整流二极管的作用及其整流电子电路图详解

一(yi)种将(jiang)交流电(dian)能(neng)转变(bian)为直流电(dian)能(neng)的半导体器件。通常它包含一(yi)个PN结(jie)，有阳极和(he)阴极两个端(duan)子(zi)。

P区(qu)的载(zai)流(liu)子(zi)(zi)(zi)是空穴,N区(qu)的载(zai)流(liu)子(zi)(zi)(zi)是电(dian)子(zi)(zi)(zi)，在P区(qu)和N区(qu)间形成一定(ding)的位(wei)(wei)垒。外加(jia)使P区(qu)相对N区(qu)为正的电(dian)压时，位(wei)(wei)垒降低，位(wei)(wei)垒两侧附近(jin)产生储存载(zai)流(liu)子(zi)(zi)(zi)，能(neng)通过大电(dian)流(liu)，具有(you)低的电(dian)压降（典型(xing)值为0.7V）,称为正向导(dao)通状态(tai)。

若加(jia)相反(fan)的(de)(de)(de)电压,使位(wei)垒增加(jia)，可(ke)承受高的(de)(de)(de)反(fan)向(xiang)电压，流过很小的(de)(de)(de)反(fan)向(xiang)电流（称(cheng)反(fan)向(xiang)漏电流），称(cheng)为反(fan)向(xiang)阻(zu)断状态。整流二极管(guan)具有明(ming)显(xian)的(de)(de)(de)单向(xiang)导(dao)电性。

整(zheng)(zheng)流二(er)极(ji)管可(ke)用(yong)半导体锗或硅(gui)等材料制(zhi)造。硅(gui)整(zheng)(zheng)流二(er)极(ji)管的(de)击(ji)穿电(dian)(dian)压高(gao)(gao)，反(fan)向漏(lou)电(dian)(dian)流小，高(gao)(gao)温性(xing)能良好。通常高(gao)(gao)压大(da)功率整(zheng)(zheng)流二(er)极(ji)管都用(yong)高(gao)(gao)纯(chun)单晶硅(gui)制(zhi)造。这(zhei)种器(qi)件的(de)结面积较大(da)，能通过较大(da)电(dian)(dian)流（可(ke)达上千安），但工作频率不(bu)高(gao)(gao)，一般在几十千赫以下(xia)。整(zheng)(zheng)流二(er)极(ji)管主要用(yong)于各(ge)种低频整(zheng)(zheng)流电(dian)(dian)路。

二极管整流电路
一、半波整流电路

图(tu)5-1、是一种(zhong)最简单的整(zheng)流电(dian)路。它(ta)由电(dian)源(yuan)变(bian)压(ya)(ya)器(qi)B 、整(zheng)流二极管D 和负载电(dian)阻Rfz ，组成。变(bian)压(ya)(ya)器(qi)把市(shi)电(dian)电(dian)压(ya)(ya)（多(duo)为220伏）变(bian)换为所需要的交变(bian)电(dian)压(ya)(ya)e2，D 再把交流电(dian)变(bian)换为脉动直流电(dian)。

