Usmerňovač, Dióda Bridge Diagram

Fyzikálne vlastnosti pn junction

Hlavným prvkom, ktorý sa používa pri vytváraní usmerňovacieho uzla, je dióda. V srdci jeho práce je prechod elektrónovou dierou (p-n).

Bežná definícia je: p-n junction je oblasť priestoru, ktorá sa nachádza na rozhraní medzi dvoma polovodičiami rôznych typov. V tomto priestore sa n-typ prechodu formuje do p-typu. Hodnota vodivosti závisí od atómovej štruktúry materiálu, a to od toho, ako pevne majú atómy elektróny. Atómy v polovodičoch sú usporiadané vo forme mriežky a elektróny sú na ne pripojené elektrochemickými silami. Samotný materiál je dielektrikum. On alebo zlý vedie prúd, alebo to nevedie vôbec. Ak pridáme atómy určitých prvkov do mriežky (legovanie), radikálne sa menia fyzikálne vlastnosti takéhoto materiálu.

Zmiešané atómy začínajú v závislosti od svojej povahy vytvárať voľné elektróny alebo diery. Vzniknutý prebytok elektrónov tvorí záporný náboj a otvory - pozitívne.

Nadmerné zaťaženie jedného znaku spôsobuje, že nosiče sa navzájom odpudzujú, zatiaľ čo oblasť s opačným nábojom má tendenciu ich nakresliť. Electron, pohybujúci sa okolo, zaberá priestor, otvor. Súčasne sa na svojom starom mieste vytvorí otvor. V dôsledku toho sa vytvoria dva prúdy pohybu nabíjania: jeden hlavný a druhý spätný. Materiál s negatívnym nábojom používa ako svoje hlavné nosiče elektróny, nazýva sa polovodičom n-typu a kladným nábojom pomocou otvorov typu p. V polovodičoch oboch typov menšinové poplatky tvoria inverzný prúd k pohybu hlavných nábojov.

V rádiovej elektronike sa z materiálov na vytvorenie pn križovatky používa germánia a kremík. Keď sú kryštály týchto látok dopované, vytvorí sa polovodič s rôznymi vodivosťami. Napríklad zavedenie bóru vedie k vzniku voľných otvorov a vzniku vodivosti p-typu. Pridanie fosforu naopak vytvorí elektróny a polovodič sa stane n-typom.

Princíp činnosti diódy

Dióda je polovodičové zariadenie s malým odporom pre prúd v jednom smere a zabraňuje jeho prechodu v opačnom smere. Fyzicky sa dióda skladá z jednej p-n križovatky. Štrukturálne ide o prvok obsahujúci dva výstupy. Kolík pripojený k p-oblasti sa nazýva anóda a katóda je pripojená k n-oblasti.

Keď dióda funguje, existujú tri jej stavy:

• na kolíkoch nie je signál;
• je pod vplyvom priameho potenciálu;
• je pod činnosťou inverzného potenciálu.

Priamy potenciál sa nazýva takýto signál, keď je kladný pól zdroja napájania pripojený k oblasti typu p polovodiča, inými slovami, polarita vonkajšieho napätia sa zhoduje s polaritou hlavných nosičov. Na opačnom potenciáli je negatívny pól pripojený k p-oblasti a kladný na n.

Existuje potenciálna bariéra v oblasti zlúčenín typu n a p. Je tvorený rozdielom potenciálov v kontakte a je v vyváženom stave. Výška bariéry nepresahuje desatinu voltov a zabraňuje tomu, aby sa nosiče dostali do hĺbky materiálu.

Ak je k prístroju pripojené priame napätie, hodnota potenciálnej bariéry sa znižuje a prakticky neodoláva prúdu prúdu. Jeho hodnota sa zvyšuje a závisí len od odporu p- a n-oblastí. Pri použití reverznej potenciálnu prekážku sa zvýši, pretože oblasť z n-elektrónov ísť, a p-oblasť otvoru. Vrstvy sú vyčerpané a zvyšuje sa odolnosť bariéry voči prechodu prúdu.

Hlavným indikátorom prvku je charakteristika prúdového napätia. Zobrazuje vzťah medzi potenciálom, ktorý sa na ňu aplikuje, a prúdom, ktorý preteká cez ňu. Táto charakteristika je reprezentovaná grafom, na ktorom sú označené dopredu a spätné prúdy.

