整流二极管的作用及其整流电路

整流二极管的作用及其整流电路整流二极管的作用及其整流电路 整流二极管的作用及其整流电路整流二极管的作用及其整流电路 一种将交流电能转变为直流电能的半导体器件 通常它包含一个一种将交流电能转变为直流电能的半导体器件 通常它包含一个 PNPN 结 有结 有 阳极和阴极两个端子 阳极和阴极两个端子 P P 区的载流子是空穴区的载流子是空穴 N N 区的载流子是电子 在区的载流子是电子 在 P P 区和区和 N N 区间形成一定的位垒 区间形成一定的位垒 外加使外加使 P P 区相对区相对 N N 区为正的电压时 位垒降低 位垒两侧附近产生储存载流子 区为正的电压时 位垒降低 位垒两侧附近产生储存载流子 能通过大电流 具有低的电压降 典型值为能通过大电流 具有低的电压降 典型值为 0 7V0 7V 称为正向导通状态 称为正向导通状态 若加相反的电压若加相反的电压 使位垒增加 可承受高的反向电压 流过很小的反向电流 称使位垒增加 可承受高的反向电压 流过很小的反向电流 称 反向漏电流 称为反向阻断状态 整流二极管具有明显的单向导电性反向漏电流 称为反向阻断状态 整流二极管具有明显的单向导电性 整流二极管可用半导体锗或硅等材料制造 硅整流二极管的击穿电压高 反向整流二极管可用半导体锗或硅等材料制造 硅整流二极管的击穿电压高 反向 漏电流小 高温性能良好 通常高压大功率整流二极管都用高纯单晶硅制造 漏电流小 高温性能良好 通常高压大功率整流二极管都用高纯单晶硅制造 这种器件的结面积较大 能通过较大电流 可达上千安 但工作频率不高 这种器件的结面积较大 能通过较大电流 可达上千安 但工作频率不高 一般在几十千赫以下 整流二极管主要用于各种低频整流电路 一般在几十千赫以下 整流二极管主要用于各种低频整流电路 二极管整流电路二极管整流电路 一 半波整流电路一 半波整流电路 图图 5 15 1 是一种最简单的整流电路 它由电源变压器 是一种最简单的整流电路 它由电源变压器 B B 整流二极管 整流二极管 D D 和和 负载电阻负载电阻 RfzRfz 组成 变压器把市电电压 多为 组成 变压器把市电电压 多为 220220 伏 变换为所需要的交变伏 变换为所需要的交变 电压电压 e2e2 D D 再把交流电变换为脉动直流电 再把交流电变换为脉动直流电 下面从图下面从图 5 25 2 的波形图上看着二极管是怎样整流的 的波形图上看着二极管是怎样整流的 变压器砍级电压变压器砍级电压 e2e2 是一个方向和大小都随时间变化的正弦波电压 它的波 是一个方向和大小都随时间变化的正弦波电压 它的波 形如图形如图 5 25 2 a a 所示 在 所示 在 0 0 K K 时间内 时间内 e2e2 为正半周即变压器上端为正下端为为正半周即变压器上端为正下端为 负 此时二极管承受正向电压面导通 负 此时二极管承受正向电压面导通 e2e2 通过它加在负载电阻通过它加在负载电阻 RfzRfz 上 在上 在 2 2 时间内 时间内 e2e2 为负半周 变压器次级下端为正 上端为负 这时为负半周 变压器次级下端为正 上端为负 这时 D D 承受承受 反向电压 不导通 反向电压 不导通 RfzRfz 上无电压 在 上无电压 在 2 2 时间内 重复时间内 重复 0 0 时间的时间的 过程 而在过程 而在 3 3 4 4 时间内 又重复时间内 又重复 2 2 时间的过程时间的过程 这样反复下去 交这样反复下去 交 流电的负半周就被流电的负半周就被 削削 掉了 只有正半周通过掉了 只有正半周通过 RfzRfz 在 在 RfzRfz 上获得了一个单一上获得了一个单一 右向 上正下负 的电压 如图右向 上正下负 的电压 如图 5 25 2 b b 所示 达到了整流的目的 但是 负 所示 达到了整流的目的 但是 负 