电 源
138．怎样利用整流方式得到平稳的直流电?
答：整流是利用二极管的单向导电性，把正负交变的交流电变为单向的脉动直流电，再经过滤波电路使波形变得平滑，然后再经过稳压电路的作用，最后得到波形平直、电压稳定的直流电。
由交流电得到平稳的直流电需经以下四个环节(见图1-55)：
(1)电源(整流)变压器将电网的交流电压的大小变换成符合整流电路的工作电压。
(2)整流二极管将交流电变换成单向脉动直流电。
(3)滤波装置将脉动的直流电变换成平直的直流电。
(4)稳压电路将波动的直流电压变为稳定的直流电压，使直流输出电压保持稳定。
139．单相半波整流电路是怎样工作的?
答：单相半波整流电路如图l-56所示。图中，TR是整流变压器，υ2是变压器的二次电压，在时间0～π时，υ2的A端为正，B端为负，这时VD承 受正向电压而导通，电流从TR的二次侧上端流出，经二极管VD流过负载R1回到TR二次侧的下端，负载RL上有电压。当时间为X～2π时，υ2的A端为 负，B端为正，VD上加反向电压，这时VD不导通，所以在RL上没有电压。当时间为2π～3π时，VD又导通，RL上又有电压……，从上述现象我们可以看 出，电源电压虽然是忽正忽负，但是由于二极管的单向导电性，使RL上得到了单方向的脉动电压，这就将交流电变为直流电了。这种电路只是在电源电压υ2的正 半周时才有电流流过，故称为单相半波整流电路。
40．单相全波整流电路是怎样工作的?
答：单相全波整流电路如图1-57所示。它是由两个半波整流电路组合而成的。
在 变压器TR的二次侧具有中心抽头，引出大小相等的两个电压υ2A、υ2B，在时间0～π内，υ2A上端为正，下端为负，υ2A经过VD1、RL、变压器 TR的中心抽头构成回路，VD2因加反向电压作用而截止。在时间π～2π内，υ2B下端为正，上端为负，υ2B经VD2、RL、变压器中心抽头构成回路， VD1因加反向电压而截止。所以在交变电压的整个周期内，由两个整流器件构成的两个单相半波整流电路轮流导通，从而使负载RI，上得到了单一方向的全波脉 动电压。
141．单相桥式整流电路是怎样工作的?
尽管单相全波整流和单相桥式整流电路在负载上得到的电压波形一样，但是，单相全波整流电路需要带中心抽头的变压器，而单相桥式整流电路需要四个整流二极管。
142．单相半波、全波、桥式整流电路各有什么特点?
答：单相半波整流电路的特点如下：
（1） 电路简单，使用器件少。
（2）无滤波电路时，整流电压的直流分量较小，Vo=0.45V2
(3)整流电压的脉动较大。
(4)变压器的利用率低。
单相全波整流电路的特点如下：
(1)使用的整流器件较半波整流时多一倍。
(2)整流电压脉动较小，比半波整流小一半。无滤波电路时的输出电压Vo=0.9V2。
(3)变压器的利用率比半波整流时高。
(4)变压器二次绕组需中心抽头。
(5)整流器件所承受的反向电压较高。
单相桥式整流电路的特点如下：
(1)使用的整流器件较全波整流时多一倍。
(2)整流电压脉动与全波整流相同。
(3)每个器件所承受的反向电压为电源电压峰值，即
。
(4)变压器利用率较全波整流电路高。
143．怎样选择整流器件?
答：上面介绍了常用的三种小功率整流电路的原理和特点。实用中，可根据负载的要求和整流器件的参数，合理地选用电路形式。在选择整流二极管时，一般应遵守下列两个原则：
(1)二极管的最大整流电流IOM应大于或等于二极管中实际流过的平均电流IFo
(2)二极管的最高反向工作电压应大于加在二极管两端的实际反向峰值电压VRM。
在选择时，可由给定的负载电压VL和电流IL按照不同的整流电路，计算出流过二极管的平均电流IF及加于管于的最大反向电压VR，按上述两个原则，查阅晶体管手册选用整流器件。
设有一负载电阻需要直流电压VL=50V，电流IL=4A，试选择整流二极管。
选择方法如下：
(1)采用半波整流时，由于VL=0.45V2，变压器的二次电压为
V2=VL／0.45=50V／0.45=112V
二极管承受的最大反向电压为
VR=1.41V2=1.4l×112V=158V
流过二极管的整流电流平均值为
IE=IL=4A
从晶体管手册查得2CZ13C整流二极管的最大整流电流为5A，最高反向工作电压为200V，故可选用一只2CZl3C整流二极管。
(2)采用全波整流时，由于VL=0.9V2，变压器每一个二次电压为
V2=VL／0.9=50V／0.9=56V
二极管承受的最大反向电压为
VR=2×1.41V2=158V
流过二极管的整流电流平均值为
IE=IL／2=2A
从晶体管手册查得2czl2C整流二极管的最大整流电流为3A，最高反向工作电压为200V，故选用两只2CZ12C整流二极管。
(3)采用桥式整流时，变压器二次电压为
V2=56V
二极管承受的最大反向电压为
VR=1.41、V2=79V
流过二极管的整流电流平均值为
IF=IL／2=2A
从晶体管手册查得2CZ12B整流二极管的最大整流电流为3A，最高反向工作电压为l00V，故选用四只2CZ12B整流二极管。
144．为什么大功率整流器件必须采取规定的散热措施?
