Fyzikální vlastnosti pn křižovatky
Hlavním prvkem používaným při vytváření uzlu usměrňovače je dioda. Základem jeho práce je přechod elektron-díra (pn).
Obecně přijímaná definice říká: pn křižovatka je oblast prostoru lokalizovaného na křižovatce dvou polovodičů různých typů. V tomto prostoru se vytváří přechod typu n na typ p. Hodnota vodivosti závisí na atomové struktuře materiálu, konkrétně na tom, jak silně atomy drží elektrony. Atomy v polovodičích jsou uspořádány v mřížce a elektrony jsou k nim připojeny elektrochemickými silami. Tento materiál je sám o sobě dielektrikem. On nebo špatně vede proud, nebo jej vůbec nevede. Pokud se však k mřížce (dopingu) přidávají atomy určitých prvků, mění se dramaticky fyzikální vlastnosti takového materiálu.
Smíšené atomy se začnou tvořit v závislosti na jejich povaze, volných elektronech nebo dírách. Vytvořený přebytek elektronů tvoří záporný náboj a otvory - pozitivní.
Nadměrné nabití jednoho znamení způsobí, že se dopravci navzájem odrazí, zatímco oblast s opačným nábojem je přitahuje. Elektron, pohybující se, zabírá prostor, díru. Zároveň ve svém starém místě také tvoří díru. Výsledkem jsou dva proudy pohybu nábojů: jeden hlavní a jeden obrácený. Materiál s negativním nábojem používá jako hlavní nosiče elektrony, nazývá se polovodič typu n a s kladným nábojem, který používá otvory typu p. V polovodičích obou typů tvoří menší náboje proud opačný k pohybu hlavních nábojů.
V elektronice od materiálů k vytvoření pn křižovatce, germanium a křemík jsou používány. Když jsou tyto krystaly dopovány, vytvoří se polovodič s různými vodivostmi. Například zavedení boru vede ke vzniku volných otvorů a vzniku vodivosti typu p. Přidání fosforu naopak vytvoří elektrony a polovodič se stane n-typem.
Princip činnosti diody
Dioda je polovodičové zařízení, které má nízký odpor proudu v jednom směru a zabraňuje jeho průchodu v opačném směru. Fyzicky, dioda sestává z jednoho pn křižovatky. Strukturálně je to prvek obsahující dva výstupy. Výstup připojený k oblasti p se nazývá anoda a spojení s oblastí n se nazývá katoda.
Když dioda je v provozu, tam jsou tři jeho stavů: \ t
- na svorkách není žádný signál;
- je pod přímým potenciálem;
- jedná se o působení zpětného potenciálu.
Přímý potenciál je takový signál, když je kladný pól zdroje energie připojen k polovodičové oblasti typu p, jinými slovy, polarita vnějšího napětí se shoduje s polaritou hlavních nosičů. Při opačném potenciálu je záporný pól připojen k oblasti p a pozitivní k n.
Existuje potenciální bariéra v oblasti skládání materiálu typu n a p. Je tvořen rozdílem kontaktního potenciálu a je ve vyváženém stavu. Výška bariéry nepřesahuje desetiny voltu a brání pohybu nosičů náboje do materiálu.
Pokud je k zařízení připojeno stejnosměrné napětí, potenciální bariéra se snižuje a nemá téměř žádný odpor vůči proudu proudu. Jeho hodnota se zvyšuje a závisí pouze na odporu p- a n-oblasti. Když je aplikován reverzní potenciál, bariéra se zvyšuje, jak elektrony opouštějí n-oblast, a otvory opouštějí oblast p. Vrstvy jsou vyčerpány a zvyšuje se odolnost bariéry proti průchodu proudu.
Hlavním indikátorem prvku je charakteristika napětí a napětí. Ukazuje vztah mezi potenciálem, který je na něj aplikován, a proudem, který jím protéká. Tato charakteristika je znázorněna ve formě grafu, na kterém je indikován dopředný a zpětný proud.
Jednoduchý obvod usměrňovače
Sínusové napětí je periodický signál, který se mění v čase. Z matematického hlediska je popsána funkce, ve které počátek souřadnic odpovídá času rovnému nule. Signál se skládá ze dvou polovičních vln. Poloviční vlna v horní části souřadnic vzhledem k nule se nazývá kladná polovina periody a v dolní části negativní.
Když střídavé napětí je aplikováno na diodu přes zátěž připojenou k jeho terminálům, proud začne proudit. Tento proud je dán tím, že v okamžiku přijetí kladné poloviny vstupního signálu se dioda otevře. V tomto případě se na anodu aplikuje kladný potenciál a na katodu se aplikuje negativní potenciál. Když se vlna změní na zápornou půlperiodu, dioda se zablokuje, protože se mění polarita signálu na jejích svorkách.
Ukazuje se tedy, že dioda, jako by přerušila zápornou půlvlnu, neprošla zátěží a pulzující proud pouze jedné polarity. V závislosti na frekvenci použitého napětí a pro průmyslové sítě je to 50 Hz, mění se také vzdálenost mezi pulsy. Tento typ proudu se nazývá rektifikovaný a samotný proces se nazývá půlvlnná rektifikace.