载电压载电压 UscUsc 以及负载电流的大小还随时间而变化 因此 通常称它为脉动直 以及负载电流的大小还随时间而变化 因此 通常称它为脉动直 流 流 这种除去半周 这种除去半周 留留下半周的整流方法 叫半波整流 不难看出 半波整说下半周的整流方法 叫半波整流 不难看出 半波整说 是以是以 牺牲牺牲 一半交流为代价而换取整流效果的 电流利用率很低 计算表明 一半交流为代价而换取整流效果的 电流利用率很低 计算表明 整流得出的半波电压在整个周期内的平均值 即负载上的直流电压整流得出的半波电压在整个周期内的平均值 即负载上的直流电压 UscUsc 0 45e2 0 45e2 因此常用在高电压 小电流的场合 而在一般无线电装置中很 因此常用在高电压 小电流的场合 而在一般无线电装置中很 少采用 少采用 二 全波整流电路二 全波整流电路 单向桥式整流电路单向桥式整流电路 如果把整流电路的结构作一些调整 可以得到一种能充分利用电能的全波如果把整流电路的结构作一些调整 可以得到一种能充分利用电能的全波 整流电路 图整流电路 图 5 35 3 是全波整流电路的电原理图 是全波整流电路的电原理图 全波整流电路 可以看作是由两个半波整流电路组合成的 变压器次级线全波整流电路 可以看作是由两个半波整流电路组合成的 变压器次级线 圈中间需要引出一个抽头 把次组线圈分成两个对称的绕组 从而引出大小相圈中间需要引出一个抽头 把次组线圈分成两个对称的绕组 从而引出大小相 等但极性相反的两个电压等但极性相反的两个电压 e2ae2aRfze2ae2aRfz 与与 e2be2b D2D2 RfzRfz 两个通电回路 两个通电回路 D1D1 e2be2b 构成 构成 全波整流电路的工作原理 可用图全波整流电路的工作原理 可用图 5 45 4 所示的波形图说明 所示的波形图说明 在在 0 0 间内 间内 e2aD1e2aD1 导通 在导通 在 RfzRfz 上得到上正下负的电压 上得到上正下负的电压 e2be2b 对对 D2D2 为反向电压 为反向电压 D2D2 不导通 见图不导通 见图 5 45 4 b b 在在 2 2 时间内 时间内 e2be2b 对对 D2D2 为正向电压 为正向电压 D2D2 导通 在导通 在 RfzRfz 上得到的仍然上得到的仍然 是上正下负的电压 是上正下负的电压 e2aD1e2aD1 为反向电压 为反向电压 D1D1 不导通 见图不导通 见图 5 45 4 C C 对对 DlDl 为正向电压 为正向电压 如此反复 由于两个整流元件如此反复 由于两个整流元件 D1D1 D2D2 轮流导电 结果负载电阻轮流导电 结果负载电阻 RfzRfz 上在正 上在正 负两个半周作用期间 都有同一方向的电流通过 如图负两个半周作用期间 都有同一方向的电流通过 如图 5 45 4 b b 所示的那样 所示的那样 因此称为全波整流 全波整流不仅利用了正半周 而且还巧妙地利用了负半周 因此称为全波整流 全波整流不仅利用了正半周 而且还巧妙地利用了负半周 从而大大地提高了整流效率 从而大大地提高了整流效率 UscUsc 0 9e20 9e2 比半波整流时大一倍 比半波整流时大一倍 图图 5 35 3 所示的全波整滤电路 需要变压器有一个使两端对称的次级中所示的全波整滤电路 需要变压器有一个使两端对称的次级中 心抽头 这给制作上带来很多的麻烦 另外 这种电路中 每只整流二极管承心抽头 这给制作上带来很多的麻烦 另外 这种电路中 每只整流二极管承 受的最大反向电压 是变压器次级电压最大值的两倍 因此需用能承受较高电受的最大反向电压 是变压器次级电压最大值的两倍 因此需用能承受较高电 压的二极管 压的二极管 图图 5 55 5 a a 为桥式整流电路图 为桥式整流电路图 b b 图为其简化画法 图为其简化画法 三 桥式整流电路三 