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3.4 元器件插曲之二：二极管与整流
二极管，又称为半导体二极管，是一种非常基础的半导体器件。它的最大特点是只允许电流单向通过它，因此它具有单向导电性，也因此常应用于整流电路中。
二极管（diode，代表电路符号
），只允许电流单向流过它。
二极管有两个管脚，如图3-7所示，这两个管脚分成正极和负极，电流只能从正极流向负极。电路符号中倒三角一端为正极，短横线一端为负极。实际器件中，二极管圆柱形外壳一端一般都有一个色环（银色、黑色、白色等），作为二极管负极的标记，与这个标记同侧的管脚为负极，另一侧的管脚则为正极。有些二极管在圆柱形外壳上还印刷有器件的型号。注意，二极管的正极、负极在电路中是不能接反的，否则二极管发挥不了单向导电的作用，有时还会烧毁二极管。
图3-7 二极管
当电流从二极管正极流向负极时称为正向偏置（forward bias），正向偏置一般在正极电压高于负极时产生。相反地，如果二极管负极电压高于正极，则处于反向偏置（reverse bias）状态下，二极管不导通。
正向偏置时，二极管正、负极之间会产生一个压降（电压下降）。这个压降也称为正向电压（ V F ，forward voltage），它的大小与二极管的种类有关。如果是硅半导体材料制成的二极管，正向电压 V F =0.7V；如果是锗半导体材料制成则正向电压 V F =0.15V。
变压器帮我们变换了交流电压，不过从变压器次级输出的仍然是交流信号，这个交流信号的频率与市电相同，都是50Hz（某些国家可能是60Hz），其波形是正弦波。通常会用整流电路把交流信号变成单向脉动电压。
常用的整流电路是一种称为桥式全波整流的电路结构。桥式全波整流不过是在“玩”二极管，把4支型号相同的二极管D1～D4按如图3-8所示的方法连接在一起从而实现全波整流。
图3-8 桥式全波整流电路及输入与输出波形
4支二极管的神奇连接，当正弦信号的正半周到来时，如图3-9（a）所示， A 点相对 B 点来说电压为正，于是电流从 A 点出发，流经二极管D2、负载电阻R1、二极管D4，之后回到 B 点，电流形成一个回路（如图3-9中箭头所示），负载R1上正下负且波形与变压器次级输出波形接近。二极管D1、D3因为反向偏置而不导通，在电路中可视为断开。
图3-9 桥式全波整流原理解释
当正弦信号的负半周到来时，如图3-9（b）所示， B 点相对 A 点来说电压为正，于是电流从 B 点出发，流经二极管D3、负载电阻R1、二极管D1，之后回到 A 点，电流形成一个回路（如图中箭头所示），负载R1上正下负且波形与变压器次级输出波形正好相反。二极管D2、D4因为反向偏置而不导通，在电路中可视为断开。
于是从一个完整的正弦波看，如图3-9（c）所示，桥式全波整流把负半周“对折”到正半周上，与原来的正半周信号组成一个频率为原来两倍的单向脉动电压信号。
很明显桥式全波整流充分利用了信号的正、负半周，整流更具效率。
4个二极管构成的桥式全波整流电路把正弦信号变换成单向脉动电压信号，为后续的处理做准备。因为桥式全波整流实在应用得太多了，许多厂家干脆把4个同一型号的二极管集成在一起，制成整流全桥器件供电路设计时选用。如图3-10（a）所示是4种常见的整流全桥，每种型号的整流全桥都有最大反向电压 V RRM 和平均正向电流 I F（AV） 等参数。在选用时，要保证整流全桥的 V RRM 大于电路的额定电压、平均正向电流 I F（AV） 大于电路的最大电流。
整流全桥所能承受的电流（ I F（AV） ）越大，其体积也就越大。 I F（AV） ≥3A的整流全桥还有与散热器连接的结构。当整流全桥持续工作在大电流的条件下，应当为其安装散热器。
整流全桥有3种等效的电路符号，如图3-10（b）所示。每种电路符号的4个管脚分别为：2个AC管脚接交流输入信号（接变压器的输出），由于交流信号没有正负之分，所以这2个AC管脚可以混用。另外，“+”管脚为整流全桥的正极输出，“－”管脚为负极输出，这两个是整流全桥的输出。由于经过整流信号已经具有直流信号的特征，所以“+”和“－”管脚不能混用，否则将烧毁负载。
图3-10 整流全桥
整流全桥的使用非常方便，如图3-10（a）所示的实际器件都有4个管脚，对应电路符号的4个管脚，在器件表面上都有明显的管脚标识让使用者易于区分：器件上的“～”或“AC”标示的管脚为整流全桥的交流输入端；而“+”和“－”标示的管脚为直流输出端。