Hoe werkt een gelijkrichter?

Je vraagt ​​je misschien af ​​hoe hoogspanningslijnen elektrische stromen over lange afstanden sturen voor verschillende doeleinden. En er zijn verschillende "soorten" elektriciteit. De elektriciteit die elektrische spoorwegsystemen aandrijft, is mogelijk niet geschikt voor huishoudelijke apparaten zoals telefoons en televisies. Gelijkrichters helpen bij het omzetten tussen deze verschillende soorten elektriciteit.

Met gelijkrichters kunt u van wisselstroom (AC) naar gelijkstroom (DC) converteren. AC is stroom die met regelmatige tussenpozen heen en weer schakelt, terwijl DC in een enkele richting stroomt. Ze vertrouwen over het algemeen op een bruggelijkrichter of een gelijkrichterdiode.

Alle gelijkrichters gebruikenP-N-kruisingen, halfgeleiderapparaten die elektrische stroom in slechts één richting laten vloeien vanaf de vorming van p-type halfgeleiders met n-type halfgeleiders. De "p"-kant heeft een overmaat aan gaten (locaties waar geen elektronen zijn) en is dus positief geladen. De "n"-kant is negatief geladen met elektronen in hun buitenste schillen.

Veel circuits met deze technologie zijn gebouwd met eenbrug gelijkrichter. Bruggelijkrichters zetten wisselstroom om in gelijkstroom met behulp van het systeem van diodes gemaakt van halfgeleidermateriaal in een halve golf methode die één richting van het AC-signaal gelijkricht of een volledige golfmethode die beide richtingen van de invoer gelijkricht AC.

Halfgeleiders zijn materialen die stroom laten vloeien omdat ze zijn gemaakt van metalen zoals gallium of metalloïden zoals silicium die zijn verontreinigd met materialen zoals fosfor als een middel om te controleren actueel. U kunt een bruggelijkrichter voor verschillende toepassingen gebruiken voor een breed scala aan stromen.

Bruggelijkrichters hebben ook het voordeel dat ze meer spanning en vermogen leveren dan andere gelijkrichters. Ondanks deze voordelen hebben bruggelijkrichters er last van dat ze vier diodes moeten gebruiken met de extra diodes in vergelijking met andere gelijkrichters, waardoor een spanningsval ontstaat die de uitgangsspanning verlaagt.

Wetenschappers en ingenieurs gebruiken over het algemeen vaker silicium dan germanium bij het maken van diodes. Silicium pn-overgangen werken effectiever bij hogere temperaturen dan germanium-overgangen. Silicium halfgeleiders laten elektrische stroom gemakkelijker vloeien en kunnen tegen lagere kosten worden gemaakt.

Deze diodes maken gebruik van de pn-overgang om AC naar DC om te zetten als een soort elektrische "schakelaar" die de stroom in voorwaartse of achterwaartse richting laat stromen op basis van de pn-overgang richting. Voorwaarts voorgespannen diodes laten de stroom doorstromen, terwijl omgekeerd voorgespannen diodes deze blokkeren. Dit zorgt ervoor dat siliciumdiodes een voorwaartse spanning hebben van ongeveer 0,7 volt, zodat ze alleen stroom doorlaten als deze meer dan volt is. Voor germaniumdiodes is de voorwaartse spanning 0,3 volt.

De anode-aansluiting van een batterij, elektrode of andere spanningsbron waar oxidatie optreedt in een circuit, levert de gaten aan de kathode van een diode bij het vormen van de pn-overgang. Daarentegen levert de kathode van een spanningsbron, waar reductie optreedt, de elektronen die naar de anode van de diode worden gestuurd.

Je kunt bestuderen hoehalfgolf gelijkrichterszijn verbonden in circuits om te begrijpen hoe ze werken. Halve golf gelijkrichters schakelen tussen voorwaarts voorgespannen en achterwaarts voorgespannen op basis van de positieve of negatieve halve cyclus van de ingangs AC-golf. Het stuurt dit signaal naar een belastingsweerstand zodat de stroom die door de weerstand vloeit evenredig is met de spanning. Dit gebeurt als gevolg van de wet van Ohm, die spanning vertegenwoordigtVals het product van stroomiken weerstandRin

U kunt de spanning over de belastingsweerstand meten als de voedingsspanningV_zo, wat gelijk is aan de DC-uitgangsspanningV_uit. De weerstand die bij deze spanning hoort, hangt ook af van de diode van het circuit zelf. Vervolgens schakelt het gelijkrichtcircuit over naar een omgekeerde voorinstelling waarin het de negatieve halve cyclus van het ingangswisselstroomsignaal nodig heeft. In dit geval vloeit er geen stroom door de diode of het circuit en daalt de uitgangsspanning naar 0. De uitgangsstroom is dan unidirectioneel.

