整流电路分析.docx

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整流电路分析

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目录

一、常见的二极管整流电路2

二、二极管整流电路详尽分析2

三、二倍压和三倍压整流电路原理分析9

四、不可不知的整流电路10

五、二倍压整流电路及故障分析14

六、正极性半波整流电路及故障处理18

七、负极性半波整流电路及故障处理21

八、正极性桥式整流电路及故障处理24

九、负极性桥式整流电路及故障分析28

十、两组次级线圈的正、负极性半波整流电路及故障分析30

十一、桥堆构成的整流电路及故障处理32

一、常见的二极管整流电路

二极管电路中整流二极管的应用最为普遍。

所谓整流二极管就是专门用于电源电路中将交流电转换成单向脉动直流电的二极管，由整流二极管构成的电路称为二极管整流电路。

如表9-19所示是四种常见的整流二极管电路说明。

表9-19四种常见整流二极管的电路说明

电路图

说明

半波整流电路

半波整流电路中使用一只整流二极管构成一组整流电路。

根据输出的单向脉动直流电压的极性不同，半波整流电路有两种：

（1）正极性半波整流电路；

（2）负极性半波整流电路。

全波整流电路

全波整流电路中使用两只整流二极管构成一组整流电路。

根据输出的单向脉动直流电压极性不同，全波整流电路有两种：

（1）正极性全波整流电路；

（2）负极性全波整流电路。

桥式整流电路

桥式整流电路中使用四只整流二极管构成一组整流电路。

根据输出的单向脉动直流电压极性不同，桥式整流电路有两种：

（1）正极性桥式整流电路；

（2）负极性桥式整流电路。

倍压整流电路

倍压整流电路至少使用两只二极管构成一组整流电路，这时构成的是二倍压整流电路，如果使用三只整流二极管可以构成三倍压整流电路，用更多的二极管可以构成更多倍压整

二、二极管整流电路详尽分析

一、半波整流电路

　　图5-1、是一种最简单的整流电路。

它由电源变压器B 、整流二极管D 和负载电阻Rfz ，组成。

变压器把市电电压（多为220伏）变换为所需要的交变电压e2，D 再把交流电变换为脉动直流电。

　　下面从图5-2的波形图上看着二极管是怎样整流的。

　　变压器砍级电压e2，是一个方向和大小都随时间变化的正弦波电压，它的波形如图5-2（a）所示。

在0～π 时间内，e2为正半周即变压器上端为正下端为负。

此时二极管承受正向电压面导通，e2通过它加在负载电阻Rfz上，在π～2π 时间内，e2为负半周，变压器次级下端为正，上端为负。

这时D承受反向电压，不导通，Rfz，上无电压。

在π～2π时间内，重复0～π 时间的过程，而在3π～4π时间内，又重复π～2π时间的过程…这样反复下去，交流电的负半周就被"削"掉了，只有正半周通过Rfz，在Rfz上获得了一个单一右向（上正下负）的电压，如图5-2（b）所示，达到了整流的目的，但是，负载电压Usc。

以及负载电流的大小还随时间而变化，因此，通常称它为脉动直流。

　　这种除去半周、图下半周的整流方法，叫半波整流。

不难看出，半波整说是以"牺牲"一半交流为代价而换取整流效果的，电流利用率很低（计算表明，整流得出的半波电压在整个周期内的平均值，即负载上的直流电压Usc =0.45e2 ）因此常用在高电压、小电流的场合，而在一般无线电装置中很少采用。

　　二、全波整流电路

　　如果把整流电路的结构作一些调整，可以得到一种能充分利用电能的全波整流电路。

图5-3是全波整流电路的电原理图。

　　全波整流电路，可以看作是由两个半波整流电路组合成的。

变压器次级线圈中间需要引出一个抽头，把次组线圈分成两个对称的绕组，从而引出大小相等但极性相反的两个电压e2a、e2a，构成e2a、D1、Rfz与e2b、D2、Rfz ，两个通电回路。

