如上图(a)所示,a点接(+),b点接(-)的 正向偏置 一旦加上,二极管的电阻 RD 几乎为零。正向电流 ID 流通; 同样如图(b)所示,a点接(-),b点接(+),施加反向偏置的情况下,RD无限大,ID几乎为零。因此 二极管可以看作为正偏导通成为ON,反偏断开成为OFF的开关 。
正向偏置
RD
ID
二极管可以看作为正偏导通成为ON,反偏断开成为OFF的开关
补充说明 :在电子电路中,将二极管的正极接正电,负极接负电,二极管就会导通,这种连接方式,称为 正向偏置 。
补充说明
VD
正
①处为正电,②处为负电
二极管
正向偏置为ON
输出端出现VD
0
负载有电流通过
负
①处为负电,②处为正电
反向偏置为OFF
输出端VD变为0
负载没有电流通过
综上原理已知, 由于只能利用交流输出的半个周期,所以称为 半波整流电路 。 半波整流的特点 : 效率低、脉动系数(纹波因数)大 。
由于只能利用交流输出的半个周期,所以称为
半波整流电路
半波整流的特点
注意:这个时候就是直流电啦,别看电流一会大一会小,已经确定是恒定的正向电压啦,只是时有时无罢了。
前面半波整流已经得到直流电了,但是脉动系数还很大,利用率还很低。基于这2点,我们用 一个二极管可以半波整流 ,用上 两个二极管就可以全波整流 ,但是用的最多的还是 四个二极管的桥式全波整流 。 两个二极管的全波整流如下: 这张图利用以上所学可以分析出它是全波的,信号如下: 根据上述的,我这里不解释了。下面我们主要讲桥式整流。桥式整流电路如下: 很容易我们就能知道负载RL上的波形情况。整流过程如下: 那么整个周期负载上的信号和两个二极管的全波整流是一样的。
一个二极管可以半波整流
两个二极管就可以全波整流
四个二极管的桥式全波整流
补充说明 :在上图正半周期中,电流从 负载RL 流向 D1 和 D3 的 交汇 处时,最终选择了经过 D3 流向负极。这里假设正极是 14V ,那么电流流过 D2 和 RL 必然有 压降 ,此时来到 D1 和 D3 的 交汇处 , 假设此处电压9V ,那么对 D1 来说不就是 负极加正电 , 正极加负电 嘛,而对 D3 来说它的 正极是9V ,它的 负极是0V ,电流肯定就从 D3 回到 负极 了。在上图负半周期中,同理,读者自己分析。
负载RL
D1
D3
交汇
14V
D2
RL
压降
交汇处
假设此处电压9V
负极加正电
正极加负电
正极是9V
负极是0V
负极
负载上就会得到如下的直流电:
仅用 整流元件 进行 整流 而得到的 波形 ( 桥式整流 、 全波整流 ),还是含有很多的波动成分,还 不能 作为 直流电源 使用。要把脉动直流电变成波形平滑的直流电,还需要在做一番“ 填平补齐 ”的工作。这便是 滤波 ,换句话说 滤波 的任务 就是把整流输出电压中的波动成分尽可能的减小,改造成接近恒稳的直流电 。 利用某种元件( 电容 和 电感 )对交流、直流阻抗的不同,实现滤波,去除整流波的波动成分,使 输出波形像直流一样平坦的电路 称作 滤波 或 平滑电路 。
整流元件
整流
波形
桥式整流
全波整流
不能
直流电源
填平补齐
滤波
就是把整流输出电压中的波动成分尽可能的减小,改造成接近恒稳的直流电
电容
电感
输出波形像直流一样平坦的电路
平滑电路
所以刚买到的电容是没电的,除非你充电了,电容很大,放电就慢
电容器的容量越大,负载的电阻值越大,充电和放电需要的时间越长,这种电容器两端电压不能突变的特性,正好用来承担滤波的任务
如上图,是一个 接入电容器之后的半波整流滤波电路 。当二极管导通的时候,有2路电流,一路通过RL构成回路;一路对电容器进行充电(这里为什么可以进行充电,又为什么电容隔直流通交流)。当二极管截止或下降到一定电压的时候电容就开始放电,放电的时候电流从电容正极经过 RL 到达电源负极。 补充说明 :电容器具有隔直流,通交流的功能。交流电的本身特性和电容器存储电荷的作用,使得交流电能顺利通过电容器,充当了一个临时电源的作用。而电容器不让直流电通过,那直流电为什么可以给电容充电?比如电池就是直流电就可以给电容充电,这是一个什么原理? 电容器是由两个相互绝缘的金属导体组成,金属导体面积越大,距离越近电容量越大 。电容量和中间绝缘体的介电常数有关。电容对直流电是绝缘的,直流电不能通过电容器。但 没有带电的电容器在接通电路时,电路的电压加在电容器两个极板上,在两个极板产生电场,由于电场力的作用,使两个极板吸引电荷,当电荷产生的内电场和电路产生的外电场平衡时,电容器充电结束,电容器对于外电路呈现绝缘状态 。由于 交流电电压是变动的,电容器电场永远不会平衡,永远处于充放电状态,但电子没有通过绝缘体,只是在极板上变化 。 言归正传,那么半波整流时再增加一个滤波电容,电路输出的波形如下:
当正半周期时,给电容器充电,充到峰值电压(如图蓝线① ~ ②),到达峰值电压后二极管截止了,电容开始放电(如图蓝线② ~ ③),电容还没有放完二极管又导通了,又进行充电(如图蓝线③ ~ ④),如此循环。蓝线就是负载上的波形了。这时已经平滑很多了
虽然使用电容简单滤波之后平滑很多,但是还是存在明显的凸的地方和凹的地方。因此还不是纯粹的直流电。还要再进一步过滤。这就是用电感通直流,阻交流的特性。
电感放到二极管的后面并且要与负载串联。 这样可以阻止交流成分(就是凹凸部分),只让可认为频率为0的直流成分通过。 在主板电路实际应用中,这种电感称作扼流圈,一般使用电感系数为10-30H左右的扼流圈。
也可以单独使用电感进行滤波,负载波形与电容是一样的。如下图:
• 由 青梅煮久 写于 2021 年 04 月 28 日