一、整流電路的組成及各元件的作用

1、二極管整流電路的組成

組成二極管整流電路的基本元件有電源變壓器、二極管整流元件、濾波元件及取用直流電能的負(fù)載。

2、整流電路各元件的作用

1）電源變壓器

電源變壓器即整流變壓器，用來(lái)把電源電壓(380/220V或更高的電壓)變換到符合整流電路輸出電壓所需要的大小。

2）二極管整流元件

利用其單向?qū)щ娦?，把交?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/電流/" target="_blank">電流變換成單方向的電流。

3）濾波元件

經(jīng)二極管整流元件變換成的單方向電流或電壓，是一種單向脈動(dòng)電流或脈動(dòng)電壓。這種脈動(dòng)電流中除了直流分量以外，還含有交流分量。濾波元件的作用就是去掉脈動(dòng)電流中的交流分量。

二、單相半波整流電路

只將單相交流電壓的半個(gè)周期變換成直流電壓的整流稱為單相半波整流。

1、單相半波整流電路的組成

單相半波整流電路由整流變壓器B、二極管整流元件D和負(fù)載電阻Rf等所組成，如下圖(a)所示。

![圖片](https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LLicxdjpl5HqfxrnSAV6D5XBbulZ8pictBibfRCHZ6OyI3dgS9FFIPo6OGbak4YgTRr5VCTPOangYFJujf9c6HvTw/640?wx_fmt=png&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1)

2、單相半波整流電路的工作過(guò)程

設(shè)變壓器二次側(cè)的電壓為u=√2 Usinωt，其波形如上圖(b)所示。并設(shè)u在正半周時(shí)變壓器二次側(cè)a點(diǎn)為正，b點(diǎn)為負(fù)；負(fù)半周時(shí)b點(diǎn)為正，a點(diǎn)為負(fù)。根據(jù)二極管的單向?qū)щ娦?，即只有?dāng)它的陽(yáng)極電位高于陰極電位時(shí)才能導(dǎo)通的特點(diǎn)可以看出:在的u的正半周(0-π期間)，二極管導(dǎo)通，有電流iD和i0通過(guò)二極管和負(fù)載；在u的負(fù)半周(π-2π期間)，二管因承受反向電壓而截止，二極管和負(fù)載都沒(méi)有電流通過(guò)。到交流電的下一個(gè)周期，又重復(fù)上述導(dǎo)通與截止的過(guò)程。

上圖(a)的電路能實(shí)現(xiàn)把交流電壓或電流變換成單方向電壓或電流的作用。由于這個(gè)電路只在交流電一個(gè)周期中的半個(gè)周期內(nèi)有單方向的電能輸出，所以是一個(gè)單相半波整流電路，其輸出波形如上圖(c)所示。

3、單相半波整流電路的輸出電壓、電流

整流電路輸出電壓和輸出電流的大小是以它在一個(gè)周期內(nèi)的平均值來(lái)衡量的。因此在略去了二極管導(dǎo)通時(shí)的管壓降(硅管約0.5V、鍺管約0.2V)，單相半波整流電路的輸出電壓和輸出電流的平均值U0和I0分別為U 0 =√2/π=0.45U，I~0~=U~0~/R~f~=0.45U/R~f~

式中U為變壓器二次側(cè)電壓的有效值，V；Rf為負(fù)載電阻，Ω。

4、通過(guò)二極管的電流

單相半波整流電路中，整流二極管是和負(fù)載串聯(lián)的，因此通過(guò)二極管的電流和電路的輸出電流(即通過(guò)負(fù)載的電流)是一樣的，其平均值I D =I 0 ，其最大值為I DM =√2 U/Rf

5、二極管上的最大反向電壓

整流二極管在u的負(fù)半周時(shí)截止，并承受反向電壓，其最大反向電壓為U DRM =√2U。

三、單相全波整流電路

將整個(gè)周期的單相交流電壓變換成直流電壓的整流稱為單相全波整流。實(shí)現(xiàn)單相全波整流的電路有兩種：?jiǎn)蜗嗳ㄕ麟娐泛蛦蜗鄻蚴秸髀贰?/p>

