電源電路中變壓、整流、濾波電路詳解

經過變壓器變壓後的仍然是交流電，需要轉換為直流電才能提供給後級電路，這個轉換電路就是整流電路。在直流穩壓電源中利用二極體的單項導電特性，將方向變化的交流電整流為直流電。

（1）半波整流電路

半波整流電路見下圖。其中B1是電源變壓器，D1是整流二極體，R1是負載。B1次級是一個方向和大小隨時間變化的正弦波電壓，波形如圖2所示。0～π期間是這個電壓的正半周，這時B1次級上端為正下端為負，二極體D1正嚮導通，電源電壓加到負載R1上，負載R1中有電流通過；π～2π期間是這個電壓的負半周，這時B1次級上端為負下端為正，二極體D1反向截止，沒有電壓加到負載R1上，負載R1中沒有電流通過。在 2π～3π、3π～4π等後續周期中重複上述過程，這樣電源負半周的波形被「削」掉，得到一個單一方向的電壓，波形如圖3所示。由於這樣得到的電壓波形大小還是隨時間變化，我們稱其為脈動直流。

圖2半波整流電路圖

圖3半波整流波形圖

設B1次級電壓為E，理想狀態下負載R1兩端的電壓可用下面的公式求出：

整流二極體D1承受的反向峰值電壓為：

由於半波整流電路只利用電源的正半周，電源的利用效率非常低，所以半波整流電路僅在高電壓、小電流等少數情況下使用，一般電源電路中很少使用。

（2）全波整流電路

由於半波整流電路的效率較低，於是人們很自然的想到將電源的負半周也利用起來，這樣就有了全波整流電路。全波整流電路圖見圖4。相對半波整流電路，全波整流電路多用了一個整流二極體D2，變壓器B1的次級也增加了一個中心抽頭。這個電路實質上是將兩個半波整流電路組合到一起。在0～π期間B1次級上端為正下端為負，D1正嚮導通，電源電壓加到R1上，R1兩端的電壓上端為正下端為負，其波形如圖5所示，其電流流向如圖6所示；在π～2π期間B1次級上端為負下端為正，D2正嚮導通，電源電壓加到R1上，R1兩端的電壓還是上端為正下端為負，其波形如圖5所示，其電流流向如圖7所示。在2π～3π、3π～4π等後續周期中重複上述過程，這樣電源正負兩個半周的電壓經過D1、D2整流後分別加到R1兩端，R1上得到的電壓總是上正下負，其波形如圖5所示。

圖4全波整流電路圖

圖5全波整流波形圖

圖6全波整流電路電流流向圖

圖7全波整流電路電流流向圖

設B1次級電壓為E，理想狀態下負載R1兩端的電壓可用下面的公式求出：

整流二極體D1和D2承受的反向峰值電壓為：

全波整流電路每個整流二極體上流過的電流只是負載電流的一半，比半波整流小一倍。

（3）橋式整流電路

由於全波整流電路需要特製的變壓器，製作起來比較麻煩，於是出現了一種橋式整流電路。這種整流電路使用普通的變壓器，但是比全波整流多用了兩個整流二極體。由於四個整流二極體連接成電橋形式，所以稱這種整流電路為橋式整流電路。

圖8橋式整流電路圖

由圖9可以看出在電源正半周時，B1次級上端為正，下端為負，整流二極體D4和D2導通，電流由變壓器B1次級上端經過D4、R1、D2回到變壓器B1次級下端；由圖10可以看出在電源負半周時，B1次級下端為正，上端為負，整流二極體D1和D3導通，電流由變壓器B1次級下端經過 D1、R1、D3回到變壓器B1次級上端。R1兩端的電壓始終是上正下負，其波形與全波整流時一致。

圖9橋式整流電路電流流向圖

圖10橋式整流電路電流流向圖

設B1次級電壓為E，理想狀態下負載R1兩端的電壓可用下面的公式求出：

整流二極體D1和D2承受的反向峰值電壓為：

橋式整流電路每個整流二極體上流過的電流是負載電流的一半，與全波整流相同。

通常情況下橋式整流電路都簡化成圖11的形式。

圖11橋式整流簡化電路圖

（4）倍壓整流電路

前面介紹的三種整流電路輸出電壓都小於輸入交流電壓的有效值，如果需要輸出電壓大於輸入交流電壓有效值時可以採用倍壓電路，見圖12。由圖13可知，在電源的正半周，變壓器B1次級上端為正下端為負，D1導通，D2截止，C1通過D1充電，充電後C1兩端電壓接近B1次級電壓峰值，方向為左端正右端負；由圖14可知，在電源的負半周，變壓器B1次級上端為負下端為正，D1截止，D2導通，C2通過D1充電，充電後C2兩端電壓接近C1兩端電壓與B1次級電壓峰值之和，方向為下端正上端負。由於負載R1與C1並聯，當R1足夠大時，R1兩端的電壓即為接近2倍B1次級電壓。

圖12二倍壓整流電路圖

圖13二倍壓整流電流流向圖

圖14二倍壓整流電流流向圖

二倍壓整流電路還有另外一種形式的畫法，見圖15，其原理與圖12完全一致，只是表現形式不一樣。

圖15二倍壓整流電路圖（另一種形式）

二倍壓電路還可以很容易的擴展為n倍壓電路，具體電路見圖16。

圖16 n倍壓整流電路圖