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

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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

• 允许的极限参数

• 特征参数

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：

• 供电电压结构及相数：单相桥式整流电路、多相桥式整流电路（三相桥式整流电路、两相桥式整流电路）。

• 多种半波整流电压：单桥（半波整流）、双桥（全波二极管整流）。也可以创建像单相全波桥式整流电路或三相全波整流器这样的组合电路，也可以将相数与全波或半波整流电路相结合。

• 负载类型：电阻、电容、电感。

桥式整流电路的特性：

• V——电源电压

• VOS , I OS – 组件恒定输出电压

• I OSmax – 最大输出电流

• N ip – 能源效率

• 电路纹波系数

• V Rmax – 最大反向电压

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：

• 对电压进行整流，例如将交流电压转换为直流电压

• 与电源的信号隔离

• 参考电压

• 改变信号的大小

• 信号混合

• 检测信号

• 照明系统

• 激光器用二极管

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。