全波整流器
發(fā)布時(shí)間:2011/12/13 11:34:42 訪問次數(shù):8154
雖然半波整流器仍然有很多用處,但是直流電源供應(yīng)器使用最多的仍是全波整流器( full-wave rectifiers)。在本節(jié)中,將運(yùn)用學(xué)到的半波整流器的知識(shí),擴(kuò)展應(yīng)用到全波整流器的原理中。
你將會(huì)學(xué)習(xí)到兩種全波整流器:中心抽頭式和橋式整流器。
在學(xué)習(xí)完本節(jié)的內(nèi)容后,N010-0559-V036你應(yīng)該能夠:說明并且分析全波整流器的工作原理;參與討論全波整流器和半波整流器的不同點(diǎn);能夠求出全波整流電壓的平均值;說明中心抽頭式全波整流器的工作原理;解說變壓器耦合線圈匝數(shù)比,如何影響整流器的輸出電壓;能夠求出峰值反向電壓(PIV);說明橋式全波整流器的工作原理;比較中心抽頭式整流器與橋式整流器。
全波整流器在整個(gè)輸入周期都會(huì)允許單向電流流過負(fù)載電阻,而半波整流器只會(huì)在一半的輸入周期允許單向電流流過負(fù)載電阻。全波整流的結(jié)果,使得輸出電壓的頻率為輸入電壓頻率的兩倍,如圖2.11所示。
在相同的時(shí)間間隔中,全波整流電壓的正值波峰的數(shù)目是半波整流電壓的兩倍。平均值,也就是在直流電壓表上所測(cè)得的值,也是半波整流的兩倍,如同下式所示:VAVG=2Vp/π
全波整流電壓的平均信VAVG是峰值電壓Vp的63.7%。
1.中心抽頭式全波整流器
中心抽頭式全波整流器(the center-tapped full-waverectifier),是在變壓器的次級(jí)端采用中心抽頭接地,并在變壓器輸出兩端各接上一個(gè)二極管,如圖2.13所示。輸入電壓是通過變壓器耦合到中心抽頭的次級(jí)端。如圖所示,次級(jí)端總電壓各有一半分別出現(xiàn)在中央抽頭與次級(jí)端線圈兩端之間。
在輸入電壓的正半周期,次級(jí)端電壓的極性如圖2.14(a)所示。在這種情況下,D1處于正向偏壓而D2則是反向偏壓。電流流徑的路徑則如圖所示,先經(jīng)過D1然后再通過負(fù)載電阻RL。在輸入電壓的負(fù)半周期,次級(jí)端電壓的極性如圖2.14(b)所示。在這種情況下,D1處于反向偏壓而D2則是正向偏壓。電流的路徑則是如圖所示,先經(jīng)過D2再流過負(fù)載電阻。如圖所示,因?yàn)樵谳斎腚妷旱恼、?fù)半周期,輸出電流經(jīng)過負(fù)載電阻的方向均相同,則在負(fù)載電阻上的輸出電壓是全波整流的直流電壓。
1.線圈匝數(shù)比對(duì)輸出電壓的影響
如果變壓器的線圈匝數(shù)比是1,則整流輸出電壓的峰值等于初級(jí)輸入電壓峰值的一半,再減去門檻電壓,如圖2. 15所示。這是因?yàn)榇渭?jí)線圈每一端對(duì)地的電壓,等于初級(jí)電壓的一半(但是總次級(jí)電壓Vp(sec)-Vp(pri)。我們?cè)谟懻撜蚱珘簳r(shí),將涉及的門檻電壓視為二極管電壓降(diode drop)。
為了能讓輸出電壓的峰值等于輸入電壓的峰值(減去二極管電壓降),所使用變壓器的線圈匝數(shù)比必須為n=2,如圖2.16所示。
在任何情況下,中心抽頭式全波整流器的輸出電壓均為次級(jí)電壓的一半,再減去二極管電壓降,不論線圈的匝數(shù)比是多少,均如下式所示: Vout=Vsec/2-0.7V (2.6)
2.峰值反向電壓
全波整流器的每一個(gè)二極管都反復(fù)施加正向偏壓和反向偏壓。每個(gè)二極管所需承受的最大反向偏壓,就是次級(jí)電壓的峰值Vp(sec)參見圖2.17,其中D2假設(shè)為反向偏壓而D1假設(shè)為正向偏壓來描述這個(gè)概念。
當(dāng)次級(jí)總電壓的極性如圖所示,則D1的陽極電壓最大值為+Vp(sec)/2,而D2的陽極電壓最大值為-Vp(sec)/2。因?yàn)槭钦蚱珘海云潢帢O的電壓就是陽極的電壓減掉二極管電壓降,此電壓其實(shí)也就是D2陰極的電壓。二極管的峰值反向電壓就是
因?yàn)閂p(out)=Vp(sec)/2-0.7V,如將式予的兩邊均乘上2,再經(jīng)過移項(xiàng)后,就得出 Vp(sec) =2Vp(out)+1.4V
因此,經(jīng)過代換后,中心抽頭式全波整流器的任意一個(gè)二極管的峰值反電壓就是
