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娦裕呀蛔?a href="http://m.xsypw.cn/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，是一種單向脈動電流或脈動電壓。這種脈動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在正半周時變壓器二次側(cè)a點為正，b點為負(fù)；負(fù)半周時b點為正，a點為負(fù)。根據(jù)二極管的單向?qū)щ娦裕粗挥挟?dāng)它的陽極電位高于陰極電位時才能導(dǎo)通的特點可以看出: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)載都沒有電流通過。到交流電的下一個周期，又重復(fù)上述導(dǎo)通與截止的過程。

上圖(a)的電路能實現(xiàn)把交流電壓或電流變換成單方向電壓或電流的作用。由于這個電路只在交流電一個周期中的半個周期內(nèi)有單方向的電能輸出，所以是一個單相半波整流電路，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周期內(nèi)的平均值來衡量的。因此在略去了二極管導(dǎo)通時的管壓降(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，因此通過二極管的電流和電路的輸出電流(即通過負(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。實現(xiàn)單相全波整流的電路有兩種：單相全波整流電路和單相橋式整流路。

1、單相全波整流電路的工作過程

從下圖(a)可以看出，單相全波整流電路實質(zhì)上是由兩個半波整流電路所組成的。變壓器B的次級繞組有中心抽頭o，其兩部分繞組ao、bo完全對稱，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a點為正，b點為負(fù)；負(fù)半周時b點為正，a點為負(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)通半個周期，使負(fù)載Rf在一個周期內(nèi)(0-2π期間)都有同一方向的電流通過，從而實現(xiàn)單相全波整流。

單相全波整流電路工作時，各電壓、電流波形見上圖(b)-(e)。

2、單相橋式整流電路的工作過程

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

單相橋式整流電路工作時，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，每個二極管在截止時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，每個二極管在截止時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程

如下圖(a)所示，三相整流變壓器初級繞組作三角形連接，次級繞組作星形連接，每相一個二極管。

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點電位最高，所以D1導(dǎo)通。如略去D1管的管壓降，則N與a點等電位，此時D 2 、D3的陽極雖為正，由于陰極(N點)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，通過負(fù)載Rf回到0點。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，通過負(fù)載Rf回到0點，此時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，通過Rf回到0點。

在t4以后，又依次重復(fù)上述過程。可見在交流電變化的一周期內(nèi)，三個二極管D 1 、D 2 、D3輪流導(dǎo)通，每個二管導(dǎo)通時間為1/3周期。

2、三相半波整流電路的輸出電壓、電流

通過數(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為變壓器次級繞組的相電壓，V；Rf為負(fù)載電阻，Ω。

3、通過二極管的電流

由于每個二極管在一個周期的時間內(nèi)，只導(dǎo)通1/3周期。所以通過每個二極管電流的平均值ID為I0的1/3，即I D =1/3 I0

4、每個二極管上的反向電壓

每個二極管在截止期間，例如D1導(dǎo)通，D 2 、D3截止時，N與a點等電位，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)ǎ须娏鹘?jīng)a-D 1- d-R f -e-D 4 -b通過。如略去二極管的管壓降，d與a等電位且最高；e點與b點等電位且最低，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。電路中電位最低點已由b點轉(zhuǎn)到c點，因此有D 1 、D6兩個二極管導(dǎo)通。而D 2 、D 3 、D 4 、D5截止。

總之，在三相交流電變化的過程中，陽極電位處于正最大(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)，另一只屬共陽極組(即D 2 、D 4 、D6的陽極連在一起的一組二極管)。每個二極管導(dǎo)通的時間是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，明顯可見脈動程度比三相半波更小。

通過數(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為變壓器次級繞組的相電壓，V；Rf為負(fù)載電阻，Ω。

3、通過二極管的電流

I D =1/3 I0

4、每個二極管上的最大反向電壓

加在每個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，但通過二極管的電流和最大反向電壓與之相同。