不受控制的电源波形

未调节电源是构建中最简单的电源。

几乎所有电子设备和电路都需要某种形式的直流电源才能运行无论是电池，太阳能电池还是主电源。

虽然电池具有小巧，便携和无波纹的优点，但它们需要经常更换（或充电），而且相比之下传统的直流电源。

由于在我们的家庭，学校和工作场所，我们拥有方便，可靠和经济的电源，因此使用国内电源AC电源为我们的电路供电是有意义的。然而，电源AC电源比电池提供的小得多的DC电压高很多（通常为220-250 V rms）。将较高交流电压转换为低得多的直流电压的过程称为整流。

整流是将交流电转换为直流电的过程。在Diodes教程中，我们看到二极管仅在一个方向（从阳极到阴极）传导电流，而不是在相反方向传导电流。二极管只能在一个方向上切换电流，因此非常适合将双向交流电转换为恒定直流电或直流电源，如图所示。

二极管整流器

我们可以看到二极管的交流输入是正弦波，它在正半周和负半周之间交替，而二极管的输出被整流DC的波形仅为正至零伏，负半周被阻断。这种类型的输出波形称为“半波脉冲直流”。

半波未调节电源

电源的目的是提供所需的电量。指定的电压和电流水平，例如在500mA时为+9伏。任何电源的电气特性将取决于所供电路或电路，但通常所有未经调节的电源均由变压器组成，以将交流电源电压降至所需水平，并提供电气隔离和二极管整流器以提供不稳定的输出电压。

考虑下面的半波非稳压电源电路。

半波未调节电源

电源输入施加到电源变压器的初级绕组， T1 ，变压器次级绕组为整流二极管 D1 。得到的输出波形包含一个直流电压电平，大约等于峰值电压的1 /π或0.318

因此，例如，如果正弦峰值电压为10伏特因此，等效的直流输出为： 0.318 x 10 = 3.18 伏特。然后，为您的未调节电源选择合适的电压互感器非常重要。

正如我们上面所看到的，二极管的输出波形是脉动DC。显然，这种脉动直流电压并不适合为大多数电子电路供电，因为与理想的直流电池电源相比，电源电压不仅变化很大且很快，在负半周期内50％的时间内根本没有供电电压。 。

通常在对交流电压进行整流时，我们希望产生稳态直流电压，例如我们从电池电源获得并且没有上述波形变化。解决这个问题的一种方法是在输出端子上添加一个平滑电容器，有效地将其与负载并联连接。

我们知道电容器能够在其板上存储电荷，我们知道可以使用此功能来帮助消除一些脉动波形。电容器 C1 ，通常称为平滑电容器或储能电容器，在正半周期期间由流过正向偏置二极管的电流充电。电容器极板上的电荷量取决于变压器的峰值正输出电压， T1 ，电容器的值作为电荷， Q 等于 V x C （伏特x电容）。

当 T1 的输出电压开始降至零时，充电电容现在接管向负载提供电流。在某些时候，来自 T1 的输出电压超过零并提供负半周，从而将二极管反向偏置为截止。在这个半周期内，电容 C1 正在向负载提供所有电流，并以负载时间常数确定的速率放电。

在下一个正半周期，变压器 T1 再次接管控制，为负载供电，并继续这样做，直到 T1 的输出电压再次返回其正峰值。在此期间， C1 再次充电，当 T1 的电压再次下降，直到 T1的下一个正峰值电压时，为负载提供输出电流如图所示。

半波整流器波形

作为电容器， C1 不能具有无限值，它不能提供完美平滑的DC输出电源，在某些情况下可以采用锯齿形波形。由于电容器无法保持稳定输出而导致的输出波形变化称为“纹波”，并且在AC输入的每个完整周期产生纹波。换句话说，对于半波整流电路，脉动直流纹波频率的量将等于输入交流频率。

