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半导体二极管整流电路原理解说与整流滤波电路介绍

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发表于 2014-5-26 13:01:01 | 显示全部楼层 |阅读模式
半导体二极管整流电路原理解说与整流滤波电路介绍

半波整流
    前面已经讲过,在图1电路中接入一个半导体二极管后,只有在交流正半周时,二极管才导通,因 而我们叫这种电路为半波整流电路。半波整流输出的波形呈脉动状,输出的脉动电流中含有不少交流 成分,除了能用来给蓄电池充电或用于电镀供电外,一般不能用于像收音机、电视机、录音机这样的 电气设备,否则将引入很大的电源干扰。

半波整流电路

半波整流电路

    若变压器次级交流电压的有效值为E,对于电阻性负载来说,整流输出电压的平均值V=0.45E,效 率也是比较低的。    如果在输出端并接一个大电容C(图2a),情况就不一样了。当交流正半周到来时,二极管正向导 通,整流电流有一路IB通过负载R,另一路Ic给电容C充电。充电到峰值电压 2E时,二极管正极电位开始 低于负极电位,二极管反向截止,电容C通过负载R放电。当电容C放电到A点电压时,二极管正极电位 开始高于负极电位,于是二极管又正向导通,电容C又被充电(当然还有一路IR通过负载R),如此反复循环,得到输出波形如图2b所示,图中虚线半波波形为不加电容C时的整流输出电压波形,而实线波 形是加了电容C以后的整流输出电压波形。显然,由于电容C的充放电作用,输出电压的脉动程度得到 很大的改善,这个电容叫做滤波电容。整流输出电压一般可按V=E估算。

半波整流滤波电路

半波整流滤波电路

    在选用二极管时要注意:不加滤波电容时二极管在电源负半周截止时,所承受的最大反向电压是

√2E

√2E
,而加了滤波电容以后,二极管所承受的最大反向电压是

2√2E

2√2E
(图3)。

整流电流中二极管承受的电压

整流电流中二极管承受的电压

实际应用时,我们感到半波整流的输出不够平稳,交流成分太多,因而需要采用更好的整流方式。

全波整流
    图4a所示为全波整流电路,它与图2半波整流电路相比,多了一个二极管,变压器次级多了一个 绕组。当次级A正、B负时,二极管D1加上正向电压而导通,整流电流ID1通过负载R;而二极管D2却加上 了反向电压而截止,由于D1导通时管压降很小(硅二极管约0.6伏,锗二极管约0.3伏),可以近似认 为D2管所加反向电压是A、B点间的电压,即D2管承受的最大反向电压为。当下一个半周来到时,A 负、B正,二极管D2正向导通,D1反向截止而承受最大反向电压,这时有整流电流ID2通过负载R(虚 线所示方向)。这样,当电源正、负半周变化时,二极管D1 、D2轮流导通,负载R上总有同一方向电流 通过。从图4a所示全波整流的输出波形来看,其输出电压应是半波整流的二倍,即V=2×0.45E=0.9 E。
    同样,若在全波整流电路的输出端接入滤波电容C,可得到如图4b所示的充放电曲线。显然,要比半波整流的平滑多了,其输出电压一般可按V=1.2E估算。

全波整流电路

全波整流电路


桥式整流
    图5a中四只二极管接成一个电桥的形式,叫做桥式整流电路。当A端正、B端负时(图5b),二 极管D1 、D3正向导通,D2 、D4反向截止,由于D1 、D3导通时管压降很小,可以近似认为截止管D2 、D4承 受的反向电压就是A、B点间的电压,即;当A负B正时,二极管D2 、D4正向导通,D1 、D3截止,整流 电流的方向如图5c。由此可见,桥式整流的输出电压与全波整流完全相同,即V=0.9E。当在电路输 出端接入滤波电容C后,也有与全波整流时同样的充放电曲线,它的整流输出电压也可按V=1.2E估算。
    桥式整流的优点是:整流效率高、输出脉动小、二极管承受反向电压小,但所用二极管的数量要 多两个。