　　全波整流电路的工作原理，可用图5-4所示的波形图说明。

在0～π 间内，e2a对D1为正向电压，D1导通，在Rfz上得到上正下负的电压；e2b对D2为反向电压，D2不导通（见图5-4（b）。

在π-2π时间内，e2b 对D2为正向电压，D2导通，在Rfz上得到的仍然是上正下负的电压；e2aD1为反向电压，D1不导通（见图5-4（C）。

如此反复，由于两个整流元件D1、D2 轮流导电，结果负载电阻Rfz 上在正、负两个半周作用期间，都有同一方向的电流通过，如图5-4（b）所示的那样，因此称为全波整流，全波整流不仅利用了正半周，而且还巧妙地利用了负半周，从而大大地提高了整流效率（Usc＝0.9e2，比半波整流时大一倍）。

　　图5-3所示的全波整滤电路，需要变压器有一个使两端对称的次级中心抽头，这给制作上带来很多的麻烦。

另外，这种电路中，每只整流二极管承受的最大反向电压，是变压器次级电压最大值的两倍，因此需用能承受较高电压的二极管。

三、桥式整流电路

图5-5（a）为桥式整流电路图，（b）图为其简化画法。

　　　桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。

这种电路，只要增加两只二极管口连接成"桥"式结构，便具有全波整流电路的优点，而同时在一定程度上克服了它的缺点。

　　桥式整流电路的工作原理如下：

e2为正半周时，对D1、D3和方向电压，Dl，D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。

电路中构成e2、Dl、Rfz 、D3通电回路，在Rfz ，上形成上正下负的半波整洗电压，e2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。

