橋式整流計算器 – 交流轉直流

橋式整流器是由四個二極體以橋式結構連接而成，用來將交流電（AC）轉換為直流電（DC）。與只使用一顆二極體、會浪費半個輸入週期的半波整流器不同，橋式整流器也不同於需要中心抽頭變壓器的中心抽頭全波整流器；它以簡單的四二極體網路和一般變壓器次級，就能利用交流週期的兩個半周。這是電源供應器、充電器與交流轉直流轉換器中最常見的整流拓撲。 整流過程從交流輸入電壓開始，該電壓會圍繞零點做正弦振盪。此電壓的峰值為 V_peak = V_rms × √2，其中 V_rms 是設備銘牌上標示、並由標準交流電壓表測得的均方根值。在正半周，四個橋式二極體中的兩個導通；在負半周，其餘兩個導通。無論哪種情況，電流都會沿著同一方向流過負載，形成脈動直流波形，並在每個交流週期中兩次達到峰值。 每個二極體都有很小的正向壓降，矽 p-n 接面二極體通常為 0.6–0.7 V，蕭特基二極體通常為 0.2–0.4 V。由於任一時刻都有兩顆二極體串聯導通，實際峰值輸出電壓為 V_peak_out = V_peak - 2 × V_diode_drop。橋式整流器的平均（直流）輸出電壓為 V_DC = (2/π) × V_peak_out ≈ 0.6366 × V_peak_out。 與負載並聯的電容會先充電到接近峰值電壓，然後在兩個峰值之間緩慢向負載放電，進而濾除脈動直流。剩餘的電壓變化稱為漣波電壓。對於在頻率 f、負載電阻 R、電容 C 條件下運作的橋式整流器，近似峰峰值漣波電壓為 V_r ≈ V_DC / (2 × f × R × C)。漣波係數定義為漣波電壓與直流輸出電壓之比，用來衡量輸出的平滑程度；漣波係數越低，電源越乾淨。 峰值反向電壓（PIV）是整流電路運作時，未導通二極體兩端出現的最大反向電壓。對於橋式整流器，PIV = V_peak - V_diode_drop（比峰值低一個二極體壓降，因為另一顆二極體分擔了反向電壓）。二極體的額定值必須高於 PIV，才能避免擊穿。 整流效率衡量交流輸入功率被轉換為有用直流輸出功率的有效程度。橋式整流器的理論最高效率約為 81.2%，相較之下半波設計只有 40.6%。實際效率會因二極體導通損耗與變壓器電阻而略低。這個計算器提供關鍵效能指標，協助工程師評估所選元件是否能滿足電源規格。