二极管的一个重要应用是在整流电路的设计中。简单地说，该电路将交流电 (AC) 转换为直流电 (DC)。这是交流转直流电源设计中必不可少的电路。

整流电路

为了给任何电路供电，都需要电源；如果您想从交流电源为电子设备供电，则需要整流器。

图 1.1 所示为直流电源的示意图。有一条 120 V (rms)、60 Hz 交流线路为电源供电，为电子电路（负载块）提供电压V O。V O必须是稳定的直流电压，以确保电子电路正常工作。

 

图 1.1

 

看图，首先我们看到变压器。该变压器是降压变压器，将高交流输入电压“降压”为较低的交流电压输入整流器。该变压器由两个不同匝数的独立线圈绕组（初级和次级绕组）组成，N 1用于初级，N 2用于次级。因此，交流电压v S可以写为 120(N 2 / N 1 ) V (rms)，并在次级绕组的两个端子之间测量。

接下来，二极管整流器将交流电压v S转换为直流电压。该电压将表现出较大的变化，因此不适用于电子电路。过滤器用于消除这些变化。

但是，即使在过滤之后，电压也会出现微小的变化，称为纹波。因此，电压调节器用于大大降低纹波并建立可靠的直流电源轨。

半波整流电路

半波整流器消除了输入正弦波的负部分。在图 1.2 (A) 中，图示了半波整流器。在本文中，我们将使用二极管的恒压降 (CVD) 模型，因为它很简单。从这个模型中，我们得到了 

 

$${}_{}=0$$ 当 $${}_{}<{}_{}$$    

公式 1.1 (A)

 

$${}_{}={}_{}-{}_{}$$ 当 $${}_{}\ge {}_{}$$    

公式 1.1 (B)

 

其中V D  ≈ 0.7 V。上述等式导致传输特性如图 1.2 (B) 所示。图 1.2 (C) 说明了当输入电压v S为正弦波时提供的电压输出 。 

 

图 1.2 (A) 半波整流器

 

 

图1.2（B）整流电路的传递特性

 

图 1.2（C）输入输出波形

 

在确定在整流电路中使用哪些二极管时，需要考虑两件事：1) 二极管处理电流的能力，必须根据二极管预期传导的最大电流来选择，以及 2 ) 峰值反向电压 (PIV)，这是二极管将承受的最高反向电压；二极管必须能够承受 PIV。观察图 1.2 (A)，我们可以观察到当电压 v S 为负时，二极管将截止，电压 v O的值为零，导致二极管两端的反向电压为v S . 因此，PIV 是v S的峰值：

 

PIV =  V S     

公式 1.2

 

其中V S（带有大写字母 V）表示输入正弦波的峰值幅度。

值得注意的一件事是，当输入正弦波的峰值幅度没有明显高于V D时，电路显然不会有效运行。例如，峰值幅度为 200 mV 的正弦输入根本不会被整流，因为二极管永远不会“导通”，即它永远不会传导大量电流。 

全波整流电路

与半波整流器不同，全波整流器可以同时利用交流输入电压的正负部分。为了实现单极性输出，必须反转正弦波形的负部分。这可以通过使用图 1.3 (A) 中所示的电路来实现。

 

图 1.3 (A) 全波整流电路；变压器有一个中心抽头的次级绕组

 

在这种配置中，降压变压器的次级绕组就是所谓的“中心抽头”。中心抽头或 CT 是绕组中间的电触点。该 CT 用于 在变压器次级绕组的两半之间提供两个相等的电压v S 。当输入电压为正时，两个v S 信号也将为正，当输入电压大于V D时，二极管 D 1 导通，二极管 D 2 反向偏置。流入二极管 D 1的电流 也将流过电阻 R 然后回到CT。在输入正弦波的正半周期期间，该电路的行为就像半波整流器一样。

在负半周期内，两个 v S 电压都将为负。现在，二极管 D 1反向偏置，二极管 D 2导通。流过D 2的电流 随后将流过电阻器 R 并返回到 CT。

因此，电流在两个半周期内流动，而且通过电阻器的电流将始终沿相同方向流动。结果是单极输出电压，如图 1.3 (C) 所示。

 

图 1.3 (B) 全波整流器的传输特性

如果我们考虑电路在正半周期内的运行，则D 2阴极的电压为 ( v S - V D )， D 2阳极的电压为 - v S。因此，PIV 是 ( V S - V D ) - (- V S )：

PIV = 2 V S  -  V D

公式 1.3

 

请注意，此 PIV 大约是半波整流器的两倍。 

 

图 1.3（C）输入输出波形

结论

在本文中，我们讨论了整流电路的用途以及两种特定类型的整流器：半波整流器和全波整流器。整流器是电源的基本电路，可将交流输入电压转换为可用于为电子电路供电的直流电压电源。我们看到半波整流器利用输入正弦波的交替半周期，而全波整流器利用正半周期和负半周期。