电路中构成e2、D2、Rfz、D4通电回路，同样在Rfz 上形成上正下负的另外半波的整流电压。

上述工作状态分别如图5-6（A）（B）所示。

          图5.6桥式整流电路工作原理

如此重复下去，结果在Rfz ，上便得到全波整流电压。

其波形图和全波整流波形图是一样的。

从图5-6中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整洗电路小一半！

      桥式整流电路如图Z0705所示，其中图（a）、（b）、（c）是它的三种不同画法。

它是由电源变压器、四只整流二极管D1~4 和负载电阻RL组成。

四只整流二极管接成电桥形式，故称桥式整流。

桥式整流电路的工作原理如图Z0706所示。

在u2的正半周，D1、D3导通，D2、D4截止，电流由TR次级上端经D1→RL→D3回到TR 次级下端，在负载RL上得到一半波整流电压。

在u2的负半周，D1、D3截止，D2、D4导通，电流由Tr次级的下端经D2→RL →D4 回到Tr次级上端，在负载RL上得到另一半波整流电压。

这样就在负载RL上得到一个与全波整流相同的电压波形，其电流的计算与全波整流相同，即 

UL =0.9U2          　　　　　　GS0709

IL =0.9U2／RL　　　          GS0710

流过每个二极管的平均电流为

ID= IL／2=0.45 U2／RL

每个二极管所承受的最高反向电压为

（为全波整流的一半）GS0711

目前，小功率桥式整流电路的四只整流二极管，被接成桥路后封装成一个整流器件，称"硅桥"或"桥堆"，使用方便，整流电路也常简化为图Z0705（c）的形式。

桥式整流电路克服了全波整流电路要求变压器次级有中心抽头和二极管承受反压大的缺点，但多用了两只二极管。

在半导体器件发展快，成本较低的今天，此缺点并不突出，因而桥式整流电路在实际中应用较为广泛。

　四、整流元件的选择和运用

　　需要特别指出的是，二极管作为整流元件，要根据不同的整流方式和负载大小加以选择。

如选择不当，则或者不能安全工作，甚至烧了管子；或者大材小用，造成浪费。

表5-1所列参数可供选择二极管时参考。

　　"另外，在高电压或大电流的情况下，如果手头没有承受高电压或整定大电滤的整流元件，可以把二极管串联或并联起来使用。

　　图5-7示出了二极管并联的情况：

两只二极管并联、每只分担电路总电流的一半；三只二极管并联，每只分担电路总电流的三分之一。

总之，有几只二极管并联，"流经每只二极管的电流就等于总电流的几分之一。

但是，在实际并联运用时"，由于各二极管特性不完全一致，不能均分所通过的电流，会使有的管子困负担过重而烧毁。

因此需在每只二极管上串联一只阻值相同的小电阻器，使各并联二极管流过的电流接近一致。

这种均流电阻R一般选用零点几欧至几十欧的电阻器。

电流越大，R应选得越小。

　　　图5-8示出了二极管串联的情况。

显然在理想条件下，有几只管子串联，每只管子承受的反向电压就应等于总电压的几分之一。

但因为每只二极管的反向电阻不尽相同，会造成电压分配不均：

内阻大的二极管，有可能由于电压过高而被击穿，并由此引起连锁反应，逐个把二极管击穿。

在二极管上并联的电阻R，可以使电压分配均匀。

均压电阻要取阻值比二极管反向电阻值小的电阻器，各个电阻器的阻值要相等。

三、二倍压和三倍压整流电路原理分析

倍压整流，可以把较低的交流电压，用耐压较低的整流二极管和电容器，“整”出一个较高的直流电压。

倍压整流电路一般按输出电压是输入电压的多少倍，分为二倍压、三倍压与多倍压整流电路。

图5一14是二倍压整流电路。

电路由变压器B、两个整流二极管D1、D2及两个电容器C1、C2组成。

其工作原理如下：

e2正半周（上正下负）时，二极管D1导通，D2截止，电流经过D1对C1充电，将电容Cl上的电压充到接近e2的峰值

，并基本保持不变。

e2为负半周（上负下正）时，二极管D2导通，D1截止。

此时，Cl上的电压Uc1＝

与电源电压e2串联相加，电流经D2对电容C2充电，充电电压Uc2＝e2峰值＋1．2E2≈

。

如此反复充电，C2上的电压就基本上是

了。

它的值是变压器电级电压的二倍，所以叫做二倍压整流电路。

在实际电路中，负载上的电压Usc=2X1.2E2。

整流二极管D1和D2所承受的最高反向电压均为

。

电容器上的直流电压Uc1=

，Uc2=

。

可以据此设计电路和选择元件。

在二倍压整流电路的基础上，再加一个整流二极管D3和－个滤波电容器C3，就可以组成三倍压整流电路，如图5-15所示。

三倍压整流电路的工作原理是：

在e2的第一个半周和第二个半周与二倍压整流电路相同，即C1上的电压被充电到接近

，C2上的电压被充电到接近

。

当第三个半周时，D1、D3导通，D2截止，电流除经D1给C1充电外，又经D3给C3充电，C3上的充电电压Uc3=e2峰值＋Uc2一Uc1≈

，这样，在RFZ上就可以输出直流电压Usc＝Uc1i＋Uc3≈

＋

＝3√2E，实现三倍压整流。

在实际电路中，负载上的电压Ufz≈3x1.2E2整流二极管D3所承妥的最高反向电压也是

，电容器上的直流电压为

。

照这样办法，增加多个二极管和相同数量的电容器，既可以组成多倍压整流电路，见图5一16。

当n为奇数时，输出电压从上端取出：

当n为偶数时，输出电压从下端取出。

必须说明，倍压整流电路只能在负载较轻（即Rfz较大。

输出电流较小）的情况下工作，否则输出电压会降低。

倍压越高的整疏电路，这种因负载电流增大影响输出电压下降的情况越明显。

用于倍压整流电路的二极管，其最高反向电压应大于

。

可用高压硅整流堆，其系列型号为2DL。

如2DL2／0．2，表示最高反向电压为2千伏，整流电流平均值为200毫安。

倍压整流电路使用的电容器容量比较小，不用电解电容器。

电容器的耐压值要大于1．5x

，在使用上才安全可靠。

四、不可不知的整流电路

图1是最经典的电路,优点是可以在电阻R5上并联滤波电容.电阻匹配关系为R1=R2,R4=R5=2R3;可以通过更改R5来调节增益

图2优点是匹配电阻少,只要求R1=R2

图3的优点是输入高阻抗,匹配电阻要求R1=R2,R4=2R3

图4的匹配电阻全部相等,还可以通过改变电阻R1来改变增益.缺点是在输入信号的负半周,A1的负反馈由两路构成,其中一路是R5,另一路是由运放A2复合构成,也有复合运放的缺点.

