淺析單相整流電路

韋蘭芳

[摘 要] 在精密儀器和家用電器中往往需要直流穩壓電源，而穩壓電源的第一部分是整流電路，主要對單相半波整流電路和單相橋式整流電路進行了分析比較。

[關 鍵 詞] 半波整流電路；橋式整流電路；單相整流電路

[中圖分類號] TM13 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）06-0196-01

在工農業生產和科學實驗中，一般使用交流電，但在精密儀器和家用電器中往往需要直流穩壓電源，而穩壓電源的第一部分是整流電路，它的作用是把大小和方向都變化的正弦交流電壓變為單向脈動電壓。常用的整流電路有單相半波整流電路和單相橋式整流電路。

一、單相半波整流電路

（一）電路的結構及工作原理

單相半波整流電路中，在電源電壓的一個周期內，流過負載的電流和負載兩端的電壓只有半個周期，所以稱為半波整流。

設U2為正半周時，極性為上正下負，這時加在二極管兩端的為正向電壓，因此二極管導通，電路中有電流流過，并且負載和二極管上的電流相等，因為二極管的正向電壓很小，可以忽略不計，所以負載兩端的輸出電壓近似等于變壓器副邊電壓，輸出電壓的波形和變壓器副邊的電壓相同。

當U2為負半周時，極性為上負下正，這時加在二極管兩端的為反向電壓，因此二極管截止，電路中沒有電流，輸出電壓U0=0，變壓器副邊電壓全部加在二極管上[1]。

（二）參數計算

1.負載上的電壓平均值和電流平均值

負載上得到的整流電壓雖然是單方向的，但大小是變化的，常用一個周期的平均值來衡量這種單向脈動電壓的大小。單相半波整流電路輸出電壓的平均值為U0=■■U0d（ωt）=■■■U2sinωtd（ωt）=■U2≈0.45U2，負載RL上的電流平均值為I0=■≈0.45■

2.整流二極管的電流平均值和承受的最高反向電壓

流過整流二極管的平均電流IV與流過負載的電流相等，即IV=I0=■=0.45■，二極管承受的最高反向電壓URM是二極管截止時兩端電壓的最大值，它等于變壓器副邊電壓的最大值，即URM=■U2

實際中，根據IV和URM選擇合適的整流二極管。二極管的反向峰值電壓要選得比URM大一倍左右。

半波整流電路的優點是電路簡單，缺點是電源的利用率低，輸出電壓低，脈動大，只適用于要求不高的場合[2]。

二、單相橋式整流電路

單相橋式整流電路可以克服單相半波整流電路的缺點。

（一）電路結構及工作原理

單相橋式整流電路是由四個整流二極管接成電橋的形式構成的。

設U2正半周時，極性為上正下負，這時加在二極管V1、V3兩端的為正向電壓，因此二極管V1、V3導通，而加在二極管V2、V4兩端的為反向電壓，因此二極管V2、V4截止。此時電流的路徑為a→V1→RL→V3→b。

當U2負半周時，極性為上負下正，這時加在二極管V2、V4兩端的為正向電壓，因此二極管V2、V4導通，而加在二極管V1、V3兩端的為反向電壓，因此二極管V1、V3截止。此時電流的路徑為b→V2→RL→V4→a。

可見，在電壓U2變化的一個周期內，負載RL上都有相同方向的電流流過。

（二）參數計算

1.負載上的電壓平均值和電流平均值

由上述分析可知，橋式整流電路中負載上的電壓和電流是半波整流的2倍。即U0=0.9U2，I0=■≈0.9■

2.整流二極管的電流平均值和承受的最高反向電壓

在橋式整流電路中，由于二極管V1、V3和V2、V4在電源電壓變化的一個周期內輪流導通，所以流過每個二極管的電流都等于負載電流的一半，即IV=■I0=0.45■，二極管承受的最高反向電壓URM是二極管截止時兩端電壓的最大值，它等于變壓器副邊電壓的最大值，即URM=■U2

橋式整流電路與半波整流電路相比，電源利用率提高了1倍，同時輸出電壓提高，波動成分減少[3]，因此橋式整流電路應用非常廣泛。橋式整流電路的缺點是二極管用得較多，容易出錯，因此，常將四只二極管集成在一起構成整流橋，內部結構及外形如下圖所示。使用一個“全橋”或“半橋”，就可構成橋式整流電路，非常方便。

三、應用拓展，梳理總結

將橋式整流電路與半波整流電路相比，無論是虛擬仿真、理論分析，還是實驗觀察，都可得出電源利用率提高了1倍，同時輸出電壓波動小，橋式整流電路廣泛應用于儀器儀表、通信、控制裝置等設備中。此時，可展示學生專業課中的電路，讓其感到學有所用。強調電路中二極管不能接反，拓展橋堆知識。

參考文獻：

[1]李仁華，馮.電子技術[M].北京理工大學出版社，2010.

[2]黃冬梅.電子技術[M].北京：中國輕工業出版社，2011.

[3]蘇士美.模擬電子技術[M].北京：人民郵電出版社，2007.