整流二极管 的作用

整流二极管 的作用 整流二极管的作用2010-07-1509:52一种将交流电能转变为直流电能的半导体器件。通常它包含一个PN结有阳极和阴极两个端子。P区的载流子是空穴N区的载流子是电子在P区和N区间形成一定的位垒。外加使P区相对N区为正的电压时位垒降低位垒两侧附近产生储存载流子能通过大电流具有低的电压降典型值为0.7V称为正向导通状态。若加相反的电压使位垒增加可承受高的反向电压流过很小的反向电流称反向漏电流称为反向阻断状态。整流二极管具有明显的单向导电性。整流二极管可用半导体锗或硅等材料制造。硅整流二极管的击穿电压高反向漏电流小高温性能良好。通常高压大功率整流二极管都用高纯单晶硅制造。这种器件的结面积较大能通过较大电流可达上千安但工作频率不高一般在几十千赫以下。整流二极管主要用于各种低频整流电路。 二极管整流电路 一、半波整流电路图5-1、是一种最简单的整流电路。它由电源变压器B、整流二极管D和负载电阻Rfz组成。变压器把市电电压多为220伏变换为所需要的交变电压e2D再把交流电变换为脉动直流电。 下面从图5-2的波形图上看着二极管是怎样整流的。变压器砍级电压e2是一个方向和大小都随时间变化的正弦波电压它的波形如图5-2a所示。在0K时间内e2为正半周即变压器上端为正下端为负。此时二极管承受正向电压面导通e2通过它加在负载电阻Rfz上在π2π时间内e2为负半周变压器次级下端为正上端为负。这时D承受反向电压不导通Rfz上无电压。在π2π时间内重复0π时间的过程而在3π4π时间内又重复π2π时间的过程…这样反复下去交流电的负半周就被削掉了只有正半周通过Rfz在Rfz上获得了一个单一右向上正下负的电压如图5-2b所示达到了整流的目的但是负载电压Usc。以及负载电流的大小还随时间而变化因此通常称它为脉动直流。这种除去半周、图下半周的整流叫半波整流。不难看出半波整说是以牺牲一半交流为代价而换取整流效果的电流利用率很低计算表明整流得出的半波电压在整个周期内的平均值即负载上的直流电压Usc0.45e2因此常用在高电压、小电流的场合而在一般无线电装置中很少采用。二、全波整流电路单向桥式整流电路如果把整流电路的结构作一些调整可以得到一种能充分利用电能的全波整流电路。图5-3是全波整流电路的电原理图。全波整流电路可以看作是由两个半波整流电路组合成的。变压器次级线圈中间需要引出一个抽头把次组线圈分成两个对称的绕组从而引出大小相等但极性相反的两个电压e2ae2aRfz与e2b、D2、Rfz两个通电回路。、D1、、e2b构成全波整流电路的工作原理可用图5-4所示的波形图说明。?在0π间内e2aD1导通在Rfz上得到上正下负的电压e2b对D2为反向电压D2不导通见图5-4b。?在π-2π时间内e2b对D2为正向电压D2导通在Rfz上得到的仍然是上正下负的电压e2aD1为反向电压D1不导通见图5-4C。对Dl为正向电压如此反复由于两个整流元件D1、D2轮流导电结果负载电阻Rfz上在正、负两个半周作用期间都有同一方向的电流通过如图5-4b所示的那样因此称为全波整流全波整流不仅利用了正半周而且还巧妙地利用了负半周从而大大地提高了整流效率Usc0.9e2比半波整流时大一倍。 图5-3所示的全波整滤电路需要变压器有一个使两端对称的次级中心抽头这给制作上带来很多的麻烦。另外这种电路中每只整流二极管承受的最大反向电压是变压器次级电压最大值的两倍因此需用能承受较高电压的二极管。图5-5a为桥式整流电路图b图为其简化画法。三、桥式整流电路桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。这种电路只要增加两只二极管口连接成桥式结构便具有全波整流电路的优点而同时在一定程度上克服了它的缺点。 桥式整流电路的工作原理如下:e2为正半周时对D1、D3和方向电压DlD3导通对 D2、D4加反向电压D2、D4截止。电路中构成e2、Dl、Rfz、D3通电回路在Rfz上形成上正下负的半波整洗电压e2为负半周时对D2、D4加正向电压D2、D4导通对D1、D3加反向电压D1、D3截止。电路中构成e2、D2Rfz、D4通电回路同样在Rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压。 上述工作状态分别如图5-6AB所示。如此重复下去结果在Rfz上便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。从图5-6中还不难看出桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值比全波整洗电路小一半 需要特别指出的是二极管作为整流元件要根据不同的整流方式和负载大小加以选择。如选择不当则或者不能安全工作甚至烧了管子或者大材小用造成浪费。表5-1所列参数可供选择二极管时参考。另外在高电压或大电流的情况下如果手头没有承受高电压或整定大电滤的整流元件可以把二极管串联或并联起来使用。 图5-7示出了二极管并联的情况:两只二极管并联、每只分担电路总电流的一半三只二极管并联每只分担电路总电流的三分之一。总之有几只二极管并联流经每只二极管的电流就等于总电流的几分之一。但是在实际并联运用时由于各二极管特性不完全一致不能均分所通过的电流会使有的管子困负担过重而烧毁。因此需在每只二极管上串联一只阻值相同的小电阻器使各并联二极管流过的电流接近一致。这种均流电阻R一般选用零点几欧至几十欧的电阻器。电流越大R应选得越小。 图5-8示出了二极管串联的情况。显然在理想条件下有几只管子串联每只管子承受的反向电压就应等于总电压的几分之一。但因为每只二极管的反向电阻不尽相同会造成电压分配不均:内阻大的二极管有可能由于电压过高而被击穿并由此引起连锁反应逐个把二极管击穿。在二极管上并联的电阻R可以使电压分配均匀。