一、橋式整流電路的工作原理

橋式整流電路是利用二極管的單向?qū)ㄐ赃M(jìn)行整流的最常用的電路，常用來將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姟?/p>

橋式整流電路的工作原理如下：E2為正半周時(shí)，對(duì)D1、D3加正向電壓，D1、D3導(dǎo)通；對(duì)D2、D4加反向電壓，D2、D4截止。電路中構(gòu)成E2、D1、Rfz 、D3通電回路，在Rfz 上形成上正下負(fù)的半波整流電壓，E2為負(fù)半周時(shí)，對(duì)D2、D4加正向電壓，D2、D4導(dǎo)通；對(duì)D1、D3加反向電壓，D1、D3截止。電路中構(gòu)成E2、D2、Rfz 、D4通電回路，同樣在Rfz 上形成上正下負(fù)的另外半波的整流電壓。如此重復(fù)下去，結(jié)果在Rfz 上便得到全波整流電壓。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。從圖中還不難看出，橋式電路中每只二極管承受的反向電壓等于變壓器次級(jí)電壓的最大值，比全波整流電路小一半

二、橋式整流電路的作用

橋式整流電路的主要作用體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1. 將交流電轉(zhuǎn)換為直流電

橋式整流電路最核心的功能就是將輸入的交流電信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電信號(hào)。在交流電中，電壓和電流的方向是周期性變化的，而直流電則保持電流方向恒定。橋式整流電路通過其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，能夠確保無論輸入交流電的極性如何變化，輸出的電流方向始終保持一致，從而實(shí)現(xiàn)交流到直流的轉(zhuǎn)換。

具體來說，橋式整流電路中的四個(gè)二極管被排列成一個(gè)橋形結(jié)構(gòu)，它們交替導(dǎo)通和截止，使得在每個(gè)交流電周期內(nèi)，電流都能通過負(fù)載形成單向流動(dòng)。這樣，輸出的電壓波形雖然仍存在一定的脈動(dòng)（即交流電的殘余部分），但整體上已經(jīng)是直流電了。如果需要更平滑的直流電，可以在橋式整流電路后添加濾波電容等元件。

2. 提高電源利用效率

相比于其他類型的整流電路（如半波整流電路），橋式整流電路具有更高的電源利用效率。在半波整流電路中，只有交流電的正半周（或負(fù)半周）被利用來產(chǎn)生直流電，而另一半則被浪費(fèi)。而在橋式整流電路中，無論是交流電的正半周還是負(fù)半周，都能被有效利用來產(chǎn)生直流電，因此其電源利用效率更高。

3. 防止電流逆流

橋式整流電路還具有防止電流逆流的功能。在整流過程中，電流只能從輸入端流向輸出端，而不能從輸出端逆向流回輸入端。這一特性對(duì)于保護(hù)電源和負(fù)載設(shè)備具有重要意義。

三、橋式整流電路的類型

1、單相和三相橋式整流電路

電源的性質(zhì)，即單相或三相電源決定了這些整流電路。單相橋式整流電路由四個(gè)二極管組成，用于將交流轉(zhuǎn)換為直流，而三相整流器使用六個(gè)二極管，如圖所示。根據(jù)二極管、晶閘管等電路元件的不同，這些整流電路也可以是不受控或受控的整流電路。

單相和三相橋式整流電路圖

2、非受控橋式整流電路

如圖所示，該橋式整流電路使用二極管對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行整流。由于二極管是一種單向器件，僅允許電流沿一個(gè)方向流動(dòng)。使用整流電路中的這種二極管配置，它不允許功率根據(jù)負(fù)載要求而變化。所以這種類型的整流電路用于恒定或固定電源。

