Як працює випрямляч?

Зміст

• Мостовий випрямляч і випрямляльний діод
• Діоди кремнію та германію
• Напівхвильова схема випрямляча
• Повна хвиля випрямної схеми
• Випрямні компоненти та додатки
• Використання випрямних систем

Вам може бути цікаво, як лінії електропередач електричні струми на великі відстані для різних цілей. А є різні "види" електроенергії. Електроенергія, що живить електричні залізничні системи, може бути невідповідною для побутових приладів, таких як телефони та телевізори. Випрямлячі допомагають перетворюючи між цими різними типами електроенергії.

Мостовий випрямляч і випрямляльний діод

Випрямлячі дозволяють перетворювати з змінного струму (змінного струму на постійний струм). Перемінний струм - це струм, який перемикається між потоками назад і вперед через рівні проміжки часу, тоді як постійний струм тече в одному напрямку. Зазвичай вони покладаються на мостовий випрямляч або випрямний діод.

Всі випрямлячі використовують P-N переходи, напівпровідникові пристрої, які пропускають електричний струм лише в одному напрямку від утворення напівпровідників типу p з напівпровідниками n-типу. Сторона "p" має надлишок отворів (місця, де немає електронів), тому вона позитивно заряджена. Сторона "n" негативно заряджається електронами у своїх зовнішніх оболонках.

Багато мікросхем за цією технологією побудовано з a мостовий випрямляч. Мостові випрямлячі перетворюють змінного струму в постійний струм за допомогою своєї системи діодів, виготовлених з напівпровідникового матеріалу, або напівхвильовим методом, який випрямляє один напрям сигналу змінного струму, або методом повної хвилі, що випрямляє обидва напрями вхідного змінного струму.

Напівпровідники - це матеріали, які пропускають струм, оскільки вони виготовлені з металів, таких як галій, або металоїдів, як кремній, забруднених такими матеріалами, як фосфор, як засоби управління струмом. Можна використовувати мостовий випрямляч для різних застосувань для широкого діапазону струмів.

Мостові випрямлячі також мають перевагу виводити більше напруги та потужності, ніж інші випрямлячі. Незважаючи на ці переваги, мостові випрямлячі страждають від необхідності використання чотирьох діодів із додатковими діодами порівняно з іншими випрямлячами, викликаючи падіння напруги, що зменшує вихідну напругу.

Діоди кремнію та германію

Вчені та інженери зазвичай використовують кремній частіше, ніж германій при створенні діодів. Кремнієві p-n переходи працюють ефективніше при більш високих температурах, ніж германій. Кремнієві напівпровідники дозволяють легше протікати електричний струм і їх можна створити з меншими витратами.

Ці діоди використовують перевагу p-n переходу для перетворення змінного струму в постійний струм як свого роду електричний "перемикач", який дозволяє протікати струм або в прямому, або в зворотному напрямку на основі напрямку p-n переходу. Вперед зміщені діоди нехай струм продовжує текти, тоді як зворотні зміщені діоди блокують його. Саме це призводить до того, що кремнієві діоди мають напругу вперед близько 0,7 вольт, так що вони дозволяють пропускати струм лише тоді, коли його більше, ніж вольт. Для германових діодів напруга вперед становить 0,3 вольт.

Анодний клем акумулятора, електрода або іншого джерела напруги, де в ланцюзі відбувається окислення, подає отвори на катод діода, утворюючи p-n перехід. Навпаки, катод джерела напруги, де відбувається зменшення, подає електрони, які направляються на анод діода.

Напівхвильова схема випрямляча

Ви можете вивчити, як напівхвильові випрямлячі підключаються по схемах, щоб зрозуміти, як вони працюють. Напівхвильові випрямлячі перемикаються між упередженими і зворотними зміщеними на основі позитивного або негативного півциклу вхідної хвилі змінного струму. Цей сигнал передається навантажувальному резистору таким чином, що струм, що проходить через резистор, пропорційний напрузі. Це відбувається завдяки Закону Ома, який представляє напругу V як добуток струму Я і опір R в V = ІЧ.

