(电路设计)全波整流电路.docx

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1、将交流转换为直流的过程就是我们常说的整流。任何隔离式电源都有着整流 模块，可以将壁式插座中的交流转为高压直流，或是降压交流转换为低压直流。 进一步的过程还有滤波，DC-DC转换等等。所以，本文我们将来探讨全波整流 的工作。与半波整流相比，全波整流的效率更高。全波整流可以由以下两种方式实现。1.中央抽头全波整流2.桥式整流（使用4个二极管）TX1Dl中央抽头全波整流电路RL 1k桥式全波整流电路如果一个电路的两支与第三支相连从而组成一个循环，则该网络被称为桥式 电路。以上两者最常用的为使用4个二极管的桥式整流电路，因为使用两个二极 管的需要一个中央抽头的变压器，而且与桥式相比并不可靠。二极管桥也

2、可以以 单一封装的元件实现，比如DB102, GBJ1504, KBUloOl等等。在输出为同样滤波电路的情况下，让纹波系数减少还是桥式整流电路可靠一 些。日常交流电的频率为5060Hz,且都是正弦波。波形如下图所示。全波整流的工作原理现在让我们来看低幅度交流电压的整流，比如15V有效值的交流电压（21V 峰峰值电压）用二极管桥整流为直流电压。交流源的波形可以被分为正半周和负 半周。所有的电压，电流都有数字万用表测出有效值。仿真图如下。D1zlo40D3ED2d1n4007D4-d14007IK仿真图_正半周时，D2和D3会导通，而负半周时，D4和Dl会导通。因此，整流 后的输出波形如下。输入

3、和输出波形为了减少波形上的纹波，或为了让波形更加连续，我们需要在输出加入一个 电容滤波器。电容与负载并联，从而保证输出端电压的稳定性。这样，输出端的 纹波就会减少。加入一个IuF的电容作为滤波器全波整流电路加入电容滤波器的仿真图IUF电容对输出的滤波有限，因为IUF所能存储的能量很少。以下是滤波波形。输入与输出波形考虑到输出仍存在纹波，所以我们打算以不同容值的电容来测试输出。以下 是不同容值电容测试出的纹波减少波形。输入与输出波形输出波形：绿色-IUF蓝色-4.7UF芥绿色-IoUF深绿色-47UF有电容下的电路运作方式在信号的正半周和负半周，二极管都会导通电容充电的同时，负载也会获得 供电。

4、而向电容内存储能量的瞬时电压间隔要高于电容向外部供电的瞬时电压间 隔。电容存储的能量越多，则输出波形上的纹波越少。纹波系数的理论计算公式如下，纹波系数=Idc/ (2 X Rxfx Coutx Idc)我们带入以下参数并与以上波形对比：R=lk f= IOOHz Cout=IuF Idc= 15mA 因此，纹波系数为5V纹波系数的差异可以用高容值的电容来补偿。全波整流的效率在80%以上, 也就是半波整流的两倍。桥式全波整流电路所需元器件220V/15V的交流降压变压器1N4007 二极管 X 4电阻电容MIC RB156此处，15V的有效电压的峰值电压为21V。所以所有器件的额定电压应该在 2

5、5V以上。电路的工作原理降压变压器降压变压器由叠片铁芯上的初级线圈和次级线圈组成。初级线圈的匝数高于 次级线圈。每个线圈的角色都相当于单独的电感。当初级线圈通交流电时，就会产生磁通量。次级线圈在磁通量的变化下产生感应电动势。这股感应电动势流入 与其相接的外部电路。匝数比和线圈的电感决定了初级线圈产生的磁通量和次级 线圈产生的感应电动势。插座里传来的220V交流电在该变压器的运作下降至15V交流电。这股交流 电随后通入下面的整流电路。无滤波器的全波整流电路对应的负载电压为12.43V,因为这是有间断波形的平均输出电压。加入滤波器的全波整流电路1.当CL=4.7uF时，纹波减少所以平均电压提升至1

