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    • 發(fā)布時間:2024-10-16 17:13:28
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    二極管整流電路介紹
    二極管有單相導(dǎo)電的特性,由此特性可以構(gòu)成各類整流電路,這也是二極管的基本應(yīng)用之一,本文介紹幾種常見的由二極管組成的整流電路,以Multisim仿真的過程來理論分析一下工作原理,我們做以下約定:二極管為理想二極管,負(fù)載以電阻性負(fù)載為示例,示波器A通道接輸入,波形以紅色表示,B通道接輸出,波形以藍(lán)色表示。
    二、半波整流電路
    2.1 電路解析
    半波整流電路是將輸入的完整正弦波去掉半周,保留半周波形的整流電路,是將連續(xù)的交流電轉(zhuǎn)化為脈動電,整流的最終目標(biāo)是為了將交流電轉(zhuǎn)化為直流電。 (交流電或脈動電轉(zhuǎn)化為直流電需要4個過程:變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓)。
    下圖中紅色是信號輸入,相關(guān)幅值可從示波器讀出,可見輸入是一個峰峰值是40V、頻率是50Hz的交流信號,當(dāng)輸入正半周信號時,大于D1的導(dǎo)通電壓,則信號經(jīng)過D1加到負(fù)載R1; 當(dāng)輸入負(fù)半周信號時,D1截止,則負(fù)載R1上沒有電壓,這樣,在一個周期內(nèi),只有正半周的電壓加到了負(fù)載上,形成了一個正半周通過的整流電路,輸出信號見示波器藍(lán)色,保留了正弦波的正向波形,去掉了負(fù)向信號。
    二極管整流電路
    如果把上圖中輸入信號更換為三角波,再看一下仿真效果,仍然是負(fù)向電壓被去除了,只向負(fù)載輸出了正向電壓。
    二極管整流電路
    二極管有單向?qū)щ娦?,如果要想得到?fù)半周的信號,只需在半波整流電路中將二極管方向調(diào)一下即可,見下圖,把D1進(jìn)行了反向,這樣,當(dāng)輸入信號是正半周時,二極管截止,負(fù)載端沒有電壓; 當(dāng)輸入電壓是負(fù)半周時,二極管導(dǎo)通,則負(fù)半周的信號經(jīng)過二極管到達(dá)了負(fù)載端,仿真波形見下圖所示。
    二極管整流電路
    2.2 計算(正半周正弦波整流電路)
    設(shè)輸入電壓有效值:Uin,輸出電壓有效值Uo,則有:
    輸入交流電壓 uin = Uin*sin(wt)
    輸出電壓有效值Uo = 0.45*Uin
    負(fù)載平均電流 Id = Uo/R1
    二極管最大反向電壓(無負(fù)載電容) Udmax = Uin
    二極管最大反向電壓(有負(fù)載電容) Udmax =2 Uin(電壓疊加)
    2.3 小結(jié)
    通過上面的解析,可以得到以下內(nèi)容:
    A: 半波整流電路的交流利用率是50%;
    B: 半波整流電路的輸出是一個直流脈動電壓;
    C: 有負(fù)載電容的半波整流電路中,二極管最大反向電壓為2倍的交流輸入峰值電壓,即2 Uin;
    D: 二極管與電容的選型要負(fù)載對電流的要求。
    三、全波整流電路
    3.1 電路解析
    全波整流電路由兩個二極管組成,分別在正弦波的正、負(fù)半周導(dǎo)通,這樣可以輸出一個連續(xù)的脈動信號,頻率是半波整流輸出的一倍。
    下圖中紅色是電壓輸入,相關(guān)幅值可從示波器讀出,可見輸入是一個峰峰值是40V、頻率是50Hz的交流信號,當(dāng)輸入正半周電壓時,
    D1導(dǎo)通,D2截止,則信號經(jīng)過D1加到負(fù)載R1; 當(dāng)輸入負(fù)半周電壓時,D1截止,D2導(dǎo)通,則信號經(jīng)過D2加到負(fù)載R1,這樣,在一個周期內(nèi),正負(fù)半周的電壓都加到了負(fù)載上,且方向相同,輸出電壓見示波器藍(lán)色。
    二極管整流電路
