1、什么是全波整流電路？

全波整流電路是將交流電壓轉換為直流電壓的電路，輸入的交流電壓在兩個周期內均被完全整流。輸出直流電壓的波形具有頻率等于市電電壓頻率兩倍的紋波。

全波電路的輸出電壓波形

實際上，如果將 T 稱為電源電壓周期，則輸出波形會在 T/2 的時間后重復出現。換句話說，輸出波形的頻率是輸入波形頻率的兩倍。如果與上一篇半周波整流電路相比，該整流電路輸出平均電壓更大，輸出波形更平滑。 全波整流電路有兩種類型。第一種是使用中心抽頭變壓器，第二種方法是使用橋式整流電路。我們將了解這些電路的圖表和原理。

平均輸出電壓和電流的計算公式：

正如我們所看到的：負載電阻兩端的平均直流輸出電壓是半波整流電路的兩倍

2.中心抽頭整流器

首先，我們將了解使用中心抽頭變壓器的整流電路。基本上這個電路將包括：帶中心抽頭的變壓器、兩個二極管、電阻負載。 為簡單起見，在仿真中我們將選擇比率為 1:2 的變壓器。這意味著，如果我們施加輸入電壓 Vin，那么在次級繞組的輸出端，我們將獲得 2 倍的 Vin。

中心抽頭全波整流電路圖

- 工作準則：

+ 在正循環期間，只有二極管 D1 正向偏置，因此二極管 D1 導通而該二極管 D2 保持關閉狀態。因此輸出電壓將等于電源電壓：Vo = Vs。嚴格來說，Vo = Vs + VD1，但由于二極管 D1 上的壓降與電源電壓相比非常小。所以我們假設二極管是理想的。 否則：Vs + Vo + VD2 = 0 => VD2 = -2Vs。因此，對于這種整流電路，在設計電路時要注意的一個參數就是二極管上的反向電壓是峰值電壓的兩倍。

如果我們施加峰值電壓為 10V 的輸入信號，則二極管的峰值反向電壓應大于 20V。 因此，在設計特定電壓的電路時，我們應該經常檢查二極管可以承受的最大反向電壓。 在負半周期內，二極管 D2 正向偏置，允許電流通過。在此期間，二極管 D1 處于反向偏置狀態，將阻止電流通過它。通過 D2 和負載的電流與正循環電流方向相同。因此，電流正向流過負載，輸出電壓：Vo = -Vs > 0。

3、全橋整流電路

3.1 使用4個二極管的全波整流橋電路圖

橋式整流電路使用4個二極管，輸入電壓將連接到每對二極管的中點。輸出為直流電，正極接兩個Top二極管的負極。負極是底部二極管正極的連接器

負載R使用4個二極管的橋式整流電路圖

電路工作原理： + 如果我們將正弦波用作該電路的輸入，則在正半周期內，該二極管 D1 和 D2 將導通。而此 D3 和 D4 二極管將保持關閉狀態。 因此，在正半周期內，電流將流過 D1、R、D2。假設這個二極管 D2 和 D4 是理想的。在那種情況下，這個輸入電壓將出現在這個負載電阻上：Vo = Vs。所以，同樣的輸入電壓也會出現在輸出端。 + 同樣，在負半周期內，這些二極管 D3 和 D4 將保持關閉狀態。在另一端，這些二極管 D1 和 D2 將導通。 因此，在負半周期內，電路中的電流將流過 D3、R、D4 和 Vo = -Vs > 0。因此我們得到兩個半周期的輸出波形。在負半周期內，流過負載的電流也是同向的。

3.2 采用4個SCR的全波可控橋式整流電路圖

受控全波整流器使用 4 個 SCR 代替二極管。在此仿真電路中，我將使用脈沖發生器生成方波脈沖形式的信號。控制信號與輸入電壓同步。這種情況下的控制角度為 60 度。

