可以同时对正半周和负半周进行整流的整流电路可以称为全波整流器，因为它可以对整个周期进行整流。全波整流器的结构可以分为两种类型。他们是

• 中心抽头全波整流器
• 桥式全波整流器

两者都有其优点和缺点。现在，让我们了解它们的构造以及它们的波形，以了解哪个更好，为什么更好。

中心抽头全波整流器

将其变压器次级被抽头以获取所需输出电压的整流器电路(交替使用两个二极管)来整流整个周期的过程称为中心抽头全波整流器电路。与其他情况不同，此处的变压器中心抽头。

中心抽头变压器的特点是-

• 通过在次级绕组的中点绘制导线来完成分接。这样将绕组分成两个相等的两半。

• 抽头中点的电压为零。这形成一个中立点。

• 中心抽头提供两个单独的输出电压，它们的大小相等，但极性相反。

• 可以抽出许多抽头以获得不同的电压电平。

具有两个整流二极管的中心抽头变压器用于构造中心抽头全波整流器。中心抽头全波整流器的电路图如下所示。

CT-FWR的工作

上图可以理解抽头全波整流器的工作原理。当施加输入电压的正半周时，变压器次级的点M相对于点N变为正。这使二极管$ D_1 $正向偏置。因此，电流$ i_1 $从负载电阻从A流到B。我们现在在输出中有正半个周期

当施加输入电压的负半周期时，变压器次级的点M相对于点N变为负。这使二极管$ D_2 $正向偏置。因此，电流$ i_2 $从A到B流经负载电阻。我们现在在输出中有正半个周期，即使在输入的负半个周期也是如此。

CT FWR的波形

抽头全波整流器的输入和输出波形如下。

从上图可以明显看出，在正半周期和负半周期中均获得了输出。还可以观察到，在两个半周期中，负载电阻两端的输出方向相同。

峰值反向电压

由于跨半个次级绕组的最大电压为$ V_m $，整个次级电压会出现在非导电二极管上。因此，峰值反向电压是半次级绕组两端最大电压的两倍，即

$$ PIV = 2V_m $$

缺点

中心抽头全波整流器几乎没有缺点，例如-

• 中心攻的位置很难
• 直流输出电压小
• 二极管的PIV应该很高

下一代全波整流器电路是桥式全波整流器电路。

桥式全波整流器

这种全波整流器电路利用以桥形式连接的四个二极管，以便不仅在输入的整个周期内产生输出，而且消除了中心抽头全波整流器电路的缺点。

该电路中不需要变压器的任何中心抽头。在构建桥式网络时，使用了四个称为$ D_1 $，$ D_2 $，$ D_3 $和$ D_4 $的二极管，以便两个二极管在输入电源的一个半周期导通，另外两个二极管在另一半周期导通。桥式全波整流器的电路如下图所示。

桥式全波整流器的工作

采用在桥电路中连接四个二极管的全波整流器来获得更好的全波输出响应。给定输入电源的正半周期时，点P相对于点Q变为正。这使得二极管$ D_1 $和$ D_3 $正向偏置，而$ D_2 $和$ D_4 $反向偏置。这两个二极管现在将与负载电阻器串联。

下图说明了这一点以及电路中的常规电流。

因此，二极管$ D_1 $和$ D_3 $在输入电源的正半周期间导通，以沿着负载电阻器产生输出。当两个二极管工作以产生输出时，电压将是中心抽头全波整流器输出电压的两倍。

给定输入电源的负半周期时，点P相对于点Q变为负。这使得二极管$ D_1 $和$ D_3 $反向偏置，而$ D_2 $和$ D_4 $正向偏置。这两个二极管现在将与负载电阻器串联。

下图说明了这一点以及电路中的常规电流。

因此，二极管$ D_ {2} $和$ D_ {4} $在输入电源的负半周期间导通，以沿着负载电阻器产生输出。在这里，两个二极管也起作用以产生输出电压。电流的方向与输入的正半周期间相同。

桥式FWR的波形

抽头全波整流器的输入和输出波形如下。

从上图可以明显看出，在正半周期和负半周期都获得了输出。还可以观察到，在两个半周期中，负载电阻两端的输出方向相同。

峰值反向电压

每当两个二极管与变压器的次级并联时，变压器两端的最大次级电压就会出现在不导通的二极管上，从而形成整流器电路的PIV。因此，峰值反向电压是次级绕组两端的最大电压，即

$$ PIV = V_m $$

好处

桥式全波整流器有很多优点，例如-

• 无需点击中心。
• 直流输出电压是中心抽头FWR的两倍。
• 二极管的PIV为中心抽头FWR的一半。
• 电路的设计更容易，输出更好。

现在让我们分析全波整流器的特性。

全波整流器分析

为了分析全波整流器电路，让我们假设输入电压$ V_ {i} $为

$$ V_ {i} = V_m \ sin \ omega t $$

通过负载电阻$ R_L $的电流$ i_1 $由下式给出

$$ i_1 = I_m \ sin \ omega t \ quad为\ quad0 \ leq \ omega t \ leq \ pi $$

$$ i_1 = \ quad0 \ quad \ quad \ quad for \ quad \ pi \ leq \ omega t \ leq 2 \ pi $$

