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整流器：修订间差异

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{{Otheruses|變壓器|subject=將交流電轉換成直流電的電子元件|other=升高或降低電壓的裝置}}
{{noteTA
 
|G1=Electronics
|G2=物理學
}}
[[File:Rectification.svg|thumb|300px|交流訊號、半波整流、全波整流。]]
{{模板:電力工程側邊欄}}
 
'''整流器'''是（{{lang-en|rectifier}}）為[[電源供應器]]的一部份分，可以是將[[交流電]]轉換成[[直流電]]的裝置或[[電子元件|元件]]，也被用來作無線電訊號的偵測器等；整流器屬一種'''变流器'''<ref>{{Cite web |url=https://www.termonline.cn/word/118845/1#s1 |title=存档副本 |access-date=2023-08-21 |archive-date=2023-08-21 |archive-url=https://web.archive.org/web/20230821234909/https://www.termonline.cn/word/118845/1#s1 |dead-url=no }}</ref><ref>https://terms.naer.edu.tw/detail/cd5a40c52bfe351145156e4be85fd7df/?seq=1</ref>（converter）<ref>{{Cite web |url=https://en.wikipedia.org/wiki/AC/DC_(disambiguation) |title=存档副本 |access-date=2023-08-21 |archive-date=2023-02-06 |archive-url=https://web.archive.org/web/20230206183651/https://en.wikipedia.org/wiki/AC/DC_%28disambiguation%29 |dead-url=no }}</ref>。整流器可以是[[固态电子器件|固態]][[二極體]]、[[真空管]]二極管、[[整流器#水銀電汞弧整流器|汞弧管]]、或是氧化銅與[[硒]]的堆疊等作成。
 
能相反地，把直流電轉換成交流電的裝置則稱為「[[逆變器|逆-{}-變器]]」，也是一種變流器。
 
整流器一般指能把AC轉成DC的那一組二極體的總稱，但在半波整流只用到一個二極體時，這個二極體也就是整流器。
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倍壓整流的方式不只一種。
 
最簡單的倍壓整流（二倍）方式是利用兩組簡單的半波整流，以指向相反的二極體分別生成兩個正負不同的電源輸出，並分別加以濾波。連接正負兩端可得到交流輸入電壓兩倍的輸出電壓。此種電路稱為'''德隆電路'''（德文：Delon{{lang-Schaltung）de|Delon-Schaltung}}）。如需要的話，此電路也可以提供中間電壓，或當作正負雙電壓的電源來使用。
 
上述德隆電路可以衍生出另一種變體：在橋式整流的輸出端使用兩個相串聯的電容器作為濾波電容，在濾波電容的中點與與交流輸入的一端間聯接一個開關。當開關切離時，這個電路會像一個正常的橋式整流；當開關接通時，就會成為前述的德隆電路，產生倍壓整流的作用。舉例來說，當交流輸入為100~120V時，可讓開關為通路；當交流輸入為220~240V時，可讓開關為斷路；這樣便使它很容易在世界上任何電源間切換，產生大約320V（±15%左右）的直流電壓，以送入一個相對簡單的開關模式電源。
 
[[File:Greinacher_Schaltung.svg|thumb|200px|'''倍壓整流'''，此電路為'''格賴納赫電路''']]
另一種倍壓整流是'''格賴納赫電路'''（德文{{lang-de|Greinacher-Schaltung，Schaltung}}，如圖)。
 
格賴納赫倍壓電路可以繼續添加二極體和電容器的級聯，而形成多倍電壓的電壓倍增器，稱為{{link-en|考克饒夫-沃爾頓產生器電路|Cockcroft–Walton generator}}，當時是用於[[粒子加速器]]。這樣的倍壓電路雖可以提供幾倍於輸入交流峰值的電壓，但電流輸出和電壓穩定度則受到限制。此類電壓倍增器電路常用來提供高電壓予舊式[[電視機]]的[[陰極射線管]]（CRT）、[[光電倍增管]]、或電蚊拍。
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[[File:RC_Filter.png|thumb|400px|經過濾波的整流器，顯示出平滑效果]]
 
濾波電容的數值大小需要取捨。當給定負載時，電容值愈大則漣波愈低，但也造成成本愈高、通電瞬間的充電電流也愈大，整流二極體與變壓器線圈如不能承受可能燒毀或降低壽命，又如多個大電容的裝置同時啟動，也可能造成交流電源的波形扭曲失真，影響其它電路。若在整流器後加入大容值的濾波電容，可以加入[[緩啟動]]電路，限制充電電流。
 
