整流電路

半波整流（half-waverectification）的電路非常簡單，如下圖所示：

圖2-3.02

設(shè)輸入電壓為經(jīng)過變壓器變壓后的正弦電壓，表達(dá)式為：

當(dāng)輸入電壓vi處于正半周且大于0.7V時(shí)，二極管導(dǎo)通，此時(shí)輸出電壓vo僅比vi小0.7V；當(dāng)輸入電壓小于0.7V時(shí)（整個(gè)負(fù)半周和正半周小于0.7V的部分），二極管截止，輸出電壓vo為0，其輸入和輸出的對(duì)比波形圖如下圖所示：

圖2-3.03

當(dāng)然，上圖只是我們假想的理想二極管的波形，實(shí)際上，由于二極管伏安特性的非線性，在波峰處的輸入電壓和輸出電壓的差值要更大一些，真正的輸入電壓和輸出電壓的對(duì)比波形放大后是如下圖所示這樣的，下面是輸入Vm為5V時(shí)示波器觀察到的波形：

圖2-3.04

當(dāng)輸入電壓的Vm遠(yuǎn)大于0.7V時(shí)，其實(shí)這點(diǎn)微小的偏差可以忽略不計(jì)。

另外，再考慮一下在半波整流情況下，二極管的反偏峰值電壓（PIV），當(dāng)輸入電壓處于負(fù)半周時(shí)，幾乎所有的反偏電壓都加在二極管上，所以對(duì)二極管反偏電壓參數(shù)的要求是：

PIV額定值≥Vm （半波整流）

一般半波整流在實(shí)際中并不太用到，因?yàn)樾侍停麄€(gè)負(fù)半周都浪費(fèi)掉了。所以上面介紹的半波整流，僅僅是用來幫助初步理解整流的概念的，真正實(shí)用的是下面要介紹的全波整流。

2. 全波整流

（1）橋式全波整流

最常用的橋式（bridge network）全波整流（full-wave rectification）電路圖如下圖所示：

圖2-3.05

當(dāng)輸入電壓處于正半周時(shí)，二極管D2和D3導(dǎo)通，二極管D1和D4截止。當(dāng)輸入電壓處于負(fù)半周時(shí)，二極管D4和D1導(dǎo)通，二極管D2和D3截止。電流流動(dòng)情況分別如下圖所示：

圖2-3.06

注意在上圖中，流過負(fù)載電阻R的電流方向始終是從右向左的，所以在R上的電壓極性始終是一個(gè)方向的。另外，電流通路要經(jīng)過2個(gè)二極管，所以輸出電壓會(huì)比輸入電壓下降2個(gè)0.7V（即1.4V），最終的全波整流的輸入和輸出波形是這個(gè)樣子的：

圖2-3.07

當(dāng)輸入電壓的Vm遠(yuǎn)大于1.4V時(shí)，可以忽略這個(gè)1.4V，近似認(rèn)為輸出電壓的波形是這樣的：

圖2-3.08

根據(jù)電路基礎(chǔ)理論中的關(guān)于交流電“平均值”和“有效值”的公式，可以得到以下結(jié)果：

最后再來看全波整流對(duì)于二極管的PIV參數(shù)的要求，以正半周為例（此時(shí)D2和D3導(dǎo)通，可近似視為短路），在下圖中可以看到，無論是D1還是D4，都承受了幾乎所有的vi電壓

圖2-3.09

所以對(duì)全波整流二極管的選型，PIV的參數(shù)要求為：

PIV額定值≥Vm （橋式全波整流）

（2）中心抽頭變壓器全波整流

另一種比較常見的全波整流電路為使用中心抽頭變壓器（center-tapped transformer）的整流電路，也叫CT全波整流，如下圖所示：

圖2-3.10

變壓器的初級(jí)和次級(jí)線圈繞組的匝數(shù)為1:2，次級(jí)線圈上會(huì)產(chǎn)生2倍于vi的電壓，但是對(duì)于中間的抽頭O點(diǎn)引出后，無論是AO之間還是BO之間，都只有次級(jí)線圈的一半匝數(shù)，故它們的電壓vAO和vBO都等于vi。

當(dāng)輸入電壓處于正半周時(shí)，二極管D1導(dǎo)通，D2截止，負(fù)載R上的電壓為vo等于次級(jí)線圈的一半（即AO之間）的電壓，此值大小等于vi，流過R的電流方向?yàn)閺挠抑磷螅划?dāng)輸入電壓處于負(fù)半周時(shí)，二極管D2導(dǎo)通，D1截止，負(fù)載R上的電壓為vo等于次級(jí)線圈的另一半（即BO之間）的電壓，此值大小也等于vi，流過R的電流方向同樣為從右至左。輸出電壓vo的波形如下圖所示：

圖2-3.11

中心抽頭變壓器全波整流對(duì)于二極管PIV參數(shù)的要求與橋式整流不同，從前面圖中可以看到，對(duì)于每個(gè)二極管，當(dāng)其反偏時(shí)，要承受整個(gè)整個(gè)次級(jí)線圈的反偏電壓，即2倍的vi，所以對(duì)于中心抽頭變壓器全波整流二極管的選型要求為：

PIV額定值≥2Vm （CT全波整流）

3. 濾波與穩(wěn)壓

接下來我們?cè)俸唵谓榻B一下整流器后端的濾波器和穩(wěn)壓器。

圖2-4.01

（1）濾波器

濾波器（filter）可以做得很復(fù)雜，也可以做得很簡單，最簡單的濾波器就是一個(gè)電容。一般對(duì)于交流電源整流后濾波來講，一個(gè)大電容基本上就夠用了，如下圖所示：

圖2-4.02

上圖中，輸出電壓vo等于濾波器的電容電壓vC，我們來分析濾波過程：

（1）在全波整流的輸出電壓第1次到達(dá)峰值Vm以前，整流器的輸出電壓給電容C充電，此時(shí)vo等于整流器輸出電壓，如下圖所示，圖中灰色虛線為無濾波器時(shí)的整流器輸出電壓：

圖2-4.03

（2）當(dāng)整流器輸出電壓經(jīng)過峰值Vm后，其輸出電壓開始變小，此時(shí)電容上存儲(chǔ)的電壓為Vm，已經(jīng)超過整流器輸出電壓，但是由于整流器的D2和D4反向截止，電容無法向整流器放電，只能通過負(fù)載電阻RL進(jìn)行放電。由于濾波電容一般都會(huì)用比較大的電容，所以通過負(fù)載RL放電的速度比較緩慢，如下圖所示：

圖2-4.04

（3）當(dāng)整流器的輸出電壓第2次接近峰值Vm時(shí)，由于電容放電速度比較緩慢，電容電壓vC比峰值Vm略低，當(dāng)整流器輸出電壓超過電容電壓時(shí)，整流器再次對(duì)電容進(jìn)行充電，如下圖所示：

圖2-4.05

（4）當(dāng)整流器輸出電壓再次小于峰值Vm時(shí)，電容再次開始放電。如此周而復(fù)始，由于輸出電壓vo等于電容電壓vC，最終輸出的電壓波形如下圖所示：

圖2-4.06

這種形狀的輸出電壓波形稱為波紋電壓（ripple voltage）。一般來講，電容取得越大，波紋就越小，濾波效果越好。同時(shí)，負(fù)載RL的阻值也不能太小，否則也會(huì)因?yàn)榉烹娝俣忍於共y波動(dòng)幅度加劇。