電力網(wǎng)供給用戶的是交流電,而各種無(wú)線電裝置需要用直流電。整流,就是把交流電變?yōu)橹绷麟姷倪^(guò)程。利用具有單向?qū)щ娞匦缘钠骷?可以把方向和大小交變的電流變換為直流電。下面介紹利用晶體二極管組成的各種整流電路。
一、半波整流電路
圖5-1、是一種最簡(jiǎn)單的整流電路。它由電源變壓器B 、整流二極管D 和負(fù)載電阻Rfz ,組成。變壓器把市電電壓(多為220伏)變換為所需要的交變電壓e2,D 再把交流電變換為脈動(dòng)直流電。
下面從圖5-2的波形圖上看著二極管是怎樣整流的。
變壓器砍級(jí)電壓e2,是一個(gè)方向和大小都隨時(shí)間變化的正弦波電壓,它的波形如圖5-2(a)所示。在0~K時(shí)間內(nèi),e2為正半周即變壓器上端為正下端為負(fù)。此時(shí)二極管承受正向電壓面導(dǎo)通,e2通過(guò)它加在負(fù)載電阻Rfz上,在π~2π 時(shí)間內(nèi),e2為負(fù)半周,變壓器次級(jí)下端為正,上端為負(fù)。這時(shí)D承受反向電壓,不導(dǎo)通,Rfz,上無(wú)電壓。在π~2π時(shí)間內(nèi),重復(fù)0~π 時(shí)間的過(guò)程,而在3π~4π時(shí)間內(nèi),又重復(fù)π~2π時(shí)間的過(guò)程…這樣反復(fù)下去,交流電的負(fù)半周就被"削"掉了,只有正半周通過(guò)Rfz,在Rfz上獲得了一個(gè)單一右向(上正下負(fù))的電壓,如圖5-2(b)所示,達(dá)到了整流的目的,但是,負(fù)載電壓Usc。以及負(fù)載電流的大小還隨時(shí)間而變化,因此,通常稱它為脈動(dòng)直流。
這種除去半周、圖下半周的整流方法,叫半波整流。不難看出,半波整說(shuō)是以"犧牲"一半交流為代價(jià)而換取整流效果的,電流利用率很低(計(jì)算表明,整流得出的半波電壓在整個(gè)周期內(nèi)的平均值,即負(fù)載上的直流電壓Usc =0.45e2 )因此常用在高電壓、小電流的場(chǎng)合,而在一般無(wú)線電裝置中很少采用。
二、全波整流電路
如果把整流電路的結(jié)構(gòu)作一些調(diào)整,可以得到一種能充分利用電能的全波整流電路。圖5-3 是全波整流電路的電原理圖。
全波整流電路,可以看作是由兩個(gè)半波整流電路組合成的。變壓器次級(jí)線圈中間需要引出一個(gè)抽頭,把次組線圈分成兩個(gè)對(duì)稱的繞組,從而引出大小相等但極性相反的兩個(gè)電壓e2ae2aRfz與e2b 、D2、Rfz ,兩個(gè)通電回路。 、D1、 、e2b ,構(gòu)成
全波整流電路的工作原理,可用圖5-4 所示的波形圖說(shuō)明。在0~π間內(nèi),e2aD1 導(dǎo)通,在Rfz 上得到上正下負(fù)的電壓;e2b 對(duì)D2為反向電壓,D2 不導(dǎo)通(見圖5-4(b)。在π-2π時(shí)間內(nèi),e2b 對(duì)D2為正向電壓,D2導(dǎo)通,在Rfz 上得到的仍然是上正下負(fù)的電壓;e2aD1為反向電壓,D1 不導(dǎo)通(見圖5-4(C)。 對(duì) 對(duì)Dl為正向電壓,
