Kuinka tasasuuntaaja toimii?

Sisältö

• Bridge-tasasuuntaaja ja tasasuuntaaja-diodi
• Pii- ja germaniumdiodit
• Puoliaallon tasasuuntauspiiri
• Koko aallon tasasuuntaajapiiri
• Tasasuuntaajien komponentit ja sovellukset
• Tasasuuntaajajärjestelmien käyttö

Saatat ihmetellä, kuinka voimajohdot johtavat pitkien etäisyyksien virtoihin eri tarkoituksiin. Ja sähköä on erilaisia ​​"tyyppejä". Sähköinen rautatiejärjestelmää käyttävä sähkö ei välttämättä sovellu kotitalouslaitteisiin, kuten puhelimiin ja televisioihin. Tasasuuntaajat auttavat muuntelemalla näitä erityyppisiä sähköä.

Bridge-tasasuuntaaja ja tasasuuntaaja-diodi

Tasasuuntaajien avulla voit muuntaa vaihtovirrasta (AC) tasavirtaan (DC). AC on virta, joka vaihtuu taaksepäin ja eteenpäin säännöllisin väliajoin, kun tasavirta virtaa yhteen suuntaan. Ne luottavat yleensä silta-tasasuuntaajaan tai tasasuuntaajadiodiin.

Kaikki tasasuuntaajat käyttävät P-N-liitokset, puolijohdelaitteet, jotka antavat sähkövirran virtata vain yhteen suuntaan p-tyyppisten puolijohteiden muodostumisesta n-tyyppisillä puolijohteilla. "P" -puolella on ylimääräisiä reikiä (paikoissa, joissa ei ole elektroneja), joten se on positiivisesti varautunut. "N" -puoli on negatiivisesti varautunut elektronien kanssa niiden ulkokuoressa.

Monet tämän tekniikan piirit on rakennettu a siltasuuntaaja. Siltatasasuuntaajat muuntavat vaihtovirta DC: ksi käyttämällä puolijohdemateriaalista valmistettua diodijärjestelmäänsä joko puoliaaltomenetelmällä, joka tasasuuntaa vaihtovirtasignaalin yhden suunnan, tai täysaaltomenetelmällä, joka tasasuuntaa sisääntulon AC molemmat suunnat.

Puolijohteet ovat materiaaleja, jotka päästävät virran virtaamaan, koska ne on valmistettu metalleista, kuten galliumista, tai metalloideista, kuten piistä, jotka ovat saastuneet materiaaleilla, kuten fosforilla virran säätämiseksi. Voit käyttää siltasuuntaajaa erilaisiin sovelluksiin monille virroille.

Siltasuuntaajilla on myös se etu, että ne tuottavat enemmän jännitettä ja tehoa kuin muut tasasuuntaajat. Näistä eduista huolimatta siltasuuntaajat joutuvat käyttämään neljää diodia ylimääräisten diodien kanssa verrattuna muihin tasasuuntaajiin aiheuttaen jännitteen pudotuksen, joka pienentää lähtöjännitettä.

Pii- ja germaniumdiodit

Tutkijat ja insinöörit käyttävät diodien luomiseen yleensä piitä useammin kuin germaniumia. Piin p-n-liitokset toimivat tehokkaammin korkeissa lämpötiloissa kuin germanium. Piin puolijohteet antavat sähkövirran virtata helpommin ja ne voidaan luoda pienemmillä kustannuksilla.

Nämä diodit hyödyntävät p-n-risteystä muuntaakseen vaihtovirta DC: ksi eräänlaisena sähköisenä "kytkimenä", joka antaa virran virtata joko eteen- tai taaksepäin suuntaan p-n-liittymän suunnan perusteella. Eteenpäin painotetut diodit antavat virran jatkaa virtausta, kun taas käänteisesti esijännitetyt diodit estävät sen. Tästä syystä piidiodien diodien lähtöjännite on noin 0,7 volttia, joten ne antavat virran vain, jos sen arvo on enemmän kuin volttia. Germaniumdiodien tapauksessa lähtöjännite on 0,3 volttia.

Akun, elektrodin tai muun jännitelähteen anodiliitin, jossa pilaantuminen tapahtuu, syöttää reiät diodin katodiin p-n-liitoksen muodostamiseksi. Sitä vastoin jännitelähteen katodi, kun vähennys tapahtuu, tarjoaa elektronit, jotka lähetetään diodin anodille.

Puoliaallon tasasuuntauspiiri

Voit tutkia miten puoliaallon tasasuuntaajat on kytketty piireihin ymmärtääksesi kuinka ne toimivat. Puoliaallon tasasuuntaajat vaihtavat eteenpäin ja taaksepäin painottujen välillä tulo-vaihtoaallon positiivisen tai negatiivisen puolijakson perusteella. Se antaa tämän signaalin kuormitusvastukselle siten, että vastuksen läpi virtaava virta on verrannollinen jännitteeseen. Tämä tapahtuu Ohms-lain takia, joka edustaa jännitettä V virran tuloksena minä ja vastus R sisään V = IR.