給定可容忍的波紋（漣波）大小後，所需的濾波電容容量大小與負載電流成正比，並與供電頻率和每個輸入週期整流輸出峰值的數量成反比。負載電流和供電頻率通常由外部決定，非整流系統設計者所能控制，但每個輸入週期高峰的數目則可以由整流器設計者選擇：
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[[File:Regulated rectifier.gif|thumb|控制晶閘管導通相位時的全波整流輸出電壓]]
 
整流裝置也用於提供電焊時所需固定极性的電壓。這種電路的輸出電流有時需要控制，此時會以-{zh-tw:矽控整流器;zh-cn:可控硅}-（一種[[晶閘管]]）替換橋式整流中的二極體，並以相位控制觸發的方式調整其電壓輸出。
 
晶閘管也用于各級鐵路機車系統中，以實現牽引馬達的微調。[[可關斷晶閘管]]（GTO）則可用於從直流電源產生交流，例如在Eurostar列車上使用此方式提供三相牽引馬達所需的電源<ref>{{Citationcite journal|last1=Mansell|first1=A.D.|last2=Shen|first2=J.|title=Pulse converters in traction applications|journal=Power Engineering Journal|date=1 January 1994|volume=8|issue=4|pages=183|doi=10.1049/pe:19940407}}</ref>。
| last1 = Mansell | first1 = A.D.
| last2 = Shen | first2 = J.
| contribution = Pulse converters in traction applications
| title = Power Engineering Journal
| pages = 183-187
| publisher = IEEE
| date = 2002-08-06
| year = 1994
| issn = 0950-3366 }}
</ref>。▼
 
== 整流技術 ==
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==== 馬達與發電機組合 ====
{{main|電動發電機|回轉變流機}}
馬達與發電機組合或似的旋轉轉換器，實際上不會糾正電流方向，意義上不算真正的整流器，但它可以從交流電源生成直流電源。這個組合中其實是交流馬達與直流發電機兩者的轉軸直接以機械方式耦合。交流馬達帶動直流發電機，電樞（armature）的線圈繞組感應出多相交流，經整流子（commutator，這裡的整流子是指用於馬達與發電機內的一個機電構造）換向後轉換成直流電流輸出。如使用同極發電機（homopolar generator），此發電機內就無需整流子。在高功率半導體廣泛應用之前，馬達與發電機組合使用在供應直流予鐵路牽引馬達、工業電動機和其他高功率直流用途，例如室外劇院放映機的碳精[[電弧燈]]。
 
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=== 等-{}-離子（Plasma，又稱電-{}-漿）形式 ===
==== 汞弧整流器 ====
約在1909年到1975年間，高壓直流的電源傳輸系統與工業加工中使用的整流器是水銀整流器，或稱汞弧管。該設備被包於蒜頭型玻璃容器或大金屬桶。一個陰極淹沒在水銀池的底部，多個高純度石墨電極作為陽極在懸於水銀池上。可能還有幾個輔助電極以作啟動和維持電弧之用。當電弧在陰極池和懸浮的陽極間發生時，電子束將可藉電離化的水銀，由陰極流向陽極，但無法反向。[原則上，這是一個高功率型的火焰整流器，與火焰中自然存在的電漿具有的單向電流傳輸特性相同]。這些設備可用於數百千瓦等級的功率、可處理一至六相的交流。從1970年代中期起，汞弧整流器被矽半導體整流器和大功率晶閘管電路所取代。史上最強大的汞弧整流器安裝在加拿大[[馬尼托巴水電局]]納爾遜河[[高壓直流輸電|雙高壓直流輸電系統]]專案中，額訂容量總和超過一百萬千瓦，450,000伏特<ref>運作中的水銀整流器圖片見：[http://www.subbrit.org.uk/sb-sites/sites/b/belsize_park_deep_shelter/index14.shtml 倫敦Belsize Park地下深處的水銀整流器之一] {{Wayback|url=http://www.subbrit.org.uk/sb-sites/sites/b/belsize_park_deep_shelter/index14.shtml |date=20190423085902 }}, [http://www.subbrit.org.uk/sb-sites/sites/b/belsize_park_deep_shelter/index13.shtml 倫敦Belsize Park地下深處的水銀整流器之二] {{Wayback|url=http://www.subbrit.org.uk/sb-sites/sites/b/belsize_park_deep_shelter/index13.shtml |date=20190423091344 }}</ref><ref name=sood1>{{cite book
| url=http://www.amazon.com/gp/reader/1402078900/ref=sib_fs_top?ie=UTF8&p=S00T&checkSum=kIuBlcbI0cpOJz1UiVfSKdIqFhPcDOXQ98WG3SabLpA%3D#reader-link
| title= HVDC and FACTS Controllers: Applications Of Static Converters In Power Systems
| author=Vijay K. Sood
| page=1
| publisher=Springer-Verlag
| isbn=978-1402078903
| quote= The first 25 years of HVDC transmission were sustained by converters having mercury arc valves till the mid-1970s. The next 25 years till the year 2000 were sustained by line-commutated converters using thyristor valves. It is predicted that the next 25 years will be dominated by force-commutated converters [4]. Initially, this new force-commutated era has commenced with Capacitor Commutated Converters (CCC) eventually to be replaced by self-commutated converters due to the economic availability of high power switching devices with their superior characteristics.}}</ref>。
| access-date=2009-08-10
| archive-date=2021-11-22
| archive-url=https://web.archive.org/web/20211122055528/https://www.amazon.com/gp/reader/1402078900/ref=sib_fs_top?ie=UTF8&p=S00T&checkSum=kIuBlcbI0cpOJz1UiVfSKdIqFhPcDOXQ98WG3SabLpA%3D#reader-link
| dead-url=no
▲}}</ref>。
 
