驯服交流电这头野兽：整流电路入门速成（免得你的宝贝电器原地升天）¶
(备选标题：整流：为啥你的手机插上电没直接炸成烟花)
开篇咱们先唠点实在的¶
理论上嘛，这部分内容确实应该塞进二极管应用案例的“豪华拓展包”里。但讲真，一本讲模拟电路的笔记，要是敢把整流电路这种“基本操作”丢进拓展包，那这笔记也未免太“骨感”了点。所以，别废话了，抄起咱们手头现有的零件，赶紧把整流这活儿给办了！
“整流”到底是个啥玩意儿？¶
地球人都知道，电网送到咱家里的电，是交流电（AC）。这玩意儿性子野得很，跟个多动症似的，一会儿正一会儿负，方向变个没完。对输电线来说可能挺带劲，但对我们那些娇生惯养、只认直流（DC）的小电器（手机、电脑、各种控制板...）来说，简直就是穿肠毒药。
你要是敢把原汁原味的交流电直接怼进手机充电器？运气好点，它可能就给你表演个数字抽搐；运气差点，那就是一缕青烟伴随着烧焦的梦想（和硅片）味儿。
于是乎，一个天才的想法诞生了：逼着这交流电走单行道！让它装也得装成直流电的样子。这个伟大的、力挽 kyrgyzstan的过程，就叫整流 (Rectification)。
听起来简单？嗯，就是这么简单...才怪。
咋整？先瞅瞅直流电源的“套路”¶
咱的电器宝宝们一般都需要电源伺候（用电池的先站一边去）。电源给它们喂饭（供电）的流程图和进来的“食材”（输入波形）大概长这样：
(请替换为你的流程图路径，可以画得卡通或带点戏谑风格)
而且吧，这些小祖宗们要的电压也不是电网给的220V/120V那么“劲爆”，通常也就十几伏到几十伏。这时候，就得祭出我们的老朋友：
变压器！！！！！！！！！！！！！！！！！！ (Transformers)
咳咳,放错图片了哈,是这个
好，现在电压幅值通过变压器从“吓死人”级别降到了“凑合用”的 \(v_s\)。但问题是，它本质上还是那个上蹿下跳的交流电，直接喂给负载还是会出事儿。所以，下一步，就轮到整流器 (Rectifier) 上场了！它的任务就是把有正有负的交流信号，变成只有“正能量”（或者说，至少不为负）的脉动直流电。
但这还不够“纯净”，里面还有交流电的“残渣”，像水波纹一样，我们管它叫纹波 (Ripple)。咋办？上滤波器 (Filter)（通常是电容/电感）！把这些波纹尽量抹平。最后，可能还需要一个稳压器 (Regulator) 来个临门一脚，输出稳稳的幸福（直流电）。
变压器的故事我们在电工课上已经听得耳朵起茧了，它更像是“电工”那边的亲戚。剩下的整流器、滤波器、稳压器，才是我们电子技术要挨个“盘”的对象。等我们把这些，再加上后面要学的BJT、MOS管，还有已经认识的二极管都学明白了，理论上，咱就能自己攒个电源出来显摆了。
整流电路本尊登场¶
1. 半波整流电路 (Half-Wave Rectifier)：简单粗暴，但有点浪费¶
这是最容易实现的整流方式，简直是懒人福音。如果你在理想二极管那里没打瞌睡，应该见过它的简化版（就是那个不考虑压降的理想状态）。电路长这样：
(请替换为你的电路图路径)
工作原理（人话版）¶
- 交流电正半周来了，电压够大（能叫醒二极管，大概0.7V吧），二极管就放行，负载 \(R\) 就能吃到一口正电压（比输入的稍微少一点点，被二极管收了过路费 \(V_{Don}\)）。
- 交流电负半周来了，或者正半周但电压太小（不够塞牙缝），二极管就直接把门关死，负载 \(R\) 啥也吃不着，输出电压基本为零。
输出波形（惨不忍睹版）¶
看吧，负半边直接被砍掉了,看了想打人(笑)
有个要命的参数：反向峰值电压 (PIV)¶
-
在负半周二极管“罢工”的时候，它可不是闲着的，它得硬扛住整个负电压的峰值。这个它能承受的最大“背锅”电压，就叫反向峰值电压 (Peak Inverse Voltage, PIV)。
