整流电路的工作原理及其构成

整流电路将交流电 (AC) 转换为直流电 (DC)。许多电子设备都使用此电路来获得稳定的电源。整流电路的主要组成部分包括：

• 变压器降低并分离交流电压。

• 二极管使电流单向流动，将交流电转换为脉冲直流电。

• 滤波器，例如电容器，可以使直流输出更平滑，从而提高使用效率。

• 保护装置有助于确保电路安全。

了解这些部件如何协同工作，有助于您自信地构建和修复电子系统。

整流电路构造

整流电路由几个主要的部件组成。这些部件负责将交流电转换为直流电。您需要了解每个部件的功能，这有助于您构建一个安全的电路。让我们看看这些主要部件是什么，以及它们是如何协同工作的。

二极管

二极管是整流电路中最重要的部件。它们使电流只能沿一个方向流动。二极管有两种常见类型：硅整流二极管和肖特基二极管。硅二极管适用于高电压和高电流。它们的压降稳定在约 0.7 伏特，且不会因电流变化太大而发生变化。肖特基二极管工作速度更快，压降更低，因此非常适合高频电路。

提示： 请务必检查二极管的额定电压和额定电流。如果使用错误的二极管，可能会过热或停止工作。

以下是一个简单的比较：

您还需要注意散热。二极管会变热。您可能需要散热器或其他冷却方式。

变压器

变压器将交流电压转换为您需要的电压。它还通过隔离来确保您的安全。有些变压器有额外的绕组或厚绝缘层。这有助于它们完成将交流电转换为直流电的任务。良好的变压器设计可以降低噪声，也有助于电路更好地工作。

• 额定功率合适的变压器不会过热。

• 特殊的绝缘和冷却措施，例如油浸或水浸，可确保安全。

• 隔离性能良好的变压器可防止触电。

注意： 选择符合您电压和电流需求的变压器。这可确保您的电路安全且正常工作。

负载电阻

负载电阻位于整流电路的输出端。它控制电流的大小。对于 24 VAC 电源，您可以使用 5.6 kΩ 至 10 kΩ 的电阻。如果电阻较低，电流会更大，输出纹波也会更大。如果电阻较高，电流会更小，电压会更平滑。但它可能无法像实际使用那样测试电路。

选择一个选择一个适合您项目的电阻。如果电阻太小，可能会过热或导致电压下降过多。

滤波器

滤波器有助于平滑整流电路中波动的直流电。最常见的滤波器是电容器。它在电压上升时储存能量，在电压下降时释放能量。这填补了间隙，使输出更平滑。电感器也可以通过抵抗电流的突变来提供帮助。有时，在LC滤波器中同时使用电感器和电感器可以获得更好的效果。

提示： 更大的电容可以使输出更平滑。但你永远无法消除所有纹波。务必正确连接电容。

典型布置

你可以用不同的方式将这些部件组合在一起：

您可以在二极管和负载电阻后添加滤波器。这可以使直流输出更平滑。

安全提醒： 请务必使用优质的电线和零件。错误的选择可能会导致电路过热、电压下降，甚至引发火灾。在打开整流电路之前，请检查连接和额定值。

工作原理

了解整流电路的工作原理后，您就能明白交流电是如何转换为直流电供设备使用的。让我们逐一了解一下具体步骤。

交流转直流

首先从交流输入开始。该输入是一个波形，零伏以上和以下。整流电路使用二极管来控制电流的流动方向。变化过程如下：

1. 交流输入信号：电路获得一个交流电压，该电压反复从正变为负。

2. 正半周：此时，一些二极管导通。它们让电流流过负载电阻。这在输出端产生正电压。

3. 负半周：在此期间，其他二极管导通。它们使电流保持相同的方向流过负载。输出保持正电压。

4. 滤波：当电压上升时，负载两端的电容器充电。当电压下降时，它会释放能量。这样可以平滑输出中的波动，并提供更稳定的直流电压。

提示：如果在二极管后添加滤波电容，有助于使直流输出更平滑，并减少纹波。

半波整流器

半波整流器使用一个二极管来控制电流。当交流输入为正时，二极管的作用类似于闭合开关。电流流过负载电阻。输出端获得正电压。当交流输入为负时，二极管的作用类似于断开开关。没有电流流过，输出降至零。

每个周期都会发生这种情况。输出是波动的直流电，仅包含交流波的正部分。在负部分期间，输出中存在电压为零的间隙。

半波整流器只使用交流信号的一半。这意味着输出纹波更大，效率更低。

全波整流器

全波整流器使用两个二极管和一个中心抽头变压器，或使用四个二极管组成一个桥式整流器。这种设置可以同时使用交流输入的两半。在正半波期间，一组二极管导通，电流沿一个方向流过负载。在负半波期间，另一组二极管导通，但电流仍然沿同一方向流过负载。

