全波整流器电路图

电源二极管可以连接在一起形成一个全波整流器，将交流电压转换为脉动直流电压，用于电源

在之前的功率二极管教程中，我们讨论了减少电源的方法。通过在负载电阻上连接平滑电容，可以在直流直流电压上产生纹波或电压变化。

虽然这种方法适用于低功率应用，但它不适合需要“稳定，平稳”直流电源的应用。电压。改善这一点的一种方法是使用输入电压的每个半周期而不是每隔一个半周期。允许我们这样做的电路称为全波整流器。

与半波电路一样，全波整流电路产生的输出电压或电流纯粹为DC或者有一些指定的DC组件。全波整流器与半波整流器相比具有一些基本优势。平均（DC）输出电压高于半波，全波整流器的输出波纹小于半波整流器产生更平滑的输出波形。

现在使用全波整流器电路两个二极管，每个周期一半。使用多绕组变压器，其次级绕组被分成两半，具有共同的中心抽头连接（C）。这种配置导致每个二极管在其阳极端子相对于变压器中心点 C 为正时导通，在两个半周期期间产生输出，是半波整流器的两倍，因此它为100 ％效率如下所示。

全波整流电路

全波整流器电路由两个连接到单个负载电阻（ R L ）的功率二极管组成，每个二极管依次接入电源为负载提供电流。当变压器的点 A 相对于点 C 为正时，二极管 D 1 沿正向传导如箭头所示。

当点 B 相对于点 C 为正时（在周期的负半周），二极管 D 2 正向导通，流过电阻 R 的电流在两个半周期内处于相同方向。由于电阻器 R 两端的输出电压是两个波形组合的相量和，这种类型的全波整流电路也称为“双相”电路。

如果我们在去除平滑电容器的Partim模拟器电路中运行电路，我们可以非常清楚地看到这种影响。

Partsim模拟波形

由于每个二极管产生的每个半波之间的空间现在由另一个二极管填充，负载电阻两端的平均直流输出电压现在是单个二极管的平均直流输出电压的两倍假设没有损耗，半波整流电路的峰值电压约为 0.637V max 。

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其中： V MAX 是次级绕组的一半中的最大峰值， V RMS 是均方根值。

输出波形的峰值电压与之前提供的半波整流器的峰值电压相同变压器绕组具有相同的均方根电压值。为了获得不同的直流电压输出，可以使用不同的变压器比率。

这种类型的全波整流电路的主要缺点是，对于给定功率输出需要更大的变压器，两个独立但相同的次级与“全波桥式整流器”等效电路相比，使这种类型的全波整流电路成为昂贵的绕组。

全波桥式整流器

另一种产生相同输出的电路作为全波整流电路的波形是全波整流桥整流器。这种类型的单相整流器使用四个独立的整流二极管，以闭环“桥”配置连接，以产生所需的输出。

这种桥接电路的主要优点是它不需要特殊的中心抽头变压器，从而减小了其尺寸和成本。单个次级绕组连接到二极管桥接网络的一侧，负载连接到另一侧，如下所示。

二极管桥式整流器

标有 D 1 至 D 4 的四个二极管以“串联对”排列，在每个半周期内只有两个二极管导通电流。在电源的正半周期内，二极管 D1 和 D2 串联导通，而二极管 D3 和 D4 是反向偏置，电流流过负载，如下所示。

正半周期

在电源的负半周期内，二极管 D3 和 D4 串联导通，但二极管 D1 且 D2 切换“OFF”，因为它们现在是反向偏置的。流过负载的电流与之前的方向相同。

负半周期

由于流过负载的电流是单向的，因此负载两端产生的电压也是单向的，与之前的两个二极管全波整流器相同，因此负载上的平均直流电压 0.637 V max 。

典型桥式整流器

但实际上，在每个半周期期间，电流流过两个二极管而不是仅一个二极管，因此输出电压的幅度是比输入V MAX 幅度小两个电压降（2 * 0.7 = 1.4V）。纹波频率现在是电源频率的两倍（例如50Hz电源为100Hz或60Hz电源为120Hz。）

虽然我们可以使用四个独立的功率二极管来制作全波桥式整流器，但预制桥式整流器组件可以“现成的”提供各种不同的电压和电流尺寸，可直接焊接到PCB电路板或通过铲形连接器连接。

