全波整流器使用四个整流二极管将每个波形周期的两半都转换为脉动直流信号。在上一个关于功率二极管的教程中，我们讨论了通过在负载电阻两头连接平滑电容器来降低直接直流电压上的纹波或电压变化的方法。

  虽然这种方法可能适用于低功率应用，但不适用于需要 “稳定且平滑” 直流电源电压的应用。改进这一状况的一种方法是利用输入电压的每个半周期，而不是每隔一个半周期。能够让我们做到这一点的电路被称为全波整流器。

  与半波电路一样，全波整流器电路产生的输出电压或电流纯粹是直流，或具有某些特定的直流分量。全波整流器相对于半波整流器有一些基本优势。平均（直流）输出电压比半波整流器更高，全波整流器的输出纹波比半波整流器少得多，由此产生更平滑的输出波形。

  在全波整流器电路中，现在使用两个二极管，每个二极管负责一个半周期。使用一个多绕组变压器，其次级绕组平均分成两半，带有一个公共的中心抽头连接（C）。

  这种配置使得每个二极管在其阳极端相对于变压器中心点 C 为正时依次导通，在两个半周期都产生输出，是半波整流器输出的两倍，所以其效率为 100%，如下所示。

  全波整流器电路由两个功率二极管连接到单个负载电阻（RL）组成，每个二极管轮流为负载提供电流。当变压器的 A 点相对于 C 点为正时，二极管 D1 按箭头所示的正向导通。

  当 B 点（在负半周期）相对于 C 点为正时，二极管 D2 正向导通，并且在两个半周期中流过电阻 R 的电流方向相同。由于电阻 R 两端的输出电压是两个波形的相量和，这种类型的全波整流器电路也被称为 “双相” 电路。

  由于现在每个二极管产生的半波之间的间隙被另一个二极管填充，负载电阻两头的平均直流输出电压现在是单个半波整流器电路的两倍，假设无损耗，约为峰值电压的 0.637Vmax。

  输出波形的峰值电压与半波整流器之前的相同，前提是变压器绕组的每一半具有相同的均方根电压值。为了获得不同的直流电压输出，能够正常的使用不同的变压器变比。

  这种类型的全波整流器电路的主要缺点是，对于给定的功率输出，需要一个更大的变压器，且带有两个独立但相同的次级绕组，这使得这种全波整流电路与等效的 “全波桥式整流器” 电路相比成本较高。

  另一种产生与上述全波整流器电路相同输出波形的电路是全波桥式整流器。这种单相整流器使用四个单独的整流二极管，以闭环 “桥” 配置连接，以产生所需的输出。

  这种桥式电路的主要优点是它不需要特殊的中心抽头变压器，从而减小了其尺寸和成本。单个次级绕组连接到二极管桥网络的一侧，负载连接到另一侧，如下所示。

  标记为 D1 到 D4 的四个二极管以 “串联对” 的形式排列，在每个半周期中只有两个二极管导通电流。在电源的正半周期，二极管 D1 和 D2 串联导通，而二极管 D3 和 D4 反向偏置，电流流过负载，如下所示。

  在电源的负半周期，二极管 D3 和 D4 串联导通，但二极管 D1 和 D2 截止，因为它们现在反向偏置。流过负载的电流方向与之前相同。

  由于流过负载的电流是单向的，所以负载两端产生的电压也是单向的，与之前的双二极管全波整流器相同，因此负载两端的平均直流电压为 0.637Vmax。

  然而，实际上，在每个半周期中，电流流过两个二极管而不是一个，所以输出电压的幅度比输入 VMAX 幅度小两个电压降（2×0.7 = 1.4V）。现在纹波频率是电源频率的两倍（例如，对于 50Hz 的电源为 100Hz，对于 60Hz 的电源为 120Hz）。

  虽然我们大家可以使用四个单独的功率二极管来制作全波桥式整流器，但现成的桥式整流器组件有各种不同的电压和电流规格可供选择，可以直接焊接到印刷电路板（PCB）上，或者通过铲形连接器连接。

  上边的图片展示了一个典型的单相桥式整流器，其中一个角被切掉。这个切掉的角表示最靠近该角的端子是正输出端子或正极引线，相对（对角）的引线是负输出引线。另外两个连接引线用于连接来自变压器次级绕组的输入交流电压。

