Как работает выпрямитель?

Содержание

• Мостовой выпрямитель и выпрямительный диод
• Кремниевые и германиевые диоды
• Полуволновой выпрямитель
• Двухполупериодная схема выпрямителя
• Компоненты и приложения выпрямителя
• Использование выпрямительных систем

Вы можете задаться вопросом, как линии электропередач электрические токи на большие расстояния для разных целей. И есть разные «виды» электричества. Электричество, которое питает электрические железнодорожные системы, может не подходить для бытовых приборов, таких как телефоны и телевизоры. Выпрямители помогают путем преобразования между этими различными типами электричества.

Мостовой выпрямитель и выпрямительный диод

Выпрямители позволяют преобразовывать переменный ток (переменный ток) в постоянный ток (постоянный ток). Переменный ток - это ток, который переключается между потоками назад и вперед через равные промежутки времени, пока постоянный ток течет в одном направлении. Они обычно полагаются на мостовой выпрямитель или выпрямительный диод.

Все выпрямители используют P-N соединенияполупроводниковые устройства, которые пропускают электрический ток только в одном направлении от образования полупроводников p-типа с полупроводниками n-типа. Сторона «р» имеет избыток дырок (мест, где нет электронов), поэтому она заряжена положительно. «N» сторона отрицательно заряжена электронами в их внешних оболочках.

Многие схемы с этой технологией построены с мостовой выпрямитель, Мостовые выпрямители преобразуют переменный ток в постоянный, используя свою систему диодов, изготовленных из полупроводникового материала, либо полуволновым методом, который выпрямляет одно направление сигнала переменного тока, либо полноволновым методом, который выпрямляет оба направления входного переменного тока.

Полупроводники - это материалы, которые пропускают ток, потому что они сделаны из металлов, таких как галлий, или металлоидов, таких как кремний, которые загрязнены такими материалами, как фосфор, в качестве средства контроля тока. Вы можете использовать мостовой выпрямитель для различных применений для широкого диапазона токов.

Мостовые выпрямители также имеют преимущество в том, что они выдают больше напряжения и мощности, чем другие выпрямители. Несмотря на эти преимущества, мостовые выпрямители страдают от необходимости использовать четыре диода с дополнительными диодами по сравнению с другими выпрямителями, вызывая падение напряжения, которое уменьшает выходное напряжение.

Кремниевые и германиевые диоды

Ученые и инженеры обычно используют кремний чаще, чем германий, при создании диодов. Кремниевые p-n-соединения работают более эффективно при более высоких температурах, чем германиевые. Кремниевые полупроводники позволяют электрическому току течь легче и могут быть созданы с меньшими затратами.

Эти диоды используют преимущество p-n-перехода для преобразования переменного тока в постоянный как своего рода электрический «переключатель», который позволяет току протекать либо в прямом, либо в обратном направлении на основе направления p-n-перехода. Диоды с прямым смещением позволяют току течь, а диоды с обратным смещением блокируют его. Это то, что заставляет кремниевые диоды иметь прямое напряжение около 0,7 вольт, так что они пропускают ток, только если его напряжение больше, чем вольт. Для германиевых диодов прямое напряжение составляет 0,3 вольт.

Анодный вывод батареи, электрода или другого источника напряжения, в котором происходит окисление в цепи, подает отверстия к катоду диода при формировании p-n-перехода. Напротив, катод источника напряжения, где происходит восстановление, обеспечивает электроны, которые направляются на анод диода.

Полуволновой выпрямитель

Вы можете изучить, как полуволновые выпрямители связаны в цепи, чтобы понять, как они работают. Половолновые выпрямители переключаются между прямым и обратным смещением на основе положительного или отрицательного полупериода входной волны переменного тока. Этот сигнал поступает на нагрузочный резистор так, что ток, протекающий через резистор, пропорционален напряжению. Это происходит из-за закона Ома, который представляет напряжение В как произведение тока я и сопротивление р в V = IR.