桥式整流电路

桥式整流电路


倍压整流
    在实际应用中,有时需要高电压(几千伏或几万伏)、小电流供电,例如电视机中显象管的第 二阳极,这时可以采用信压整流电路,如图6a所示。它的工作原理可用图6b和图6c说明。当A端为负、 B端为正时(图6b),二极管D1导通,有整流电流向C1充电,充电电压峰值为,极性如图;当A正、 B负时(图6c),D1截止,变压器次级电压与电容C1上的充电电压串联叠加,加到D2上的电压为变压 器次级电压的两倍,,D2 正向导通,C2被充电,充电电压峰值为。当然这时截止的D1管所承 受的最大反压就是。

倍压整流电路

倍压整流电路

同样,利用电容的充放电作用,可以画出任意倍压的整流电路。为作图方便,我们不妨将图6a电 路改画成图7a形式,然后就可以画出三倍压、四倍压、五倍压、六倍压电路如图7b,可以看出要得到 几倍压电路只需要用几个二极管和几个电容器按图示连接就可以了。不管是几倍压电路,对每一个二 极管来讲,承受的最大反向电压都是。
    图6、7中串接入的小电阻r是限流电阻,它可使充电电流控制在

I充

I充
,避免充电电流太大而烧 毁二极管。

滤波器
1.电容滤波器和电感滤波器。以上讲的,都是用一个大电容C并接在整流电路输出端,使输出脉 动减小、输出电压平稳的电路。这种用电容器作成的滤波电路叫做电容滤波器。电容C越大,输出电压 越平坦,简言之,是因为电容C的交流阻抗 (1/ω)*C 随C增大而降低,因而可将输出端交流成分短路掉。这种 电容滤波器在小电流时滤波效能较高,但不宜用在大电流负载的场合,因为负载电流越大,滤波特性 将变坏。
    同时,我们也想到另一种电抗元件—电感。若将一个电感串接在整流输出电路中,如图8,由于交 流阻抗ωL的存在,阻止交流成分通过,而直流成分却可以畅通。这种滤波器叫做电感滤波器,一般用 在大电流负载的场合。   
2.Г型滤波器。电容滤波器适用于小电流负载场合,而电感滤波器则适用于大电流负载,若将两 者结合起来,就是如图9a所示Г型滤波器。显然,电感L对交流成分呈现很大阻抗,因而使交流成分大 部分降落在电感上,剩下的部分交流成分则又被电容C短路掉,这就使输出脉动大为减小,输出电压更 为平坦。

整流滤波器

整流滤波器

使用中,为了使输出电压更加平坦,还可增加滤波器节数,如图9b。   
3.П型滤波器。若将电容滤波器和Г型滤波器串接起来,便构成П型滤波器(图10a)。它先用 电容C滤掉一部分交流成分,然后再用Г型滤波器滤除一部分交流成分,因而这种滤波器要比Г型滤波 器好,被广泛地应用于要求较高的电子设备电源中。
    实用中,为了减轻重量、缩小体积和降低成本,往往用适当的电阻来代管电感L,如图10b。由于 电阻R1 上的直流压降要比电感L上的大,将使输出电压有所降低,因而要适当提高变压器次级电压来补足,这也是这种采用电阻的П型滤波器不宜用于大电流负载场合的原因。同样,为改善滤波特性, 这种滤波器也可用多级串联如图10C。

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学习了,感谢楼主

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感谢楼主

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发表于 2016-2-19 14:44:27 | 显示全部楼层
好文章 吃透分析 基本要求!

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发表于 2016-3-9 12:50:50 | 显示全部楼层
hi那你家门口km凉快

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发表于 2016-10-20 13:12:24 | 显示全部楼层
了解了这几个原件的作用了!

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发表于 2016-12-7 21:43:51 | 显示全部楼层
我是从家电维修论坛过来的,刚注册

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发表于 2016-12-21 14:57:54 | 显示全部楼层

好文章 吃透分析,给初学者带来很大的方便

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发表于 2017-3-10 08:48:25 | 显示全部楼层
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