Як працює випрямляч?

Ви можете здивуватися, як лінії електропередач передають електричний струм на великі відстані для різних цілей. І існують різні «види» електроенергії. Електроенергія, яка живить електричні залізничні системи, може бути непридатною для побутових приладів, таких як телефони та телевізори. Випрямлячі допомагають, перетворюючи між цими різними типами електроенергії.

Випрямлячі дозволяють вам перетворити змінний струм (змінний) на постійний (постійний). Змінний струм - це струм, який перемикається між потоком назад і вперед через рівні проміжки часу, в той час як постійний струм тече в одному напрямку. Як правило, вони покладаються на мостовий випрямляч або випрямний діод.

Всі випрямлячі використовуютьP-N перехрестя, напівпровідникові прилади, які пропускають електричний струм лише в одному напрямку від утворення напівпровідників p-типу з напівпровідниками n-типу. Сторона "р" має надлишок дірок (місць, де відсутні електрони), тому вона позитивно заряджена. Сторона "n" негативно заряджена електронами у своїх зовнішніх оболонках.

Багато ланцюгів з цією технологією побудовано за допомогоюмостовий випрямляч. Мостові випрямлячі перетворюють змінний в постійний струм, використовуючи свою систему діодів, виготовлених з напівпровідникового матеріалу, або в напівхвилі метод, який випрямляє один напрямок сигналу змінного струму, або метод повних хвиль, який випрямляє обидва напрямки входу Змінного струму

Напівпровідники - це матеріали, які пропускають струм, оскільки вони виготовлені з таких металів, як галій або металоїди, такі як кремній, які забруднені такими матеріалами, як фосфор, як засіб контролю струм. Ви можете використовувати мостовий випрямляч для різних застосувань для широкого діапазону струмів.

Мостові випрямлячі також мають ту перевагу, що видають більше напруги та потужності, ніж інші випрямлячі. Незважаючи на ці переваги, мостові випрямлячі страждають від необхідності використання чотирьох діодів з додатковими діодами порівняно з іншими випрямлячами, що спричиняє падіння напруги, що зменшує вихідну напругу.

Вчені та інженери зазвичай використовують кремній частіше, ніж германій, для створення діодів. Кремнієві p-n-з'єднання ефективніше працюють при більш високих температурах, ніж германієві. Кремнієві напівпровідники пропускають електричний струм легше і можуть створюватися з меншими витратами.

Ці діоди використовують перевагу p-n-переходу для перетворення змінного струму в постійний як свого роду електричний "перемикач" що дозволяє струму протікати в прямому або зворотному напрямку на основі p-n переходу напрямку. Вперед зміщені діоди дозволяють струму продовжувати текти, тоді як зворотно зміщені діоди блокують його. Це те, що змушує діоди кремнію мати пряму напругу близько 0,7 вольт, так що вони пропускають струм лише тоді, коли він перевищує вольт. Для діодів германію пряма напруга становить 0,3 вольта.

Анодна клема акумулятора, електрода або іншого джерела напруги, де відбувається окислення в ланцюзі, подає отвори на катод діода, формуючи p-n-перехід. На відміну від цього, катод джерела напруги, де відбувається зменшення, забезпечує електрони, які направляються на анод діода.

Ви можете вивчити якнапівхвильові випрямлячіпідключені до ланцюгів, щоб зрозуміти, як вони працюють. Напівхвильові випрямлячі перемикаються між зміщеними вперед та зворотними з урахуванням позитивного або негативного напівперіоду вхідної хвилі змінного струму. Він посилає цей сигнал на навантажувальний резистор таким чином, що струм, що протікає через резистор, пропорційний напрузі. Це відбувається через закон Ома, який представляє напругуVяк добуток струмуЯі опірРв

Ви можете виміряти напругу на навантажувальному резисторі як напругу живленняV_s, що дорівнює вихідній постійній напрузіV_{назовні}. Опір, пов'язаний з цією напругою, також залежить від діода самої схеми. Потім ланцюг випрямляча перемикається на зворотне зміщення, в якому він приймає негативний півцикл вхідного сигналу змінного струму. У цьому випадку через діод або ланцюг не протікає струм, а вихідна напруга падає до 0. Тоді вихідний струм односпрямований.

