二極管整流電路的基礎(chǔ)知識(shí)

二極管整流電路有多種形式，從簡(jiǎn)單的二極管到半波、全波整流器、使用橋式整流器的整流器、倍壓器等等。

二極管整流電路是電子設(shè)備中使用的關(guān)鍵電路之一。它們可用于開關(guān)模式電源和線性電源、射頻信號(hào)解調(diào)、射頻功率檢測(cè)等等。

二極管整流電路有幾種不同類型的，每種都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。決定使用哪種類型的二極管電路取決于給定的情況。

二極管電路符號(hào)

二極管整流電路基礎(chǔ)

任何整流電路中的關(guān)鍵元件自然是所使用的一個(gè)或多個(gè)二極管。這些器件的獨(dú)特之處在于只允許電流在一個(gè)方向上通過(guò)，而阻止另一個(gè)方向的電流。

有趣的是，發(fā)明了第一種二極管形式的安布羅斯·弗萊明 - 熱離子二極管 - 稱他的版本為閥門，因?yàn)樗菃蜗蜃饔谩?a target="_blank">半導(dǎo)體二極管現(xiàn)在執(zhí)行相同的功能，但占用空間的一小部分，通常只是成本的一小部分。

PN 二極管 VI 特性

半導(dǎo)體二極管具有類似于圖中所示的特性。在正向方向上，二極管在導(dǎo)通之前需要一個(gè)小電壓 - 這稱為導(dǎo)通電壓。

實(shí)際導(dǎo)通電壓取決于二極管整流器的類型和使用的材料。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)硅二極管整流器，此導(dǎo)通電壓約為 0.6 伏。鍺二極管的導(dǎo)通電壓約為 0.2 - 0.3V，硅肖特基二極管的導(dǎo)通電壓類似，即在 0.2 - 0.3V 范圍內(nèi)。

在相反的方向上，二極管整流器將通過(guò)很少的電流。漏電流很小，但對(duì)于今天使用的整流二極管來(lái)說(shuō)，這通?？梢院雎圆挥?jì)。

然而，值得記住的是，隨著反向電壓的增加，二極管最終會(huì)擊穿。擊穿電壓通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)導(dǎo)通電壓 - 圖表上的刻度已以相反方向改變（壓縮），以說(shuō)明發(fā)生反向擊穿。

二極管類型說(shuō)明：

雖然二極管的基本功能保持不變，但有許多不同的類型，其特性略有不同。有些針對(duì)功率整流進(jìn)行了優(yōu)化，有些針對(duì)信號(hào)整流進(jìn)行了優(yōu)化，有些則使用二極管結(jié)發(fā)光，或具有可變電容等。

對(duì)于功率整流應(yīng)用，通常使用功率二極管或肖特基二極管。對(duì)于信號(hào)整流，可以使用小型點(diǎn)接觸二極管、信號(hào)二極管或肖特基二極管。肖特基二極管較低的正向?qū)妷簩?duì)于RF檢波器二極管來(lái)說(shuō)是一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)镽F檢波器二極管的信號(hào)電平可能很小，甚至導(dǎo)通電壓電平也非常重要。然而，反向漏電特性不如普通硅二極管好。

二極管封裝

半導(dǎo)體芯片采用多種封裝。它們可用作引線二極管，一些小信號(hào)二極管采用含鉛玻璃封裝，而另一些則采用塑料引線封裝。

二極管電路符號(hào)和物理二極管方向

對(duì)于更高功率的應(yīng)用，一些二極管采用可以用螺栓固定在散熱器上的封裝。這些設(shè)計(jì)適用于電流非常高的電路設(shè)計(jì)，其中由于正向壓降和電流消耗，可能會(huì)散發(fā)出大量的熱量。

還有一系列表面貼裝二極管可供選擇。隨著自動(dòng)化生產(chǎn)的使用越來(lái)越多，表面貼裝技術(shù)和表面貼裝二極管的使用越來(lái)越多。當(dāng)然，它們的功耗可能不足以滿足高功率設(shè)計(jì)，但它們?nèi)匀贿m用于許多電子電路設(shè)計(jì)。

