二极管整流电路解析

二极管有单相导电的特性，由此特性可以构成各类整流电路，这也是二极管的基本应用之一，本文介绍几种常见的由二极管组成的整流电路，以Multisim仿真的过程来理论分析一下工作原理，我们做以下约定：二极管为理想二极管，负载以电阻性负载为示例，示波器A通道接输入，波形以红色表示，B通道接输出，波形以蓝色表示。

二、半波整流电路

2.1 电路解析

半波整流电路是将输入的完整正弦波去掉半周，保留半周波形的整流电路，是将连续的交流电转化为脉动电，整流的最终目标是为了将交流电转化为直流电。 (交流电或脉动电转化为直流电需要4个过程：变压、整流、滤波、稳压)。

下图中红色是信号输入，相关幅值可从示波器读出，可见输入是一个峰峰值是40V、频率是50Hz的交流信号，当输入正半周信号时，大于D1的导通电压，则信号经过D1加到负载R1; 当输入负半周信号时，D1截止，则负载R1上没有电压，这样，在一个周期内，只有正半周的电压加到了负载上，形成了一个正半周通过的整流电路，输出信号见示波器蓝色，保留了正弦波的正向波形，去掉了负向信号。

如果把上图中输入信号更换为三角波，再看一下仿真效果，仍然是负向电压被去除了，只向负载输出了正向电压。

二极管有单向导电性，如果要想得到负半周的信号，只需在半波整流电路中将二极管方向调一下即可，见下图，把D1进行了反向，这样，当输入信号是正半周时，二极管截止，负载端没有电压; 当输入电压是负半周时，二极管导通，则负半周的信号经过二极管到达了负载端，仿真波形见下图所示。

2.2 计算(正半周正弦波整流电路)

设输入电压有效值：Uin，输出电压有效值Uo，则有：

输入交流电压 uin = Uin*sin(wt)

输出电压有效值Uo = 0.45*Uin

负载平均电流 Id = Uo/R1

二极管最大反向电压(无负载电容) Udmax = Uin

二极管最大反向电压(有负载电容) Udmax =2 Uin(电压叠加)

2.3 小结

通过上面的解析，可以得到以下内容：

A: 半波整流电路的交流利用率是50%;

B: 半波整流电路的输出是一个直流脉动电压;

C: 有负载电容的半波整流电路中，二极管最大反向电压为2倍的交流输入峰值电压，即2 Uin;

D: 二极管与电容的选型要负载对电流的要求。

三、全波整流电路

3.1 电路解析

全波整流电路由两个二极管组成，分别在正弦波的正、负半周导通，这样可以输出一个连续的脉动信号，频率是半波整流输出的一倍。

下图中红色是电压输入，相关幅值可从示波器读出，可见输入是一个峰峰值是40V、频率是50Hz的交流信号，当输入正半周电压时，
D1导通，D2截止，则信号经过D1加到负载R1; 当输入负半周电压时，D1截止，D2导通，则信号经过D2加到负载R1，这样，在一个周期内，正负半周的电压都加到了负载上，且方向相同，输出电压见示波器蓝色。

输出电压的频率提高了，可是仍然是一个脉动电源，如果在负载端增加电容进行滤波，则电压会变平滑，如下图，增加了一个10uF电容后，仿真效果。 电容在脉动电压峰值之间向负载放电，输出电压发生了变化。

3.2 计算

设输入电压有效值：Uin，输出电压有效值Uo，则有：

输入交流电压 uin = Uin*sin(wt)

输出电压有效值Uo = 0.9*Uin

负载平均电流 Id = Uo/R1

二极管最大反向电压Udmax =2 Uin

3.3 小结

通过上面的解析，可以得到以下内容：

A: 二极管全波整流的电流利用率是100%;

B: 二极管全波整流输出的是一个直流脉动电压;

C: 二极管最大反向电压是2倍的输入峰值电压，即2 Uin;

D: 二极管与电容的选型要负载对电流的要求。

四、桥式整流电路

4.1 电路解析

桥式整流电路由四个二极管组成，在正弦波的正、负半周分别有两个二极管导通，这样可以输出一个连续的脉动信号，频率是半波整流输出的一倍。

下图中红色是电压输入，相关幅值可从示波器读出，可见输入是一个峰峰值是40V、频率是50Hz的交流信号，当输入正半周电压时，
D1、D4导通，D2、D3截止，电压加到负载R1; 当输入负半周电压时，D1、D4截止，D2、D3导通，电压加到负载R1，这样，在一个周期内，正负半周的电压都加到了负载上，且方向相同，输出电压见示波器蓝色。

如下图，增加了一个10uF电容后，仿真效果。 电容在脉动电压峰值之间向负载放电，输出电压发生了变化。

可见，桥式整流和二极管全波整流效果相同，桥式也是全波的一种，但是同样都是全波整流，两个二极管在电路中，和四个二极管在电路中，有什么区别呢? 桥式有什么意义? 其实是，桥式整流用牺牲两个二极管的代价，降低了二极管的最大反向电压，这样简化了要求，选型也简单了，另外，二极管的反向电压越高，则成本越高，使用桥式也有利于降低成本。 所以在实际应用中，桥式整流是常用的电路形式。

4.2 计算

设输入电压有效值：Uin，输出电压有效值Uo，则有：

输入交流电压 uin = Uin*sin(wt)

输出电压有效值Uo = 0.9*Uin

负载平均电流 Id = Uo/R1

二极管最大反向电压Udmax = Uin

4.3 小结

通过上面的解析，可以得到以下内容：

A: 二极管桥式整流的电流利用率是100%;

B: 二极管桥式整流输出的是一个直流脉动电压;

C: 二极管最大反向电压与输入峰值电压相同，即 Uin;

D: 二极管与电容的选型要负载对电流的要求。

五、半波倍压整流电路

本节主要介绍的是二倍压整流电路，是由两个半波整流对电容充电的串联而成，当输入电压为负半周时，D1导通，由输入电压对C1进行充电，可达到Uin; 当输入电压为正半周时，D2导通，由C1上的电荷与输入电压同时对C2进行充电; C1失去的电荷在下一次输入电压的负半周期间可以得到补充，在若干个周期后，C1的电压稳定在Uin，C2的电压稳定在2Uin，即输入电压的2倍。

当D2截止时，C2通过负载放电，电压降低，在下一输入负半周期会得到补充，所以输出的电压是C2在一个周期内的平均值，理论上低于2倍的输入电压，具体低多少，取决于负载的阻值，阻值越大，越接近2倍的输入电压。