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二极管整流电路如何工作

二极管只让电流单方向通过。把四只接成桥式就出现了一个有用的效果:无论交流电此刻朝哪个方向流, 总有一对二极管把电流按同一方向送过负载——把交流变成电源电路赖以工作的、粗糙的单向电流。

二极管桥式整流电路 二极管只能单向导通 · 四只搭配就把交流变成单向直流 交流输入 电流每半个周期反向一次 整流输出 每个凸起都朝同一方向 输入上下摆动;桥式电路把另一半翻转过来,负载始终只看到一个方向 交流电源 交流供电 + − 直流 + 轨 直流 − 轨 D1 D2 D3 D4 负载 单向电流 电流流向 每半周换一条通路
发生的顺序 交流输入 → D1+D3 导通 → D2+D4 导通 → 单向输出 → 仍留脉动
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详细说明

什么是整流器?

整流器是把交流电转换成直流电的电路。交流电便于产生和输送,但大多数电子设备却需要稳定、单向的供电——因此两者之间必须有一级把前者变成后者,承担这项工作的元件就是二极管。

为什么是四只二极管?

单只二极管只在电流顺着它方向的半个周期导通,等于把电源的一半白白丢掉。桥式整流器用四只二极管围成一圈,把两个半周都用起来:电流反向时,另外两只二极管接手,仍按原来的方向把电流送给负载,输出因而更平滑、更实用。

怎么看这张图

左侧圆圈是交流电源,接在菱形桥的左右两个顶点上。四个三角形就是 D1 到 D4 四只二极管。上顶点是正极轨、下顶点是负极轨,它们给右侧的负载供电。内嵌小图把上下两摆的输入波与只朝一侧的输出波放在一起对照。

部件及其作用

1. 电源方向不断改变

交流电源先把电流往一个方向推,再往另一个方向推,如此反复。若不加处理,这股电流会让负载一会儿正向流过、一会儿反向流过——对于任何需要稳定方向的设备都毫无用处。

2. 二极管是一道单向阀门

二极管只朝一个方向导通:电流从它的阳极流到阴极很顺畅,反过来则被挡住。正是这一条特性,重复四次,就足以构成一个桥式整流器。

3. 前半周:D1 与 D3 导通

假设此刻左端为正。电流从电源流出,经二极管 D1 上到正极轨,再穿过负载到负极轨,然后经 D3 回到右端。此时 D2 和 D4 处于反向偏置,保持关断。

4. 后半周:改由 D2 与 D4 导通

现在电源反向,右端为正。电流经 D2 上到同一条正极轨,仍以同样方向穿过负载,再经 D4 回到左端。导通的那一对虽然换了,但负载看到的电流方向与之前完全一致。

5. 输出是带脉动的单向电流

因为两个半周都被引导到同一方向,输出再也不会反向。不过它还不平整:电流在一连串凸起之间上下起伏,所以通常还要再接一只滤波电容,把波谷填平,让供电变得平稳。

什么是二极管?

二极管是一种只允许电流朝一个方向流过、反方向则被挡住的元件。它就像电的单向阀,因此可以把来回摆动的交流电“整理”成只朝一个方向流动的电流。

什么是整流器?

整流器是把交流电变成直流电的电路。最简单的整流器用二极管:一只二极管做半波整流,四只二极管接成桥式则做全波整流,把正负两个半周都利用起来。

为什么用四只二极管,而不是一只?

单只二极管只在每半个周期里导通,另外半周没有输出,波形非常不平整。四只组成桥式后两个半周都能用:无论电流朝哪边流,总有一对二极管把它按同一方向送过负载,输出因此平滑得多。

二极管能让电流倒流吗?

不能。普通二极管会挡住反方向的电流,因此电流不可能从中反向流过。正是这个单向特性让整流得以实现,也是它能保护电路不被接反的原因。

整流后的输出是平稳的直流吗?

还不是。输出是一连串上下起伏的凸起——一种带脉动的单向电流。要让它变平稳,通常还要在后面加一只滤波电容,在波峰储存电荷、在波谷释放出来。

常见误区

二极管会放大或凭空产生电流。 看上去像是电路里多出来了能量。
它只是给现有电流“引路”。 二极管是一道单向阀,只负责引导已有的电流并挡住反向,并不增加电量。
整流器的输出是完全平直的直流。 既然把交流变成了直流,输出似乎就该平稳无波。
输出仍带脉动。 它是一连串单向凸起;要抹平还得再加一个元件,通常是电容。
一只二极管就够用了。 既然二极管已经能挡住一个方向,一只应该就行。
桥式要用上两个半周。 一只二极管会丢掉半个周期;四只接成桥式把两个半周都收回来,输出更平滑。
免责声明:本图解为教学目的做了大幅简化,真实系统变量与复杂度远超此处。不可用于工程生产用途,也不构成金融、政治或专业建议。