变(bian)(bian)(bian)压(ya)(ya)(ya)器(qi)砍(kan)级(ji)电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)e2，是一个方(fang)向和大小(xiao)都随时间(jian)(jian)变(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)正(zheng)弦(xian)波(bo)电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)，它的(de)(de)(de)(de)(de)波(bo)形如图5-2（a）所(suo)示(shi)(shi)。在(zai)0～K时间(jian)(jian)内，e2为(wei)正(zheng)半(ban)周即(ji)变(bian)(bian)(bian)压(ya)(ya)(ya)器(qi)上(shang)端(duan)为(wei)正(zheng)下(xia)端(duan)为(wei)负(fu)(fu)(fu)。此时二极管承(cheng)受(shou)正(zheng)向电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)面导(dao)通，e2通过它加在(zai)负(fu)(fu)(fu)载电(dian)(dian)阻Rfz上(shang)，在(zai)π～2π 时间(jian)(jian)内，e2为(wei)负(fu)(fu)(fu)半(ban)周，变(bian)(bian)(bian)压(ya)(ya)(ya)器(qi)次级(ji)下(xia)端(duan)为(wei)正(zheng)，上(shang)端(duan)为(wei)负(fu)(fu)(fu)。这(zhei)时D承(cheng)受(shou)反向电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)，不导(dao)通，Rfz，上(shang)无电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)。在(zai)π～2π时间(jian)(jian)内，重(zhong)复0～π 时间(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)过程，而(er)在(zai)3π～4π时间(jian)(jian)内，又重(zhong)复π～2π时间(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)过程…这(zhei)样反复下(xia)去，交流(liu)电(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)(de)负(fu)(fu)(fu)半(ban)周就(jiu)被"削"掉了，只有(you)正(zheng)半(ban)周通过Rfz，在(zai)Rfz上(shang)获得了一个单一右(you)向（上(shang)正(zheng)下(xia)负(fu)(fu)(fu)）的(de)(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)，如图5-2（b）所(suo)示(shi)(shi)，达到了整流(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)(de)，但是，负(fu)(fu)(fu)载电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)Usc。以及(ji)负(fu)(fu)(fu)载电(dian)(dian)流(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)大小(xiao)还随时间(jian)(jian)而(er)变(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)，因此，通常称它为(wei)脉动直(zhi)流(liu)。

这(zhei)种除去(qu)半(ban)周(zhou)、图下(xia)半(ban)周(zhou)的(de)整(zheng)流(liu)(liu)方法，叫半(ban)波整(zheng)流(liu)(liu)。不难看(kan)出，半(ban)波整(zheng)说是以"牺牲"一(yi)半(ban)交(jiao)流(liu)(liu)为代价(jia)而(er)换取整(zheng)流(liu)(liu)效(xiao)果的(de)，电流(liu)(liu)利(li)用(yong)率很低（计算表明，整(zheng)流(liu)(liu)得(de)出的(de)半(ban)波电压在整(zheng)个周(zhou)期内的(de)平(ping)均值(zhi)，即(ji)负载上的(de)直流(liu)(liu)电压Usc =0.45e2 ）因(yin)此常用(yong)在高(gao)电压、小电流(liu)(liu)的(de)场合，而(er)在一(yi)般无线电装置(zhi)中(zhong)很少采用(yong)。

二、全波整流电路(单向桥式整流电路)

如果(guo)把(ba)整流电路(lu)的(de)结构作一些调整，可(ke)以得到一种能充(chong)分利用(yong)电能的(de)全波整流电路(lu)。图5-3是全波整流电路(lu)的(de)电原理(li)图。

全波(bo)(bo)(bo)整流电路(lu)(lu)，可(ke)以看(kan)作是由两个(ge)半波(bo)(bo)(bo)整流电路(lu)(lu)组(zu)合(he)成的。变压(ya)器次级线圈中(zhong)间(jian)需要引(yin)(yin)出一个(ge)抽头，把次组(zu)线圈分成两个(ge)对称的绕(rao)组(zu)，从而引(yin)(yin)出大小相等但极性相反的两个(ge)电压(ya)e2ae2aRfz与(yu)e2b、D2、Rfz ，两个(ge)通电回路(lu)(lu)。 D1、e2b，构成全波(bo)(bo)(bo)整流电路(lu)(lu)的工(gong)作原理，可(ke)用图(tu)5-4 所示(shi)的波(bo)(bo)(bo)形图(tu)说(shuo)明。

1、在0～π间内(nei)，e2aD1导通(tong)，在Rfz 上(shang)得到上(shang)正下负(fu)的电(dian)压(ya)；e2b对(dui)D2为反向电(dian)压(ya)，D2 不导通(tong)（见图5-4（b）。

2、 在π-2π时(shi)间内(nei)，e2b 对D2为(wei)正(zheng)向电压，D2导通，在Rfz上得到的仍然(ran)是上正(zheng)下负(fu)的电压；e2aD1为(wei)反向电压，D1 不导通（见图5-4（C）。对Dl为(wei)正(zheng)向电压。