Jednoduchý obvod usmerňovača

Sínusové napätie je periodický signál, ktorý sa mení s časom. Z matematického hľadiska je to opísané funkciou, pri ktorej pôvod súradníc zodpovedá času rovnajúcemu sa nule. Signál pozostáva z dvoch polovíc. Polovina vlny v hornej časti súradníc s ohľadom na nulu sa nazýva pozitívna polčas a v spodnej časti je negatívna.

Keď sa striedavé napätie pôsobí na diódu prostredníctvom záťaže pripojenej k jej svorkám, začne prúdiť prúd. Tento prúd je spôsobený tým, že sa dióda otvára pri príjme kladného polčasu vstupného signálu. V tomto prípade sa kladný potenciál aplikuje na anódu a záporný na katódu. Keď sa vlna zmení na negatívny polovičný cyklus, dióda sa zablokuje, pretože polarita signálu sa mení na jej svorkách.

Takto sa ukazuje, že dióda odreže zápornú polovičnú vlnu, nechá ju prechádzať na zaťaženie a na nej sa objaví pulzujúci prúd len s jednou polaritou. V závislosti od frekvencie použitého napätia a pre priemyselné siete je 50 Hz, vzdialenosť medzi impulzmi sa tiež mení. Tento typ prúdu sa nazýva rektifikovaný a samotný proces je polovičná náprava.

Opravou signálu pomocou jedinej diódy je možné podať záťaž, ktorá neupravuje špeciálne požiadavky na kvalitu napätia. Napríklad vlákno. Ak je napríklad prijímač napájaný, objaví sa nízkofrekvenčný zvuk, ktorého zdrojom bude medzera, ktorá vzniká medzi impulzmi. Do určitej miery, aby sa zbavili nedostatkov polovičnej rektifikácie, sa paralelne používa kondenzátor zapojený paralelne s diódou. Tento kondenzátor bude nabíjaný, keď budú impulzy prijímané a vybíjané bez impulzov. Takže čím je väčšia hodnota kapacitnej kapacity kondenzátora, tým viac sa vyhladí prúd na zaťažení.

Najvyššiu kvalitu signálu však možno dosiahnuť, ak sa na rovnanie naraz použijú dve polovičné vlny. Zariadenie, ktoré umožňuje túto realizáciu, sa nazýva diódový mostík, alebo iným spôsobom je napravené.

Diódový mostík

Takéto zariadenie je elektrický spotrebič slúžiaci na konverziu striedavého prúdu na konštantný. Fráza "diódový mostík" je vytvorená zo slova "dióda", čo znamená použitie diód v ňom. Diaľkový usmerňovač usmerňovača závisí od siete AC, ku ktorej je pripojený. Sieť môže byť:

• jednofázový;
• trojfázový.

V závislosti od toho sa opravovací mostík nazýva Gretzov most alebo Larionov usmerňovač. V prvom prípade sa používajú štyri diódy a v druhom prípade je zariadenie už zostavené v šiestich.

Prvá schéma usmerňovača bola zostavená na rádiových trubiciach a bola považovaná za komplexné a nákladné riešenie. Ale s rozvojom technológie polovodičov, diódový most úplne nahradil alternatívne spôsoby nápravy signálu. Namiesto diód sú zriedkavé, ale stále používajú selenové tyče.

Návrh a vlastnosti zariadenia

Usmerňovací mostík je konštruovaný zo súboru jednotlivých diód alebo odliateho krytu, ktorý má štyri terminály. Telo môže byť ploché alebo valcové. Podľa prijatého štandardu ukazujú ikony na telese zariadenia svorky na pripojenie striedavého napätia a výstupného konštantného signálu. Usmerňovače, ktoré majú puzdro s otvorom, sú navrhnuté na namontovanie na chladič. Hlavné charakteristiky usmerňovacieho mostíka sú:

1. Najväčší priamy stres. Toto je maximálna hodnota, pri ktorej parametre prístroja neprekračujú limity prípustných.
2. Maximálne povolené spätné napätie. Toto je maximálne impulzné napätie, pri ktorom most pretrvá dlhý čas a funguje spoľahlivo.
3. Najvyšší prevádzkový rektifikačný prúd. Označuje priemerný prúd pretekajúci mostom.
4. Maximálna frekvencia. Frekvencia napätia aplikovaného na mostík, pri ktorom zariadenie pracuje efektívne a neprekračuje povolené vykurovanie.