哪里

$$ I_m = \ frac {V_m} {R_f + R_L} $$

$ R_f $是导通状态下的二极管电阻。

同样，流过二极管$ D_2 $和负载电阻RL的电流$ i_2 $由下式给出：

$$ i_2 = \ quad \：0 \ quad \ quad \ quad for \ quad 0 \ leq \ omega t \ leq \ pi $$

$$ i_2 = I_m \ sin \ omega t \ quad为\ quad \ pi \ leq \ omega t \ leq 2 \ pi $$

流过$ R_L $的总电流是两个电流$ i_1 $和$ i_2 $之和，即

$$ i = i_1 + i_2 $$

直流或平均电流

直流电流表指示的输出电流平均值由下式给出：

$$ I_ {dc} = \ frac {1} {2 \ pi} \ int_ {0} ^ {2 \ pi} i_1 \：d \ left(\ omega t \ right)+ \ frac {1} {2 \ pi} \ int_ {0} ^ {2 \ pi} i_2 \：d \ left(\ omega t \ right)$$

$$ = \ frac {1} {2 \ pi \ int_ {0} ^ {\ pi}} I_m \ sin \ omega t \：d \ left(\ omega t \ right)+ 0 + 0 + $$

$$ \ frac {1} {2 \ pi} \ int_ {0} ^ {2 \ pi} I_m \ sin \ omega t \：d \ left(\ omega t \ right)$$

$$ = \ frac {I_m} {\ pi} + \ frac {I_m} {\ pi} = \ frac {2I_m} {\ pi} = 0.636I_m $$

这是半波整流器的两倍。

直流输出电压

负载两端的直流输出电压为

$$ V_ {dc} = I_ {dc} \ times R_L = \ frac {2I_mR_L} {\ pi} = 0.636I_mR_L $$

因此，直流输出电压是半波整流器的两倍。

RMS电流

电流的RMS值由下式给出

$$ I_ {rms} = \ left [\ frac {1} {\ pi} \ int_ {0} ^ {\ pi} t ^ 2 \：d \ left(\ omega t \ right)\ right] ^ {\ frac {1} {2}} $$

由于电流在两个半部分中具有两个相同的形式

$$ = \ left [\ frac {I_ {m} ^ {2}} {\ pi} \ int_ {0} ^ {\ pi} \ sin ^ 2 \ omega t \：d \ left(\ omega t \ right )\ right] ^ {\ frac {1} {2}} $$

$$ = \分数{I_m} {\ sqrt {2}} $$

整流器效率

整流器效率定义为

$$ \ eta = \ frac {P_ {dc}} {P_ {ac}} $$

现在，

$$ P_ {dc} = \ left(V_ {dc} \ right)^ 2 / R_L = \ left(2V_m / \ pi \ right)^ 2 $$

和，

$$ P_ {ac} = \ left(V_ {rms} \ right)^ 2 / R_L = \ left(V_m / \ sqrt {2} \ right)^ 2 $$

因此，

$$ \ eta = \ frac {P_ {dc}} {P_ {ac}} = \ frac {\ left(2V_m / \ pi \ right)^ 2} {\ left(V_m / \ sqrt {2} \ right) ^ 2} = \ frac {8} {\ pi ^ 2} $$

$$ = 0.812 = 81.2 \％$$

整流器效率可以计算如下-

直流输出功率

$$ P_ {dc} = I_ {dc} ^ {2} R_L = \ frac {4I_ {m} ^ {2}} {\ pi ^ 2} \次R_L $$

交流输入功率

$$ P_ {ac} = I_ {rms} ^ {2} \ left(R_f + R_L \ right)= \ frac {I_ {m} ^ {2}} {2} \ left(R_f + R_L \ right)$ $

因此，

$$ \ eta = \ frac {4I_ {m} ^ {2} R_L / \ pi ^ 2} {I_ {m} ^ {2} \ left(R_f + R_L \ right)/ 2} = \ frac {8} {\ pi ^ 2} \ frac {R_L} {\ left(R_f + R_L \ right)} $$

$$ = \ frac {0.812} {\ left \ {1+ \ left(R_f / R_L \ right)\ right \}} $$

因此，百分比效率为

$$ = \ frac {0.812} {1+ \ left(R_f + R_L \ right)} $$

$$ = 81.2 \％\ quad if \：R_f = 0 $$

因此，全波整流器的效率是半波整流器的两倍。

纹波系数

全波整流器的整流输出电压的形状因子为

$$ F = \ frac {I_ {rms}} {I_ {dc}} = \ frac {I_m / \ sqrt {2}} {2I_m / \ pi} = 1.11 $$

纹波系数$ \ gamma $定义为(使用交流电路理论)

$$ \ gamma = \ left [\ left(\ frac {I_ {rms}} {I_ {dc}} \ right)-1 \ right] ^ {\ frac {1} {2}} = \ left(F ^ 2 -1 \ right)^ {\ frac {1} {2}} $$

$$ = \ left [\ left(1.11 \ right)^ 2 -1 \ right] ^ \ frac {1} {2} = 0.48 $$

与半波整流器的纹波系数1.21相比，这是一个很大的改进

规

直流输出电压为

$$ V_ {dc} = \ frac {2I_mR_L} {\ pi} = \ frac {2V_mR_L} {\ pi \ left(R_f + R_L \ right)} $$

$$ = \ frac {2V_m} {\ pi} \ left [1- \ frac {R_f} {R_f + R_L} \ right] = \ frac {2V_m} {\ pi} -I_ {dc} R_f $$

变压器利用率

半波整流器的TUF为0.287

中心抽头整流器中有两个次级绕组，因此中心抽头全波整流器的TUF为

$$ \ left(TUF \ right)_ {avg} = \ frac {P_ {dc}} {VA \：rating \：of \：a \：transformer} $$

$$ = \ frac {\ left(TUF \ right)_p + \ left(TUF \ right)_s + \ left(TUF \ right __s} {3} $$

$$ = \分数{0.812 + 0.287 + 0.287} {3} = 0.693 $$

半波与全波整流器

在研究了全波整流器的不同参数的所有值之后，让我们尝试比较和对比半波和全波整流器的特性。