1、1整流桥工作原理如 下 图 1-1 所示。下面主 要 讲 整 流 桥 的 工 作 原 理 ， 以 及 具 体 的 有 效 功 率 ， 有 效电 流 等 等 。图 1-1首 先 ， 我 们 先 详 细 介 绍 二 极 管 的 工 作 特 性 ， 在 介 绍 全 桥 整 流 滤 波 电 路 时 ， 我是 让 大 家 记 住 二 极 管 的 一 个 非 常 重 要 的 工 作 特 性 -单向导通特性。这里，我教大家一个便于理解二级管单向导通性的方法。如图 1-2 所示，这是个普通二级管，想必大家都已经不陌生了吧。图 1-2从 图 中 我 们 可 以 看 出 来 ， 箭 头 指 向 的 方 向 为 负
2、 ， 电 流 只 能 从 左 向 右 流 ， 即 从正 往 负 流 ， 是 不 能 够 由 右 向 做 流 的 。 这 就 是 二 级 管 的 单 向 导 通 性 -只 能 从 正 往 负2流，不能从负往正流。打个如下比喻：渔夫去捕鱼的时候，他都有一个篓子，我们称为渔篓子，这个篓子是用来捕鱼的。如图 1-3 所示。图 1-3渔 民 通 常 都 是 把 这 个 渔 篓 子 放 在 逆 水 的 地 方 ， 当 鱼 从 锥 形 的 口 子 进 入 鱼 篓 子 ， 这 个 口 里 放 置 很 多 的 横 条 ， 鱼 进 入 篓 子 里 的 时 候 ， 挤 开 横 条 进 入 里 面 ， 然 而 进 入
3、 里面 后 ， 鱼 就 再 也 出 不 去 了 。 二 极 管 也 相 当 于 鱼 篓 子 这 么 个 功 能 ， 从 正 往 负 是 导 通 的 ，从 负 到 正 就 截 止 了 。整流桥的作用是把交流电变成直流电。一个全桥的整流桥，无论是在电源的正半周期，还是在电源的负半周期，它都能够为负载供电。如图 1-2 所示。图 1-4在电源正半周期，电流流经方向为 L -D2-R-D3-N；在电源负半周期，电流3流 经 方 向 为 N-D4-R-D1-L。 在 这 么 个 流 向 的 过 程 中 ， 负 载 上 面 的 波 形 是 个 什 么 样的 波 形 ？我们知道交流电 AC 是一个正弦波，如
4、图 1-5 所示。图 1-5那么此时二极管导通的波形是怎么样的呢？首先，二级管两端的电压必须大于 0.7V 它 才 导 通 的 ， 小 于 0.7V 是 处 于 截 止 的 状 态 。 这 里 我 们 把 D2、 D4 这 两 个二 级 管 放 一 块 分 析 ， 在 正 半 周 期 ， 当 交 流 电 电 压 小 于 0.7V 时 ， 没 有 二 极 管 导 通 ， 当 电 压 大 于 0.7V 的时候， D2 是导通的，D4 是截止的；在负半周期，同理，只有 电 压 大 于 0.7V 的 时 候 ， D4 是 导 通 的 ， D2 是 截 止 的 ， 。 所 以 ， 我 们 绘 出 二 级
5、 管的 电 压 波 形 ， 如 图 1-6 所 示 、 1-7 所 示 。 图 1-6 所 示 的 是 二 级 管 D2 导 通 波 形 。 图 1-7 所 示 的 是 二 级 管 D2、 D4 导 通 时 的 波 形 。图 1-6二极管正常工作有导通、截止和击穿三种状态。导通的基本条件是正向电压高于起始阈值电压（例如硅二极管是0.7V）；截止的条件是正向电压低于起始阈值电压，或者外加反向电压不超过基击穿电压；击穿的条件是反射电压等于略高于PN结的雪崩击穿电压值（稳压二极管就是工作在击穿状态的）。二极管截止指的是没有导通，也没有击穿的状态。它的重要特点是电流为0.4图 1-7图 1-6 中 ，
