器件使用小技巧：功率二极管用作半波整流器

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在前面的教程中，我们看到半导体信号二极管只会在一个方向上从阳极到阴极（正向）传导电流，而不会在反向上传导电流，有点像单向电动阀。
通常，此功能和二极管的广泛应用是将交流电压（AC）转换为连续电压（DC）。换句话说，整流。
0 q* ^) ?* C6 R3 {但是，小信号二极管也可以在低功率，低电流（小于1安培）的整流器或应用中用作整流器，但是在涉及较大的正向偏置电流或较高的反向偏置阻断电压的地方，小信号二极管的PN结最终会过热并熔化，因此使用更大，更坚固的功率二极管代替。
与更小的信号二极管表亲相比，功率半导体二极管（简称为功率二极管）具有更大的PN结面积，从而导致高达数百安培（KA）的高正向电流能力和高达200 A的反向阻断电压到几千伏（KV）。
- I4 q9 l. \, f) c( W2 P0 G由于功率二极管具有较大的PN结，因此不适合1MHz以上的高频应用，但可以使用特殊且昂贵的高频，大电流二极管。对于高频整流器应用，通常使用肖特基二极管，因为它们的反向恢复时间短且正向偏置条件下的压降低。
3 R% d6 u: m9 ?5 N( c% w( ]功率二极管提供不受控制的功率整流，并用于电池充电和直流电源以及交流整流器和逆变器等应用中。由于它们的高电流和电压特性，它们还可以用作续流二极管和缓冲网络。
功率二极管的正向“导通”电阻为欧姆的几分之一，而反向阻断电阻为兆欧范围。一些较大值的功率二极管被设计为“螺柱安装”在散热器上，从而将其热阻降低至0.1至1 o C / Watt。
$ v0 i# n1 ]7 `+ ?) g& \! i3 d如果在功率二极管上施加交流电压，则在正半周期间，二极管将传导通过的电流，而在负半周期间，二极管将不会传导，从而阻止电流流动。然后，仅在正半周期间发生通过功率二极管的传导，因此是单向的，即如图所示为DC。
  R- X. ~, x  H. t# g" b! |功率二极管整流器

功率二极管可如上所述单独使用或连接在一起以产生各种整流器电路，例如“半波”，“全波”或“桥式整流器”。每种类型的整流器电路都可以分为非控制型，半控制型或完全控制型，其中非控制型整流器仅使用功率二极管，完全控制型整流器使用晶闸管（SCR），而半控制型整流器则是二极管和晶闸管的混合体。
, Z! m7 P3 H0 \. o% z! v基本电子应用中最常用的单个功率二极管是通用1N400x系列玻璃钝化型整流二极管，其标准额定连续正向整流电流约为1.0安培，反向阻断电压额定值从1N4001的50v到1N4007的1000v小型1N4007GP是通用电源电压整流器中最受欢迎的产品。
半波整流整流器是其转换电路交流（AC）输入功率转换成一个直流（DC）输出功率。输入电源可以是单相或多相电源，所有整流器电路中最简单的是半波整流器。
半波整流器电路中的功率二极管仅使交流电源的每个完整正弦波的一半通过，以便将其转换为直流电源。然后，这种电路称为“半波”整流器，因为它仅通过输入交流电源的一半，如下所示。
半波整流电路

在交流正弦波的每个“正”半周期内，由于阳极相对于阴极为正，因此二极管正向偏置，导致电流流过二极管。
1 P) B. N& }- w* g由于直流负载是电阻性的（电阻器R），因此负载电阻器中流动的电流与电压成比例（欧姆定律），因此负载电阻器两端的电压将与电源电压Vs相同（减去Vƒ），即负载两端的“DC”电压为正弦波的第一个半周期只所以成为Vout = Vs的。
; V" x; |2 o! x+ ~8 e4 j& r  K在交流正弦波输入波形的每个“负”半周期内，由于阳极相对于阴极为负，因此二极管被反向偏置。因此，没有电流流过二极管或电路。然后，在电源的负半周期中，由于没有电压流过负载电阻，因此没有电流流入负载电阻，因此Vout = 0。
. c( `  G1 I0 P/ i; b- F9 T! u在电路的直流侧的电流在一个方向上仅使电路中流动的单向。当负载电阻器从二极管接收波形的正半部分，零伏，波形的正半部分，零伏等时，此不规则电压的值将等于等效的直流电压0.318 * Vmax输入正弦波形的波形或输入正弦波形的0.45 * Vrms。
0 ~$ a/ j: S$ Z% \$ x: \1 j( S然后，如下计算负载电阻两端的等效直流电压V DC。

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其中V MAX是交流正弦电源的最大或峰值电压值，而V RMS是电源电压的RMS（均方根）值。
2 G1 K% Z3 J% n  y1 r. h5 j+ U功率二极管示例1计算流过连接到240 Vrms单相半波整流器的100Ω电阻的压降V DC和电流I DC，如上所示。还要计算负载消耗的平均直流功率。
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因此，在整流过程中，每个周期的合成输出直流电压和电流均为“ ON”和“ OFF”。由于负载电阻两端的电压仅在周期的正半部分（输入波形的50％）出现，因此导致向负载提供的平均DC值较低。
整流后的输出波形在“ ON”和“ OFF”状态之间的变化会产生具有大量“波纹”的波形，这是不希望的特征。产生的直流纹波的频率等于交流电源频率。
通常，在对交流电压进行整流时，我们希望产生没有任何电压变化或波动的“稳定”且连续的直流电压。这样做的一种方法是在输出电压端子上与负载电阻并联连接一个大容量电容器，如下所示。这种类型的电容器通常被称为“蓄水池”或“平滑电容器”。
' z  b: e8 P  {5 T+ `带有平滑电容器的半波整流器

当使用整流器从交流（AC）电源提供直流电压（DC）电源时，可以通过使用更大容量的电容器来进一步减少纹波电压，但是在成本和尺寸上都存在限制使用的电容器。
对于给定的电容器值，较大的负载电流（较小的负载电阻）将使电容器放电更快（RC时间常数），因此会增加获得的纹波。然后，对于使用功率二极管的单相，半波整流器电路，尝试仅通过电容器平滑来减小纹波电压并不是很实际。在这种情况下，改为使用“全波整流”更为实用。
. Z; n0 j' S" Q8 u' a4 l$ N& L实际上，由于半波整流器的主要缺点，因此最常用于低功率应用中。输出幅度小于输入幅度，在负半周期内没有输出，因此浪费了一半的功率，并且输出是脉冲直流电，从而导致过大的纹波。
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为了克服这些缺点，将许多功率二极管连接在一起以产生全波整流器，这将在下一个教程中进行讨论。

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由于功率二极管具有较大的PN结，因此不适合1MHz以上的高频应用，但可以使用特殊且昂贵的高频，大电流二极管。对于高频整流器应用，通常使用肖特基二极管，因为它们的反向恢复时间短且正向偏置条件下的压降低。+ V7 l6 |6 @, L/ y9 N 功率二极管提供不受控制的功率整流，并用于电池充电和直流电源以及交流整流器和逆变器等应用中。由于它们的高电流和电压特性，它们还可以用作续流二极管和缓冲网络。