    輸出電壓的頻率提高了,可是仍然是一個脈動電源,如果在負(fù)載端增加電容進(jìn)行濾波,則電壓會變平滑,如下圖,增加了一個10uF電容后,仿真效果。 電容在脈動電壓峰值之間向負(fù)載放電,輸出電壓發(fā)生了變化。
    二極管整流電路
    3.2 計算
    設(shè)輸入電壓有效值:Uin,輸出電壓有效值Uo,則有:
    輸入交流電壓 uin = Uin*sin(wt)
    輸出電壓有效值Uo = 0.9*Uin
    負(fù)載平均電流 Id = Uo/R1
    二極管最大反向電壓Udmax =2 Uin
    3.3 小結(jié)
    通過上面的解析,可以得到以下內(nèi)容:
    A: 二極管全波整流的電流利用率是100%;
    B: 二極管全波整流輸出的是一個直流脈動電壓;
    C: 二極管最大反向電壓是2倍的輸入峰值電壓,即2 Uin;
    D: 二極管與電容的選型要負(fù)載對電流的要求。
    四、橋式整流電路
    4.1 電路解析
    橋式整流電路由四個二極管組成,在正弦波的正、負(fù)半周分別有兩個二極管導(dǎo)通,這樣可以輸出一個連續(xù)的脈動信號,頻率是半波整流輸出的一倍。
    下圖中紅色是電壓輸入,相關(guān)幅值可從示波器讀出,可見輸入是一個峰峰值是40V、頻率是50Hz的交流信號,當(dāng)輸入正半周電壓時,
    D1、D4導(dǎo)通,D2、D3截止,電壓加到負(fù)載R1; 當(dāng)輸入負(fù)半周電壓時,D1、D4截止,D2、D3導(dǎo)通,電壓加到負(fù)載R1,這樣,在一個周期內(nèi),正負(fù)半周的電壓都加到了負(fù)載上,且方向相同,輸出電壓見示波器藍(lán)色。
    二極管整流電路
    如下圖,增加了一個10uF電容后,仿真效果。 電容在脈動電壓峰值之間向負(fù)載放電,輸出電壓發(fā)生了變化。
    二極管整流電路
    可見,橋式整流和二極管全波整流效果相同,橋式也是全波的一種,但是同樣都是全波整流,兩個二極管在電路中,和四個二極管在電路中,有什么區(qū)別呢? 橋式有什么意義? 其實是,橋式整流用犧牲兩個二極管的代價,降低了二極管的最大反向電壓,這樣簡化了要求,選型也簡單了,另外,二極管的反向電壓越高,則成本越高,使用橋式也有利于降低成本。 所以在實際應(yīng)用中,橋式整流是常用的電路形式。
    4.2 計算
    設(shè)輸入電壓有效值:Uin,輸出電壓有效值Uo,則有:
    輸入交流電壓 uin = Uin*sin(wt)
    輸出電壓有效值Uo = 0.9*Uin
    負(fù)載平均電流 Id = Uo/R1
    二極管最大反向電壓Udmax = Uin
    4.3 小結(jié)
    通過上面的解析,可以得到以下內(nèi)容:
    A: 二極管橋式整流的電流利用率是100%;
    B: 二極管橋式整流輸出的是一個直流脈動電壓;
    C: 二極管最大反向電壓與輸入峰值電壓相同,即 Uin;
    D: 二極管與電容的選型要負(fù)載對電流的要求。
    五、半波倍壓整流電路
    本節(jié)主要介紹的是二倍壓整流電路,是由兩個半波整流對電容充電的串聯(lián)而成,當(dāng)輸入電壓為負(fù)半周時,D1導(dǎo)通,由輸入電壓對C1進(jìn)行充電,可達(dá)到Uin; 當(dāng)輸入電壓為正半周時,D2導(dǎo)通,由C1上的電荷與輸入電壓同時對C2進(jìn)行充電; C1失去的電荷在下一次輸入電壓的負(fù)半周期間可以得到補充,在若干個周期后,C1的電壓穩(wěn)定在Uin,C2的電壓穩(wěn)定在2Uin,即輸入電壓的2倍。
    二極管整流電路
    當(dāng)D2截止時,C2通過負(fù)載放電,電壓降低,在下一輸入負(fù)半周期會得到補充,所以輸出的電壓是C2在一個周期內(nèi)的平均值,理論上低于2倍的輸入電壓,具體低多少,取決于負(fù)載的阻值,阻值越大,越接近2倍的輸入電壓。
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