整流器

整流器是一种将周期性反转方向的交流电(AC) 转换为仅沿一个方向流动的直流电(DC)的电气设备。反向操作（将直流电转换为交流电）由逆变器执行。

该过程称为整流，因为它“拉直”电流方向。从物理上看，整流器有多种形式，包括真空管二极管、湿化学电池、汞弧阀、铜和氧化硒板堆叠、半导体二极管、可控硅整流器和其他硅基半导体开关。历史上，甚至使用过同步机电开关和电动发电机组。早期的无线电接收器，称为晶体收音机，使用压在方铅矿（硫化铅）晶体上的“猫须”细线作为点接触整流器或“晶体探测器”。

整流器有多种用途，但通常用作直流电源和高压直流输电系统的组件。整流除了产生用作电源的直流电之外还可以发挥其他作用。如前所述，整流器可以用作无线电信号检测器。在燃气加热系统中，火焰校正用于检测火焰的存在。

根据交流电源的类型和整流器电路的布置，输出电压可能需要额外的平滑以产生均匀的稳定电压。整流器的许多应用，例如无线电、电视和计算机设备的电源，需要稳定的恒定直流电压（如电池产生的电压）。在这些应用中，整流器的输出通过电子滤波器进行平滑，该滤波器可以是电容器、扼流圈或一组电容器、扼流圈和电阻器，后面可能有一个电压调节器以产生稳定的电压。

执行相反功能（即将直流电转换为交流电）的更复杂的电路称为逆变器。

整流装置

在开发硅半导体整流器之前，使用真空管热离子二极管和氧化铜或硒基金属整流器堆栈。通用电气公司的Saul Dushman于 1915 年 4 月推出了第一款专为电源电路整流器应用而设计的真空管二极管。随着半导体电子技术的引入，真空管整流器变得过时，除了一些真空管音频设备的爱好者之外。对于从极低电流到极高电流的电源整流，广泛使用 各种类型的半导体二极管（结型二极管、肖特基二极管等）。

具有控制电极以及充当单向电流阀的其他装置用于需要不仅仅是简单整流的地方，例如，需要可变输出电压的地方。高功率整流器，例如用于高压直流电力传输的整流器，采用各种类型的硅半导体器件。这些是晶闸管或其他受控开关固态开关，它们有效地充当二极管，仅在一个方向上传递电流。

整流电路

整流电路可以是单相或多相的。大多数家用设备的低功率整流器都是单相的，但三相整流​​对于工业应用和直流 (HVDC) 能源传输非常重要。

单相整流器

半波整流 在单相电源的半波整流中，交流波的正半部或负半部通过，而另一半则被阻挡。由于只有一半的输入波形到达输出，因此平均电压较低。半波整流在单相电源中需要一个二极管，在三相电源中需要三个二极管。整流器产生单向但脉动的直流电；半波整流器产生的纹波比全波整流器多得多，并且需要更多的滤波来消除输出中交流频率的 谐波。

全波整流 全波整流器将整个输入波形转换为其输出的恒定极性（正或负）波形。从数学上讲，这对应于绝对值函数。全波整流将输入波形的两个极性转换为脉动DC（直流电），并产生更高的平均输出电压。需要两个二极管和一个中心抽头变压器，或桥式配置中的四个二极管和任何交流电源（包括没有中心抽头的变压器）。[5]单半导体二极管、共阴极或共阳极双二极管以及四或六二极管电桥均作为单个组件制造。

对于单相交流电，如果变压器是中心抽头的，则两个背靠背的二极管（阴极对阴极或阳极对阳极，取决于所需的输出极性）可以形成全波整流器。为了获得相同的输出电压，变压器次级所需的匝数是桥式整流器的两倍，但额定功率不变。

非常常见的双二极管整流真空管在一个外壳内包含一个公共阴极和两个阳极，实现正输出的全波整流。5U4 和 80/5Y3（4 针）/（八进制）是这种配置的常见示例。

三相整流器

单相整流器通常用于家用设备的电源。然而，对于大多数工业和大功率应用来说，三相整流电路是常态。与单相整流器一样，三相整流器可以采用半波电路、使用中心抽头变压器的全波电路或全波桥式电路的形式。

晶闸管通常用来代替二极管来创建可以调节输出电压的电路。许多提供直流电的设备实际上会产生三相交流电。例如，汽车交流发电机包含六个二极管，用作电池充电的全波整流器。

倍压整流器

简单的半波整流器可以采用两种电气配置构建，其中二极管指向相反方向，一种版本将输出的负极端子直接连接到交流电源，另一种版本将输出的正极端子直接连接到交流电源。通过将这两者与单独的输出平滑相结合，可以获得几乎是峰值交流输入电压两倍的输出电压。这还在中间提供了一个抽头，允许将这种电路用作分离轨电源。

