整流电路工作原理

电力网供给用户的是交流电,而各种无线电装置需要用直流电。整流,就是把交流电变为直流电的过程。利用具有单向导电特性的器件,可以把方向和大小交变的电流变换为直流电。下面介绍利用晶体二极管组成的各种整流电路。

一、半波整流电路

 

 

 

  图5-1、是一种最简单的整流电路。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。

 

 

  下面从图5-2的波形图上看着二极管是怎样整流的。

 

  变压器砍级电压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5-2(a)所示。在0~K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π~2π时间内,重复0 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5-2(b)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。

  二、全波整流电路

  如果把整流电路的结构作一些调整,可以得到一种能充分利用电能的全波整流电路。图5-3 是全波整流电路的电原理图。

 

  全波整流电路,可以看作是由两个半波整流电路组合成的。变压器次级线圈中间需要引出一个抽头,把次组线圈分成两个对称的绕组,从而引出大小相等但极性相反的两个电压e2ae2b ,构成e2a   、D1、Rfze2b  、D2Rfz ,两个通电回路。

  全波整流电路的工作原理,可用图5-4 所示的波形图说明。在0间内,e2a   对Dl为正向电压,D1 导通,在Rfz 上得到上正下负的电压;e2b   对D2为反向电压,D2 不导通(见图5-4(b)。在π-2π时间内,e2bD2为正向电压,D2导通,在Rfz 上得到的仍然是上正下负的电压;e2a   对D1为反向电压,D1 不导通(见图5-4(C)。

如此反复,由于两个整流元件D1D2轮流导电,结果负载电阻Rfz 上在正、负两个半周作用期间,都有同一方向的电流通过,如图5-4(b)所示的那样,因此称为全波整流,全波整流不仅利用了正半周,而且还巧妙地利用了负半周,从而大大地提高了整流效率(Usc=0.9e2,比半波整流时大一倍)。

 

  图5-3所示的全波整滤电路,需要变压器有一个使两端对称的次级中心抽头,这给制作上带来很多的麻烦。另外,这种电路中,每只整流二极管承受的最大反向电压,是变压器次级电压最大值的两倍,因此需用能承受较高电压的二极管。

 

 

 图5-5(a )为桥式整流电路图,(b)图为其简化画法。

 

 

  三、桥式整流电路

  桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。这种电路,只要增加两只二极管口连接成"桥"式结构,便具有全波整流电路的优点,而同时在一定程度上克服了它的缺点。

 

 

  桥式整流电路的工作原理如下:

e2为正半周时,对D1D3和方向电压,Dl,D3导通;对D2D4加反向电压,D2D4截止。电路中构成e2、Dl、RfzD3通电回路,在Rfz ,上形成上正下负的半波整洗电压,e2为负半周时,对D2D4加正向电压,D2D4导通;对D1D3加反向电压,D1D3截止。电路中构成e2D2Rfz  、D4通电回路,同样在Rfz 上形成上正下负的另外半波的整流电压。

 

 

  上述工作状态分别如图5-6(A) (B)所示。

 

如此重复下去,结果在Rfz ,上便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。从图5-6中还不难看出,桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值,比全波整洗电路小一半!

 

 

    四、整流元件的选择和运用

  需要特别指出的是,二极管作为整流元件,要根据不同的整流方式和负载大小加以选择。。如选择不当,则或者不能安全工作,甚至烧了管子;或者大材小用,造成浪费。表5-1 所列参数可供选择二极管时参考。

  "另外,在高电压或大电流的情况下,如果手头没有承受高电压或整定大电滤的整流元件,可以把二极管串联或并联起来使用。

 

  图5-7 示出了二极管并联的情况:两只二极管并联、每只分担电路总电流的一半口三只二极管并联,每只分担电路总电流的三分之一。总之,有几只二极管并联,"流经每只二极管的电流就等于总电流的几分之一。但是,在实际并联运用时",由于各二极管特性不完全一致,不能均分所通过的电流,会使有的管子困负担过重而烧毁。因此需在每只二极管上串联一只阻值相同的小电阻器,使各并联二极管流过的电流接近一致。这种均流电阻R一般选用零点几欧至几十欧的电阻器。电流越大,R应选得越小。

 

 

  图5-8示出了二极管串联的情况。显然在理想条件下,有几只管子串联,每只管子承受的反向电压就应等于总电压的几分之一。但因为每只二极管的反向电阻不尽相同,会造成电压分配不均:内阻大的二极管,有可能由于电压过高而被击穿,并由此引起连锁反应,逐个把二极管击穿。在二极管上并联的电阻R,可以使电压分配均匀。均压电阻要取阻值比二极管反向电阻值小的电阻器,各个电阻器的阻值要相等。

