Hogyan működik az egyenirányító?

Elgondolkodhat azon, hogy az elektromos vezetékek hogyan küldenek nagy távolságra elektromos áramokat különböző célokra. És vannak különböző "típusú" villamos energiák. Az elektromos vasúti rendszereket tápláló áram lehet, hogy nem megfelelő háztartási készülékekhez, például telefonokhoz és televíziókhoz. Az egyenirányítók segítenek átalakítani ezeket a különböző típusú villamos energiákat.

Az egyenirányítók lehetővé teszik a váltakozó áram (AC) átalakítását egyenárammá (DC). Az AC olyan áram, amely szabályos időközönként váltogat az előre-hátra áramlás között, miközben a DC egyetlen irányban áramlik. Általában hídirányítóra vagy egyenirányító diódára támaszkodnak.

Minden egyenirányító használP-N csomópontok, félvezető eszközök, amelyek az elektromos áramot egyetlen irányban engedik áramolni a p típusú félvezetők és n típusú félvezetők képződésétől. A "p" oldalon többlet van lyukakban (ahol nincsenek elektronok), így pozitív töltésű. Az "n" oldal negatívan töltődik fel a külső héjban lévő elektronokkal.

Sok ilyen technológiájú áramkör épül ahíd egyenirányító. A híd-egyenirányítók félvezetõ anyagból készült diódarendszerével félhullámban alakítják át az egyenáramot egyenárammá módszer, amely egyenirányítja az AC jel egyik irányát, vagy egy teljes hullámú módszer, amely a bemenet mindkét irányát korrigálja AC.

A félvezetők olyan anyagok, amelyek átengedik az áramot, mert olyan fémekből készülnek, mint a gallium vagy olyan metalloidok, mint a szilícium, amelyek olyan anyagokkal szennyezettek, mint a foszfor, mint a kontroll jelenlegi. A híd-egyenirányítót sokféle áram esetén használhatja különböző alkalmazásokhoz.

A híd-egyenirányítóknak megvan az az előnyük is, hogy több feszültséget és energiát bocsátanak ki, mint más egyenirányítók. Ezen előnyök ellenére a híd egyenirányítók abban szenvednek, hogy a többi egyenirányítóhoz képest négy diódát kell használniuk az extra diódákkal, ami feszültségesést okoz, ami csökkenti a kimeneti feszültséget.

A tudósok és mérnökök általában a szilíciumot használják gyakrabban, mint a germániumot a diódák létrehozásakor. A szilícium-p-n csomópontok hatékonyabban működnek magasabb hőmérsékleten, mint a germánium. A szilícium félvezetők könnyebben engedik az elektromos áramot, és alacsonyabb költségekkel hozhatók létre.

Ezek a diódák kihasználják a p-n csatlakozás előnyeit, hogy az AC-t egyenárammá alakítsák, amolyan elektromos "kapcsolóként" amely az áramot előre vagy hátramenetben engedi áramolni a p-n csomópont alapján irány. Az előre előfeszített diódák tovább engedik az áramot áramolni, míg a fordított előfeszített diódák blokkolják azt. Ez az oka annak, hogy a szilíciumdiódák előremenő feszültsége kb. 0,7 volt, így csak akkor engedik az áramot áramolni, ha az több, mint volt. A germánium diódák esetében az előremenő feszültség 0,3 volt.

Egy elem, elektróda vagy más feszültségforrás anódsorkapcsa, ahol az oxidáció egy áramkörben történik, a p-n átmenet kialakításakor a lyukakat a dióda katódjához juttatja. Ezzel szemben egy feszültségforrás katódja, ahol redukció történik, biztosítja az elektronokat, amelyek a dióda anódjára kerülnek.

Tanulmányozhatja, hogyanfélhullámú egyenirányítókáramkörökbe vannak kapcsolva, hogy megértsék működésüket. A félhullámú egyenirányítók a bemenő AC hullám pozitív vagy negatív félciklusa alapján válnak az előre és a hátramenetbe torzítás között. Ezt a jelet egy terhelési ellenállásra küldi, így az ellenálláson átfolyó áram arányos a feszültséggel. Ez Ohm törvénye miatt történik, amely feszültséget képviselVmint az áram szorzataénés az ellenállásRban ben

Tápfeszültségként mérheti a terhelésellenállás feszültségétV_s, amely megegyezik a kimeneti egyenfeszültséggelV_ki. Az ehhez a feszültséghez tartozó ellenállás az áramkör diódájától is függ. Ezután az egyenirányító áramkör reverz torzításra vált, amelyben a bemenő AC jel negatív félciklusát veszi fel. Ebben az esetben a diódán vagy az áramkörön nem áramlik áram, és a kimeneti feszültség 0-ra csökken. A kimeneti áram tehát egyirányú.

