二極管整流電路基礎(chǔ)知識(shí)詳解

二極管整流電路包括：

二極管整流電路 半波整流器 全波整流器?雙二極管全波整流器?全波橋式整流器?同步整流器?? ?

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。

二極管整流電路有幾種不同類型，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)知識(shí)

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)，并阻止電流在另一個(gè)方向上流動(dòng)。

有趣的是，安布羅斯·弗萊明（Ambrose Fleming）發(fā)明了第一種形式的二極管 - 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，但占用的空間很小，通常只是成本的一小部分。

PN二極管VI特性

半導(dǎo)體二極管具有如圖所示的特性。在正向方向上，二極管兩端需要一個(gè)小電壓才能導(dǎo)通，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所用材料。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)通電壓相似，即在 0.2 - 0.3V 范圍內(nèi)。

在相反方向上，二極管整流器將通過(guò)非常小的電流。漏電流很小，但對(duì)于現(xiàn)在使用的整流二極管來(lái)說(shuō)，這通常可以忽略不計(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)高于導(dǎo)通電壓 - 圖上的刻度已在相反方向上改變（壓縮），以說(shuō)明反向擊穿的發(fā)生。

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)于射頻檢波二極管來(lái)說(shuō)是一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樯漕l檢波二極管的信號(hào)電平可能很小，甚至導(dǎo)通電壓電平也非常重要。但是，反向漏電流特性不如普通硅二極管。

二極管封裝

半導(dǎo)體器件采用多種封裝。它們可作為引線二極管使用，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)和二極管物理方向

對(duì)于更高功率的應(yīng)用，一些二極管采用封裝，可以用螺栓固定在散熱器上。這些器件適用于電流非常高的電路設(shè)計(jì)，在這些電路設(shè)計(jì)中，由于正向壓降和消耗的電流，可能會(huì)耗散大量熱量。

此外，還有多種表面貼裝二極管可供選擇。隨著自動(dòng)化生產(chǎn)的日益普及，表面貼裝技術(shù)和表面貼裝二極管的使用也越來(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，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，如果將交替波形施加到二極管上，則它只允許傳導(dǎo)超過(guò)一半的波形。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

可以使用多種不同配置的二極管整流器電路。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)二極管。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)峰值之間有較長(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，更常用于信號(hào)檢測(cè)和電平檢測(cè)應(yīng)用。

橋式全整流電路：這是一種特殊形式的全波整流器，在橋式拓?fù)渲惺褂盟膫€(gè)二極管。橋式整流器應(yīng)用廣泛，特別是用于功率整流，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)組件獲得。

這種格式使用四個(gè)二極管，每個(gè)周期的一半有兩個(gè)導(dǎo)通。這確實(shí)意味著有兩個(gè)二極管壓降可以耗散一些功率，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額定電壓。

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。但是，它非常適合用于線性電源，在許多情況下也適用于開關(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代替二極管來(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)可達(dá)到的更高效率水平。

鑒于不同類型的整流電路種類繁多，使用哪種類型是有很好的選擇。在許多情況下，這取決于所需的性能水平，并且在大多數(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，然后需要一個(gè)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。盡管它們更復(fù)雜，因此成本更高，但這種成本通常值得它們?cè)谔岣咝仕椒矫鎺?lái)的回報(bào)。

審核編輯：黃飛