二極管電橋，通常稱為橋式整流電路，是一種將交流電（AC）轉換為直流電（DC）的電路。其工作原理基于二極管的單向導電性，通過特定的電路布局，實現了對交流電的全波整流。以下是對二極管電橋工作原理的詳細解析。

一、二極管電橋的基本組成

二極管電橋由四個二極管（通常標記為D1、D2、D3、D4）組成，這四個二極管以橋式方式連接，并通過變壓器（或電源）的次級繞組供電。負載（如電阻、燈泡等）連接在橋式電路的輸出端。橋式整流電路的基本結構如圖所示，其中VD1~VD4為四個二極管，RL為負載電阻。

二、二極管電橋的工作原理

二極管電橋的工作原理可以分為正半周期和負半周期兩個階段來闡述。

在輸入交流波形二極管的正半周期期間，D1 和 D2 正向偏置，D3 和 D4 反向偏置。當電壓超過二極管D1 和 D2 的閾值電平時，開始導通 - 負載電流開始流過它，如下圖紅線的路徑所示。

1. 正半周期

在交流電源的正半周期內，變壓器次級繞組的電壓為正，此時二極管D1和D3的正極相對于負極具有較高的電位，因此它們處于正向偏置狀態，可以導通。而二極管D2和D4則處于反向偏置狀態，不能導通。電流的路徑是從變壓器次級繞組的一端經過D1流向負載RL，然后再經過D3流回變壓器次級繞組的另一端。這樣，在正半周期內，負載RL上得到了一個與輸入電壓正半波相同的電壓和電流。

在正半周期間，二極管 D3-D2 得到正向偏置，并起到閉合開關的作用。二極管 D1-D4 反向偏置并且不導通，因此就像打開開關一樣。因此我們在輸出端得到正半周。

橋式整流電路正半周期原理圖

橋式整流電路正半周期電流流向圖

2. 負半周期

在交流電源的負半周期內，變壓器次級繞組的電壓為負，此時二極管D2和D4的正極相對于負極具有較高的電位，因此它們處于正向偏置狀態，可以導通。而二極管D1和D3則處于反向偏置狀態，不能導通。電流的路徑是從變壓器次級繞組的一端經過D2流向負載RL，然后再經過D4流回變壓器次級繞組的另一端。這樣，在負半周期內，雖然輸入電壓是負的，但負載RL上仍然得到了一個與輸入電壓正半波相同的電壓和電流（只是相位相差180度）。

在負半周期間，二極管 D1-D4 正向偏置，并起到閉合開關的作用。二極管 D3-D2 反向偏置并且不導通，因此就像打開開關一樣。因此我們在輸出端得到正半周。

橋式整流電路負半周期原理圖

橋式整流電路負半周期電流流向圖

三、二極管電橋的特點

1. 全波整流

二極管電橋實現了全波整流，即無論輸入電壓是正還是負，都能通過適當的二極管導通，使負載上得到連續的電流和電壓。與半波整流相比，全波整流的效率更高，因為它利用了交流電的兩個半周期。

2. 輸出電壓脈動

雖然二極管電橋實現了全波整流，但其輸出的電壓仍然是脈動的，即電壓的大小在不斷地變化。為了得到更穩定的直流電壓，通常需要在負載兩端并聯一個濾波電容。濾波電容可以平滑輸出電壓的脈動，使其更接近理想的直流電壓。

3. 二極管承受的反向電壓

在橋式整流電路中，每個二極管承受的最大反向電壓等于變壓器次級電壓的最大值。這是因為當某個二極管截止時，它要承受整個次級電壓的反向電壓。因此，在選擇二極管時，需要確保其反向擊穿電壓大于變壓器次級電壓的最大值。

4. 負載電流

在橋式整流電路中，由于任何時刻都有兩個二極管同時導通，因此流過每個二極管的電流只是負載電流的一半。這使得橋式整流電路在處理大電流時具有較高的效率和可靠性。

四、二極管電橋的應用

二極管電橋廣泛應用于各種需要將交流電轉換為直流電的場合。例如，在電源供應器、電子設備的直流電源部分、電機控制器等領域都有廣泛的應用。此外，橋式整流電路還可以與其他電路元件（如濾波電容、穩壓電路等）組合使用，以得到更加穩定和可靠的直流電源。

五、結論

二極管電橋是一種基于二極管單向導電性的全波整流電路。它通過將四個二極管以橋式方式連接，并利用交流電源的正負半周期特性，實現了對交流電的全波整流。橋式整流電路具有效率高、輸出電壓脈動小、二極管承受反向電壓小等優點，因此在各種電子設備中得到了廣泛的應用。同時，為了得到更穩定的直流電壓，通常還需要在負載兩端并聯濾波電容等元件進行進一步的處理。