Tartalom
- Híd egyenirányító és egyenirányító dióda
- Szilícium- és germánium-diódák
- Félhullámú egyenirányító áramkör
- Teljes hullámú egyenirányító áramkör
- Az egyenirányító alkatrészei és alkalmazásai
- Az egyenirányító rendszerek felhasználása
Kíváncsi lehet, hogy az elektromos vezetékek milyen távolságra hajtanak elektromos áramot különböző célokra. És vannak különféle "villamos" típusok. Lehet, hogy az elektromos vasúti rendszereket üzemeltető villamos energia nem megfelelő háztartási készülékekhez, például telefonokhoz és televíziókhoz. Az egyenirányítók segítenek abban, hogy átalakítják a különféle típusú villamos energiákat.
Híd egyenirányító és egyenirányító dióda
Az egyenirányítók lehetővé teszik a váltakozó áramról (AC) egyenáramra (DC) való átalakítást. Az AC olyan áram, amely rendszeres időközönként előre és előre áramlik, miközben a DC egy irányban áramlik. Általában híd-egyenirányítóra vagy egyenirányító diódára támaszkodnak.
Minden egyenirányítót használnak P-N csomópontok, félvezető eszközök, amelyek lehetővé teszik, hogy az elektromos áram csak egy irányban áramoljon az n típusú félvezetőkkel rendelkező p-típusú félvezetők kialakulásától. A "p" oldalon túl sok lyuk van (olyan helyeken, ahol nincsenek elektronok), tehát pozitív töltésű. Az "n" oldal negatív töltésű az elektronokkal a külső héjukban.
Számos áramkör ezzel a technológiával van építve a híd egyenirányító. A híd-egyenirányítók átalakítják az AC-t DC-vé, félvezető anyagból készült diódáik rendszerével, akár félhullámú módszerrel, amely egyenirányítja az AC jel egyik irányát, akár egy teljeshullámú módszerrel, amely helyesbíti a bemeneti AC mindkét irányát.
A félvezetők olyan anyagok, amelyek engedik az áramot, mert fémekből, például galliumból vagy metalloidokból, például szilíciumból készültek, és amelyek az áram szabályozására szolgáló eszközökkel, például foszforral vannak szennyezettek. Híd-egyenirányítót alkalmazhat különféle alkalmazásokhoz az áramok széles skálájához.
A híd-egyenirányítók előnye, hogy több feszültséget és energiát bocsátanak ki, mint más egyenirányítók. Ezen előnyök ellenére a híd-egyenirányítóknak szenvedniük kell azzal, hogy négy diódát kell használni az extra diódákkal szemben, mint más egyenirányítók, és ez olyan feszültségcsökkenést okoz, amely csökkenti a kimeneti feszültséget.
Szilícium- és germánium-diódák
A tudósok és a mérnökök általában a szilíciumot gyakrabban használják, mint a germániumot a diódák létrehozásához. A szilícium p-n csomópontok magasabb hőmérsékleten hatékonyabban működnek, mint a germánium. A szilikon félvezetők könnyebben áramoltatják az elektromos áramot, alacsonyabb költségekkel létrehozhatók.
Ezek a diódák kihasználják a p-n csomópontot, hogy váltakozó áramot váltsanak egyenáramúvá, mint egyfajta elektromos "kapcsolót", amely lehetővé teszi az áram áramlását előre vagy hátra irányban, a p-n csomópont irányában. Az előremenetileg előfeszített diódák hagyják, hogy az áram tovább folyjon, míg a fordított előfeszítésű diódák blokkolják. Ez az oka annak, hogy a szilíciumdiódák előremenő feszültsége körülbelül 0,7 volt, így csak akkor hagyják az áramot, ha az meghaladja a voltot. Germánium diódák esetén az előremenő feszültség 0,3 volt.
Az akkumulátor, az elektróda vagy más feszültségforrás anódcsatlakozója, ahol egy oxidáció zajlik egy áramkörben, ellátja a lyukakat a dióda katódjával a p-n csomópont kialakítása során. Ezzel szemben a feszültségforrás katódja, ahol redukció történik, biztosítja az elektronokat, amelyeket a dióda anódjába küldnek.
Félhullámú egyenirányító áramkör
Megtudhatja, hogyan félhullámú egyenirányítók áramkörökbe vannak kapcsolva, hogy megértsék, hogyan működnek. A félhullámú egyenirányítók az előremeneti és a fordított előfeszítés között váltakoznak a bemeneti AC hullám pozitív vagy negatív félciklusa alapján. Ezt a jelet egy terhelési ellenállásnak adja úgy, hogy az ellenálláson átáramló áram arányos legyen a feszültséggel. Ez az Ohms törvény miatt történik, amely feszültséget képvisel V mint az áram szorzata én és ellenállás R ban ben V = IR.