非受控橋式整流電路圖

3、可控橋式整流電路

在這種類型的整流器中，AC/DC 轉(zhuǎn)換器或整流器——代替不受控制的二極管，使用可控固態(tài)器件（如 SCR、MOSFET、IGBT 等）來改變不同電壓下的輸出功率。通過在不同的時(shí)刻觸發(fā)這些設(shè)備，負(fù)載的輸出功率得到適當(dāng)?shù)母淖儭?/p>

可控橋式整流電路圖

4、單相半波整流電路

只將單相交流電壓的半個(gè)周期變換成直流電壓的整流稱為單相半波整流。

單相半波整流電路由整流變壓器B、二極管整流元件D和負(fù)載電阻Rf等所組成，如下圖(a)所示。

單相半波整流電路圖

設(shè)變壓器二次側(cè)的電壓為u=√2 Usinωt，其波形如上圖(b)所示。并設(shè)u在正半周時(shí)變壓器二次側(cè)a點(diǎn)為正，b點(diǎn)為負(fù)；負(fù)半周時(shí)b點(diǎn)為正，a點(diǎn)為負(fù)。根據(jù)二極管的單向?qū)щ娦裕粗挥挟?dāng)它的陽極電位高于陰極電位時(shí)才能導(dǎo)通的特點(diǎn)可以看出:在的u的正半周(0-π期間)，二極管導(dǎo)通，有電流iD和i0通過二極管和負(fù)載；在u的負(fù)半周(π-2π期間)，二管因承受反向電壓而截止，二極管和負(fù)載都沒有電流通過。到交流電的下一個(gè)周期，又重復(fù)上述導(dǎo)通與截止的過程。

上圖(a)的電路能實(shí)現(xiàn)把交流電壓或電流變換成單方向電壓或電流的作用。由于這個(gè)電路只在交流電一個(gè)周期中的半個(gè)周期內(nèi)有單方向的電能輸出，所以是一個(gè)單相半波整流電路，其輸出波形如上圖(c)所示。

四、橋式整流電路的結(jié)構(gòu)

橋式整流電路的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單但功能強(qiáng)大，它主要由四個(gè)二極管和一個(gè)負(fù)載電阻組成。這四個(gè)二極管被排列成一個(gè)橋形結(jié)構(gòu)，因此得名橋式整流電路。

1. 二極管的選擇與排列

橋式整流電路中的四個(gè)二極管是關(guān)鍵元件，它們的選擇和排列方式直接影響電路的性能。一般來說，這四個(gè)二極管應(yīng)選擇具有相同特性的型號(hào)，以確保它們?cè)谙嗤瑮l件下能夠均勻?qū)ê徒刂埂?/p>

在排列上，四個(gè)二極管被分為兩組，每組兩個(gè)二極管反向并聯(lián)后串聯(lián)在一起形成橋臂。這樣，當(dāng)輸入交流電的正半周作用于電路時(shí)，一組二極管導(dǎo)通而另一組截止；當(dāng)輸入交流電的負(fù)半周作用于電路時(shí)，情況正好相反。通過這種方式，無論輸入交流電的極性如何變化，都能保證電流通過負(fù)載形成單向流動(dòng)。

2. 負(fù)載電阻

負(fù)載電阻是橋式整流電路中的另一個(gè)重要元件。它連接在橋式整流電路的輸出端，用于將整流后的直流電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)供后續(xù)電路使用。負(fù)載電阻的大小應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇，以確保電路能夠穩(wěn)定工作并滿足負(fù)載要求。

五、橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)與應(yīng)用

1. 優(yōu)點(diǎn)

• 高效率 ：橋式整流電路能夠充分利用交流電的正負(fù)半周來產(chǎn)生直流電，因此具有較高的電源利用效率。
• 穩(wěn)定性好 ：由于橋式整流電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且對(duì)稱性好，因此其輸出電壓和電流的穩(wěn)定性較高，受外界因素（如溫度、電壓波動(dòng)）影響較小。
• 適用性強(qiáng) ：橋式整流電路可以處理較大范圍的輸入電壓，適用于多種不同的電源環(huán)境。同時(shí)，其輸出電壓和電流也容易通過調(diào)整負(fù)載電阻或添加濾波元件來滿足不同設(shè)備的需求。
• 保護(hù)性強(qiáng) ：橋式整流電路中的二極管具有反向阻斷能力，可以防止電流逆流，從而保護(hù)電源和負(fù)載設(shè)備免受損害。