6、 二 级 管 D2 的 导 通 时 间 不 是 从 0,而 是 电 压 的 值 大 于 0.7V 时才开始 导 通 ， 电 压 低 于 0.7V 时 就 截 止 ， 在 这 段 时 间 t 内才是二级管的导通角，这个时 间 小 于 。接 下 来 ， 我 们 来 绘 制 电 阻 R 上 的 电 压 波 形 ， 我 们 知 道 ， 不 论 交 流 电 压 在 正 半周 期 还 是 在 负 半 周 期 ， 电 阻 上 的 电 压 都 是 从 上 往 下 流 ， 即 上 正 下 负 。 我 们 就 能 够得 出 如 下 图 1-8 所 示 的 输 出 电 压 波 形 图 。图 1-8从 图 中 ， 我
7、 们 可 以 直 观 的 看 出 ， 经 过 整 流 桥 的 输 出 电 压 明 显 是 比 交 流 电 两 端的 电 压 小 ， 他 们 的 之 间 的 关 系 为 U0 0.9Uin ， Uin 是 AC 输 出 电 压 ， U0 为经过整流桥 后 的 电 压 。 这 个 公 式 仅 仅 针 对 图 1-4 所 示 的 电 路 有 效 ， 即 在 整 流 桥 后 没 有 加 电容 的 电 路 。如果在负载上并联上一个电容，负载上将会得到什么波形？如果在负载上并联上一个电容，负载上将会得到什么波形？如图 1-1 所示。5图 1-1通过这个图，我们来分析此时的电容上电压波形图。如图 1-9 所
8、示为电容上电压波形图。开 始 时 ， 电 容 上 电 压 为 零 。 二 级 管 两 端 的 电 压 大 于 0.7V 时 ， 电 路 才 导 通 ， 电 路导 通 后 ， 由 于 输 入 的 是 交 流 电 ， 所 以 电 路 中 的 电 压 开 始 往 上 升 ， 给 电 容 充 电 ，所 以 电 容 电 压 开 始 上 升 。 图 1-2 中 ， 当 交 流 电 的 电 压 达 到 最 大 值 时 （ t= ） ， 然 后2就 开 始 往 下 降 ， 直 到 降 到 某 个 电 压 值 ， 该 电 压 使 得 二 级 管 D2 两 端 电 压 低 于 0.7V 是 ， 这 时 二 极 管
9、 截 止 ， 电 路 就 不 导 通 了 ， 电 容 也 停 止 充 电 ， 且 电 容 上 的 电 压 达 到 最大 值 。 整 流 桥 部 分 电 路 不 导 通 ， 但 是 ， 电 容 和 电 阻 仍 然 形 成 闭 合 回 路 ， 所 以 在 二 极管 D2 截 止 后 ， 电 容 就 开 始 放 电 ， 给 负 载 供 电 ， 维 持 负 载 正 常 工 作 。 此 时 ， 电容 上 电 压 就 开 始 往 下 降 了 。 直 到 在 交 流 电 负 半 周 期 ， 电 源 电 压 上 升 到 大 于 电 容 电 压 ，且 二 级 管 D4 两 端 的 正 向 电 压 差 大 于 0
10、.7，电容就停止放电，开始充电。又 充 电到 二 级 管 D4 两 端 的 正 向 电 压 小 于 0.7V 时截止，然后为维持负载正常工作 ， 就又 给 负 载 放 电 。 如 此 循 环 反 复 。62 U图 1-9通 过 以 上 的 分 析 ， 大 概 知 道 了 电 容 上 电 压 的 波 形 。 现 在 ， 请 大 家 看 一 下 图 1-10 所 示 ， 我 们 来 分 析 每 一 个 二 级 管 的 反 向 耐 压 是 多 少 ？图 1-1从图 1-3 中有个电容的，经过全桥整流后这个电容上的电压 UDC电容 ACin即 电 容 上 的 电 压 为 交 流 输 入 的 2 倍，并
