二极管电桥
| 二极管电桥 | |
|---|---|
| 类型 | 半导体 |
| 发明 | Karol Franciszek Pollak（1859年11月15日-1928年12月17日） |
| 电路符号 | |
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二极管电桥（英语：diode bridge）是用四个或四个以上的二极管组成的电桥电路组态，不论输入电压的电极性是正是负，输出都可以维持相同的极性。
二极管电桥最常见的用途是将交流电（AC）转换为直流电（DC），也称为桥式整流器。桥式整流器配合二线交流输入电压，可以进行全波整流，其他的整流方式可以利用其二次绕组有中心抽头的变压器，再将输出接到三端子输入的整流器，但桥式整流器在成本及重量上都有优势[1]。
二极管电桥的基本特点就是输出电压的极性不会随输入电压而变化。二极管电桥是由波兰电气工程师Karol Pollak发明，在1895年12月在英国申请专利[2]，1896年1月在德国申请专利[3][4]。德国物理学家Leo Graetz在1897年独立的发明类似的电路，也有发表[5][6]。有些文献仍把此电路称为Graetz电路或是Graetz电桥[7]。
在集成电路普及之前，会用四颗二极管组装二极管电桥。自1950年开始由四个二极管组成电桥，放在同一封装内的电子零件开始变成标准商品化的产品，目前已有不同的电压及电流额定。
除了二极管电桥外，在倍压器中，二极管也会和电容器配置成电桥组态。
电流
[编辑]若以常规电流方向为准，二极管的基本特性是只允许电流的单向流动，此称为二极管的“正向”。二极管电桥中，二极管的接线方式会允许在电源交流周期的正半周，让电流经由一个二极管正向导通到负载，负载的电流再经由另一个二极管正向导通到电源的负端，在电源交流周期的负半周，电流会经由另外二极管正向导通，因此都可以形成回路。
整流器
[编辑]在下图中，连到菱形左边的输入为正，连到菱形右边的输入为负，电流从上方的端子沿着红色（正）路径往右流到输出，返回时沿着蓝色（负）路径回到下方的电源端子。
若连到菱形左边的输入为负，连到菱形右边的输入为正，电流从下方的端子沿着红色（正）路径往右流到输出，返回时沿着蓝色（负）路径回到下方的电源端子[8]。
上述二个例子中，上方的输出端子始终为正[9]，下方的输出端子始终为负。不论输入电源是交流或是直流，不会影响二极管电桥的特性。因此二极管电桥不但可以将交流电压转换为直流电压，也可以做“反极性保护”的功能。例如用电池供电的设备，或是接直流电的设备，若电源是先经过二极管电桥再提供给设备，即使电池不小心装反，或是直流电配线配反，也可以正常工作，不会损害设备。
类似二极管电桥功能的整流器，有中心抽头变压器及双二极管的整流器，以及用二个二极管及二个电容排成电桥的倍压整流器。
电压平滑化
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若配合交流电源输入，二极管电桥的输出电压（此情形下为全波整流器）是有极形的脉动正弦曲线，振幅和原来输入相同，但频率是原来的两倍。输出电压可以视为是直流电压上叠加了很大的纹波电压。这样的电源使用起来会有不少问题，因为纹波电压会以废热的形式耗散在直流电路器件中，而此在电路运作中，可能会产生噪声或是信号扭曲。因此几乎所有的整流器后面都会接带通滤波器或带阻滤波器，也可以用稳压器来将有纹波的电压转换为较平滑（而且可能比较大）的电压。滤波器可能很简单，例如一个够大的电容器或是扼流圈，不过大部分电源供应器的滤波器都有许多交流的串联或是分流器件。当纹波电压上升时，无效交流电功率可以储存在滤波器器件中，减小实际输出的电压。当纹波电压下降时，无效交流电功率会从滤波器器件中释放出来，使输出电压增加。整流器的最后一段可能会包括以齐纳二极管为基础的稳压器，因此几乎可以完全消除纹波。
多相二极管电桥
[编辑]电桥电路可以扩展到在多相交流系统中进行整流。例如三相交流输入的电源，半波整流需要三个二极管，而全波整流需要六个二极管。
半波整流器可以视为是三相电路的Y接，因为电流会从中性线返回，而全波整流器比较像是为是三相电路的Δ接，不过因为没有用到中性线，因此不论三相电源是Y接还是Δ接，都可以用全波整流器。
二极管切换技术及snubber电路
[编辑]电源供应器中的变压器会有漏电感以及杂散电容。当二极管电桥中的二极管关闭时，非理想器件会形成谐振电路，会有高频的振荡。而且高频振荡可能会耦合到电路的其他部分。缓冲电路就是用来避免这类的问题。缓冲电路和二极管并联可能会有一个很小的电容，或是由电阻和电容串联组成。
相关条目
[编辑]- 1N400x通用型二极管，也称为整流二极管
- 有源整流
- 高压直流转换器
参考资料
[编辑]- ^ Horowitz, Paul; Hill, Winfield. The Art of Electronics Second. Cambridge University Press. 1989: 44–47. ISBN 0-521-37095-7.
- ^ British patent 24398 （页面存档备份，存于互联网档案馆）.
