整流电路无疑是许多经典电路的基础。

因为把整流电路稍许变化，加一些电容电感，改一些晶体管元件，可以派生出许多其他常用电路。

如果不能理解整流电路，那么对后续其他电路的理解将会十分困难。

本文就从简入难，详细的介绍4种二极管整流电路的工作原理。

图1 开关电源内的整流模块

图1为班长在基站内拍摄的开关电源中的整流模块。

整流模块对于通信机房来说异常重要，所以都会多配几块，一旦出现故障，其他模块能够瞬间接力！

图2 电路1：单相半波整流电路

首先，我们来看单相半波整流电路。

电路图如图2。在本文中，我们把图2称作为电路1。

B为变压器的符号，输入交流电。

u为变压器副边的输出电压，为u=√2Usinωt，其中U为交流电压的有效值。

〔不知道什么有效值？参见附录1〕

D为二极管的符号，RL为负载电阻，其两端电压为输出电压uo，输出电流为io。

当副边电压u处于π>ωt>0阶段时，此时副边a端电压大于b端电压，二极管正向导通，输出电流io方向为：

a→D→RL→b

如果忽略二极管D的正向导通电压，那么负载RL两端的电压，也是输出电压uo，就等于副边电压u。

图3 电路1输出波形

参见图3。

当副边电压u处于π>ωt>0阶段时，uo=u，二极管两端电压uD=0；

当副边电压u处于2π>ωt>π阶段时，此时a端电压小于b端电压，二极管反向截止，电路无法导通，电流为0，二极管D两端为反向电压；

此时，uo=0，io=0，uD=u；

以此类推，后续的波形变化与[0,2π]范围内一致。

输出电压uo方向都在随着时间改变，它已经是一个「直流电」了，那么它的的直流电压值为多少呢？

我们可以取其在一个周期[0,2π]内的平均值。计算方法如下：

uo约等于0.45倍的U，U为副边电压的有效值。

uo=0.45U；

io=0.45U/RL；

二极管通过的平均电流iD=io；

二极管承受的最高反向工作电压√2U；

「有了二极管的最大电流与最高反向电压，我们可以选择二极管的型号」

「举个例子(来源网络)」

»»»有一个单相半波整流电路，RL=750Ω，变压器副边变压U=20V，那么求：输出直流电压u0和电流i0，并选用二极管。

➥根据公式，uo=0.45U=0.45x20=9V;

io=uo/RL=9/750=0.012A=12mA；

二极管：iD=io=12mA；最高反向电压Udrm=√2U=√2x20=28.2V；

根据12mA，28.2V的数据，可以查手册，可以选用2AP4(16mA,50V)的型号。通常二极管的反向工作峰值电压比Udrm大一倍左右。

现在我们再来看一下，单相桥式整流电路。

这个电路应用非常广泛，我们经常可以看到。

图4 电路2：单相桥式整流电路

图4(1)和图2中的电路1相比，多了一个二极管D3，但不影响二极管在副边电压u的上半周导通，所以这个电路和电路1基本相同。

图4(2)和图2中的电路1相比，也是2个二极管，只不过全部“调转方向”，此时二极管在副边电压u的下半周导通。

把图4(1)和图4(2)合并，我们就可以在电压u的整个周期内实现导通，负载RL自然而然就在整个周期内有电流流过，效率是不是提高了很多啊。

所以，图4(3)就叫做单相桥式整流电路，它的输出波形如图4(4)所示。

当副边电压u处于π>ωt>0阶段时，二极管D1D3导通，输出电流io方向为:

a→D1→RL→D3→b

当副边电压u处于2π>ωt>π阶段时，二极管D2D4导通，输出电流io方向为:

b→D2→RL→D4→a

此时，输出直流电压值uo就是2x0.45U=0.9U〔读者可以自行理解或者证明〕

输出电流io=uo/RL=0.9U/RL；

二极管的参数：

由于每两个二极管串联，导通半个周期，所以iD=½io=0.45U/RL;最大反向电压Udrm等于交流电压的最大值，即=√2U

「举个例子(来源网络)」

»»»已知负载电阻RL=80Ω，负载电压uo=110V，如今采用单相桥式整流电路交流电源电压380V。求：1、选用晶体二极管；2、求整流电压器的变比及容量；

➥io=uo/RL=110/80=1.4A

二极管的电流：

iD=½io=0.7A；

变压器副边的电压有效值U：

U=uo/0.9=110/0.9=122V；

变压器副边的实际电压，大约要高出10%，所以U=122x1.1=134V

二极管电压：

Udrm=√2U=√2x134=189V，可以选用2CZ11C(1A,300V)