其一种变体是使用两个串联电容器在桥式整流器上实现输出平滑，然后在这些电容器的中点和一个交流输入端子之间放置一个开关。当开关打开时，该电路的作用类似于普通的桥式整流器。当开关闭合时，它的作用就像一个倍压整流器。换句话说，这使得可以很容易地从世界上任何 120 V 或 230 V 电源获得大约 320 V（±15%，约）直流电压，然后可以将其馈送到相对简单的开关模式电源。然而，对于给定的所需纹波，两个电容器的值必须是普通桥式整流器所需单个电容器值的两倍；当开关闭合时，每个电容器必须对半波整流器的输出进行滤波；当开关打开时，两个电容器串联连接，其等效值为其中一个电容器的一半。

在科克罗夫特-沃尔顿电压倍增器中，多级电容器和二极管级联以将低交流电压放大为高直流电压。这些电路能够产生高达峰值交流输入电压十倍的直流输出电压，但实际上受到电流容量和电压调节问题的限制。二极管电压倍增器经常用作尾随升压级或初级高压 (HV) 源，用于高压激光电源、阴极射线管(CRT ) 等供电设备（如基于 CRT 的电视、雷达和声纳中使用的设备）显示器）、图像增强管和光电倍增管 (PMT) 中的光子放大器件，以及雷达发射器和微波炉中使用的基于磁控管的射频 (RF) 器件。在引入半导体电子器件之前，直接由交流电源供电的 无变压器真空管接收器有时使用倍压器从 100-120 V 电源线产生大约 300 VDC。

整流器的量化

有几个比率用于量化整流器或其输出的功能和性能，包括变压器利用率 (TUF)、转换比 (η) 、纹波系数、形状系数和峰值系数。两个主要测量值是直流电压（或偏移）和峰峰值纹波电压，它们是输出电压的组成部分。

转换率

转换比（也称为“整流比”，容易混淆的“效率”）η定义为直流输出功率与交流电源输入功率的比率。即使使用理想的整流器，该比率也小于 100%，因为部分输出功率是交流功率而不是直流功率，这表现为叠加在直流波形上的纹波。通过使用平滑电路可以提高该比率，该电路可以减少纹波，从而减少输出的交流内容。变压器绕组的损耗和整流器元件本身的功耗会降低转换比。这个比率没有什么实际意义，因为整流器后面几乎总是跟着一个滤波器，以增加直流电压并减少纹波。在一些三相和多相应用中，转换比足够高，不需要平滑电路。在其他电路中，例如真空管电子器件中的灯丝加热器电路，其中负载几乎完全是电阻性的，可以省略平滑电路，因为电阻器消耗交流和直流功率，因此不会损失功率。

整流器压降

真实的整流器通常会降低部分输入电压（对于硅器件，电压降通常为 0.7 伏加上等效电阻，通常是非线性的），并且在高频下会以其他方式扭曲波形。与理想整流器不同，它会消耗一些功率。

大多数整流的一个方面是从峰值输入电压到峰值输出电压的损耗，这是由二极管两端的内置压降引起的（普通硅 p-n 结二极管约为 0.7 V，肖特基二极管约为0.3 V）。使用中心抽头次级的半波整流和全波整流会产生一个二极管压降的峰值电压损失。桥式整流有两个二极管压降的损耗。如果必须对非常低的交流电压进行整流，这会降低输出电压并限制可用的输出电压。由于二极管在低于该电压时不会导通，因此电路仅在每个半周期的一部分中通过电流，从而导致每个“驼峰”之间出现短段的零电压（其中瞬时输入电压低于一个或两个二极管压降） ”。

峰值损耗对于低压整流器（例如，12V 或更低）非常重要，但在高压应用（例如 HVDC 输电系统）中则微不足道。

整流器输出平滑

虽然半波和全波整流提供单向电流，但两者都不会产生恒定电压。对于半波整流器，在源频率处存在较大的交流纹波电压分量；对于全波整流器，在源频率的两倍处存在较大的交流纹波电压分量。纹波电压通常用峰峰值来表示。从整流交流电源产生稳定的直流电需要平滑电路或滤波器。在最简单的形式中，它可以只是一个电容器（既充当平滑电容器又充当储存器、[11] [12]缓冲器或大容量电容器）、扼流圈、电阻器、齐纳二极管和电阻器，或者放置在整流器的输出。实际上，大多数平滑滤波器利用多个组件来有效地将纹波电压降低到电路可承受的水平。

