第2章　电源类电路

2.1　整流电路

2.1.1　单只二极管半波整流电路

晶体二极管又叫半导体二极管，简称二极管，具有单方向导电性能，其图形符号如图2-1（a）所示，外形如图2-1（b）所示。单相半波电阻负载整流电路如图2-1（c）所示。

图2-1（c）中，e₁为电源电压，T为变压器，VD为二极管，RL为负载电阻。电源，是一个按正弦规律变化的电压，其中E₁是电压的有效值，是电源电压的最大值，sinωt是按正弦变化的符号。通常e₁为220V或380V、50Hz交流电源。

变压器T将电网的交流电压变换成负载要求的电压数值e₂。二极管VD将忽正忽负的交变压e₂变换成单方向的脉动电压。负载电阻器RL相当于需要用直流电源的电气设备。

T的二次电压e₂的变化规律与一次电压e₁是一致的，但为了符合负载RL的需要，在数值上往往是不同的。e₂是一个随时间变化的正弦波电压。当T的①端为正、②端为负时，流经T的二次绕组的电流I_T如箭头方向所示，e₂使二极管VD正向导通，流经VD、RL的电流I_VD=I_RL=I_T，负载电压与电源电压e₂几乎一样。负载电流的大小由负载电阻RL决定。当T的①端为正、②端为负时，VD加反向电压而不能导通，RL上没有电压。这就是说，加在负载RL上的电压将只有电源电压e₂的半个波，所以通常叫作半波整流。

在半波整流电路中，单向流动的半波电流中就有了直流的成分，此直流输出电压的数值（即半波电压在整个周期内的平均值）U_O为：

整流二极管VD的选择：流过VD的平均电流I_VD与流过负载电阻RL（阻值为R_L）的直流电流I_RL相等，即：

VD承受的最大反向电压就是e₂的最大值，即。

在设计时，根据上述条件选择整流二极管。

单相半波整流电路的主要优点是电路简单，缺点是电压脉动大、变压器利用率比较低。

2.1.2　两只二极管全波整流电路

单相全波整流电路是由两个单相半波整流电路组合而成的，电路如图2-2所示。

如图2-2所示，T的二次侧供给大小相等、方向相反的两个电压e_2a和e_2b，即e_2a=e_2b。当A端为正，B端为负时，e_2a经过VD2、RL、变压器中心抽头构成通电回路，此时VD2因加反向电压而截止（不导电）。当B端为正，A端为负时，e_2b经过VD2、RL和变压器中心抽头构成通电回路，此时VD1因加反向电压而截止。由于VD1、VD2构成的两个单相半波电路轮流导通，从而使负载电阻RL上得到了单方向流动的电流，即直流，但仍有电压脉动。

全波整流电路的直流输出电压U_O，比半波整流电路大一倍，即：

U_O=0.9E₂

VD1、VD2为全波整流电路中的整流二极管，它们是轮流导通的，流过每只二极管的平均电流只有负载电流的一半。每只二极管所承受的最大反向电压是变压器二次电压最大值的两倍，即。

单相全波整流电路，虽然克服了单相半波电路的缺点，能使整流出来的电压脉动减小一些，但其本身存在着变压器需要有中心抽头、二极管所承受的最大反向电压较高等不足。

2.1.3　四只二极管桥式全波整流电路

单相桥式整流电路是由四只二极管VD1～VD4组成的，其电路接成一个电桥形式，所以称为“桥式整流电路”。其画法有三种，如图2-3所示。桥式整流电路常用文字符号“UR”表示。

当电源的极性为上正下负时，二极管VD1和VD3导通，见图2-3（c）。此时VD1和VD3上的压降极小，电流从变压器T二次绕组上端经VD1、RL、VD3回到变压器二次绕组下端，在负载RL上得到一个半波整流电压；当电源极性相反，即下正上负时，VD2、VD4导通，电流通过VD2、RL、VD4，同样在RL上得到一个半波整流电压。如此周而复始，在负载上得到一个同单相全波一样的电压波形。直流输出电压U_O=0.9e₂，直流电流I=0.9e₂/R_L（R_L为电阻RL的阻值）。

二极管参数的确定：二极管的整流电流为0.45e₂/R_L；二极管所承受反向电压最大值等于。

桥式整流电路与全波整流电路相比，变压器二次绕组无需中心抽头，这样变压器体积可以做得小些。但是，桥式整流电路中的二极管比全波整流电路多一倍，不过二极管的耐压却可以低一半。

2.1.4　二极管三相桥式电阻负载整流电路

三相桥式整流电路如图2-4所示。T为变压器，一次、二次绕组接成星形（Y-Y连接）。

变压器二次相电压是按正弦规律不断变化的。当u相的电压变化到最大，而v相的电压变化到最低时，电流i_v经过VD1、负载电阻RL、VD4，流入v-o，构成了一个导电回路；当u相电压仍旧最高，而w相的电压变得最低时，电流i_s经VD1、RL、VD6，流入w-o，此时u-w之间的线电压加到RL上；当v相电压变得最高，而w相电压仍旧最低时，电流i_v经过VD3、RL、VD6回到w-o，此时，v-w之间的线电压加到RL上。如此类推，使三相整流电流全部加到负载电阻RL上。

在这个电路中，负载RL上得到的是一个比较平直的直流电压。负载电阻RL两端的电压U_O为

式中　E₂——变压器二次相电压的有效值。

负载（电阻器RL的阻值为R_L）中流过的直流电流值可用欧姆定律求得：

二极管的选择：因为在一个周期中，每只二极管只有1/3时间内导通，所以每只管子的平均整流电流只有负载电流的1/3；每只管子承受的最大反向电压应是变压器二次线电压的最大值，即=2.34E₂=1.05U_O。

2.1.5　二极管倍压整流电路

（1）二极管-电容七倍升压电路　晶体二极管-电容七倍升压电路如图2-5所示，其电容器耐压值比图2-5所示的电容耐压可低一些，只需2E_2M（即）即可。

由于这种电路所需二极管、电容器的耐压值较低，所以较为常用。

（2）二极管-电容九倍升压电路　晶体二极管-电容九倍升压电路如图2-6所示。它由20kHz左右的高频振荡器供给高频电压，通过升压变压器T升压至10000V（最大值）左右，经过九倍整流输出约90000V电压。

这种倍压整流电路的每只电容器的耐压均为2E_2M（即），而不随倍压倍数的增加而增加。和其他倍压整流电路一样，空载时输出电压U_O较高，加上负载以后，实际输出电压没有那么高，加大负载（负载电阻减小）时，输出电压将严重下跌。若想调节输出电压U_O，只须设法调整变压器T的电压即可。