Lahko se sprašujete, kako daljnovodi za različne namene pošiljajo električne tokove na velike razdalje. In obstajajo različne "vrste" električne energije. Električna energija, ki napaja električne železniške sisteme, morda ni primerna za gospodinjske aparate, kot so telefoni in televizorji. Usmerniki pomagajo s pretvorbo med različnimi vrstami električne energije.
Bridge usmernik in usmernik dioda
Usmerniki vam omogočajo pretvorbo iz izmeničnega toka (izmenični tok) v enosmerni tok (enosmerni tok). AC je tok, ki v rednih intervalih preklaplja med pretokom nazaj in naprej, medtem ko enosmerni tok teče v eno smer. Običajno se zanašajo na mostični usmernik ali usmerniško diodo.
Vsi usmerniki uporabljajoP-N križišča, polprevodniške naprave, ki puščajo električni tok samo v eno smer od tvorbe polprevodnikov p-tipa s polprevodniki n-tipa. Stran "p" ima odvečne luknje (mesta, kjer ni elektronov), zato je pozitivno napolnjena. Stran "n" je negativno nabita z elektroni v zunanjih lupinah.
Številna vezja s to tehnologijo so zgrajena z
mostni usmernik. Mostni usmerniki pretvarjajo izmenični tok v enosmerni tok s pomočjo sistema diod, izdelanih iz polprevodniškega materiala v poljubnem polovičnem valu metoda, ki usmerja eno smer AC signala, ali metoda polnega vala, ki usmerja obe smeri vhoda ACPolprevodniki so materiali, ki puščajo tok, ker so narejeni iz kovin, kot je galij ali metaloidi, kot je silicij, ki so kot sredstvo za nadzor onesnaženi z materiali, kot je fosfor trenutno. Mostni usmernik lahko uporabite za različne aplikacije za širok spekter tokov.
Mostni usmerniki imajo tudi prednost, da oddajajo več napetosti in moči kot drugi usmerniki. Kljub tem prednostim mostični usmerniki trpijo zaradi uporabe štirih diod z dodatnimi diodami v primerjavi z drugimi usmerniki, kar povzroči padec napetosti, ki zmanjša izhodno napetost.
Silicijeve in germanske diode
Znanstveniki in inženirji pri ustvarjanju diod običajno uporabljajo silicij pogosteje kot germanij. Silicijevi p-n spoji delujejo učinkoviteje pri višjih temperaturah kot germanijevi. Silicijevi polprevodniki omogočajo lažji pretok električnega toka in jih je mogoče ustvariti z nižjimi stroški.
Te diode izkoristijo p-n spoj za pretvorbo izmeničnega v enosmerni tok kot nekakšno električno "stikalo" ki omogoča pretok toka v smeri naprej ali nazaj v smeri p-n križišča smer. Naprej pristranske diode pustijo, da tok še naprej teče, medtem ko ga obrnjene diode blokirajo. To je tisto, zaradi česar imajo silicijeve diode prednjo napetost približno 0,7 voltov, tako da prepuščajo tok le, če je ta večji od voltov. Za germanijeve diode je napetost naprej 0,3 volta.
Anodni priključek baterije, elektrode ali drugega napetostnega vira, kjer pride do oksidacije v vezju, dovaja luknje na katodo diode pri oblikovanju p-n stika. V nasprotju s tem katoda napetostnega vira, kjer pride do zmanjšanja, zagotavlja elektrone, ki se pošljejo na anodo diode.
Polvalni usmernik
Lahko študirate kakopolvalni usmernikiso povezani v vezja, da razumejo, kako delujejo. Polvalni usmerniki preklapljajo med pristranskostjo in vzvratno pristranskostjo na podlagi pozitivnega ali negativnega polovičnega cikla vhodnega izmeničnega vala. Ta signal pošlje na obremenitveni upor tako, da je tok, ki teče skozi upor, sorazmeren napetosti. To se zgodi zaradi Ohmovega zakona, ki predstavlja napetostVkot produkt tokajazin odpornostRv
V = IR
Napetost na obremenitvenem uporu lahko izmerite kot napajalno napetostVs, kar je enako izhodni enosmerni napetostiVven. Upor, povezan s to napetostjo, je odvisen tudi od diode samega vezja. Nato usmerniško vezje preklopi na vzvratno pristransko, pri čemer traja negativni polovični cikel vhodnega izmeničnega signala. V tem primeru skozi diodo ali vezje ne teče tok in izhodna napetost pade na 0. Izhodni tok je torej enosmeren.