当交流电源不提供任何功率时，即当交流电源改变其电流流动方向时，滤波电容器在交流周期的部分期间释放其存储的能量。

应用

整流器的主要应用是从交流电源（交流到直流转换器）获取直流电。几乎所有电子设备的电源内部都使用了整流器。AC/DC电源可大致分为线性电源和开关电源。在此类电源中，整流器将串联在变压器之后，后面是平滑滤波器，可能还有电压调节器。

将直流电从一种电压转换为另一种电压要复杂得多。直流到直流转换的一种方法首先将电源转换为交流电（使用称为逆变器的设备），然后使用变压器改变电压，最后将电源整流回直流电。通常使用几十千赫兹的频率，因为这需要比较低频率小得多的电感，并且避免使用笨重、庞大且昂贵的铁芯变压器。另一种转换直流电压的方法是使用电荷泵，利用快速开关来改变电容器的连接；由于所需电容器的尺寸，该技术通常仅限于几瓦的电源。

整流器还用于检测调幅无线电信号。信号可以在检测之前被放大。如果不是，则必须使用非常低压降的二极管或以固定电压偏置的二极管。当使用整流器进行解调时，电容器和负载电阻必须仔细匹配：电容太低会使高频载波传递到输出，而太高会使电容器充电并保持充电状态。

整流器为焊接提供极化电压。在此类电路中，需要控制输出电流；有时，这可以通过用晶闸管代替桥式整流器中的一些二极管来实现，晶闸管实际上是可以通过相控控制器的接通和关断来调节其电压输出的二极管。

晶闸管用于各类铁路机车 车辆系统，以便实现牵引电机的精细控制。门极可关断晶闸管用于从直流电源产生交流电，例如在欧洲之星列车上为三相牵引电机供电。[15]

电子元器件
半导体器件
	MOS晶体管	晶体管，NMOS，PMOS，BiCMOS，生物场效应管，化学场效应晶体管(ChemFET)，互补MOS (CMOS)，耗尽型负载 NMOS，鳍式场效应晶体管(FinFET)，浮栅 MOSFET (FGMOS)，绝缘栅双极晶体管(IGBT)，场效应管，LDMOS，MOS场效应晶体管（MOSFET），多栅极场效应晶体管(MuGFET)，功率MOSFET，薄膜晶体管（TFT），VMOS，乌莫斯
	其他晶体管	双极结型晶体管(BJT)，达林顿晶体管，扩散结晶体管，场效应晶体管(FET)（结型栅极 FET (JFET)，有机场效应晶体管(OFET)，发光晶体管（LET）（有机LET (OLET)，五极管，点接触晶体管，可编程单结晶体管(PUT)，静电感应晶体管（SIT），四极晶体管，单结晶体管(UJT)
	二极管	雪崩二极管，恒流二极管（CLD、CRD），耿氏二极管，激光二极管(LD)，发光二极管（LED），有机发光二极管（OLED），光电二极管，PIN二极管，肖特基二极管，阶跃恢复二极管，齐纳二极管
	其他设备	印刷电子产品，印刷电路板，迪亚克，异质结势垒变容二极管，集成电路（IC），混合集成电路，发光电容器（LEC），忆阻器，、记忆晶体管，记忆细胞，金属氧化物压敏电阻（MOV），混合信号集成电路，MOS集成电路（MOS IC），有机半导体，光电探测器，量子电路，射频CMOS，可控硅（SCR），索拉斯托，静态感应晶闸管(SITh)，三维集成电路（3D IC），晶闸管，传输器，双向可控硅，变容二极管
电压调节器		线性调节器，低压差稳压器，开关调节器，巴克，促进，降压-升压，分裂圆周率，库克，SEPIC，电荷泵，开关电容
真空管		橡子管，三极管，光束四极管，巴雷特，紧凑型计算机，二极管，弗莱明阀，中子管，节点，努维斯托，五栅格（六极、七极、八极），五极管，光电倍增管，光电管，四极管，三极管
真空管（射频）		后向波振荡器(BWO)，腔体磁控管，交叉场放大器(CFA)，回旋管，电感输出管（IOT），速调管，脉瑟，萨顿管，行波管(TWT)，X射线管
阴极射线管		光束偏转管，查拉克特隆，视像镜，魔眼管，单镜，选择管，储存管，旋回线，摄像机管，威廉姆斯管
充气管		冷阴极，十字星，十卡创，点火管，氪星，汞弧阀，氖灯，数码管，闸流管，三角龙，稳压管
可调节的		电位器（数字的），可变电容器，变容二极管
被动的		连接器（音频和视频，电力，射频）电解检测器，铁氧体，反熔丝，保险丝（可复位，电子保险丝），电阻器，转变，热敏电阻，变压器，压敏电阻，金属丝（沃拉斯顿线）
反应性		电容器（类型），陶瓷谐振器，晶体振荡器，电感器，参数，继电器（干簧继电器，水银继电器）