变压器的变比：

K=380/134=2.8；

变压器的副边电流：

I=io/0.9=1.4/0.9=1.55A；

变压器的容量：S=UI=134x1.55=208VA；

可以选用BK300(300VA)的变压器。

单相半波整流电路，线路比较简单，整流元件只有1个二极管，直流电压比较低，只有0.45倍的输入电压，脉动程度比较大，只有在电源电压的正半轴才有波形。

全波整流电路的波形，正负半轴有相同的直流波形，是半波整流的2倍，因此应用相对广泛。

现在我们来看电路3，单相全波整流电路。

图5 电路3：单相全波整流电路

这个电路只有2个二极管，却在变压器的副边做了一定的“手脚”。

从中间抽出一根线，我们叫做中心抽头。

这样的话，整个副边电压就被分成两个部分，u1和u2

u1和u2所属的线圈在一起，那么我们认为它们大小相等，频率相同，但是相位相反的。

如果ab两端电压Uab=2√2U，那么a点电位可以是√2U，o点电位可以为0，b点电位可以为-√2U。

所以，u1=uao=√2U，u2=-uob=-√2U。

现在令u1=√2Usinωt，u2=√2Usin(ωt-π)

当u1处于π>ωt>0阶段时，u2电压为负半轴，u1电压为正半轴，二极管D1导通，输出电流io方向为:

a→D1→RL→o

负载上的输出电压uo=u1，二极管D2两端的反向电压uD2是这个整个变压器的副边绕组，即2√2U。

当u1处于2π>ωt>π阶段时，u2电压为正半轴，u1电压为负半轴，二极管D2导通，输出电流io方向为:

b→D2→RL→o

负载上的输出电压uo=u2，二极管D1两端的反向电压uD1是这个整个变压器的副边绕组，即2√2U。

电量关系：

输出电压uo=0.9U，这与单相桥式整流电路一样。

输出电流io=uo/RL=0.9U/RL

二极管电流iD=io/2

二极管最大反向电压Udrm=2√2U

这种整流电路，由于二极管承受的反向电压比较高，所以应用范围没有单相桥式应用广泛。它的优点是使用二极管数目比较少。

三相桥式整流电路

图6 电路4：三相桥式整流电路

相比上面所说的单相，三相的含义就是多出两路电压。

图6中可以看做3个变压器，输入为A-B-C，输出为a-b-c，具体电压如图7

图7 三相电压

现在，我们来看下输出的波形。

当0到t1时刻，此时uc的值比较大，ub的值最小。那么此时二极管D5与D4导通。电流方向：

c+→D5→RL→D4→b-

此时uc最高，ub最低，负载两端的电压等于cb之间的电压，即uo=ucb

当t1到t2时刻，此时uc开始小于ua，ua的电压值大了起来，ub仍然是最小的。此时二极管D1和D4导通。

a+→D1→RL→D4→b-

此时ua最高，ub最低，负载两端的电压等于ab之间的电压，即uo=uab

图8 电路4的输出波形

后面依次类推。

图7看起来很丑，也可以画的好看些，就是图9。

图9与图7是一模一样的哦。

这也是大家常见的经典电路，把二极管换成晶闸管、三极管、IGBT，或者加电容与电感，都可以变形出很多电路。

图9 三相桥式整流电路

电量关系

输出电压uo=2.34U，U为副边电压的有效值。

〔为什么是2.34倍呢，还是在t1时刻求积分，感兴趣的同学可以自行计算哦〕

输出电流io=uo/RL=2.34U/RL

二极管中电量：

电流iD=⅓io=0.78U/RL

二极管承受的最大反向电压，线电压的最大值，UDRM=√3Um=√3x√2U=2.45U

总结

我们今天讲了四种典型的整流电路，现在我将其电路特点用一张图与表格归纳出来。

图10 4种整流电路

从表格1中，我们可以看出三相桥式整流电路输出电压电流最大，因此其广泛适用于需要大功率电路的场合。

表1 4种整流电路的电量参数

以上都是一些理论推导，那么这些电路、波形到底是不是真的如此？

下面我们眼见为实！

打开电路仿真软件，班长这里就先仿真最简单的的单相半波电路。按照图2连接好电路图：

图11 半波整流电路的仿真

图111中交流电源频率50Hz，红色的波形为交流电压波形；蓝色的波形为负载RL输出电压波形。与上文分析结果一致。

〔对仿真软件感兴趣的同学可以私信获取〕

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