1、什么是全波整流電路？

全波整流電路是將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓的電路，輸入的交流電壓在兩個周期內(nèi)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(xiàn)。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(huán)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(guān)閉狀態(tài)。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(shè)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(shè)計電路時要注意的一個參數(shù)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(yīng)大于 20V。 因此，在設(shè)計特定電壓的電路時，我們應(yīng)該經(jīng)常檢查二極管可以承受的最大反向電壓。 在負半周期內(nèi)，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(tài)，將阻止電流通過它。通過 D2 和負載的電流與正循環(huán)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(nèi)，該二極管 D1 和 D2 將導通。而此 D3 和 D4 二極管將保持關(guān)閉狀態(tài)。 因此，在正半周期內(nèi)，電流將流過 D1、R、D2。假設(shè)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(xiàn)在這個負載電阻上：Vo = Vs。所以，同樣的輸入電壓也會出現(xiàn)在輸出端。 + 同樣，在負半周期內(nèi)，這些二極管 D3 和 D4 將保持關(guān)閉狀態(tài)。在另一端，這些二極管 D1 和 D2 將導通。 因此，在負半周期內(nèi)，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(nèi)，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(fā)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(huán)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(guān)閉狀態(tài)。負載兩端的電壓等于電源電壓。 + 在負循環(huán)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(xiàn)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(guān)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(lián)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(guān)閉”，因為它們現(xiàn)在處于反向偏置狀態(tài)。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(guān)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(nèi)，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(nèi)，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(xiàn)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(shù)。為了更好地抑制此紋波，RC 時間常數(shù)應(yīng)遠大于此時間段。 + 假設(shè)如果這個 RC 時間常數(shù)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(shù)應(yīng)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(yōu)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