\[ PIV ≈ v_{s(peak)} \] -
选管忠告：为了不让二极管英年早逝（被击穿），你选的管子，其击穿电压至少得是 PIV 的 1.5 倍，留足“保命”余量！否则，可能“啪”的一声，就只能捡零件了。
致命缺点¶
- 浪费可耻：砍掉了一半波形，能量损失巨大，效率低得感人。
- 输出抖得厉害：电压从零到峰值来回蹦跶，对娇贵的负载来说太刺激了。
- 欺负小信号：要是输入的信号本来就弱不禁风（比如几十毫伏），可能连二极管的“起步价”都付不起，直接零输出，白给。
2. 全波整流电路 (Full-Wave Rectifier)：榨干交流电的每一滴（差不多）¶
半波整流太浪费了，简直是能源界的败家子。为了勤俭持家，工程师们搞出了全波整流，力求把正负半周都利用起来。
2.1 中心抽头式全波整流：需要特殊装备¶
这玩意儿需要一个带“腰带扣”（中心抽头）的变压器。
工作原理（绕口令版）¶
- 变压器次级线圈中间抽头接地，搞出两个电压 \(v_{s1}\) 和 \(v_{s2}\)，它俩大小一样，但相位刚好反着来，像一对相爱相杀的兄弟。
- 当 \(v_{s1}\) 为正 (\(v_{s2}\) 就是负的)，\(D_1\) 大哥导通，电流经过它流向负载；\(D_2\) 小弟被反向电压摁住，只能干瞪眼。
- 当 \(v_{s1}\) 为负 (\(v_{s2}\) 就是正的)，轮到 \(D_2\) 小弟导通，电流经过它流向负载；\(D_1\) 大哥被摁住。
- 重点：不管谁当班，流过负载 \(R\) 的电流方向始终如一！
输出波形（稍微能看版）¶
(请替换为你的波形图路径)
负半周被强行“掰正”了，看起来顺眼多了。
PIV 算算？吓你一跳¶
-
当一个管子（比如 \(D_1\)）在“上班”时，另一个（\(D_2\)）在“摸鱼”+“挨揍”。它不仅要承受自己这边的反压，还得承受上班那位产生的压降。算下来，它要扛的 PIV 大约是整个次级电压峰值的两倍！
\[ PIV ≈ 2 v_{s(peak)} \](注：这里的 \(v_s\) 指的是半个次级线圈的电压峰值)
缺点（也很要命）¶
- 对管子要求太高：PIV 翻倍，意味着二极管得是“抗揍型”选手，成本蹭蹭涨。高压场合基本可以跟它说拜拜了。
- 变压器难搞：中心抽头变压器不好做，还得保证两边绕组绝对对称，不然电路就乱套了，该导通的不通，该截止的瞎跑。焊接不好还可能漏电，想想都刺激。
2.2 桥式整流电路 (Full-Wave Bridge Rectifier)：群众的智慧是无穷的¶
为了解决中心抽头的麻烦，机智的工程师们从惠斯通电桥（别问我这是啥，电路分析课的内容）那里偷师，搞出了桥式整流。用四个二极管搭个“桥”。
(请替换为你的电路图路径)
工作原理（团队协作版）¶
- 输入电压正半周：电流从变压器上面出发，走 \(D_1\) -> 负载 \(R\) (方向：右到左) -> \(D_2\) -> 回到变压器下面。\(D_3, D_4\) 负责围观+截止。
- 输入电压负半周：电流从变压器下面出发，走 \(D_3\) -> 负载 \(R\) (方向：还是右到左！) -> \(D_4\) -> 回到变压器上面。\(D_1, D_2\) 负责围观+截止。
- 核心：不管谁值班，流过负载 \(R\) 的电流方向永远不变！实现了“全波”利用。
输出波形¶
- 跟中心抽头式差不多，但峰值会低一点点，因为电流每次都要过两个管子，交两次“过路费”。\(v_{o(peak)} \approx v_{s(peak)} - 2V_{Don}\)。
PIV 呢？惊喜来了¶
