二极管

a D iD RL i o vo 将D看作理想元件,分析电路的工作原理。

当v2为正半周时，a点电位高于b点，D处于正向导通状态，所以：

vo?v2，iD?io?vo RL~ v2 b (a) v2 2V2 π 3π ωt vo i D i o ωt vD ωt ωt 当v2为负半周时，a点位低于b点，D处于反向截止状态，所以：iD＝io＝０，vo ＝ioRL＝０，vD ＝v2 。

根据以上分析，作出vD、iD、、vo 、io的波形，

如图4-12（b） 可见输出为单向脉动电压，通常负载上的电压用一个周期的平均值来说明它的大小，单相半波整流输出平均电压为

Vo?12?(b) 图4-11 单相半波整流电路 ??02V2sin?td?t?2?V2?0.45V2 (4-2)

平均电流为Io?0.45V2 (4-3) RL单相半波整流电路中二极管的平均电流就是整流输出的电流，即

ID＝Io （4-4）

二极管截止时承受的最大反向电压可从图4-12(b)看出。在v2负半周时， D所承受到的最大反向电压为v2的最大值，即

VDRM= 2V2 (4-5) 2．单相桥式整流电路

电路如图4-13（a）所示，图中Tr为电源变压器，它的作用是将交流电网电压.v1变成

Tr a iD1,3 D1 io D4 v1

v2 D3 D2 iD2,4 RL vo v2 RL vo b （a）单相桥式整流电路 （b）简化画法 图4-13 单相桥式整流电路图

整流电路要求的交流电压v2=2V2sin?t，RL是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管D1~ D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。图4-13（b）是它的简化画法。

在电源电压v2的正、负半周(设a端为正，b端为负时是正半周)内电流通路分别用图4-13（a）中实线和虚线箭头表示。负载RL上的电压vo的波形如图4-14所示。电流io的波形与vo — —210

的波形相同。显然，它们都是单方向的全波脉动波形。 单相桥式整流电压的平均值为

Vo? 直流电流为 Io?1???02V2sin?td?t?22?V2?0.9V2 (4-6)

0.9V2 （4-7） RL 在桥式整流电路中，二极管D1、D3和 D2、D4是两两轮流导通的，所以流经每个二极管的平均电流为

0.45V21 ID= IL= (4-8)

RL2v2 o π 2π 3π 4π ωt iL iD1 iD3 iD2 iD4 o ωt 二极管在截止时管子承受的最大反向电压可从vo 图4-13(a)看出。在v2正半周时，D1、D3导通， D2、

o D1 D3 DDD4截止。此时D2、D4所承受到的最大反向电压均D1 D3 ωt 24 D2 D4 导通 导通 导通 导通 为v2的最大值，即

VDRM= 2V2 (4-9) 图4-14 单相桥式整流电路波形图 同理，在v2的负半周D1、D3也承受同样大小的反向电压。

桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到充分的利用，效率较高。因此，这种电路在半导体整流电路中得到了广泛的应用。电路的缺点是二极管用的较多。

表4-5给出了常见的几种整流电路的电路图、整流电压的波形，及计算公式。

表4-5常见的几种整流电路 类型 电路 整流电压的波形 整流电压 平均值 每管电流 平均值 每管承受 最高反压 Io vo Vo t 单相 半波 V2 0.45V2 Io 2V2 单相 全波 V2 V2 Vo Io o t vo 0.9 V2 1Io 222V2 Io vo Vo o t 单相 桥式 V2 0.9 V2 1Io 22V2

三相 半波 V2 Vo vo o Io 1.17 V2 t 1Io 332V2 Io Vo vo o 三相 桥式 V2 2.34 V2 t 1Io 332V2 4.3.2 滤波电路

整流电路虽将交流电变为直流，但输出的却是脉动电压。这种大小变动的脉动电压，除了含有直流分量外，还含有不同频率的交流分量，这就远不能满足大多数电子设备对电源的要求。为了改善整流电压的脉动程度，提高其平滑性，在整流电路中都要加滤波器。下面介绍几种常用的滤波电路。

1．电容滤波电路

电容滤波电路是最简单的滤波器它是在整流电路的输出端与负载并联一个电容C而组成。如图4-15（a）所示。

vo D a b 2V2 C RL vo o ~ v2 D导通 D截止 ωt （a）电路 （b）波形 图4-15 半波整流电容滤波及其波形 电容滤波是通过电容器的充电、放电来滤掉交流分量的。图4-15（b）的波形图中虚线波形为半波整流的波形。并入电容C后，在v2>0时，D导通，电源在向RL供电的同时，又向C充电储能，由于充电时间常数很小（绕组电阻和二极管的正向电阻都很小），充电很快，输出电压vo随v2上升，当vC =2V2后，v2开始下降v2 vC时C又被充电vo = v2又上升。直到v2

2V2= 1.4 V2，在波形图中由水平虚线标出。

当RL≠ ∞时，由于电容C向RL放电，输出电压Vo将随之降低。总之，RL愈小，输出平均电压愈低。因此，电容滤波只适合在小电流，且变动不大的电子设备中使用。通常，输出平均电压可按下述工程估算取值

— —212

Vo?V2(半波）Vo?1.2V（全波）2 （4-10）

为了达到式（4-10）的取值关系，获得比较平直的输出电压，一般要求RL?(5～10)1，

?C即 RLC?(3～5)1 （4-11） T式中T电源交流电压的周期。

此外，由于二极管的导通时间短（导通角小于1800），而电容的平均电流为零，可见二极管导通时的平均电流和负载的平均电流相等，因此二极管的电流峰值必然较大，产生电流冲击，容易使管子损坏。

具有电容滤波的整流电路中的二极管，其最高反向工作电压对半波和全波整流电路来说是不相等的。在半波整流电路中，要考虑到最严重的情况是输出端开路，电容器上充有V2m，而v2处在负半周的幅值时，这时二极管承受了22V2的反向工作电压。它与无滤波电容时相比，增大了一倍。

对于单相桥式整流电路而言，无论有无滤波电容，二极管的最高反向工作电压都是2V2。 关于滤波电容值的选取应视负载电流的大小而定。一般在几十微法到几千微法，电容器耐压值应大于输出电压的最大值。通常采用极性电容器。

例4-3 需要一单相桥式整流电容滤波电路，电路如图4-16所示。交流电源频率f?50Hz，负载电阻RL=120Ω，要求直流电压Vo=30V试选择整流元件及滤波电容。 解：（1）选择整流二极管 ①流过二极管的平均电流

ID?11Vo130Io????125mA 22RL2120由VO = 1.2V2，所以交流电压有效值

V2?Vo30??25V 1.21.2~ v2 C RL vo 可以选用IRM?ID，VRM?VDRM的二极管4个。

②二极管承受的最高反向工作电压

VDRM?2V2?2?25?35V

图4-16 例4-3的图 （2）选择滤波电容C

取RLC?5?T ，而T?1?1?0.02S，所以

2f50C?1T10.02?5???5??417μF RL21202可以选用C = 500μF，耐压值为50V的电解电容器。

2．电感滤波电路

在桥式整流电路和负载电阻RL间串入一个电感器L，如图4-17所示。利用电感的储能作