全波桥式整流器原理与应用

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全波桥式整流器原理与应用

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整流器是电子工程中不可或缺的组件，它能够将交流电转换为直流电，为各种电子设备提供稳定的电源。其中，全波桥式整流器因其高效、低成本的特点而被广泛应用。本文将详细介绍全波桥式整流器的工作原理、电路结构、输出特性以及滤波方法。

另一种更流行的全波整流器设计是基于四个二极管的桥式配置，被称为全波桥式整流器或简称为桥式整流器。这种设计相对于中心抽头版本的优势在于它不需要特殊的中心抽头变压器，从而大大降低了其尺寸和成本。此外，这种设计使用整个次级电压作为整流器的输入。给定相同的变压器，使用桥式整流器获得的峰值电压和直流电压是使用中心抽头全波整流器的两倍。这就是桥式整流器比全波整流器使用得多的原因。

全波桥式整流器

为了整流正弦波的两个半周期，桥式整流器使用四个二极管，以 “桥式” 配置连接在一起。变压器的次级绕组连接在二极管桥式网的一侧，负载连接在另一侧。

该电路的工作原理很容易理解，每次只看一个半周期。在电源的正半周期，二极管 D1 和 D2 导通，而 D3 和 D4 反向偏置。这会在负载电阻器上产生正负载电压（注意负载电阻器上的正负极性）。

在下一个半周期内，源电压极性反转。现在，D3 和 D4 正向偏置，而 D1 和 D2 反向偏置。这也会像前面一样在负载电阻上产生正负载电压。

请注意，无论输入极性如何，负载电压都具有相同的极性，负载电流的方向也相同。通过这种方式，电路将交流输入电压转换为脉动直流输出电压。

如果很难记住桥式整流电路中二极管的正确布局，可以参考该电路的另一种表示形式。这是完全相同的电路，只是所有二极管都是水平的并且指向同一方向。

全波信号的直流电压值

由于桥式整流器产生全波输出，因此计算平均直流值的公式与全波整流器的公式相同：

V_dc = 2V_p / π
V_dc ≈ 0.636V_p (Since 2/π ≈ 0.636)

该公式告诉我们，全波信号的直流值约为峰值的 63.6%。例如，如果全波信号的峰值电压为 10V，则直流电压为 6.36V。

当你使用直流电压表测量半波信号时，读数将等于平均直流值。

二价逼近

实际上，我们无法在负载电阻上获得完美的全波电压。由于势垒电位的存在，二极管直到源电压达到约0.7V时才会导通。由于桥式整流器一次操作两个二极管，因此源电压的两个二极管压降（0.7 * 2 = 1.4V）会损失在二极管中。因此，峰值输出电压有以下公式：

V_p(out) = V_p(in) - 1.4V

输出频率

全波整流器将每个负半周期反转，使正半周期的数量加倍。因此，全波输出的周期数量是输入的两倍。因此全波信号的频率为输入频率的两倍：

f_out = 2f_in

例如，如果线路频率为 60Hz，则输出频率将为 120Hz。

滤波整流器的输出

全波整流器的输出是脉动直流电压，它先增加到最大值，然后减小到零。我们不需要这种直流电压。我们需要的是稳定恒定的直流电压，没有任何电压变化或纹波，就像我们从电池中获得的一样。为了获得这样的电压，我们需要对全波信号进行滤波。一种方法是将一个电容（称为平滑电容）连接到负载电阻上，如下图所示。

最初，电容器未充电。在第一个四分之一周期内，二极管 D1 和 D2 正向偏置，因此电容器开始充电。充电持续到输入达到峰值。此时，电容电压等于Vp。输入电压达到峰值后开始下降。一旦输入电压低于 Vp，电容两端的电压就会超过输入电压，从而使二极管关断。当二极管关断时，电容通过负载电阻放电并提供负载电流，直到下一个峰值到来。当下一个峰值到来时，二极管 D3 和 D4 短暂导通并将电容重新充电至峰值。