Jak funguje usměrňovač?

Možná se divíte, jak elektrické vedení vysílá elektrické proudy na velké vzdálenosti pro různé účely. A existují různé „typy“ elektřiny. Elektřina, která pohání elektrické železniční systémy, nemusí být vhodná pro domácí spotřebiče, jako jsou telefony a televizní přijímače. Usměrňovače pomáhají konverzí mezi těmito různými typy elektřiny.

Usměrňovače vám umožňují převádět ze střídavého proudu (AC) na stejnosměrný proud (DC). AC je proud, který v pravidelných intervalech přepíná mezi tokem dozadu a dopředu, zatímco DC proudí jedním směrem. Obvykle se spoléhají na můstkový usměrňovač nebo usměrňovací diodu.

Všechny usměrňovače používajíP-N křižovatky, polovodičová zařízení, která nechají proudit elektrický proud pouze jedním směrem od vzniku polovodičů typu p s polovodiči typu n. Strana „p“ má přebytek otvorů (místa, kde nejsou žádné elektrony), takže je kladně nabitá. Strana „n“ je záporně nabitá elektrony ve svých vnějších skořápkách.

Mnoho obvodů s touto technologií je postaveno s a

Polovodiče jsou materiály, které propouštějí proud, protože jsou vyrobeny z kovů, jako je galium nebo metaloidy, jako je křemík, které jsou kontaminovány materiály, jako je fosfor, jako prostředek kontroly proud. Můstkový usměrňovač můžete použít pro různé aplikace pro širokou škálu proudů.

Můstkové usměrňovače mají také tu výhodu, že vydávají více napětí a energie než jiné usměrňovače. Navzdory těmto výhodám můstkové usměrňovače trpí tím, že ve srovnání s jinými usměrňovači musí používat čtyři diody s dalšími diodami, což způsobuje pokles napětí, který snižuje výstupní napětí.

Vědci a inženýři obvykle používají křemík při vytváření diod častěji než germánium. Křemíkové p-n křižovatky fungují efektivněji při vyšších teplotách než germaniové. Křemíkové polovodiče umožňují snadnější tok elektrického proudu a lze je vytvořit s nižšími náklady.

Tyto diody využívají spojení p-n k přeměně střídavého proudu na stejnosměrný proud jako jakési elektrické „vypínače“ který umožňuje tok proudu buď ve směru vpřed, nebo vzad na základě p-n spojení směr. Diody s předpětím dopředu nechávají proud dále proudit, zatímco diody s předpětím jej blokují. To je důvod, proč křemíkové diody mají dopředné napětí asi 0,7 voltu, takže nechávají proud proudit, pouze pokud je více než voltů. U germaniových diod je dopředné napětí 0,3 voltu.

Anodová svorka baterie, elektrody nebo jiného zdroje napětí, kde dochází k oxidaci v obvodu, dodává otvory do katody diody při vytváření p-n spojení. Naproti tomu katoda zdroje napětí, kde dochází k redukci, poskytuje elektrony, které jsou odesílány na anodu diody.

Můžete studovat jakpolovodičové usměrňovačejsou zapojeny v obvodech, aby pochopily, jak fungují. Poloviční vlnové usměrňovače přepínají mezi předpětím a předpětím na základě kladného nebo záporného polovičního cyklu vstupní střídavé vlny. Tento signál odesílá do zatěžovacího rezistoru tak, že proud protékající rezistorem je úměrný napětí. To se děje kvůli Ohmovu zákonu, který představuje napětíPROTIjako produkt prouduJáa odporRv

Napětí na zátěžovém rezistoru můžete měřit jako napájecí napětíPROTI_s, což se rovná výstupnímu stejnosměrnému napětíPROTI_ven. Odpor spojený s tímto napětím závisí také na diodě samotného obvodu. Potom se obvod usměrňovače přepne na reverzní předpětí, ve kterém trvá záporný poloviční cyklus vstupního střídavého signálu. V takovém případě diodou nebo obvodem neprotéká žádný proud a výstupní napětí klesne na 0. Výstupní proud je tedy jednosměrný.