另一種類型的二極管封裝是橋式整流器。它由單個(gè)封裝中的四個(gè)二極管組成，連接以提供全波整流器。這些橋式整流器非常有用，因?yàn)樗鼈円馕吨恍枰粋€(gè)器件而不是四個(gè)器件。

二極管整流器動(dòng)作

二極管的作用是只允許電流沿一個(gè)方向流動(dòng)。因此，將交替波形施加到二極管上，則它只允許傳導(dǎo)超過(guò)一半波形。剩下的一半被阻止。

二極管的整流作用

二極管整流器電路配置

可以使用許多不同的二極管整流電路配置。這些不同的配置各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此適用于不同的應(yīng)用。

半波整流電路：這是最簡(jiǎn)單的整流器形式。通常只使用一個(gè)二極管會(huì)阻塞一半的周期，并允許通過(guò)另一個(gè)。因此，僅使用一半的波形。

雖然該電路的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，但缺點(diǎn)是整流信號(hào)的連續(xù)峰值之間有更長(zhǎng)的時(shí)間。這使得平滑效果降低，并且更難實(shí)現(xiàn)高水平的紋波抑制。

該電路不用于任何電源應(yīng)用 - 它更常用于信號(hào)檢測(cè)和電平檢測(cè)應(yīng)用。

全波整流電路：這種形式的整流電路使用波形的兩半。這使得這種形式的整流器更有效，并且由于循環(huán)的兩半都有傳導(dǎo)，平滑變得更加容易和有效。有兩種類型的全整流器。

雙二極管中心包帶變壓器全波整流器： ? 全波整流電路的雙二極管版本需要在變壓器中安裝中心抽頭。當(dāng)使用真空管/熱離子閥時(shí)，考慮到閥門的成本，此選項(xiàng)被廣泛使用。然而，對(duì)于半導(dǎo)體，四二極管橋電路節(jié)省了中心抽頭變壓器的成本，并且同樣有效。

橋式全整流電路： ? 這是一種特定形式的全波整流器，在橋式拓?fù)渲惺褂盟膫€(gè)二極管。橋式整流器被廣泛使用，特別是對(duì)于功率整流，它們可以作為包含以橋式格式連接的四個(gè)二極管的單個(gè)元件獲得。

這種格式使用四個(gè)二極管，每個(gè)周期兩個(gè)導(dǎo)通。這意味著有兩個(gè)二極管壓降可以消耗一些功率，但節(jié)省了對(duì)中心抽頭變壓器的要求，從而節(jié)省了大量成本。此外，二極管不需要像兩個(gè)二極管配置中使用的二極管那樣具有如此高的反向電壓額定值。

鑒于存在兩個(gè)二極管壓降，該電路很少用于信號(hào)檢測(cè)應(yīng)用。然而，它非常適合用于線性電源，在許多情況下也適合用于開關(guān)模式電源。

同步整流電路：同步或有源整流器使用有源元件而不是二極管來(lái)提供開關(guān)。這克服了二極管損耗并顯著提高了效率水平。

鑒于同步整流器可以提供更高的效率水平，它們?cè)诟咝ч_關(guān)模式電源中的應(yīng)用非常廣泛。它們的復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了可達(dá)到的更高效率水平。

鑒于整流電路的種類繁多，使用哪種類型是很好的選擇。在許多情況下，這是由所需的性能水平?jīng)Q定的，在大多數(shù)情況下，需要一種形式的全波整流器。由于橋式整流器的可用性和低成本，這通常是最便宜的選擇，而不是節(jié)省二極管，然后需要中心膠帶變壓器>。

隨著現(xiàn)代電源對(duì)效率的要求越來(lái)越高，許多設(shè)計(jì)人員都在尋求使用同步整流器。雖然它們更復(fù)雜，因此成本更高，但這種成本通常值得它們?cè)谔岣咝仕椒矫娼o予的回報(bào)。