如此反复，由于两个整流(liu)(liu)元件D1、D2轮流(liu)(liu)导电(dian)(dian)，结果(guo)负(fu)载电(dian)(dian)阻Rfz 上(shang)在正、负(fu)两个半(ban)周(zhou)作用(yong)期间，都(dou)有同(tong)一(yi)方向的电(dian)(dian)流(liu)(liu)通过(guo)，如图5-4（b）所示的那样，因此称为全波(bo)整流(liu)(liu)，全波(bo)整流(liu)(liu)不仅利用(yong)了正半(ban)周(zhou)，而(er)且还巧(qiao)妙地(di)利用(yong)了负(fu)半(ban)周(zhou)，从而(er)大(da)大(da)地(di)提高了整流(liu)(liu)效率（Usc＝0.9e2，比半(ban)波(bo)整流(liu)(liu)时大(da)一(yi)倍）。

图5-3所示的(de)(de)全(quan)波整滤电(dian)路，需要变压器有一(yi)个使两端对称的(de)(de)次(ci)级中心抽头，这(zhei)给制作(zuo)上带来很多的(de)(de)麻烦。另(ling)外，这(zhei)种电(dian)路中，每只整流二极管承受的(de)(de)最大反向电(dian)压，是(shi)变压器次(ci)级电(dian)压最大值的(de)(de)两倍，因此需用能(neng)承受较(jiao)高电(dian)压的(de)(de)二极管。

图(tu)5-5（a ）为(wei)(wei)桥式整(zheng)流电路图(tu)，（b）图(tu)为(wei)(wei)其简化画法。

三、桥式整流电路

桥式整流(liu)电(dian)(dian)路(lu)(lu)是使(shi)用最多的一种整流(liu)电(dian)(dian)路(lu)(lu)。这种电(dian)(dian)路(lu)(lu)，只要增加两只二极(ji)管口连接成"桥"式结构，便具有(you)全波整流(liu)电(dian)(dian)路(lu)(lu)的优点，而同时在一定(ding)程度上(shang)克服了它的缺点。

桥式整(zheng)流电(dian)(dian)路的工作原理如(ru)下：e2为正半(ban)周时，对(dui)D1、D3和方向(xiang)电(dian)(dian)压(ya)，Dl，D3导通；对(dui)D2、D4加(jia)反向(xiang)电(dian)(dian)压(ya)，D2、D4截止(zhi)。电(dian)(dian)路中构成(cheng)e2、Dl、Rfz 、D3通电(dian)(dian)回路，在(zai)(zai)Rfz ，上形(xing)成(cheng)上正下负的半(ban)波整(zheng)洗电(dian)(dian)压(ya)，e2为负半(ban)周时，对(dui)D2、D4加(jia)正向(xiang)电(dian)(dian)压(ya)，D2、D4导通；对(dui)D1、D3加(jia)反向(xiang)电(dian)(dian)压(ya)，D1、D3截止(zhi)。电(dian)(dian)路中构成(cheng)e2、D2Rfz   、D4通电(dian)(dian)回路，同样在(zai)(zai)Rfz 上形(xing)成(cheng)上正下负的另外半(ban)波的整(zheng)流电(dian)(dian)压(ya)。

如此重复下去，结果在Rfz ，上(shang)便得到全波(bo)整流电压(ya)。其波(bo)形图(tu)和全波(bo)整流波(bo)形图(tu)是一(yi)样的(de)(de)。从图(tu)5-6中还不(bu)难看出，桥式电路(lu)中每(mei)只二极(ji)管承受的(de)(de)反(fan)向电压(ya)等于变压(ya)器次级(ji)电压(ya)的(de)(de)最大值，比全波(bo)整洗电路(lu)小一(yi)半！

四、整流元件的选择和运用

需要特(te)别指出的(de)是，二极管(guan)作(zuo)为(wei)整(zheng)流元件，要根据不同的(de)整(zheng)流方(fang)式和(he)负载(zai)大小加以选择。如选择不当(dang)，则或者不能(neng)安全工作(zuo)，甚至烧了管(guan)子；或者大材小用(yong)，造(zao)成浪(lang)费。表5-1 所列参(can)数(shu)可供选择二极管(guan)时参(can)考。