桥式整流电路 桥式整流电路是使用最多的一种整流电路 这种电路 只要增加两只二极桥式整流电路是使用最多的一种整流电路 这种电路 只要增加两只二极 管口连接成管口连接成 桥桥 式结构 便具有全波整流电路的优点 而同时在一定程度上克式结构 便具有全波整流电路的优点 而同时在一定程度上克 服了它的缺点 服了它的缺点 桥式整流电路的工作原理如下 桥式整流电路的工作原理如下 e2e2 为正半周时 对为正半周时 对 D1D1 D3D3 和方向电压 和方向电压 DlDl D3D3 导通 对导通 对 D2D2 D4D4 加反向电压 加反向电压 D2D2 D4D4 截止 电路中构成截止 电路中构成 e2e2 DlDl RfzRfz D3D3 通电回路 在通电回路 在 RfzRfz 上形成上正下负的半波整洗电压 上形成上正下负的半波整洗电压 e2e2 为负半周时 对为负半周时 对 D2D2 D4D4 加正向电压 加正向电压 D2D2 D4D4 导通 对导通 对 D1D1 D3D3 加反向电压 加反向电压 D1D1 D3D3 截止 电路中构成截止 电路中构成 e2e2 D2RfzD2Rfz D4D4 通电回路 同样在通电回路 同样在 RfzRfz 上形成上上形成上 正下负的另外半波的整流电压 正下负的另外半波的整流电压 上述工作状态分别如图上述工作状态分别如图 5 65 6 A A B B 所示 所示 如此重复下去 结果在如此重复下去 结果在 RfzRfz 上便得到全波整流电压 其波形图和全波整 上便得到全波整流电压 其波形图和全波整 流波形图是一样的 从图流波形图是一样的 从图 5 65 6 中还不难看出 桥式电路中每只二极管承受的反中还不难看出 桥式电路中每只二极管承受的反 向电压等于变压器次级电压的最大值 比全波整洗电路小一半 向电压等于变压器次级电压的最大值 比全波整洗电路小一半 四 整流元件的选择和运用四 整流元件的选择和运用 需要特别指出的是 二极管作为整流元件 要根据不同的整流方式和负载需要特别指出的是 二极管作为整流元件 要根据不同的整流方式和负载 大小加以选择 如选择不当 则或者不能安全工作 甚至烧了管子 或者大材大小加以选择 如选择不当 则或者不能安全工作 甚至烧了管子 或者大材 小用 造成浪费 表小用 造成浪费 表 5 15 1 所列参数可供选择二极管时参考 所列参数可供选择二极管时参考 另外 在高电压或大电流的情况下 如果手头没有承受高电压或整定大电另外 在高电压或大电流的情况下 如果手头没有承受高电压或整定大电 滤的整流元件 可以把二极管串联或并联起来使用 滤的整流元件 可以把二极管串联或并联起来使用 图图 5 75 7 示出了二极管并联的情况 两只二极管并联 每只分担电路总电流示出了二极管并联的情况 两只二极管并联 每只分担电路总电流 的一半 三只二极管并联 每只分担电路总电流的三分之一 总之 有几只二的一半 三只二极管并联 每只分担电路总电流的三分之一 总之 有几只二 极管并联 极管并联 流经每只二极管的电流就等于总电流的几分之一 但是 在实际并流经每只二极管的电流就等于总电流的几分之一 但是 在实际并 联运用时联运用时 由于各二极管特性不完全一致 不能均分所通过的电流 会使有的 由于各二极管特性不完全一致 不能均分所通过的电流 会使有的 管子困负担过重而烧毁 因此需在每只二极管上串联一只阻值相同的小电阻器 管子困负担过重而烧毁 因此需在每只二极管上串联一只阻值相同的小电阻器 使各并联二极管流过的电流接近一致 这种均流电阻使各并联二极管流过的电流接近一致 这种均流电阻 R R 一般选用零点几欧至几一般选用零点几欧至几 十欧的电阻器 电流越大 十欧的电阻器 电流越大 R R 应选得越小 应选得越小 图图 5 85 8 示出了二极管串联的情况 显然在理想条件下 有几只管子串联 示出了二极管串