整流器干嘛的？整流的過(guò)程是什么？

有人說(shuō)，電力電子的歷史開(kāi)始于1902年——發(fā)明了池陰極玻璃燈泡汞弧整流器。這種革命性的非線(xiàn)性元件的功勞歸功于一位名叫彼得·庫(kù)珀·休伊特的美國(guó)發(fā)明家。他在對(duì)1901年獲得專(zhuān)利的汞蒸氣燈進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，他發(fā)現(xiàn)電流僅沿一個(gè)方向流動(dòng)，即從陽(yáng)極流向陰極，因此具有整流作用。

汞弧整流器的發(fā)明為許多電子設(shè)備鋪平了道路，這些電子設(shè)備是我們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦胁豢苫蛉钡囊徊糠?。也難怪有人認(rèn)為它的發(fā)明是電力電子經(jīng)典時(shí)代的開(kāi)始。

一、什么是整流器？

根據(jù)定義，整流器是一種電氣設(shè)備，可將間歇性反轉(zhuǎn)方向的交流電轉(zhuǎn)換為僅沿一個(gè)方向流動(dòng)的直流電。整流器是電路的一個(gè)組件，它允許電流沿一個(gè)方向通過(guò)，同時(shí)阻止電流沿另一個(gè)方向流動(dòng)。在應(yīng)用方面，可以在典型的臺(tái)式電源裝置中找到整流器。

整流過(guò)程本身涉及一種只允許電子單向流動(dòng)的裝置。如您所見(jiàn)，是不是跟某些半導(dǎo)體元件的功能很相似。此外，最基本的整流電路是半波整流器。然而，在物理上，整流器可以有多種形式，包括汞弧閥、半導(dǎo)體二極管、真空管二極管，甚至濕化學(xué)電池，這里僅舉幾例。

如上圖所示，這是一個(gè)簡(jiǎn)單的半波整流器。整流器的典型用途可用于臺(tái)式電源裝置。

二、整流器應(yīng)用

在應(yīng)用方面，整流器有無(wú)數(shù)的用途。然而，它們通常用作直流電源或高壓直流輸電系統(tǒng)中的組件。整改過(guò)程也有多種應(yīng)用。例如，它可以用作無(wú)線(xiàn)電信號(hào)探測(cè)器，或氣體加熱系統(tǒng)中的火焰存在探測(cè)器。

此外，根據(jù)交流電源的類(lèi)型和整流器電路的布置，整流器的輸出可能需要進(jìn)一步平滑以產(chǎn)生既均勻又穩(wěn)定的輸出（電壓）。大多數(shù)整流器應(yīng)用需要穩(wěn)定且恒定的直流電壓，即為PC、電視和電機(jī)供電。因此，為了滿(mǎn)足這些要求，整流器設(shè)計(jì)采用電子濾波器來(lái)平滑整流器的輸出。

一般來(lái)說(shuō)，這些電子濾波器可以是電容器、一組電容器、一個(gè)扼流圈或扼流圈和電阻器，通常后面跟著一個(gè)穩(wěn)壓器以產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓。

三、整流裝置和整流電路的類(lèi)型

在使用硅半導(dǎo)體整流器之前，有氧化銅基和硒基金屬整流器堆棧，以及真空管熱電子二極管。然而，隨著半導(dǎo)體電子技術(shù)的興起，真空管整流器的淘汰是不可避免的。比如今天，各種類(lèi)型的半導(dǎo)體二極管。

當(dāng)簡(jiǎn)單的整流還不夠時(shí)，在輸出電壓可變的情況下，其他設(shè)備投入使用。當(dāng)然，這些其他設(shè)備也能夠控制電極并提供單向電流。此外，這些類(lèi)型的大功率整流器用于高壓直流電力傳輸，并且它們包含各種類(lèi)型的硅半導(dǎo)體器件。

通常，這些類(lèi)型的整流器稱(chēng)為晶閘管。這些和其他受控開(kāi)關(guān)固態(tài)開(kāi)關(guān)有效地起到二極管的作用，僅在一個(gè)方向上通過(guò)電流。

總體而言，整流電路可以是多相或單相的，但家用設(shè)備中使用的大多數(shù)小功率整流器都是單相的。此外，三相整流在工業(yè)應(yīng)用和高壓直流輸電中必不可少。

四、單相整流器和半波整流器

在具有半波整流的單相電源的情況下，只有一半的交流波會(huì)通過(guò)，而它會(huì)阻擋另一半，無(wú)論極性如何。由于只有一半的輸入波形到達(dá)輸出端，這會(huì)轉(zhuǎn)化為較低的輸出電壓。此外，半波整流需要在單相電源中使用單個(gè)二極管，在三相電源中使用三個(gè)二極管。

通常，整流器產(chǎn)生的直流輸出既是單向的又是脈動(dòng)的。與全波整流器相比，半波整流器產(chǎn)生更多的紋波。當(dāng)然，這意味著它需要更多的濾波才能從其輸出中消除交流頻率的諧波。

五、單相整流器和全波整流器

全波整流器將整個(gè)輸入波形轉(zhuǎn)換為單一且恒定極性的輸出（正或負(fù)）。全波整流將輸入波形的兩個(gè)極性轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流，從而產(chǎn)生更高的輸出電壓。

在設(shè)計(jì)方面，您可以創(chuàng)建一個(gè)全波整流器，該整流器具有橋式配置的四個(gè)二極管或兩個(gè)二極管和一個(gè)中心抽頭變壓器和一個(gè)交流電源，可以是沒(méi)有中心抽頭的變壓器。例如，具有中心抽頭變壓器和兩個(gè)背靠背二極管（陽(yáng)極到陽(yáng)極或陰極到陰極）的單相交流電源可以形成全波整流器。盡管與橋式整流器相比，它需要兩倍的變壓器次級(jí)匝數(shù)才能產(chǎn)生相等的輸出電壓，但其額定功率仍然不受影響。

六、多相整流器

單相整流器通常用于家用設(shè)備的電源中。相比之下，大功率和工業(yè)應(yīng)用一般采用多相整流器。與單相整流器一樣，三相整流器也可以采用半波電路、全波橋電路或使用中心抽頭變壓器的全波電路的形式。

您通?？梢哉业绞褂镁чl管來(lái)代替二極管以進(jìn)行電壓輸出調(diào)節(jié)。此外，大多數(shù)提供直流電的設(shè)備也會(huì)產(chǎn)生三相交流電。例如包含六個(gè)二極管的汽車(chē)交流發(fā)電機(jī)，其作為全波整流器為汽車(chē)電池充電。

注意：晶閘管是一種固態(tài)半導(dǎo)體器件，具有四層交替的P型和N型材料。此外，它僅用作雙穩(wěn)態(tài)開(kāi)關(guān)，當(dāng)柵極接收到電流觸發(fā)時(shí)導(dǎo)通，并隨著電壓的移除而停止導(dǎo)通。此外，去除方法通常是通過(guò)反向偏置，但也可以通過(guò)其他方式。

今天有許多設(shè)備的功能歸功于所謂的整流器，無(wú)論是單相配置還是多相配置，電視甚至PC等設(shè)備都不可能存在。雖然它的發(fā)明可以追溯到20世紀(jì)初，但如果沒(méi)有整流器，我們的現(xiàn)在看起來(lái)會(huì)大不相同。