PIV= 2Vp(out)+0.7V (2.7)
3.橋式全波整流器
橋式整流器(bridge rectifier)需要使用到四個(gè)二極管,其電路的連接方式如圖2.20所示。如圖2.20(a)在輸入電壓的正半周期,二極管D1和D2是正向偏壓,并且電流的方向如圖所示。此時(shí)負(fù)載電阻RL上的電壓波形,與輸入電壓的正半周期相同。而此時(shí),二極管D3和D4為反向偏壓。
如圖2.20(b),當(dāng)輸入電壓的負(fù)半周期,二極管D3和D4是正向偏壓,則電流通過負(fù)載電阻的方向,與正半周期電流的方向相同。當(dāng)輸入電壓的負(fù)半周期,D1和D2是反向偏壓。因此負(fù)載電阻RL兩端電壓就成為全波整流的輸出電壓。
(1)橋式輸出電壓
采用變壓器耦合輸入的橋式整流器如圖2.21(a)所示。在次級(jí)總電壓的正半周期時(shí),二極管D1和D2是正向偏壓。若忽略二極管電壓降,則次級(jí)電壓就是負(fù)載電阻兩端的電壓。在負(fù)半周時(shí)期,D3和D4是正向偏壓,也可得出相同的結(jié)果。
Vp(out)=Vp(sec)
你可從圖2.21(b)看出,在正負(fù)半周期時(shí),都會(huì)有兩個(gè)二極管與負(fù)載電阻串聯(lián)。如果計(jì)人這些二極管的電壓降,則輸出電壓就成為
Vp(out)=Vp(sec)-1.4V (2.8)
2.峰值反向電壓
讓我們假設(shè)D1和D2是正向偏壓,然后計(jì)算D3和D4的反向偏壓。如圖2.22(a)所示,將二極管D1和D2視為短路(理想模式),則你可發(fā)現(xiàn)D3和D4承受昀峰值反向電壓就等于次級(jí)電壓的峰值。既然在理想狀況下,輸出電壓應(yīng)該就是次級(jí)電壓,所以
PIV=Vp(out)
如果正向偏壓下二極管的電壓降也計(jì)入,如圖2.22(b)所示,則反向偏壓下二極管的峰值反向電壓可利用Vp(on)表示為
PIV= Vpcout)+0. 7V (2.9)
橋式整流器所使用的二極管的峰值反向電壓額定值,將比中心抽頭式整流器所要求的小。如果忽略二極管電壓降,在相同輸出電壓下,橋式整流器所采用二極管的峰值反向電壓的額定值,只需要中央抽頭式整流器的一半即可。
雖然半波整流器仍然有很多用處,但是直流電源供應(yīng)器使用最多的仍是全波整流器( full-wave rectifiers)。在本節(jié)中,將運(yùn)用學(xué)到的半波整流器的知識(shí),擴(kuò)展應(yīng)用到全波整流器的原理中。
你將會(huì)學(xué)習(xí)到兩種全波整流器:中心抽頭式和橋式整流器。
在學(xué)習(xí)完本節(jié)的內(nèi)容后,N010-0559-V036你應(yīng)該能夠:說明并且分析全波整流器的工作原理;參與討論全波整流器和半波整流器的不同點(diǎn);能夠求出全波整流電壓的平均值;說明中心抽頭式全波整流器的工作原理;解說變壓器耦合線圈匝數(shù)比,如何影響整流器的輸出電壓;能夠求出峰值反向電壓(PIV);說明橋式全波整流器的工作原理;比較中心抽頭式整流器與橋式整流器。
全波整流器在整個(gè)輸入周期都會(huì)允許單向電流流過負(fù)載電阻,而半波整流器只會(huì)在一半的輸入周期允許單向電流流過負(fù)載電阻。全波整流的結(jié)果,使得輸出電壓的頻率為輸入電壓頻率的兩倍,如圖2.11所示。
在相同的時(shí)間間隔中,全波整流電壓的正值波峰的數(shù)目是半波整流電壓的兩倍。平均值,也就是在直流電壓表上所測(cè)得的值,也是半波整流的兩倍,如同下式所示:VAVG=2Vp/π
全波整流電壓的平均信VAVG是峰值電壓Vp的63.7%。
1.中心抽頭式全波整流器
中心抽頭式全波整流器(the center-tapped full-waverectifier),是在變壓器的次級(jí)端采用中心抽頭接地,并在變壓器輸出兩端各接上一個(gè)二極管,如圖2.13所示。輸入電壓是通過變壓器耦合到中心抽頭的次級(jí)端。如圖所示,次級(jí)端總電壓各有一半分別出現(xiàn)在中央抽頭與次級(jí)端線圈兩端之間。
在輸入電壓的正半周期,次級(jí)端電壓的極性如圖2.14(a)所示。在這種情況下,D1處于正向偏壓而D2則是反向偏壓。電流流徑的路徑則如圖所示,先經(jīng)過D1然后再通過負(fù)載電阻RL。在輸入電壓的負(fù)半周期,次級(jí)端電壓的極性如圖2.14(b)所示。在這種情況下,D1處于反向偏壓而D2則是正向偏壓。電流的路徑則是如圖所示,先經(jīng)過D2再流過負(fù)載電阻。如圖所示,因?yàn)樵谳斎腚妷旱恼、?fù)半周期,輸出電流經(jīng)過負(fù)載電阻的方向均相同,則在負(fù)載電阻上的輸出電壓是全波整流的直流電壓。
