半波整流器

半波整流器是一个简单的 PN 结二极管串联在负载电阻器中。半波整流器的电路包括形成变压器的初级和次级绕组、PN 结二极管和负载电阻 RL，如下图所示

输入到半波整流器的信号是 交流电。输出电压通过负载电阻 RL 测量。

顾名思义，半波整流器仅输出输入波形的一个半周期。这是因为 PN 结二极管只允许电流单向导通。这意味着输出脉冲仅在输入正半周期时产生输出，如下所示

半波整流器的应用包括脉冲发生器电路、幅度调制电路等。在此，我们将详细讨论半波整流器的工作原理、应用、优点和缺点。

半波整流器工作原理

半波整流器中使用的变压器是降压变压器。它用于将交流电转换为直流电。它有两个绕组，即初级绕组和次级绕组。初级连接到输入电源，而次级绕组连接到 PN 结二极管和负载电阻。

输入电压首先由变压器降压，然后施加到二极管。二极管是 PN 结二极管，仅在正向偏置时才导电。

请看下图，其中显示了二极管正向偏置时的极性。

正向偏置轻易允许电流流过二极管的端子。在正半周期期间，正电压被馈送到二极管的正端。二极管变为正向偏置并产生输出。类似地，在负半周期期间，负电压被施加到 PN 结二极管的正端。二极管变为反向偏置并且不导电。

因此，我们可以说 PN 结二极管仅在输入周期的正半周期产生输出。这个过程称为半波整流。

半波整流器工作

电路次级绕组上的交流电压在每个半周期后改变极性。在第一个半周期期间，输入端的上端相对于下端为正。此时二极管正向偏置，因此导电。如果二极管的正向电阻为零，则输入电压将直接施加到负载电阻。实际上，二极管的电阻可以很小，但不能为零。输出电流和电压波形与输入交流波形相似。

类似地，在负半周期期间，下端相对于上端为负。此时二极管反向偏置，因此不导电。因此，负载电阻上的电压保持为零。反向电流非常小，可视为零。因此，对于每个负半周期，都不会向负载电阻提供输出。

正半周期输入时的输入和输出波形如下所示：

下一个（负）半周期输入时的输入和输出波形如下所示：

后续输入周期时的输入和输出波形如下所示：

半波整流器之所以得名，是因为它在输出端只提供半个周期。我们还可以使用滤波器来使输出波形平滑。

半波整流器分析

在此，我们将讨论半波整流器的各种参数。

1. 峰值反向电压 (PIV)

这是整流器设计中的一个重要参数。

在反向偏置状态下，没有电流流过负载电阻。因此，整个输出电压都出现在 PN 结二极管上。

因此，半波整流器的 PIV（峰值反向电压）为：Vm。

2. 二极管的平均电流和峰值电流

我们以变压器上的电压为次级电压 Vs。施加到整流器的数值可以表示为

瞬时电压值施加到半波整流器。假设电阻器和二极管的正向电阻分别为 RF 和 RL。

流过负载电阻的电流为

流过二极管的电流可以表示为

3. 直流输出电流

直流输出电流为

将 Im 的值代入上式，我们得到

4. 电流的 RMS 值

流过二极管的电流的 RMS 值可以表示为

将 Im 的值代入上式，我们得到

5. 直流输出电压

直流输出电压可以表示为

6. 输出电压的 RMS 值

负载上的 RMS 值给为

7. 整流效率

效率 = 提供给负载的直流功率 / 变压器的交流输入功率。

半波整流器的最大效率为 40.6%。

8. 纹波系数

它是交流分量（电压或电流）的有效值与直流分量（电压或电流）的比值。

它表示为

9. 稳压

它可以表示为

应用

整流器通常用于构建直流电源。整流器可以是半波或全波整流器，具体取决于要求。这两种整流器都用作构建直流电源的组件。全波整流器在平滑直流电源应用中更受青睐。在不需要平滑或恒定直流电源的应用中，可以使用半波整流器。

半波整流器的其他应用包括电烙铁电路、小型电池、AM（幅度调制）收音机电路、触发电路等。

半波整流器的优点

半波整流器的电路简单且成本低廉。易于构建。让我们讨论一下半波整流器的优点。

• 低成本
  与其他类型的整流器相比，半波整流器的价格便宜。这是因为电路中的元件数量较少。
• 设计简单
  电路设计不涉及复杂的布线系统或大量元件。
• 易于建造
  半波整流器仅包含四个基本组件，称为输入电源、初级和次级绕组、PN 结二极管和负载电阻。所有这些元件的连接都很简单。因此，该电路易于构建。

缺点

半波整流器的缺点如下：

• 纹波系数高
  半波整流器的纹波系数很高，因此不适合作为音频电路的输入电源。这会在输入信号中产生噪声。它还会影响音频信号的音频质量。
• 功率输出低且效率低
  半波整流器的功率输出和效率都很低。这是因为整流器仅在交流输入电压的正半周期期间输出功率。
• 磁滞损耗
  变压器铁芯的直流饱和会导致磁滞损耗和磁化电流。它还会导致谐波的产生。
• 变压器利用系数低
  它定义为直流输出功率与变压器有效交流额定值的比率。

因此，由于上述所有缺点，半波整流器不推荐用于通用电源。它用于某些应用，例如电烙铁电路、低功率电池、脉冲发生器电路等。