半波整流和全波整流电压的区别，整流电路的半波整流和全波整流讲解

很多朋友对半波整流和全波整流电压的区别，整流电路的半波整流和全波整流讲解不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

整流电路是二极管的一个重要应用，它的作用是把交流电变成直流电。下图是一个普通直流电源的基本框图结构：图2-3.01。

本节我们要详细分析的是图中的二极管整流器。用作整流器的二极管通常是功率二极管，其功率和最大正向偏置电流远大于常用作开关的高速二极管。常用的功率二极管有：1N4001~1N4007系列。常用的整流电路有半波整流和全波整流两种，下面分别介绍。1.半波整流

半波整流的电路很简单，如下图所示：图2-3.02假设输入电压为变压器变换后的正弦电压，表达式为：当输入电压vi在正半周且大于0.7V时，二极管导通，输出电压vo仅比vi小0.7V；当输入电压小于0.7V时(整个负半周和正半周小于0.7V)，二极管关断，输出电压vo为0。输入输出的对比波形如下图所示：图2-3.03。

当然，上图只是我们想象中的理想二极管的波形。实际上，由于二极管伏安特性的非线性，峰值时输入电压与输出电压的差值较大。放大后的实际输入电压和输出电压的对比波形如下图所示。以下是示波器在输入Vm为5V时观察到的波形：图2-3.04当输入电压Vm远大于0.7V时，其实这个微小的偏差可以忽略。

此外，考虑半波整流情况下二极管的峰值反向偏置电压(PIV)。当输入电压在负半周时，几乎所有的反向偏置电压都加在二极管上，所以对二极管反向偏置电压的参数要求是：PIV额定值 Vm(半波整流)。

实际中一般不采用半波整流，因为效率太低，浪费了整个负半周。所以上面介绍的半波整流只是用来帮助理解整流的概念。真正实用的是下面要介绍的全波整流。2.全波整流(1)桥式网络全波整流最常用的电路图如下图所示：图2-3.05。

当输入电压处于正半周时，二极管D2和D3导通，二极管D1和D4关断。当输入电压处于负半周期时，二极管D4和D1导通，二极管D2和D3关断。电流流向如下图所示：图2-3.06。

注意，在上图中，流过负载电阻R的电流方向总是从右向左，所以R上的电压极性总是一个方向。另外，电流路径经过两个二极管，所以输出电压会比输入电压下降两个0.7V(即1.4V)。最终全波整流的输入输出波形如下：图2-3.07当输入电压的Vm远大于1.4V时，这个1.4V可以忽略，输出电压的波形大致如下：图2-3.08。

根据电路基础理论中交流电的“平均值”和“有效值”公式，可以得到以下结果：最后我们来看全波整流对二极管PIV参数的要求。以正半周为例(此时D2和D3导通，可视为短路)。在下图中，我们可以看到D1和D4都承受了几乎所有的vi电压。图2-3.09显示了全波整流二极管的选择和PIV参数的要求。

(2)中心抽头变压器的全波整流另一种常见的全波整流电路是采用中心抽头变压器的电路，也叫CT全波整流，如下图所示：图2-3.10变压器的一、二次绕组匝数为1:2，二次绕组上的电压会是vi的两倍。但是中间的抽头点O抽出后，就只剩下次级绕组了，不管是AO还是BO之间。

当输入电压处于正半周时，二极管D1导通，D2关断。负载R上的电压为vo等于二次绕组电压的一半(即AO之间)，等于vi，流过R的电流从右向左。当输入电压处于负半周期时，二极管D2导通，D1关断。负载R上的电压为vo等于次级线圈的另一半(即BO之间)的电压，也等于vi，流过R的电流也是从右向左。输出电压vo的波形如下图所示：图2-3.11。

中心抽头变压器全波整流对二极管PIV参数的要求与桥式整流器不同。从上图可以看出，每个二极管都要承受整个次级绕组的反向偏置电压，也就是两倍的vi。因此，中心抽头变压器全波整流对二极管选择的要求是：PIV额定值 2Vm(中心抽头变压器全波整流)。3.滤波和稳压。最后，我们简单介绍一下图2-3.01。图2-3.12(1)过滤器

滤波器可以非常复杂，也可以非常简单。最简单的滤波器是电容。一般来说，交流电源整流后，大电容基本足够滤波，如下图所示：图2-3.13上图中，输出电压vo等于滤波器的电容电压vC。让我们分析一下过滤过程：

（1）在全波整流的输出电压第1次到达峰值Vm以前，整流器的输出电压给电容C充电，此时vo等于整流器输出电压，如下图所示，图中灰色虚线为无滤波器时的整流器输出电压：

