Wie funktioniert ein Gleichrichter?

Sie fragen sich vielleicht, wie Stromleitungen zu verschiedenen Zwecken elektrische Ströme über große Entfernungen senden. Und es gibt verschiedene "Arten" von Elektrizität. Der Strom, der elektrische Bahnsysteme antreibt, ist möglicherweise nicht für Haushaltsgeräte wie Telefone und Fernsehgeräte geeignet. Gleichrichter helfen, indem sie zwischen diesen verschiedenen Stromarten umwandeln.

Gleichrichter ermöglichen die Umwandlung von Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC). Wechselstrom ist Strom, der in regelmäßigen Abständen zwischen rückwärts und vorwärts fließt, während Gleichstrom in eine einzige Richtung fließt. Sie basieren im Allgemeinen auf einem Brückengleichrichter oder einer Gleichrichterdiode.

Alle Gleichrichter verwendenP-N-Übergänge, Halbleiterbauelemente, die bei der Bildung von p-Typ-Halbleitern mit n-Typ-Halbleitern elektrischen Strom nur in eine einzige Richtung fließen lassen. Die "p"-Seite hat einen Überschuss an Löchern (Orte, an denen keine Elektronen vorhanden sind), sodass sie positiv geladen ist. Die "n"-Seite ist mit Elektronen in ihren äußeren Schalen negativ geladen.

Viele Schaltungen mit dieser Technologie werden mit a. gebautBrückengleichrichter. Brückengleichrichter wandeln Wechselstrom in Gleichstrom um, indem sie ihr Diodensystem aus einem Halbleitermaterial in einer Halbwelle verwenden Methode, die eine Richtung des AC-Signals gleichrichtet, oder eine Vollwellenmethode, die beide Richtungen des Eingangs gleichrichtet AC.

Halbleiter sind Materialien, die Strom fließen lassen, weil sie aus Metallen wie Gallium oder. bestehen Metalloide wie Silizium, die mit Materialien wie Phosphor verunreinigt sind, um dies zu kontrollieren Strom. Sie können einen Brückengleichrichter für unterschiedliche Anwendungen für einen weiten Strombereich einsetzen.

Brückengleichrichter haben auch den Vorteil, dass sie mehr Spannung und Leistung abgeben als andere Gleichrichter. Trotz dieser Vorteile leiden Brückengleichrichter unter der Notwendigkeit, vier Dioden mit den zusätzlichen Dioden im Vergleich zu anderen Gleichrichtern verwenden zu müssen, was zu einem Spannungsabfall führt, der die Ausgangsspannung verringert.

Wissenschaftler und Ingenieure verwenden bei der Herstellung von Dioden im Allgemeinen häufiger Silizium als Germanium. Silizium-p-n-Übergänge arbeiten bei höheren Temperaturen effektiver als Germanium-Übergänge. Silizium-Halbleiter lassen elektrischen Strom leichter fließen und lassen sich mit geringeren Kosten herstellen.

Diese Dioden nutzen den p-n-Übergang, um Wechselstrom in Gleichstrom als eine Art elektrischer "Schalter" umzuwandeln. das lässt Strom entweder in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung fließen, basierend auf dem p-n-Übergang Richtung. In Vorwärtsrichtung vorgespannte Dioden lassen den Strom weiter fließen, während in Sperrrichtung vorgespannte Dioden ihn blockieren. Dies führt dazu, dass Siliziumdioden eine Durchlassspannung von etwa 0,7 Volt haben, sodass sie nur Strom fließen lassen, wenn dieser mehr als Volt beträgt. Bei Germaniumdioden beträgt die Durchlassspannung 0,3 Volt.

Der Anodenanschluss einer Batterie, einer Elektrode oder einer anderen Spannungsquelle, an der in einem Stromkreis eine Oxidation auftritt, führt die Löcher der Kathode einer Diode zu, um den pn-Übergang zu bilden. Im Gegensatz dazu liefert die Kathode einer Spannungsquelle, wo die Reduktion stattfindet, die Elektronen, die zur Anode der Diode geschickt werden.

Du kannst studieren wieEinweggleichrichtersind in Schaltkreisen verbunden, um zu verstehen, wie sie funktionieren. Halbwellengleichrichter schalten basierend auf der positiven oder negativen Halbwelle der Eingangswechselstromwelle zwischen Vorwärts- und Rückwärtsvorspannung um. Es sendet dieses Signal an einen Lastwiderstand, sodass der durch den Widerstand fließende Strom proportional zur Spannung ist. Dies geschieht aufgrund des Ohmschen Gesetzes, das die Spannung darstelltVals Produkt von Stromichund WiderstandRim

Sie können die Spannung am Lastwiderstand als Versorgungsspannung messenV_so, die gleich der Ausgangsgleichspannung istV_aus. Der mit dieser Spannung verbundene Widerstand hängt auch von der Diode der Schaltung selbst ab. Dann schaltet die Gleichrichterschaltung in Sperrrichtung um, wobei sie die negative Halbwelle des Eingangswechselstromsignals benötigt. In diesem Fall fließt kein Strom durch die Diode oder die Schaltung und die Ausgangsspannung sinkt auf 0. Der Ausgangsstrom ist dann unidirektional.

