整流器はどのように機能しますか？

電力線がさまざまな目的で長距離に電流を送る方法について疑問に思うかもしれません。 そして、電気にはさまざまな「タイプ」があります。 電気鉄道システムに電力を供給する電力は、電話やテレビなどの家電製品には適さない場合があります。 整流器は、これらのさまざまな種類の電気を変換するのに役立ちます。

整流器を使用すると、交流（AC）から直流（DC）に変換できます。 ACは、DCが一方向に流れる間、一定の間隔で逆流と順流を切り替える電流です。 それらは一般にブリッジ整流器または整流ダイオードに依存しています。

すべての整流器はP-N接合、n型半導体とp型半導体の形成から一方向にのみ電流を流す半導体デバイス。 「p」側には過剰な正孔（電子がない場所）があるため、正に帯電しています。 「n」側は、外殻の電子で負に帯電しています。

この技術を使用した多くの回路は、ブリッジ整流器. ブリッジ整流器は、いずれかの半波の半導体材料で作られたダイオードのシステムを使用して、ACをDCに変換します AC信号の一方向を整流する方法または入力の両方向を整流する全波法 交流。

半導体は、ガリウムやガリウムなどの金属でできているため、電流を流す材料です。 制御手段としてリンなどの材料で汚染されたシリコンなどのメタロイド 電流。 さまざまな電流のさまざまなアプリケーションにブリッジ整流器を使用できます。

ブリッジ整流器には、他の整流器よりも多くの電圧と電力を出力するという利点もあります。 これらの利点にもかかわらず、ブリッジ整流器は、他の整流器と比較して追加のダイオードとともに4つのダイオードを使用する必要があり、出力電圧を低下させる電圧降下を引き起こします。

科学者やエンジニアは一般に、ダイオードの作成にゲルマニウムよりもシリコンを頻繁に使用します。 シリコンp-n接合は、ゲルマニウム接合よりも高温でより効果的に機能します。 シリコン半導体は電流が流れやすく、低コストで作成できます。

これらのダイオードは、p-n接合を利用して、一種の電気「スイッチ」としてACをDCに変換します。 これにより、p-n接合に基づいて電流が順方向または逆方向に流れるようになります 方向。 順方向にバイアスされたダイオードは電流を流し続け、逆方向にバイアスされたダイオードは電流を遮断します。 これにより、シリコンダイオードの順方向電圧は約0.7ボルトになり、電流がボルトを超える場合にのみ電流が流れます。 ゲルマニウムダイオードの場合、順方向電圧は0.3ボルトです。

回路内で酸化が発生するバッテリー、電極、またはその他の電圧源のアノード端子は、p-n接合を形成する際にダイオードのカソードに正孔を供給します。 対照的に、還元が発生する電圧源のカソードは、ダイオードのアノードに送られる電子を提供します。

あなたはどのように勉強することができます半波整流器それらがどのように機能するかを理解するために回路に接続されています。 半波整流器は、入力AC波の正または負の半サイクルに基づいて順方向バイアスと逆方向バイアスを切り替えます。 抵抗を流れる電流が電圧に比例するように、この信号を負荷抵抗に送信します。 これは、電圧を表すオームの法則が原因で発生しますV現在の製品として私と抵抗Rに

負荷抵抗の両端の電圧を電源電圧として測定できますV_s、これは出力DC電圧に等しいV_でる. この電圧に関連する抵抗は、回路自体のダイオードにも依存します。 次に、整流回路は逆バイアスに切り替わり、入力AC信号の負の半サイクルを取ります。 この場合、ダイオードや回路には電流が流れず、出力電圧は0に低下します。 したがって、出力電流は単方向です。

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対照的に、全波整流器は、入力AC信号のサイクル全体（正と負の半サイクルを含む）を使用します。 全波整流回路の4つのダイオードは、AC信号入力が正の場合、電流がダイオードを横切って流れるように配置されています。D₁負荷抵抗に接続し、AC電源に戻します。D₂. AC信号が負の場合、電流はD₃-負荷-D₄代わりにパス。 負荷抵抗は、全波整流器からのDC電圧も出力します。

全波整流器の平均電圧値は半波整流器の2倍であり、二乗平均平方根電圧、全波整流器の交流電圧の測定方法は、半波整流器の√2倍です。

家庭内のほとんどの電子機器はACを使用していますが、ラップトップなどの一部のデバイスは、使用する前にこの電流をDCに変換します。 ほとんどのラップトップは、アダプタのサイズ、コスト、および重量に応じて、出力DC電圧により多くの電力を供給できるタイプのスイッチモード電源（SMPS）を使用しています。

SMPSは、パルス幅変調（電気信号の電力を低減する方法）、電圧、および電流を制御する整流器、発振器、およびフィルターを使用して動作します。 発振器はAC信号源であり、そこから電流の振幅と流れる方向を決定できます。 次に、ラップトップのACアダプターはこれを使用してAC電源に接続し、充電中に高いAC電圧を低いDC電圧に変換します。これは充電中にそれ自体に電力を供給するために使用できる形式です。

一部の整流器システムは、時間の経過とともに変化する電圧ではなく、一定の電圧を出力できる平滑回路またはコンデンサも使用します。 平滑コンデンサの電解コンデンサは、10〜数千マイクロファラッド（µF）の静電容量を実現できます。 入力電圧を大きくするには、より多くの静電容量が必要です。

他の整流器は、として知られている4層の半導体を使用して電圧を変更する変圧器を利用しますサイリスタダイオードと一緒に。 Aシリコン制御整流子、サイリスタの別名で、ゲートとその4つの層で分離されたカソードとアノードを使用して、上下に配置された2つのp-n接合を作成します。

整流器システムのタイプは、電圧または電流を変更する必要があるアプリケーションによって異なります。 すでに説明したアプリケーションに加えて、整流器は、はんだ付け装置、電気溶接、AM無線信号、パルスジェネレータ、電圧逓倍器、および電源回路で使用されます。

電気回路の部品を接続するために使用されるはんだごては、入力ACの単一方向に半波整流器を使用します。 ブリッジ整流回路を使用する電気溶接技術は、安定した分極DC電圧を供給するための理想的な候補です。

振幅を変調するAMラジオは、半波整流器を使用して電気信号入力の変化を検出できます。 デジタル回路用の矩形パルスを生成するパルス生成回路は、入力信号を変更するために半波整流器を使用します。

電源回路の整流器は、さまざまな電源からACをDCに変換します。 DCは通常、家庭用の電気や電子機器用にACに変換される前に、長距離にわたって送信されるため、これは便利です。 これらの技術は、電圧の変化を処理できるブリッジ整流器を大いに活用しています。