橋式整流電路計(jì)算公式及輸出電壓波形圖 - 全文

　　橋式整流簡(jiǎn)介

　　橋式整流器，英文 BRIDGE RECTIFIERS，也叫做整流橋堆，是利用二極管的單向?qū)ㄐ赃M(jìn)行整流的最常用的電路，常用來將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姟?/p>

　　橋式整流電路圖

　　橋式整流電路如圖1所示，圖（a）、（b）、（c）是橋式整流電路的三種不同畫法。由電源變壓器、四只整流二極管D1~4和負(fù)載電阻RL組成。四只整流二極管接成電橋形式，故稱橋式整流。

　　橋式整流電路計(jì)算公式

　　橋式整流屬于全波整流，它不是利用 副邊帶有中心抽頭的變壓器，用四個(gè)二極管接成電橋形式，使在電壓V2的正負(fù)半周均有電流流過負(fù)載，在負(fù)載形成單方向的全波脈動(dòng)電壓。

　　橋式整流電路計(jì)算主要參數(shù)：

　　單相全波整流電路圖

　　利用副邊有中心抽頭的變壓器和兩個(gè)二極管構(gòu)成如下圖所示的全波整流電路。從圖中可見正負(fù)半周都有電流流過負(fù)載，提高了整流效率。

　　全波整流的特點(diǎn)：

　　輸出電壓VO高；脈動(dòng)??；正負(fù)半周都有電流供給負(fù)載，因而變壓器得到充分利用 ，效率較高。 主要參數(shù)：

　　橋式整流電路電感濾波原理

　　電感濾波電路利用電感器兩端的電流不能突變的特點(diǎn)，把電感器與負(fù)載串聯(lián)起來，以達(dá)到使輸出電流平滑的目的。從能量的觀點(diǎn)看，當(dāng)電源提供的電流增大（由電源電壓增加引起）時(shí)，電感器L把能量存儲(chǔ)起來；而當(dāng)電流減小時(shí)，又把能量釋放出來，使負(fù)載電流平滑，電感L有平波作用。

　　橋式整流電路電感濾波優(yōu)點(diǎn)：整流二極管的導(dǎo)電角大，峰值電流小，輸出特性較平坦。

　　橋式整流電路電感濾波缺點(diǎn)：存在鐵心，笨重、體積大，易引起電磁干擾，一般只適應(yīng)于低電壓、大電流的場(chǎng)合。

　　例10.1.1橋式整流器濾波電路如圖所示，已知V1是220V交流電源，頻率為50Hz，要求直流電壓VL=30V，負(fù)載電流IL=50mA。試求電源變壓器副邊電壓v2的有效值，選擇整流二極管及濾波電容。

　　橋式整流電路電容濾波電路

　　圖10.5分別是單相橋式整流電路圖和整流濾波電路的部分波形。這里假設(shè)t《0時(shí)，電容器C已經(jīng)充電到交流電壓V2的最大值（如波形圖所示）。

　　結(jié)論1：由于電容的儲(chǔ)能作用，使得輸出波形比較平滑，脈動(dòng)成分降低輸出電壓的平均值增大。

　　結(jié)論2：從圖10.6可看出，濾波電路中二極管的導(dǎo)電角小于180o ，導(dǎo)電時(shí)間縮短。因此，在短暫的導(dǎo)電時(shí)間內(nèi)流過二極管很大的沖擊電流，必須選擇較大容量的二極管。

　　橋式整流電路輸出電壓計(jì)算

　　對(duì)于整流電壓的輸出電壓大小，大家一定不陌生。很多人會(huì)說，輸出平均值全波0.9倍，半波0.45倍的交流有效。但是在設(shè)計(jì)中，我們常常發(fā)現(xiàn)一個(gè)事實(shí)，例如在半波整流后，輸出電壓得到的不止0.45倍，9V交流整流后可能有11～12V。之前我一直很困惑，是我記錯(cuò)了計(jì)算倍數(shù)嗎？翻了很多書籍，公式當(dāng)然是沒錯(cuò)的。那到底怎么回事？

