- Zařízení a konstrukční prvky
- Klasifikace výkonu
- Seznam hlavních charakteristik
- Princip činnosti
- Zařízení a princip činnosti diodového můstku
Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!
Hlavním účelem usměrňovacích diod je konverze napětí. Není to však jediná oblast použití těchto polovodičových prvků. Jsou instalovány ve spínacích a řídicích obvodech, používaných v kaskádových generátorech atd. Začátečníci budou mít zájem dozvědět se, jak jsou tyto polovodičové prvky uspořádány, stejně jako jejich princip fungování. Začněme obecnými charakteristikami.
Zařízení a konstrukční prvky
Hlavním konstrukčním prvkem je polovodič. Jedná se o křemíkovou nebo germaniovou krystalickou desku, která má dvě vodivé oblasti p a n. Vzhledem k této konstrukční funkci se nazývá rovinná.
Při výrobě polovodiče se krystal zpracovává následujícím způsobem: aby se získal povrch typu p, zpracovává se roztaveným fosforem a p-typ se zpracovává borem, indiem nebo hliníkem. Během tepelného zpracování jsou tyto materiály a krystal difúzní. Výsledkem je oblast s pn spojem mezi dvěma povrchy s různými elektrickými vodivostmi. Takto získaný polovodič je instalován v pouzdře. To zajišťuje ochranu krystalu před vnějšími faktory a přispívá k chladiči.
Legenda:
- A - výstupní katoda.
- B - držák krystalu (přivařený k tělu).
- C je krystal typu n.
- D je krystal typu p.
- E - vodič vedoucí k výstupu anody.
- F - izolátor.
- G - tělo.
- H - kolík anody.
Jak již bylo zmíněno, krystaly křemíku nebo germania se používají jako základ spojení pn. První z nich se používá mnohem častěji, což je dáno tím, že v prvcích germania je hodnota zpětných proudů mnohem vyšší, což významně omezuje přípustné zpětné napětí (nepřesahuje 400 V). Zatímco u silikonových polovodičů může tato charakteristika dosáhnout až 1500 V.
Pro germaniové prvky je rozsah pracovních teplot mnohem užší, pohybuje se od -60 ° C do 85 ° C. Při překročení horního teplotního prahu se zpětný proud prudce zvýší, což negativně ovlivňuje účinnost zařízení. Silikonové polovodiče mají horní prahovou hodnotu asi 125 ° C - 150 ° C.
Klasifikace výkonu
Výkon prvků je určen maximálním povoleným stejnosměrným proudem. V souladu s touto charakteristikou se přijímá následující klasifikace: \ t
- Nízkoproudé usměrňovací diody se používají v obvodech s proudem nejvýše 0, 3 A. Případ těchto zařízení je zpravidla vyroben z plastu. Jejich charakteristické rysy jsou nízká hmotnost a malé rozměry.
Nízkonapěťové usměrňovací diody - Zařízení určená pro průměrný výkon mohou pracovat s proudem v rozsahu 0, 3-10 A. Takové prvky jsou z větší části vyrobeny z kovového pouzdra a jsou vybaveny pevnými vodiči. Na jednom z nich, konkrétně na katodě, je závit, který umožňuje bezpečně upevnit diodu na radiátoru, který se používá pro odvod tepla.
Střední výkonová usměrňovací dioda - Výkonové polovodičové prvky, které jsou určeny pro stejnosměrný proud vyšší než 10 A. Taková zařízení jsou vyráběna v pouzdrech typu kov-keramika nebo kovového skla (A na obr. 4) nebo typu tablet (B).
Obr. 4. Vysoce výkonné usměrňovací diody
Seznam hlavních charakteristik
Níže je uvedena tabulka popisující základní parametry usměrňovacích diod. Tyto charakteristiky lze získat z datového listu (technický popis prvku). Většina radioamatérů se na tyto informace zpravidla odvolává v případech, kdy prvek uvedený v programu není k dispozici, což vyžaduje nalezení vhodného analoga.
Všimněte si, že ve většině případů, pokud je nutné najít analogovou diodu, bude prvních pět parametrů z tabulky dostačující. Je žádoucí vzít v úvahu rozsah provozní teploty prvku a frekvence.
Princip činnosti
Příkladem je nejjednodušší způsob, jak vysvětlit princip působení usměrňovacích diod. K tomu simulujeme jednoduchý půlvlnný usměrňovací obvod (viz obr. 6 na obr. 6), ve kterém je napájení napájeno ze zdroje střídavého proudu s napětím U IN (graf 2) a prochází VD k zátěži R.
Během kladného polovičního cyklu je dioda v otevřené poloze a prochází proudem samotným k zátěži. Když se jedná o záporný poloviční cyklus, zařízení je uzamčeno a do zátěže není dodáváno žádné napájení. To znamená, že záporná půlvlna je odříznuta (ve skutečnosti to není úplně pravda, protože v tomto procesu je vždy reverzní proud, její hodnota je určena charakteristikou I arr ).