圖5-3所示的全波整濾電路,需要變壓器有一個(gè)使兩端對(duì)稱的次級(jí)中心抽頭,這給制作上帶來(lái)很多的麻煩。另外,這種電路中,每只整流二極管承受的最大反向電壓,是變壓器次級(jí)電壓最大值的兩倍,因此需用能承受較高電壓的二極管 如此反復(fù),由于兩個(gè)整流元件D1、D2輪流導(dǎo)電,結(jié)果負(fù)載電阻Rfz 上在正、負(fù)兩個(gè)半周作用期間,都有同一方向的電流通過(guò),如圖5-4(b)所示的那樣,因此稱為全波整流,全波整流不僅利用了正半周,而且還巧妙地利用了負(fù)半周,從而大大地提高了整流效率(Usc=0.9e2,比半波整流時(shí)大一倍)。
圖5-5(a )為橋式整流電路圖,(b)圖為其簡(jiǎn)化畫法。
三、橋式整流電路
橋式整流電路是使用最多的一種整流電路。這種電路,只要增加兩只二極管口連接成"橋"式結(jié)構(gòu),便具有全波整流電路的優(yōu)點(diǎn),而同時(shí)在一定程度上克服了它的缺點(diǎn)。
橋式整流電路的工作原理如下:e2為正半周時(shí),對(duì)D1、D3和方向電壓,Dl,D3導(dǎo)通;對(duì)D2、D4加反向電壓,D2、D4截止。電路中構(gòu)成e2、Dl、Rfz 、D3通電回路,在Rfz ,上形成上正下負(fù)的半波整洗電壓,e2為負(fù)半周時(shí),對(duì)D2、D4加正向電壓,D2、D4導(dǎo)通;對(duì)D1、D3加反向電壓,D1、D3截止。電路中構(gòu)成e2、D2Rfz 、D4通電回路,同樣在Rfz 上形成上正下負(fù)的另外半波的整流電壓。
上述工作狀態(tài)分別如圖5-6(A) (B)所示。
如此重復(fù)下去,結(jié)果在Rfz ,上便得到全波整流電壓。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。從圖5-6中還不難看出,橋式電路中每只二極管承受的反向電壓等于變壓器次級(jí)電壓的最大值,比全波整洗電路小一半!
四、整流元件的選擇和運(yùn)用
需要特別指出的是,二極管作為整流元件,要根據(jù)不同的整流方式和負(fù)載大小加以選擇。。如選擇不當(dāng),則或者不能安全工作,甚至燒了管子;或者大材小用,造成浪費(fèi)。表5-1 所列參數(shù)可供選擇二極管時(shí)參考。
"另外,在高電壓或大電流的情況下,如果手頭沒有承受高電壓或整定大電濾的整流元件,可以把二極管串聯(lián)或并聯(lián)起來(lái)使用。
圖5-7 示出了二極管并聯(lián)的情況:兩只二極管并聯(lián)、每只分擔(dān)電路總電流的一半口三只二極管并聯(lián),每只分擔(dān)電路總電流的三分之一。總之,有幾只二極管并聯(lián),"流經(jīng)每只二極管的電流就等于總電流的幾分之一。但是,在實(shí)際并聯(lián)運(yùn)用時(shí)",由于各二極管特性不完全一致,不能均分所通過(guò)的電流,會(huì)使有的管子困負(fù)擔(dān)過(guò)重而燒毀。因此需在每只二極管上串聯(lián)一只阻值相同的小電阻器,使各并聯(lián)二極管流過(guò)的電流接近一致。這種均流電阻R一般選用零點(diǎn)幾歐至幾十歐的電阻器。電流越大,R應(yīng)選得越小。
圖5-8示出了二極管串聯(lián)的情況。顯然在理想條件下,有幾只管子串聯(lián),每只管子承受的反向電壓就應(yīng)等于總電壓的幾分之一。但因?yàn)槊恐欢O管的反向電阻不盡相同,會(huì)造成電壓分配不均:內(nèi)阻大的二極管,有可能由于電壓過(guò)高而被擊穿,并由此引起連鎖反應(yīng),逐個(gè)把二極管擊穿。在二極管上并聯(lián)的電阻R,可以使電壓分配均勻。均壓電阻要取阻值比二極管反向電阻值小的電阻器,各個(gè)電阻器的阻值要相等