•••Syed Hussain Ather

A teljes hullámú egyenirányítók ezzel szemben a bemenő AC jel teljes ciklusát (pozitív és negatív fél ciklusokkal) használják. A teljes hullámú egyenirányító áramkör négy diódája úgy van elrendezve, hogy amikor az AC jelbemenet pozitív, az áram a diódán keresztül áramlikD₁a terhelési ellenállásig és keresztül az AC váltóáramhozD₂. Ha az AC jel negatív, az áram felveszi aD₃-Betöltés-D₄ösvény helyett. A terhelési ellenállás a teljes hullámú egyenirányítóból is kimeneti az egyenfeszültséget.

A teljes hullámú egyenirányító átlagos feszültségértéke kétszerese a félhullámú egyenirányítójának, és aközépérték négyzetes feszültségA teljes hullámú egyenirányító váltakozó feszültségének mérési módszere √2-szerese a félhullámú egyenirányítójának.

A háztartás legtöbb elektronikus készüléke váltakozó áramú áramot használ, de néhány eszköz, például a laptop, ezt az áramot egyenárammá alakítja, mielőtt felhasználná. A legtöbb laptop olyan típusú kapcsolt üzemmódú tápegységet (SMPS) használ, amely lehetővé teszi a kimeneti egyenfeszültség nagyobb teljesítményét az adapter méretének, költségének és súlyának megfelelően.

Az SMPS egyenirányító, oszcillátor és szűrő segítségével működik, amelyek vezérlik az impulzusszélesség modulációt (egy módszer az elektromos jel teljesítményének csökkentésére), a feszültséget és az áramot. Az oszcillátor egy AC jelforrás, amelyből meghatározhatja az áram amplitúdóját és az áramlás irányát. Ezután a laptop hálózati adaptere ezt használja a váltakozó áramú áramforráshoz való csatlakozáshoz, és a magas váltóáramú feszültséget alacsony egyenfeszültséggé alakítja át - ezt a formát használhatja saját energiaellátására töltés közben.

Egyes egyenirányító rendszerek simító áramkört vagy kondenzátort is használnak, amely lehetővé teszi számukra, hogy állandó feszültséget adjanak ki az idő helyett változó feszültség helyett. A simító kondenzátorok elektrolit-kondenzátorával 10 és ezer mikrofarád (µF) közötti kapacitás érhető el. Nagyobb kapacitás szükséges a nagyobb bemeneti feszültséghez.

Más egyenirányítók olyan transzformátorokat használnak, amelyek négyrétegű félvezetők segítségével változtatják a feszültségettirisztorokdiódák mellett. Aszilícium-vezérelt egyenirányítóA tirisztor másik neve katódot és anódot használ, amelyeket egy kapu és annak négy rétege választ el egymástól, és két p-n kereszteződést hoznak létre egymás fölött.

Az egyenirányító rendszerek típusai különbözőek azokon az alkalmazásokon, amelyekben módosítani kell a feszültséget vagy az áramot. A már tárgyalt alkalmazások mellett az egyenirányítók a forrasztóberendezésekben, az elektromos hegesztésben, az AM rádiójelekben, az impulzusgenerátorokban, a feszültségszorzókban és az áramellátási áramkörökben találhatók.

Az elektromos áramkörök részeinek összekapcsolására használt forrasztópákák félhullámú egyenirányítókat használnak az AC bemenet egyetlen irányához. A híd egyenirányító áramköröket alkalmazó elektromos hegesztési technikák ideálisak az állandó, polarizált egyenfeszültség biztosításához.

Az amplitúdót moduláló AM rádió félhullámú egyenirányítókat használhat az elektromos jelbemenet változásainak észlelésére. Az impulzusgeneráló áramkörök, amelyek téglalap alakú impulzusokat generálnak a digitális áramkörökhöz, félhullámú egyenirányítókat használnak a bemeneti jel megváltoztatására.

Az áramellátó áramkörök egyenirányítói váltakozó áramot váltakozó áramúvá különböző tápegységekből. Ez hasznos, mivel az egyenáramot általában nagy távolságokon továbbítják, mielőtt a háztartási villamos energia és az elektronikus eszközök váltják változóvá. Ezek a technológiák nagyszerűen használják a híd egyenirányítóját, amely képes kezelni a feszültség változását.