什么是整流二极管？整流二极管的作用与原理，一文全部讲清楚

大家好，我是李工，希望大家能够多多支持我。

今天给大家分享一下关于整流二极管作用、原理、正负极区分、参数等方面的知识。

什么是整流二极管？

整流二极管是一种对电压具有整流作用的二极管，可以将交流电整成直流电。常应用于整流电路中，多采用硅半导体制成，能够承载高电流值。 也可以用锗半导体制成，锗二极管具有较低的允许反向电压以及较低的允许结温。在数字电子产品中，通过肖特基势垒使用整流二极管具有巨大的价值。该二极管可以控制从mA到几KA的电流，从几V到几KV的电压。

整流二极管电路符号

到底什么是整流？

有些人会有疑问，到底是什么整流？这里给大家解释一下。二极管的作用是允许电流仅沿一个方向流动，而整流就是将交流波形施加到二极管上，整流二极管就只会允许在波形的一半以上导通，剩下的一半被挡住了，这个就是整流二极管的整流动作。 具体的可以看下图，更为直观。

整流二极管整流过程

整流二极管特性

整流二极管的正向特性随电流大小和温度而变化。在低电流区，V F 在高温下较低，而在高电流区则相反。一般情况下，二极管应在Q点以下有足够的温度裕量使用，即上述两个条件的交叉点。

整流二极管特性图

载流子迁移率占主导地位的蓝色区域：V F 随着温度的升高而降低。由于载体在变热时容易移动，因此VF低于低温时。载流子碰撞占主导地位的红色区域：V F 随温度升高而升高。

当大电流流动时，大量载流子移动。在高温的情况下，载流子之间的碰撞概率增加，V F 变得高于低温。

整流二极管工作原理

整流二极管N型和P型材料都与特殊的制造技术化学结合以形成PN 结。因为这个PN结有两个可以看作电极的端子，所以被称为“DIODE”（二极管）。当外部直流电源电压通过其端子施加到任何电子设备时，就会发生偏置。

无偏整流二极管

无偏置：当没有电压提供给整流二极管时，就被称为无偏整流二极管。

N侧将有大部分电子，由于热激发，空穴数量比较少，而P侧将有大部分电荷载流子空穴和很少数量的电子。在这个过程中，来自N侧的自由电子将扩散到P侧，并在存在的空穴中发生重组，导致正离子固定在N侧，负离子固定在P侧。

在靠近结边缘的N型侧不动，类似地，在靠近结边缘的P型侧中也有固定离子。因此，大量的正离子和负离子积聚在连接处，这样形成的这个区域称为耗尽区。在这个区域，二极管的PN结上会产生一个称为势垒电位的静电场，它可以防止空穴和电子进一步迁移穿过结。

无偏置整流二极管

正偏整流二极管

正向偏置：在PN结二极管中，电压源的正端连接到p型侧，负端连接到N型侧，二极管处于正向偏置状态。

电子被直流电压源的负极端排斥并向正极端漂移，因此，在施加电压的影响下，这种电子漂移会导致电流在半导体中流动。该电流称为“漂移电流”。由于多数载流子是电子，所以 N型电流是电子电流。

由于空穴是P型的多数载流子，它们会被直流电源的正极端子排斥并穿过结向负极端子移动。所以，P型的电流就是空穴电流。因此，由于多数载流子产生的总电流会产生正向电流。常规电流方向从电池正极流向负极，常规电流方向与电子流向相反。

正向偏置整流二极管

反向偏置二极管

反向偏置条件：如果二极管为源极电压的正端接n型端，源极负端接二极管的p型端，则不会有电流通过二极管除了反向饱和电流。这是因为在反向偏置条件下，结的耗尽层随着反向偏置电压的增加而变宽。

尽管由于少数载流子，二极管中的N型端流向P型端的电流很小。该电流称为反向饱和电流。少数载流子主要是分别在P型半导体和N型半导体中热产生的电子/空穴。

现在如果二极管两端的反向施加电压不断增加，那么在一定电压后耗尽层将被破坏，这将导致巨大的反向电流流过二极管。如果该电流没有受到外部限制并且超出安全值，则二极管可能会永久损坏。

这些快速移动的电子与设备中的其他原子发生碰撞，从而从它们中分离出更多的电子。如此释放的电子通过破坏共价键进一步从原子中释放出更多的电子。这个过程称为载流子倍增，并导致通过PN结的电流显着增加。相关的现象称为雪崩击穿。

反向偏置整流二极管

整流二极管技术参数

VF ：由 IF 正向电流确定的正向电压

IR ：VRWM峰值：反向电压运行时的反向电流。

IFN ：正向偏置二极管的最大平均电流或额定电流。

IFRM ：峰值、可重复电流二极管导通

IFSM ：峰值、不可重复电流传导

VRWM ：代表峰值反向电压操作

VRRM ：代表峰值重复反向电压

VRSM ：代表峰值、非重复反向电压

PTOT ：电子元件上耗散的功率总值。

Tj ：二极管的最高结温 Rth – 低于工作条件的热阻

Rth ：工作条件下的热阻

二极管的最大瞬时电流 （它决定了过载电阻）

整流二极管的作用

整流二极管最大的作用就是常用在整流电路中。主要是以下几种整流电路。

桥式整流电路

由于以下原因，桥式整流器分为不同的类型：

桥式整流电路的特性：

半波桥式整流电路

半波桥式整流电路是最简单的电路，可以将交流电（两个符号，+ 和 -）转换为一个符号 (+) 的电流。将得到的输出电流进一步滤波后，即可变为直流。

在这个电路的输出上，可以获得一个只有正半周期的正弦波，这就是它实际上被称为半波整流器的原因。正弦波不会有“负部分”，因为整流二极管只有在正向偏置（正电压）时才导通。电流仅在一个方向以脉动方式流过电阻负载。

