整流电路无疑是许多经典电路的基础。

由于对整流电路进行了稍微的改变，增添了一些电容和电感，对一些晶体管元件进行了修改，所以能够推导出许多其他经常使用的电路。

要是不能懂得整流电路，那么后续其他电路的理解就会很艰难。

本文就从简入难，详细的介绍4种二极管整流电路的工作原理。

图1 开关电源内的整流模块

图1为班长在基站内拍摄的开关电源中的整流模块。

整流模块对通信机房而言非常重要，因此会多配备几块。要是出现故障，其他模块能够立刻接力。

图2 电路1：单相半波整流电路

首先，我们来看单相半波整流电路。

电路图如图2。在本文中，我们把图2称作为电路1。

B为变压器的符号，输入交流电。

变压器副边的输出电压为 u，u 等于√ωt，其中 U 是交流电压的有效值。

〔不知道什么有效值？参见附录1〕

二极管的符号是 D，负载电阻为 RL，RL 两端的电压是输出电压 uo，输出电流是 io。

副边电压 u 处于π>ωt>0 的阶段时，在这个阶段副边 a 端电压比 b 端电压大，二极管处于正向导通状态，输出电流 io 的方向是：

a→D→RL→b

忽略二极管 D 的正向导通电压后，负载 RL 两端的电压，也就是输出电压 uo，等于副边电压 u。

图3 电路1输出波形

参见图3。

副边电压 u 处于π>ωt>0 的阶段时，uo 等于 u，并且二极管两端的电压 uD 为 0。

当副边电压 u 处于 2π 大于 ωt 且 ωt 大于 π 的阶段时，在这个阶段，a 端电压比 b 端电压小，二极管处于反向截止状态，电路不能导通，电流为 0，二极管 D 的两端是反向电压。

此时，uo=0，io=0，uD=u；

以此类推，后续的波形变化与[0,2π]范围内一致。

输出电压 uo 的方向随时间改变，它已成为“直流电”，那么它的直流电压值是多少呢？

我们能够获取它在一个周期[0,2π]范围之内的平均值。其计算的方式如下：

uo约等于0.45倍的U，U为副边电压的有效值。

uo=0.45U；

io=0.45U/RL；

二极管通过的平均电流iD=io；

二极管承受的最高反向工作电压√2U；

我们拥有了二极管的最大电流以及最高反向电压，这样我们就能够选择二极管的型号。

「举个例子（来源网络）」

有一个单相半波整流电路，其中 RL 的值为 750Ω，变压器副边的变压为 20V。接下来需要求解输出的直流电压 u0 和电流 i0，并且要选用合适的二极管。

根据公式，uo=0.45U=0.=9V;

io=uo/RL=9/750=0.012A=12mA；

二极管，其 iD 的值为 12mA，io 的值也为 12mA；最高反向电压 Udrm 为√2U，即√2 乘以 20 等于 28.2V。

根据 12mA 和 28.2V 这些数据，能够去查阅手册，也可以选用 2AP4（16mA，50V）这样的型号。一般来说，二极管的反向工作峰值电压大概比 Udrm 大一倍左右。

现在我们再来看一下，单相桥式整流电路。

这个电路应用非常广泛，我们经常可以看到。

图4 电路2：单相桥式整流电路

图 4(1)的电路与图 2 中的电路 1 相比，多了一个二极管 D3。不过，这并不影响二极管在副边电压 u 的上半周进行导通。因此，这个电路和电路 1 基本上是相同的。

图 4(2)的电路与图 2 中的电路 1 相比，都有 2 个二极管。不同之处在于，图 4(2)中的二极管全部“调转方向”。在这种情况下，二极管会在副边电压 u 的下半周导通。

将图 4(1)与图 4(2)进行合并，这样我们便能在电压 u 的整个周期内完成导通。于是，负载 RL 在整个周期内就会有电流流过。那么，效率是不是提高了很多呢？

图 4(3)被称作单相桥式整流电路，它的输出波形为图 4(4)所呈现的那样。

副边电压 u 处于π>ωt>0 的阶段时，二极管 D1 和 D3 导通，输出电流 io 的方向为：

a→D1→RL→D3→b

当ωt处于π到 2π之间时，二极管 D2 和 D4 导通，此时输出电流 io 的方向为：

b→D2→RL→D4→a

此时，输出的直流电压值 uo 为 2 乘以 0.45U 等于 0.9U，读者可以自行进行理解或者证明。

输出电流io=uo/RL=0.9U/RL；

二极管的参数：

每两个二极管串联，它们会导通半个周期。所以 iD 等于 io 的一半，即 iD = ½io，其值为 0.45U/RL。最大反向电压 Udrm 等于交流电压的最大值，也就是等于√2U。

「举个例子（来源网络）」

已知负载电阻 RL 的值为 80Ω，负载电压 uo 为 110V，现在采用单相桥式整流电路，其交流电源电压为 380V。需要求解以下两个问题：一是选用合适的晶体二极管；二是求出整流变压器的变比以及容量。

io=uo/RL=110/80=1.4A

二极管的电流：

iD=½io=0.7A；

变压器副边的电压有效值U：

U=uo/0.9=110/0.9=122V；

变压器副边的实际电压比某个标准电压大约要高出 10%，因此 U 等于 134V 。

二极管电压：

Udrm=√2U=√=189V，可以选用(1A,300V)

