筆記-整流橋工作原理

1 整流橋工作原理整流橋工作原理 如下圖 1 1 所示 下面主要講整流橋的工作原理 以及具體的有效功率 有效 電流等等 圖 1 1 首先 我們先詳細(xì)介紹二極管的工作特性 在介紹全橋整流濾波電路時(shí) 我 是讓大家記住二極管的一個(gè)非常重要的工作特性 單向?qū)ㄌ匦詥蜗驅(qū)ㄌ匦?這里 我教大家一個(gè)便于理解二級(jí)管單向?qū)ㄐ缘姆椒?如圖 1 2 所示 這是個(gè)普通二級(jí)管 想必大家都已經(jīng)不陌生了吧 圖 1 2 從圖中我們可以看出來(lái) 箭頭指向的方向?yàn)樨?fù) 電流只能從左向右流 即從 正往負(fù)流 是不能夠由右向做流的 這就是二級(jí)管的單向?qū)ㄐ?只能從正往負(fù) 2 流 不能從負(fù)往正流 打個(gè)如下比喻 漁夫去捕魚的時(shí)候 他都有一個(gè)簍子 我們稱為漁簍子 這個(gè)簍子是用來(lái)捕 魚的 如圖 1 3 所示 圖 1 3 漁民通常都是把這個(gè)漁簍子放在逆水的地方 當(dāng)魚從錐形的口子進(jìn)入魚簍子 這個(gè)口里放置很多的橫條 魚進(jìn)入簍子里的時(shí)候 擠開(kāi)橫條進(jìn)入里面 然而進(jìn)入里 面后 魚就再也出不去了 二極管也相當(dāng)于魚簍子這么個(gè)功能 從正往負(fù)是導(dǎo)通的 從負(fù)到正就截止了 整流橋的作用是把交流電變成直流電 一個(gè)全橋的整流橋 無(wú)論是在電源的 正半周期 還是在電源的負(fù)半周期 它都能夠?yàn)樨?fù)載供電 如圖 1 2 所示 圖 1 4 在電源正半周期 電流流經(jīng)方向?yàn)?L D2 R D3 N 在電源負(fù)半周期 電流 3 流經(jīng)方向?yàn)?N D4 R D1 L 在這么個(gè)流向的過(guò)程中 負(fù)載上面的波形是個(gè)什么樣 的波形 我們知道交流電 AC 是一個(gè)正弦波 如圖 1 5 所示 圖 1 5 那么此時(shí)二極管導(dǎo)通的波形是怎么樣的呢 首先 二級(jí)管兩端的電壓必須大 于 0 7V 它才導(dǎo)通的 小于 0 7V 是處于截止的狀態(tài) 這里我們把 D2 D4 這兩個(gè) 二級(jí)管放一塊分析 在正半周期 當(dāng)交流電電壓小于 0 7V 時(shí) 沒(méi)有二極管導(dǎo)通 當(dāng)電壓大于 0 7V 的時(shí)候 D2 是導(dǎo)通的 D4 是截止的 在負(fù)半周期 同理 只 有電壓大于 0 7V 的時(shí)候 D4 是導(dǎo)通的 D2 是截止的 所以 我們繪出二級(jí)管 的電壓波形 如圖 1 6 所示 1 7 所示 圖 1 6 所示的是二級(jí)管 D2 導(dǎo)通波形 圖1 7 所示的是二級(jí)管 D2 D4 導(dǎo)通時(shí)的波形 圖 1 6 二極管正常工作有導(dǎo)通 截止和擊穿 三種狀態(tài) 導(dǎo)通的基本條件是正向電 壓高于起始閾值電壓 例如硅二極管 是0 7V 截止的條件是正向電壓低 于起始閾值電壓 或者外加反向電壓 不超過(guò)基擊穿電壓 擊穿的條件是反 射電壓等于略高于PN結(jié)的雪崩擊穿電 壓值 穩(wěn)壓二極管就是工作在擊穿狀 態(tài)的 二極管截止指的是沒(méi)有導(dǎo)通 也沒(méi)有 擊穿的狀態(tài) 它的重要特點(diǎn)是電流為 0 4 圖 1 7 圖 1 6 中 二級(jí)管 D2 的導(dǎo)通時(shí)間不是從 0 而是電壓的值大于 0 7V 時(shí)才開(kāi) 始導(dǎo)通 電壓低于 0 7V 時(shí)就截止 在這段時(shí)間 t 內(nèi)才是二級(jí)管的導(dǎo)通角 這個(gè) 時(shí)間小于 接下來(lái) 我們來(lái)繪制電阻 R 上的電壓波形 我們知道 不論交流電壓在正半 周期還是在負(fù)半周期 電阻上的電壓都是從上往下流 即上正下負(fù) 我們就能夠 得出如下圖 1 8 所示的輸出電壓波形圖 圖 1 8 從圖中 我們可以直觀的看出 經(jīng)過(guò)整流橋的輸出電壓明顯是比交流電兩端 的電壓小 他們的之間的關(guān)系為U0 0 9Uin Uin 是 AC 輸出電壓 U0 為經(jīng)過(guò)整流 橋后的電壓 這個(gè)公式僅僅針對(duì)圖 1 4 所示的電路有效 即在整流橋后沒(méi)有加電 容的電路 如果在負(fù)載上并聯(lián)上一個(gè)電容 負(fù)載上將會(huì)得到什么波形 如果在負(fù)載上并聯(lián)上一個(gè)電容 負(fù)載上將會(huì)得到什么波形 如圖 1 1 所示 5 圖 1 1 通過(guò)這個(gè)圖 我們來(lái)分析此時(shí)的電容上電壓波形圖 如圖 1 9 