- ^ (Graetz, 1897), p. 327 footnote.. [2019-09-18]. （原始内容存档于2021-03-08）. （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- ^ (Editorial staff). Ein neues Gleichrichter-Verfahren [A new method of rectification]. Elektrotechnische Zeitschrift. 24 June 1897, 18 (25): 359 and footnote [2019-09-18]. （原始内容存档于2021-03-08） （德语）. （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- ^ 参见
- Graetz, L. Electrochemisches Verfahren, um Wechselströme in Gleichströme zu verwandeln [Electrochemical method of changing alternating into direct currents]. Sitzungsberichte der Mathematisch-Physikalischen Classe der Königlich Bayerischen Akademie der Wissenschaften zu München (Transactions of the Mathematical-Physical Classes of the Royal Bavarian Academy of Sciences in Munich). 1 May 1897, 27: 223–228 （德语）.
- Graetz, L. Electrochemisches Verfahren, um Wechselströme in Gleichströme zu verwandeln [Electrochemical method of changing alternating into direct currents]. Annalen der Physik und Chemie. 3rd series. 1897, 62: 323–327 [2019-09-18]. （原始内容存档于2021-03-08） （德语）. （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Graetz, Leo. Electrochemisches Verfahren, um Wechselströme in Gleichströme zu verwandeln [Electrochemical method of changing alternating into direct currents]. Elektrotechnische Zeitschrift. 22 July 1897, 18 (29): 423–424 [2019-09-18]. （原始内容存档于2021-03-09） （德语）. （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- ^ Strzelecki, R. Power Electronics in Smart Electrical Energy Networks （页面存档备份，存于互联网档案馆）. Springer, 2008, p. 57.
- ^ Graetz Flow Control Circuit. [2019-09-18]. （原始内容存档于2013-11-04）. （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- ^ Sears, Francis W., Mark W. Zemansky and Hugh D. Young, University Physics, Sixth Ed., Addison-Wesely Publishing Co., Inc., 1982, p. 685.
- ^ bridge rectifier circuit electronics basic. The Geek Pub. [3 September 2019]. （原始内容存档于2020-11-27）. （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- ^ "Rectifier", Concise Encyclopedia of Science and Technology, Third Edition, Sybil P. Parker, ed. McGraw-Hill, Inc., 1994, p. 1589.
外部链接
[编辑]
- Electronics: Bridge Rectifiers (1969) US Air Force Training Film. Old Movies Reborn (Youtube). July 16, 2017 [2019-09-18]. （原始内容存档于2020-03-17）. （页面存档备份，存于互联网档案馆）