变压器的变比：

K=380/134=2.8；

变压器的副边电流：

I=io/0.9=1.4/0.9=1.55A；

变压器的容量：S=UI=.55=；

可以选用()的变压器。

单相半波整流电路线路较为简单。它的整流元件仅有 1 个二极管。该电路的直流电压比较低，仅为 0.45 倍的输入电压。其脉动程度较大。并且只有在电源电压的正半轴才有波形。

全波整流电路的波形，其正负半轴呈现出相同的直流波形。这种直流波形的大小是半波整流的 2 倍。正因如此，全波整流电路的应用相对较为广泛。

现在我们来看电路3，单相全波整流电路。

图5 电路3：单相全波整流电路

这个电路仅包含 2 个二极管，然而在变压器的副边进行了特定的处理。 这个电路具备 2 个二极管，不过在变压器的副边实施了一定的举措。 这个电路含有 2 个二极管，却在变压器的副边做了某些“动作”。

从中间抽出一根线，我们叫做中心抽头。

这样的话，整个副边电压就被分成两个部分，u1和u2

u1 所属的线圈与 u2 所属的线圈在一起。我们认为 u1 所属的线圈和 u2 所属的线圈大小相等，频率相同，并且相位相反。

如果 ab 两端的电压 Uab 等于 2 倍根号 2 乘以 U，那么 a 点的电位可以是根号 2 乘以 U，o 点的电位可以是 0，b 点的电位可以是负根号 2 乘以 U。

所以，u1=uao=√2U，u2=-uob=-√2U。

现在令u1=√ωt，u2=√(ωt-π)

当 u1 处于π>ωt>0 的阶段时，u2 的电压处于负半轴，而 u1 的电压处于正半轴。此时，二极管 D1 处于导通状态，输出电流 io 的方向为：

a→D1→RL→o

负载上的输出电压 uo 等于 u1。二极管 D2 两端的反向电压 uD2 是整个变压器的副边绕组，也就是 2√2U。

当 u1 处于 2π 大于 ωt 且 ωt 大于 π 的阶段时，u2 的电压处于正半轴，u1 的电压处于负半轴。此时，二极管 D2 导通，输出电流 io 的方向为：

b→D2→RL→o

负载上的输出电压为 uo 且 uo = u2，二极管 D1 两端的反向电压 uD1 是整个变压器的副边绕组，其值为 2√2U。

电量关系：

输出电压uo=0.9U，这与单相桥式整流电路一样。

输出电流io=uo/RL=0.9U/RL

二极管电流iD=io/2

二极管最大反向电压Udrm=2√2U

这种整流电路，二极管承受的反向电压比较高。所以，它的应用范围没有单相桥式广泛。它的优点是使用的二极管数目比较少。

三相桥式整流电路

图6 电路4：三相桥式整流电路

相比上面所说的单相，三相的含义就是多出两路电压。

图 6 中能够将其视为 3 个变压器。其输入为 A - B - C，输出为 a - b - c。具体的电压情况如图 7 所示。

图7 三相电压

现在，我们来看下输出的波形。

在 0 到 t1 这个时刻，uc 的值比较大，而 ub 的值最小。在这种情况下，二极管 D5 和 D4 会导通。其电流方向为：

c+→D5→RL→D4→b-

此时 uc 处于最高状态，ub 处于最低状态，负载两端的电压与 cb 之间的电压相等，也就是说 uo 等于 ucb

在 t1 到 t2 这个时间段内，uc 开始比 ua 小，ua 的电压值逐渐增大，而 ub 依然是最小的。在这个时候，二极管 D1 和 D4 处于导通状态。

a+→D1→RL→D4→b-

此时 ua 处于最高状态，ub 处于最低状态，负载两端的电压与 ab 之间的电压是相等的，也就是说 uo 等于 uab 。

图8 电路4的输出波形

后面依次类推。

图7看起来很丑，也可以画的好看些，就是图9。

图9与图7是一模一样的哦。

这是大家较为常见的一种经典电路。将二极管换成晶闸管，或者换成三极管，亦或是换成 IGBT，都能够使电路发生变形。另外，加上电容与电感，也可以让电路变形出很多种类。

图9 三相桥式整流电路

电量关系

输出电压uo=2.34U，U为副边电压的有效值。

为什么是 2.34 倍呢？是在 t1 时刻进行求积分。感兴趣的同学可以自行去计算哦。

输出电流io=uo/RL=2.34U/RL

二极管中电量：

电流iD=⅓io=0.78U/RL

二极管所能承受的最大反向电压，也就是线电压的最大值，其值为 UDRM=√3Um，而 Um=√2U，所以 UDRM=√3x√2U=2.45U

总结

我们今天讲了四种典型的整流电路。现在我要把这四种整流电路的特点用一张图和一个表格来进行归纳。

图10 4种整流电路

从表格 1 中能够得知，三相桥式整流电路的输出电压电流是最大的。正因如此，它在需要大功率电路的场合中得到了广泛的应用。

表1 4种整流电路的电量参数

这些都是理论推导，那么这些电路到底是不是真的如此呢？这些波形到底是不是真的如此呢？

下面我们眼见为实！

打开电路仿真软件后，班长首先进行仿真。他先仿真最简单的单相半波电路。接着按照图 2 连接好电路图。

图11 半波整流电路的仿真

图 111 里交流电源的频率是 50Hz 。红色的波形呈现的是交流电压波形 。蓝色的波形展现的是负载 RL 输出的电压波形 。这与上文的分析结果是相符的 。

〔对仿真软件感兴趣的同学可以私信获取〕