•••Syed Hussain Ather

Dubbelgolfgelijkrichters daarentegen gebruiken de hele cyclus (met positieve en negatieve halve cycli) van het ingangswisselstroomsignaal. De vier diodes in een dubbelfasige gelijkrichterschakeling zijn zo gerangschikt dat, wanneer de AC-signaalingang positief is, de stroom over de diode vloeit vanD₁naar de belastingsweerstand en terug naar de AC-bron viaD₂. Wanneer het AC-signaal negatief is, neemt de stroom deD₃-laden-D₄pad in plaats daarvan. De belastingsweerstand voert ook de gelijkspanning uit van de dubbelfasige gelijkrichter.

De gemiddelde spanningswaarde van een dubbelgolfgelijkrichter is tweemaal die van een halfgolfgelijkrichter, en dewortelgemiddelde kwadratische spanning, een methode om wisselspanning te meten, van een dubbelgolfgelijkrichter is √2 keer die van een halfgolfgelijkrichter.

De meeste elektronische apparaten in uw huishouden gebruiken wisselstroom, maar sommige apparaten, zoals laptops, zetten deze stroom om in gelijkstroom voordat ze deze gebruiken. De meeste laptops gebruiken een soort Switched Mode Power Supply (SMPS) die de uitgangsgelijkspanning meer vermogen geeft voor de grootte, de kosten en het gewicht van de adapter.

SMPS werkt met een gelijkrichter, oscillator en filter die pulsbreedtemodulatie (een methode om het vermogen van een elektrisch signaal), spanning en stroom te regelen, regelen. De oscillator is een AC-signaalbron van waaruit u de amplitude van de stroom en de richting waarin deze stroomt kunt bepalen. De AC-adapter van de laptop gebruikt deze vervolgens om verbinding te maken met de AC-stroombron en zet de hoge AC-spanning om in lage DC-spanning, een vorm die hij kan gebruiken om zichzelf van stroom te voorzien tijdens het opladen.

Sommige gelijkrichtersystemen gebruiken ook een afvlakcircuit of condensator waarmee ze een constante spanning kunnen afgeven, in plaats van een spanning die in de loop van de tijd varieert. De elektrolytische condensator van afvlakcondensatoren kan capaciteiten bereiken tussen 10 en duizenden microfarads (µF). Voor een grotere ingangsspanning is meer capaciteit nodig.

Andere gelijkrichters maken gebruik van transformatoren die de spanning veranderen met behulp van vierlaagse halfgeleiders die bekend staan ​​​​als:thyristorsnaast diodes. EENsiliciumgestuurde gelijkrichter, een andere naam voor een thyristor, gebruikt een kathode en een anode gescheiden door een poort en zijn vier lagen om twee pn-overgangen te creëren die op elkaar zijn gerangschikt.

De soorten gelijkrichtersystemen variëren tussen toepassingen waarin u de spanning of stroom moet wijzigen. Naast de reeds besproken toepassingen vinden gelijkrichters toepassing in soldeerapparatuur, elektrisch lassen, AM-radiosignalen, pulsgeneratoren, spanningsvermenigvuldigers en voedingscircuits.

Soldeerbouten die worden gebruikt om delen van elektrische circuits met elkaar te verbinden, gebruiken halfgolfgelijkrichters voor een enkele richting van de ingangswisselstroom. Elektrische lastechnieken die gebruik maken van bruggelijkrichtercircuits zijn ideale kandidaten voor het leveren van stabiele, gepolariseerde gelijkspanning.

AM-radio, die de amplitude moduleert, kan halfgolfgelijkrichters gebruiken om veranderingen in de elektrische signaalinvoer te detecteren. Pulsgenererende circuits, die rechthoekige pulsen genereren voor digitale circuits, gebruiken halfgolfgelijkrichters voor het veranderen van het ingangssignaal.

Gelijkrichters in voedingscircuits zetten AC om in DC van verschillende voedingen. Dit is handig omdat gelijkstroom over het algemeen over lange afstanden wordt verzonden voordat het wordt omgezet in wisselstroom voor huishoudelijke elektriciteit en elektronische apparaten. Deze technologieën maken veel gebruik van de bruggelijkrichter die de verandering in spanning aankan.