•••Syed Hussain Ather

Plné vlnové usměrňovače naopak využívají celý cyklus (s kladnou a zápornou polovinou cyklu) vstupního střídavého signálu. Čtyři diody v obvodu plného vlnového usměrňovače jsou uspořádány tak, že když je vstup střídavého signálu kladný, protéká proud přes diodu zD₁na zátěžový odpor a zpět ke zdroji střídavého prouduD₂. Když je AC signál záporný, proud odebíráD₃-zatížení-D₄místo toho cesta. Odpor zátěže také přivádí stejnosměrné napětí z plného vlnového usměrňovače.

Průměrná hodnota napětí plně vlnového usměrňovače je dvakrát větší než u napůl vlnového usměrňovače astřední kvadratické napětí, metoda měření střídavého napětí, plného vlnového usměrňovače je √2krát větší než u polovodičového usměrňovače.

Většina elektronických zařízení v domácnosti používá střídavý proud, ale některá zařízení, jako jsou notebooky, tento proud před použitím převádějí na stejnosměrný proud. Většina notebooků používá typ spínaného napájecího zdroje (SMPS), který umožňuje výstupnímu stejnosměrnému napětí více energie vzhledem k velikosti, ceně a hmotnosti adaptéru.

SMPS pracují pomocí usměrňovače, oscilátoru a filtru, které řídí šířkovou pulzní modulaci (způsob snižování výkonu elektrického signálu), napětí a proud. Oscilátor je zdroj střídavého signálu, ze kterého můžete určit amplitudu proudu a směr, kterým proudí. Síťový adaptér notebooku to pak používá k připojení ke zdroji střídavého proudu a převádí vysoké střídavé napětí na nízké stejnosměrné napětí, což je forma, kterou může použít k napájení během nabíjení.

Některé usměrňovací systémy také používají vyhlazovací obvod nebo kondenzátor, který jim umožňuje vydávat konstantní napětí, místo toho, které se časem mění. Elektrolytický kondenzátor vyhlazovacích kondenzátorů může dosáhnout kapacit mezi 10 až tisíci mikrofarad (µF). Pro větší vstupní napětí je zapotřebí větší kapacita.

Jiné usměrňovače využívají transformátory, které mění napětí pomocí čtyřvrstvých polovodičů známých jakotyristoryvedle diod. Asilikonem řízený usměrňovač, jiný název pro tyristor, používá katodu a anodu oddělenou hradlem a jeho čtyřmi vrstvami k vytvoření dvou p-n spojů uspořádaných jeden na druhém.

Typy usměrňovacích systémů se liší v různých aplikacích, ve kterých potřebujete změnit napětí nebo proud. Kromě již diskutovaných aplikací nacházejí usměrňovače použití v pájecích zařízeních, elektrickém svařování, rádiových signálech AM, generátorech pulzů, multiplikátorech napětí a napájecích obvodech.

Páječky, které se používají k propojení částí elektrických obvodů dohromady, používají poloviční vlnové usměrňovače pro jeden směr vstupního střídavého proudu. Techniky elektrického svařování, které používají obvody usměrňovacího můstku, jsou ideálními kandidáty pro zajištění stabilního, polarizovaného stejnosměrného napětí.

AM rádio, které moduluje amplitudu, může k detekci změn na vstupu elektrického signálu použít poloviční vlnové usměrňovače. Obvody generující impulsy, které generují obdélníkové impulsy pro digitální obvody, používají pro změnu vstupního signálu poloviční vlnové usměrňovače.

Usměrňovače v napájecích obvodech převádějí střídavé napětí na stejnosměrné z různých napájecích zdrojů. To je užitečné, protože stejnosměrný proud se obvykle vysílá na velké vzdálenosti, než se převede na střídavý proud pro elektrickou energii pro domácnost a elektronická zařízení. Tyto technologie velmi využívají můstkový usměrňovač, který zvládne změnu napětí.