淺析單相整流電路

韋蘭芳

[摘 要] 在精密儀器和家用電器中往往需要直流穩(wěn)壓電源，而穩(wěn)壓電源的第一部分是整流電路，主要對(duì)單相半波整流電路和單相橋式整流電路進(jìn)行了分析比較。

[關(guān) 鍵 詞] 半波整流電路；橋式整流電路；單相整流電路

[中圖分類號(hào)] TM13 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2018）06-0196-01

在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，一般使用交流電，但在精密儀器和家用電器中往往需要直流穩(wěn)壓電源，而穩(wěn)壓電源的第一部分是整流電路，它的作用是把大小和方向都變化的正弦交流電壓變?yōu)閱蜗蛎}動(dòng)電壓。常用的整流電路有單相半波整流電路和單相橋式整流電路。

一、單相半波整流電路

（一）電路的結(jié)構(gòu)及工作原理

單相半波整流電路中，在電源電壓的一個(gè)周期內(nèi)，流過負(fù)載的電流和負(fù)載兩端的電壓只有半個(gè)周期，所以稱為半波整流。

設(shè)U2為正半周時(shí)，極性為上正下負(fù)，這時(shí)加在二極管兩端的為正向電壓，因此二極管導(dǎo)通，電路中有電流流過，并且負(fù)載和二極管上的電流相等，因?yàn)槎O管的正向電壓很小，可以忽略不計(jì)，所以負(fù)載兩端的輸出電壓近似等于變壓器副邊電壓，輸出電壓的波形和變壓器副邊的電壓相同。

當(dāng)U2為負(fù)半周時(shí)，極性為上負(fù)下正，這時(shí)加在二極管兩端的為反向電壓，因此二極管截止，電路中沒有電流，輸出電壓U0=0，變壓器副邊電壓全部加在二極管上[1]。

（二）參數(shù)計(jì)算

1.負(fù)載上的電壓平均值和電流平均值

負(fù)載上得到的整流電壓雖然是單方向的，但大小是變化的，常用一個(gè)周期的平均值來衡量這種單向脈動(dòng)電壓的大小。單相半波整流電路輸出電壓的平均值為U0=■■U0d（ωt）=■■■U2sinωtd（ωt）=■U2≈0.45U2，負(fù)載RL上的電流平均值為I0=■≈0.45■

2.整流二極管的電流平均值和承受的最高反向電壓

流過整流二極管的平均電流IV與流過負(fù)載的電流相等，即IV=I0=■=0.45■，二極管承受的最高反向電壓URM是二極管截止時(shí)兩端電壓的最大值，它等于變壓器副邊電壓的最大值，即URM=■U2

實(shí)際中，根據(jù)IV和URM選擇合適的整流二極管。二極管的反向峰值電壓要選得比URM大一倍左右。

半波整流電路的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是電源的利用率低，輸出電壓低，脈動(dòng)大，只適用于要求不高的場(chǎng)合[2]。

二、單相橋式整流電路

單相橋式整流電路可以克服單相半波整流電路的缺點(diǎn)。

（一）電路結(jié)構(gòu)及工作原理

單相橋式整流電路是由四個(gè)整流二極管接成電橋的形式構(gòu)成的。

設(shè)U2正半周時(shí)，極性為上正下負(fù)，這時(shí)加在二極管V1、V3兩端的為正向電壓，因此二極管V1、V3導(dǎo)通，而加在二極管V2、V4兩端的為反向電壓，因此二極管V2、V4截止。此時(shí)電流的路徑為a→V1→RL→V3→b。

當(dāng)U2負(fù)半周時(shí)，極性為上負(fù)下正，這時(shí)加在二極管V2、V4兩端的為正向電壓，因此二極管V2、V4導(dǎo)通，而加在二極管V1、V3兩端的為反向電壓，因此二極管V1、V3截止。此時(shí)電流的路徑為b→V2→RL→V4→a。

可見，在電壓U2變化的一個(gè)周期內(nèi)，負(fù)載RL上都有相同方向的電流流過。

（二）參數(shù)計(jì)算

1.負(fù)載上的電壓平均值和電流平均值

由上述分析可知，橋式整流電路中負(fù)載上的電壓和電流是半波整流的2倍。即U0=0.9U2，I0=■≈0.9■

2.整流二極管的電流平均值和承受的最高反向電壓

在橋式整流電路中，由于二極管V1、V3和V2、V4在電源電壓變化的一個(gè)周期內(nèi)輪流導(dǎo)通，所以流過每個(gè)二極管的電流都等于負(fù)載電流的一半，即IV=■I0=0.45■，二極管承受的最高反向電壓URM是二極管截止時(shí)兩端電壓的最大值，它等于變壓器副邊電壓的最大值，即URM=■U2

橋式整流電路與半波整流電路相比，電源利用率提高了1倍，同時(shí)輸出電壓提高，波動(dòng)成分減少[3]，因此橋式整流電路應(yīng)用非常廣泛。橋式整流電路的缺點(diǎn)是二極管用得較多，容易出錯(cuò)，因此，常將四只二極管集成在一起構(gòu)成整流橋，內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外形如下圖所示。使用一個(gè)“全橋”或“半橋”，就可構(gòu)成橋式整流電路，非常方便。

三、應(yīng)用拓展，梳理總結(jié)

將橋式整流電路與半波整流電路相比，無(wú)論是虛擬仿真、理論分析，還是實(shí)驗(yàn)觀察，都可得出電源利用率提高了1倍，同時(shí)輸出電壓波動(dòng)小，橋式整流電路廣泛應(yīng)用于儀器儀表、通信、控制裝置等設(shè)備中。此時(shí)，可展示學(xué)生專業(yè)課中的電路，讓其感到學(xué)有所用。強(qiáng)調(diào)電路中二極管不能接反，拓展橋堆知識(shí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李仁華，馮.電子技術(shù)[M].北京理工大學(xué)出版社，2010.

[2]黃冬梅.電子技術(shù)[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2011.

[3]蘇士美.模擬電子技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2007.