输出波形上存在的纹波量取决于负载的特性，但对于给定的电容值越大，负载电流越大（负载电阻越小），电容放电越多，输出波形的纹波含量就越大。

您可能会想，为什么不使用更大值的电容来降低纹波含量但是，使用大型平滑电容器（通常是电解电容器）在成本，尺寸方面存在限制，并且增加其值超过一点不会显着降低纹波。同样使用大值平滑电容器可能需要通过二极管电桥提供非常大的充电电流。但是，通过在输出端子上并联添加更多不同值的电容器，可以改善由未调节电源提供的输出电压中存在的纹波含量。

全波未调节电源

我们已经看到，半波非稳压电源的输出电压很难过滤到平滑的直流电平，因为输出电压和电流仅在每个输入周期的一半时施加到负载。半波未调节电源的另一个缺点是电容器充电脉冲之间的相对较长的时间段需要使用相对较大的电解型平滑电容器。

但是，如果我们增加了一个将二极管整流到电路中，使得输入的每半个周期而不是每隔一个半周期有助于整流输出波形，纹波含量将大大减少，这可以通过使用全波来实现未调节的电源

如图所示，全波未调节电源与半波表面电源不同，使用带有中心抽头次级绕组和两个整流二极管的电源变压器。

全波未调节电源

我们可以看到次级绕组的两半有效地供给上述类型的单独的半波整流电路，其中两个输出为bein g通过共同的平滑电容器 C1 组合在一起并进行平滑处理。

两个二极管 D1 和 D2 以推挽式布置工作，因为变压器次级接地（0V）以产生180 o 上半部和下半部次级绕组之间的相位差。然后上半部分提供正向电压，下半部分提供负向电压。

当交流输入波形为正时，在 T1 次级正向偏置二极管， D1 将其“接通”，而在 T1 次级绕组上产生的相应负电压反向偏置二极管， D2 将其“关闭”。然后，电流仅通过二极管 D1 提供给负载。

当交流输入波形摆动为负时，在 T1的上半部分产生负电压

次级二极管 D1 “OFF”，在 T1 次级正向偏置的下半部分产生正电压，并且“ON”二极管， D2 。然后，电流仅通过二极管 D2 提供给负载。

然后两个二极管和中心抽头变压器交替切换在次级绕组上产生的两个方向交流电流通过加载。得到的输出波形包含一个直流电压电平，大约等于峰值电压的2 /π或0.636

因此，例如，如果正弦峰值电压为10伏特，等效直流输出因此： 0.636 x 10 = 6.36 伏特，是所示半波整流器的两倍。

全波整流器波形

这种全波未调节电源电路的优点是它需要一个平滑电容器，其值约为所需值的一半。半波电路，因为它在全波电路中的充电频率是半波电路的两倍，因此给定负载电流的放电量较少。

另外，因为两个对于输入的每个周期，平滑电容器上出现半个周期，纹波含量将更低，纹波频率将是输入频率的两倍。例如，如果正弦输入频率为50Hz，则纹波频率为100Hz。因此，更高的纹波频率更容易消除任何波动。

未调节的电源摘要

未调节电源的主要缺点之一是其输出电压受到影响通过电源电压的变化以及负载电流的变化来显着改善。随着负载消耗更多电流，直流端电压降低。

半波非稳压电源产生的输出波形也具有大约 0.318 x Vpeak 的直流电平。类似于锯齿波形的大AC变化。该输出波形通常称为脉动直流电压。

为了去除一些AC内容，使用平滑电容器，允许DC内容通过并将AC减小到小纹波。半波整流器产生的纹波频率与输入频率相同。

增加直流输出电压，减小波形纹波含量和提高效率的一种方法是使用由两个整流波组成的全波整流器二极管和中心抽头变压器在次级绕组的每一半上产生两个相等和相反的波形。全波非稳压电源的主要缺点是，对于给定的输出功率，它需要更大的变压器。

半波非稳压电源价格便宜且构造简单，可将交流电转换为脉动直流电。我们已经看到，平滑电容器可用于将整个脉冲整流器中的脉动直流电流或半波全波改变为合理平滑且无纹波的直流电源，以供电子电路或为电池充电。