半波整流电路图和工作原理

什么是半波浪整流器？

整流器是一种把交流电(AC)转换成直流（DC）。它通过使用二极管或一组二极管来完成。半波整流器使用一个二极管，而a全波整流器使用多个二极管。

半波整流器的工作利用二极管仅允许的事实当前向一个方向流动

半波整流理论

半波整流器是最简单的整流器可用形式。我们稍后会查看一个完整的半波整流电路 - 但是让我们首先了解这种类型的整流器正在做什么。

下图说明了半波整流器的基本原理。当标准交流波形通过半波整流器时，仍然只有AC波形的一半。半波整流器仅允许交流电压的一个半周期（正或负半周期），并将阻挡DC侧的另一半周期，如下所示。

构造半波整流器只需要一个二极管。本质上，这就是半波整流器所做的一切。

由于直流系统被设计成有单一方向的电流流动(和恒定的电压-我们稍后将描述)，通过直流设备的正负周期的交流波形可能会有破坏性(和危险)的后果。因此我们使用半波整流器将交流输入功率转换为直流输出功率。

但是二极管只是其中的一部分——一个完整的半波整流电路由3个主要部分组成:

1. 一种变压器
2. 电阻载荷
3. 广告 IODE

半波整流电路图如下所示：

我们现在将通过半波整流器如何将AC电压转换为DC输出的过程 。

首先，一个高的交流电压被施加到原侧降压变压器我们将在次级绕组处获得低电压，该次级绕组将应用于二极管。

在AC电压的正半周期期间，二极管将是向前偏置的并且电流流过二极管。在AC电压的负半周期期间，二极管将是反向偏置的，并且电流流将被阻挡。辅助侧（DC）上的最终输出电压波形如上图所示。

这可能会在第一眼上混淆 - 因此让我们更多地挖掘这个理论。

我们将专注于电路的次要侧面。如果我们用源电压替换二级变压器线圈，我们可以简化半波整流器的电路图，如：

现在我们没有转换器部分的电路分散了我们的注意力。

对于AC源电压的正半周期，有效地变为：

这是因为二极管是向前偏置的，因此允许电流通过。所以我们有一个闭路。

但对于AC源电压的负半周期，等效电路变为：

因为二极管现在是反向偏见模式，没有电流可以通过。因此，我们现在有一个开路。因为在这段时间内电流不能流向负载，所以输出电压等于零。

这一切都很快 - 因为交流波形会在每秒多次（取决于频率）之间的正负之间振荡。

这是输入端的半波整流波形(V_在），它在输出方面看起来像什么（v_出整流后(即由交流电转换为直流电):

上面的图形实际上显示了正半波整流器。这是半波整流器，其仅允许通过二极管的正半循环，并阻挡负半周期。

正极前后的电压波形 半波整流器如下图4所示。

相反，负半波整流器将只允许负半周期通过二极管，并将阻塞正半周期。a和 posive负半波整流器是二极管的方向。

如下图5所示，二极管现在处于相反的方向。因此，仅当AC波形处于负半周期时，二极管现在才会向前偏置。

半波整流电容滤波器

从上述理论得到的输出波形为脉动直流波形。这是当使用没有滤波器的半波整流器时所得到的。

滤波器是用于将脉冲DC波形转换为恒定DC波形的组件。它们通过抑制波形中的直流纹波来实现这一点。

尽管没有滤波器的半波整流器在理论上可能是可能的，但它们不能用于任何实际应用。由于DC设备需要恒定的波形，我们需要“平滑”这种脉动波形，以便在现实世界中使用。

这就是为什么在现实中我们使用带滤波器的半波整流器。一种电容器或者一个电感器可以用作过滤器 - 但最常用的具有电容滤波器的半波整流器。

下面的电路图显示了如何使用电容滤波器如何将脉动DC波形平滑为恒定的DC波形。

半波整流公式

根据上述理论和图表，我们将推导出半波整流器的各种公式。

半波整流器的纹波因子

“纹波”是把交流电压波形转换成直流波形时剩下的不需要的交流分量。即使我们尽力去除所有的交流元件，在输出端仍有少量的交流元件会使直流波形发生波动。这种不受欢迎的交流元件称为“纹波”。

为了量化半波整流器可以将交流电压转换为直流电压，我们使用所谓的纹波因子（由γ或r表示）。涟漪因子是比率RMS值AC电压（在输入侧）和整流器的直流电压（在输出侧）。

纹波系数公式为:

也可以重新排列为:

