电子元件：功率二极管和整流器
已知常见的部件之一和早的电子设备之一是功率二极管。其目的是限制电流在一个方向流动的能力，同时阻止电流在另一个方向流动。市场上有功率二极管，因为它们必须允许在各种应用中传递大量能量。它们具有非常高的功耗并且非常耐用。
功率二极管
功率二极管是一种非线性无源电子元件，由阳极和阴极两个端子组成。它使电流仅在一个方向上通过，而在另一方向上完全阻止电流（见图 1）。它是一种半导体元件，因此充当单向电流开关。如前所述，其行为不是线性的，因为其输出端的信号并不总是遵循其输入端信号的趋势。二极管的特性曲线通过改变功率二极管阳极和阴极之间的电压以图形方式表示电流值。如果电压为正，则元件直接极化。如果电压为负，则功率二极管反向偏置。
二极管：符号、特性和一些功率模型
图1：二极管：符号、特性和一些功率模型
功率二极管分为三种类型：
适用于一般应用、直流或电源频率电路的二极管。由于它们的运行几乎是静态的，因此它们可以承受数千伏和数千安培的电压，并且可以在它们之间并联；
肖特基二极管：当需要低电压降时使用它们。事实上，它们的电位差约为0.2V或0.3V。它们的反向电压相当有限；
快恢复二极管：用于高速运行。它们通常与快速电子开关（例如 MOSFET）结合使用。它们的恢复时间不到一微秒。
有些类型可以承受数千安培的电流和数千伏的电压。例如，考虑一下汽车、铁路和运输行业的电力应用。当功率二极管的阳极电压高于阴极电压时，功率二极管可以传导电流。工作期间，这两个端子之间的电位差非常低，在 0.2V 和 2V 之间（0V 的差值仅存在于理想二极管中）。如果阴极上的电压大于阳极上的电压，则功率二极管截止并且不传导电流。因此，它的用途涵盖了开关、整流器中的换向器、开关电路、绝缘、充电电容器、再循环装置等的功能。刚才看到的图的特征是用肖克利方程描述的，
公式1
它在哪里：
I d为二极管上的直流电流；
V d为正向偏置电压；
Is为反饱和电流；
n 是理想因子，介于 1 和 2 之间（锗：1，硅：2）。
在功率和高频应用中，一个非常重要的参数是恢复时间，它是电流过零的瞬间和反向电流下降到其峰值的25%的瞬间之间的时间。不幸的是，它是直流电流量和工作频率的限制因素。
从交流电源到连续电源的转变
由于运输的原因，电力沿着输电线以交替的形式到达世界上所有的家庭。大多数电源应用都使用直流电压。因此，需要将这种正弦交流电压（频率为50或60Hz）转换为直流电压。获得直流电压非常简单，变压器和二极管整流器将输入的交流电转换为直流电。如果涉及的功率很高，则变压器的尺寸可能非常重要。但今天，我们总是尽量避免使用大型且昂贵的变压器。
连续输出部分必须使用具有滤波功能的大容量电容器，完全平整且无波动和谐波。如果理论上说这种类型的系统可以获得完美连续的电压，那么实际上，会发生各种现象，不幸的是，这些现象会稍微恶化输出信号。电容器的功能是充电至接近交流电压峰值的值，并尽可能保持该水平。只有二??极管的电位差才能阻止准确实现峰值。许多因素，首先，负载的低阻抗使电容器放电，产生频率为交流输入信号频率两倍的“纹波”信号。在图2中，可以观察将交流电转变为直流电的经典电路。它由以下电气和电子元件组成：
正弦交流电源，V0p为325V（RMS约为230V）；
理想的40V电压互感器；
采用Graetz桥的整流器，由4个超快恢复二极管RFN20TF6S组成（Vr = 600 V，Id = 20 A）；
大容量电解平滑电容器（滤波器）；
10 欧姆电阻负载，平均功耗为 90 W。
该电路具有合适的平整电解电容器（约 47000 uF），在各个节点处具有以下电压：
V（a、b）：650 Vpp 50 Hz 交流电源（-325 V、0 V、+325 V）
V (c, d)：经变压器变换并降低的电压等于 64 Vpp (-32 V, 0 V, +32 V)
V(e)：直流电压30V（带平滑电容器）
V(e)：脉动电压40V0p（无平滑电容器）
建议仔细检查同一图中的所有波形图，参考节点 A、B、C、D 和 E。该电路的效率约为 75%，变压器显然必须能够承受负载所需的功率。有时，负载吸收的失真电流会导致电源电压波形失真。
典型的交流转直流变换电路，以及各个节点的相关波形图
图2：典型的交流到直流变换电路，以及各个节点的相关波形图
涟漪
在此类电路中，存在纹波信号，纹波信号取决于滤波电容的值和负载的值（见图 3）。纹波百分比与负载的电阻值和滤波电容器的容量成反比。通常，电源提供的电压会以叠加在直流电压上的或多或少的大纹波的形式保留一些交流电源电压的“痕迹”。这些纹波具有锯齿形状，并且使输入频率加倍。纹波是由负载吸收的电流引起的。电容器的放电阶段发生在一个半波与下一个半波之间。负载吸收的电流越低、电容器的电容量越大，纹波电压值越低。在较简单的电源中，平滑输出电压的组件是电解电容器。有一些公式可以确定其理想值。电容器的值，当然，取决于用户愿意接受的纹波百分比。事实上，具有低电容值的电容器比具有高电容值的电容器决定更高百分比的纹波。返回要使用的电容器值的简单公式如下：
公式2
它在哪里：
C：是电容器的电容量，以法拉表示。如果你想要微法，只需将该值乘以 1000000
I输出：是输出电流
f：是正半波的频率，在本例中为 100 Hz
Vripple ：要获得的峰峰值纹波电压