图2-3.14

（2）当整流器输出电压经过峰值Vm后，其输出电压开始变小，此时电容上存储的电压为Vm，已经超过整流器输出电压，但是由于整流器的D2和D4反向截止，电容无法向整流器放电，只能通过负载电阻RL进行放电。由于滤波电容一般都会用比较大的电容，所以通过负载RL放电的速度比较缓慢，如下图所示：

图2-3.15

（3）当整流器的输出电压第2次接近峰值Vm时，由于电容放电速度比较缓慢，电容电压vC比峰值Vm略低，当整流器输出电压超过电容电压时，整流器再次对电容进行充电，如下图所示：

图2-3.16

（4）当整流器输出电压再次小于峰值Vm时，电容再次开始放电。如此周而复始，由于输出电压vo等于电容电压vC，最终输出的电压波形如下图所示：

图2-3.17

这种形状的输出电压波形称为波纹电压（ripple voltage）。一般来讲，电容取得越大，波纹就越小，滤波效果越好。同时，负载RL的阻值也不能太小，否则也会因为放电速度太快而使波纹波动幅度加剧。

浪涌限制电阻

最后再补充一点关于浪涌（surge）的知识。在电源刚接通时，滤波电容C是未充电的，当开关SW合上的瞬间，电容相当于并联在整流器的输出电压上，会产生非常巨大的瞬间充电电流，这个称为浪涌电流（surge current）。如果开关闭合的时机正好在整流器输出电压处于峰值Vm输出的时候，会产生最糟糕的情况，此时会产生极大的浪涌电流。如下图所示：

图2-3.18

大的浪涌电流很可能损坏二极管，或者导致变压器前级的保险丝熔断，因此通常会在充电通路上加一个抗浪涌电阻Rsurge，以形成RC充电回路，防止充电电流过大，如下图所示：

图2-3.19

这个抗浪涌电阻的阻值选择比较讲究，既不能太大（阻值太大会导致这个电阻上本身产生很大的压降，而影响电源效率）；也不能太小（阻值太小会导致抗浪涌效果不好）。最好是电路启动的时候阻值比较大，以取得较好的抗浪涌效果；然后电路正常工作的时候阻值较小，以避免在抗浪涌电阻上产生过多压降。有没有这种理想的抗浪涌电阻呢？

答案是有的。通常我们用NTC（负温度系数）热敏电阻来作为抗浪涌电阻。负温度系数的特点是：温度越高，阻值越低。当电路刚启动时，温度一般为常温，NTC电阻阻值会比较大，这时抗浪涌效果会比较好。当电路工作一段时间后，流过NTC电阻的电流会导致电阻发热，使其阻值下降，这样就可以避免在抗浪涌电阻上产生过大的压降。

当然，这种用法也有缺点，就是断电后，要等一段时间，使NTC电阻冷却下来后，才能再次开启，否则初始抗浪涌的效果会变差，一般典型的冷却时间大约为1分钟左右。如果对于需要频繁开启的情况，就需要设计更复杂的抗浪涌电路。

（2）稳压器

稳压器（regulator）的作用是将滤波器输出的纹波电压，转换成比较理想的恒定直流电压，并且在即使输入电压有波动、温度有波动或负载电阻有波动时，仍能保持比较恒定的直流电压输出。

集成IC稳压器能比较好地达到这一目标，而且成本低廉（价格在几毛钱~1元不等），最常用的78XX系列稳压器可以产生5V~24V的输出电压，见下表所示。IC稳压器的输出电流通常最大可以达到1A，有的甚至可以达到5A，详情可查看具体的数据规格书。

型号输出电压波纹输入电压最小值7805+5V7.3V7806+6V8.3V7808+8V10.5V7810+10V12.5V7812+12V14.6V7815+15V17.7V7818+18V21.0V7824+24V27.1V

表2-3.01

一个典型的完整包含“整流器、滤波器、稳压器”的可产生5V的直流电源的电路如下图示：

图2-3.20

上图中，C1即为滤波器，C2主要用于改善稳压器的输出暂态响应，这个电容值比较小（一般为0.1uF~1uF左右）。D1~D4可选用上一章我们提到的1N4007二极管。

线性电源与开关电源

上面我们分析的都是线性电源（linear power supplier），其优点是结构简单，对外界产生的干扰也较小。其缺点主要有2个：一个是重量太重（大部分重量是由铁芯变压器产生的），另一个是转换效率稍低，IC稳压器会产生一定的热量损耗，一般需要对IC稳压器做单独散热。

另一种形式的直流电源称为开关电源（SMPS），它的优点是轻便、转换效率高；缺点是会产生大量的电磁干扰（EMI），还会对配电网造成一定影响（主要是会在配电网中产生大量高次谐波并拉低功率因数）。为了抵消这些影响，开关电源必须设计得更为复杂。开关电源的工作原理与线性电源完全不同，后面如果有机会我们会将电源设计和稳压器参数单独讲一章。

以上知识分享希望能够帮助到大家！