神奇的整流橋對偶電路

01 對偶電路

一、整流橋

學習過電子線路的人對于這個電路都很熟悉。這就是交流電壓整流橋電路。從橋電路的中間兩個節(jié)點，輸入交流電壓信號。在另外兩個節(jié)點就會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。該電路完成這兩個電壓信號的轉換。下面問一個有趣的問題，這個電路的對偶電路該怎么設計？?所謂的對偶電路，就是從雙端口電路的一個端口輸入直流電流信號，注意，不是電壓信號。則從另外一個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，則與改端口負載電壓有關系。如果負載電壓上正下負，則電流從端口上面流出，從下面流入。；?反之，如果下正上負，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計呢？

在討論設計之前，我們先說一下，這個電路到底有什么用途。如果對一個蓄電池進行充電，無論蓄電池的正負極如何連接交流輸出端口，該電路總能給蓄電池進行正確的充電。不會因為極性接反而無法給蓄電池充電。

三、設計思路來源

當然，設計這個整流橋對偶電路的方案應該有很多，那么，哪一種是最簡單的設計方案呢？關于這個問題，直到我在B站這個視頻后面網友的留言中，看到一個令人感到震驚的簡單設計方案。

他在留言中，記錄了在整理他爺爺?shù)倪z物時 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)的學生。直到去世都對電子設計獨有情鐘。在這個繪有詳細電路圖，寫滿理解觀點的筆記本上，就記錄了這樣一個神奇的整流橋對偶電路的設計方案。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。如此簡潔的設計，令人感到驚嘆。

四、電路仿真

為了說明這個電路的工作原理，這里在LTspice中重新搭建了這個電路。使用 2N3904、2N3906 替代原來電路中的 8050、8550 三極管。這四個三極管組成了一個橋電路。左邊是一個電流源，設置一個 100mA 的恒流輸入。右邊則是一個交流電壓源，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)仿真結果來看，電流的確是一個交變電流。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，需要電壓源的電壓超過 0.7V。當電壓源小于0.7V的時候，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 ※

本文討論并驗證了一個神奇的整流橋對偶電路。對于它的的工作原理，可以參照這位清華老學長的筆記。其中討論了三極管倒置情況下的應用 。今天時間不早了，快到凌晨了。下次再討論這個有趣的電路吧。