Voit mitata jännite kuormitusvastuksen läpi syöttöjännitteenä V_s, joka on yhtä suuri kuin lähtö DC-jännite V_ulos. Tähän jännitteeseen liittyvä vastus riippuu myös itse piirin diodista. Sitten tasasuuntaajapiiri vaihtuu käänteiseen esijännitteeseen, jossa se ottaa sisään tulon vaihtovirtasignaalin negatiivisen puolijakson. Tässä tapauksessa mitään virtaa ei kulje diodin tai piirin läpi ja lähtöjännite putoaa arvoon 0. Lähtövirta on tällöin yksisuuntainen.

Koko aallon tasasuuntaajapiiri

••• Syed Hussain Ather

Koko aallon tasasuuntaajat sitä vastoin käyttävät koko sisääntulosignaalin sykliä (positiivisilla ja negatiivisilla puolijaksoilla). Koko aallon tasasuuntaajapiirin neljä diodia on järjestetty siten, että kun vaihtovirtasignaalin tulo on positiivinen, virta virtaa diodin yli D₁ kuormankestävyyteen ja takaisin vaihtovirtalähteeseen läpi D₂. Kun vaihtovirtasignaali on negatiivinen, virta ottaa D₃-ladata-D₄ polku sen sijaan. Kuormitusvastus antaa myös tasajännitteen koko aallon tasasuuntaajasta.

Täysiaaltosuuntaimen keskimääräinen jännitearvo on kaksinkertainen kuin puoliaallon tasasuuntaajan ja juurikeskimääräinen neliöjännite, menetelmä täyden aallon tasasuuntaajan vaihtojännitteen mittaamiseksi on √2-kertainen puoliaallon tasasuuntaajan vastaavaan.

Tasasuuntaajien komponentit ja sovellukset

Suurin osa kotitalouksien sähkölaitteista käyttää vaihtovirtaa, mutta jotkut laitteet, kuten kannettavat tietokoneet, muuntavat tämän virran tasavirtaan ennen käyttöä. Useimmat kannettavat tietokoneet käyttävät kytketyn tilan virtalähdettä (SMPS), joka antaa lähtövirtajännitteelle enemmän virtaa sovittimen koon, kustannusten ja painon mukaan.

SMPS käyttää tasasuuntaajaa, oskillaattoria ja suodatinta, jotka ohjaavat pulssin leveyden modulaatiota (menetelmä sähköisen signaalin tehon vähentämiseksi), jännitettä ja virtaa. Oskillaattori on vaihtovirtasignaalilähde, josta voit määrittää virran amplitudin ja sen virran suunnan. Tämän jälkeen kannettavien tietokoneiden verkkolaite käyttää tätä yhteyden muodostamiseen vaihtovirtalähteeseen ja muuntaa korkean vaihtojännitteen matalaan tasajännitteeseen, sellaiseen muotoon, jota se voi käyttää virran tuottamiseen latauksen aikana.

Jotkut tasasuuntaajajärjestelmät käyttävät myös tasoituspiiriä tai kondensaattoria, jonka avulla ne voivat tuottaa vakiojännitteen ajan mittaan vaihtelevan vaihtojännitteen sijaan. Tasoituskondensaattoreiden elektrolyyttinen kondensaattori voi saavuttaa kapasitanssit välillä 10 - tuhansia mikrofaradia (µF). Lisää kapasitanssia tarvitaan suurempaan tulojännitteeseen.

Muut tasasuuntaajat käyttävät muuntajaa, joka muuttaa jännitettä käyttämällä nelikerroksisia puolijohteita, jotka tunnetaan nimellä tyristorit diodien rinnalla. pii-ohjattu tasasuuntaaja, toinen nimi tiristorille, käyttää katodia ja porttia ja sen neljää kerrosta erotettua anodia kahden p-n-liitoksen luomiseksi toistensa päälle.

Tasasuuntaajajärjestelmien käyttö

Tasasuuntaajajärjestelmien tyypit vaihtelevat sovelluksissa, joissa sinun on muutettava jännitettä tai virtaa. Jo käsiteltyjen sovellusten lisäksi tasasuuntaajia löytyy juottamislaitteista, sähköhitsauksesta, AM-radiosignaaleista, pulssigeneraattoreista, jännitekertoimista ja virransyöttöpiireistä.

Juotosraudat, joita käytetään kytkemään sähköpiirien osia yhdessä, käyttävät puoliaallon tasasuuntaajia tulon vaihtovirran samaan suuntaan. Sähköhitsaustekniikat, joissa käytetään siltatasasuuntaajapiirejä, ovat ihanteellisia ehdokkaita tasaisen, polarisoidun tasajännitteen syöttämiseksi.

AM-radio, joka moduloi amplitudia, voi käyttää puoliaallon tasasuuntaajia havaitsemaan muutokset sähköisessä signaalitulossa. Pulssigeneraattoripiirit, jotka generoivat suorakulmaisia ​​pulsseja digitaalisille piireille, käyttävät puoliaallon tasasuuntaajia tulosignaalin vaihtamiseen.

Virransyöttöpiirien tasasuuntaajat muuntavat vaihtovirta DC: ksi eri virtalähteistä. Tämä on hyödyllistä, koska tasavirta lähetetään yleensä pitkiä matkoja ennen kuin se muunnetaan vaihtovirtalaitteeksi kotitalouksien sähkö- ja elektroniikkalaitteille. Nämä tekniikat hyödyntävät paljon siltasuuntaajaa, joka pystyy käsittelemään jännitteen muutoksia.