V důsledku toho, jak je vidět z grafu (3), na výstupu získáme pulsy skládající se z kladných poločasů, tj. Stejnosměrného proudu. To je princip činnosti polovodičových prvků usměrňovače.
Všimněte si, že pulzní napětí na výstupu takového usměrňovače je vhodné pouze pro napájení nízkošumových zátěží, příkladem je nabíječka pro bateriovou baterii. V praxi se takový systém používá s výjimkou čínských výrobců s cílem maximalizovat náklady na své výrobky. Ve skutečnosti je jednoduchost konstrukce jediným pólem.
Nevýhody jedno-diodového usměrňovače zahrnují:
- Nízká účinnost, protože záporné poločasy jsou přerušeny, účinnost zařízení nepřesahuje 50%.
- Napětí na výstupu je přibližně poloviční než na vstupu.
- Vysoká hladina hluku, která se projevuje ve formě charakteristického hukotu s frekvencí síťového napájení. Její příčinou je asymetrická demagnetizace stupňovitého transformátoru (ve skutečnosti je proto lepší použít pro takové obvody kalící kondenzátor, který má také své negativní strany).
Všimněte si, že tyto nevýhody mohou být poněkud sníženy, proto stačí vytvořit jednoduchý filtr založený na vysokokapacitním elektrolytu (1 na Obr. 7).
Princip činnosti tohoto filtru je poměrně jednoduchý. Elektrolyt se nabíjí během kladného poločasu a vybíjí, když je zatáčka negativní. Kapacita v tomto případě by měla být dostatečná k udržení napětí na zátěži. V tomto případě budou impulsy poněkud vyhlazeny, přibližně jak je znázorněno na grafu (2).
Výše uvedené řešení situaci poněkud zlepší, ale ne moc, pokud je napájeno z takového polovodičového usměrňovače, například aktivních reproduktorů počítače, bude mít charakteristické pozadí. K vyřešení problému je zapotřebí radikálnějšího řešení, a to diodového můstku. Zvažte princip fungování tohoto systému.
Zařízení a princip činnosti diodového můstku
Základní rozdíl mezi takovým schématem (od půlvlny) je, že napětí aplikované na zátěž je aplikováno na každou polovinu periody. Obvod pro spínání polovodičových usměrňovacích prvků je uveden níže.
Jak je vidět z obrázku, čtyři obvody polovodičových usměrňovačů jsou zapojeny do obvodu, které jsou spojeny tak, že pouze dvě z nich pracují během každé poloviny periody. Uveďte podrobně, jak proces probíhá:
- Střídavé napětí Uin (2 na obr. 8) přichází do obvodu. Během kladného poločasu se vytvoří následující řetězec: VD4 - R - VD2. VD1 a VD3 jsou tedy v uzamčené poloze.
- Když nastane posloupnost záporného půlcyklu, vzhledem ke skutečnosti, že se mění polarita, vzniká řetězec: VD1 - R - VD3. V tomto okamžiku jsou VD4 a VD2 uzamčeny.
- Pro další období se cyklus opakuje.
Jak je vidět z výsledku (graf 3), do procesu se započítávají obě poločasy a bez ohledu na to, jak se mění vstupní napětí, prochází zátěž jedním směrem. Tento princip činnosti usměrňovače se nazývá full-wave. Jeho výhody jsou zřejmé, uvádíme je:
- Vzhledem k tomu, že se do práce zapojují obě poločasy, efektivita je podstatně zvýšena (téměř dvakrát).
- Zvlnění na výstupu můstkového obvodu také zdvojnásobuje frekvenci (ve srovnání s půlvlnným řešením).
- Jak je vidět z grafu (3), úroveň poklesů klesá mezi pulsy, resp. Bude pro filtr mnohem snazší je vyhladit.
- Velikost napětí na výstupu usměrňovače je přibližně stejná jako na vstupu.
Rušení z můstkového obvodu je zanedbatelné a při použití elektrolytické filtrační kapacity se stává ještě méně. Díky tomu může být takové řešení použito v napájecích zdrojích prakticky pro všechny amatérské rádiové struktury, včetně těch, které používají citlivou elektroniku.
Všimněte si, že není vůbec nutné použít čtyři usměrňovací polovodičové prvky, stačí, když hotovou sestavu vezmete do plastového pouzdra.
Tento případ má čtyři výstupy, dva na vstupu a stejný na výstupu. Nohy, ke kterým je připojeno střídavé napětí, jsou označeny písmeny „~“ nebo „AC“. Na výstupu je kladná noha označena symbolem „+“, resp. Negativně jako „-“.
Na schematickém diagramu je taková sestava obvykle označována jako kosočtverec, s grafickým zobrazením diod umístěné uvnitř.
Na otázku, zda je lepší použít sestavu nebo jednotlivé diody, nelze jednoznačně odpovědět. Pokud jde o funkčnost, není mezi nimi žádný rozdíl. Montáž je však kompaktnější. Na druhou stranu, pokud selže, pomůže vám pouze úplná náhrada. Pokud se v tomto případě použijí oddělené prvky, stačí nahradit chybnou usměrňovací diodu.