整流电路工作原理解释（半波、全波）

整流电路将交流电 (AC) 转换为直流电 (DC)。一般采用两个整流器进行整流，即半波整流器和全波整流器。

半波整流器

半波整流器 通过阻断正循环或负循环将正弦交流信号转换为脉冲直流信号。这取决于连接到电路的二极管的方向。让我们借助一个例子来理解这一点。

正半整流器

正半波整流器

在此配置中，二极管仅在正向偏置时导通。简而言之，当正弦波的正周期接近二极管时，它会正向偏置并允许电流通过。但是当正弦波的负周期接近二极管时，它会反向偏置并因此阻塞它。

输入波形

正半波整流输出波形

上图显示了输入和输出波形。由于输出端不存在交流波形的负半波，因此这种电路配置称为正半波整流器。

负半整流器

负半波整流器

如果在此配置中连接二极管，则它仅在正向偏置时才导通。当正弦波的正半周期接近二极管时，它会反向偏置并阻止它。但是当正弦波的负周期接近二极管时，它会产生正向偏置并允许它通过。

负半波整流输出波形

在这种情况下，如果我们观察输出波形，只会出现正弦波的负周期。因此，这种电路配置被称为负半整流器。

滤波电容需要什么？

如果我们观察以上两种情况的输出波形，它们都不是纯直流波形。相反，它们包含涟漪。因此，在输出端连接一个电容器（与负载并联）以抑制直流电压的纹波。

当二极管正向偏置时，电容器被充电到其最大电压。当二极管反向偏置时，电容器放电并向负载提供所需的电流。下面的波形显示了使用滤波电容器后输出波形如何变得平滑。

带电容器的输出波形（半波整流器）

需要注意的是波形仍然不是纯直流。为此，我们使用更高效的整流器，即全波整流器。

半波整流器的优点

• 施工简单
• 只需要很少的组件

半波整流器的缺点

• 功率损耗更大
• 输出端出现更多纹波

什么是纹波系数？

在我们继续讨论全波整流器之前，让我们了解一个重要的概念，即纹波因数。纹波系数测量输出直流信号中存在的纹波。所以，如果纹波更多，纹波系数就会高，反之亦然。

半波整流器的纹波系数为 1.21。换句话说，与直流电压一起出现在输出中的不需要的纹波是直流幅度的 121%。这表明半波整流器不是一种高效的交流到直流转换器。半波整流器的整流效率为 40.6%。

全波整流器

为了减少输出端的纹波，使用了更高效的整流器，即全波整流器。全波整流器将输入交流信号的完整周期转换为脉动直流信号。全波整流器有两种类型；

• 中心抽头全波整流器
• 全波桥式整流器

中心抽头全波整流器

下图显示了中心抽头全波整流器的连接。两个二极管连接到变压器的次级绕组。中心抽头取自连接负载 (R L )的变压器。

中心抽头全桥整流器

在正半周期

在正半周期

次级绕组的 A端变为正极， B 端变为负极。二极管D 1正向偏置（充当闭合开关），二极管D 2反向偏置（充当断开开关）。因此，电流通过负载 (R L )从 P 流向 O。

在负半周期

在负半周期

在输入交流电源的负半周内，次级绕组B端变为正极，A端变为负极。在这种情况下，二极管 D 2正向偏置（相当于闭合开关），二极管D 1反向偏置（相当于断开开关）。因此，电流将从B 流向 O，经过二极管 D 2、负载 R L和次级绕组的下半部分。

输出波形

如果我们观察输出波形，在正半周和负半周期间都存在脉动直流输出。因此，通过使用此设置，输出端的纹波会减少。中心抽头全波整流器纹波系数为0.482，效率为81.2%。

中心抽头全波整流器的优点

• 效率高于半波整流器
• 低纹波系数

中心抽头全波整流器的缺点

• 很难找到变压器的中心抽头。

全波桥式整流器

全波桥式整流器消除了对中心抽头变压器的需要。全波桥式整流器使用一个降压变压器、四个二极管和一个电负载。下图显示了全波桥式整流器的连接。二极管成对串联排列，即每个周期中两个二极管导通。让我们看看它是如何工作的。

全桥整流电路

在正半周期

在正半周期

在电源的正半周期间，A 端（变压器的次级绕组）变为正，而B 端变为负。在这种情况下，二极管D 1和 D 3正向偏置，并为电流创建一条短路。二极管D 2和 D 4反向偏置，并形成开路。上图显示了电流所遵循的路径。

在负半周期

负半周期间

在电源的负半周内，A端变为负，B端变为正。在这种情况下，二极管D 2和 D 4正向偏置，并为电流创建一条短路。二极管D 1和 D 3反向偏置，并形成开路。上图显示了电流所遵循的路径。

输出波形

如果我们在这里观察，在输入交流电源的两个周期中，电流以相同的方向流过负载 R L 。因此，在负载上获得直流输出。桥式全波整流器的效率和纹波系数与中心抽头全波整流器相同。

带平滑电容器的全波整流器

如果我们观察全波整流器的输出波形，它不是纯直流电。可以将电容器连接到全波整流器的输出端，以平滑脉动直流输出。下图显示了平滑电容滤波器的输出。

带电容的输出波形

全波桥式整流器的优点

• 无需中心抽头变压器。
• 输出是中心抽头全波整流器的两倍（对于相同的次级电压）。
• 每个二极管两端的峰值反向电压是二极管中心抽头电路的二分之一。

全波桥式整流器的缺点

• 该电路不适用于小电压需要整流时。这是因为，在这种情况下，两个二极管串联连接并由于其内阻而提供双倍压降。

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