•••Саєд Хуссейн Атер

Повнохвильові випрямлячі, навпаки, використовують весь цикл (з позитивним і негативним півциклами) вхідного сигналу змінного струму. Чотири діоди в повно хвильовій схемі випрямляча розташовані таким чином, що коли вхідний сигнал змінного струму позитивний, струм протікає через діод відD₁до опору навантаження і назад до джерела змінного струму черезD₂. Коли сигнал змінного струму негативний, струм приймаєD₃-завантажити-D₄шлях замість цього. Опір навантаження також виводить напругу постійного струму від повного хвильового випрямляча.

Середнє значення напруги повного хвильового випрямляча вдвічі більше значення напівхвильового випрямляча ісередня квадратична напруга, метод вимірювання напруги змінного струму повноволнового випрямляча в 2 рази перевищує рівень напівхвильового випрямляча.

Більшість електронних приладів у вашому домогосподарстві використовують змінний струм, але деякі пристрої, такі як ноутбуки, перетворюють цей струм у постійний струм перед використанням. У більшості ноутбуків використовується тип імпульсного джерела живлення (SMPS), що дозволяє вихідній напрузі постійного струму отримувати більше потужності для розміру, вартості та ваги адаптера.

SMPS працюють з використанням випрямляча, генератора та фільтра, що контролюють широтно-імпульсну модуляцію (метод зменшення потужності електричного сигналу), напруги та струму. Генератор - це джерело сигналу змінного струму, з якого можна визначити амплітуду струму та напрямок, на який він тече. Потім адаптер змінного струму ноутбука використовує це для підключення до джерела змінного струму і перетворює високу напругу змінного струму в низьку напругу постійного струму, яку він може використовувати для самостійного живлення під час зарядки.

Деякі випрямлячі системи також використовують згладжувальний контур або конденсатор, що дозволяє їм виводити постійну напругу, замість тієї, яка змінюється з часом. Електролітичний конденсатор згладжуючих конденсаторів може досягти ємності від 10 до тисяч мікрофарад (мкФ). Для більшої вхідної напруги необхідна більша ємність.

Інші випрямлячі використовують трансформатори, які змінюють напругу за допомогою чотиришарових напівпровідників, відомих яктиристорипоряд з діодами. Aвипрямляч з керованим кремнієм, інша назва тиристора, використовує катод та анод, розділені затвором та його чотирма шарами, щоб створити два p-n переходи, розташовані один на одному.

Типи випрямних систем різняться залежно від застосувань, в яких вам потрібно змінити напругу або струм. На додаток до вже обговорених застосувань, випрямлячі знаходять застосування в паяльному обладнанні, електрозварюванні, радіосигналах АМ, генераторах імпульсів, помножувачах напруги та ланцюгах живлення.

Паяльники, які використовуються для з'єднання частин електричних ланцюгів, використовують напівхвильові випрямлячі для одного напрямку вхідного змінного струму. Методи електричного зварювання, що використовують схеми мостових випрямлячів, є ідеальними кандидатами для забезпечення стабільної, поляризованої напруги постійного струму.

AM радіо, яке модулює амплітуду, може використовувати напівхвильові випрямлячі для виявлення змін на вході електричного сигналу. Схеми генерації імпульсів, які генерують прямокутні імпульси для цифрових схем, використовують напівхвильові випрямлячі для зміни вхідного сигналу.

Випрямлячі в ланцюгах живлення перетворюють змінне в постійне від різних джерел живлення. Це корисно, оскільки постійний струм зазвичай передається на великі відстані, перш ніж він перетворюється на змінний струм для побутової електроенергії та електронних пристроїв. Ці технології чудово використовують мостовий випрямляч, який може впоратися зі зміною напруги.