深度剖析半波整流的过程

　　半波整流

　　下图显示了施加到二极管的时变信号的最简单图表：

　　在这里，我们可以看到一个交流波形，其中周期T表示波形的一个完整周期，它是中心轴上方和下方的部分或驼峰的平均值或代数和。

　　

　　这种类型的电路，其中单个整流二极管与时变正弦交流信号输入一起施加以产生具有输入值一半的直流输出，称为半波整流器。二极管在此电路中称为整流器。

　　在交流波形的t = 0→

T/2之间的时间段内，电压vi的极性在下图所示的方向上产生“压力”。这允许二极管接通并以二极管符号正上方所示的极性导通。

　　

　　由于二极管完全导通，用短路代替二极管将产生输出，如上图右侧图像所示。

　　毫无疑问，生成的输出似乎是波形中心轴上方施加的输入信号的精确复制。

　　在T/2→T期间，输入信号vi的极性变为负，这导致二极管关断，导致二极管端子上出现等效开路。因此，电荷在T/2→

T期间无法流过二极管路径，导致vo为：

　　vo = iR = 0R = 0 V（使用欧姆定律）。响应可以在下图中可视化：

　　

　　在此图中，我们可以看到二极管的直流输出Vo在输入完整周期的轴上方产生一个净平均正区域，该区域可以通过以下公式确定：

　　Vdc = 0.318 Vm（半波）

　　二极管半波整流过程中的输入vi和输出vo电压如下图所示：

　　

　　从上面的图表和解释中，我们可以将半波整流定义为二极管在其输出端消除一半输入周期的过程。

　　使用硅二极管

　　当硅二极管用作整流二极管时，由于它具有VT = 0.7 V的正向压降特性，因此会产生正向偏置区域，如下图所示：

　　

　　VT = 0.7 V意味着现在输入信号必须至少为0.7 V，以确保二极管成功导通。如果输入VT小于0.7

V，则无法打开二极管，二极管将继续处于开路模式，Vo = 0 V。

　　当二极管在整流过程中导通时，它会产生一个直流输出，该输出承载电压差vo - vi的固定电压电平，等于上述0.7

V的正向压降。我们可以用以下公式表示这个固定水平：

　　vo = vi - VT

　　这会导致轴上方的平均输出电压降低，导致二极管的整流输出略有净降低。

　　参考上图，如果我们认为Vm（峰值信号电平）比VT足够高，使得Vm》》VT，我们可以使用以下公式非常准确地评估二极管的平均直流输出值。

　　Vdc ≅ 0.318（Vm - VT）

　　更准确地说，如果输入交流峰值足够高于二极管的VT（正向压降），那么我们可以简单地使用前面的公式来估计二极管的整流直流输出：

　　Vdc = 0.318 Vm

　　半桥整流器求解示例

　　问题：

　　评估输出vo并找出输出的直流幅度，用于如下所示的电路设计：

　　

　　溶液：对于上述电路网络，二极管将为输入信号的负部分打开，vo将如下图所示。

　　

　　对于输入交流周期的整个周期，直流输出将为：

　　Vdc = 0.318Vm = - 0.318（20 V） = - 6.36 V

　　负号表示输出直流的极性，与问题下图中提供的符号相反。

　　问题#2：考虑到二极管是硅二极管，解决上述问题。

　　如果是硅二极管，输出波形如下所示：

　　

　　输出直流可以按如下说明计算：

　　V 直流 ≅ - 0.318（Vm - 0.7 V） = - 0.318（19.3 V） ≅ - 6.14 V

　　0.7 V系数引起的输出直流电压降约为0.22V或约3.5%