什么是全波整流電路？全波整流電路與半波整流電路的比較

1、什么是全波整流電路？

全波整流電路是將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓的電路，輸入的交流電壓在兩個(gè)周期內(nèi)均被完全整流。輸出直流電壓的波形具有頻率等于市電電壓頻率兩倍的紋波。

全波電路的輸出電壓波形

實(shí)際上，如果將 T 稱為電源電壓周期，則輸出波形會(huì)在 T/2 的時(shí)間后重復(fù)出現(xiàn)。換句話說(shuō)，輸出波形的頻率是輸入波形頻率的兩倍。如果與上一篇半周波整流電路相比，該整流電路輸出平均電壓更大，輸出波形更平滑。 全波整流電路有兩種類型。第一種是使用中心抽頭變壓器，第二種方法是使用橋式整流電路。我們將了解這些電路的圖表和原理。

平均輸出電壓和電流的計(jì)算公式：

正如我們所看到的：負(fù)載電阻兩端的平均直流輸出電壓是半波整流電路的兩倍

2.中心抽頭整流器

首先，我們將了解使用中心抽頭變壓器的整流電路。基本上這個(gè)電路將包括：帶中心抽頭的變壓器、兩個(gè)二極管、電阻負(fù)載。 為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，在仿真中我們將選擇比率為 1:2 的變壓器。這意味著，如果我們施加輸入電壓 Vin，那么在次級(jí)繞組的輸出端，我們將獲得 2 倍的 Vin。

中心抽頭全波整流電路圖

- 工作準(zhǔn)則：

+ 在正循環(huán)期間，只有二極管 D1 正向偏置，因此二極管 D1 導(dǎo)通而該二極管 D2 保持關(guān)閉狀態(tài)。因此輸出電壓將等于電源電壓：Vo = Vs。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，Vo = Vs + VD1，但由于二極管 D1 上的壓降與電源電壓相比非常小。所以我們假設(shè)二極管是理想的。 否則：Vs + Vo + VD2 = 0 => VD2 = -2Vs。因此，對(duì)于這種整流電路，在設(shè)計(jì)電路時(shí)要注意的一個(gè)參數(shù)就是二極管上的反向電壓是峰值電壓的兩倍。

如果我們施加峰值電壓為 10V 的輸入信號(hào)，則二極管的峰值反向電壓應(yīng)大于 20V。 因此，在設(shè)計(jì)特定電壓的電路時(shí)，我們應(yīng)該經(jīng)常檢查二極管可以承受的最大反向電壓。 在負(fù)半周期內(nèi)，二極管 D2 正向偏置，允許電流通過(guò)。在此期間，二極管 D1 處于反向偏置狀態(tài)，將阻止電流通過(guò)它。通過(guò) D2 和負(fù)載的電流與正循環(huán)電流方向相同。因此，電流正向流過(guò)負(fù)載，輸出電壓：Vo = -Vs > 0。

3、全橋整流電路

3.1 使用4個(gè)二極管的全波整流橋電路圖

橋式整流電路使用4個(gè)二極管，輸入電壓將連接到每對(duì)二極管的中點(diǎn)。輸出為直流電，正極接兩個(gè)Top二極管的負(fù)極。負(fù)極是底部二極管正極的連接器

負(fù)載R使用4個(gè)二極管的橋式整流電路圖

電路工作原理： + 如果我們將正弦波用作該電路的輸入，則在正半周期內(nèi)，該二極管 D1 和 D2 將導(dǎo)通。而此 D3 和 D4 二極管將保持關(guān)閉狀態(tài)。 因此，在正半周期內(nèi)，電流將流過(guò) D1、R、D2。假設(shè)這個(gè)二極管 D2 和 D4 是理想的。在那種情況下，這個(gè)輸入電壓將出現(xiàn)在這個(gè)負(fù)載電阻上：Vo = Vs。所以，同樣的輸入電壓也會(huì)出現(xiàn)在輸出端。 + 同樣，在負(fù)半周期內(nèi)，這些二極管 D3 和 D4 將保持關(guān)閉狀態(tài)。在另一端，這些二極管 D1 和 D2 將導(dǎo)通。 因此，在負(fù)半周期內(nèi)，電路中的電流將流過(guò) D3、R、D4 和 Vo = -Vs > 0。因此我們得到兩個(gè)半周期的輸出波形。在負(fù)半周期內(nèi)，流過(guò)負(fù)載的電流也是同向的。

3.2 采用4個(gè)SCR的全波可控橋式整流電路圖

受控全波整流器使用 4 個(gè) SCR 代替二極管。在此仿真電路中，我將使用脈沖發(fā)生器生成方波脈沖形式的信號(hào)?？刂菩盘?hào)與輸入電壓同步。這種情況下的控制角度為 60 度。

全波可控橋式整流電路圖

工作準(zhǔn)則： + 在正循環(huán)中，當(dāng)沒(méi)有控制信號(hào)時(shí)，4個(gè)可控硅均不導(dǎo)通，因此輸出電壓為0。當(dāng)控制脈沖施加到兩個(gè)可控硅的G1、G2引腳時(shí)，立即使兩個(gè)可控硅D1和D2開(kāi)啟，而 D3 和 D4 仍處于關(guān)閉狀態(tài)。負(fù)載兩端的電壓等于電源電壓。 + 在負(fù)循環(huán)中，當(dāng)沒(méi)有控制脈沖時(shí)，所有二極管都不導(dǎo)通。當(dāng)有控制脈沖時(shí)，SCR D3、D4 導(dǎo)通，SCR D1、D2 現(xiàn)在反向偏置。電流正向流過(guò)負(fù)載，輸出電壓與源電壓大小相同但符號(hào)相反：Vo = -Vs > 0。

