什麼是電壓整流器及其用途：典型的整流器電路

電能以交流電壓的形式方便地按大小傳輸和轉換。正是以這種形式交付給最終用戶。但是要為許多設備供電，您仍然需要直流電壓。

電氣工程中的整流器

整流器的任務是將交流電壓轉換為直流電壓。本裝置應用廣泛，在無線電和電氣工程中整流裝置的主要用途：

• 為電力電氣裝置（牽引變電站、電解廠、同步發電機的勵磁系統）和大功率直流電動機形成直流電；
• 電子設備的電源；
• 檢測調製的無線電信號；
• 形成與輸入信號電平成比例的直流電壓，用於構建自動增益控制系統。

整流器應用的範圍很廣，不可能在一個概覽中全部列出。

整流器原理

整流裝置是基於元件單向傳導的特性。這可以通過不同的方式來完成。許多工業應用方式已成為過去，例如使用機械同步電機或真空裝置。如今，使用將電流傳導到一側的閥門。不久前，水銀器件被用於大功率整流器。如今，這些實際上已被半導體（矽）元素所取代。

典型的整流電路

整流裝置可以根據不同的原理來構建。在分析設備方案時，應該記住，任何整流器輸出端的電壓只能有條件地稱為常數。該單元產生一個脈動的單向電壓，在大多數情況下必須通過濾波器對其進行平滑處理。一些消費者還需要穩定整流電壓。

單相整流器

最簡單的交流電壓整流器是單個二極管。

它將正弦波的正半波傳遞給消費者，並“切斷”負半波。

這種設備的應用領域很小 - 主要是， 開關電源中的整流器開關電源的整流器在相對較高的頻率下工作。儘管它提供單向流動的電流，但它具有明顯的缺點：

• 高紋波 - 需要一個大而笨重的電容器來平滑並獲得恆定電流；
• 不完全使用降壓（或升壓）變壓器的電源，導致所需重量和尺寸增加；
• 平均輸出 EMF 小於輸入 EMF 的一半；
• 增加對二極管的要求（另一方面 - 只需要一個閥門）。

所以流傳最廣的是 兩個半週期（橋）電路.

在這裡，通過負載的電流每個週期沿相同方向流動兩次：

• 沿紅色箭頭指示的路徑的正半波；
• 沿綠色箭頭指示的路徑的負半波。

負波不丟失，也被利用，因此輸入變壓器的功率得到了更充分的利用。平均 EMF 是單個半波版本的兩倍。脈動電流的形狀更接近於直線，但仍需要一個平滑電容器。它的容量和尺寸將比前一種情況小，因為脈動頻率是電源電壓頻率的兩倍。

如果你的變壓器有兩個相同的繞組，可以串聯或中間有一個抽頭的繞組，可以根據另一個電路構建一個雙半週期整流器。

這實際上是單半週期整流器的加倍，但具有雙半週期的所有優點。缺點是需要特定設計的變壓器。

如果變壓器是業餘製造的，根據需要繞次級繞組沒有障礙，但鐵必須有點過大。但不是 4 個二極管，而是只使用了 2 個二極管。這將彌補重量和尺寸的損失，甚至獲勝。

如果整流器是為大電流而設計的，並且閥門必須安裝在散熱器上，那麼安裝一半數量的二極管可以顯著節省成本。您還應該考慮到這種整流器的內阻是橋式電路的兩倍，因此變壓器繞組的發熱和相關損耗也會更高。

三相整流器

從前面的電路來看，按照類似原理組裝的三相電壓整流器是合乎邏輯的。

輸出電壓的形狀更接近於直線，紋波水平僅為 14%，頻率等於電源電壓頻率的三倍。

而該電路的電源是單半週期整流器，即使使用三相電壓源也無法消除許多缺點。主要是變壓器功率沒有充分利用，平均EMF為1.17⋅E_2eff （有效變壓器次級 EMF）。

