桥式整流器 - 结构、工作原理、优点

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简介

桥式整流器将交流输入转换为直流输出。整流过程由正向偏置的结型二极管完成。当结型二极管正向偏置时，允许电流流过它。结型二极管的这种应用主要用于整流。惠斯通电桥系统用于桥式整流器。桥式整流器也称为波桥整流器。它也整流波形。半波整流器和全波整流器是桥式整流器的例子。整流器有很多类型，但桥式整流器更有效。

桥式整流器定义

桥式整流器有效地将交流电转换为直流电。桥式整流器电路配置由四个或更多个二极管组成。桥式整流器是全波整流器的另一种形式。

桥式整流器电路

桥式整流器电路如下所示。四个二极管应用了惠斯通电桥系统。$\mathrm{D_1,D_2,D_3}$和$\mathrm{D_4}$二极管以惠斯通电桥配置设置。

A和C端连接到次级变压器的两端。变压器的次级端表示为$\mathrm{S_1}$和$\mathrm{S_2}$。交流信号连接到初级变压器。正半周期由二极管$\mathrm{D_1}$和$\mathrm{D_2}$导通。负半周期由二极管$\mathrm{D_3}$和$\mathrm{D_4}$导通。在两个半周期的结束时，负载电流流过电路。

$$\mathrm{V_{p(out)}=V_{p(sec)}}$$

桥式波整流器

桥式波整流器产生类似于桥式整流器电路的输出。波整流器也使用四个独立的二极管。它是一种单相整流器。四个独立的二极管与闭环桥式电路连接以获得所需的输出。此桥式波整流器不需要特殊的中心抽头变压器。因此，它所需的成本和尺寸非常小。这是使用桥式波整流器的主要优势。交流信号连接到初级变压器。正半周期由二极管$\mathrm{D_1}$和$\mathrm{D_2}$调节。负半周期由二极管$\mathrm{D_3}$和$\mathrm{D_4}$调节。A和C端连接到次级变压器的两端。变压器的次级端表示为$\mathrm{S_1}$和$\mathrm{S_2}$。

结构

桥式波整流器具有桥式整流器的配置。$\mathrm{D_1, D_2, D_3}$和$\mathrm{D_4}$二极管像桥式整流器一样以惠斯通电桥配置设置。$\mathrm{R_L}$是负载电阻。A和C端连接到次级变压器的两端。变压器的次级端表示为$\mathrm{S_1}$和$\mathrm{S_2}$。交流信号连接到初级变压器。正半周期由二极管$\mathrm{D_1}$和$\mathrm{D_2}$调节。负半周期由二极管调节。在两个半周期的结束时，负载电流流过电路。

工作原理

在输入正半周期的期间，$\mathrm{D_1\:和\:D_2}$二极管正向偏置且电流流动，在此期间$\mathrm{D_3}$和$\mathrm{D_4}$反向偏置。类似地，在输入负半周期的期间，$\mathrm{D_3}$和$\mathrm{D_4}$二极管正向偏置且电流流动，在此期间$\mathrm{D_1}$和$\mathrm{D_2}$反向偏置。因此，在两个输入周期内，电流以相同的方向流过负载电阻。因此，完成了全波整流过程，直流输出是负载$\mathrm{R_L}$上产生的波形。

桥式整流器的特性

实际二极管

在正半周期和负半周期中，负载电阻始终与两个二极管串联连接。当考虑二极管压降时，计算输出电压。

$$\mathrm{V_{p(out)}=V_{p(sec)}-1.4V}$$

峰值反向电压 (PIV)

如果$\mathrm{D_1}$和$\mathrm{D_2}$二极管正向偏置，并且检查$\mathrm{D_3}$和$\mathrm{D_4}$的反向偏置。$\mathrm{D_1}$和$\mathrm{D_2}$具有可避免的正向电阻，并且可以将其视为连接线，因为二极管被认为是理想的。二极管$\mathrm{D_3}$和$\mathrm{D_4}$的峰值反向电压类似于峰值次级电压。次级电压类似于输出电压。

$$\mathrm{峰值反向电压=V_{p(out)}}$$

桥式二极管的峰值反向电压值低于中心抽头配置所需的电压值。

平均值和输出频率

全波桥式整流器具有与全波整流器相同的平均值和输出频率方程，因为它产生全波输出。

$$\mathrm{V_{dc}=\frac{2V_p}{\pi}}$$

$$\mathrm{f_{out}=2f_{in}}$$

优点

• 与半波整流器直流输出相比，桥式整流器具有更平滑的直流信号。

• 桥式整流器充分利用了输入交流信号。在正半周期和负半周期内都允许电流通过。但在半波整流器中，输入交流信号仅部分使用。其余的交流信号被阻断。因此，输入交流信号存在巨大损失。

• 在正负半周期内，桥式整流器都允许电流通过。因此，输出直流信号几乎与输入交流信号相同。

缺点

• 桥式放大器的电路配置难以形成。

• 与其他整流器相比，桥式整流器包含四个二极管。

• 桥式整流器发生高功率损耗。因为它包含许多二极管。

• 桥式整流器存在过大的电压降。因为在两个半周期内，二极管都与负载电阻串联连接。但在其他整流器中，在两个半周期内只使用一个二极管。因此，电压降较小。

结论

用于整流电流的仪器称为整流器。整流过程由正向偏置的结型二极管完成。当结型二极管正向偏置时，允许电流流过它。整流器有很多类型。桥式波整流器产生类似于桥式整流器电路的输出。波整流器也使用四个独立的二极管。它是一种单相整流器。四个独立的二极管与反馈控制电路连接以获得所需的输出。这种整流器具有成本效益，并且所需的尺寸较小。

常见问题

Q1. 什么是中心抽头全波整流器？

A1. 它是仅有两个二极管的全波整流器电路配置。降压变压器与这些二极管连接。变压器的初级部分由输入交流信号供电。

Q2. 给出全波整流器的纹波系数的值？

A2. 全波整流器的纹波系数为 0.482。这种整流器比半波整流器更有用。

$$\mathrm{\gamma=0.482}$$

Q3. 描述整流器的整流效率？

A3. 整流效率定义为直流输出与提供给整流器的交流信号总量的比例。

$$\mathrm{\eta=\frac{dc\:output}{ac\:input}}$$

Q4. 什么是 RMS 值？

A4. 电压或电流变化的有效值为 RMS 值。（RMS - 均方根）。

$$\mathrm{RMS=\sqrt{\frac{1}{n}\displaystyle\sum\limits_i x_i^2}}$$

Q5. 半波整流器的输入交流功率为 100 瓦。输出功率的施加功率为 50 瓦。计算整流效率。

A5.

$$\mathrm{整流效率=\frac{dc\: 输出 }{ac\:输入}\times 100}$$

$$\mathrm{整流效率=\frac{50}{100}\times 100=50\%}$$

其余的 50 瓦被转换为正弦波，因为只有 50 瓦作为输入。