Usměrňovač, Dioda Bridge Diagram

Fyzikální vlastnosti pn spojení

Hlavním prvkem, který se používá při vytváření usměrňovacího uzlu, je dioda. Jádrem jeho práce je přechod elektronů (p-n).

Konvenční definice je: p-n junkce je oblast prostoru, která je umístěna na rozhraní mezi dvěma polovodiči různých typů. V tomto prostoru je přechod typu n vytvořen do p-typu. Hodnota vodivosti závisí na atomové struktuře materiálu, a to na tom, jak pevně atomy drží elektrony. Atomy v polovodičích jsou uspořádány ve formě mřížky a elektrony jsou k nim připojeny elektrochemickými silami. Samotný materiál je dielektrikum. On nebo špatně vede proud, nebo vůbec nevede. Ale pokud přidáme atomy určitých elementů k mřížce (legování), fyzikální vlastnosti takového materiálu se radikálně změní.

Smíšené atomy začínají vytvářet, v závislosti na své povaze, volné elektrony nebo jamky. Vzniklý přebytek elektronů vytváří záporný náboj a otvory - pozitivní.

Přebytečný náboj jednoho znaku způsobuje, že se nositelé vzájemně odpuzují, zatímco oblast s opačným nábojem má tendenci je čerpat k sobě. Elektron, pohybující se kolem, zabírá prostor, díru. Současně se na svém starém místě vytvoří díra. Výsledkem jsou dva proudy nabíjecího pohybu: jedna hlavní a druhá reverzní. Materiál s negativním nábojem používá jako své hlavní nosiče elektrony, nazývá se polovodičem typu n a kladným nábojem s otvory typu p. V polovodičích obou typů tvoří menšinové náboje inverzní proud k pohybu hlavních nábojů.

V rádiové elektronice se z materiálu pro vytváření pn křižovatky používá germanium a křemík. Když jsou krystaly těchto látek dopovány, vytváří se polovodič s různými vodivostmi. Například zavedení boru vede k vzniku volných otvorů a vzniku vodivosti p-typu. Přidání fosforu naopak vytvoří elektrony a polovodič se stane n-typem.

Princip funkce diody

Dioda je polovodičové zařízení, které má malý odpor pro proud v jednom směru a brání jeho průchodu v opačném směru. Fyzicky, dioda sestává z jedné p-n křižovatky. Strukturálně jde o prvek obsahující dva výstupy. Pól připojený k p-oblasti se nazývá anoda a katoda připojená k n-oblasti.

Když dioda funguje, existují tři jeho stavy:

• na kolících není signál;
• je pod přímým potenciálem;
• je pod vlivem inverzního potenciálu.

Přímý potenciál se nazývá takový signál, když je kladný pól zdroje energie připojen k oblasti typu p polovodiče, jinými slovy, polarita vnějšího napětí se shoduje s polaritou hlavních nosičů. Na opačném potenciálu je negativní pól připojen k p-oblasti a kladný na n.

V oblasti sloučenin n- a p-typu existuje potenciální bariéra. Je tvořena rozdílem potenciálních kontaktů a je ve vyváženém stavu. Výška bariéry nepřesahuje desetinu voltů a zabraňuje tomu, aby se nosiče dostaly do hloubky materiálu.

Je-li k zařízení připojeno přímé napětí, hodnota potenciální bariéry se snižuje a prakticky neodolává proudovému proudu. Jeho hodnota se zvyšuje a závisí pouze na odporu p- a n-oblastí. Když se uplatní inverzní potenciál, hodnota bariéry se zvětšuje, protože elektrony opouštějí n-oblast a z p-oblasti díry. Vrstvy jsou vyčerpány a zvyšuje se odolnost bariéry před průchodem proudu.

Hlavním indikátorem prvku je charakteristika proudového napětí. Zobrazuje vztah mezi potenciálem, který se na něj aplikuje, a protékajícím proudem. Tato charakteristika je znázorněna ve formě grafu, na kterém jsou uvedeny přední a zpětné proudy.