Ви можете виміряти напругу на резисторі навантаження як напругу живлення V_с, що дорівнює вихідній напрузі постійного струму V_з. Опір, пов'язаний з цією напругою, також залежить від діода самої ланцюга. Потім схема випрямляча переходить на зворотну зміщення, в якій вона займає від'ємний півцикл вхідного сигналу змінного струму. У цьому випадку через діод чи ланцюг не протікає струм, а вихідна напруга падає до 0. Вихідний струм, значить, однонаправлений.

Повна хвиля випрямної схеми

••• Сид Хусейн Ефір

Повнохвильові випрямлячі, навпаки, використовують весь цикл (з позитивним та негативним півциклами) вхідного сигналу змінного струму. Чотири діоди в повнохвильовій випрямній схемі розташовані так, що коли вхід сигналу змінного струму позитивний, струм тече по діоду від D₁ до опору навантаження та назад до джерела змінного струму наскрізь D₂. Коли сигнал змінного струму негативний, струм приймає D₃-завантажити-D₄ шлях замість цього. Опір навантаження також виводить напругу постійного струму з випрямляча повної хвилі.

Середнє значення напруги повного хвильового випрямляча вдвічі більше напівхвильового випрямляча і середнє значення напруги в квадраті- метод вимірювання напруги змінного струму повного хвильового випрямляча в 2 рази більше, ніж напівхвильового випрямляча.

Випрямні компоненти та додатки

Більшість електронних приладів у вашому домогосподарстві використовують змінного струму, але деякі пристрої, такі як ноутбуки, перетворюють цей струм в постійний струм перед його використанням. Більшість ноутбуків використовують тип джерела живлення з комутаційним режимом (SMPS), який дає можливість вихідній напрузі постійного струму більше енергії для розміру, вартості та ваги адаптера.

SMPS працюють за допомогою випрямляча, осцилятора та фільтра, які керують модуляцією ширини імпульсів (метод зменшення потужності електричного сигналу), напруги та струму. Осцилятор - це джерело сигналу змінного струму, з якого можна визначити амплітуду струму та напрямок, по якому він тече. Потім адаптер змінного струму для ноутбуків використовує це для підключення до джерела живлення змінного струму і перетворює високу напругу змінного струму в низьку напругу постійного струму, форму, яку він може використовувати для живлення під час зарядки.

Деякі випрямлячі системи також використовують схему згладжування або конденсатор, що дозволяє їм виводити постійну напругу, а не та, яка змінюється з часом. Електролітичний конденсатор згладжуючих конденсаторів може досягати ємностей між 10 і тисячами мікрофарадів (мкФ). Більша ємність необхідна для більшої вхідної напруги.

Інші випрямлячі використовують трансформатори, які змінюють напругу, використовуючи чотиришарові напівпровідники, відомі як тиристори поряд з діодами. А випрямляч, керований кремнієм, інша назва тиристора, використовує катод і анод, розділені воротами та чотирма його шарами, щоб створити два p-n переходи, розташовані один на інший.

Використання випрямних систем

Типи випрямних систем різняться в різних областях, в яких потрібно змінити напругу або струм. Крім розглянутих додатків, випрямлячі знаходять застосування в паяльному обладнанні, електрозварюванні, радіосигналах АМ, імпульсних генераторах, множниках напруги та схемах живлення.

Паяльники, які використовуються для з'єднання частин електричних ланцюгів, використовують напівхвильові випрямлячі для одного напрямку вхідного змінного струму. Електричні методи зварювання, що використовують схеми мостового випрямляча, є ідеальними кандидатами для забезпечення постійної, поляризованої напруги постійного струму.

AM радіо, яке модулює амплітуду, може використовувати напівхвильові випрямлячі для виявлення змін вхідного електричного сигналу. Імпульсні генеруючі схеми, які генерують прямокутні імпульси для цифрових схем, використовують напівхвильові випрямлячі для зміни вхідного сигналу.

Випрямлячі в ланцюгах живлення перетворюють змінного струму в постійний струм з різних джерел живлення. Це корисно, оскільки постійний струм, як правило, надсилається на великі відстані до його перетворення в змінного струму для побутової електрики та електронних пристроїв. Ці технології широко використовують мостовий випрямляч, який може впоратися зі зміною напруги.