==== 氬氣真空管 ====
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{{main|金屬整流器}}
 
在小巧便宜的矽質半導體構成的固態[[二極體整流器]]廣泛流行之前，常見的是就是硒（Se, Selenium）及氧化銅整流器。這種整流器以不同金屬板的交錯堆疊，並利用硒與銅氧化物間的半導體屬性<ref>H. P. Westman et al.,（ed）, ''Reference Data for Radio Engineers, Fifth Edition'', 1968, Howard W. Sams and Co., no ISBN, Library of Congress Card No. 43-14665 chapter 13</ref>。若與真空管整流器相比，雖然硒整流器重量輕、消耗電力少，但卻有壽命有限、電阻值隨著老化而增加、只是適用于低頻率等缺點。不過，比起矽整流器，硒及氧化銅整流器對瞬間的電壓暫態有更好的耐受性。
 
這些整流器的典型構造是由金屬板與墊圈堆疊而成，並由中央的螺栓固定。堆疊的組數由耐壓決定；每組單元的額定耐壓約為20伏特。汽車電池充電機的整流器可能只需要一組單元：真空管用的高壓電源可能需要很多組單元堆疊而成。以空氣冷卻方式的硒堆疊中的電流密度，約是600 mA/每平方英寸的有效作用區域。（約相當於90 mA/每平方釐米）。
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== 近期發展 ==
=== 高速整流器 ===
由美國愛達荷國家實驗室（INL）的研究人員提出的高速整流裝置，置於螺旋奈米天線的中心，並可將紅外線頻率的電能從交流轉成直流<ref>[https://inlportal.inl.gov/portal/server.pt?open=514&objID=1269&mode=2&featurestory=DA_101047 ''Harvesting the sun's energy with antennas''] {{Wayback|url=https://inlportal.inl.gov/portal/server.pt?open=514&objID=1269&mode=2&featurestory=DA_101047 |date=20150314061259 }}（2007）. Idaho National Laboratory. Accessed on 3 October 2008.</ref>。一般紅外頻率範圍從0.3到400THz，但INL文章內並未精確說明該研究所用的頻率範圍。
 
=== 單分子整流器 ===
{{le|單分子整流器（{{tsl|en|Unimolecular rectifier||Unimolecular rectifier}}）（Unimolecular rectifier）一種具有單向導通功能的有機分子。此技術仍在實驗階段。
 
== 參見條目 ==
{{portal|電子學}}
* [[二極體]]
* [[電容器]]
第195行：
* [[赫茲]]
* [[漣波]]
* [[Vienna整流器]]
 
== 參考資料 ==
第206行 ⟶ 第207行：
[[Category:電子元件]]
[[Category:功率電子學]]
[[Category:整流器]]
检索自“https://zh.wikipedia.org/wiki/整流器”