因為二極管具有單方向?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器中，都采用了整流器線路。從最簡草到最復雜的電子系統(tǒng)，都具備基本的電源供應器。在這一節(jié)中，你將學習到最基本的整流器——半波整流器(half-wave rectifi-ers)。
    在學習完本節(jié)的內(nèi)容后，你應該能夠：說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器和半波整流的原理；能夠計算出半波整流電壓的平均值；參與討論門檻電壓對半波整流器輸出的影響；定義峰值反向電壓；說明變壓器耦合半波整流器的原理。
   1.基本直流電源供應器
    直流電源供應器(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。這是目前最常見的電子設備之一。由電源供應器所提供的直流電壓，可以供應給大部分的電子電路設備。例如，電視機、立體音響設備、錄像機、CD播放及大多數(shù)的實驗室設備等。
    圖2.1示出的是整流器和完整電源供應器的基本模塊圖。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器的模塊圖。濾波器( filter)主要是用來濾除經(jīng)過整流后電壓的波動，可得到相對較為穩(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載電阻出現(xiàn)變動時，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雜的集成電路。負載模塊(load block)表示電源供應器的供給目標，在此模塊上可得到直流電壓和負載電流。

        
   2.半波整流器
    圖2.2說明所謂的半波整流( half-wave)的過程。將二極管接到一個交流電源和負載電阻電路中，就形成半波整流器。請記得所有的接地符號代表著共同接地的電位。我們利用二極管的理想模型，監(jiān)視正弦波電壓某個輸入周期的變化情況。當輸入電壓正弦波(Vin)處在正半周期時，二極管正向偏壓，經(jīng)過負載電阻的電流，如圖2.2(a)所示。此電流會在負載的兩端產(chǎn)生輸出電壓，與輸入電壓的正半周期有相同的波形。
    當輸入電壓進入負半周期時，二極管處于反向偏壓的狀態(tài)。因此電路中無電流，所以負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，負載電阻兩端才會出現(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)過半波整流的輸出電壓平均值，也就是利用直流電壓表測量出來昀值。數(shù)學上的含意，可借助于計算一個如圖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，有詳細的說明。

                      
   3.門檻電壓對半波整流器輸出電壓的影響
    當我們考慮到0. 7V的門檻電壓時，就要采用二極管的實際模型，這是以下我們要討論的情況。在正半周期時，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）遠大于門檻電壓，門檻電壓的影響就可以忽略。但是，本書為了統(tǒng)一起見，除非特別注明，一律采用實際的二極管模型，即將0. 7V考慮進來。

                 
   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)在輸入電壓負半周期，此時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，都會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優(yōu)點：第一個，可根據(jù)需要，將電源電壓升高或降低；第二個，可以將交流電源與整流器加以隔離，避免次級線圈電路遭受到高壓電擊的損害。

                         
    從基本的交流電路原理，變壓器的次級電壓等于線圈匝數(shù)比，乘以初級電壓，如式(2.4)所示。這里線圈匝數(shù)比定義為次級線圈匝數(shù)與初級線圈匝數(shù)的比：n=NseC/Npri。
                           Vsec=nVpri              (2.4)
    如果n>l，則次級電壓會高于初級電壓。如果n<l，則次級電壓會小于初級電壓.
    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)可以改寫成下式：
                      Vp(out)=Vp(sec)-0. 7V
而式(2.3)就變成：
                          PIV=Vp(sec)