这可以提供稳定的波动直流输出。输出频率是交流输入的两倍，因此电压永远不会降到零。结果是更平滑、更优质的直流输出，尤其是在添加滤波电容的情况下。

注意：全波整流电路效果更好。纹波更小，效率更高，因此对于大多数电源来说，全波整流电路是更好的选择。

特性

效率

您希望整流电路能够从所获得的交流电中输出尽可能多的直流电。效率表明了电路的效率。您可以通过查看输出功率和输入功率来计算效率。首先，找到直流输出功率。将直流输出电压乘以直流输出电流。接下来，测量交流电源的输入功率。这部分比较难，因为电流形状复杂。效率等于输出功率除以输入功率。

提示：了解效率的最佳方法是测量或进行模拟。仅使用有效值电压和电流并不理想。唉。整流电路产生的电流形状并不简单。

如果添加滤波电容，直流输出电压会发生变化。输出电压现在是峰值电压减去纹波电压的一半。这有助于您更好地估算电路的实际效率。

纹波系数

纹波系数表示直流输出中剩余的交流“波动”。为了获得更平滑的直流电源，您需要较低的纹波系数。要找到纹波系数，请将交流部分的 RMS 值除以输出电压的直流值。

• 半波整流器的纹波系数更高。交流部分大约是峰值电压的一半。

• 全波整流器的纹波系数较低。交流部分约为峰值电压的 0.707 倍。

• 您可以使用示波器检查输出端的交流和直流电压。

无滤波器的全波整流器的纹波系数约为 0.483。实际电路可能有所不同，因此请务必通过测量进行检查。

峰值反向电压

峰值反向电压 (PIV) 是二极管在击穿前可以承受的最高反向电压。当交流输入变为负值时，您的二极管将面临这个峰值电压。如果 PIV 过低，二极管可能会击穿。

请选择 PIV 额定值高于电路中最大反向电压的二极管。对于半波整流器，PIV 与变压器的峰值电压相同。在某些全波电路中，PIV 可能是其两倍。

在为整流电路选择二极管之前，请务必检查 PIV 额定值。这可以确保电路安全且正常工作。

优点 &应用

优点

在设备中使用整流电路有很多好处：

• 整流电路可以很好地将交流电转换为直流电。这是大多数电子设备都需要的。

• 桥式整流器利用了整个交流周期。这可以提供更高的效率和更平滑的直流电。

• 您可以在小型设备和大型机器中使用整流器。

• 这些电路可以提供稳定且低成本的电源。

• 碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 等新材料使整流器的性能更加卓越。

• 您可以根据不同的电源需求制作模块化整流器。

• 整流器通过提供稳定的电压并抑制功率波动，从而保障敏感电子设备的安全。

• 您可以在太阳能、汽车、手机以及许多其他领域找到整流器。

提示：现代整流器可以帮助您的设备延长使用寿命。它们可以提供稳定的电源并防止电压尖峰。

缺点

半波整流器会浪费功率，并且会产生不稳定的直流电流。全波和桥式整流器需要更多元器件，成本也更高。所有整流器 都需要滤波器，以使敏感器件的直流电流更加平滑。

用途

整流电路在很多地方都能看到。它们存在于手机充电器、电脑、LED 灯和电动汽车中。工厂在焊接机和大型电力系统中也使用它们。整流电路也用于太阳能电池板和电池充电站。您可以根据需要的功率大小以及直流输出的平滑度来选择合适的类型。

整流电路对于为您的设备提供安全、良好运行所需的稳定电源至关重要。

整流电路使用二极管、变压器和滤波器将交流电转换为直流电。了解每个部件的功能有助于您构建安全且运行良好的电路。首先，了解每个部件的位置。在面包板上搭建您的电路。用示波器测试它，看看它是如何工作的。您可以从 Ultra Librarian 找到一些关于电路搭建的技巧。单片电源系统 (Monolithic Power Systems) 有更先进的理念。写下您的搭建步骤，并始终考虑安全性。提高的最佳方法是仔细规划并亲自练习搭建电路。

常见问题解答

如果在整流电路中使用了错误的二极管会发生什么？

如果使用了错误的二极管，它可能会过热或失效。电路可能无法工作。选择二极管之前，请务必检查额定电压和电流。

可以不用变压器搭建整流电路吗？

可以，不用变压器可以搭建整流器。但是，这会失去与电源线的隔离。这可能不安全。变压器有助于保护您和您的设备。

为什么整流电路需要滤波电容？

滤波电容可以平滑直流输出。没有它，电压会波动很大，纹波也很大。您的设备可能无法在这种电源下正常工作。

如何测试整流电路是否正常工作？

使用万用表测量输出电压。您应该看到稳定的直流电压。如果您有示波器，请检查是否有纹波。输出应该看起来很平滑。

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