二極管有單相導電的特性，由此特性可以構(gòu)成各類整流電路，這也是二極管的基本應(yīng)用之一，本文介紹幾種常見的由二極管組成的整流電路，以Multisim仿真的過程來理論分析一下工作原理，我們做以下約定：二極管為理想二極管，負載以電阻性負載為示例，示波器A通道接輸入，波形以紅色表示，B通道接輸出，波形以藍色表示。
二、半波整流電路
2.1 電路解析
半波整流電路是將輸入的完整正弦波去掉半周，保留半周波形的整流電路，是將連續(xù)的交流電轉(zhuǎn)化為脈動電，整流的最終目標是為了將交流電轉(zhuǎn)化為直流電。 (交流電或脈動電轉(zhuǎn)化為直流電需要4個過程：變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓)。
下圖中紅色是信號輸入，相關(guān)幅值可從示波器讀出，可見輸入是一個峰峰值是40V、頻率是50Hz的交流信號，當輸入正半周信號時，大于D1的導通電壓，則信號經(jīng)過D1加到負載R1; 當輸入負半周信號時，D1截止，則負載R1上沒有電壓，這樣，在一個周期內(nèi)，只有正半周的電壓加到了負載上，形成了一個正半周通過的整流電路，輸出信號見示波器藍色，保留了正弦波的正向波形，去掉了負向信號。
如果把上圖中輸入信號更換為三角波，再看一下仿真效果，仍然是負向電壓被去除了，只向負載輸出了正向電壓。
二極管有單向?qū)щ娦裕绻氲玫截摪胫艿男盘枺恍柙诎氩ㄕ麟娐分袑⒍O管方向調(diào)一下即可，見下圖，把D1進行了反向，這樣，當輸入信號是正半周時，二極管截止，負載端沒有電壓; 當輸入電壓是負半周時，二極管導通，則負半周的信號經(jīng)過二極管到達了負載端，仿真波形見下圖所示。
2.2 計算(正半周正弦波整流電路)
設(shè)輸入電壓有效值：Uin，輸出電壓有效值Uo，則有：
輸入交流電壓 uin = Uin*sin(wt)
輸出電壓有效值Uo = 0.45*Uin
負載平均電流 Id = Uo/R1
二極管最大反向電壓(無負載電容) Udmax = Uin
二極管最大反向電壓(有負載電容) Udmax =2 Uin(電壓疊加)
2.3 小結(jié)
通過上面的解析，可以得到以下內(nèi)容：
A: 半波整流電路的交流利用率是50%;
B: 半波整流電路的輸出是一個直流脈動電壓;
C: 有負載電容的半波整流電路中，二極管最大反向電壓為2倍的交流輸入峰值電壓，即2 Uin;
D: 二極管與電容的選型要負載對電流的要求。
三、全波整流電路
3.1 電路解析
全波整流電路由兩個二極管組成，分別在正弦波的正、負半周導通，這樣可以輸出一個連續(xù)的脈動信號，頻率是半波整流輸出的一倍。
下圖中紅色是電壓輸入，相關(guān)幅值可從示波器讀出，可見輸入是一個峰峰值是40V、頻率是50Hz的交流信號，當輸入正半周電壓時，
D1導通，D2截止，則信號經(jīng)過D1加到負載R1; 當輸入負半周電壓時，D1截止，D2導通，則信號經(jīng)過D2加到負載R1，這樣，在一個周期內(nèi)，正負半周的電壓都加到了負載上，且方向相同，輸出電壓見示波器藍色。
輸出電壓的頻率提高了，可是仍然是一個脈動電源，如果在負載端增加電容進行濾波，則電壓會變平滑，如下圖，增加了一個10uF電容后，仿真效果。 電容在脈動電壓峰值之間向負載放電，輸出電壓發(fā)生了變化。
3.2 計算
設(shè)輸入電壓有效值：Uin，輸出電壓有效值Uo，則有：
輸入交流電壓 uin = Uin*sin(wt)
輸出電壓有效值Uo = 0.9*Uin
負載平均電流 Id = Uo/R1
二極管最大反向電壓Udmax =2 Uin
3.3 小結(jié)
通過上面的解析，可以得到以下內(nèi)容：
A: 二極管全波整流的電流利用率是100%;
B: 二極管全波整流輸出的是一個直流脈動電壓;
C: 二極管最大反向電壓是2倍的輸入峰值電壓，即2 Uin;
D: 二極管與電容的選型要負載對電流的要求。
四、橋式整流電路
4.1 電路解析
橋式整流電路由四個二極管組成，在正弦波的正、負半周分別有兩個二極管導通，這樣可以輸出一個連續(xù)的脈動信號，頻率是半波整流輸出的一倍。
下圖中紅色是電壓輸入，相關(guān)幅值可從示波器讀出，可見輸入是一個峰峰值是40V、頻率是50Hz的交流信號，當輸入正半周電壓時，
D1、D4導通，D2、D3截止，電壓加到負載R1; 當輸入負半周電壓時，D1、D4截止，D2、D3導通，電壓加到負載R1，這樣，在一個周期內(nèi)，正負半周的電壓都加到了負載上，且方向相同，輸出電壓見示波器藍色。
如下圖，增加了一個10uF電容后，仿真效果。 電容在脈動電壓峰值之間向負載放電，輸出電壓發(fā)生了變化。
可見，橋式整流和二極管全波整流效果相同，橋式也是全波的一種，但是同樣都是全波整流，兩個二極管在電路中，和四個二極管在電路中，有什么區(qū)別呢? 橋式有什么意義? 其實是，橋式整流用犧牲兩個二極管的代價，降低了二極管的最大反向電壓，這樣簡化了要求，選型也簡單了，另外，二極管的反向電壓越高，則成本越高，使用橋式也有利于降低成本。 所以在實際應(yīng)用中，橋式整流是常用的電路形式。
4.2 計算
設(shè)輸入電壓有效值：Uin，輸出電壓有效值Uo，則有：
輸入交流電壓 uin = Uin*sin(wt)
輸出電壓有效值Uo = 0.9*Uin
負載平均電流 Id = Uo/R1
二極管最大反向電壓Udmax = Uin
4.3 小結(jié)
通過上面的解析，可以得到以下內(nèi)容：
A: 二極管橋式整流的電流利用率是100%;
B: 二極管橋式整流輸出的是一個直流脈動電壓;
C: 二極管最大反向電壓與輸入峰值電壓相同，即 Uin;
D: 二極管與電容的選型要負載對電流的要求。
五、半波倍壓整流電路
本節(jié)主要介紹的是二倍壓整流電路，是由兩個半波整流對電容充電的串聯(lián)而成，當輸入電壓為負半周時，D1導通，由輸入電壓對C1進行充電，可達到Uin; 當輸入電壓為正半周時，D2導通，由C1上的電荷與輸入電壓同時對C2進行充電; C1失去的電荷在下一次輸入電壓的負半周期間可以得到補充，在若干個周期后，C1的電壓穩(wěn)定在Uin，C2的電壓穩(wěn)定在2Uin，即輸入電壓的2倍。
當D2截止時，C2通過負載放電，電壓降低，在下一輸入負半周期會得到補充，所以輸出的電壓是C2在一個周期內(nèi)的平均值，理論上低于2倍的輸入電壓，具體低多少，取決于負載的阻值，阻值越大，越接近2倍的輸入電壓。
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