Rádio a elektrické zdroje takmer vždy používajú usmerňovače určené na prevod AC na DC. Je to spôsobené tým, že takmer všetky elektronické obvody a mnohé iné zariadenia musia byť napájané z DC zdrojov. Usmerňovač môže slúžiť akémukoľvek prvku s nelineárnou prúdovo-napäťovou charakteristikou, inými slovami, inak prúdiaci prúd v opačných smeroch. V moderných zariadeniach sa ako prvky zvyčajne používajú rovinné polovodičové diódy.
Obvodová polovodičová dióda.
Planárne polovodičové diódy
Spolu s dobrými vodičmi a izolátormi existuje mnoho látok, ktoré sú medzi týmito dvoma triedami v medziach vodivosti. Tieto látky sa nazývajú polovodiče. Odolnosť čistého polovodiča sa znižuje so zvyšujúcou sa teplotou, na rozdiel od kovov, ktorých odpor sa za týchto podmienok zvyšuje.
Pridaním malého množstva nečistôt do čistého polovodiča je možné podstatne zmeniť jeho vodivosť. Existujú dve triedy týchto nečistôt:
Obrázok 1. Planárna dióda: a. prístrojová dióda; b. označenie diód v elektrických obvodoch; v. vzhľad planárnych diód rôzneho výkonu.
- Donor - konvertujúci čistý materiál na polovodič typu n, obsahujúci nadbytok voľných elektrónov. Tento typ vodivosti sa nazýva elektronický.
- Akceptor - konverzia rovnakého materiálu na polovodič typu p, ktorý má umelo vytvorený nedostatok voľných elektrónov. Vodivosť takéhoto polovodiča sa nazýva diera. "Hole" - miesto, ktoré opustilo elektrón, sa správa ako pozitívny náboj.
Vrstva na hranici polovodičov typu p a n (pn križovatka) má jednostrannú vodivosť - prúd dobre prúdi v jednom (dopredu) smere a veľmi zle v opačnom (opačnom) smere. Zariadenie planárnej diódy je znázornené na obr. Báza je polovodičová platňa (germánium) s malým množstvom donorovej nečistoty (n-typ), na ktorej je umiestnený kus india, čo je akceptorová nečistota.
Po zahriatí sa indium difunduje do priľahlých oblastí polovodiča a mení ich na polovodiče typu p. Na hranici regiónov s dvomi typmi vodivosti sa vyskytuje spojenie pn. Výstup spojený s polovodičom typu p sa nazýva anóda výslednej diódy, opačná - jej katóda. Obrázok polovodičovej diódy na schémach zapojenia je znázornený na obr. 1b, vzhľad planárnych diód rôzneho výkonu - na obr. 1c.
Najjednoduchší usmerňovač
Obrázok 2. Aktuálne charakteristiky v rôznych obvodoch.
Prúd prúdiaci v konvenčnej svetelnej sieti je variabilný. Jeho veľkosť a zmena smeru 50-krát za jednu sekundu. Graf jeho napätia v závislosti od času je znázornený na obr. 2a. Pozitívne polčasy sú znázornené červenou farbou, negatívne v modrej farbe.
Pretože hodnota prúdu sa mení od nuly po maximálnu (amplitúdovú) hodnotu, zavádza sa koncept efektívneho prúdu a napätia. Napríklad v osvetľovacej sieti, efektívna hodnota napätia 220 V - v ohrievači obsiahnutom v tejto sieti sa generuje rovnaké teplo na rovnaké časové obdobia ako v tom istom zariadení v okruhu 220 V DC.
V skutočnosti sa však napätie v sieti pohybuje v rozsahu 0, 02 s nasledovným:
- prvý štvrťrok tohto obdobia (obdobie) sa zvýši z 0 na 311 V;
- druhý štvrťrok - klesá z 311 V na 0;
- tretí štvrťrok - klesá z 0 na 311 V;
- posledný štvrťrok sa zvyšuje z 311 V na 0.
