什么是电压整流器及其用途：典型的整流器电路

电能以交流电压的形式方便地按大小传输和转换。正是以这种形式交付给最终用户。但是要为许多设备供电，您仍然需要直流电压。

电气工程中的整流器

整流器的任务是将交流电压转换为直流电压。本装置应用广泛，在无线电和电气工程中整流装置的主要用途：

• 为电力电气装置（牵引变电站、电解厂、同步发电机的励磁系统）和大功率直流电动机形成直流电；
• 电子设备的电源；
• 检测调制的无线电信号；
• 形成与输入信号电平成比例的直流电压，用于构建自动增益控制系统。

整流器应用的范围很广，不可能在一个概览中全部列出。

整流器原理

整流装置是基于元件单向传导的特性。这可以通过不同的方式来完成。许多工业应用方式已成为过去，例如使用机械同步电机或真空装置。如今，使用将电流传导到一侧的阀门。不久前，水银器件被用于大功率整流器。如今，这些实际上已被半导体（硅）元素所取代。

典型的整流电路

整流装置可以根据不同的原理来构建。在分析设备方案时，应该记住，任何整流器输出端的电压只能有条件地称为常数。该单元产生一个脉动的单向电压，在大多数情况下必须通过滤波器对其进行平滑处理。一些消费者还需要稳定整流电压。

单相整流器

最简单的交流电压整流器是单个二极管。

它将正弦波的正半波传递给消费者，并“切断”负半波。

这种设备的应用领域很小 - 主要是， 开关电源中的整流器开关电源的整流器在相对较高的频率下工作。尽管它提供单向流动的电流，但它具有明显的缺点：

• 高纹波 - 需要一个大而笨重的电容器来平滑并获得恒定电流；
• 不完全使用降压（或升压）变压器的电源，导致所需重量和尺寸增加；
• 平均输出 EMF 小于输入 EMF 的一半；
• 增加对二极管的要求（另一方面 - 只需要一个阀门）。

所以流传最广的是 两个半周期（桥）电路.

在这里，通过负载的电流每个周期沿相同方向流动两次：

• 沿红色箭头指示的路径的正半波；
• 沿绿色箭头指示的路径的负半波。

负波不丢失，也被利用，因此输入变压器的功率得到了更充分的利用。平均 EMF 是单个半波版本的两倍。脉动电流的形状更接近于直线，但仍需要一个平滑电容器。它的容量和尺寸将比前一种情况小，因为脉动频率是电源电压频率的两倍。

如果你的变压器有两个相同的绕组，可以串联或中间有一个抽头的绕组，可以根据另一个电路构建一个双半周期整流器。

这实际上是单半周期整流器的加倍，但具有双半周期的所有优点。缺点是需要特定设计的变压器。

如果变压器是业余制造的，根据需要绕次级绕组没有障碍，但铁必须有点过大。但不是 4 个二极管，而是只使用了 2 个二极管。这将弥补重量和尺寸的损失，甚至获胜。

如果整流器是为大电流而设计的，并且阀门必须安装在散热器上，那么安装一半数量的二极管可以显着节省成本。您还应该考虑到这种整流器的内阻是桥式电路的两倍，因此变压器绕组的发热和相关损耗也会更高。

三相整流器

从前面的电路来看，按照类似原理组装的三相电压整流器是合乎逻辑的。

输出电压的形状更接近于直线，纹波水平仅为 14%，频率等于电源电压频率的三倍。

而该电路的电源是单半周期整流器，即使使用三相电压源也无法消除许多缺点。主要是变压器功率没有充分利用，平均EMF为1.17⋅E_2eff （有效变压器次级 EMF）。

最好的参数有桥式三相电路。

这里输出电压纹波的幅度相同为 14%，但频率等于输入交流电压的次频率，因此滤波电容的电容将是所有提供选项中最小的。并且输出 EMF 将是前一个电路的两倍。

该整流器与在“星形”电路中具有次级绕组的输出变压器一起使用，但当与输出包含在“三角形”电路中的变压器一起使用时，相同的阀组件的效率会低得多。

这里纹波的幅度和频率与前面的方案相同。但平均 EMF 比前一个电路低一倍。因此，这种连接很少使用。

带电压倍增器的整流器

可以构建一个输出电压为输入电压倍数的整流器。例如，有电压倍增的电路：

这里，电容器 C1 在负半周期充电，并与输入正弦波的正波串联切换。这种结构的缺点是整流器的负载能力低，以及电容器C2处于两倍电压值以下。因此，这种方案被用于无线电工程中，用于幅度检测器的低功率信号加倍整流，作为自动增益控制电路中的测量体等。

在电气工程和电力电子中，使用了另一个版本的倍频电路。

根据拉图电路组装的倍增器具有很大的负载能力。每个电容器都处于输入电压之下，因此在质量和尺寸方面，这个变体也胜过前一个。在正半周期期间，电容器 C1 被充电，在负半周期 - C2 期间。电容是串联的，相对于负载是并联的，所以负载上的电压等于 充电电容器的电压.纹波的频率等于线电压频率的两倍，其值取决于 关于电容器的值.它们越高，波纹越低。在这里，有必要找到一个合理的折衷方案。

该电路的缺点是禁止将负载端子之一接地 - 在这种情况下，二极管或电容器之一将被短路。

该电路可以级联任意次数。因此，通过重复两次开关原理，您可以获得电压四倍等的电路。

电路中的第一个电容必须能够承受电源电压，其他电容必须能够使电源电压加倍。所有的门都必须设计成双反向电压。当然，为了电路的可靠运行，所有参数必须至少有 20% 的余量。

如果没有合适的二极管，您可以将它们串联起来——这将使最大允许电压增加几倍。但必须包括与每个二极管并联的均衡电阻。这样做是必要的，因为否则由于栅极参数的变化，反向电压可能会在二极管之间不均匀地分布。结果可能是其中一个二极管的最高值。如果链的每个元件都用一个电阻分流（它们的额定值必须相同），那么反向电压的分布将严格相同。每个电阻的阻值应小于二极管反向阻值的 10 倍左右。在这种情况下，附加元件对电路操作的影响将最小化。

该电路中的二极管不太可能需要并联，这里的电流很小。但它在负载消耗大量功率的其他整流器电路中很有用。并联使通过阀门的允许电流成倍增加，但会造成参数偏差。结果，一个二极管可以吸收最多的电流而不能维持它。为了避免这种情况，每个二极管串联一个电阻。

选择电阻器的额定值，以便在最大电流下，其两端的电压降为 1 伏。因此，对于 1 A 的电流，电阻应为 1 ohm。这种情况下的功率至少应为 1 瓦。

理论上，电压倍数可以增加到无穷大。在实践中，请记住，此类整流器的负载能力会随着每增加一级而急剧下降。这样一来，就有可能出现这样的情况，当负载上的电压跌落超过倍数时，会使整流器工作无意义。这一缺点是所有此类电路所固有的。

通常这种电压倍增器是作为具有良好绝缘性的单个模块生产的。例如，此类设备用于在电视机或示波器中产生高压，其中阴极射线管用作监视器。使用扼流圈的倍增电路也是众所周知的，但它们并不普遍——绕组部件难以制造并且在操作中不是很可靠。

有相当多的整流器方案。鉴于该单元的广泛应用，有意识地选择电路和计算元件是很重要的。只有在这种情况下，才能保证长期可靠的运行。

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