Jednoduchý okruh usměrňovačů

Sinusové napětí je periodický signál, který se mění s časem. Z matematického pohledu je popsána funkce, ve které původ souřadnic odpovídá času rovnajícímu se nule. Signál se skládá ze dvou polovičních vln. Poloviční vlna v horní části souřadnic vzhledem k nule se nazývá pozitivní poločas a v dolní části je záporná.

Když se střídavé napětí přivede na diodu prostřednictvím zátěže připojeného ke svému svorníku, začne proud tekoucí. Tento proud je způsoben tím, že dioda se otevře po příchodu kladného poločasu vstupního signálu. V tomto případě se kladný potenciál aplikuje na anodu a negativní na katodu. Když se vlna změní na záporný půl cyklus, dioda je uzamčena, protože polarita signálu se změní na svorech.

Z toho vyplývá, že dioda odděluje negativní poloviční vlnu, neumožňuje ji přejít na zátěž a na ní se objevuje pulzující proud pouze jedné polarity. V závislosti na frekvenci aplikovaného napětí a u průmyslových sítí je to 50 Hz, vzdálenost mezi impulsy se také mění. Tento typ proudu se nazývá rektifikovaný a samotný proces je napůl vlnová náprava.

Opravou signálu pomocí jedné diody je možné podat zatížení, které neupravuje zvláštní požadavky na kvalitu napětí. Například vlákno. Pokud je například přijímač napájen, objeví se nízkofrekvenční zvuk, jehož zdrojem bude mezera, která vzniká mezi impulsy. Do jisté míry, abychom se zbavili nedostatků poloviční vlnové rektifikace, paralelně se používá paralelně zapojený kondenzátor s diodou. Tento kondenzátor bude nabíjen, když budou impulsy přijímány a vybíjeny v nepřítomnosti impulzů. Takže čím větší je hodnota kondenzátorové kapacity, tím větší je proud na zátěži.

Nejvyšší kvalitu signálu lze dosáhnout tehdy, pokud jsou pro rovnání současně používány dvě poloviny. Zařízení, které umožňuje tuto realizaci, bylo nazýváno diodovým můstkem nebo jiným způsobem je opraveno.

Diodový most

Takové zařízení je elektrický spotřebič sloužící k přeměně střídavého proudu na konstantní. Výraz "diodový most" je tvořen ze slova "dioda", což znamená použití diod v něm. Diodový usměrňovací obvod můstku závisí na síti AC, ke které je připojen. Síť může být:

• jednofázové;
• třífázové.

V závislosti na tom se opravovací most nazývá Gretzovým mostem nebo Larionovovým usměrňovačem. V prvním případě se používají čtyři diody a ve druhém případě je zařízení již sestaveno v šest.

První schéma usměrňovače bylo sestaveno na rádiových trubicích a bylo považováno za komplexní a nákladné řešení. Ale s vývojem polovodičové technologie, dioda bridge zcela nahrazuje alternativní způsoby opravy signálu. Místo diod jsou vzácné, ale stále používají selenové sloupy.

Návrh a vlastnosti zařízení

Usměrňovací můstek je zkonstruován ze sady individuálních diod nebo odlitého pouzdra majícího čtyři svorky. Tělo může být ploché nebo válcové. Podle přijatého standardu ukazují ikony na těle přístroje svorky pro připojení střídavého napětí a výstupního konstantního signálu. Usměrňovače s krytem s otvorem jsou navrženy pro montáž na chladič. Hlavní charakteristiky usměrňovacího mostu jsou:

1. Největší přímý stres. Jedná se o maximální hodnotu, při níž parametry zařízení nepřekračují limity povolených parametrů.
2. Maximální dovolené zpětné napětí. Toto je maximální impulzní napětí, při kterém most trvá dlouho a pracuje spolehlivě.
3. Nejvyšší provozní rektifikační proud. Označuje průměrný proud protékající mostem.
4. Maximální frekvence. Frekvence napětí přiváděného na můstek, při kterém zařízení pracuje efektivně a nepřekračuje povolené vytápění.

