二极管整流电路的基本概念
什么是交流电？
电流有交流电和直流电两种。一般发电厂送的是交流电，干电池发的电是直流电。交流电流的方 向随时间而变化，而直流电流的方向总是从正极流向负极。交流电流方向随时间变化的关系，可以用 图来表示。画两根互相垂直的线，取水平线作为时间数值线，取垂直线作为电流数值线。时间一般用t 表示，电流一般用i表示，所以时间数值线叫做t轴，电流数值线叫做i轴。t轴i轴的交点叫做零点或原 点，即开始点。这样，在t轴上可以划分很多小段，每一段代表一定的时间，例如 1/100秒或 1/1000秒；在i轴 上也可划分很多小段，每一小段代表一定的电流，例如1安或 1/1000安。如果以i等于零这一点的时间为开 始点，过t 1秒测得i的数值为i 1 ，过t2秒测得i的数值为i 2 ……。通过t 1 t 2 ……i 1 i 2 ……各点，分别画与t 轴和i轴垂直的线，它们的交点，就分别代表t 1 t 2 ……各个时间数值和i 1 i 2 ………各个电流数值相对应的 点。把这些点联起来，就得到一条曲线，见图1。这条曲线就表示了交流电流随时间变化的规律。图1 的曲线，是按一般发电厂发的交流电画的。
干电池发的电，用上述图解方法表示，如图2所示，在短时间内，是一根与t轴平行的线，也就是 它的方向、大小不随时间变化。 从图1可以看出，电流i从零开始增到最大，又从最大减小到零，以后向另一个方向增到最大，又 从最大减到零。这样周而复始。一般把上述一个变化的完整过程所需的时间，叫做周期，用符号T代表。 我国发电厂发的交流电，周期是1/50秒。一秒钟内变化多少周，叫做频率，用符号F代表，单位叫赫。 周期是 1/50秒，频率就是50赫，即F=1/T 。 图1画的是交流电流随时间变化的曲线，交流电压与时间的关系，也是这样，就不重复说了。
整流的基本概念
电子管、晶体管的电源要求用直流电，但是发电厂供的是交流电。要解决这个矛盾，就需要将交 流电转变为直流电。将交流电转变为直流电的过程，就叫做整流。 从图1可以看出，如果把交流电的一个半周去掉，就可以得到方向不变但是断续的电流，如图3所 示。这种电流有点像人的脉搏跳动那样，所以叫做脉动电流。用什么办法能实现这个设想呢？在了解 了半导体PN结的特点后，就会想到用这种器件来达到整流的目的。
半导体PN结，只能通过一个方向的电流。如果把一个PN结（即晶体二极管，在图中用黑粗箭头符 号代表，箭头方向代表导通方向）按图4那样连结，那么在变压器A点为正时，二极管接上正向电压而 导通，R中有电流通过。经过半周后，变压器A点变为负，B点变为正，二极管接上反向电压而截止，R 中没有电流通过。这样，R中流过的电流，就是图3所示的那种脉动电流。R代表被供电的设备，叫做“ 负载”。 脉动电流作电源，会产生干扰。收音机用这种电源，就会产生很大的嗡嗡干扰声，一般叫交流声。 怎样减小脉动呢？最简单的办法，是在R上并联接上一个电容器C，如图4中虚线所示。由于电路中加入 了一个电容器，当二极管导通时，对电容器充电，当二极管不导通时，电容器C对R放电。因此在正半 周时R中有二极管导通电流，在负半周时，R中有电容器C的放电电流。这两个电流在R中的方向是一致 的。因此，R中的电流在两个半周内就变得平稳多了。电容器C在这里起到了滤波的作用，所以电容器C 也叫做滤波电容器。 从图4可以看出，整流器应包括三个部分：1．变压器；2．整流元件；3．滤波器。变压器的作用 是把交流电源电压变为实际需用的电压。整流元件，如图4中的二极管，是变换交流电流方向的。滤波 器的作用是使变换后获得的电流平稳。下面着重讲一讲整流元件连接的方式。
半波整流
图4的整流器连接方式，上面讲过，只有在正半周内才导通，所以这种整流电路叫半波整流电路。 晶体二极管能承受的电流和反向电压是有限制的。电流太大，就要并联一个或数个二极管，起分 流作用，减小通过每个二极管的电流。电压太高，就要串联一个或数个二极管，起分压作用，减小每 个二极管上所加的电压。这样并联或串联二极管，虽然二极管数目增加了，但是整流效果没有变化， 仍然是半波整流。 半波整流电路整流后的电压，在没有接入电容器C时，可以应用下列公式计算： U=0.45E, 式中U为整流后的电压，E为变压器次级交流电压的有效值。一般发电厂送来作照明用的交流电压， E为220伏，经过变压器，如果降为100伏，那么整流后的电压U=0.45×100=45伏。
接上电容器以后，整流后的电压计算方法就不同了。先看一个特殊的例子，即把R去掉的例子。这 种情况叫做负载开路，如图5所示。在正半周时，二极管导通，电容器C充电。负半周时二极管截止， 但电容器C没有放电电路，因此不能放电。第二个正半周时，电容器C继续充电。因此，电容器C充电是 累积的，直到电容器C上充电到输入电压的最大值为止，并且一直保持这个数值。输入电压的最大值， 等于它的有效值乘以1.41倍。在图5这种情况下，整流后的直流电压U=1.41E。
