二極管的一個(gè)重要應(yīng)用是在整流電路的設(shè)計(jì)中。簡單地說，該電路將交流電 (AC) 轉(zhuǎn)換為直流電 (DC)。這是交流轉(zhuǎn)直流電源設(shè)計(jì)中必不可少的電路。

整流電路

為了給任何電路供電，都需要電源；如果您想從交流電源為電子設(shè)備供電，則需要整流器。

圖 1.1 所示為直流電源的示意圖。有一條 120 V (rms)、60 Hz 交流線路為電源供電，為電子電路（負(fù)載塊）提供電壓V?O。V?O必須是穩(wěn)定的直流電壓，以確保電子電路正常工作。

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圖 1.1

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看圖，首先我們看到變壓器。該變壓器是降壓變壓器，將高交流輸入電壓“降壓”為較低的交流電壓輸入整流器。該變壓器由兩個(gè)不同匝數(shù)的獨(dú)立線圈繞組（初級和次級繞組）組成，N?1用于初級，N?2用于次級。因此，交流電壓v?S可以寫為 120(N 2?/?N 1?)?V (rms)，并在次級繞組的兩個(gè)端子之間測量。

接下來，二極管整流器將交流電壓v?S轉(zhuǎn)換為直流電壓。該電壓將表現(xiàn)出較大的變化，因此不適用于電子電路。過濾器用于消除這些變化。

但是，即使在過濾之后，電壓也會(huì)出現(xiàn)微小的變化，稱為紋波。因此，電壓調(diào)節(jié)器用于大大降低紋波并建立可靠的直流電源軌。

半波整流電路

半波整流器消除了輸入正弦波的負(fù)部分。在圖 1.2 (A) 中，圖示了半波整流器。在本文中，我們將使用二極管的恒壓降 (CVD) 模型，因?yàn)樗芎唵巍倪@個(gè)模型中，我們得到了?

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公式 1.1 (A)

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$${}_{}={}_{}?{}_{}$$?當(dāng)?$${}_{}\ge {}_{}$$?? ?

公式 1.1 (B)

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其中V?D??≈ 0.7 V。上述等式導(dǎo)致傳輸特性如圖 1.2 (B) 所示。圖 1.2 (C) 說明了當(dāng)輸入電壓v?S為正弦波時(shí)提供的電壓輸出?。?

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圖 1.2 (A) 半波整流器

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圖1.2（B）整流電路的傳遞特性

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圖 1.2（C）輸入輸出波形

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在確定在整流電路中使用哪些二極管時(shí)，需要考慮兩件事：1) 二極管處理電流的能力，必須根據(jù)二極管預(yù)期傳導(dǎo)的最大電流來選擇，以及 2 ) 峰值反向電壓 (PIV)，這是二極管將承受的最高反向電壓；二極管必須能夠承受 PIV。觀察圖 1.2 (A)，我們可以觀察到當(dāng)電壓?v?S?為負(fù)時(shí)，二極管將截止，電壓?v?O的值為零，導(dǎo)致二極管兩端的反向電壓為v?S?.?因此，PIV 是v?S的峰值：

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PIV =??V?S ? ??

公式 1.2

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其中V?S（帶有大寫字母 V）表示輸入正弦波的峰值幅度。

值得注意的一件事是，當(dāng)輸入正弦波的峰值幅度沒有明顯高于V?D時(shí)，電路顯然不會(huì)有效運(yùn)行。例如，峰值幅度為 200 mV 的正弦輸入根本不會(huì)被整流，因?yàn)槎O管永遠(yuǎn)不會(huì)“導(dǎo)通”，即它永遠(yuǎn)不會(huì)傳導(dǎo)大量電流。?

全波整流電路

與半波整流器不同，全波整流器可以同時(shí)利用交流輸入電壓的正負(fù)部分。為了實(shí)現(xiàn)單極性輸出，必須反轉(zhuǎn)正弦波形的負(fù)部分。這可以通過使用圖 1.3 (A) 中所示的電路來實(shí)現(xiàn)。

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圖 1.3 (A) 全波整流電路；變壓器有一個(gè)中心抽頭的次級繞組

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在這種配置中，降壓變壓器的次級繞組就是所謂的“中心抽頭”。中心抽頭或 CT 是繞組中間的電觸點(diǎn)。該 CT 用于?在變壓器次級繞組的兩半之間提供兩個(gè)相等的電壓v?S 。當(dāng)輸入電壓為正時(shí)，兩個(gè)v?S?信號(hào)也將為正，當(dāng)輸入電壓大于V?D時(shí)，二極管?D?1?導(dǎo)通，二極管?D?2?反向偏置。流入二極管?D?1的電流?也將流過電阻?R?然后回到CT。在輸入正弦波的正半周期期間，該電路的行為就像半波整流器一樣。

在負(fù)半周期內(nèi)，兩個(gè)?v?S?電壓都將為負(fù)?，F(xiàn)在，二極管?D?1反向偏置，二極管?D?2導(dǎo)通。流過D?2的電流?隨后將流過電阻器?R?并返回到 CT。

因此，電流在兩個(gè)半周期內(nèi)流動(dòng)，而且通過電阻器的電流將始終沿相同方向流動(dòng)。結(jié)果是單極輸出電壓，如圖 1.3 (C) 所示。

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圖 1.3 (B) 全波整流器的傳輸特性

如果我們考慮電路在正半周期內(nèi)的運(yùn)行，則D?2陰極的電壓為 (?v?S?-?V?D )，?D?2陽極的電壓為 -?v?S。因此，PIV 是 (?V?S?-?V?D?) - (-?V?S?)：

PIV = 2?V?S??-??V?D

公式 1.3

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請注意，此 PIV 大約是半波整流器的兩倍。?

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圖 1.3（C）輸入輸出波形

結(jié)論

在本文中，我們討論了整流電路的用途以及兩種特定類型的整流器：半波整流器和全波整流器。整流器是電源的基本電路，可將交流輸入電壓轉(zhuǎn)換為可用于為電子電路供電的直流電壓電源。我們看到半波整流器利用輸入正弦波的交替半周期，而全波整流器利用正半周期和負(fù)半周期。