答：在大功率整流电路中，流过整流器件的电流比较大，硅整流二极管都有1V左右的正向压降。正向压降和流过二极管的平均电流乘积称为耗散功率，这一 部分功率以热的形式从器件内部向外散发，电流越大产生的热量越多，整流器件热容量较小，耐热能力较差。在工作过程中若不将发出的热量通过适当途径向周围空 间迅速散发，则器件的结温会很快上升，导致反向漏电流增加，耐压特性下降，严重时会烧毁二极管。所以必须加装符合规定的散热器，有的还必须采取强制风冷或 水冷措施。
145．在桥式整流电路中，若有一只二极管损坏。将会出现什么现象?
答：二极管损坏后，一般呈现开路或短路的两种状态。在图1-59所示桥式整流电路中，假设一只二极管短路，电路如图1-59a所示。当交流输入电压 为正半周时，电流将按箭头方向流动，变压器二次绕组通过VD3短路。此时，不仅负载电阻RL中没有电流流过，而且二极管VD3和变压器均有烧毁的可能。
如果一只二极管开路，电路如图1-59b所示。当交流输入电压为正半周时，电流将按箭头方向流动。当交流输入电压为负半周时，负载电阻RL中没有电流流过，这时电路就等效为一个半波整流电路，因此它的直流输出电压要下降。
另外，考虑到桥式整流电路中每一个二极管的平均电流是负载电流的一半，而半波整流时二极管通过的电流等于负载的电流。因此，桥式整流电路中二极管允许的最大整流电流小于负载电流时，VD1、VD2均有烧毁的可能。
146．滤波电路有何作用?
答：由上述三种整流电路将交流电转变为直流电时，其输出的电流是含有直流成分和交流成分的脉动直流电。这种脉动直流电一般可用于某些电镀、电解和蓄 电池充电等设备。而电子设备和自动控制装置，往往需要平滑的直流电，因此必须将脉动直流电中的交流成分滤去。滤波电路能把脉动直流电中的交流成分滤走，而 保留其直流成分，在负载两端得到较为平滑的直流电。
电感对恒定直流的阻抗极小，而对交流却呈现出较大的阻抗，电容对恒定直流相当于开路，而交流却很容易通过。利用电感和电容的这种特性，把它们适当地组合起来，能有效地实现滤波。
147．常用滤波器有哪几种形式?
答：主要有电容滤波、电感滤波和复式滤波等形式
(1)电容滤波是用一个大容量的电容(电解电容)与负载并联组成电容滤波。
1)半波整流电容滤波图1-61所示为半波整流电容滤波电路。未加滤波电容时，负载得到的是半波脉动电压。当负载并接电容C后，二极管导通，一部分 电流流经负载，另一部分电流流入电容器使其充电，如图1-60a所示。二极管截止时，电容向负载放电，如图1-60b所示。因此，在整个周期内，由于电容 C的充放电作用，负载电流不会中断，负载上电压的脉动程度减少，比不加电容时平滑很多，其波形如图1-60c所示。
2)全波及桥式整流电容滤波 图1-6la、b所示为全波整流和桥式整流电容滤波电路，其波形如图1-61c所示。
全波整流电容滤波电路的工作原理与半波整流电容滤波电路相同。需要指出的是，全波整流电路在电源一个周期内两次对电容充电，并且电容两次对负载放电，使负载得到的输出电压更加平滑，输出电压更高。
电容滤波作用还可以这样粗略地理解：由于电容有隔直流、通交流的作用，整流后的脉动电压中的直流成分只能通过负载电阻，而交流成分被电容C分流而滤掉。电容量越大，容抗越小，交流成分被滤掉越多，滤波效果越好。
在负载RL确定后，电容放电的快慢取决于电容的大小。在实际使用中，为获得较好的滤波效果，电容C常按下式近似选择：
式中，T为交流电源的周期。
电容的耐压，全波整流时为 ，半波整流时应为 
。
电容滤波后输出直流电压升高了，一般可按下面关系式近似估算：
半波整流时VL≈0.9V，
全波整流时VL≈1.2V2
电容滤波电路简单，但只适用于负载电流较小且变化不大的场合，如各种电子设备及分析仪器等。
(2)电感滤波电路是把电感与负载电阻串联组成电感滤波电路，如图1-62所示。
由于铁心线圈的重量大，线圈绕制不方便，所以在直流负载电流较小(几十毫安以下)时，可以用电阻代替电感组成RC-π型滤波器，如图1-63c所示。电阻R的作用除了降低交流电压外，也降低一部分直流电压。
