芯耀
1966
01 對偶電路
一、整流橋
學(xué)習(xí)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(zhuǎn)換。下面問一個有趣的問題，這個電路的對偶電路該怎么設(shè)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(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)計呢？
在討論設(shè)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(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。不會因為極性接反而無法給蓄電池充電。
三、設(shè)計思路來源
當(dāng)然，設(shè)計這個整流橋?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)計方案呢？關(guān)于這個問題，直到我在B站這個視頻后面網(wǎng)友的留言中，看到一個令人感到震驚的簡單設(shè)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(xué)生。直到去世都對電子設(shè)計獨有情鐘。在這個繪有詳細(xì)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?qū)ε茧娐返脑O(shè)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(shè)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(shè)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(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(dāng)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(jié) ※
本文討論并驗證了一個神奇的整流橋?qū)ε茧娐贰τ谒牡墓ぷ髟?，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 。今天時間不早了，快到凌晨了。下次再討論這個有趣的電路吧。