3.3 對(duì)稱半控橋式整流器

不對(duì)稱半控橋式整流器使用兩個(gè) SCR 和兩個(gè)二極管連接到橋式電路的每一列。使用兩個(gè)二極管代替兩個(gè)可控硅有助于降低成本和加寬控制角（最大勵(lì)磁角為 180 度）。

帶R負(fù)載的不對(duì)稱半控橋式整流器

關(guān)于不對(duì)稱半控橋式整流器的解釋

+ 在正周期，當(dāng)有控制脈沖G1時(shí)，SCR D1和Diode D2串聯(lián)導(dǎo)通。同時(shí)，SCR D4 和 D3 反向偏置。所以通過(guò)SCR1、R、D2的電流和輸出電壓等于輸入電壓：Vo=Vs。 在負(fù)周期期間，當(dāng)控制脈沖 G2 施加到 SCR D4 的柵極端時(shí)，D3 和 D4 導(dǎo)通。但是 SCR D1 和二極管 D2 會(huì)“關(guān)閉”，因?yàn)樗鼈儸F(xiàn)在處于反向偏置狀態(tài)。通過(guò)負(fù)載的電流方向與之前相同且 Vo = -Vs >0

3.4 對(duì)稱半控橋式整流電路

對(duì)稱式半控橋式整流器也是采用兩個(gè)可控硅和兩個(gè)二極管，但兩個(gè)可控硅不接在同一列上。電路圖如下圖：

對(duì)稱半控整流橋電路

半控橋式整流器的工作原理： 該電路的操作類似于非對(duì)稱橋式電路的操作。當(dāng)有控制脈沖G3時(shí)，可控硅D1和二極管D2導(dǎo)通，可控硅D3和二極管D4保持關(guān)斷。當(dāng)給可控硅D3的控制引腳一個(gè)控制脈沖G3時(shí)，D3和D4導(dǎo)通，D1和D2截止。 兩個(gè)周期的輸出電壓波形和電壓值與非對(duì)稱橋式電路類似：Vo = |Vs|。在整個(gè)周期內(nèi)，電流沿一個(gè)方向流過(guò)負(fù)載。

4.帶電容濾波的全波整流電路圖

我們觀察這個(gè)輸出波形，它不完全是直流電壓。因?yàn)檫@個(gè)輸出波形仍然存在一些周期性變化。 直流輸出電壓的這種周期性交流變化稱為紋波。并且可以通過(guò)在整流器的輸出端使用濾波電路來(lái)降低這種紋波。 無(wú)論是中心抽頭整流電路還是橋式整流電路，輸出電壓波形都是一樣的。因此，當(dāng)我們使用相同型號(hào)的濾波電容時(shí)，會(huì)得到相同的直流電壓值。

全波整流電容濾波電路圖 使用這個(gè)濾波電路，這個(gè)紋波被去除的好壞，取決于這個(gè)負(fù)載電阻的值以及這個(gè)電容。

濾波電容整流電路工作原理

+ 在正半周期內(nèi)，該電容器將充電至峰值電壓。一旦這個(gè)電容充滿電，那么這個(gè)二極管D1、D2就會(huì)反向偏置。因此，在峰值電壓之后，該電容器通過(guò)該電阻器 R 放電。 + 每當(dāng)電容器兩端的電壓剛好低于輸入電壓時(shí)。電容器再次開(kāi)始充電。因此，在那之后，該電容器再次開(kāi)始通過(guò)二極管 D3、D4 充電。 當(dāng)電容兩端的電壓成為峰值電壓時(shí)，則該二極管D3、D4將截止。再一次，現(xiàn)在這個(gè)電容器開(kāi)始通過(guò)這個(gè)電阻器 R 放電。

如何去除波紋

+ 在電路中，紋波去除的好壞，取決于這個(gè)濾波器的RC時(shí)間常數(shù)。為了更好地抑制此紋波，RC 時(shí)間常數(shù)應(yīng)遠(yuǎn)大于此時(shí)間段。 + 假設(shè)如果這個(gè) RC 時(shí)間常數(shù)小于這個(gè)時(shí)間周期 T，在這種情況下，這個(gè)電容器將快速放電。因此，我們將在輸出波形中獲得更多紋波。避免這種情況，這個(gè) RC 時(shí)間常數(shù)應(yīng)該比這個(gè) T 大得多。 => 由于電阻負(fù)載是恒定的，我們可以增加 C 的值來(lái)消除紋波

5、全波整流電路與半波整流電路的比較

– 全波整流電路的優(yōu)點(diǎn)

+ 效率高于半波整流電路 + 整流時(shí)，無(wú)電壓信號(hào)浪費(fèi)，功率損耗小。 + 輸出電壓的波形比半波整流器的波紋小。因此，平均輸出直流電壓較高。

– 與半波整流電路相比的缺點(diǎn)

+ 全波電路的缺點(diǎn)是它們更昂貴并且往往占用更多的空間和面積。對(duì)于帶有中心抽頭整流器的整流電路，電路的容量受限于變壓器的容量。







審核編輯：劉清