1、單相全波整流電路的工作過(guò)程

從下圖(a)可以看出，單相全波整流電路實(shí)質(zhì)上是由兩個(gè)半波整流電路所組成的。變壓器B的次級(jí)繞組有中心抽頭o，其兩部分繞組ao、bo完全對(duì)稱，因此電壓Uao與Ubo大小相等，只是相位差180^o^,即Uao=√2Usinωt，Ubo=√2Usin(ωt-180^o^)

設(shè)交流電正半周時(shí)a點(diǎn)為正，b點(diǎn)為負(fù)；負(fù)半周時(shí)b點(diǎn)為正，a點(diǎn)為負(fù)。于是0-π的半周內(nèi)，D1導(dǎo)通，D2截止；在π-2π的半周內(nèi)，D1截止，D2導(dǎo)通。在交流電的一周期內(nèi)，D 1 、D2輪流導(dǎo)通半個(gè)周期，使負(fù)載Rf在一個(gè)周期內(nèi)(0-2π期間)都有同一方向的電流通過(guò)，從而實(shí)現(xiàn)單相全波整流。

單相全波整流電路工作時(shí)，各電壓、電流波形見(jiàn)上圖(b)-(e)。

2、單相橋式整流電路的工作過(guò)程

如上圖所示，設(shè)變壓器二次側(cè)電壓u=√2sinωt。正半周時(shí)，a點(diǎn)為正、b點(diǎn)為負(fù)；負(fù)半周時(shí)，b點(diǎn)為正、a點(diǎn)為負(fù)。因此在u的正半周，D 1 、D3導(dǎo)通，D 2 、D4截止；在u的負(fù)半周，D 1 、D3截止，D 2 、D4導(dǎo)通。由于在交流的一個(gè)周期內(nèi)，D 1 、D3和D 2 、D4輪流導(dǎo)通半個(gè)周期，使負(fù)載Rf在一個(gè)周期內(nèi)都有同一方向的電流通過(guò)，從而實(shí)現(xiàn)單相全波整流。

單相橋式整流電路工作時(shí)，各電壓、電流波形與上圖(b)-(e)相似。

3、單相全波整流電路的輸出電壓、電流

與單相半波整流電路相比，全波整流電路在整個(gè)周期內(nèi)均有輸出，因此輸出電壓、電流的平均值U 0 、I0必然增加一倍，即

U 0 =2x0.45U=0.9U，I~0~=U~0~/R~f~=0.9U/R~f~

式中U為變壓器二次側(cè)電壓的有效值，V；Rf為負(fù)載電阻，Ω。

4、通過(guò)二極管的電流

由于D 1 、D3和D 2 、D4在一周期中只導(dǎo)通半周，所以通過(guò)二極管的電流ID和單相半波電路相同。I D =1/2I 0 =0.45U/Rf

5、二極管上的最大反向電壓

1）在單相全波整流電路中，每個(gè)二極管在截止時(shí)所承受的最大反向電壓為U DRM =√2(Uao+Ubo)=2√2U

2）在單相橋式整流電路中，每個(gè)二極管在截止時(shí)所承受的最大反向電壓為U DRM =√2U

四、三相半波整流電路

1、三相半波整流電路的工作過(guò)程

如下圖(a)所示，三相整流變壓器初級(jí)繞組作三角形連接，次級(jí)繞組作星形連接，每相一個(gè)二極管。

從上圖(b)可以看出，三相半波整流電路輸出波形的脈動(dòng)比任何一種單相整流電路都要小。

在t 1 -t2期間，ua為正，并且最大，即a點(diǎn)電位最高，所以D1導(dǎo)通。如略去D1管的管壓降，則N與a點(diǎn)等電位，此時(shí)D 2 、D3的陽(yáng)極雖為正，由于陰極(N點(diǎn))的電位更高，所以D 2 、D3處于截止。電流由a流出經(jīng)D1到N點(diǎn)，通過(guò)負(fù)載Rf回到0點(diǎn)。作用在負(fù)載上的電壓u 0 =ua。

同理、在t 2 -t3期間，ub為正，并且最大，二極管D2導(dǎo)通，D 1 、D3截止，電流由b經(jīng)D2到N點(diǎn)，通過(guò)負(fù)載Rf回到0點(diǎn)，此時(shí)u 0 =u b 。

