什么是全波整流电路？全波整流电路与半波整流电路的比较

1、什么是全波整流电路？

全波整流电路是将交流电压转换为直流电压的电路，输入的交流电压在两个周期内均被完全整流。输出直流电压的波形具有频率等于市电电压频率两倍的纹波。

全波电路的输出电压波形

实际上，如果将 T 称为电源电压周期，则输出波形会在 T/2 的时间后重复出现。换句话说，输出波形的频率是输入波形频率的两倍。如果与上一篇半周波整流电路相比，该整流电路输出平均电压更大，输出波形更平滑。 全波整流电路有两种类型。第一种是使用中心抽头变压器，第二种方法是使用桥式整流电路。我们将了解这些电路的图表和原理。

平均输出电压和电流的计算公式：

正如我们所看到的：负载电阻两端的平均直流输出电压是半波整流电路的两倍

2.中心抽头整流器

首先，我们将了解使用中心抽头变压器的整流电路。基本上这个电路将包括：带中心抽头的变压器、两个二极管、电阻负载。 为简单起见，在仿真中我们将选择比率为 1:2 的变压器。这意味着，如果我们施加输入电压 Vin，那么在次级绕组的输出端，我们将获得 2 倍的 Vin。

中心抽头全波整流电路图

- 工作准则：

+ 在正循环期间，只有二极管 D1 正向偏置，因此二极管 D1 导通而该二极管 D2 保持关闭状态。因此输出电压将等于电源电压：Vo = Vs。严格来说，Vo = Vs + VD1，但由于二极管 D1 上的压降与电源电压相比非常小。所以我们假设二极管是理想的。 否则：Vs + Vo + VD2 = 0 => VD2 = -2Vs。因此，对于这种整流电路，在设计电路时要注意的一个参数就是二极管上的反向电压是峰值电压的两倍。

如果我们施加峰值电压为 10V 的输入信号，则二极管的峰值反向电压应大于 20V。 因此，在设计特定电压的电路时，我们应该经常检查二极管可以承受的最大反向电压。 在负半周期内，二极管 D2 正向偏置，允许电流通过。在此期间，二极管 D1 处于反向偏置状态，将阻止电流通过它。通过 D2 和负载的电流与正循环电流方向相同。因此，电流正向流过负载，输出电压：Vo = -Vs > 0。

3、全桥整流电路

3.1 使用4个二极管的全波整流桥电路图

桥式整流电路使用4个二极管，输入电压将连接到每对二极管的中点。输出为直流电，正极接两个Top二极管的负极。负极是底部二极管正极的连接器

负载R使用4个二极管的桥式整流电路图

电路工作原理： + 如果我们将正弦波用作该电路的输入，则在正半周期内，该二极管 D1 和 D2 将导通。而此 D3 和 D4 二极管将保持关闭状态。 因此，在正半周期内，电流将流过 D1、R、D2。假设这个二极管 D2 和 D4 是理想的。在那种情况下，这个输入电压将出现在这个负载电阻上：Vo = Vs。所以，同样的输入电压也会出现在输出端。 + 同样，在负半周期内，这些二极管 D3 和 D4 将保持关闭状态。在另一端，这些二极管 D1 和 D2 将导通。 因此，在负半周期内，电路中的电流将流过 D3、R、D4 和 Vo = -Vs > 0。因此我们得到两个半周期的输出波形。在负半周期内，流过负载的电流也是同向的。

3.2 采用4个SCR的全波可控桥式整流电路图

受控全波整流器使用 4 个 SCR 代替二极管。在此仿真电路中，我将使用脉冲发生器生成方波脉冲形式的信号。控制信号与输入电压同步。这种情况下的控制角度为 60 度。