Вы можете измерить напряжение на нагрузочном резисторе как напряжение питания В_s, что равно выходному напряжению постоянного тока В_вне, Сопротивление, связанное с этим напряжением, также зависит от диода самой схемы. Затем схема выпрямителя переключается на обратное смещение, в котором она принимает отрицательный полупериод входного сигнала переменного тока. В этом случае ток не протекает через диод или цепь, а выходное напряжение падает до 0. Выходной ток является однонаправленным.

Двухполупериодная схема выпрямителя

••• Сайед Хуссейн Атер

Напротив, двухполупериодные выпрямители используют полный цикл (с положительными и отрицательными полупериодами) входного сигнала переменного тока. Четыре диода в двухполупериодной схеме выпрямителя расположены так, что, когда входной сигнал переменного тока положительный, ток течет через диод от D₁ к сопротивлению нагрузки и обратно к источнику переменного тока через D₂, Когда сигнал переменного тока отрицателен, ток принимает D₃-load-D₄ путь вместо Сопротивление нагрузки также выводит напряжение постоянного тока от двухполупериодного выпрямителя.

Среднее значение напряжения двухполупериодного выпрямителя в два раза выше, чем у полуволнового выпрямителя, а среднеквадратичное напряжениеметод измерения переменного напряжения двухполупериодного выпрямителя в √2 раз больше, чем у полуволнового выпрямителя.

Компоненты и приложения выпрямителя

Большинство электронных приборов в вашем доме используют переменный ток, но некоторые устройства, такие как ноутбуки, перед использованием преобразуют этот ток в постоянный ток. Большинство ноутбуков используют тип импульсного источника питания (SMPS), который позволяет выходному напряжению постоянного тока больше мощности для размера, стоимости и веса адаптера.

SMPS работают с использованием выпрямителя, генератора и фильтра, которые управляют широтно-импульсной модуляцией (метод снижения мощности электрического сигнала), напряжением и током. Генератор представляет собой источник переменного сигнала, из которого вы можете определить амплитуду тока и направление его протекания. Адаптер переменного тока ноутбука затем использует его для подключения к источнику переменного тока и преобразует высокое напряжение переменного тока в низкое напряжение постоянного тока, форму, которую он может использовать для питания самого себя во время зарядки.

Некоторые выпрямительные системы также используют сглаживающую цепь или конденсатор, который позволяет им выводить постоянное напряжение, а не то, которое изменяется во времени. Электролитический конденсатор сглаживающих конденсаторов может достигать емкостей от 10 до тысяч микрофарад (мкФ). Большая емкость необходима для большего входного напряжения.

Другие выпрямители используют трансформаторы, которые изменяют напряжение, используя четырехслойные полупроводники, известные как тиристоры рядом с диодами. кремниевый выпрямительдругое название тиристора, использует катод и анод, разделенные затвором и его четырьмя слоями, для создания двух p-n переходов, расположенных один над другим.

Использование выпрямительных систем

Типы выпрямительных систем различаются в зависимости от приложений, в которых вам нужно изменить напряжение или ток. В дополнение к уже рассмотренным применениям выпрямители находят применение в паяльном оборудовании, электросварке, радиосигналах AM, импульсных генераторах, умножителях напряжения и цепях питания.

Паяльники, которые используются для соединения частей электрических цепей вместе, используют полуволновые выпрямители для одного направления входного переменного тока. Методы электросварки, в которых используются мостовые выпрямительные схемы, являются идеальными кандидатами для обеспечения постоянного постоянного поляризованного напряжения питания.

AM-радио, которое модулирует амплитуду, может использовать полуволновые выпрямители для обнаружения изменений в входном электрическом сигнале. Схемы генерации импульсов, которые генерируют прямоугольные импульсы для цифровых схем, используют полуволновые выпрямители для изменения входного сигнала.

Выпрямители в цепях электропитания преобразуют переменный ток в постоянный от разных источников питания. Это полезно, поскольку постоянный ток обычно отправляется на большие расстояния, прежде чем он преобразуется в переменный ток для бытового электричества и электронных устройств. Эти технологии широко используют мостовой выпрямитель, который может справиться с изменением напряжения.