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留学生电子工程专业必学定律系列-Rectifier Law

时间: 2023-08-09 文章来源: 洋蜜蜂Online Tutor

整流定律是电子学中描述半导体二极管(通常是PN结二极管)行为的基本原理之一。在电子学中,整流是指将交流信号转换为直流信号的过程,而整流定律描述了二极管在电路中起到整流作用时的特性。

 

整流定律有两个方面:

 

正半周整流

当二极管的正向电压(即使正极连接到P区,负极连接到N区)大于二极管的压降(通常是0.6V-0.7V),二极管处于导通状态,允许电流流过。这意味着在正半周,电流可以通过二极管,而电压几乎没有被截断或减小。

 

负半周截断

当二极管的反向电压(即正极连接到N区,负极连接到P区)大于二极管的击穿电压(通常是数十伏到数百伏),二极管处于截断状态,不允许电流通过。这意味着在负半周,电流不能通过二极管,电压基本被截断或减小到极小值。

 

整流定律在电子电路中的应用广泛,特别是在直流电源和整流电路中。通过使用二极管进行整流,可以将交流信号转换为直流信号,使得电子设备能够工作在恒定的直流电源供应下。整流定律在电源适配器、整流电路、电子整流器等领域都有重要应用,是电子学中非常基础且关键的原理之一。


整流定律在电子工程学中有许多举例和应用。以下是一些常见的例子和应用:

 

电源适配器

电源适配器将交流电源转换为直流电源,以供给电子设备使用。在电源适配器中,整流二极管用于将交流输入信号进行整流,从而得到稳定的直流输出信号。

 

整流电路

在电子电路中,整流电路用于将交流信号转换为直流信号。整流二极管是整流电路的核心组件,它将正半周的交流信号变为直流信号,滤除负半周的信号。

 

整流器

整流器是一种将交流电源转换为直流电源的设备。在交流传动系统中,整流器用于将交流电能转换为直流电能,供给电动机或其他直流负载使用。

 

整流滤波器

在一些电源系统中,整流后的直流信号可能会有一些脉动。为了使直流信号更加稳定,通常会使用整流滤波器,它包括滤波电容等元件,用于平滑直流信号。

 

变频器

变频器用于调节交流电源的频率和电压,用于控制交流电动机等设备的转速和功率。在变频器中,整流二极管用于将交流电源整流为直流信号,然后再进行逆变,得到所需的频率和电压输出。

 

整流定律在电子工程学中的应用广泛,涵盖了电源适配器、整流电路、整流器、变频器等多个领域。它为电子设备提供了稳定的直流电源,使得各种电子设备能够正常工作,并在能量转换和电源控制方面起着关键作用。

 

整流定律在电子工程学中具有重要的作用,主要体现在以下几个方面:

 

电源供应

电子设备通常需要稳定的直流电源供应。整流定律使得我们能够将交流电源转换为直流电源,为电子设备提供稳定的电源,保障设备的正常运行。

 

电子设备设计

在电子设备的设计中,整流电路是一个基本的组成部分。了解整流定律有助于优化电子设备的设计,确保电源转换和整流过程的高效率和稳定性。

 

通信技术

在通信技术中,整流定律的应用十分广泛。例如,无线通信设备中需要将电源信号转换为直流电源,以供电子元件正常工作。

 

电能转换

在电能转换过程中,整流定律用于将交流电能转换为直流电能,以满足不同类型负载的需求。

 

变频器技术

在交流传动系统中,变频器用于调节交流电源的频率和电压,从而控制电动机等设备的转速和功率。整流定律是变频器技术的基础之一。

 

整流定律在电子工程学中是一个基本且重要的原理。它为电子设备的设计、电源供应和能量转换提供了关键的支持。了解和应用整流定律,可以使得电子工程师能够更好地设计和优化电子系统,提高设备的性能和可靠性。因此,整流定律在电子工程学中的重要性不可忽视。

 

整流定律的发现可以追溯到19世纪末,主要与瓦尔特·希尔(Ferdinand Braun)、约瑟夫·约翰逊(Joseph John Thomson)以及李·迪福林(Lee de Forest)等科学家的研究相关。

 

瓦尔特·希尔

德国物理学家瓦尔特·希尔是早期无线电技术的先驱之一。他于1874年发现了带有阳极和阴极的热电子发射管,这种装置后来被称为热电子管(Braun管)。他发现在正向电压条件下,阴极放射出的电子会在靠近阳极的地方产生荧光,而在反向电压条件下,电子束不会到达阳极。虽然希尔并未详细研究整流效应,但他的研究为后来整流二极管的发现奠定了基础。

 

约瑟夫·约翰逊

英国物理学家约瑟夫·约翰逊在1897年首次发现了电子。他使用了一个空气充满的放电管,并在管内加上高电压。他观察到放电过程中,在一个特定电压下,电子束只会流向特定方向,而在其他方向上没有电流流过。这个现象后来被称为"约翰逊效应",它就是整流现象的最早表现之一。

 

李·迪福林

美国物理学家李·迪福林在1906年发明了第一个三极管(也称为真空三极管或晶体三极管)。这种装置是整流二极管的前身,它可以放大电信号,并在无线电通信和其他电子设备中起到关键作用。

 

综合这些早期科学家的工作,整流定律最终在20世纪初得到了完善和应用。整流定律描述了PN结二极管在电子器件和电子电路中的重要作用,为电子工程学的发展做出了巨大的贡献。整流定律的发现和应用为电子学、通信技术以及现代电力系统的发展提供了重要的基础。

 

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