淺析整流二極管整流電路的簡(jiǎn)介與運(yùn)用

01.整流二極管

① 整流二極管：一種將交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔艿?a target="_blank">半導(dǎo)體器件。通常它包含一個(gè)PN結(jié)，有陽(yáng)極和陰極兩個(gè)端子。

② P區(qū)的載流子是空穴，N區(qū)的載流子是電子，在P區(qū)和N區(qū)間形成一定的位壘。外加使P區(qū)相對(duì)N區(qū)為正的電壓時(shí)，位壘降低，位壘兩側(cè)附近產(chǎn)生儲(chǔ)存載流子，能通過(guò)大電流，具有低的電壓降（典型值為0.7V），稱為正向?qū)顟B(tài)。

③ 若加相反的電壓，使位壘增加，可承受高的反向電壓，流過(guò)很小的反向電流（稱反向漏電流），稱為反向阻斷狀態(tài)。整流二極管具有明顯的單向?qū)щ娦浴?/p>

④ 整流二極管可用半導(dǎo)體鍺或硅等材料制造。硅整流二極管的擊穿電壓高，反向漏電流小，高溫性能良好。通常高壓大功率整流二極管都用高純單晶硅制造。這種器件的結(jié)面積較大，能通過(guò)較大電流（可達(dá)上千安），但工作頻率不高，一般在幾十千赫以下。整流二極管主要用于各種低頻整流電路。

02.整流二極管整流電路分析

電力網(wǎng)供給用戶的是交流電，而各種無(wú)線電裝置需要用直流電。整流，就是把交流電變?yōu)橹绷麟姷倪^(guò)程。利用具有單向?qū)щ娞匦缘钠骷?，可以把方向和大小交變的電流變換為直流電。下面介紹利用晶體二極管組成的各種整流電路。

1、半波整流電路

（圖1）半波整流電路

圖1是一種最簡(jiǎn)單的整流電路。它由電源變壓器B 、整流二極管D 和負(fù)載電阻RL 組成。變壓器把市電電壓（多為220V或380V）變換為所需要的交變電壓u2，D 再把交流電變換為脈動(dòng)直流電。半波整流原理：變壓器砍級(jí)電壓u2，是一個(gè)方向和大小都隨時(shí)間變化的正弦波電壓，它的波形如圖1所示。在0～K時(shí)間內(nèi)，u2為正半周即變壓器上端為正下端為負(fù)。

此時(shí)二極管承受正向電壓面導(dǎo)通，u2通過(guò)它加在負(fù)載電阻RL上，在π～2π 時(shí)間內(nèi)，u2為負(fù)半周，變壓器次級(jí)下端為正，上端為負(fù)。這時(shí)D承受反向電壓，不導(dǎo)通，RL上無(wú)電壓。在π～2π時(shí)間內(nèi)，重復(fù)0～π 時(shí)間的過(guò)程，而在3π～4π時(shí)間內(nèi)，又重復(fù)π～2π時(shí)間的過(guò)程。這樣反復(fù)下去，交流電的負(fù)半周就被“削”掉了，只有正半周通過(guò)RL，在RL上獲得了一個(gè)單一右向（上正下負(fù)）的電壓，從而達(dá)到了整流的目的，但是，負(fù)載電壓Usc以及負(fù)載電流的大小還隨時(shí)間而變化，因此，通常稱它為脈動(dòng)直流。

這種除去半周、圖下半周的整流方法，叫半波整流。不難看出，半波整說(shuō)是以“犧牲”一半交流為代價(jià)而換取整流效果的，電流利用率很低（計(jì)算表明，整流得出的半波電壓在整個(gè)周期內(nèi)的平均值，即負(fù)載上的直流電壓Usc =0.45e2 ）因此常用在高電壓、小電流的場(chǎng)合，而在一般無(wú)線電裝置中很少采用。

