半波整流、全波整流

二、整流电路整流电路是利用半导体二极管的单向导电性能把交流电变成单向脉动直流电的电路。（1）半波整流半波整流半波整流是利用二极管的单向导电性进行整流的最常用的电路，常用来将交流电转变为直流电。半波整流利用二极管单向导通特性，在输入为标准正弦波的情况下，输出获得正弦波的正半部分，负半部分则损失掉。右图是一种最简单的整流电路。半波整流电路它由电源变压器B、整流二极管D和负载电阻Rfz,组成。变压器把市电电压(多为220伏)变换为所需要的交变电压e2,D再把交流电变换为脉动直流电。下面从右图的波形图上看着二极管是怎样整流的。半波整流电路变压器次级电压e2，是一个方向和大小都随时间变化的正弦波电压，它的波形如图所示。在0~π时间内，e2为正半周即变压器上端为正下端为负，此时二极管承受正向电压面导通，e2通过它加在负载电阻Rfz上。在π~2π时间内，e2为负半周，变压器次级下端为正上端为负。这时D承受反向电压，不导通，Rfz上无电压。在2π~3π时间内，重复0~π时间的过程；而在3π~4π时间内，又重复π~2π时间的过程…这样反复下去，交流电的负半周就被削掉了，只有正半周通过Rfz,在Rfz上获得了一个单一右向(上正下负)的电压，如图所示，达到了整流的目的。但是，负载电压Usc以及负载电流的大小还随时间而变化，因此，通常称它为脉动直流。这种除去半周、图下半周的整流方法，叫半波整流。不难看出，半波整说是以牺牲一半交流为代价而换取整流效果的，电流利用率很低(计算表明，整流得出的半波电压在整个周期内的平均值，即负载上的直流电压Usc=0.45e2)因此常用在高电压、小电流的场合，而在一般无线电装置中很少采用。整流电路分半波整流和全波整流,半波整流PN结二极管只允许一个正半周交流电流或一个负半周交流电流通过,全波整流又称桥式整流,一个正弦波通过全波整流电路时,正负周期分别耦合单相是相对于三相而言。我们家用照明灯用的就是单相电。半波整流是相对于全波整流。单相全波整流电路用两只整流二极管，需要变压器次级有中间抽头。也可以用四只整流二极管组成桥式整流电路，变压器次级不需要抽头。单相半波整流电路用一只整流二极管。想一想正弦函数的图象。全波整流把图象的负半周“反到”X轴的上部，整流前后的电压有效值变化不大。当人们想把交流电变成直流电是就需此电路。因交流电流动方向是反复交替变化的电流，而直流电是单方向流动，人们就利用二极管单向导电性将电流转换为一个方向的电流，半波整流用一个二极管，所以出来的电流一半有一半没有称半波整流，用在对直流电要求不是很严格的场合。而用四个二极管，可以实现将交流电所有波型全部转换成单一方向的电流，所以叫全波整流。一般后面还需要加一个滤波电容，去除整流后的杂波即可，极性不能反了。全波整流的电路在通常变压器中常被采用。半波整流把图象的负半周削掉了，整流后的电压有效值接近整流前的一半全波整流全波整流电路如图Z0703所示。它是由次级具有中心抽头的电源变压器Tr、两个整流二极管D1、D2和负载电阻RL组成。变压器次级电压u21和u22大小相等，相位相反，即u21=-u22=式中，U2是变压器次级半边绕组交流电压的有效值。全波整流电路的工作过程是：在u2的正半周（ωt=0~π）D1正偏导通，D2反偏截止，RL上有自上而下的电流流过，RL上的电压与u21相同。在u2的负半周（ωt=π~2π），D1反偏截止，D2正偏导通，RL上也有自上而下的电流流过，RL上的电压与u22相同。可画出整流波形如图Z0704所示。可见，负载凡上得到的也是一单向脉动电流和脉动电压。其平均值分别为：GS0705流过负载的平均电流为GS0706流过二极管D的平均电流（即正向电流）为加在二极管两端的最高反向电压为选择整流二极管时，应以此二参数为极限参数。全波整流输出电压的直流成分（较半波）增大，脉动程度减小，但变压器需要中心抽头、制造麻烦，整流二极管需承受的反向电压高，故一般适用于要求输出电压不太高的场合。