Překročení hodnot charakteristik usměrňovače vede k prudkému snížení životnosti nebo k rozpadu p-n křižovatek. Je třeba si uvědomit, že všechny parametry diod jsou indikovány na okolní teplotu 20 stupňů. Nevýhody použití schématu opravy mostu zahrnují větší pokles napětí ve srovnání s polovičním obvodem a nižší účinnost. Aby se snížilo množství ztrát a snížilo se ohřev, mosty se často vyrábějí pomocí rychlých Schottky diod.

Schéma zapojení zařízení

Na elektrických obvodech a deskách plošných spojů je diodový usměrňovač označen symbolem diody nebo latinkou. Je-li usměrňovač sestaven z jednotlivých diod, vedle sebe je umístěno označení VD a číslice označující pořadové číslo diody v obvodu. Nápisy VDS nebo BD jsou zřídka používány.

Diodový usměrňovač může být připojen přímo k 220 voltové síti nebo po kroku-dolů transformátor, ale spínací obvod zůstane beze změny.

Když je přijat signál v každém poločase, proud může proudit pouze přes dvojici diod a protilehlá dvojice bude uzamčena. Pro pozitivní poloviční cyklus budou otevřeny VD2 a VD3 a pro negativní VD1 a VD4. V důsledku toho bude výstup přijímat konstantní signál, ale jeho frekvence pulsace se zdvojnásobí. Aby se snížilo zvlnění výstupního signálu, použije se paralelní spojení kondenzátoru C1, jako u jedné diody. Takový kondenzátor se také nazývá anti-aliasing.

Stává se však, že diodový můstek je umístěn nejen ve střídavé síti, ale také připojen k již narovnanému mostu. K tomu, co je v takovém obvodu nutný diodový můstek, je jasné, zda věnujete pozornost tomu, které okruhy používají takové zařazení. Tyto systémy zahrnují použití citlivých radioelementů na změnu polarity zásobování. Použití mostu umožňuje jednoduchou, ale účinnou ochranu před "blázenem". Pokud je polarita napájecího zdroje nesprávně připojena, nebudou rušivé prvky instalované za mostem.

Kontrola výkonnosti

Tento typ elektronického zařízení může být kontrolován bez odpařování z obvodu, protože v konstrukci zařízení není použit žádný šum. V případě usměrňovače usazeného z diod je každá dioda kontrolována samostatně. A v případě monolitického tělesa jsou ve všech čtyřech závěrech provedena měření.

Podstata zkoušky se zkracuje na barvení multimetrem diod pro zkrat. Pro tento účel jsou prováděny následující akce:

1. Multimetr se přepne na stav obratlovců nebo odpor.
2. Konektor jednoho vodiče (černý) je zasunut do společné zásuvky testeru a druhý (červený) do zásuvky pro kontrolu odporu.
3. Stylus, který je spojen černým vodičem, se dotýká první nohy a sondy červeného vodiče k třetí svorce. Tester by měl ukazovat nekonečno a změníte-li polaritu vodičů, multimetr zobrazí odpor přechodu.
4. Mínus testeru je přiveden na čtvrtou nohu a na třetí. Multimetr projeví odpor, je-li polarita obrácena, nekonečno.
5. Mínus první noha plus druhá. Tester zobrazí otevřený přechod se změnou - uzavřenou.

Takové svědectví testeru mluví o správnosti usměrňovače. Při nepřítomnosti multimetru můžete použít běžný voltmetr. Současně je však nutné použít napájení obvodu a měřit napětí na vyhlazovacím kondenzátoru. Jeho hodnota by měla překročit vstup 1,4násobek.