A terhelési ellenállás feszültségét tápfeszültségként mérheti Vs, amely megegyezik a kimeneti DC feszültséggel Vki. Az ehhez a feszültséghez kapcsolódó ellenállás maga az áramkör diódájától is függ. Ezután az egyenirányító áramkör fordított előfeszítésre vált, amelyben a bemeneti AC jel negatív félciklusát veszi figyelembe. Ebben az esetben nem áramlik át a dióda vagy az áramkör, és a kimeneti feszültség 0-ra csökken. A kimeneti áram tehát egyirányú.
Teljes hullámú egyenirányító áramkör
••• Syed Hussain AtherA teljes hullámú egyenirányítók ezzel szemben a bemeneti AC jel teljes ciklusát használják (pozitív és negatív félciklusokkal). A teljes hullámú egyenirányító áramkörben lévő négy dióda úgy van elrendezve, hogy amikor a váltóáramú jel bemenete pozitív, akkor az áram a diódán át áramlik D1 a terhelési ellenálláshoz és vissza az AC forráshoz D2. Ha az AC jel negatív, akkor az áram veszi a D3-Betöltés-D4 helyette. A terhelési ellenállás az egyenfeszültséget is kiadja a teljes hullám egyenirányítóból.
A teljes hullámú egyenirányító átlagos feszültségértéke kétszerese a félhullámú egyenirányító értékének, és a a feszültség négyzet középértéke, a teljes hullámú egyenirányító váltakozó feszültségének mérésére szolgáló módszer √2-szerese a félhullámú egyenirányító értékének.
Az egyenirányító alkatrészei és alkalmazásai
A háztartás elektronikai készülékeinek többsége váltakozó áramú, de egyes eszközök, például a laptopok, az áramot egyenáramúvá alakítják, mielőtt felhasználnák. A legtöbb laptop olyan típusú kapcsolt üzemű tápegységet (SMPS) használ, amely lehetővé teszi a kimenő DC feszültség nagyobb energiáját az adapter méretéhez, költségéhez és súlyához.
Az SMPS egy egyenirányítót, oszcillátort és szűrőt használ, amelyek vezérlik az impulzusszélesség-modulációt (egy módszer az elektromos jel teljesítményének csökkentésére), a feszültséget és az áramot. Az oszcillátor egy AC jelforrás, ahonnan meghatározható az áram amplitúdója és az áramlási irány. A laptopok hálózati adaptere ezután ezt használja a váltóáramú áramforráshoz történő csatlakoztatáshoz, és a nagy AC feszültséget alacsony DC feszültséggé alakítja át, olyan formában, amelyet önmagában is képes táplálni a töltés során.
Egyes egyenirányító rendszerek simító áramkört vagy kondenzátort is használnak, amelyek lehetővé teszik állandó feszültség kimenetet az idő függvényében változó feszültség helyett. A simítókondenzátorok elektrolitikus kondenzátora 10 ezer mikrofarad (µF) közötti kapacitást képes elérni. Több kapacitás szükséges a nagyobb bemeneti feszültséghez.
Más egyenirányítók olyan transzformátorokat használnak, amelyek megváltoztatják a feszültséget négyrétegű félvezetők felhasználásával tirisztorok diódák mellett. A szilikonvezérelt egyenirányító, a tirisztor másik neve, katódot és anódot használ, amelyet kapu és annak négy rétege választ el egymástól, hogy két p-n csomópontot hozzanak létre, amelyek egymásra vannak helyezve.
Az egyenirányító rendszerek felhasználása
Az egyenirányító rendszerek típusai alkalmazásonként változnak, ahol meg kell változtatni a feszültséget vagy az áramot. A már tárgyalt alkalmazások mellett az egyenirányítók forrasztóberendezésekben, elektromos hegesztésben, AM rádiójelekben, impulzusgenerátorokban, feszültség szorzókban és tápegységekben is alkalmazhatók.
A forrasztópákakat, amelyeket az elektromos áramkörök egyes részeinek összekapcsolására használnak, félhullámú egyenirányítók használják az AC bemenet egyetlen irányára. Az elektromos hegesztési technikák, amelyek híd-egyenirányító áramkört használnak, ideális jelöltek a folyamatos, polarizált DC feszültség biztosításához.
Az amplitúdót moduláló AM rádió félhullámú egyenirányítókat használhat az elektromos jelbemenet változásainak észlelésére. A digitális áramkörök téglalap alakú impulzusát generáló impulzusgeneráló áramkörök félhullámú egyenirányítókat használnak a bemeneti jel megváltoztatására.
Az áramellátó áramkörökben lévő egyenirányítók váltakozó áramot alakítanak egyenáramúvá különböző tápegységektől. Ez hasznos, mivel az egyenáramot általában nagy távolságokon küldik el, mielőtt háztartási elektromos és elektronikus eszközökhöz váltakozó áramúvá alakítják. Ezek a technológiák nagyban kihasználják a híd-egyenirányítót, amely képes kezelni a feszültségváltozást.