图5和图6要求R1=2R2=2R3,增益为1/2,缺点是:

当输入信号正半周时,输出阻抗比较高,可以在输出增加增益为2的同相放大器隔离.另外一个缺点是正半周和负半周的输入阻抗不相等,要求输入信号的内阻忽略不计

图7正半周,D2通,增益=1+（R2+R3）/R1;负半周增益=-R3/R2;要求正负半周增益的绝对值相等,例如增益取2,可以选R1=30K,R2=10K,R3=20K

图8的电阻匹配关系为R1=R2

图9要求R1=R2,R4可以用来调节增益,增益等于1+R4/R2;如果R4=0,增益等于1;缺点是正负半波的输入阻抗不相等,要求输入信号的内阻要小,否则输出波形不对称.

图10是利用单电源运放的跟随器的特性设计的,单电源的跟随器,当输入信号大于0时,输出为跟随器;当输入信号小于0的时候,输出为0.使用时要小心单电源运放在信号很小时的非线性.而且,单电源跟随器在负信号输入时也有非线性.

图7,8,9三种电路,当运放A1输出为正时,A1的负反馈是通过二极管D2和运放A2构成的复合放大器构成的,由于两个运放的复合（乘积）作用,可能环路的增益太高,容易产生振荡.

精密全波电路还有一些没有录入,比如高阻抗型还有一种把A2的同相输入端接到A1的反相输入端的,其实和这个高阻抗型的原理一样,就没有专门收录,其它采用A1的输出只接一个二极管的也没有收录,因为在这个二极管截止时,A1处于开环状态.

结论:

虽然这里的精密全波电路达十种,仔细分析,发现优秀的并不多,确切的说只有3种,就是前面的3种.

图1的经典电路虽然匹配电阻多,但是完全可以用6个等值电阻R实现,其中电阻R3可以用两个R并联.可以通过R5调节增益,增益可以大于1,也可以小于1.最具有优势的是可以在R5上并电容滤波.

图2的电路的优势是匹配电阻少,只要一对匹配电阻就可以了.

图3的优势在于高输入阻抗.

其它几种,有的在D2导通的半周内,通过A2的复合实现A1的负反馈,对有些运放会出现自激.有的两个半波的输入阻抗不相等,对信号源要求较高.

两个单运放型虽然可以实现整流的目的,但是输入\输出特性都很差.需要输入\输出都加跟随器或同相放大器隔离.

各个电路都有其设计特色,希望我们能从其电路的巧妙设计中,吸取有用的.例如单电源全波电路的设计,复合反馈电路的设计,都是很有用的设计思想和方法,如果能把各个图的电路原理分析并且推导每个公式,会有受益的。