全波整流电路如图Z0703所示。它是由次级具有中心抽头的电源变压器Tr、两个整流二极管D1、D2和负载电阻RL组成。变压器次级电压u21和u22大小相等，相位相反，即u21=-u22=式中，U2是变压器次级半边绕组交流电压的有效值。全波整流电路的工作过程是：在u2的正半周（ωt=0~π）D1正偏导通，D2反偏截止，RL上有自上而下的电流流过，RL上的电压与u21相同。在u2的负半周（ωt=π~2π），D1反偏截止，D2正偏导通，RL上也有自上而下的电流流过，RL上的电压与u22相同。可画出整流波形如图Z0704所示。可见，负载凡上得到的也是一单向脉动电流和脉动电压。其平均值分别为：GS0705流过负载的平均电流为GS0706流过二极管D的平均电流（即正向电流）为加在二极管两端的最高反向电压为选择整流二极管时，应以此二参数为极限参数。全波整流输出电压的直流成分（较半波）增大，脉动程度减小，但变压器需要中心抽头、制造麻烦，整流二极管需承受的反向电压高，故一般适用于要求输出电压不太高的场合。图中精密全波整流电路的名称,纯属个人命的名;除非特殊说明,增益均按1设计.图1是最经典的电路,优点是可以在电阻R5上并联滤波电容.电阻匹配关系为R1=R2,R4=R5=2R3;可以通过更改R5来调节增益图2优点是匹配电阻少,只要求R1=R2图3的优点是输入高阻抗,匹配电阻要求R1=R2,R4=2R3图4的匹配电阻全部相等,还可以通过改变电阻R1来改变增益.缺点是在输入信号的负半周,A1的负反馈由两路构成,其中一路是R5,另一路是由运放A2复合构成,也有复合运放的缺点.图5和图6要求R1=2R2=2R3,增益为1/2,缺点是:当输入信号正半周时,输出阻抗比较高,可以在输出增加增益为2的同相放大器隔离.另外一个缺点是正半周和负半周的输入阻抗不相等,要求输入信号的内阻忽略不计图7正半周,D2通,增益=1+(R2+R3)/R1;负半周增益=-R3/R2;要求正负半周增益的绝对值相等,例如增益取2,可以选R1=30K,R2=10K,R3=20K图8的电阻匹配关系为R1=R2图9要求R1=R2,R4可以用来调节增益,增益等于1+R4/R2;如果R4=0,增益等于1;缺点是正负半波的输入阻抗不相等,要求输入信号的内阻要小,否则输出波形不对称.图10是利用单电源运放的跟随器的特性设计的,单电源的跟随器,当输入信号大于0时,输出为跟随器;当输入信号小于0的时候,输出为0.使用时要小心单电源运放在信号很小时的非线性.而且,单电源跟随器在负信号输入时也有非线性.图7,8,9三种电路,当运放A1输出为正时,A1的负反馈是通过二极管D2和运放A2构成的复合放大器构成的,由于两个运放的复合(乘积)作用,可能环路的增益太高,容易产生振荡.精密全波电路还有一些没有录入,比如高阻抗型还有一种把A2的同相输入端接到A1的反相输入端的,其实和这个高阻抗型的原理一样,就没有专门收录,其它采用A1的输出只接一个二极管的也没有收录,因为在这个二极管截止时,A1处于开环状态.虽然这里的精密全波电路达十种,仔细分析,发现优秀的并不多,确切的说只有3种,就是前面的3种.图1的经典电路虽然匹配电阻多,但是完全可以用6个等值电阻R实现,其中电阻R3可以用两个R并联.可以通过R5调节增益,增益可以大于1,也可以小于1.最具有优势的是可以在R5上并电容滤波.图2的电路的优势是匹配电阻少,只要一对匹配电阻就可以了.图3的优势在于高输入阻抗.其它几种,有的在D2导通的半周内,通过A2的复合实现A1的负反馈,对有些运放会出现自激.有的两个半波的输入阻抗不相等,对信号源要求较高.两个单运放型虽然可以实现整流的目的,但是输入\输出特性都很差.需要输入\输出都加跟随器或同相放大器隔离.各个电路都有其设计特色,希望我们能从其电路的巧妙设计中,吸取有用的.例如单电源全波电路的设计,复合反馈电路的设计,都是很有用的设计思想和方法,如果能把各个图的电路原理分析并且推导每个公式,会有受益的.