简单的半波桥式整流二极管电路示例如下所示：

半波整流电路图

半波桥式整流器的特性：

半波整流电路的时间特性图

全波桥式整流电路

全波桥式整流器电路如下图所示，通常被称为格雷茨桥。

全波整流电路图

全波桥式整流电路的工作原理如下。下图（红色）显示了电流的路径，两个红色二极管正向偏置（传导电流），而另外两个反向偏置（不传导电流）。电流从电源流过第一个红色二极管。然后从第一个红色二极管通过负载。在它通过负载后，它将流过第二个红色二极管，然后返回电源。

全波整流电路（交流电，反向偏置）

全波桥式整流器的特性如下图所示：

全波整流电路的时间特性图

三相桥式整流器

在任何三相电压电路中都可以使用三相二极管桥式整流电路（全波桥式整流Diablo）。在这种情况下，输出电压的纹波最小。电源最大程度地利用了电路的电源。三相桥式整流电路通常具有控制输出电流的能力。

可以在下面观察三相整流电路原理图，该原理图可以知道是如何建立三相整流电路的。

三相整流电路原理图及特性图

三相桥式整流电路计算

下面是三相桥式整流堤坝路计算的示例，其中包含给定方案的方程式和值。结果如下表所示。

P d – 功率输出

V d – 整流电压的平均值

I d = P d /V d – 整流电流的平均值

R = V d /I d – 系统电阻

三相线性桥式整流电路

整流二极管怎么区分正负极

根据外观

在我的上一篇文章《二极管怎么区分正负极》里面也有讲。

整流二极管在黑色的外壳上通常有白色环标注的一端为负极、另一端为正极。

整流二极管极性标识图片

使用欧姆表

在正向偏置模式下，欧姆表将显示二极管正向电压的估计值，接近 0.07。在反向偏置中，欧姆表读数为“1”，表示电阻极高。

整流二极管正向偏置电压图

正向偏置：欧姆表将显示二极管正向电压的近似值（接近 0.7V）

整流二极管反向偏置电压图

反向偏置：欧姆表读数为“1”，表示电阻极高（电动阀关闭）

使用万用表

万用表将显示正向偏置下硅二极管的电压降为 0.7V。万用表用于反向偏置，以指定全电压电源的估计值。

整流二极管正向偏置电压图

正向偏置：对于硅二极管，在万用表上应该可以看到大约 0.7% 的电压降。

整流二极管反向偏置电压图

反向偏置：万用表将显示电源的近似全电压值（注意：在此示例中，二极管插入的方向与上一个示例相反。实际上，会反转电源的极性，因为除非你将整流二极管拆下来，不然的话不能“用手”卸下已焊接的电子元器件。当然，你肯定是不想破坏正常运行的其他电子元器件。此案例的目的是说明为什么应该注意PCB板上电子元器件的放置。

整流二极管应用

整流二极管的应用范围很广。以下是一些常见二极管应用的示例：

以上，就是关于整流二极管的相关内容，大家如果有什么疑问或者补充欢迎来评论区补充。

上面关于全波整流和半波整流等内容讲得还不是很详细，如果大家有需要，之后可以更为详细地讲讲。

图片来源于网络

讲解二极管的整流作用

根据二极管的单向导电特性，可以利用二极管组成整流电路，将交流电压变成单向脉动电压。常见的整流电路有半波整流、全波整流和桥式整流。

一、半波整流

半波整流电路如下图所示。

工作原理：由于二极管具有单向导电特性，在交流电压处于正半周时，二极管导通；在交流电压负半周时，二极管截止，因而交流电经二极管VD整流后，原来的交流波形变成了缺少半个周期的波形，称之为半波整流。经二极管vD整流出来的脉动电压再经RC滤波器滤波后即为直流电压。

二、全波整流

全波整流电路如下图所示。

工作原理：以变压器的次级绕组中间抽头为基准做成的电路。变压器次级线圈由抽头分成上下两部分，组成两个半波整流。VD1对交流电正半周电压进行整流；二极管VD2对交流电负半周进行整流，最后得到两个合成的电流，称为全波整流。

三、桥式整流

在很多电子产品中，为了减小电路板的体积，并避免制造变压器中间抽头的麻烦，常用4个二极管组成的桥式整流堆来实现全波整流。如下图所示。

工作原理：交流电正半周时，电流I1经VD2→负载R→ⅤD4形成回路，负载上的电压UR为上正下负；交流电负半周时，电流I2经VD3→负载R→VD1形成回路，负载上的电压UR仍为上正下负，这样整流堆输入的是交流电压，输出的则是直流电压，从而实现了全波整流。

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