五、二倍压整流电路及故障分析

如图1所示是经典的二倍压整流电路。

电路中的Ui为交流输入电压，是正弦交流电压，Uo为直流输出电压，VD1、VD2和C1构成二倍压整流电路，R1是这一倍压整流电路的负载电阻。

图1二倍压整流电路

1．电路工作原理分析

      这一电路的工作原理是：

交流输入电压Ui为正半周1时，这一正半周电压通过C1加到VD1负极，给VD1反向偏置电压，使VD1截止。

同时，这一正半周电压加到VD2正极，给VD2正向偏置电压，使VD2导通。

      二极管VD2导通后的电压加到负载电阻R1上，其VD2导通时的电流回路是这样的：

交流输入电压Ui→C1→VD2正极→VD2负极→负载电阻R1。

这一电流从上而下地流过电阻R1，所以输出电压Uo是正极性的直流电压。

      如表1所示是VD1和VD2导通分析解说。

表1VD1和VD2导通分析解说

等效电路

说明

VD1导通分析

当交流输入电压Ui变化到负半周2时，这一负半周电压通过C1加到VD1负极，给VD1正向偏置电压，使VD1导通，这时等效电路如图所示。

VD1导通时电流回路是：

地端→VD1正极→VD1负极→C1→输入电压Ui端，这一回路电流对电容C1进行充电，其充电流如图中电流I所示。

在C1上充到右+左的直流电压，见左图中所示，在C1上的充电电压的大小为输入电压Ui负半周的峰值电压。

注意：

输入电压Ui负半周是一个正弦电压的半周，但是C1两端充到的电压是一个直流电压，这一点在理解中一定要注意。

在交流输入电压Ui为负半周2期间，由于负电压通过电容C1加到VD2正极，这是给VD2加的反向偏置电压，所以VD2截止，负载电阻R1上没有输出电压。

VD2导通分析

交流输入Ui变化到正半周3期间，这一正半周电压经C1加到VD1的负极，这是给VD1加的反向偏置电压，所以VD1截止。

同时，这一输入电压的正半周电压和C1上原先充到的右+左充电电压极性一致，即为顺串联，如图所示是这时的等效电路，图中将充电的电容用一个电池E表示，VD1已开路。

从这一等效电路中可以看出，输入电压Ui的正半周电压和C1上的充电电压E顺串联之后加到二极管VD2的正极，这时给VD2加的是正向偏置电压，所以VD2导通，其导通后的电流回路是：

输入电压Ui端→C1→VD2正极→VD2负极→R1→地端，构成回路，其电流见图中电流I所示，这一电流从上而下地流过负载电阻R1，所以输出的是正极性直流电压。

      由于VD2导通时，在负载电阻R1上是两个电压之和，即为交流输入电压Ui峰值电压和C1上原充上的电压，所以在R1上得到了交流输入电压峰值两倍的直流电压，所以称此电路为二倍压整流电路。

2．电路分析小结

（1）倍压整流电路可以有N（N为整数）倍电压整流电路，在电子电路中常用二倍压整流电路。

（2）倍压整流电路的特点是在交流输入电压不高的情况下，通过多倍压整流电路，可以获得很高的直流电压。

（3）倍压整流电路有一个不足之处，就是整流电路输出电流的能力比较差，具有输出电压高、输出电流小的特点，所以带负载的能力比较差，在一些要求有足够大输出电流的情况下，这种整流电路就不合适了。

（4）倍压整流电路在电源电路中的应用比较少，主要用于交流信号的整流电路中，例如在音响电路中用于对音频信号的整流，在电平指示器电路中就常用二倍压整流电路。

（5）掌握二倍压整流电路的工作原理之后，对分析三倍压或N倍压整流电路的工作原理就相当方便了。

（6）二倍压整流电路中使用两只整流二极管，三倍压整流电路中使用三只整流二极管，依次类推。

3．故障检测方法

      这个电路中故障发生率最高的电容C1，当测量这一整流电路输出端的直流输出电压低时，可以更换电容C1一试。

如图2所示是测量倍压整流电路输出端直流电压时接线示意图。

图2测量倍压整流电路输出端直流电压时接线示意图

4．电路故障分析

（1）当VD1和VD2中有一个开路时，都不能得到二倍的直流电压；当VD1短路时，这一整流电路没有直流电压输出。

（2）当C1开路时整流电路没有直流电压输出，当C1漏电时整流电路的直流输出将下降，当C1击穿时这一整流电路只相当于半波整流电路，没有倍压整流功能。

5．电平指示器中实用倍压整流电路的工作原理及故障分析

      如图3所示是单级发光二极管指示器。

VD2是发光二极管，VT1是电路中发光二极管VD2的驱动三极管，VD1、C1和VT1发射结构成二倍压整流电路。

R1是发光二极管VD2的限流保护电阻。

图3单级发光二极管指示器

这一电路中的倍压整流电路是一种变形的电路，前面介绍的二倍压整流电路中有两只整流二极管，可这一电路中只有一只整流二极管VD1，另一只整流二极管是三极管VT1的发射结（基极与发射极之间的PN结，相当于另一只整流二极管），如图所示是这一倍压整流电路的等效电路。