2、全波整流電路（單向橋式整流電路）

如果把整流電路的結(jié)構(gòu)作一些調(diào)整，可以得到一種能充分利用電能的全波整流電路。

（圖2）全波整流電路

全波整流電路，可以看作是由兩個(gè)半波整流電路組合成的。變壓器次級(jí)線圈中間需要引出一個(gè)抽頭，把次組線圈分成兩個(gè)對(duì)稱的繞組，從而引出大小相等但極性相反的兩個(gè)電壓。如圖2所示，全波整流不僅利用了正半周，而且還巧妙地利用了負(fù)半周，從而大大地提高了整流效率（Usc＝0.9e2，比半波整流時(shí)大一倍）。

注：圖2所示的全波整濾電路，需要變壓器有一個(gè)使兩端對(duì)稱的次級(jí)中心抽頭，這給制作上帶來(lái)很多的麻煩。另外，這種電路中，每只整流二極管承受的最大反向電壓，是變壓器次級(jí)電壓最大值的兩倍，因此需用能承受較高電壓的二極管。

3、橋式整流電路

橋式整流電路是使用最多的一種整流電路。這種電路，只要增加兩只二極管口連接成“橋”式結(jié)構(gòu)，便具有全波整流電路的優(yōu)點(diǎn)，而同時(shí)在一定程度上克服了它的缺點(diǎn)。

（圖3）單相全波橋式整流電路

橋式整流電路的工作原理如下：u2為正半周時(shí)，對(duì)D1、D3加正向電壓，Dl，D3導(dǎo)通；對(duì)D2、D4加反向電壓，D2、D4截止。電路中構(gòu)成u2、Dl、RL 、D3通電回路，在RL上形成上正下負(fù)的半波整洗電壓，u2為負(fù)半周時(shí)，對(duì)D2、D4加正向電壓，D2、D4導(dǎo)通；對(duì)D1、D3加反向電壓，D1、D3截止。電路中構(gòu)成u2、D2、RL 、D4通電回路，同樣在RL 上形成上正下負(fù)的另外半波的整流電壓。如此重復(fù)下去，結(jié)果在RL 上便得到全波整流電壓。

注：從圖3中還不難看出，單相全波橋式整流電路其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。但是橋式電路中每只二極管承受的反向電壓等于變壓器次級(jí)電壓的最大值，比全波整洗電路小一半！

03.整流二極管的選擇和運(yùn)用

需要特別指出的是，二極管作為整流元件，要根據(jù)不同的整流方式和負(fù)載大小加以選擇。如選擇不當(dāng)，則或者不能安全工作，甚至燒了管子；或者大材小用，造成浪費(fèi)。另外，在高電壓或大電流的情況下，如果手頭沒(méi)有承受高電壓或整定大電濾的整流元件，可以把二極管串聯(lián)或并聯(lián)起來(lái)使用。

（圖4）二極管并聯(lián)使用電路

二極管并聯(lián)的情況：兩只二極管并聯(lián)、每只分擔(dān)電路總電流的一半，三只二極管并聯(lián)，每只分擔(dān)電路總電流的三分之一。理論上講：總之，有幾只二極管并聯(lián)，流經(jīng)每只二極管的電流就等于總電流的幾分之一。但是，在實(shí)際并聯(lián)運(yùn)用時(shí)，由于各二極管特性不完全一致，不能均分所通過(guò)的電流，會(huì)使有的管子困負(fù)擔(dān)過(guò)重而燒毀。因此需在每只二極管上串聯(lián)一只阻值相同的小電阻器，使各并聯(lián)二極管流過(guò)的電流接近一致。

注：均流電阻R一般選用零點(diǎn)幾歐至幾十歐的電阻器。電流越大，R應(yīng)選得越小。

（圖5）二極管串聯(lián)使用電路

二極管串聯(lián)的情況：理想上講：有幾只管子串聯(lián)，每只管子承受的反向電壓就應(yīng)等于總電壓的幾分之一。但是，在實(shí)際并聯(lián)運(yùn)用時(shí)，由于每只二極管的反向電阻不盡相同，會(huì)造成電壓分配不均：內(nèi)阻大的二極管，有可能由于電壓過(guò)高而被擊穿，并由此引起連鎖反應(yīng)，逐個(gè)把二極管擊穿。在二極管上并聯(lián)的電阻R，可以使電壓分配均勻。

注：均壓電阻可取阻值大點(diǎn)，如1K。
編輯：lyn