11、且这个电压是直流电压。在电源电压处在 正 半 周 期 的 时 候 ， 交 流 电 经 过 二 极 管 给 电 容 充 电 ， 这 时 候 电 容 上 正 极 端 （b 点） 的 电 位 为 1.414U AC ，由于这是个正弦电压，当电压达到最高点的时候，它会往下降的，当它降到最低点的时候，他的值是- U AC ， 即 在 图 中 a 点 的 电 位 为 -U AC , 此 时 电 容 上 的 电 位 ， 即 b 点 的 电 位 为 1.414U AC ，那么，二级管的电压差为,刚才1107我们讲过，正半周期，电容上b 点的电位为1.414U AC ，整流桥a 点的为-U AC ，是不是就为
12、1.414 UAC ， 因 为 对 于 a 点来讲，最高的时候能够达到+ U AC ，最低的时候可以达到-U AC ，所以对于 a 点来讲，他本身的压差就是 2U AC ，而电容上的电压它是不变的，所以，我们就需要这管子的耐压为 1.414 UAC 。接 下 来 ， 我 们 来 看 它 的 一 个 电 流 ， 我 们 说 了 ， 二 级 管 上 流 过 的 电 流 为 多 大 ？ 假 设 负 载 上 的 电 流 为 I， 那 么 在 正 半 周 期 ， 电 流 是 经 过 D2 的 ， 经 过 D2 之 后 ，经 过 电 容 ， 再 通 过 D3，再回到电源，即线上。我们就知道，在正半周期的时
13、候 ， 就 只 有 D2 给 负 载 提 供 电 流 。 那 么 在 负 半 周 期 的 时 候 ， 我 们 知 道 ， 电 流 时 经 过 D4， 然 后 经 过 负 载 ， 再 经 过 D1， 回 到 电 源 ， L 线 。 也 就 是 说 ， 在 负 半 周 期 ， 是 D4 对 电 容 来 进 行 一 个 充 电 。 就 是 说 ， 这 上 面 每 一 个 管 子 ， 在 完 整 的 周 期 里 面 只 开通 了 一 半 ， D2 也 只 开 通 了 一 半 ， D4 也 只 开 通 了 一 半 。 在 整 个 完 整 的 周 期 里 面（ T=2） 里 面 ， D2 和 D4， 或
14、者 D1 和 D3，它们都只开通一半，也就是他们只有 一 半 的 时 间 给 电 容 充 电 ， 另 一 半 的 时 间 休 息 ， 另 一 半 的 时 间 交 给 另 外 两 个 管 子 完成 ， 比 如 说 在 正 半 周 期 的 时 候 ， D2 和 D3 导通，给电容充电，负责维持负载 的电 流 ， 那 么 在 负 半 周 期 的 时 候 就 是 D4 和 D1 工 作 ， D2 和 D3 就 截 止 了 ， 这 时 候（ 负 半 周 期 ） 给 电 容 进 行 充 电 ， 维 持 负 载 的 另 一 半 时 间 的 电 流 是 D4 和 D1。因此，我们说 ， 这 两 个 二 级 管
15、 在 一 个 完 整 的 周 期 里 面 ， 他 们 都 只 工 作 了 一 半 ， 只 提 供8了 负 载 的 一 半 的 电 流 ， 前 一 半 的 电 流 是 靠 D2 和 D3 维 持 ， 后 一 半 的 时 间 就 靠 D4 和 D1 提 供 ， 因 此 ， 我 们 说 了 ， 二 级 管 上 流 过 的 电 流 ， 实 际 上 只 提 供 了 负 载 上 所 需要 的电 流 的 一 半 ， 二 级 管 上 的 电 流 值 要 求 为 负 载 上 电 流 的 一 半 ， 所 以 有 I D二极管上电流， I R 为负载上电流。 1 I2 R, ID 为现 在 ， 我 们 知 道 ， 二 级 管 上 流 过 的 电 流 为 负 载 上 的 一 半 ， 而 反 向 耐 压 为 1.414 倍 的 交 流 输 入 电 压 。 （ 在 给 出 的 假 设 的 情 况 下 ）