最好的參數有橋式三相電路。

這裡輸出電壓紋波的幅度相同為 14%，但頻率等於輸入交流電壓的次頻率，因此濾波電容的電容將是所有提供選項中最小的。並且輸出 EMF 將是前一個電路的兩倍。

該整流器與在“星形”電路中具有次級繞組的輸出變壓器一起使用，但當與輸出包含在“三角形”電路中的變壓器一起使用時，相同的閥組件的效率會低得多。

這裡紋波的幅度和頻率與前面的方案相同。但平均 EMF 比前一個電路低一倍。因此，這種連接很少使用。

帶電壓倍增器的整流器

可以構建一個輸出電壓為輸入電壓倍數的整流器。例如，有電壓倍增的電路：

這裡，電容器 C1 在負半週期充電，並與輸入正弦波的正波串聯切換。這種結構的缺點是整流器的負載能力低，以及電容器C2處於兩倍電壓值以下。因此，這種方案被用於無線電工程中，用於幅度檢測器的低功率信號加倍整流，作為自動增益控制電路中的測量體等。

在電氣工程和電力電子中，使用了另一個版本的倍頻電路。

根據拉圖電路組裝的倍增器具有很大的負載能力。每個電容器都處於輸入電壓之下，因此在質量和尺寸方面，這個變體也勝過前一個。在正半週期期間，電容器 C1 被充電，在負半週期 - C2 期間。電容是串聯的，相對於負載是並聯的，所以負載上的電壓等於 充電電容器的電壓.紋波的頻率等於線電壓頻率的兩倍，其值取決於 關於電容器的值.它們越高，波紋越低。在這裡，有必要找到一個合理的折衷方案。

該電路的缺點是禁止將負載端子之一接地 - 在這種情況下，二極管或電容器之一將被短路。

該電路可以級聯任意次數。因此，通過重複兩次開關原理，您可以獲得電壓四倍等的電路。

電路中的第一個電容必須能夠承受電源電壓，其他電容必須能夠使電源電壓加倍。所有的門都必須設計成雙反向電壓。當然，為了電路的可靠運行，所有參數必須至少有 20% 的餘量。

如果沒有合適的二極管，您可以將它們串聯起來——這將使最大允許電壓增加幾倍。但必須包括與每個二極管並聯的均衡電阻。這樣做是必要的，因為否則由於柵極參數的變化，反向電壓可能會在二極管之間不均勻地分佈。結果可能是其中一個二極管的最高值。如果鏈的每個元件都用一個電阻分流（它們的額定值必須相同），那麼反向電壓的分佈將嚴格相同。每個電阻的阻值應小於二極管反向阻值的 10 倍左右。在這種情況下，附加元件對電路操作的影響將最小化。

該電路中的二極管不太可能需要並聯，這裡的電流很小。但它在負載消耗大量功率的其他整流器電路中很有用。並聯使通過閥門的允許電流成倍增加，但會造成參數偏差。結果，一個二極管可以吸收最多的電流而不能維持它。為了避免這種情況，每個二極管串聯一個電阻。

選擇電阻器的額定值，以便在最大電流下，其兩端的電壓降為 1 伏。因此，對於 1 A 的電流，電阻應為 1 ohm。這種情況下的功率至少應為 1 瓦。

理論上，電壓倍數可以增加到無窮大。在實踐中，請記住，此類整流器的負載能力會隨著每增加一級而急劇下降。這樣一來，就有可能出現這樣的情況，當負載上的電壓跌落超過倍數時，會使整流器工作無意義。這一缺點是所有此類電路所固有的。

通常這種電壓倍增器是作為具有良好絕緣性的單個模塊生產的。例如，此類設備用於在電視機或示波器中產生高壓，其中陰極射線管用作監視器。使用扼流圈的倍增電路也是已知的，但它們並不普遍——繞組部件難以製造並且在操作中不是很可靠。

有相當多的整流器方案。鑑於該單元的廣泛應用，有意識地選擇電路和計算元件是很重要的。只有在這種情況下，才能保證長期可靠的運行。

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