全波可控橋式整流電路圖

工作準則： + 在正循環中，當沒有控制信號時，4個可控硅均不導通，因此輸出電壓為0。當控制脈沖施加到兩個可控硅的G1、G2引腳時，立即使兩個可控硅D1和D2開啟，而 D3 和 D4 仍處于關閉狀態。負載兩端的電壓等于電源電壓。 + 在負循環中，當沒有控制脈沖時，所有二極管都不導通。當有控制脈沖時，SCR D3、D4 導通，SCR D1、D2 現在反向偏置。電流正向流過負載，輸出電壓與源電壓大小相同但符號相反：Vo = -Vs > 0。

3.3 對稱半控橋式整流器

不對稱半控橋式整流器使用兩個 SCR 和兩個二極管連接到橋式電路的每一列。使用兩個二極管代替兩個可控硅有助于降低成本和加寬控制角（最大勵磁角為 180 度）。

帶R負載的不對稱半控橋式整流器

關于不對稱半控橋式整流器的解釋

+ 在正周期，當有控制脈沖G1時，SCR D1和Diode D2串聯導通。同時，SCR D4 和 D3 反向偏置。所以通過SCR1、R、D2的電流和輸出電壓等于輸入電壓：Vo=Vs。 在負周期期間，當控制脈沖 G2 施加到 SCR D4 的柵極端時，D3 和 D4 導通。但是 SCR D1 和二極管 D2 會“關閉”，因為它們現在處于反向偏置狀態。通過負載的電流方向與之前相同且 Vo = -Vs >0

3.4 對稱半控橋式整流電路

對稱式半控橋式整流器也是采用兩個可控硅和兩個二極管，但兩個可控硅不接在同一列上。電路圖如下圖：

對稱半控整流橋電路

半控橋式整流器的工作原理： 該電路的操作類似于非對稱橋式電路的操作。當有控制脈沖G3時，可控硅D1和二極管D2導通，可控硅D3和二極管D4保持關斷。當給可控硅D3的控制引腳一個控制脈沖G3時，D3和D4導通，D1和D2截止。 兩個周期的輸出電壓波形和電壓值與非對稱橋式電路類似：Vo = |Vs|。在整個周期內，電流沿一個方向流過負載。

4.帶電容濾波的全波整流電路圖

我們觀察這個輸出波形，它不完全是直流電壓。因為這個輸出波形仍然存在一些周期性變化。 直流輸出電壓的這種周期性交流變化稱為紋波。并且可以通過在整流器的輸出端使用濾波電路來降低這種紋波。 無論是中心抽頭整流電路還是橋式整流電路，輸出電壓波形都是一樣的。因此，當我們使用相同型號的濾波電容時，會得到相同的直流電壓值。

全波整流電容濾波電路圖 使用這個濾波電路，這個紋波被去除的好壞，取決于這個負載電阻的值以及這個電容。

濾波電容整流電路工作原理

+ 在正半周期內，該電容器將充電至峰值電壓。一旦這個電容充滿電，那么這個二極管D1、D2就會反向偏置。因此，在峰值電壓之后，該電容器通過該電阻器 R 放電。 + 每當電容器兩端的電壓剛好低于輸入電壓時。電容器再次開始充電。因此，在那之后，該電容器再次開始通過二極管 D3、D4 充電。 當電容兩端的電壓成為峰值電壓時，則該二極管D3、D4將截止。再一次，現在這個電容器開始通過這個電阻器 R 放電。

如何去除波紋

+ 在電路中，紋波去除的好壞，取決于這個濾波器的RC時間常數。為了更好地抑制此紋波，RC 時間常數應遠大于此時間段。 + 假設如果這個 RC 時間常數小于這個時間周期 T，在這種情況下，這個電容器將快速放電。因此，我們將在輸出波形中獲得更多紋波。避免這種情況，這個 RC 時間常數應該比這個 T 大得多。 => 由于電阻負載是恒定的，我們可以增加 C 的值來消除紋波

5、全波整流電路與半波整流電路的比較

– 全波整流電路的優點

+ 效率高于半波整流電路 + 整流時，無電壓信號浪費，功率損耗小。 + 輸出電壓的波形比半波整流器的波紋小。因此，平均輸出直流電壓較高。

– 與半波整流電路相比的缺點

+ 全波電路的缺點是它們更昂貴并且往往占用更多的空間和面積。對于帶有中心抽頭整流器的整流電路，電路的容量受限于變壓器的容量。







審核編輯：劉清