كيف يعمل المعدل؟

قد تتساءل كيف ترسل خطوط الكهرباء تيارات كهربائية عبر مسافات طويلة لأغراض مختلفة. وهناك "أنواع" مختلفة من الكهرباء. قد لا تكون الكهرباء التي تشغل أنظمة السكك الحديدية الكهربائية مناسبة للأجهزة المنزلية مثل الهواتف وأجهزة التلفزيون. تساعد المقومات على التحويل بين هذه الأنواع المختلفة من الكهرباء.

تتيح لك المقومات التحويل من التيار المتردد (AC) إلى التيار المباشر (DC). التيار المتردد هو التيار الذي ينتقل بين التدفق للخلف وللأمام على فترات منتظمة بينما يتدفق التيار المستمر في اتجاه واحد. وهي تعتمد بشكل عام على مقوم الجسر أو الصمام الثنائي المعدل.

جميع المقومات تستخدمتقاطعات PN، أجهزة أشباه الموصلات التي تسمح بتدفق التيار الكهربائي في اتجاه واحد فقط من تكوين أشباه الموصلات من النوع p مع أشباه الموصلات من النوع n. يحتوي الجانب "p" على فائض من الثقوب (المواقع التي لا توجد بها إلكترونات) لذا فهي مشحونة إيجابًا. الجانب "n" مشحون سلبًا بالإلكترونات الموجودة في غلافها الخارجي.

تم تصميم العديد من الدوائر باستخدام هذه التقنية باستخدام ملفجسر المعدل. تقوم مقومات الجسر بتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر باستخدام نظامها من الثنائيات المصنوعة من مادة شبه موصلة في أي من نصف الموجة الطريقة التي تعدل اتجاه واحد لإشارة التيار المتردد أو طريقة الموجة الكاملة التي تصحح كلا اتجاهي الإدخال تيار متردد.

أشباه الموصلات هي مواد تسمح للتيار بالتدفق لأنها مصنوعة من معادن مثل الغاليوم أو الفلزات مثل السيليكون الملوث بمواد مثل الفوسفور كوسيلة للتحكم تيار. يمكنك استخدام مقوم الجسر لتطبيقات مختلفة لمجموعة واسعة من التيارات.

تتمتع مقومات الجسر أيضًا بميزة إخراج جهد وطاقة أكبر من المعدلات الأخرى. على الرغم من هذه الفوائد ، فإن مقومات الجسر تعاني من الاضطرار إلى استخدام أربعة صمامات ثنائية مع الثنائيات الإضافية مقارنة بالمعدلات الأخرى ، مما يتسبب في انخفاض الجهد الذي يقلل من جهد الخرج.

يستخدم العلماء والمهندسون بشكل عام السيليكون أكثر من الجرمانيوم في صنع الثنائيات. تعمل وصلات السيليكون p-n بشكل أكثر فاعلية في درجات حرارة أعلى من تلك التي تعمل بالجرمانيوم. تسمح أشباه الموصلات المصنوعة من السيليكون بتدفق التيار الكهربائي بسهولة أكبر ويمكن إنشاؤها بتكاليف أقل.

تستفيد هذه الثنائيات من الوصلة p-n لتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر كنوع من "التبديل" الكهربائي يتيح للتيار التدفق إما في الاتجاه الأمامي أو العكسي بناءً على تقاطع p-n اتجاه. تسمح الثنائيات المتحيزة للأمام للتيار بالاستمرار في التدفق بينما تمنعه ​​الثنائيات المنحازة العكسية. هذا هو ما يجعل ثنائيات السيليكون لها جهد أمامي يبلغ حوالي 0.7 فولت بحيث تسمح فقط بتدفق التيار إذا كان أكثر من فولت. بالنسبة لثنائيات الجرمانيوم ، يكون الجهد الأمامي 0.3 فولت.

محطة الأنود للبطارية أو القطب الكهربي أو أي مصدر جهد آخر حيث تحدث الأكسدة في الدائرة ، تزود الثقوب بالكاثود في الصمام الثنائي في تشكيل تقاطع pn. في المقابل ، يوفر الكاثود لمصدر الجهد ، حيث يحدث الاختزال ، الإلكترونات التي يتم إرسالها إلى أنود الصمام الثنائي.

يمكنك دراسة كيفمقومات نصف الموجةمتصلة في دوائر لفهم كيفية عملها. تقوم مقومات نصف الموجة بالتبديل بين كونها منحازة للأمام ومنحازة عكسية بناءً على دورة النصف الموجبة أو السلبية لموجة الدخل AC. إنه يرسل هذه الإشارة إلى المقاوم للحمل بحيث يتناسب التيار المتدفق عبر المقاوم مع الجهد. يحدث هذا بسبب قانون أوم ، الذي يمثل الجهدالخامسكمنتج للتيارأناوالمقاومةرفي

يمكنك قياس الجهد عبر المقاوم الحمل كجهد الإمدادالخامس_س، والتي تساوي جهد الخرج DCالخامس_خارج. تعتمد المقاومة المرتبطة بهذا الجهد أيضًا على الصمام الثنائي للدائرة نفسها. بعد ذلك ، تتحول دائرة المعدل إلى منحازة عكسية تأخذ فيها نصف الدورة السلبية لإشارة دخل التيار المتردد. في هذه الحالة ، لا يتدفق التيار عبر الصمام الثنائي أو الدائرة وينخفض ​​جهد الخرج إلى 0. تيار الإخراج ، إذن ، أحادي الاتجاه.