另外，在(zai)高(gao)电(dian)(dian)(dian)压或(huo)大电(dian)(dian)(dian)流的情况下，如(ru)果手头没(mei)有承受高(gao)电(dian)(dian)(dian)压或(huo)整定大电(dian)(dian)(dian)滤的整流元件，可以把(ba)二极管(guan)串联或(huo)并联起来使用。

图5-7 示出了二(er)(er)极(ji)管(guan)(guan)(guan)并(bing)(bing)(bing)联(lian)(lian)(lian)的(de)情况：两只(zhi)(zhi)二(er)(er)极(ji)管(guan)(guan)(guan)并(bing)(bing)(bing)联(lian)(lian)(lian)、每(mei)只(zhi)(zhi)分(fen)(fen)担电路(lu)总(zong)(zong)电流(liu)的(de)一(yi)半，三只(zhi)(zhi)二(er)(er)极(ji)管(guan)(guan)(guan)并(bing)(bing)(bing)联(lian)(lian)(lian)，每(mei)只(zhi)(zhi)分(fen)(fen)担电路(lu)总(zong)(zong)电流(liu)的(de)三分(fen)(fen)之一(yi)。总(zong)(zong)之，有(you)几(ji)只(zhi)(zhi)二(er)(er)极(ji)管(guan)(guan)(guan)并(bing)(bing)(bing)联(lian)(lian)(lian)，"流(liu)经每(mei)只(zhi)(zhi)二(er)(er)极(ji)管(guan)(guan)(guan)的(de)电流(liu)就等于总(zong)(zong)电流(liu)的(de)几(ji)分(fen)(fen)之一(yi)。但是，在(zai)实际并(bing)(bing)(bing)联(lian)(lian)(lian)运用时"，由于各二(er)(er)极(ji)管(guan)(guan)(guan)特性(xing)不(bu)完全一(yi)致，不(bu)能均分(fen)(fen)所通过(guo)的(de)电流(liu)，会(hui)使有(you)的(de)管(guan)(guan)(guan)子困负(fu)担过(guo)重而烧毁(hui)。因(yin)此需在(zai)每(mei)只(zhi)(zhi)二(er)(er)极(ji)管(guan)(guan)(guan)上串(chuan)联(lian)(lian)(lian)一(yi)只(zhi)(zhi)阻值(zhi)相同的(de)小电阻器，使各并(bing)(bing)(bing)联(lian)(lian)(lian)二(er)(er)极(ji)管(guan)(guan)(guan)流(liu)过(guo)的(de)电流(liu)接近一(yi)致。这种(zhong)均流(liu)电阻R一(yi)般(ban)选用零点几(ji)欧至(zhi)几(ji)十欧的(de)电阻器。电流(liu)越大，R应选得(de)越小。

图5-8示出了二(er)极(ji)(ji)管串(chuan)联的情(qing)况(kuang)。显然在(zai)理想条件(jian)下(xia)，有几只(zhi)管子(zi)串(chuan)联，每只(zhi)管子(zi)承(cheng)受的反向电(dian)(dian)压(ya)(ya)就应等于总电(dian)(dian)压(ya)(ya)的几分之一。但因为每只(zhi)二(er)极(ji)(ji)管的反向电(dian)(dian)阻不(bu)尽相(xiang)同(tong)，会造(zao)成电(dian)(dian)压(ya)(ya)分配(pei)不(bu)均(jun)：内阻大的二(er)极(ji)(ji)管，有可能(neng)由(you)于电(dian)(dian)压(ya)(ya)过高(gao)而被击(ji)穿(chuan)，并(bing)由(you)此引(yin)起连锁反应，逐个(ge)把二(er)极(ji)(ji)管击(ji)穿(chuan)。在(zai)二(er)极(ji)(ji)管上并(bing)联的电(dian)(dian)阻R，可以使电(dian)(dian)压(ya)(ya)分配(pei)均(jun)匀。

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