　　可能之前我們?cè)趯W(xué)校學(xué)這個(gè)方面知識(shí)點(diǎn)的時(shí)候太過注重整流電路，而忽略了脈動(dòng)比的概念，所以造成我們現(xiàn)在很多人對(duì)這一簡(jiǎn)單的知識(shí)不是很清晰。其實(shí)這里是由于整流電路后面接的濾波電容有關(guān)的，查閱模電知識(shí)我們即可了解到，整流后往往會(huì)加濾波穩(wěn)壓，而濾波電路會(huì)改變整流輸出的脈動(dòng)比，并且和負(fù)載有關(guān)。因此最終整流后得到的電壓除了跟整流方式有關(guān)，還和負(fù)載、濾波電容大小有關(guān)系。RL*C的數(shù)值直接影響輸出電壓的大小。因此濾波電容選擇其實(shí)不是隨意的，而是需要根據(jù)負(fù)載選取合適的值。 接入濾波電路后，輸出電壓平均值近似取值為1.2倍，負(fù)載開路取1.414倍。 RC=（3-5）T/2 來確定電容容量選擇。其中T表示電網(wǎng)周期電容濾波電路適用于負(fù)載電流較小情況，而電感濾波電路適用于大負(fù)載電流。（電流較大時(shí)R較小，C較難選擇）

　　單相半波整流電路圖

　　半波整流就是利用 二極管的單向?qū)щ娦阅?，使?jīng)變壓器出來的電壓Vo只有半個(gè)周期可以到達(dá)負(fù)載，造成負(fù)載電壓VL是單方向的脈動(dòng)直流電壓。

　　主要參數(shù)：

　　橋式整流電路輸出電壓波形圖

　　一、半波整流電路

　　圖5-1、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Rfz，組成。變壓器把市電電壓（多為220伏）變換為所需要的交變電壓e2，D再把交流電變換為脈動(dòng)直流電。

　　下面從圖5-2的波形圖上看著二極管是怎樣整流的。

　　變壓器砍級(jí)電壓e2，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5-2（a）所示。在0～K時(shí)間內(nèi)，e2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，e2通過它加在負(fù)載電阻Rfz上，在π～2π時(shí)間內(nèi)，e2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，Rfz，上無(wú)電壓。在π～2π時(shí)間內(nèi)，重復(fù)0～π時(shí)間的過程，而在3π～4π時(shí)間內(nèi)，又重復(fù)π～2π時(shí)間的過程…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Rfz，在Rfz上獲得了一個(gè)單一右向（上正下負(fù)）的電壓，如圖5-2（b）所示，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。

　　二、全波整流電路

　　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5-3是全波整流電路的電原理圖。

　　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e2a、e2b，構(gòu)成e2a、D1、Rfz與e2b、D2、Rfz，兩個(gè)通電回路。

　　全波整流電路的工作原理，可用圖5-4所示的波形圖說明。在0～π間內(nèi)，e2a對(duì)Dl為正向電壓，D1導(dǎo)通，在Rfz上得到上正下負(fù)的電壓；e2b對(duì)D2為反向電壓，D2不導(dǎo)通（見圖5-4（b）。在π-2π時(shí)間內(nèi)，e2b對(duì)D2為正向電壓，D2導(dǎo)通，在Rfz上得到的仍然是上正下負(fù)的電壓；e2a對(duì)D1為反向電壓，D1不導(dǎo)通（見圖5-4（C）。

　　如此反復(fù)，由于兩個(gè)整流元件D1、D2輪流導(dǎo)電，結(jié)果負(fù)載電阻Rfz上在正、負(fù)兩個(gè)半周作用期間，都有同一方向的電流通過，如圖5-4（b）所示的那樣，因此稱為全波整流，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）。

　　圖5-3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)電壓值得兩倍。