•••سيد حسين أثير

في المقابل ، تستخدم مقومات الموجة الكاملة الدورة الكاملة (بدورات نصف موجبة وسالبة) لإشارة دخل التيار المتردد. يتم ترتيب الثنائيات الأربعة في دائرة مقوم الموجة الكاملة بحيث ، عندما يكون إدخال إشارة التيار المتردد موجبًا ، يتدفق التيار عبر الصمام الثنائي مند₁لمقاومة الحمل والعودة إلى مصدر التيار المتردد من خلالد₂. عندما تكون إشارة التيار المتردد سلبية ، يأخذ التيارد₃-حمل-د₄المسار بدلا من ذلك. تنتج مقاومة الحمل أيضًا جهد التيار المستمر من مقوم الموجة الكاملة.

متوسط ​​قيمة الجهد لمقوم الموجة الكاملة هو ضعف قيمة المعدل نصف الموجي ، والجذر يعني تربيع الجهد، طريقة لقياس جهد التيار المتردد ، لمقوم الموجة الكاملة هو √2 مرة من مقوم نصف الموجة.

تستخدم معظم الأجهزة الإلكترونية في منزلك التيار المتردد ، لكن بعض الأجهزة مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة تحول هذا التيار إلى تيار مستمر قبل استخدامه. تستخدم معظم أجهزة الكمبيوتر المحمولة نوعًا من مصدر طاقة الوضع المحول (SMPS) الذي يتيح لجهد التيار المستمر الناتج مزيدًا من الطاقة لحجم المحول وتكلفته ووزنه.

يعمل SMPS باستخدام مقوم ومذبذب ومرشح يتحكم في تعديل عرض النبضة (طريقة لتقليل قوة الإشارة الكهربائية) والجهد والتيار. المذبذب هو مصدر إشارة تيار متردد يمكنك من خلاله تحديد سعة التيار واتجاه تدفقه. يستخدم محول التيار المتردد للكمبيوتر المحمول هذا للاتصال بمصدر طاقة التيار المتردد ويحول جهد التيار المتردد العالي إلى جهد تيار مستمر منخفض ، وهو شكل يمكن استخدامه لتشغيل نفسه أثناء الشحن.

تستخدم بعض أنظمة المعدل أيضًا دائرة تجانس أو مكثف يتيح لها إخراج جهد ثابت ، بدلاً من واحد يتغير بمرور الوقت. يمكن أن يحقق مكثف التحليل الكهربائي لمكثفات التنعيم سعات تتراوح بين 10 إلى آلاف ميكروفاراد (µF). المزيد من السعة ضرورية لزيادة جهد الدخل.

تستخدم المقومات الأخرى المحولات التي تغير الجهد باستخدام أشباه الموصلات من أربع طبقات المعروفة باسمالثايرستوربجانب الثنائيات. أالسيليكون المعدل للرقابة، اسم آخر للثايرستور ، يستخدم كاثود وأنود مفصولين ببوابة وطبقاتها الأربع لإنشاء تقاطعات p-n مرتبة واحدة فوق الأخرى.

تختلف أنواع أنظمة المعدل باختلاف التطبيقات التي تحتاج فيها إلى تغيير الجهد أو التيار. بالإضافة إلى التطبيقات التي تمت مناقشتها بالفعل ، تستخدم المقومات في معدات اللحام واللحام الكهربائي وإشارات الراديو AM ومولدات النبض ومضاعفات الجهد ودوائر إمداد الطاقة.

تستخدم مكاوي اللحام المستخدمة لتوصيل أجزاء من الدوائر الكهربائية معًا مقومات نصف موجة لاتجاه واحد لمدخل التيار المتردد. تعتبر تقنيات اللحام الكهربائي التي تستخدم دوائر مقوم الجسر مرشحة مثالية لتوفير جهد تيار مستمر ثابت ومستقطب.

يمكن لراديو AM ، الذي يعدل السعة ، استخدام مقومات نصف الموجة لاكتشاف التغيرات في إدخال الإشارة الكهربائية. دوائر توليد النبضات ، التي تولد نبضات مستطيلة للدوائر الرقمية ، تستخدم مقومات نصف موجة لتغيير إشارة الدخل.

تقوم المقومات في دوائر إمداد الطاقة بتحويل التيار المتردد إلى التيار المستمر من مصادر طاقة مختلفة. هذا مفيد حيث يتم إرسال التيار المستمر بشكل عام عبر مسافات طويلة قبل تحويله إلى تيار متردد للكهرباء المنزلية والأجهزة الإلكترونية. تستفيد هذه التقنيات بشكل كبير من مقوم الجسر الذي يمكنه التعامل مع التغيير في الجهد.