Polnovalni usmerniški usmernik
•••Syed Hussain Ather
Polnovalni usmerniki, nasprotno, uporabljajo celoten cikel (s pozitivnimi in negativnimi polcikli) vhodnega AC signala. Štiri diode v polnovalnem usmerniškem vezju so razporejene tako, da kadar je vhod AC signala pozitiven, tok teče čez diodo odD1do obremenitvene odpornosti in nazaj skozi vir izmeničnega tokaD2. Ko je signal izmeničnega toka negativen, tok vzameD3-naloži-D4pot namesto tega. Upor obremenitve oddaja tudi enosmerno napetost iz polnovalnega usmernika.
Povprečna vrednost napetosti polnovalnega usmernika je dvakrat večja od vrednosti polvalnega usmernika inkorenska srednja kvadratna napetost, metoda merjenja izmenične napetosti polnovalnega usmernika je √2-krat večja od polvalnega usmernika.
Komponente in aplikacije usmernika
Večina elektronskih naprav v vašem gospodinjstvu uporablja izmenični tok, nekatere naprave, kot so prenosniki, ta tok pred uporabo pretvorijo v enosmerni tok. Večina prenosnih računalnikov uporablja vrsto napajanja s preklopnim načinom (SMPS), ki omogoča izhodni enosmerni napetosti več moči glede na velikost, stroške in težo adapterja.
SMPS delujejo z usmernikom, oscilatorjem in filtrom, ki krmilijo impulzno modulacijo širine (metoda za zmanjšanje moči električnega signala), napetosti in toka. Oscilator je vir izmeničnega signala, iz katerega lahko določite amplitudo toka in smer njegovega toka. Nato napajalnik prenosnika uporabi to za povezavo z izmeničnim virom in pretvori visoko izmenično napetost v nizko enosmerno napetost, obliko, s katero se lahko med polnjenjem napaja.
Nekateri usmerniški sistemi uporabljajo tudi glajevalni krog ali kondenzator, ki jim omogoča, da oddajajo konstantno napetost, namesto tiste, ki se spreminja skozi čas. Elektrolitski kondenzator gladilnih kondenzatorjev lahko doseže kapacitete med 10 do tisoč mikrofaradi (µF). Za večjo vhodno napetost je potrebno več kapacitivnosti.
Drugi usmerniki uporabljajo transformatorje, ki spreminjajo napetost z uporabo štirislojnih polprevodnikov, znanih kottiristorjipoleg diod. Ausmernik s krmiljenjem silicija, drugo ime za tiristor, uporablja katodo in anodo, ločeno z vrati in njenimi štirimi sloji, da ustvari dva p-n križišča, razporejena enega na drugega.
Uporaba usmerniških sistemov
Vrste usmerniških sistemov se razlikujejo glede na aplikacije, pri katerih morate spremeniti napetost ali tok. Poleg že obravnavanih aplikacij usmerniki najdejo uporabo v spajkalni opremi, električnem varjenju, AM radijskih signalih, impulznih generatorjih, multiplikatorjih napetosti in napajalnih vezjih.
Spajkalniki, ki se uporabljajo za povezavo delov električnih vezij, uporabljajo polvalne usmernike za eno smer vhodnega izmeničnega toka. Tehnike električnega varjenja, ki uporabljajo mostična usmerniška vezja, so idealni kandidati za zagotavljanje stabilne, polarizirane enosmerne napetosti.
AM radio, ki modulira amplitudo, lahko s pomočjo polvalnih usmernikov zazna spremembe v vhodu električnega signala. Impulzno generirajoča vezja, ki ustvarjajo pravokotne impulze za digitalna vezja, uporabljajo polvalne usmernike za spreminjanje vhodnega signala.
Usmerniki v napajalnih vezjih pretvorijo AC v DC iz različnih napajalnikov. To je koristno, saj se enosmerni tok običajno pošlje na velike razdalje, preden se pretvori v izmenični tok za gospodinjsko elektriko in elektronske naprave. Te tehnologije v veliki meri uporabljajo usmernik mosta, ki lahko obvladuje spremembo napetosti.