右图图中显示了一个典型的单相桥式整流器，其中一个角被切断。该截止拐角表示最靠近拐角的终端是正或 + ve 输出端子或引线，而相反（对角线）引线为负极或 -ve 输出线。另外两条连接引线用于来自变压器次级绕组的输入交流电压。

平滑电容器

我们在上一节中看到，单相半波整流器产生的是每半个周期输出一次波，并且使用这种类型的电路产生稳定的直流电源是不切实际的。然而，全波桥式整流器为我们提供了更大的平均直流值（0.637 Vmax），具有更少的叠加纹波，而输出波形是输入电源频率的两倍。

我们可以改善整流器的平均直流输出，同时通过使用平滑电容器对输出波形进行滤波来降低整流输出的交流变化。与全波桥式整流电路输出端的负载并联连接的平滑或储能电容器使平均直流输出电平更高，因为电容器就像存储设备一样，如下所示。

全波具有平滑电容的整流器

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平滑电容将整流器的全波波纹输出转换为更平滑直流输出电压。如果我们现在运行安装了不同平滑电容值的Partsim仿真器电路，我们可以看到它对整流输出波形的影响，如图所示。

5uF平滑电容器

波形上的蓝色图表显示使用5.0uF平滑的结果整流器输出端的电容器。以前，负载电压跟随整流输出波形降至零伏。这里5uF电容充电到输出直流脉冲的峰值电压，但当它从峰值电压下降到零伏时，由于电路的RC时间常数，电容不能快速放电。

这导致电容器放电至约3.6伏，在此示例中，保持负载电阻两端的电压，直到电容器在DC脉冲的下一个正斜率上再次充电。换句话说，电容器只有时间在下一个DC脉冲重新充电回到峰值之前短暂放电。因此，施加到负载电阻器的DC电压仅下降少量。但我们仍然可以通过增加平滑电容的值来改善这一点。如图所示。

50uF平滑电容器

这里我们将平滑电容的值从5uF增加到50uF，这减少了纹波，将最小放电电压从之前的3.6伏增加到7.9伏。然而，使用Partsim仿真器电路我们选择1kΩ的负载来获得这些值，但随着负载阻抗的减小，负载电流增加，导致电容器在充电脉冲之间更快地放电。

通过使用更大的电容器可以减少向单个平滑或储存电容器供应重负载，该电容器存储更多能量并且在充电脉冲之间放电更少。通常对于直流电源电路，平滑电容器是铝电解电容器，其电容值为100uF或更高，来自整流器的重复直流电压脉冲将电容器充电至峰值电压。

然而，有选择合适的平滑电容时要考虑的两个重要参数是工作电压，它必须高于整流器的空载输出值及其电容值 ，它决定了叠加在直流电压之上的纹波量。

电容值太低，电容对输出波形影响不大。但如果平滑电容足够大（可以使用并联电容）并且负载电流不是太大，则输出电压几乎与纯DC一样平滑。作为一般经验法则，我们希望峰峰值之间的纹波电压小于100mV。

全波整流器电路的最大纹波电压不是仅由平滑电容的值确定，但由频率和负载电流决定，计算如下：

桥式整流器纹波电压

其中： I 是以负载为单位的直流负载电流，ƒ是纹波的频率或输入频率的两倍，单位为赫兹， C 是以法拉为单位的电容。

全波桥式整流器的主要优点是，对于给定负载，它具有较小的交流纹波值，并且具有比等效电容器更小的储存器或平滑电容器半波整流器。因此，纹波电压的基频是交流电源频率（100Hz）的两倍，对于半波整流器，它几乎等于电源频率（50Hz）。

纹波量通过向桥式整流器的输出端增加一个大大改进的π-滤波器（π-滤波器），可以实际消除二极管叠加在DC电源电压之上的电压。这种类型的低通滤波器由两个平滑电容组成，通常具有相同的值，并且在它们之间有一个扼流圈或电感，以便为交替纹波分量引入高阻抗路径。

另一种更实用，更便宜的替代方案是使用现成的3端稳压器IC，例如LM78xx（其中“xx”代表输出电压额定值）表示正输出电压或其反向等效 LM79xx 表示负值输出电压可以将纹波降低70dB以上（数据手册），同时提供超过1安培的恒定输出电流。

为什么今天不使用Partsim模拟器工具测试您对全波整流电路的了解。尝试不同的平滑电容值和电路中的负载电阻，以查看对输出波形的影响。

在下一个关于二极管的教程中，我们将看一下齐纳二极管，它利用其反向击穿电压特性在其自身产生恒定且固定的输出电压。