二极管整流电路的基础知识

二极管整流电路有多种形式，从简单的二极管到半波、全波整流器、使用桥式整流器的整流器、倍压器等等。

二极管整流电路是电子设备中使用的关键电路之一。它们可用于开关模式电源和线性电源、射频信号解调、射频功率检测等等。

二极管整流电路有几种不同类型的，每种都有自己的优点和缺点。决定使用哪种类型的二极管电路取决于给定的情况。

二极管电路符号

二极管整流电路基础

任何整流电路中的关键元件自然是所使用的一个或多个二极管。这些器件的独特之处在于只允许电流在一个方向上通过，而阻止另一个方向的电流。

有趣的是，发明了第一种二极管形式的安布罗斯·弗莱明 - 热离子二极管 - 称他的版本为阀门，因为它是单向作用。半导体二极管现在执行相同的功能，但占用空间的一小部分，通常只是成本的一小部分。

PN 二极管 VI 特性

半导体二极管具有类似于图中所示的特性。在正向方向上，二极管在导通之前需要一个小电压 - 这称为导通电压。

实际导通电压取决于二极管整流器的类型和使用的材料。对于标准硅二极管整流器，此导通电压约为 0.6 伏。锗二极管的导通电压约为 0.2 - 0.3V，硅肖特基二极管的导通电压类似，即在 0.2 - 0.3V 范围内。

在相反的方向上，二极管整流器将通过很少的电流。漏电流很小，但对于今天使用的整流二极管来说，这通常可以忽略不计。

然而，值得记住的是，随着反向电压的增加，二极管最终会击穿。击穿电压通常远远超过导通电压 - 图表上的刻度已以相反方向改变（压缩），以说明发生反向击穿。

二极管类型说明：

虽然二极管的基本功能保持不变，但有许多不同的类型，其特性略有不同。有些针对功率整流进行了优化，有些针对信号整流进行了优化，有些则使用二极管结发光，或具有可变电容等。

对于功率整流应用，通常使用功率二极管或肖特基二极管。对于信号整流，可以使用小型点接触二极管、信号二极管或肖特基二极管。肖特基二极管较低的正向导通电压对于RF检波器二极管来说是一个明显的优势，因为RF检波器二极管的信号电平可能很小，甚至导通电压电平也非常重要。然而，反向漏电特性不如普通硅二极管好。

二极管封装

半导体芯片采用多种封装。它们可用作引线二极管，一些小信号二极管采用含铅玻璃封装，而另一些则采用塑料引线封装。

二极管电路符号和物理二极管方向

对于更高功率的应用，一些二极管采用可以用螺栓固定在散热器上的封装。这些设计适用于电流非常高的电路设计，其中由于正向压降和电流消耗，可能会散发出大量的热量。

还有一系列表面贴装二极管可供选择。随着自动化生产的使用越来越多，表面贴装技术和表面贴装二极管的使用越来越多。当然，它们的功耗可能不足以满足高功率设计，但它们仍然适用于许多电子电路设计。

另一种类型的二极管封装是桥式整流器。它由单个封装中的四个二极管组成，连接以提供全波整流器。这些桥式整流器非常有用，因为它们意味着只需要一个器件而不是四个器件。

二极管整流器动作

二极管的作用是只允许电流沿一个方向流动。因此，将交替波形施加到二极管上，则它只允许传导超过一半波形。剩下的一半被阻止。

二极管的整流作用

二极管整流器电路配置

可以使用许多不同的二极管整流电路配置。这些不同的配置各有优缺点，因此适用于不同的应用。

半波整流电路：这是最简单的整流器形式。通常只使用一个二极管会阻塞一半的周期，并允许通过另一个。因此，仅使用一半的波形。

虽然该电路的优点是简单，但缺点是整流信号的连续峰值之间有更长的时间。这使得平滑效果降低，并且更难实现高水平的纹波抑制。

该电路不用于任何电源应用 - 它更常用于信号检测和电平检测应用。

全波整流电路：这种形式的整流电路使用波形的两半。这使得这种形式的整流器更有效，并且由于循环的两半都有传导，平滑变得更加容易和有效。有两种类型的全整流器。

双二极管中心包带变压器全波整流器：   全波整流电路的双二极管版本需要在变压器中安装中心抽头。当使用真空管/热离子阀时，考虑到阀门的成本，此选项被广泛使用。然而，对于半导体，四二极管桥电路节省了中心抽头变压器的成本，并且同样有效。

桥式全整流电路：   这是一种特定形式的全波整流器，在桥式拓扑中使用四个二极管。桥式整流器被广泛使用，特别是对于功率整流，它们可以作为包含以桥式格式连接的四个二极管的单个元件获得。

这种格式使用四个二极管，每个周期两个导通。这意味着有两个二极管压降可以消耗一些功率，但节省了对中心抽头变压器的要求，从而节省了大量成本。此外，二极管不需要像两个二极管配置中使用的二极管那样具有如此高的反向电压额定值。

鉴于存在两个二极管压降，该电路很少用于信号检测应用。然而，它非常适合用于线性电源，在许多情况下也适合用于开关模式电源。

同步整流电路：同步或有源整流器使用有源元件而不是二极管来提供开关。这克服了二极管损耗并显著提高了效率水平。

鉴于同步整流器可以提供更高的效率水平，它们在高效开关模式电源中的应用非常广泛。它们的复杂性远远超过了可达到的更高效率水平。

鉴于整流电路的种类繁多，使用哪种类型是很好的选择。在许多情况下，这是由所需的性能水平决定的，在大多数情况下，需要一种形式的全波整流器。由于桥式整流器的可用性和低成本，这通常是最便宜的选择，而不是节省二极管，然后需要中心胶带变压器>。

随着现代电源对效率的要求越来越高，许多设计人员都在寻求使用同步整流器。虽然它们更复杂，因此成本更高，但这种成本通常值得它们在提高效率水平方面给予的回报。