  我们在上一节中看到，单相半波整流器每半个周期产生一个输出波，并且使用这种类型的电路来产生稳定的直流电源并不实际。然而，全波桥式整流器为我们提供了更大的平均直流值（0.637Vmax），叠加的纹波更少，同时输出波形的频率是输入电源频率的两倍。

  我们可以通过使用平滑电容器来滤波输出波形，从而提高整流器的平均直流输出，同时减少整流输出的交流变化。与负载并联连接在全波桥式整流器电路输出端的平滑或储能电容器，由于电容器起到存储设备的作用，进一步提高了平均直流输出电平，如下所示。

  平滑电容器将整流器的全波纹波输出转换为更平滑的直流输出电压。我们可以看到安装不同值的平滑电容器对整流输出波形的影响。

  波形上的蓝色曲线显示了在整流器输出端使用 5.0μF 平滑电容器的结果。以前，负载电压跟随整流输出波形降至零伏。这里，5μF 电容器被充电至输出直流脉冲的峰值电压，但是当它从峰值电压降回零伏时，由于电路的 RC 时间常数，电容器不能快速放电。

  在这个例子中，这导致电容器放电至约 3.6 伏，维持负载电阻两端的电压，直到电容器在下一个直流脉冲的正斜率再次充电。换句话说，电容器在下一个直流脉冲将其重新充电至峰值之前，只有短暂的放电时间。

  因此，施加到负载电阻的直流电压仅下降少量。但是我们可以通过增加平滑电容器的值来进一步改善，如下所示。

  这里我们将平滑电容器的值增加了十倍，从 5μF 增加到 50μF，这减少了纹波，将最小放电电压从之前的 3.6 伏提高到 7.9 伏。然而，选择 1kΩ 的负载电阻来获得这些值，但是随着负载阻抗降低，负载电流增加，导致电容器在充电脉冲之间放电更快。

  使用一个更大的电容器来减少单个平滑或储能电容器为大负载供电的影响，更大的电容器存储更多能量，在充电脉冲之间放电更少。一般来说，对于直流电源电路，平滑电容器是铝电解型的，电容值为 100μF 或更大，来自整流器的重复直流电压脉冲将电容器充电至峰值电压。

  然而，在选择合适的平滑电容器时，有两个重要参数需要考虑，即其工作电压，必须高于整流器的空载输出值，以及其电容值，它决定了叠加在直流电压上的纹波量。

  电容值过低，电容器对输出波形几乎没有影响。但是如果平滑电容器足够大（能够正常的使用并联电容器），并且负载电流不是太大，输出电压将几乎像纯直流一样平滑。一般经验法则是，我们希望纹波电压峰峰值小于 100mV。

  全波整流器电路中存在的最大纹波电压不仅由平滑电容器的值决定，还由频率和负载电流决定，计算公式为：

  其中：I 是直流负载电流（单位为安培），ƒ是纹波频率或输入频率的两倍（单位为赫兹），C 是电容（单位为法拉）。

  全波桥式整流器的主要优点是，对于给定的负载，它具有比等效半波整流器更小的交流纹波值，并且需要更小的储能或平滑电容器。因此，纹波电压的基频是交流电源频率（100Hz）的两倍，而半波整流器的纹波频率与电源频率（50Hz）完全相等。

  通过在桥式整流器的输出端添加一个大大改进的 π 滤波器（pi 滤波器），几乎能消除二极管叠加在直流电源电压上的纹波电压。这种低通滤波器由两个通常具有相同值的平滑电容器和一个跨接在它们之间的扼流圈或电感组成，为交流纹波分量引入高阻抗路径。

  另一种更实用且更便宜的替代方法是使用现成的三端稳压器集成电路，例如用于正输出电压的 LM78xx（其中 “xx” 代表输出电压额定值）或其反向等效的用于负输出电压的 LM79xx，它可以将纹波降低超过 70dB（数据手册），同时提供超过 1 安培的恒定输出电流。

  在下一个关于二极管的教程中，我们将研究齐纳二极管，它利用其反向击穿电压特性在自身两端产生一个恒定且固定的输出电压。

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