V tomto prípade je 311 V amplitúda napätia U® . Amplitúda a efektívne (U) napätie sú prepojené vzorcom: \ t
U o = √2 * U.
Obrázok 3. Diodový mostík.
Keď je na obvod pripojený striedavý prúd sériovo zapojenej diódy (VD) a záťaže (obr. 2b), prúdi ním prúd iba v priebehu kladných polovičných periód (obr. 2c). Toto sa deje v dôsledku jednostranného vedenia diódy. Takýto usmerňovač sa nazýva polvlna - jedna polovica periódy prúdu v obvode je počas druhej - chýba.
Prúd tečúci zaťažením v takomto usmerňovači nie je konštantný, ale pulzujúci. Ak ho chcete otočiť takmer na konštantnú hodnotu, môžete paralelne zapnúť s filtrom záťažového kondenzátora Cf dostatočne veľkú kapacitu. Počas prvej štvrtiny periódy sa kondenzátor nabije na hodnotu amplitúdy a v intervaloch medzi pulzáciami sa vybije na záťaž. Napätie sa stáva takmer konštantným. Vplyv vyhladenia je silnejší, čím väčšia je kapacita kondenzátora.
Diodový mostík
Perfektnejšia je úplná vlnová rovnacia schéma, keď sa používajú pozitívne aj negatívne polperiódy. Existuje niekoľko druhov takýchto systémov, ale najčastejšie sa používa dlažba. Schéma diódového mostíka je znázornená na obr. 3c. Na nej červená čiara ukazuje, ako prúd preteká záťažou počas kladnej a modrej zápornej polovičnej periódy.
Obrázok 4. Obvod 12 V s usmerňovačom s použitím diódového mostíka.
Prvá aj druhá polovica periódy, prúd cez záťaž prúdi v rovnakom smere (obr. 3b). Počet pulzácií po dobu jednej sekundy nie je 50, ako pri napoly vlnovom narovnaní, ale 100. Preto s rovnakou kapacitou kondenzátora filtra bude vyhladzovací efekt výraznejší.
Ako môžete vidieť, na vybudovanie diódového mostíka sú potrebné 4 diódy - VD1-VD4. Doteraz boli v princípe znázornené diódové mostíky, ako je znázornené na obr. 3c. V súčasnosti je obrázok znázornený na obr. 3g. Hoci na ňom je len jeden obraz diód, nemali by sme zabúdať, že most pozostáva zo štyroch diód.
Mostný obvod je často zostavený z jednotlivých diód, niekedy sa však používajú monolitické sústavy diód. Ľahšie sa montujú na dosku, ale ak zlyhá jedno rameno mosta, celá zostava sa nahradí. Vyberte diódy, z ktorých je most namontovaný, na základe veľkosti prúdu, ktorý nimi preteká, a veľkosti prípustného spätného napätia. Tieto údaje vám umožňujú získať pokyny k diódam alebo referenčným knihám.
Úplná schéma 12 voltového usmerňovača s použitím diódového mostíka je znázornená na obr. 4. T1 je redukčný transformátor, ktorého sekundárne vinutie poskytuje napätie 10-12 V. Poistka FU1 je z hľadiska bezpečnosti dôležitým detailom a nemala by sa zanedbávať. Značka diódy VD1-VD4, ako už bolo uvedené, je určená množstvom prúdu, ktorý bude spotrebovaný z usmerňovača. Kondenzátor C1 - elektrolytický, s kapacitou 1000.0 mikrofarád alebo vyššou pri napätí nie menšom ako 16 V.
Výstupné napätie je pevné, jeho hodnota závisí od zaťaženia. Čím väčší je prúd, tým menšia je veľkosť tohto napätia. Na získanie nastaviteľného a stabilného výstupného napätia sa vyžaduje zložitejší obvod. Prijímajte nastaviteľné napätie z obvodu znázorneného na obr. 4 dvoma spôsobmi:
- Aplikáciou na primárne vinutie transformátora T1 nastaviteľné napätie, napríklad z LATR.
- Po vykonaní niekoľkých odbočiek zo sekundárneho vinutia transformátora, resp.