2. 應(yīng)用

橋式整流電路因其諸多優(yōu)點(diǎn)，在電子領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。以下列舉幾個(gè)典型的應(yīng)用場(chǎng)景：

• 電源供應(yīng)器 ：橋式整流電路是電源供應(yīng)器中的核心部分之一，它負(fù)責(zé)將交流市電轉(zhuǎn)換為直流電，為后續(xù)電路提供穩(wěn)定的電源。在各類電子設(shè)備（如計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、家用電器等）中，都離不開橋式整流電路的支持。
• 電機(jī)驅(qū)動(dòng) ：在電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，橋式整流電路也扮演著重要角色。通過控制橋式整流電路中二極管的導(dǎo)通和截止，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和調(diào)速控制。這種控制方式簡(jiǎn)單可靠，廣泛應(yīng)用于各種電機(jī)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合。
• 信號(hào)處理 ：在某些信號(hào)處理電路中，也需要用到橋式整流電路。例如，在音頻信號(hào)處理中，橋式整流電路可以用于檢波和整流音頻信號(hào)，提取出信號(hào)的包絡(luò)信息或進(jìn)行其他形式的處理。
• 逆變電源 ：雖然橋式整流電路主要用于將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，但在某些特殊情況下，也可以將其與逆變電路結(jié)合使用，構(gòu)成逆變電源。這種逆變電源可以將直流電再次轉(zhuǎn)換為交流電，為需要交流電源的設(shè)備供電。

六、橋式整流電路的改進(jìn)與發(fā)展

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，橋式整流電路也在不斷改進(jìn)和完善。以下是一些常見的改進(jìn)方向和發(fā)展趨勢(shì)：

• 高效能二極管的應(yīng)用 ：為了提高橋式整流電路的效率和穩(wěn)定性，可以采用高效能的二極管（如肖特基二極管、快恢復(fù)二極管等）來替代傳統(tǒng)的二極管。這些新型二極管具有更低的正向壓降、更快的恢復(fù)時(shí)間和更高的反向擊穿電壓等特點(diǎn)，可以顯著提高橋式整流電路的性能。
• 集成化設(shè)計(jì) ：為了減小電路的體積和重量、提高電路的可靠性和可維護(hù)性，可以將橋式整流電路中的二極管和其他相關(guān)元件集成到一個(gè)芯片上形成集成整流橋。這種集成化設(shè)計(jì)不僅簡(jiǎn)化了電路的結(jié)構(gòu)和制造工藝，還提高了電路的性能和可靠性。
• 智能化控制 ：隨著智能控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，橋式整流電路也可以實(shí)現(xiàn)智能化控制。通過引入微處理器或數(shù)字信號(hào)處理器等智能控制芯片，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整橋式整流電路的工作狀態(tài)和參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)更加精確和高效的控制效果。
• 綠色化設(shè)計(jì) ：在環(huán)保和節(jié)能成為全球共識(shí)的今天，橋式整流電路的綠色化設(shè)計(jì)也成為了一個(gè)重要的發(fā)展方向。通過采用低功耗設(shè)計(jì)、無鉛封裝等環(huán)保措施以及優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)置等方法來降低電路的功耗和排放減少對(duì)環(huán)境的污染和破壞。

綜上所述，橋式整流電路作為電子領(lǐng)域中的重要組成部分之一具有廣泛的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新我們相信橋式整流電路將會(huì)在未來的發(fā)展中發(fā)揮更加重要的作用并為我們帶來更加便捷和高效的電子產(chǎn)品和服務(wù)。