神奇的整流橋?qū)ε茧娐?/h1>

01 對偶電路

一、整流橋

學(xué)習(xí)過電子線路的人對于這個(gè)電路都很熟悉。這就是交流電壓整流橋電路。從橋電路的中間兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，輸入交流電壓信號。在另外兩個(gè)節(jié)點(diǎn)就會(huì)輸出整流后的單向電壓信號。如果再加上濾波器件，比如電容，電感，則會(huì)形成直流電壓信號。

二、對偶電路

如果把這里的整流橋看成一個(gè)雙端口電路，它的輸入端口為交流電壓，輸出端口則是整流后的直流電壓。該電路完成這兩個(gè)電壓信號的轉(zhuǎn)換。下面問一個(gè)有趣的問題，這個(gè)電路的對偶電路該怎么設(shè)計(jì)？?所謂的對偶電路，就是從雙端口電路的一個(gè)端口輸入直流電流信號，注意，不是電壓信號。則從另外一個(gè)端口輸出交流電流信號。交流信號的大小與輸入直流信號相同，至于電流的方向，則與改端口負(fù)載電壓有關(guān)系。如果負(fù)載電壓上正下負(fù)，則電流從端口上面流出，從下面流入。；?反之，如果下正上負(fù)，則電流從下面流出，從上面流入。那么整流橋的對偶電路該怎么設(shè)計(jì)呢？

在討論設(shè)計(jì)之前，我們先說一下，這個(gè)電路到底有什么用途。如果對一個(gè)蓄電池進(jìn)行充電，無論蓄電池的正負(fù)極如何連接交流輸出端口，該電路總能給蓄電池進(jìn)行正確的充電。不會(huì)因?yàn)闃O性接反而無法給蓄電池充電。

三、設(shè)計(jì)思路來源

當(dāng)然，設(shè)計(jì)這個(gè)整流橋?qū)ε茧娐返姆桨笐?yīng)該有很多，那么，哪一種是最簡單的設(shè)計(jì)方案呢？關(guān)于這個(gè)問題，直到我在B站這個(gè)視頻后面網(wǎng)友的留言中，看到一個(gè)令人感到震驚的簡單設(shè)計(jì)方案。

他在留言中，記錄了在整理他爺爺?shù)倪z物時(shí) 發(fā)現(xiàn)的一些筆記本。他爺爺是1957年清華無線電系畢業(yè)的學(xué)生。直到去世都對電子設(shè)計(jì)獨(dú)有情鐘。在這個(gè)繪有詳細(xì)電路圖，寫滿理解觀點(diǎn)的筆記本上，就記錄了這樣一個(gè)神奇的整流橋?qū)ε茧娐返脑O(shè)計(jì)方案。他將該電路稱為“魔方”橋。

使用了 兩對 NPN，PNP三極管，組成 一個(gè)橋電路。從左邊輸入直流電流信號。右邊給鋰電池充電。無論鋰電池的極性如何，該電路總能保證從鋰電池正極輸入電流。如此簡潔的設(shè)計(jì)，令人感到驚嘆。

四、電路仿真

為了說明這個(gè)電路的工作原理，這里在LTspice中重新搭建了這個(gè)電路。使用 2N3904、2N3906 替代原來電路中的 8050、8550 三極管。這四個(gè)三極管組成了一個(gè)橋電路。左邊是一個(gè)電流源，設(shè)置一個(gè) 100mA 的恒流輸入。右邊則是一個(gè)交流電壓源，下面，我們先通過仿真看一下電壓源流入電流 與它的電壓之間的關(guān)系。一、看是否電流是交流；? 二、看電流的極性是否與電壓極性相同。

根據(jù)仿真結(jié)果來看，電流的確是一個(gè)交變電流。峰峰值也是100mA。電流的極性與電壓的極性是相同。由此可以證明該電路的確是把直流輸入成了交流電流輸出。

▲ 圖1.4.1 電壓源上的電壓與電流波形

??將交流電壓修改成方波信號，可以看到電流方向的改變與電壓極性改變是同時(shí)改變的。

▲ 圖1.4.2 方波電壓源上的電壓與電流波形

??將電壓原修改為三角波信號，可以看到電流信號的變化。電流從0變化到 100mA時(shí)，需要電壓源的電壓超過 0.7V。當(dāng)電壓源小于0.7V的時(shí)候，輸出電流近似與電壓成正比。

▲ 圖1.4.3 三角波交流電壓與電流

※ 總??結(jié) ※

本文討論并驗(yàn)證了一個(gè)神奇的整流橋?qū)ε茧娐?。對于它的的工作原理，可以參照這位清華老學(xué)長的筆記。其中討論了三極管倒置情況下的應(yīng)用 。今天時(shí)間不早了，快到凌晨了。下次再討論這個(gè)有趣的電路吧。