半波整流器的纹波因子等于1.21（即γ= 1.21）。

请注意，为我们构建一个良好的整流器，我们希望将纹波因子保持尽可能低。这就是为什么我们使用电容器和电感器作为滤波器以减少电路中的波纹。

效率半波整流器

整流效率(η)是输出直流功率与输入交流功率的比值。的公式 效率等于:

一半的效率 波整流器等于40.6%(即η_马克斯= 40.6％）

半波整流器的RMS值

要导出半波整流器的RMS值，我们需要计算负载的电流。如果瞬时负载电流等于i_L.= I._msinωt，则负载电流(I_DC.)等于:

哪里 一世_m等于跨负载的峰值瞬时电流(I_马克斯）。因此输出直流电流（i_DC.)通过负载得到:

对于半波整流器，负载电流(I_rms)等于平均电流(I_DC.）多个π/ 2。因此负载电流的RMS值（i_rms）对于半波整流器是：

在哪里我_m= I._马克斯这等于跨越负载的峰值瞬时电流。

半波整流器的峰值逆电压

峰值逆电压（PIV）是二极管在反向偏置条件期间可以承受二极管的最大电压。如果施加电压超过PIV，则二极管将被破坏。

半波整流器的形状因子

形状因子（F.F）是RMS值与平均值之间的比率，如下面的公式所示：

半波整流器的形状因子等于1.57(即F.F= 1.57)。

输出直流电压

输出电压（V_DC.)横跨负载电阻器用:

半波整流器的应用

半波整流器不像常用为全波整流器。尽管如此，他们仍然有一些用途：

• 对于精馏应用程序
• 用于信号解调应用
• 对于信号峰值应用

半波整流器的优点

半波整流器的主要优点是简单。因为它们不需要那么多组件，所以它们更简单、更便宜 设定和建设。

因此，半波整流器的主要优点是：

• 简单(组件数量较少)
• 更便宜的前线成本（由于它们的设备较少。虽然由于功率损耗增加，但随着时间的推移，虽然随着功率损失的增加）

半波整流器的缺点

半波整流器的缺点是：

• 它们仅允许半周期通过每个正弦波，另一个半周期被浪费。这导致电力损耗。
• 它们产生低输出电压。
• 我们获得的输出电流不是纯粹的DC，它仍然包含很多纹波（即它具有高纹波因子）

三相半波整流器

上面的所有理论都处理了单相半波整流器。虽然3相半波整流器的原理相同，但特性是不同的。波形，纹波因子，效率和rms输出值不相同。

该 三个阶段半波整流器用于将三相交流电源转换为直流电源。这里，交换机是二极管，因此它们是不受控制的开关。也就是说，无法控制这些交换机的开启和关闭时间。

3相半波二极管整流器通常由连接到三相变压器的三相电源构造，其中变压器的次级绕组始终通过星际连接。这是因为需要中性点来将负载连接回变压器次级绕组，提供电力流动的返回路径。

下面示出了向纯电阻负载提供的三相半波整流器的典型配置。这里，变压器的每个阶段被认为是单独的交替源。电压的模拟和测量如下电路所示。在这里，我们已连接个人电压表跨每个源和负载。

三相电压如下图所示。

电阻负载的电压如下图所示。电压用黑色表示。

所以我们可以从上面的图中看到二极管D1当R相具有值时 thevoltage高于其他两相的电压值 ，和当R相位于30时，这种情况开始^O.并在每个完整的周期后重复。也就是说，下一个时间二极管Di开始进行的是390^O.。二极管D2接管来自D1的传导，该D1停止在角度150处导通^O.因为此时B相中的电压值变得高于其他两个阶段中的电压。因此，每个二极管导通150的角度^O.- 30^O.= 120.^O. 。

这里，所得到的直流电压信号的波形不是纯度直流，因为它不平坦 ，但相反，它包含一个涟漪。纹波的频率为3×50 = 150 Hz。

电阻负载上的输出电压的平均值由

哪里，

输出电压的RMS值由

纹波电压等于，

电压纹波系数等于，

上面的等式表明电压纹波是显着的。这是不希望的，因为这导致不必要的功率损失。

直流输出功率，

AC输入功率,

效率,

尽管3相半波整流器的效率看似高，但它仍然小于A的效率三相全波二极管整流器。虽然三相半波整流器更便宜，但与在其较高功率损失中丢失的金钱相比，这种节省成本是微不足道的。因此，在工业中不常用三相半波整流器。