因?yàn)槎䴓O管具有單方向?qū)娏�，反向偏壓則呈現(xiàn)斷路的特性，OPA177GSG4因此可應(yīng)用于將交流電壓轉(zhuǎn)為直流電壓的整流電路中。在許多使用交流電壓的電源供應(yīng)器中，都采用了整流器線路。從最簡(jiǎn)草到最復(fù)雜的電子系統(tǒng)，都具備基本的電源供應(yīng)器。在這一節(jié)中，你將學(xué)習(xí)到最基本的整流器——半波整流器(half-wave rectifi-ers)。
    在學(xué)習(xí)完本節(jié)的內(nèi)容后，你應(yīng)該能夠：說(shuō)明并且分析半波整流器的工作原理；描述基本的直流電源供應(yīng)器和半波整流的原理；能夠計(jì)算出半波整流電壓的平均值；參與討論門檻電壓對(duì)半波整流器輸出的影響；定義峰值反向電壓；說(shuō)明變壓器耦合半波整流器的原理。
   1.基本直流電源供應(yīng)器
    直流電源供應(yīng)器(power supply)能將一般家用的220V/50Hz交流電壓，轉(zhuǎn)換成固定的直流電壓。這是目前最常見(jiàn)的電子設(shè)備之一。由電源供應(yīng)器所提供的直流電壓，可以供應(yīng)給大部分的電子電路設(shè)備。例如，電視機(jī)、立體音響設(shè)備、錄像機(jī)、CD播放及大多數(shù)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備等。
    圖2.1示出的是整流器和完整電源供應(yīng)器的基本模塊圖。整流器可以是半波整流器或是全波整流器。半波整流器會(huì)將交流的輸入電壓轉(zhuǎn)換成脈沖式的直流電壓，如圖2.1(a)所示。圖2.1(b)則示出完整電源供應(yīng)器的模塊圖。濾波器( filter)主要是用來(lái)濾除經(jīng)過(guò)整流后電壓的波動(dòng)，可得到相對(duì)較為穩(wěn)定的直流電壓。穩(wěn)壓器( regulator)是在輸入的交流電壓源和輸出負(fù)載電阻出現(xiàn)變動(dòng)時(shí)，仍然維持一定的直流電壓值。穩(wěn)壓器可以是單一元件或是更復(fù)雜的集成電路。負(fù)載模塊(load block)表示電源供應(yīng)器的供給目標(biāo)，在此模塊上可得到直流電壓和負(fù)載電流。

        
   2.半波整流器
    圖2.2說(shuō)明所謂的半波整流( half-wave)的過(guò)程。將二極管接到一個(gè)交流電源和負(fù)載電阻電路中，就形成半波整流器。請(qǐng)記得所有的接地符號(hào)代表著共同接地的電位。我們利用二極管的理想模型，監(jiān)視正弦波電壓某個(gè)輸入周期的變化情況。當(dāng)輸入電壓正弦波(Vin)處在正半周期時(shí)，二極管正向偏壓，經(jīng)過(guò)負(fù)載電阻的電流，如圖2.2(a)所示。此電流會(huì)在負(fù)載的兩端產(chǎn)生輸出電壓，與輸入電壓的正半周期有相同的波形。
    當(dāng)輸入電壓進(jìn)入負(fù)半周期時(shí)，二極管處于反向偏壓的狀態(tài)。因此電路中無(wú)電流，所以負(fù)載電阻兩端的電壓為OV，如圖2.2(b)所示。因此合成的效果，就是只有在交流輸入電壓的正半周期，負(fù)載電阻兩端才會(huì)出現(xiàn)輸出電壓。既然此輸出電壓只保留正半周期的輸入，因此它是一種脈沖式的直流電壓源( pulsating DC volt-age)，頻率是50Hz，如圖2.2(c)所示。

  
    經(jīng)過(guò)半波整流的輸出電壓平均值，也就是利用直流電壓表測(cè)量出來(lái)昀值。數(shù)學(xué)上的含意，可借助于計(jì)算一個(gè)如圖2.3所示完整周期曲線下方所包含的面積，除以2π（也就是一個(gè)周期），就可求出平均值。其結(jié)果如式(2.1)，其中Vp是輸出電壓的峰值。此式示出半波整流電壓的平均值VAVG值約為Vp的31.8%。參閱附錄B，有詳細(xì)的說(shuō)明。

                      
   3.門檻電壓對(duì)半波整流器輸出電壓的影響
    當(dāng)我們考慮到0. 7V的門檻電壓時(shí)，就要采用二極管的實(shí)際模型，這是以下我們要討論的情況。在正半周期時(shí)，輸入電壓必須先克服門檻電壓，才能讓二極管獲得正向偏壓。這使得半波整流的輸出峰值電壓較輸入電壓峰值少了0. 7V，如圖2.5所示。
                           Vp(out)=Vp(in)-0. 7V          (2.2)
    一般而言，我們會(huì)選用理想模型二極管，尤其在電壓峰值（基本上，最少是10V以上）遠(yuǎn)大于門檻電壓，門檻電壓的影響就可以忽略。但是，本書(shū)為了統(tǒng)一起見(jiàn)，除非特別注明，一律采用實(shí)際的二極管模型，即將0. 7V考慮進(jìn)來(lái)。

                 
   4. 峰值反向電壓
    峰值反向電壓(peak inverse voltage，PIV)為一輸入電壓的峰值，二極管必須能夠承受其持續(xù)施加的反向偏壓。如圖2.8中的二極管，反向電壓的最大值為PIV，此電壓值出現(xiàn)在輸入電壓負(fù)半周期，此時(shí)二極管是處于反向偏壓的狀態(tài)。
                          PIV=V_p(in)    (2.3)

                        
   5.變壓器耦合輸入的半波整流器
    通常要將交流輸入電壓耦合到整流器時(shí)，都會(huì)采用變壓器耦合的方式，如圖2.9所示。利用變壓器耦合的方式有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：第一個(gè)，可根據(jù)需要，將電源電壓升高或降低；第二個(gè)，可以將交流電源與整流器加以隔離，避免次級(jí)線圈電路遭受到高壓電擊的損害。

                         
    從基本的交流電路原理，變壓器的次級(jí)電壓等于線圈匝數(shù)比，乘以初級(jí)電壓，如式(2.4)所示。這里線圈匝數(shù)比定義為次級(jí)線圈匝數(shù)與初級(jí)線圈匝數(shù)的比：n=NseC/Npri。
                           Vsec=nVpri              (2.4)
    如果n>l，則次級(jí)電壓會(huì)高于初級(jí)電壓。如果n<l，則次級(jí)電壓會(huì)小于初級(jí)電壓.
    如果n=l，則Vsec=Vpri
    變壓器耦合輸入的半波整流器，其次級(jí)電壓的峰值Vp(sec)與式(2.2)中的Vp(in)相同。因此，式(2.2)可以改寫(xiě)成下式：
                      Vp(out)=Vp(sec)-0. 7V
而式(2.3)就變成：
                          PIV=Vp(sec)