所示為電容上 電壓波形圖 開(kāi)始時(shí) 電容上電壓為零 二級(jí)管兩端的電壓大于 0 7V 時(shí) 電路才導(dǎo)通 電路 導(dǎo)通后 由于輸入的是交流電 所以電路中的電壓開(kāi)始往上升 給電容充電 所以電容電壓開(kāi)始上升 圖 1 2 中 當(dāng)交流電的電壓達(dá)到最大值時(shí) t 然后 2 就開(kāi)始往下降 直到降到某個(gè)電壓值 該電壓使得二級(jí)管 D2 兩端電壓低于 0 7V 是 這時(shí)二極管截止 電路就不導(dǎo)通了 電容也停止充電 且電容上的電壓達(dá)到最 大值 整流橋部分電路不導(dǎo)通 但是 電容和電阻仍然形成閉合回路 所以在二極 管 D2 截止后 電容就開(kāi)始放電 給負(fù)載供電 維持負(fù)載正常工作 此時(shí) 電 容上電壓就開(kāi)始往下降了 直到在交流電負(fù)半周期 電源電壓上升到大于電容電壓 且二級(jí)管 D4 兩端的正向電壓差大于 0 7 電容就停止放電 開(kāi)始充電 又充電 到二級(jí)管 D4 兩端的正向電壓小于 0 7V 時(shí)截止 然后為維持負(fù)載正常工作 就 又給負(fù)載放電 如此循環(huán)反復(fù) 6 2 U 圖 1 9 通過(guò)以上的分析 大概知道了電容上電壓的波形 現(xiàn)在 請(qǐng)大家看一下圖 1 10 所示 我們來(lái)分析每一個(gè)二級(jí)管的反向耐壓是多少 圖 1 1 從圖 1 3 中有個(gè)電容的 經(jīng)過(guò)全橋整流后這個(gè)電容上的電壓UDC電容 ACin 即電容上的電壓為交流輸入的 2 倍 并且這個(gè)電壓是直流電壓 在電源電壓處 在正半周期的時(shí)候 交流電經(jīng)過(guò)二極管給電容充電 這時(shí)候電容上正極端 b 點(diǎn) 的電位為 1 414U AC 由于這是個(gè)正弦電壓 當(dāng)電壓達(dá)到最高點(diǎn)的時(shí)候 它會(huì)往 下降的 當(dāng)它降到最低點(diǎn)的時(shí)候 他的值是 U AC 即在圖中 a 點(diǎn)的電位為 U AC 此時(shí)電容上的電位 即 b 點(diǎn)的電位為 1 414U AC 那么 二級(jí)管的電壓差為 剛才 1111 0 7 我們講過(guò) 正半周期 電容上b 點(diǎn)的電位為1 414U AC 整流橋a 點(diǎn)的為 U AC 是 不是就為1 414 UAC 因?yàn)閷?duì)于 a 點(diǎn)來(lái)講 最高的時(shí)候能夠達(dá)到 U AC 最低的 時(shí)候可以達(dá)到 U AC 所以對(duì)于 a 點(diǎn)來(lái)講 他本身的壓差就是 2U AC 而電容上的 電壓它是不變的 所以 我們就需要這管子的耐壓為1 414UAC 接下來(lái) 我們來(lái)看它的一個(gè)電流 我們說(shuō)了 二級(jí)管上流過(guò)的電流為多大 假設(shè)負(fù)載上的電流為 I 那么在正半周期 電流是經(jīng)過(guò) D2 的 經(jīng)過(guò) D2 之后 經(jīng)過(guò)電容 再通過(guò) D3 再回到電源 即 線上 我們就知道 在正半周期的時(shí) 候 就只有 D2 給負(fù)載提供電流 那么在負(fù)半周期的時(shí)候 我們知道 電流時(shí)經(jīng)過(guò) D4 然后經(jīng)過(guò)負(fù)載 再經(jīng)過(guò) D1 回到電源 L 線 也就是說(shuō) 在負(fù)半周期 是 D4 對(duì)電容來(lái)進(jìn)行一個(gè)充電 就是說(shuō) 這上面每一個(gè)管子 在完整的周期里面只開(kāi) 通了一半 D2 也只開(kāi)通了一半 D4 也只開(kāi)通了一半 在整個(gè)完整的周期里面 T 2 里面 D2 和 D4 或者 D1 和 D3 它們都只開(kāi)通一半 也就是他們只 有一半的時(shí)間給電容充電 另一半的時(shí)間休息 另一半的時(shí)間交給另外兩個(gè)管子完 成 比如說(shuō)在正半周期的時(shí)候 D2 和 D3 導(dǎo)通 給電容充電 負(fù)責(zé)維持負(fù)載的 電流 那么在負(fù)半周期的時(shí)候就是 D4 和 D1 工作 D2 和 D3 就截止了 這時(shí)候 負(fù)半周期 給電容進(jìn)行充電 維持負(fù)載的另一半時(shí)間的電流是 D4 和 D1 因 此 我們說(shuō) 這兩個(gè)二級(jí)管在一個(gè)完整的周期里面 他們都只工作了一半 只提供 8 了負(fù)載的一半的電流 前一半的電流是靠 D2 和 D3 維持 后一半的時(shí)間就靠 D4 和 D1 提