Как работает выпрямитель?

Вы можете задаться вопросом, как линии электропередач посылают электрические токи на большие расстояния для различных целей. И есть разные «виды» электричества. Электроэнергия, питающая электрические железнодорожные системы, может не подходить для бытовых приборов, таких как телефоны и телевизоры. Выпрямители помогают, преобразуя эти разные типы электричества.

Выпрямители позволяют преобразовывать переменный ток (AC) в постоянный (DC). Переменный ток - это ток, который переключается между течением вперед и назад через равные промежутки времени, в то время как постоянный ток течет в одном направлении. Обычно они используют мостовой выпрямитель или выпрямительный диод.

Все выпрямители используютP-N переходы, полупроводниковые устройства, которые позволяют электрическому току течь только в одном направлении от образования полупроводников p-типа с полупроводниками n-типа. Сторона "p" имеет избыток дырок (места, где нет электронов), поэтому она заряжена положительно. Сторона "n" отрицательно заряжена электронами в их внешних оболочках.

Многие схемы с этой технологией построены смостовой выпрямитель. Мостовые выпрямители преобразуют переменный ток в постоянный, используя систему диодов, изготовленных из полупроводникового материала, в полуволновом режиме. метод, выпрямляющий одно направление сигнала переменного тока, или двухполупериодный метод, выпрямляющий оба направления входного сигнала. AC.

Полупроводники - это материалы, которые пропускают ток, потому что они сделаны из металлов, таких как галлий или металлоиды, такие как кремний, которые загрязнены такими материалами, как фосфор, в качестве средства контроля Текущий. Вы можете использовать мостовой выпрямитель для различных применений в широком диапазоне токов.

Мостовые выпрямители также имеют то преимущество, что они выдают больше напряжения и мощности, чем другие выпрямители. Несмотря на эти преимущества, мостовые выпрямители страдают от необходимости использовать четыре диода с дополнительными диодами по сравнению с другими выпрямителями, что вызывает падение напряжения, которое снижает выходное напряжение.

Ученые и инженеры обычно используют кремний при создании диодов чаще, чем германий. Кремниевые p-n-переходы работают более эффективно при более высоких температурах, чем германиевые. Кремниевые полупроводники облегчают прохождение электрического тока и могут быть созданы с меньшими затратами.

Эти диоды используют p-n переход для преобразования переменного тока в постоянный как своего рода электрический «переключатель». который позволяет току течь в прямом или обратном направлении в зависимости от p-n перехода направление. Диоды с прямым смещением позволяют току продолжать течь, в то время как диоды с обратным смещением блокируют его. Это то, что заставляет кремниевые диоды иметь прямое напряжение около 0,7 вольт, так что они пропускают ток, только если он превышает вольт. Для германиевых диодов прямое напряжение составляет 0,3 В.

Анодный вывод батареи, электрода или другого источника напряжения, где в цепи происходит окисление, снабжает отверстия катодом диода, образуя p-n-переход. Напротив, катод источника напряжения, где происходит восстановление, обеспечивает электроны, которые отправляются на анод диода.

Вы можете узнать, какоднополупериодные выпрямителисоединены в цепи, чтобы понять, как они работают. Полупериодные выпрямители переключаются между прямым и обратным смещением в зависимости от положительного или отрицательного полупериода входной волны переменного тока. Он отправляет этот сигнал на нагрузочный резистор, так что ток, протекающий через резистор, пропорционален напряжению. Это происходит из-за закона Ома, который представляет собой напряжениеVкак продукт текущегояи сопротивлениерв

Вы можете измерить напряжение на нагрузочном резисторе как напряжение питания.V_s, равное выходному постоянному напряжениюV_вне. Сопротивление, связанное с этим напряжением, также зависит от диода самой схемы. Затем схема выпрямителя переключается на обратное смещение, в котором она принимает отрицательный полупериод входного сигнала переменного тока. В этом случае ток через диод или цепь не протекает, а выходное напряжение падает до 0. Таким образом, выходной ток является однонаправленным.

•••Сайед Хуссейн Атер

Напротив, двухполупериодные выпрямители используют весь цикл (с положительными и отрицательными полупериодами) входного сигнала переменного тока. Четыре диода в схеме двухполупериодного выпрямителя расположены так, что, когда входной сигнал переменного тока является положительным, ток течет через диод отD₁к сопротивлению нагрузки и обратно к источнику переменного тока черезD₂. Когда сигнал переменного тока отрицательный, ток принимаетD₃-нагрузка-D₄путь вместо этого. Сопротивление нагрузки также выводит напряжение постоянного тока от двухполупериодного выпрямителя.

Среднее значение напряжения двухполупериодного выпрямителя в два раза больше, чем у полуволнового выпрямителя, асреднеквадратичное напряжениеМетод измерения переменного напряжения двухполупериодного выпрямителя в √2 раза больше, чем у полуволнового выпрямителя.

Большинство электронных приборов в вашем доме используют переменный ток, но некоторые устройства, такие как ноутбуки, перед использованием преобразуют этот ток в постоянный. В большинстве ноутбуков используется источник питания с переключаемым режимом (SMPS), который позволяет выходному напряжению постоянного тока больше мощности для размера, стоимости и веса адаптера.

SMPS работают с использованием выпрямителя, генератора и фильтра, которые управляют широтно-импульсной модуляцией (метод уменьшения мощности электрического сигнала), напряжением и током. Генератор - это источник сигнала переменного тока, по которому вы можете определить амплитуду тока и направление, в котором он течет. Затем адаптер переменного тока ноутбука использует это для подключения к источнику переменного тока и преобразует высокое напряжение переменного тока в низкое напряжение постоянного тока, форму, которую он может использовать для питания самого себя во время зарядки.

В некоторых выпрямительных системах также используется сглаживающая цепь или конденсатор, который позволяет им выдавать постоянное напряжение, а не то, которое изменяется во времени. Электролитический конденсатор сглаживающих конденсаторов может достигать емкости от 10 до тысяч микрофарад (мкФ). Для большего входного напряжения требуется большая емкость.

В других выпрямителях используются трансформаторы, которые изменяют напряжение с использованием четырехслойных полупроводников, известных кактиристорырядом с диодами. Акремниевый выпрямитель, другое название тиристора, использует катод и анод, разделенные затвором и его четырьмя слоями, для создания двух p-n-переходов, расположенных один поверх другого.

Типы выпрямительных систем различаются в зависимости от приложений, в которых необходимо изменять напряжение или ток. Помимо уже рассмотренных приложений, выпрямители находят применение в паяльном оборудовании, электросварке, радиосигналах AM, генераторах импульсов, умножителях напряжения и схемах питания.

Паяльники, которые используются для соединения частей электрических цепей вместе, используют полуволновые выпрямители для одного направления входного переменного тока. Методы электросварки, в которых используются мостовые выпрямительные схемы, являются идеальными кандидатами для обеспечения стабильного поляризованного постоянного напряжения.

AM-радио, которое модулирует амплитуду, может использовать полуволновые выпрямители для обнаружения изменений входного электрического сигнала. В схемах генерации импульсов, которые генерируют прямоугольные импульсы для цифровых схем, используются полуволновые выпрямители для изменения входного сигнала.

Выпрямители в цепях питания преобразуют переменный ток в постоянный от разных источников питания. Это полезно, поскольку постоянный ток обычно передается на большие расстояния, прежде чем он будет преобразован в переменный ток для бытовой электроэнергии и электронных устройств. В этих технологиях широко используется мостовой выпрямитель, который может справляться с изменением напряжения.