Hur fungerar en likriktare?

Du kanske undrar hur kraftledningar skickar elektriska strömmar över långa sträckor för olika ändamål. Och det finns olika "typer" av el. El som driver elektriska järnvägssystem kanske inte är lämplig för hushållsapparater som telefoner och TV-apparater. Likriktare hjälper till genom att konvertera mellan dessa olika typer av el.

Likriktare låter dig konvertera från växelström (AC) till likström (DC). AC är ström som växlar mellan att flyta bakåt och framåt med jämna mellanrum medan DC flyter i en enda riktning. De förlitar sig i allmänhet på en brygglikriktare eller en likriktardiod.

Alla likriktare använderP-N-korsningar, halvledaranordningar som låter elektrisk ström strömma i en enda riktning från bildandet av halvledare av p-typ med halvledare av n-typ. "P" -sidan har ett överskott av hål (platser där det inte finns några elektroner) så det är positivt laddat. "N" -sidan är negativt laddad med elektroner i deras yttre skal.

Många kretsar med denna teknik är byggda med en

Halvledare är material som låter ström flöda eftersom de är gjorda av metaller som gallium eller metalloider som kisel som är kontaminerade med material som fosfor som ett sätt att kontrollera nuvarande. Du kan använda en brygglikriktare för olika applikationer för ett stort antal strömmar.

Brolikriktare har också fördelen att de matar ut mer spänning och effekt än andra likriktare. Trots dessa fördelar lider brygglikriktare av att behöva använda fyra dioder med de extra dioderna jämfört med andra likriktare, vilket orsakar ett spänningsfall som minskar utspänningen.

Forskare och ingenjörer brukar använda kisel oftare än germanium för att skapa dioder. P-n-korsningar av kisel fungerar mer effektivt vid högre temperaturer än germanium. Kiselhalvledare låter elektrisk ström strömma lättare och kan skapas med lägre kostnader.

Dessa dioder utnyttjar p-n-korsningen för att omvandla växelström till likström som en slags elektrisk "omkopplare" som låter ström flyta antingen framåt eller bakåt baserat på p-n-korsningen riktning. Framåtförspända dioder låter ström fortsätta att strömma medan omvänd förspända dioder blockerar den. Det är detta som får kiseldioder att ha en framspänning på cirka 0,7 volt så att de bara låter ström strömma om det är mer än volt. För germaniumdioder är framspänningen 0,3 volt.

Anodanslutningen på ett batteri, elektrod eller annan spänningskälla där oxidation sker i en krets, förser hålen till katoden på en diod vid bildning av p-n-korsningen. Däremot ger katoden hos en spänningskälla, där reduktion sker, de elektroner som skickas till diodens anod.

Du kan studera hurhalvvågslikriktareär anslutna i kretsar för att förstå hur de fungerar. Halvvågslikriktare växlar mellan att vara förspänd och bakåtförspänd baserat på den positiva eller negativa halvcykeln för ingångs AC-vågen. Den skickar denna signal till ett belastningsmotstånd så att strömmen som strömmar genom motståndet är proportionell mot spänningen. Detta händer på grund av Ohms lag, som representerar spänningVsom produkten av strömmenJagoch motståndRi

Du kan mäta spänningen över belastningsmotståndet som matningsspänningV_s, vilket är lika med utgångens likspänningV_ut. Motståndet associerat med denna spänning beror också på dioden i själva kretsen. Därefter växlar likriktarkretsen till att vara förspänd bakåt i vilken den tar den negativa halvcykeln för ingångs AC-signalen. I detta fall flyter ingen ström genom dioden eller kretsen och utspänningen sjunker till 0. Utgångsströmmen är alltså enkelriktad.

•••Syed Hussain Ather

Fullvågslikriktare använder däremot hela cykeln (med positiva och negativa halvcykler) för ingångs AC-signalen. De fyra dioderna i en fullvågslikriktarkrets är ordnade så att, när växelsignalens ingång är positiv, strömmar strömmen över dioden frånD₁till lastmotståndet och tillbaka till växelströmskällan igenomD₂. När växelströmssignalen är negativ tar strömmenD₃-ladda-D₄väg istället. Lastmotståndet matar också ut DC-spänningen från fullvågslikriktaren.

Det genomsnittliga spänningsvärdet för en helvågslikriktare är dubbelt så hög som för en halvvågslikriktare ochrotmedelvärde kvadratisk spänning, en metod för mätning av växelspänning, för en fullvågslikriktare är √2 gånger den för en halvvågslikriktare.

De flesta elektroniska apparater i ditt hushåll använder växelström, men vissa enheter som bärbara datorer konverterar den här strömmen till likström innan den används. De flesta bärbara datorer använder en typ av Switched Mode Power Supply (SMPS) som låter utgångens DC-spänning mer kraft för adapterens storlek, kostnad och vikt.

SMPS arbetar med en likriktare, oscillator och filter som styr pulsbreddsmodulering (en metod för att minska effekten av en elektrisk signal), spänning och ström. Oscillatorn är en växelströmssignalkälla från vilken du kan bestämma strömens amplitud och den riktning den flyter. Den bärbara datorns nätadapter använder sedan denna för att ansluta till växelströmskällan och omvandlar hög växelspänning till låg likspänning, en form som den kan använda för att driva sig själv under laddning.

Vissa likriktarsystem använder också en utjämningskrets eller kondensator som låter dem mata ut en konstant spänning, istället för en som varierar över tiden. Den elektrolytiska kondensatorn för utjämningskondensatorer kan uppnå kapacitanser mellan 10 och tusentals mikrofarader (µF). Mer kapacitans är nödvändig för större ingångsspänning.

Andra likriktare använder transformatorer som förändrar spänningen med fyrskiktade halvledare som kallastyristorervid sidan av dioder. Akiselstyrd likriktare, ett annat namn för en tyristor, använder en katod och en anod åtskilda av en grind och dess fyra lager för att skapa två p-n-korsningar anordnade ovanpå varandra.

Typerna av likriktarsystem varierar mellan applikationer där du behöver ändra spänning eller ström. Förutom de applikationer som redan diskuterats hittar likriktare användning i lödutrustning, elektrisk svetsning, AM-radiosignaler, pulsgeneratorer, spänningsmultiplikatorer och strömförsörjningskretsar.

Lödkolvar som används för att ansluta delar av elektriska kretsar tillsammans använder halvvågslikriktare för en enda riktning för ingångsströmmen. Elektriska svetstekniker som använder brygglikriktarkretsar är idealiska kandidater för att tillhandahålla stabil, polariserad likspänning.

AM-radio, som modulerar amplituden, kan använda halvvågslikriktare för att upptäcka förändringar i elektrisk signalingång. Pulsgenererande kretsar, som genererar rektangulära pulser för digitala kretsar, använder halvvågslikriktare för att ändra ingångssignalen.

Likriktare i strömförsörjningskretsar omvandlar växelström till likström från olika strömförsörjningar. Detta är användbart eftersom DC vanligtvis skickas över långa sträckor innan den omvandlas till AC för hushållselektronik och elektroniska enheter. Dessa tekniker använder sig mycket av brygglikriktaren som kan hantera spänningsförändringen.