改变极性,不等于抹平波形
整流器是把交流转换为直流输出的器件或电路。在这里,直流可以是极性不变、大小却随时间起伏的脉动电流或电压,并不必然是一条平直的水平线。整流既可服务于电源,也可用于信号检测;二极管只是常见实现元件,不能把所有二极管的用途都叫整流。
理想半波整流器让一个半周通过、阻断另一个半周;全波整流器则把两个半周都变为同一输出极性。单相桥式结构使用四只二极管,输入正、负半周分别经不同的两只导通,使负载电流保持同一方向。若输入为50赫兹正弦波,理想全波输出每秒有100个脉动峰,而半波为50个。
参考:[1]
滤波电容在峰间供电
在整流输出并联电容,可使它在输入接近波峰时充电,并在输入下降、二极管截止后向负载放电。输出因此比未经滤波时平滑,但仍有纹波。负载电流越大,峰间放电越快;在其他条件近似相同时,较大的电容或更密集的充电脉冲能减小电压下落。
电容并非越大越无代价。它会使补充电荷更集中于波峰附近,增大瞬时充电电流。于是,选型不能只看平均输出电流,还要关注器件承受的峰值和散热。空载时测到的输出也不能直接代表带载结果,因为负载改变了电容的放电过程和整流元件的工作条件。
真实二极管与小信号
导通的二极管存在正向压降,桥式整流的导通路径通常包含两只,输出因此低于相应的理想值。压降不能一概视为恒定的0.7伏,它与器件及电流有关。特别是处理小幅信号时,二极管的非线性可能成为主要误差,不能把电源整流的粗略模型直接用于精密测量。
精密整流电路可把二极管放入运算放大器的反馈网络,减小其压降对信号的影响。例如,将交流信号整流后再低通滤波,可得到便于测量的直流分量。但精密整流仍受运放带宽和饱和恢复等限制;一个低频时有效的峰值检测器,未必能准确捕获很窄的快速脉冲。
参考:[2]
整流、滤波和稳压各有任务
整流规定电流或电压的方向,滤波减小起伏,稳压则在输入或负载变化时尽量维持设定输出。三者不能互相替代。稳压器通常通过比较输出与参考值,再调节串联元件或开关能量传递来纠正偏差;若输入裕量不足,它也无法继续保持目标电压。
逆变的基本转换方向与整流相反,是由直流形成交流。一个电源系统可以组合多种转换环节,因此不能仅凭“里面有高频开关”就判断它只是整流器。理解电路时应追踪输入、各级储能元件和负载之间的实际能量流动,而不是把平滑、稳定与改变极性混为同一件事。