单相整流形式

交流正弦波形

正弦波形

交流波形通常有两个与之相关的数字。个数字表示波形沿 x 轴的旋转度数，交流发电机从 0 度旋转到 360度。该值称为周期 (T)，其定义为完成波形的一个完整周期所需的时间间隔。

周期以度、时间或弧度为单位进行测量。正弦波周期（T）和频率（f）之间的关系定义为：T = 1/f。

第二个数字表示沿 y 轴的电流或电压值的幅度。该数字给出从零到某个峰值或值（A MAX、V MAX或I MAX  ）的瞬时值，指示再次返回零之前正弦波的幅度。对于正弦波形，有两个值或峰值，一个用于正半周期，一个用于负半周期。

但除了这两个值之外，我们还对另外两个值感兴趣以进行纠正。一个是正??弦波形的平均值，另一个是其有效值。波形的平均值是通过将一个半周期内的电压（或电流）瞬时值相加得到的，计算公式为：0.6365*V P。

请注意，对称正弦波一个完整周期的平均值将为零，因为平均正半波被相反的平均负半波抵消。即+1 + (-1) = 0。

正弦波的 RMS、均方根或有效值（正弦波是正弦波的别称）向电阻传递的能量与相同值的直流电源传递的能量相同。正弦电压（或电流）的均方根（rms）值定义为：0.7071*V P。

单相整流器

所有单相整流器都使用固态器件作为其主要交流到直流转换器件。单相不受控半波整流器是简单的，也可能是小功率级别使用广泛的整流电路，因为它们的输出很大程度上受到所连接负载电抗的影响。

对于不受控整流器电路，半导体二极管是常用的器件，并且如此布置以创建半波或全波整流器电路。使用二极管作为整流器件的优点在于，根据设计，它们是具有内置单向 pn 结的单向器件。

该 pn 结通过消除一半电源，将双向交流电源转换为单向单向电流。例如，根据二极管的连接，它可以在正向偏置时通过交流波形的正半周，而在二极管反向偏置时消除负半周。

通过消除波形的正半部分并通过负半部分，反之亦然。无论哪种方式，单个二极管整流器的输出仅包含如图所示的360 °波形的一半。

半波整流

上面的单相半波整流器配置使交流电源波形的正半部分通过，而负半部分被消除。通过反转二极管的方向，我们可以通过交流波形的负半部分并消除正半部分。因此，输出将是一系列正或负脉冲。

因此，每个周期的一半没有电压或电流施加到所连接的负载 R L上。换句话说，负载电阻 R L两端的电压仅由一半波形组成，无论是正的还是负的，因为它仅在输入周期的一半内工作，因此被称为半波整流器。

希望我们能够看到二极管允许电流沿一个方向流动，仅产生由半周期组成的输出。这种脉动输出波形不仅在每个周期变化开和关，而且仅在 50% 的时间内出现，并且对于纯电阻负载，这种高电压和电流纹波含量达到值。

这种脉动直流意味着负载电阻上的等效直流值下降，因此 R L只是正弦波形值的一半。由于波形正弦函数的值为 1 ( sin(90 o ) )，因此半个正弦曲线的平均 DC 值定义为：0.637 x 幅值。

因此，在正半周期期间，A AVE等于 0.637*A MAX。然而，由于负半周期由于反向偏置二极管的整流而被去除，因此该负半周期期间的波形平均值将为零，如图所示。

正弦曲线平均值

因此，对于半波整流器，50% 的时间平均值为 0.637*A MAX，50% 的时间平均值为零。如果幅度为 1，则负载电阻 R L上的平均值或等效 DC 值将为：

半波整流平均值

因此，脉动直流半波整流器的电压或电流平均值的相应表达式为：

V平均值 = 0.318*V值

我平均 = 0.318*我

请注意，值 A MAX是输入波形的值，但我们也可以使用其 RMS 或“均方根”值来查找单相半波整流器的等效直流输出值。

为了确定半波整流器的平均电压，我们将 RMS 值乘以 0.9（形状因数），然后将乘积除以 2，即乘以 0.45，得出：

V平均值 = 0.45*V有效值

I平均值 = 0.45*I RMS

然后我们可以看到，半波整流器电路根据二极管方向将交流波形的正半部分或负半部分转换为脉冲直流输出，其等效直流值为 0.318*A MAX或 0.45*A RMS如图所示。

半波整流器平均电压

半波整流平均电压

整改实例No1

单相半波整流器连接到 50V RMS 50Hz 交流电源。如果使用整流器提供150欧姆的电阻负载。计算负载上产生的等效直流电压、负载电流和负载消耗的功率。假设理想的二极管特性。

首先，我们需要将 50 伏 RMS 转换为其峰值或电压等效值（这不是必需的，但有帮助）。

a) 电压幅度，V M

V M  = 1.414*V RMS  = 1.414*50 = 70.7 伏

b) 等效直流电压，V DC

直流电压 = 0.318*V M  = 0.318*70.7 = 22.5 伏

c) 负载电流，IL

I L  = V DC  ÷ R L  = 22.5/150 = 0.15A 或 150mA

d) 负载消耗的功率，P L

P L  = V*I 或 I 2 *R L  = 22.5*0.15 = 3.375W ? 3.4W

实际上，由于整流二极管上有正向偏置的 0.7 伏压降， V DC会略小。

单相半波整流器的主要缺点之一是，在可用输入正弦波形的一半期间没有输出，导致平均值较低，正如我们所见。克服这个问题的一种方法是使用更多的二极管来生产全波整流器。