半波整流器

     虽然半波整流器仍然有很多用处，但是直流电源供应器使用多的仍是全波整流器( full-wave rectifiers)。在本节中，将运用学到的半波整流器的知识，扩展应用到全波整流器的原理中。
     你将会学习到两种全波整流器：中心抽头式和桥式整流器。
     在学习完本节的内容后，N010-0559-V036你应该能够：说明并且分析全波整流器的工作原理；参与讨论全波整流器和半波整流器的不同点；能够求出全波整流电压的平均值；说明中心抽头式全波整流器的工作原理；解说变压器耦合线圈匝数比，如何影响整流器的输出电压；能够求出峰值反向电压(PIV)；说明桥式全波整流器的工作原理；比较中心抽头式整流器与桥式整流器。
     全波整流器在整个输入周期都会允许单向电流流过负载电阻，而半波整流器只会在一半的输入周期允许单向电流流过负载电阻。全波整流的结果，使得输出电压的频率为输入电压频率的两倍，如图2.11所示。

            
    在相同的时间间隔中，全波整流电压的正值波峰的数目是半波整流电压的两倍。平均值，也就是在直流电压表上所测得的值，也是半波整流的两倍，如同下式所示：V_AVG=2Vp/π
    全波整流电压的平均信V_AVG是峰值电压Vp的63.7%。
   1.中心抽头式全波整流器
    中心抽头式全波整流器(the center-tapped full-waverectifier)，是在变压器的次级端采用中心抽头接地，并在变压器输出两端各接上一个二极管，如图2.13所示。输入电压是通过变压器耦合到中心抽头的次级端。如图所示，次级端总电压各有一半分别出现在中央抽头与次级端线圈两端之间。

                     
    在输入电压的正半周期，次级端电压的极性如图2.14(a)所示。在这种情况下，D1处于正向偏压而D2则是反向偏压。电流流径的路径则如图所示，先经过D1然后再通过负载电阻RL。在输入电压的负半周期，次级端电压的极性如图2.14(b)所示。在这种情况下，D1处于反向偏压而D2则是正向偏压。电流的路径则是如图所示，先经过D2再流过负载电阻。如图所示，因为在输入电压的正、负半周期，输出电流经过负载电阻的方向均相同，则在负载电阻上的输出电压是全波整流的直流电压。

             
    1．线圈匝数比对输出电压的影响
    如果变压器的线圈匝数比是1，则整流输出电压的峰值等于初级输入电压峰值的一半，再减去门槛电压，如图2. 15所示。这是因为次级线圈每一端对地的电压，等于初级电压的一半(但是总次级电压Vp(sec)-Vp(pri)。我们在讨论正向偏压时，将涉及的门槛电压视为二极管电压降(diode drop)。

            
    为了能让输出电压的峰值等于输入电压的峰值（减去二极管电压降），所使用变压器的线圈匝数比必须为n=2，如图2.16所示。

              
    在任何情况下，中心抽头式全波整流器的输出电压均为次级电压的一半，再减去二极管电压降，不论线圈的匝数比是多少，均如下式所示：    Vout=Vsec/2-0.7V  （2.6）
    2．峰值反向电压
    全波整流器的每一个二极管都反复施加正向偏压和反向偏压。每个二极管所需承受的反向偏压，就是次级电压的峰值Vp(sec)参见图2.17，其中D2假设为反向偏压而D1假设为正向偏压来描述这个概念。

                 
    当次级总电压的极性如图所示，则D1的阳极电压值为+Vp(sec)/2，而D2的阳极电压值为-Vp(sec)/2。因为是正向偏压，所以其阴极的电压就是阳极的电压减掉二极管电压降，此电压其实也就是D2阴极的电压。二极管的峰值反向电压就是

    
    因为Vp(out)=Vp(sec)/2-0.7V，如将式予的两边均乘上2，再经过移项后，就得出                        Vp(sec) =2Vp(out)+1.4V
因此，经过代换后，中心抽头式全波整流器的任意一个二极管的峰值反电压就是  

                PIV= 2Vp(out)+0.7V  (2.7)

     3.桥式全波整流器
    桥式整流器(bridge rectifier)需要使用到四个二极管，其电路的连接方式如图2.20所示。如图2.20(a)在输入电压的正半周期，二极管D1和D2是正向偏压，并且电流的方向如图所示。此时负载电阻RL上的电压波形，与输入电压的正半周期相同。而此时，二极管D3和D4为反向偏压。
    如图2.20(b)，当输入电压的负半周期，二极管D3和D4是正向偏压，则电流通过负载电阻的方向，与正半周期电流的方向相同。当输入电压的负半周期，D1和D2是反向偏压。因此负载电阻RL两端电压就成为全波整流的输出电压。

                   
    (1)桥式输出电压
    采用变压器耦合输入的桥式整流器如图2.21(a)所示。在次级总电压的正半周期时，二极管D1和D2是正向偏压。若忽略二极管电压降，则次级电压就是负载电阻两端的电压。在负半周时期，D3和D4是正向偏压，也可得出相同的结果。

                 
                    Vp(out)=Vp(sec)
    你可从图2.21(b)看出，在正负半周期时，都会有两个二极管与负载电阻串联。如果计人这些二极管的电压降，则输出电压就成为
                    Vp(out)=Vp(sec)-1.4V             (2.8)
    2．峰值反向电压
    让我们假设D1和D2是正向偏压，然后计算D3和D4的反向偏压。如图2.22(a)所示，将二极管D1和D2视为短路（理想模式），则你可发现D3和D4承受昀峰值反向电压就等于次级电压的峰值。既然在理想状况下，输出电压应该就是次级电压，所以
                     PIV=Vp(out)
    如果正向偏压下二极管的电压降也计入，如图2.22(b)所示，则反向偏压下二极管的峰值反向电压可利用Vp(on)表示为
                   PIV= Vpcout)+0. 7V                (2.9)
    桥式整流器所使用的二极管的峰值反向电压额定值，将比中心抽头式整流器所要求的小。如果忽略二极管电压降，在相同输出电压下，桥式整流器所采用二极管的峰值反向电压的额定值，只需要中央抽头式整流器的一半即可。