转载于:https://www.cnblogs.com/Hello-Walker/archive/2012/06/10/2543998.html

<think>好的,我需要回答用户关于全桥整流电路的问题,包括原理图、设计和电子工程相关内容。首先,要确保回答结构清晰,分步骤解释。 首先,全桥整流电路的基本原理。全桥整流使用四个二极管组成桥式结构,将交流电转换为直流电。需要解释四个二极管如何连接,以及正负半周时的电流路径。这部分要简明,可能需要用文字描述原理图,因为用户要求原理图,但在这里无法直接画图,可以用文字描述结构,或者建议参考相关文献。 接下来是设计要点。输入电压、二极管选型、输出滤波、散热设计等。每个部分需要详细说明,比如二极管参数的选择,如何计算最大反向电压和电流,滤波电容的计算公式,散热注意事项。这里可能需要引入公式,比如计算电容值的公式,或者纹波电压的计算。注意使用LaTeX格式,比如$V_{rms}$,$C = \frac{I_{load}}{2fV_{ripple}}$等。 然后是电子工程中的应用。这部分要列举典型应用场景,比如电源适配器、电机驱动、逆变器等,并简要说明其重要性。同时可以提到实际设计中的注意事项,比如EMI抑制、保护电路等。 用户要求生成相关问题,我需要考虑全桥整流电路的常见问题,比如与半波、全波整流的区别,二极管参数计算,滤波设计,常见故障等。要确保问题覆盖设计、分析和应用的不同方面。 需要检查是否符合之前的系统级指令:行内公式用$...$,独立公式用$$...$$,中文回答,正确LaTeX语法,生成相关问题,引用标识。例如,在解释输出滤波时提到纹波电压公式,可以添加引用标识,如果有引用来源的话。但用户提供的示例中没有具体引用,可能需要假设或自行处理。 现在组织内容,确保每个部分清晰,使用标题分隔,代码块用于示例原理图(如使用ASCII或类似方式),但用户可能需要的是文字描述。可能需要用符号表示四个二极管的连接方式,例如: D1和D4串联,D2和D3串联,交流输入接在两个串联点之间,负载连接在另外两端。或者更详细的文字描述。 最后,生成相关问题,确保问题具有针对性,帮助用户深入理解。例如,如何选择二极管参数,如何计算滤波电容,全桥与半桥的区别等。 需要确保回答正确,技术细节准确,比如全桥整流的最大反向电压是输入峰值电压,而半桥是两倍,这点要准确说明。此外,纹波电压的计算公式是否正确,电容的选择是否合理。 可能还需要注意术语的一致性,比如“全桥整流”和“桥式整流”是否同义,确保使用用户常用的术语。 最后检查LaTeX格式是否正确,例如变量是否用$包围,独立公式是否单独成段。例如,纹波电压的计算公式应该用$$...$$,如: $$ V_{ripple} = \frac{I_{load}}{2fC} $$ 确保所有公式正确,比如积分符号、上下标等。例如,交流输入的频率$f$,在计算电容时使用频率相关的公式。 现在整合这些内容,形成结构化的回答,并附上相关问题。</think>### 全桥整流电路原理与设计 #### 1. 基本原理 全桥整流电路由**4个二极管**构成桥式结构(图1),可将交流输入($V_{AC}$)转换为脉动直流输出。其工作原理如下: - **正半周**:电流路径为 $D1 \rightarrow 负载 \rightarrow D3$,此时$D2$和$D4$截止。 - **负半周**:电流路径为 $D2 \rightarrow 负载 \rightarrow D4$,此时$D1$和$D3$截止。 ```text 典型原理图符号表示: AC输入 ~ ├─D1─┐ │ ├─负载+ └─D2─┘ ├─D3─┐ │ ├─负载- └─D4─┘ ``` #### 2. 关键设计步骤 **(1) 二极管选型** - **最大反向电压(PIV)**: $$ PIV = V_{peak} = \sqrt{2} \cdot V_{rms} $$ 例如输入220V交流电时,$PIV \approx 311V$,需选择耐压400V以上的二极管[^1]。 - **平均电流**: $$ I_{avg} = \frac{I_{load}}{2} $$ 若负载电流1A,二极管需至少支持0.5A。 **(2) 滤波电容计算** 为减少纹波电压,需并联滤波电容: $$ C = \frac{I_{load}}{2f \cdot V_{ripple}} $$ 其中$f$为交流频率(50/60Hz),$V_{ripple}$为允许的纹波值。例如负载电流1A、纹波1V时,$C \approx 10,000\mu F$(50Hz条件下)。 **(3) 散热设计** 二极管功耗为: $$ P = V_f \cdot I_{avg} $$ ($V_f$为正向压降,硅管约0.7V),需通过散热片或PCB铜箔散热。 #### 3. 工程应用场景 - **开关电源**:前级整流(如手机充电器) - **电机驱动**:直流电机调速电路 - **逆变器系统**:与储能电容配合实现AC-DC-AC转换[^2]
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