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当一对管子（如 \(D_1, D_2\)）在干活时，另一对（\(D_3, D_4\)）在休息。每个休息的管子只需要承受大约输入电压的峰值。
\[ PIV ≈ v_{s(peak)} \]
优点（香饽饽）¶
- PIV 要求低：跟半波整流一样，比中心抽头式友好多了。
- 变压器随便来：普通变压器就行，省心省钱。
- 效率高：充分利用了交流电的每一份力。
缺点（也不是没有）¶
- 过路费翻倍：电流路径上有两个二极管压降 (\(2V_{Don}\))，对低压应用有点肉疼。
- 人多力量大...也费料：需要四个二极管。
3. 峰值整流器 与 粗糙的滤波 (Peak Rectifier & Basic Filtering)：让输出稍微“稳”一点¶
前面搞了半天，无论是半波还是全波，输出的都是脉动直流电 (Pulsating DC)。这玩意儿虽然方向对了，但电压忽高忽低，跟坐过山车似的，直接用还是会把大多数电器搞崩溃。得想办法让它“稳”下来，尽量变成一条直线。
最简单粗暴的方法，就是在整流电路输出端并联一个滤波电容 (Filter Capacitor)，像个“水库”一样。
(或 images/Cap_recmitR.png, 请替换为你的电路图路径)
工作原理（水库蓄水放水版）¶
- 蓄水（充电）：输入电压 \(v_s\) 往上涨，并且比电容电压 \(v_C\) 高（且能让二极管开门）时，二极管导通，电源一边给电容充电，一边给负载 \(R\) 供电。电容电压 \(v_C\) 跟着 \(v_s\) 涨，直到 \(v_s\) 达到顶峰 \(v_{s(peak)}\)。此时 \(v_C\) 也差不多到了峰值（减去二极管过路费）。
- 放水（放电）：输入电压 \(v_s\) 从峰值掉下来后，二极管一看“咦？外面电压比水库里还低了？”，于是把门关上（截止）。这时候，电容就成了老大，开始通过负载 \(R\) 放电，努力维持着输出电压。放电速度取决于负载 \(R\) 和电容 \(C\) 的大小（水库大小和下游用水量）。\(v_C\) 会慢慢下降。
- 再蓄水：等到下一个周期的 \(v_s\) 再次爬升到超过当前 \(v_C\) 时，二极管又开门放水进来，把水库再次充满到峰值。
输出波形（打了柔光滤镜版）¶
看！输出电压不再是上蹿下跳了，而是在峰值附近“小碎步”波动，平滑多了！这点小波动，就是前面说的纹波 (Ripple)。电容越大，负载电阻越大（用水越少），纹波就越小，输出就越接近咱们梦想中的纯直流。
收工总结¶
- 半波整流：简单直接，但效率感人，输出抖动堪比蹦迪。
- 全波整流（中心抽头式）：效率上来了，但对二极管和变压器要求高，有点“娇气”。
- 全波整流（桥式）：效率高，要求低，皮实耐用，是目前最靓的仔，就是过路费收双份。
最后，我们还给脉动的输出加了个“水库”（滤波电容），让它稍微稳重点，减少了那烦人的纹波。但这只是初步“磨皮”，想要得到真正高质量的直流电，还得靠更高级的滤波和稳压技术，那是后话了。
速通概括 (TL;DR 版)¶
交流电（AC）对直流（DC）电器来说就是“死神”，整流就是强行把 AC 掰成（不那么完美的）DC 的过程。通常先用变压器降压，然后整流器上场：
- 半波：简单粗暴砍一半（1个二极管），效率感人。反向电压 PIV ≈ Vs(peak)。
- 全波（中心抽头）：利用两半（2个二极管，特殊变压器），但 PIV 翻倍 ≈ 2*Vs(peak)，对管子和变压器都是噩梦。
- 全波（桥式）：目前最优选（4个二极管，普通变压器），效率高，PIV ≈ Vs(peak) 比较友好，代价是两倍压降。
整流完还是抖动的脉动直流，得并联个滤波电容当“水库”来削减纹波。记住，这只是“初步驯服”，离纯净直流还有距离。