6、5.78Vo2.当CL=IoUF,纹波进一步减少，平均电压为17.5V。3.当CL=47uF时，平均电压为18.92Vo4.当CL=IooUF时，增加电容阻值已经影响不大，波形已逐渐平缓而且纹波 已经很低，平均电压为19.01V。附10种精密全波整流电路图详解图中精密全波整流电路的名称皆为作者自己的命名,只是为了区分;除非特殊 说明,增益均按1设计.图1是最经典的电路,优点是可以在电阻R5上并联滤波电容.电阻匹配关系 为Rl=R2,R4=R5=2R3;可以通过更改R5来调节增益。图2优点是匹配电阻少,只要求R1=R2图3高输入阻抗型图3的优点是输入高阻抗,匹配电阻要求Rl=R2,R4=2R3图

7、4的匹配电阻全部相等,还可以通过改变电阻Rl来改变增益.缺点是在输 入信号的负半周,Al的负反馈由两路构成,其中一路是R5,另一路是由运放A2复 合构成,也有复合运放的缺点。图5单运放T型R3 IOKI Rl i R2 Ui 20KIOKlJ1?图6单运放三角形图5和 图6要求R1=2R2=2R3,增益为1/2,缺点是:当输入信号正半周时,输 出阻抗比较高,可以在输出增加增益为2的同相放大器隔离.另外一个缺点是正半 周和负半周的输入阻抗不相等,要求输入信号的内阻忽略不计。图7增益大于1的复合放大器型图7正半周,D2通,增益=1+(R2+R3)R1;负半周增益=-R3R2;要求正负半周增 益的绝

8、对值相等,例如增益取2,可以选Rl=30K,R2=10K,R3=20K图8增拄等于1复合放大器型图8的电阻匹配关系为RI=R2图9要求RI=R2,R4可以用来调节增益,增益等于1+R4/R2;如果R4=0,增益等 于1；缺点是正负半波的输入阻抗不相等,要求输入信号的内阻要小,否则输出波形 不对称。图10单电源运放无二极管型图10是利用单电源运放的跟随器的特性设计的,单电源的跟随器,当输入信 号大于0时,输出为跟随器;当输入信号小于0的时候,输出为0.使用时要小心单电 源运放在信号很小时的非线性.而且,单电源跟随器在负信号输入时也有非线性。图7,8,9三种电路,当运放Al输出为正时,Al的负反馈

9、是通过二极管D2和运 放A2构成的复合放大器构成的,由于两个运放的复合（乘积）作用,可能环路的增 益太高,容易产生振荡。精密全波电路还有一些没有录入,比如高阻抗型还有一种把A2的同相输入 端接到Al的反相输入端的,其实和这个高阻抗型的原理一样,就没有专门收录,其 它采用Al的输出只接一个二极管的也没有收录,因为在这个二极管截止时,Al处 于开环状态。结论虽然这里的精密全波电路达十种,仔细分析,发现优秀的并不多,确切的说只 有3种,就是前面的3种。图1的经典电路虽然匹配电阻多,但是完全可以用6个等值电阻R实现,其中 电阻R3可以用两个R并联.可以通过R5调节增益,增益可以大于1,也可以小于 1.最具有优势的是可以在R5上并电容滤波。图2的电路的优势是匹配电阻少,只要一对匹配电阻就可以了。图3的优势在于高输入阻抗。其它几种,有的在D2导通的半周内,通过A2的复合实现Al的负反馈,对有些 运放会出现自激.有的两个半波的输入阻抗不相等,对信号源要求较高。两个单运放型虽然可以实现整流的目的,但是输入输出特性都很差.需要输 入输出都加跟随器或同相放大器隔离。各个电路都有其设计特色,希望我们能从其电路的巧妙设计中,吸取有用的. 例如单电源全波电路的设计,复合反馈电路的设计,都是很有用的设计思想和方法, 如果能把各个图的电路原理分析并且推导每个公式,会有受益的。