1.線圈匝數(shù)比對(duì)輸出電壓的影響
如果變壓器的線圈匝數(shù)比是1,則整流輸出電壓的峰值等于初級(jí)輸入電壓峰值的一半,再減去門檻電壓,如圖2. 15所示。這是因?yàn)榇渭?jí)線圈每一端對(duì)地的電壓,等于初級(jí)電壓的一半(但是總次級(jí)電壓Vp(sec)-Vp(pri)。我們?cè)谟懻撜蚱珘簳r(shí),將涉及的門檻電壓視為二極管電壓降(diode drop)。
為了能讓輸出電壓的峰值等于輸入電壓的峰值(減去二極管電壓降),所使用變壓器的線圈匝數(shù)比必須為n=2,如圖2.16所示。
在任何情況下,中心抽頭式全波整流器的輸出電壓均為次級(jí)電壓的一半,再減去二極管電壓降,不論線圈的匝數(shù)比是多少,均如下式所示: Vout=Vsec/2-0.7V (2.6)
2.峰值反向電壓
全波整流器的每一個(gè)二極管都反復(fù)施加正向偏壓和反向偏壓。每個(gè)二極管所需承受的最大反向偏壓,就是次級(jí)電壓的峰值Vp(sec)參見圖2.17,其中D2假設(shè)為反向偏壓而D1假設(shè)為正向偏壓來描述這個(gè)概念。
當(dāng)次級(jí)總電壓的極性如圖所示,則D1的陽極電壓最大值為+Vp(sec)/2,而D2的陽極電壓最大值為-Vp(sec)/2。因?yàn)槭钦蚱珘海云潢帢O的電壓就是陽極的電壓減掉二極管電壓降,此電壓其實(shí)也就是D2陰極的電壓。二極管的峰值反向電壓就是
因?yàn)閂p(out)=Vp(sec)/2-0.7V,如將式予的兩邊均乘上2,再經(jīng)過移項(xiàng)后,就得出 Vp(sec) =2Vp(out)+1.4V
因此,經(jīng)過代換后,中心抽頭式全波整流器的任意一個(gè)二極管的峰值反電壓就是
PIV= 2Vp(out)+0.7V (2.7)
3.橋式全波整流器
橋式整流器(bridge rectifier)需要使用到四個(gè)二極管,其電路的連接方式如圖2.20所示。如圖2.20(a)在輸入電壓的正半周期,二極管D1和D2是正向偏壓,并且電流的方向如圖所示。此時(shí)負(fù)載電阻RL上的電壓波形,與輸入電壓的正半周期相同。而此時(shí),二極管D3和D4為反向偏壓。
如圖2.20(b),當(dāng)輸入電壓的負(fù)半周期,二極管D3和D4是正向偏壓,則電流通過負(fù)載電阻的方向,與正半周期電流的方向相同。當(dāng)輸入電壓的負(fù)半周期,D1和D2是反向偏壓。因此負(fù)載電阻RL兩端電壓就成為全波整流的輸出電壓。
(1)橋式輸出電壓
采用變壓器耦合輸入的橋式整流器如圖2.21(a)所示。在次級(jí)總電壓的正半周期時(shí),二極管D1和D2是正向偏壓。若忽略二極管電壓降,則次級(jí)電壓就是負(fù)載電阻兩端的電壓。在負(fù)半周時(shí)期,D3和D4是正向偏壓,也可得出相同的結(jié)果。
Vp(out)=Vp(sec)
你可從圖2.21(b)看出,在正負(fù)半周期時(shí),都會(huì)有兩個(gè)二極管與負(fù)載電阻串聯(lián)。如果計(jì)人這些二極管的電壓降,則輸出電壓就成為
Vp(out)=Vp(sec)-1.4V (2.8)
2.峰值反向電壓
讓我們假設(shè)D1和D2是正向偏壓,然后計(jì)算D3和D4的反向偏壓。如圖2.22(a)所示,將二極管D1和D2視為短路(理想模式),則你可發(fā)現(xiàn)D3和D4承受昀峰值反向電壓就等于次級(jí)電壓的峰值。既然在理想狀況下,輸出電壓應(yīng)該就是次級(jí)電壓,所以
PIV=Vp(out)
如果正向偏壓下二極管的電壓降也計(jì)入,如圖2.22(b)所示,則反向偏壓下二極管的峰值反向電壓可利用Vp(on)表示為
PIV= Vpcout)+0. 7V (2.9)
橋式整流器所使用的二極管的峰值反向電壓額定值,將比中心抽頭式整流器所要求的小。如果忽略二極管電壓降,在相同輸出電壓下,橋式整流器所采用二極管的峰值反向電壓的額定值,只需要中央抽頭式整流器的一半即可。
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