接上R以后，在电流负半周时，电容器C可以通过R放电，放电的速度跟R和C的大小有关。R和C的数 值愈大，放电愈慢。在这种情况下，电容器C上的直流电压与R的关系较大，一般按U=E估算。 从图5中可以看出，电容器C上的电压是反向加在二极管上的。在选择二极管时，要考虑这个电压 数值，即二极管能经受的最大反向电压必须大于电容器C上的最大电压。
全波整流
全波整流的电路如图6所示。与图4比较，多了一个二极管，并且变压器次级有一个中心抽头O， 这个抽头接地。当A为正B为负时，D1导通，电流从A经D1 、R1 、地、次级线圈中心抽头O完成回路。R中 电流的方向如图中箭头所示。这时D2上加的是反向电压，不能导通。当A为负，B为正时，D1上加的是 反向电压，不能导通。但是D2这时接的却是正向电压，因此D2导通，电流经D2 、R、地、抽头O完成回 路。请注意，不论是D1导通或D2导通。流过R的电流方向都是一样的。
可以看出，这样的电路，在交流电的两个半周都导通，因此叫做全波整流，它的电流随时间变化 的曲线，如图7所示。
全波整流后的电压，可以按下列公式计算： U=2×0.45E=0.9E， E是电源变压器次级每端到中心抽头的电压有效值。可以看出，全波整流比半波整流的效率提高了 一倍。 在全波整流电路中，接上电容器C后，电容器C在两个半周都充电，因此它上面的电压较高，在负 载开路时可能达到2×1.41E伏。如果E=100伏，那么电容器C上的最大可能电压=2×1.41×100=282伏。 这个电压是反向加在二极管上面的。在选择二极管时，要注意二极管所能承受的反向电压数值，不能 小于电容器C上的最高电压。与半波整流对比，全波整流的二极管加的反向电压要高一倍，这是一个缺 点。它的优点是整流效率较高，整流后的电压脉动也较小。 接上电容器C后，整流后的电压可根据U=1.2E估算。
桥式整流
桥式整流电路如图8所示。当变压器A端为正、B端为负时，D1 、D2导通，电流从A经D1 、R、D2到B。 这时D3 、D4不通。当变压器A端为负、B端为正时，D3 、D4导通，这时电流从B经D3 、R、D4到A，D1 、D2不 通。请注意，在正负两个半周内，R中都有电流通过，而且方向不变，达到了整流目的，与全波整流 的效果相同。 在未接电容器C时，桥式整流电路整流后的电压计算公式，与全波整流相同，即U=0.9E。
二极管上加的反向电压，以D3为例说明如下。在正半周时，D3处于反向电压情况下，这个电压等 于图中电桥点3和点2间的电压U32 ，而电桥点3和点2间的电压等于电桥点1、2间的电压U12减点1、3间的 电压U13 。从图中可以看出，U13就是二极管D1上的正向电压，D1导通时，这个电压很小，不到1伏，因此 U32可以近似地等于U12 ，而U12就是交流电源变压后的电压，它的有效值为E，最大值为1.41E。 用同样的方法，可以知道在电源电压的正半周内，D4上的最大反向电压也为1.41E。在电源电压 的负半周内，D1D2上的最大反向电压同样为1.41E。 桥式整流电路与上述全波整流电路比较，整流效能一样，但反向电压较小，而且不需变压器中心 抽头，这是它的优点。缺点是整流元件较多。虽然如此，在实际工作中应用这种电路要普遍得多。
整流电路估算举例
假设有一种晶体管设备，要求直流电源电压为12伏，直流电流300毫安，希望电压比较平稳，问采 取何种整流电路，并估算电路参数。 根据上述要求，选择桥式电路较为合适，参考图8。 由于直流电压为12伏，所以要求变压器次级交流电压有效值E= 12 1.2=10伏。如果用电灯照明电源，它 的有效值为220伏，所以要加一个变压器降压，降压比应为220:10=22:1。 二极管承受的最大反向电压为1.41E=1.41×10=14.1伏。二极管通过的电流约为输出直流电流的一 半，即300÷2=150毫安。根据这两个数值，可选择型号为2CP31型的二极管，它的容许最大整流电流为 250毫安，最高反向电压为25伏，适合上述要求。 关于滤波电路元件数值的计算方法比较复杂，这里就不介绍了。一般图8中的滤波电容器数值，可 根据输出电流按下表选择。 2安左右 1安左右 0.5—1安 0.1—0.5安 100毫安以下 50毫安以下 4000μ 2000μ 1000μ 500μ 200—500μ 200μ 这个例子中，输出电流为150毫安，可以选用500μ左右的电容器，耐压要求为输出电压的两倍， 即2×12=24伏。因此，滤波电容器C可选用耐压为25伏的500μ的电解电容器。
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