點(diǎn)。如圖所示。

50uF平滑電容器

這里我們將平滑電容的值從5uF增加到50uF，這減少了紋波，將最小放電電壓從之前的3.6伏增加到7.9伏。然而，使用Partsim仿真器電路我們選擇1kΩ的負(fù)載來獲得這些值，但隨著負(fù)載阻抗的減小，負(fù)載電流增加，導(dǎo)致電容器在充電脈沖之間更快地放電。

通過使用更大的電容器可以減少向單個(gè)平滑或儲(chǔ)存電容器供應(yīng)重負(fù)載，該電容器存儲(chǔ)更多能量并且在充電脈沖之間放電更少。通常對(duì)于直流電源電路，平滑電容器是鋁電解電容器，其電容值為100uF或更高，來自整流器的重復(fù)直流電壓脈沖將電容器充電至峰值電壓。

然而，有選擇合適的平滑電容時(shí)要考慮的兩個(gè)重要參數(shù)是工作電壓，它必須高于整流器的空載輸出值及其電容值 ，它決定了疊加在直流電壓之上的紋波量。

電容值太低，電容對(duì)輸出波形影響不大。但如果平滑電容足夠大（可以使用并聯(lián)電容）并且負(fù)載電流不是太大，則輸出電壓幾乎與純DC一樣平滑。作為一般經(jīng)驗(yàn)法則，我們希望峰峰值之間的紋波電壓小于100mV。

全波整流器電路的最大紋波電壓不是僅由平滑電容的值確定，但由頻率和負(fù)載電流決定，計(jì)算如下：

橋式整流器紋波電壓

其中： I 是以負(fù)載為單位的直流負(fù)載電流，?是紋波的頻率或輸入頻率的兩倍，單位為赫茲， C 是以法拉為單位的電容。

全波橋式整流器的主要優(yōu)點(diǎn)是，對(duì)于給定負(fù)載，它具有較小的交流紋波值，并且具有比等效電容器更小的儲(chǔ)存器或平滑電容器半波整流器。因此，紋波電壓的基頻是交流電源頻率（100Hz）的兩倍，對(duì)于半波整流器，它幾乎等于電源頻率（50Hz）。

紋波量通過向橋式整流器的輸出端增加一個(gè)大大改進(jìn)的π-濾波器（π-濾波器），可以實(shí)際消除二極管疊加在DC電源電壓之上的電壓。這種類型的低通濾波器由兩個(gè)平滑電容組成，通常具有相同的值，并且在它們之間有一個(gè)扼流圈或電感，以便為交替紋波分量引入高阻抗路徑。

另一種更實(shí)用，更便宜的替代方案是使用現(xiàn)成的3端穩(wěn)壓器IC，例如LM78xx（其中“xx”代表輸出電壓額定值）表示正輸出電壓或其反向等效 LM79xx 表示負(fù)值輸出電壓可以將紋波降低70dB以上（數(shù)據(jù)手冊(cè)），同時(shí)提供超過1安培的恒定輸出電流。

為什么今天不使用Partsim模擬器工具測(cè)試您對(duì)全波整流電路的了解。嘗試不同的平滑電容值和電路中的負(fù)載電阻，以查看對(duì)輸出波形的影響。

在下一個(gè)關(guān)于二極管的教程中，我們將看一下齊納二極管，它利用其反向擊穿電壓特性在其自身產(chǎn)生恒定且固定的輸出電壓。