全波可控桥式整流电路图

工作准则： + 在正循环中，当没有控制信号时，4个可控硅均不导通，因此输出电压为0。当控制脉冲施加到两个可控硅的G1、G2引脚时，立即使两个可控硅D1和D2开启，而 D3 和 D4 仍处于关闭状态。负载两端的电压等于电源电压。 + 在负循环中，当没有控制脉冲时，所有二极管都不导通。当有控制脉冲时，SCR D3、D4 导通，SCR D1、D2 现在反向偏置。电流正向流过负载，输出电压与源电压大小相同但符号相反：Vo = -Vs > 0。

3.3 对称半控桥式整流器

不对称半控桥式整流器使用两个 SCR 和两个二极管连接到桥式电路的每一列。使用两个二极管代替两个可控硅有助于降低成本和加宽控制角（最大励磁角为 180 度）。

带R负载的不对称半控桥式整流器

关于不对称半控桥式整流器的解释

+ 在正周期，当有控制脉冲G1时，SCR D1和Diode D2串联导通。同时，SCR D4 和 D3 反向偏置。所以通过SCR1、R、D2的电流和输出电压等于输入电压：Vo=Vs。 在负周期期间，当控制脉冲 G2 施加到 SCR D4 的栅极端时，D3 和 D4 导通。但是 SCR D1 和二极管 D2 会“关闭”，因为它们现在处于反向偏置状态。通过负载的电流方向与之前相同且 Vo = -Vs >0

3.4 对称半控桥式整流电路

对称式半控桥式整流器也是采用两个可控硅和两个二极管，但两个可控硅不接在同一列上。电路图如下图：

对称半控整流桥电路

半控桥式整流器的工作原理： 该电路的操作类似于非对称桥式电路的操作。当有控制脉冲G3时，可控硅D1和二极管D2导通，可控硅D3和二极管D4保持关断。当给可控硅D3的控制引脚一个控制脉冲G3时，D3和D4导通，D1和D2截止。 两个周期的输出电压波形和电压值与非对称桥式电路类似：Vo = |Vs|。在整个周期内，电流沿一个方向流过负载。

4.带电容滤波的全波整流电路图

我们观察这个输出波形，它不完全是直流电压。因为这个输出波形仍然存在一些周期性变化。 直流输出电压的这种周期性交流变化称为纹波。并且可以通过在整流器的输出端使用滤波电路来降低这种纹波。 无论是中心抽头整流电路还是桥式整流电路，输出电压波形都是一样的。因此，当我们使用相同型号的滤波电容时，会得到相同的直流电压值。

全波整流电容滤波电路图 使用这个滤波电路，这个纹波被去除的好坏，取决于这个负载电阻的值以及这个电容。

滤波电容整流电路工作原理

+ 在正半周期内，该电容器将充电至峰值电压。一旦这个电容充满电，那么这个二极管D1、D2就会反向偏置。因此，在峰值电压之后，该电容器通过该电阻器 R 放电。 + 每当电容器两端的电压刚好低于输入电压时。电容器再次开始充电。因此，在那之后，该电容器再次开始通过二极管 D3、D4 充电。 当电容两端的电压成为峰值电压时，则该二极管D3、D4将截止。再一次，现在这个电容器开始通过这个电阻器 R 放电。

如何去除波纹

+ 在电路中，纹波去除的好坏，取决于这个滤波器的RC时间常数。为了更好地抑制此纹波，RC 时间常数应远大于此时间段。 + 假设如果这个 RC 时间常数小于这个时间周期 T，在这种情况下，这个电容器将快速放电。因此，我们将在输出波形中获得更多纹波。避免这种情况，这个 RC 时间常数应该比这个 T 大得多。 => 由于电阻负载是恒定的，我们可以增加 C 的值来消除纹波

5、全波整流电路与半波整流电路的比较

– 全波整流电路的优点

+ 效率高于半波整流电路 + 整流时，无电压信号浪费，功率损耗小。 + 输出电压的波形比半波整流器的波纹小。因此，平均输出直流电压较高。

– 与半波整流电路相比的缺点

+ 全波电路的缺点是它们更昂贵并且往往占用更多的空间和面积。对于带有中心抽头整流器的整流电路，电路的容量受限于变压器的容量。







审核编辑：刘清