•••Syed Hussain Ather

Im Gegensatz dazu nutzen Vollwellengleichrichter den gesamten Zyklus (mit positiven und negativen Halbzyklen) des AC-Eingangssignals. Die vier Dioden in einer Vollweg-Gleichrichterschaltung sind so angeordnet, dass bei positivem AC-Signaleingang der Strom über die Diode fließt vonD₁zum Lastwiderstand und zurück zur AC-Quelle durchD₂. Wenn das AC-Signal negativ ist, nimmt der Strom dieD₃-Belastung-D₄Pfad statt. Der Lastwiderstand gibt auch die Gleichspannung des Vollweggleichrichters aus.

Der durchschnittliche Spannungswert eines Vollwellengleichrichters ist doppelt so groß wie der eines Einweggleichrichters, und derEffektivwert der quadratischen Spannung, ein Verfahren zum Messen von Wechselspannung, eines Vollwellengleichrichters ist 2 mal so groß wie ein Einweggleichrichter.

Die meisten elektronischen Geräte in Ihrem Haushalt verwenden Wechselstrom, aber einige Geräte wie Laptops wandeln diesen Strom vor der Verwendung in Gleichstrom um. Die meisten Laptops verwenden eine Art Schaltnetzteil (SMPS), das der Ausgangsgleichspannung mehr Leistung für die Größe, Kosten und das Gewicht des Adapters zulässt.

SMPS arbeiten mit einem Gleichrichter, Oszillator und Filter, die Pulsweitenmodulation (eine Methode zur Reduzierung der Leistung eines elektrischen Signals), Spannung und Strom steuern. Der Oszillator ist eine Wechselstromsignalquelle, aus der Sie die Stromamplitude und die Richtung des Stromflusses bestimmen können. Das Netzteil des Laptops verwendet diese dann zum Anschluss an die Wechselstromquelle und wandelt die hohe Wechselspannung in eine niedrige Gleichspannung um, eine Form, mit der es sich während des Ladevorgangs selbst mit Strom versorgen kann.

Einige Gleichrichtersysteme verwenden auch eine Glättungsschaltung oder einen Kondensator, der es ihnen ermöglicht, eine konstante Spannung auszugeben, anstatt einer, die sich im Laufe der Zeit ändert. Der Elektrolytkondensator von Glättungskondensatoren kann Kapazitäten zwischen 10 und Tausend Mikrofarad (µF) erreichen. Für eine höhere Eingangsspannung ist mehr Kapazität erforderlich.

Andere Gleichrichter verwenden Transformatoren, die die Spannung mit vierschichtigen Halbleitern ändern, die als. bekannt sindThyristorenneben Dioden. EINsiliziumgesteuerter Gleichrichter, ein anderer Name für einen Thyristor, verwendet eine Kathode und eine Anode, die durch ein Gate und seine vier Schichten getrennt sind, um zwei übereinander angeordnete p-n-Übergänge zu erzeugen.

Die Arten von Gleichrichtersystemen variieren je nach Anwendung, bei der Sie Spannung oder Strom ändern müssen. Neben den bereits besprochenen Anwendungen finden Gleichrichter Anwendung in Lötanlagen, Elektroschweißen, AM-Funksignalen, Impulsgeneratoren, Spannungsvervielfachern und Stromversorgungsschaltungen.

Lötkolben, die verwendet werden, um Teile von elektrischen Schaltkreisen miteinander zu verbinden, verwenden Einweggleichrichter für eine einzige Richtung des Eingangswechselstroms. Elektrische Schweißtechniken, die Brückengleichrichterschaltungen verwenden, sind ideale Kandidaten für die Bereitstellung einer stabilen, polarisierten Gleichspannung.

AM-Radio, das die Amplitude moduliert, kann Einweggleichrichter verwenden, um Änderungen des elektrischen Signaleingangs zu erkennen. Impulserzeugungsschaltungen, die Rechteckimpulse für digitale Schaltungen erzeugen, verwenden Einweggleichrichter zum Ändern des Eingangssignals.

Gleichrichter in Stromversorgungskreisen wandeln Wechselstrom in Gleichstrom von verschiedenen Stromversorgungen um. Dies ist nützlich, da Gleichstrom im Allgemeinen über große Entfernungen gesendet wird, bevor er für Haushaltsstrom und elektronische Geräte in Wechselstrom umgewandelt wird. Diese Technologien nutzen den Brückengleichrichter, der die Spannungsänderung bewältigen kann, in großem Umfang.