二极管电桥是如何工作的

二极管电桥，通常称为桥式整流电路，是一种将交流电（AC）转换为直流电（DC）的电路。其工作原理基于二极管的单向导电性，通过特定的电路布局，实现了对交流电的全波整流。以下是对二极管电桥工作原理的详细解析。

一、二极管电桥的基本组成

二极管电桥由四个二极管（通常标记为D1、D2、D3、D4）组成，这四个二极管以桥式方式连接，并通过变压器（或电源）的次级绕组供电。负载（如电阻、灯泡等）连接在桥式电路的输出端。桥式整流电路的基本结构如图所示，其中VD1~VD4为四个二极管，RL为负载电阻。

二、二极管电桥的工作原理

二极管电桥的工作原理可以分为正半周期和负半周期两个阶段来阐述。

在输入交流波形二极管的正半周期期间，D1 和 D2 正向偏置，D3 和 D4 反向偏置。当电压超过二极管D1 和 D2 的阈值电平时，开始导通 - 负载电流开始流过它，如下图红线的路径所示。

1. 正半周期

在交流电源的正半周期内，变压器次级绕组的电压为正，此时二极管D1和D3的正极相对于负极具有较高的电位，因此它们处于正向偏置状态，可以导通。而二极管D2和D4则处于反向偏置状态，不能导通。电流的路径是从变压器次级绕组的一端经过D1流向负载RL，然后再经过D3流回变压器次级绕组的另一端。这样，在正半周期内，负载RL上得到了一个与输入电压正半波相同的电压和电流。

在正半周期间，二极管 D3-D2 得到正向偏置，并起到闭合开关的作用。二极管 D1-D4 反向偏置并且不导通，因此就像打开开关一样。因此我们在输出端得到正半周。

桥式整流电路正半周期原理图

桥式整流电路正半周期电流流向图

2. 负半周期

在交流电源的负半周期内，变压器次级绕组的电压为负，此时二极管D2和D4的正极相对于负极具有较高的电位，因此它们处于正向偏置状态，可以导通。而二极管D1和D3则处于反向偏置状态，不能导通。电流的路径是从变压器次级绕组的一端经过D2流向负载RL，然后再经过D4流回变压器次级绕组的另一端。这样，在负半周期内，虽然输入电压是负的，但负载RL上仍然得到了一个与输入电压正半波相同的电压和电流（只是相位相差180度）。

在负半周期间，二极管 D1-D4 正向偏置，并起到闭合开关的作用。二极管 D3-D2 反向偏置并且不导通，因此就像打开开关一样。因此我们在输出端得到正半周。

桥式整流电路负半周期原理图

桥式整流电路负半周期电流流向图

三、二极管电桥的特点

1. 全波整流

二极管电桥实现了全波整流，即无论输入电压是正还是负，都能通过适当的二极管导通，使负载上得到连续的电流和电压。与半波整流相比，全波整流的效率更高，因为它利用了交流电的两个半周期。

2. 输出电压脉动

虽然二极管电桥实现了全波整流，但其输出的电压仍然是脉动的，即电压的大小在不断地变化。为了得到更稳定的直流电压，通常需要在负载两端并联一个滤波电容。滤波电容可以平滑输出电压的脉动，使其更接近理想的直流电压。

3. 二极管承受的反向电压

在桥式整流电路中，每个二极管承受的最大反向电压等于变压器次级电压的最大值。这是因为当某个二极管截止时，它要承受整个次级电压的反向电压。因此，在选择二极管时，需要确保其反向击穿电压大于变压器次级电压的最大值。

4. 负载电流

在桥式整流电路中，由于任何时刻都有两个二极管同时导通，因此流过每个二极管的电流只是负载电流的一半。这使得桥式整流电路在处理大电流时具有较高的效率和可靠性。

四、二极管电桥的应用

二极管电桥广泛应用于各种需要将交流电转换为直流电的场合。例如，在电源供应器、电子设备的直流电源部分、电机控制器等领域都有广泛的应用。此外，桥式整流电路还可以与其他电路元件（如滤波电容、稳压电路等）组合使用，以得到更加稳定和可靠的直流电源。

五、结论

二极管电桥是一种基于二极管单向导电性的全波整流电路。它通过将四个二极管以桥式方式连接，并利用交流电源的正负半周期特性，实现了对交流电的全波整流。桥式整流电路具有效率高、输出电压脉动小、二极管承受反向电压小等优点，因此在各种电子设备中得到了广泛的应用。同时，为了得到更稳定的直流电压，通常还需要在负载两端并联滤波电容等元件进行进一步的处理。