半波整流器

出处:51电子网 发布于:2012-07-17 10:16:21

     虽然半波整流器仍然有很多用处,但是直流电源供应器使用多的仍是全波整流器( full-wave rectifiers)。在本节中,将运用学到的半波整流器的知识,扩展应用到全波整流器的原理中。
     你将会学习到两种全波整流器:中心抽头式和桥式整流器
     在学习完本节的内容后,N010-0559-V036你应该能够:说明并且分析全波整流器的工作原理;参与讨论全波整流器和半波整流器的不同点;能够求出全波整流电压的平均值;说明中心抽头式全波整流器的工作原理;解说变压器耦合线圈匝数比,如何影响整流器的输出电压;能够求出峰值反向电压(PIV);说明桥式全波整流器的工作原理;比较中心抽头式整流器与桥式整流器
     全波整流器在整个输入周期都会允许单向电流流过负载电阻,而半波整流器只会在一半的输入周期允许单向电流流过负载电阻。全波整流的结果,使得输出电压的频率为输入电压频率的两倍,如图2.11所示。

            
    在相同的时间间隔中,全波整流电压的正值波峰的数目是半波整流电压的两倍。平均值,也就是在直流电压表上所测得的值,也是半波整流的两倍,如同下式所示:VAVG=2Vp/π
    全波整流电压的平均信VAVG是峰值电压Vp的63.7%。
   1.中心抽头式全波整流器
    中心抽头式全波整流器(the center-tapped full-waverectifier),是在变压器的次级端采用中心抽头接地,并在变压器输出两端各接上一个二极管,如图2.13所示。输入电压是通过变压器耦合到中心抽头的次级端。如图所示,次级端总电压各有一半分别出现在中央抽头与次级端线圈两端之间。

                     
    在输入电压的正半周期,次级端电压的极性如图2.14(a)所示。在这种情况下,D1处于正向偏压而D2则是反向偏压。电流流径的路径则如图所示,先经过D1然后再通过负载电阻RL。在输入电压的负半周期,次级端电压的极性如图2.14(b)所示。在这种情况下,D1处于反向偏压而D2则是正向偏压。电流的路径则是如图所示,先经过D2再流过负载电阻。如图所示,因为在输入电压的正、负半周期,输出电流经过负载电阻的方向均相同,则在负载电阻上的输出电压是全波整流的直流电压。

             
    1.线圈匝数比对输出电压的影响
    如果变压器的线圈匝数比是1,则整流输出电压的峰值等于初级输入电压峰值的一半,再减去门槛电压,如图2. 15所示。这是因为次级线圈每一端对地的电压,等于初级电压的一半(但是总次级电压Vp(sec)-Vp(pri)。我们在讨论正向偏压时,将涉及的门槛电压视为二极管电压降(diode drop)。

            
    为了能让输出电压的峰值等于输入电压的峰值(减去二极管电压降),所使用变压器的线圈匝数比必须为n=2,如图2.16所示。

              
    在任何情况下,中心抽头式全波整流器的输出电压均为次级电压的一半,再减去二极管电压降,不论线圈的匝数比是多少,均如下式所示:    Vout=Vsec/2-0.7V  (2.6)
    2.峰值反向电压
    全波整流器的每一个二极管都反复施加正向偏压和反向偏压。每个二极管所需承受的反向偏压,就是次级电压的峰值Vp(sec)参见图2.17,其中D2假设为反向偏压而D1假设为正向偏压来描述这个概念。

                 
    当次级总电压的极性如图所示,则D1的阳极电压值为+Vp(sec)/2,而D2的阳极电压值为-Vp(sec)/2。因为是正向偏压,所以其阴极的电压就是阳极的电压减掉二极管电压降,此电压其实也就是D2阴极的电压。二极管的峰值反向电压就是

    
    因为Vp(out)=Vp(sec)/2-0.7V,如将式予的两边均乘上2,再经过移项后,就得出                        Vp(sec) =2Vp(out)+1.4V
因此,经过代换后,中心抽头式全波整流器的任意一个二极管的峰值反电压就是  

                PIV= 2Vp(out)+0.7V  (2.7)

     3.桥式全波整流器
    桥式整流器(bridge rectifier)需要使用到四个二极管,其电路的连接方式如图2.20所示。如图2.20(a)在输入电压的正半周期,二极管D1和D2是正向偏压,并且电流的方向如图所示。此时负载电阻RL上的电压波形,与输入电压的正半周期相同。而此时,二极管D3和D4为反向偏压。
    如图2.20(b),当输入电压的负半周期,二极管D3和D4是正向偏压,则电流通过负载电阻的方向,与正半周期电流的方向相同。当输入电压的负半周期,D1和D2是反向偏压。因此负载电阻RL两端电压就成为全波整流的输出电压。

                   
    (1)桥式输出电压
    采用变压器耦合输入的桥式整流器如图2.21(a)所示。在次级总电压的正半周期时,二极管D1和D2是正向偏压。若忽略二极管电压降,则次级电压就是负载电阻两端的电压。在负半周时期,D3和D4是正向偏压,也可得出相同的结果。

                 
                    Vp(out)=Vp(sec)
    你可从图2.21(b)看出,在正负半周期时,都会有两个二极管与负载电阻串联。如果计人这些二极管的电压降,则输出电压就成为
                    Vp(out)=Vp(sec)-1.4V             (2.8)
    2.峰值反向电压
    让我们假设D1和D2是正向偏压,然后计算D3和D4的反向偏压。如图2.22(a)所示,将二极管D1和D2视为短路(理想模式),则你可发现D3和D4承受昀峰值反向电压就等于次级电压的峰值。既然在理想状况下,输出电压应该就是次级电压,所以
                     PIV=Vp(out)
    如果正向偏压下二极管的电压降也计入,如图2.22(b)所示,则反向偏压下二极管的峰值反向电压可利用Vp(on)表示为
                   PIV= Vpcout)+0. 7V                (2.9)
    桥式整流器所使用的二极管的峰值反向电压额定值,将比中心抽头式整流器所要求的小。如果忽略二极管电压降,在相同输出电压下,桥式整流器所采用二极管的峰值反向电压的额定值,只需要中央抽头式整流器的一半即可。

              


关键词:整流器

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