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二极体整流电路

在技职体系课程中必学到二极体整流电路的应用，学习内容主要有整流电路之半波、全波、桥式整流电路等，因此对其工作原理和特性都要有基本了解之外，对于整流电路实际操作都要动手实习。

学前准备

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学习目的

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  1. 半波整流电路、全波整流电路、桥式整流电路的工作原理和特性。
  2. 二极体整流电路实作

二极体之介绍

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各种二极体，最下方为桥式整流器。通常在二极体的阴极端会有色带标示，也就是说电流会从这里流出。

电子元件当中二极体（Diode）是一种具有两个电极的装置，只允许电流由单一方向流过。许多的使用是应用其整流的功能。

理想的二极体在顺向导通时两个电极（阳极和阴极）间拥有零电阻，而逆向时则有无穷大电阻，即电流只允许由单一方向流过二极体。

 
半导体二极体的电流－电压特性曲线。电压在正的区域称为顺向偏压。

二极体具有阳极和阴极两个端子，电流只能往单一方向流动。也就是说，电流可以从阳极流向阴极，而不能从阴极流向阳极。对二极体所具备的这种单向特性的应用，通常称之为“整流”功能。

因为其顺向流通逆向阻断的特点，二极体可以想成电子版的逆止阀。然而实际上，二极体并不会表现出如此完美的开关性，而是呈现出较为复杂的非线性电子特征——这是由特定类型的二极体技术决定的。一般来说，只有在顺向超过障壁电压时，二极体才会工作（此状态被称为顺向偏压）[1]。一个顺向偏压的二极体两端的电压降变化只与电流有一点关系，并且是温度的函数。因此这一特性可用于温度传感器或参考电压。

半导体二极体的非线性电流-电压特性，可以根据选择不同的半导体材料和掺杂不同的杂质从而形成杂质半导体来改变。特性改变后的二极体在使用上除了用做开关的方式之外，还有很多其他的功能，如：用来调节电压（稽纳二极体），限制高电压从而保护电路（雪崩二极体），无线电调谐（变容二极体），产生射频振荡（隧道二极体、耿氏二极体、IMPATT二极体）以及产生光（发光二极体）。

半导体二极体中，有利用P型和N型两种半导体接合面的PN接面效应，也有利用金属与半导体接合产生的萧特基效应达到整流作用的类型。若是PN接面型的二极体，在P型侧就是阳极，N型侧则是阴极。

整流电路的简介

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将交流电压（Alternating Current，缩写：AC）转换为直流电压（Direct-Current，缩写：DC）的整流方式主要有半波整流和全波整流两种，整流方式都利用了二极体的电流正向流通特性来进行。


半波整流器

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在半波整流器中，交流波形的正半周或负半周其中之一会被消除。只有一半的输入波形会形成输出，对于功率转换是相当没有效率的。

单相半波整流

半波整流在单相供应时只使用一个二极体。

 
单相半波整流器


三相半波整流

与单相全波整流相比，三相供应时使用三个二极体，相当于三组单相半波整流，每组负责取得每一相线的一个半周的电压。

 
使用闸流体作为开关器件的三相半波整流电路，忽略供电端电感

全波整流器

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各种桥式整流器，左下为硒整流器，其他都是常用的矽整流器

全波整流可以把完整的输入波形转成同一极性来输出。由于充份利用到原交流波形的正、负两部份，并转成直流，因此更有效率。全波整流有中心抽头式与桥式：

单相中心抽头式全波整流

对于单相交流电，如果变压器是中心抽头型的，两个背对背的二极体（指阴极接阴极，或阳极接阳极）便可组成全波整流。未做滤波时的平均Vdc=0.636Vm，频率为原来频率2倍。每个二极体PIV值2Vm。但与前述的桥式整流相比，全波整流需要两倍的变压器次级绕组，因此现今少用，但早期真空管年代较为常用。

 
全波整流：使用中间抽头变压器及两个二极体的全波整流器。
 
使用电子管的全波整流器，其中的真空三极管具有二个阳极，相当于两个共阴极的真空二极管。

一般的真空管整流器，常会把一个阴极和两个对应的阳极一起封装在一个容器内；这样，一个真空管里就等于具有两个阴极相连的二极管功能，方便全波整流之用。5U4与5Y3就是这种构造的整流管。

三相中心抽头式全波整流
 
使用闸流体作为开关器件的三相全波整流电路，采用中心抽头式变压器。忽略供电端电感
单相桥式全波整流

如果不是使用具有中间抽头的变压器，而只有一组输出线圈，则需使用四个二极体才能做全波整流。令峰值电压为Vm，未做滤波时的平均Vdc=0.636Vm，频率为原来AC频率的2倍，每个二极体所承受的逆向峰值电压（PIV, Peak Inverse Voltage）值是Vm。输出电压之有效值（Vrms）约为0.707Vm（最大值）。此种方式（如图）称为桥式整流，这四个二极体合称为桥式整流器：

 
Gratz桥式全波整流：使用四个二极体的全波整流器。
三相桥式全波整流
 
三相桥式整流器。

三相交流，使用六个二极体。通常有三对的二极体，不过，每一对不是同样会被用在全波单相整流电路的双二极体，而是将对处于系列（阳极阴极）。通常，市面双二极体有四个接头，所以使用者可以将它们配置为单相拆分供应使用供半一座桥或三相。

 
拆卸汽车交流发电机，显示六个组成一个全波三相桥式整流二极体。

生成交流（这样的设备被称为交流发电机）的大多数设备生成三相交流。一个汽车交流发电机有六个里面作为电池充电应用程式的全波整流二极体。

符号说明：

Vdc,Vav - 直流输出电压，平均电压
Vp - 峰值电压（半波中的）
Vrms - 输出的RMS（均方根值）电压，注; RMS值也称有效值
π = ~ 3.14159
e = ~ 2.71828

实作

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教学影片

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若对于以上解说有不了解，可研习以下外部教学课程，循序渐进学习本课程

参考资料

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  1. ↑ 李庆常，王美玲. 《数字电子技术基础》. 机械工业出版社, 北京. 2009. ISBN 978-7-111-04154-2. 
参考书籍
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