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浅析整流二极管整流电路的简介与运用论文,浅析整流二极管整流电路的简介与运用

2023-11-03 12:39:03科技漂亮的斑马

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01.整流二极管整流二极管:将交流电能转换成DC电能的半导体器件。通常它包含一个PN结,有两个端子,一个阳极和一个阴极。(2)P区载流子为空穴,N区载流子为电子,在P区和N区之间形成一定的势垒。当施加电压使P区相对于N区为正时,势垒降低,在势垒两侧附近产生存储载流子,可以通过大电流,电压降低(一般为0.7V),称为正向导通状态。

(3)如果施加反向电压,势垒增大,使其能承受较高的反向电压,流过较小的反向电流(称为反向漏电流),称为反向阻断状态。整流二极管具有明显的单向导通性。

整流二极管可由半导体锗或硅制成。硅整流二极管击穿电压高,反向漏电流低,高温性能好。通常,高压大功率整流二极管由高纯度单晶硅制成。这种器件的结面积很大,可以通过很大的电流(高达几千安培),但工作频率不高,一般在几十千赫兹以下。整流二极管主要用于各种低频整流电路中。02.整流二极管整流电路分析

电网给用户提供交流电,而各种无线电设备需要直流电。整流就是把交流电变成直流电的过程。使用具有单向导电性的器件,可以将方向和大小交替变化的电流转换成直流电。下面介绍各种由晶体二极管组成的整流电路。1、半波整流电路(图1)半波整流电路

图1是最简单的整流器电路。它由电源变压器B、整流二极管D和负载电阻RL组成。变压器将市电电压(多为220V或380V)转换成所需的交流电压u2,D将交流电转换成脉动直流电。半波整流原理:变压器降压电压u2是一个正弦波电压,其方向和大小随时间变化,其波形如图1所示。在0 ~ k时间内,u2为正半周,即变压器上端为正,下端为负。

此时二极管承担直流电压平面的导通,u2通过它加到负载电阻RL上。在 ~ 2时间内,u2为负半个周期,变压器次级下端为正,上端为负。此时D承受反向电压,不导通,RL上没有电压。在 ~ 2时间内,重复0 ~ 时间的过程,在3 ~ 4时间内,重复 ~ 2时间的过程。

如此反复,交流电的负半周将被“切断”,只有正半周通过RL,在RL上得到单一的右向(上正下负)电压,从而达到整流的目的。而负载电压Usc和负载电流的大小也是随时间变化的,所以通常称为脉动DC。

这种去掉图形的半周和下半周的整流方法称为半波整流。不难看出,半波整流理论是以“牺牲一半交流电”为代价来换取整流效果的,电流利用率很低(计算表明整流得到的半波电压在整个周期内的平均值,即负载上的DC电压Usc=0.45e2),所以常被用于高压小电流的场合,而在一般无线电设备中很少使用。2、全波整流电路(单向桥式整流电路)

如果调整整流电路的结构,可以得到充分利用电能的全波整流电路。(图2)全波整流器电路

全波整流电路可以看作是两个半波整流电路的组合。需要在变压器的二次绕组中间画一个抽头,将二次绕组分成两个对称的绕组,从而画出两个大小相等但极性相反的电压。如图2所示,全波整流不仅使用了正半周,还巧妙地使用了负半周,大大提高了整流效率(Usc=0.9e2,是半波整流的两倍)。

注意:图2所示的全波滤波电路需要一个次级中心抽头使两端对称的变压器,这给制造带来了很多麻烦。另外,在这个电路中,每个整流二极管的最大反向电压是变压器最大二次电压的两倍,所以需要使用能承受更高电压的二极管。3、桥式整流器电路

桥式整流电路是应用最广泛的整流电路。这种电路只要增加两个二极管端口形成“桥”结构,就具有全波整流电路的优点,同时在一定程度上克服了它的缺点。(图3)单相全波桥式整流器电路

桥式整流电路工作原理如下:u2为正半周,直流电压加到D1、D3,D1、D3导通;反向电压施加于D2、D4,D2、D4关闭。电路中形成u2、Dl、RL、D3上电回路,RL上形成正半波洗涤电压;u2为负半周时,D2、D4加直流电压,D2、D4导通;反向电压施加到D1、D3,D1、D3关闭。

电路中形成u2、D2、RL和D4上电回路,RL上也形成另一个正顶负底的半波整流电压。如果重复这一过程,将在RL上获得全波整流电压。

注:从图3中不难看出,单相全波桥式整流电路的波形图与全波整流电路相同。但是桥式电路中每个二极管承受的反向电压等于变压器二次电压的最大值,比全波洗电路少一半!03.整流二极管的选择和应用

需要特别指出的是,二极管作为整流元件,应根据不同的整流方式和负载大小进行选择。如果选择不当,可能无法安全工作,甚至烧管;或者大材小用,浪费资源。此外,在高电压或大电流的情况下,如果你没有一个整流元件来承受高电压或设置一个大的电滤波器,你可以将二极管串联或并联。(图4)并联电路中的二极管

二极管并联:两个二极管并联,每个二极管分担电路总电流的一半,三个二极管并联,每个二极管分担电路总电流的三分之一。理论上讲:简而言之,有几个二极管并联,每个二极管流过的电流等于总电流的几分之一。但在实际并联运行中,由于各个二极管的特性并不完全一致,电流无法均匀分配,会造成部分管道过载烧毁。

因此,需要在每个二极管上串联一个阻值相同的小电阻,使流过每个并联二极管的电流接近相同。

注:均流电阻R一般在几十分之一欧姆到几十欧姆之间选取。电流越大,应选择越小的r。(图5)二极管串联电路

串联二极管:理想情况下,如果有几个管串联,每个管的反向电压应该等于总电压的一部分。但在实际并联运行中,由于每个二极管的反向电阻不同,电压分布会不均匀:内阻大的二极管可能会因电压过高而被击穿,从而引起连锁反应,将二极管一个个击穿。二极管上并联的电阻R可以使电压分布均匀。注意:均压电阻可以大一些,比如1K。林恩

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