在t 3 -t4期間，uC為正，并且最大，二極管D3導(dǎo)通，D 1 、D2截止，電流由c經(jīng)D3到 N點(diǎn)，通過(guò)Rf回到0點(diǎn)。

在t4以后，又依次重復(fù)上述過(guò)程。可見(jiàn)在交流電變化的一周期內(nèi)，三個(gè)二極管D 1 、D 2 、D3輪流導(dǎo)通，每個(gè)二管導(dǎo)通時(shí)間為1/3周期。

2、三相半波整流電路的輸出電壓、電流

通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可求得輸出電壓、輸出電流的平均值為

U 0 =3√6U/2π=1.17U，I~0~=U~0~/R~f~ =1.17U/R~f~

式中U為變壓器次級(jí)繞組的相電壓，V；Rf為負(fù)載電阻，Ω。

3、通過(guò)二極管的電流

由于每個(gè)二極管在一個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)，只導(dǎo)通1/3周期。所以通過(guò)每個(gè)二極管電流的平均值ID為I0的1/3，即I D =1/3 I0

4、每個(gè)二極管上的反向電壓

每個(gè)二極管在截止期間，例如D1導(dǎo)通，D 2 、D3截止時(shí)，N與a點(diǎn)等電位，作用在D 2 、D3上的反向電壓分別為u ab 、u ac ，而u ab 、uac為變壓器二次側(cè)的線電壓(u為相電壓)，所以加在每個(gè)二極管上的最大反向電壓也就是線電壓的最大值，即U DRM =√3(√2U)=2.45U

這種整流電路中的變壓器利用率不高，而且脈動(dòng)仍較大。

五、三相橋式整流電路

1、三相橋式整流電路的工作過(guò)程

三相橋式整流電路如上圖所示。

在t 1 -t2期間，ua為正值，u b 、uc為負(fù)值，且ub比uc負(fù)得更多。因此D 1 、D4正向?qū)?，有電流?jīng)a-D 1- d-R f -e-D 4 -b通過(guò)。如略去二極管的管壓降，d與a等電位且最高；e點(diǎn)與b點(diǎn)等電位且最低，因此D 2 、D 3 、D 5 、D6處于截止?fàn)顟B(tài)。

在t 2 -t3期間，ua仍為正最大(此時(shí)ub也逐漸由負(fù)半周轉(zhuǎn)向正半周)，uc向負(fù)最大值上升。電路中電位最低點(diǎn)已由b點(diǎn)轉(zhuǎn)到c點(diǎn)，因此有D 1 、D6兩個(gè)二極管導(dǎo)通。而D 2 、D 3 、D 4 、D5截止。

總之，在三相交流電變化的過(guò)程中，陽(yáng)極電位處于正最大(相比另一相而言)、或陰極電位處于最負(fù)(與另一相相比負(fù)得更多)的二極管就會(huì)導(dǎo)通。因此在三相橋式電路的任一瞬間總有兩只二極管導(dǎo)通，而另四只二極管截止。在導(dǎo)通的兩只二極管中，一只屬共陰極組(即D 1 、D 3 、D5的陰極連在一起的一組二極管)，另一只屬共陽(yáng)極組(即D 2 、D 4 、D6的陽(yáng)極連在一起的一組二極管)。每個(gè)二極管導(dǎo)通的時(shí)間是1/3周期。

2、三相橋式整流電路輸出電壓、電流

三相橋式整流電路輸出電壓波形(也可視作電流波形)如上圖(b)所示，明顯可見(jiàn)脈動(dòng)程度比三相半波更小。

通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可求得輸出電壓U 0 、輸出電流I0的平均值為

U 0 =3√6U/π=2.45U，I~0~=U~0~/R~f~ =2.45U/R~f~

式中U為變壓器次級(jí)繞組的相電壓，V；Rf為負(fù)載電阻，Ω。

3、通過(guò)二極管的電流

I D =1/3 I0

4、每個(gè)二極管上的最大反向電壓

加在每個(gè)二極管上的最大反向電壓即為線電壓的最大值，即

U DRM =√3(√2U)=2.45U

橋式整流電路的輸出電壓、輸出電流比半波整流電路大一倍，但通過(guò)二極管的電流和最大反向電壓與之相同。