      从这一等效电路中可以看出，这是一个标准的二倍压整流电路，只是第二只整流二极管采用了驱动管VT1的发射结。

      二倍压整流电路整流输出的直流电压加到了三极管VT1基极，这是一个正极性的直流电压，这一直流电压作为VT1的直流偏置电压，使VT1导通。

    在VT1导通之后，VT1有了基极电流，也有了集电极电流，其集电极电流流过了发光二极管VD2，使发光二极管发光指示，表示有交流输入信号。

      交流输入信号的幅度越大，二倍压整流电路输出的直流电压越大，使VT1基极电流越大，其集电极电流越大，流过VD2的电流越大，VD2发光越强。

      通过上述电路分析可知，通过VD2发光亮度的强弱变化，可以指示交流输入信号的幅度大小，这就是单级发光二极管电平指示器的电路功能。

      关于这一电路分析还要说明下列几点：

（1）分析这一变形的二倍压整流电路时，如果不了解三极管VT1基极与发射极之间的PN结可以起整流二极管的作用，那么这一电路中的倍压整流电路工作原理就无法正确理解，也就不能理解这一电平指示器电路的工作原理。

（2）这一电路中的三极管VT1工作在整流、放大状态，它不同于一般工作于放大状态的三极管。

工作于放大状态的三极管有专门的直流偏置电路，由直流工作电压提供恒定的直流工作电流。

工作在整流、放大状态的三极管则没有专门的直流偏置电路，而是通过对交流输入信号整流得到直流电压作为三极管的直流偏置电压，使三极管进入放大状态，一旦没有交流输入信号时，三极管也就没有了直流偏置电压，便进入截止状态。

这种三极管工作在整流、放大状态，首先是整流，然后才是放大。

这种三极管电路对静态电流的消耗比较小。

（3）对典型电路的分析是比较容易的，对变形电路的分析就需要有灵活的头脑，而实用电路中有许多的变形电路，这里介绍的这种电路只是一种比较简单的变形电路。

      对于这一实用倍压整流电路的故障分析说明下列几点：

（1）当驱动三极管任何一个电极开路时，该电路中的发光二极管VD2都不亮；当VT1集电极与发射极之间击穿时，VD2始终发光。

（2）当VD1开路时，由于没有倍压整流作用，加到VT1基极的信号电压减小，VD2发光亮度下降；当VD1短路时，VD2不发光。

（3）当电容C1漏电或击穿时，VD2发光亮度下降。

六、正极性半波整流电路及故障处理

  如图1所示是经典正极性半波整流电路。

T1是电源变压器，VD1用于整流目的，称之为整流二极管，整流二极管导通后的电流流过负载R1。

为了分析电路方便，整流电路的负载电路用电阻R1表示，实用电路中负载是某一个具体电子线路。

图1正极性半波整流原理电路

1．电路工作原理分析

      输入整流电路的交流电压来自于电源变压器T1次级线圈输出端。

分析整流电路工作原理需要将交流电压分成正、负半周两种情况。

如表1所示是正极性半波整流电路的工作原理解说。

表1正极性半波整流电路的工作原理解说

名称

说明

正半周交流电压使整流二极管导通

交流电压正半周期间，交流输入电压使VD1正极上电压高于地线的电压，二极管负极通过R1与地端相连而为0V，VD1正极电压高于负极电压。

由于交流输入电压幅度足够大，使VD1处于正向偏置状态，整流二极管VD1导通。

VD1导通时的电流回路

T1次级线圈上端→VD1正极→VD1负极→电阻R1→地线→T1次级线圈下端→T1次级线圈构成回路。

电流回路分析作用

通过对整流二极管导通时电流回路的分析，可以进一步理解整流电路的工作原理，同时有利于整流电路的故障分析和检修，在整流电流回路中任意一个点出现开路故障，都将造成整流电流不能构成回路。

输出电压极性分析

正极性整流电路中，整流电路输出电流从上而下地流过电阻R1，在R1上的压降为输出电压，因为输出电压为单向脉动直流电压，所以它有正、负极性，在R1上的输出电压为上正下负，这是输出的正极性单向脉动直流电压。

负半周交流电压使整流二极管截止

交流输入电压变化到负半周之后，交流输入电压使VD1正极电压低于它的负极电压，因为VD1正极电压为负，VD1负极接地，电压为0V，所以VD1在负半周电压的作用下处于反向