Prekročenie hodnôt charakteristík usmerňovača vedie k prudkému zníženiu životnosti alebo k rozpadu p-n križovatiek. Je potrebné poznamenať taký okamih, že všetky parametre diód sú označené pre okolitú teplotu 20 stupňov. Nevýhody použitia schémy na nápravu mostov zahŕňajú väčší pokles napätia v porovnaní s polovičným obvodom a nižšiu hodnotu účinnosti. Pre zníženie množstva strát a zníženie vykurovania sa mosty často vyrábajú pomocou rýchlych Schottkyho diód.

Diagram pripojenia zariadenia

Na elektrických obvodoch a doskách plošných spojov je diódový usmerňovač označený ako diódový symbol alebo latinkou. Pri zostavený zo samostatných usmerňovacích diód, potom sa umiestni vedľa každého symbolu VD a číslicou indikuje poradové číslo diódy v obvode. Nápisy VDS alebo BD sa zriedka používajú.

Diódový usmerňovač môže byť pripojený priamo k sieti s napätím 220 voltov alebo po krokovom transformátore, ale spínací obvod zostáva nezmenený.

Keď je prijatý signál v každom z polovice cyklu, prúd môže prúdiť iba cez jeho dvojicu diód a opačný pár bude zaň uzamknutý. Pre pozitívny polovičný cyklus budú otvorené VD2 a VD3 a pre negatívne VD1 a VD4. Výsledkom bude, že výstup bude mať konštantný signál, ale jeho frekvencia pulzácie sa zdvojnásobí. Aby sa znížil zvlnenie výstupného signálu, použije sa paralelné spojenie kondenzátora C1, ako v prípade jedinej diódy. Takýto kondenzátor sa tiež nazýva anti-aliasing.

Ale stane sa, že diódový most je umiestnený nielen v striedavej sieti, ale je tiež pripojený k už vyrovnanému mostíku. Pre čo diódový mostík je v takomto okruhu potrebný, je jasné, či venujete pozornosť tomu, ktoré okruhy používajú takéto zapojenie. Tieto systémy zahŕňajú použitie citlivých rádioelementov na zmenu polarity dodávky. Použitie mosta umožňuje jednoduchú, ale účinnú ochranu pred "bláznom". Ak je polarita napájania nesprávne pripojená, rádiové prvky nainštalované za mostom nebudú zlyhať.

Kontrola výkonnosti

Tento typ elektronického zariadenia sa dá skontrolovať bez odparovania z obvodu, pretože v konštrukcii prístroja nie je použitý žiadny skrat. V prípade usmerňovača usporiadaného z diód sa každá dióda kontroluje oddelene. A v prípade monolitického tela sa merania robia vo všetkých štyroch jeho záveroch.

Podstata testu sa znižuje na farbenie pomocou multimetra diód pre skrat. Za týmto účelom sa vykonávajú tieto činnosti:

1. Multimetr sa prepne na stav diód alebo odpor stavov stavov.
2. Kábel jedného drôtu (čierny) sa vloží do spoločnej zásuvky testera a druhý (červený) do zásuvky na kontrolu odporu.
3. Stylus, ktorý je pripojený čiernym drôtom, sa dotýka prvej nohy a sondy červeného vodiča k tretej svorke. Tester by mal ukazovať nekonečno a ak zmeníte polaritu drôtov, multimeter zobrazí odpor prechodu.
4. Mínus testovacieho prístroja je napájaný na štvrtú nohu a navyše tretí. Multimetr prejaví odpor, ak je polarita obrátená, nekonečno.
5. Mínus prvá etapa plus druhá. Tester zobrazí otvorený prechod so zmenou - zatvorený.

Takéto svedectvo testera hovorí o správnosti usmerňovača. Pri absencii multimetra môžete použiť bežný voltmetr. Súčasne je však potrebné napájať obvod a merať napätie na vyhladzovacom kondenzátore. Jeho hodnota by mala prekročiť vstupné hodnoty o 1,4 krát.