Odstraněním signálu pomocí jedné diody je možné napájet zátěž, která nevyžaduje speciální požadavky na kvalitu napětí. Například vlákno. Pokud se však krmíte například přijímačem, objeví se nízkofrekvenční šum, jehož zdrojem bude mezera, která vzniká mezi pulsy. Do jisté míry se kondenzátor zapojený paralelně s diodou používá k odstranění nevýhod polovodičové rektifikace spolu s diodou. Tento kondenzátor bude nabíjen, když jsou pulsy přijímány a vybíjeny, když nejsou v zátěži. To znamená, že čím větší je hodnota kapacity kondenzátoru, tím více proudu bude při zátěži vyhlazeno.
Nejvyšší kvality signálu však lze dosáhnout, pokud se pro opravu použijí dvě poloviční vlny. Zařízení, které umožňuje, aby bylo realizováno, se nazývá diodový můstek nebo jiným způsobem - usměrňovač.
Diodový most
Takové zařízení je elektrické zařízení používané k převodu AC na DC. Fráze “diodový můstek” je tvořen od slova “dioda”, který zahrnuje použití diod v tom. Obvod můstku usměrňovače závisí na síti AC, ke které je připojen. Síť může být:
- jedna fáze;
- tři fáze.
V závislosti na tom se můstek usměrňovače nazývá Gretzův most nebo usměrňovač Larionov. V prvním případě se použijí čtyři diody a ve druhé se zařízení montuje na šest.
První okruh usměrňovače byl sestaven na rádiových trubkách a byl považován za obtížné a nákladné řešení. S rozvojem technologie polovodičů však diodový můstek zcela nahradil alternativní metody opravy signálu. Místo diod zřídka, ale stále používá selenové kolony.
Konstrukce a vlastnosti zařízení
Konstrukčně je můstek usměrňovače vyroben ze sady jednotlivých diod nebo lisovaného pouzdra se čtyřmi vodiči. Tělo může být ploché nebo válcové. Podle přijaté normy jsou kolíky připojení střídavého napětí a výstupní konstantní signál označeny na skříni přístroje. Usměrňovače s pouzdrem s otvorem jsou určeny pro montáž na radiátor. Hlavní charakteristiky můstku usměrňovače jsou:
- Největší dopředné napětí . Toto je maximální hodnota, při které parametry zařízení nepřesahují přípustné limity.
- Největší přípustné zpětné napětí . Toto je maximální impulsní napětí, při kterém je můstek dlouhý a spolehlivý.
- Největší náprava pracovního proudu . Označuje průměrný proud protékající mostem.
- Maximální frekvence . Frekvence napětí aplikovaná na můstek, na kterém zařízení pracuje efektivně a nepřekračuje přípustné vytápění.
Překročení hodnot charakteristik usměrňovače vede k prudkému snížení jeho životnosti nebo rozbití pn spojů. Je třeba poznamenat, že všechny parametry diod jsou indikovány pro okolní teplotu 20 stupňů. Nevýhody použití můstkového usměrňovacího obvodu zahrnují vyšší pokles napětí ve srovnání s půlvlnným obvodem a nižší hodnotu účinnosti. Ke snížení ztrát a snížení topných můstků se často používají rychlé Schottkyho diody.
Schéma zapojení zařízení
U elektrických obvodů a desek s plošnými spoji je diodový usměrňovač označen jako dioda nebo latinka. Je-li usměrňovač sestaven z jednotlivých diod, pak je vedle každého umístěno označení VD a číslo udávající pořadové číslo diody v obvodu. VDS nebo BD nápisy se používají jen zřídka.
Diodový usměrňovač může být připojen přímo k 220-voltové síti nebo po kroku-down transformátoru, ale jeho spínací obvod zůstává nezměněn.
Když signál dorazí v každém z polovičních cyklů, proud může protékat pouze přes dvojici diod, a opačný pár bude k němu uzamčen. Pro kladnou poloviční periodu budou VD2 a VD3 otevřené a pro negativní VD1 a VD4. Výsledkem bude konstantní signál, ale jeho vlnová frekvence bude zdvojnásobena. Aby se zmenšilo zvlnění výstupního signálu, používá se, jako v případě jediné diody, paralelní spojení kondenzátoru C1. Tento kondenzátor se také nazývá vyhlazování.
Stává se však, že diodový můstek je umístěn nejen v proměnné síti, ale je také připojen k již opravené síti. Proč v takovém okruhu potřebujeme diodový můstek, bude jasné, zda budeme věnovat pozornost tomu, jaké systémy takové začlenění používají. Tato schémata jsou spojena s použitím citlivých rádiových prvků pro změnu polarity napájecího zdroje. Použití můstku umožňuje jednoduchou, ale účinnou ochranu. V případě chybného spojení polarity napájení nebudou rádiové prvky instalované za mostem selhat.
Kontrola stavu
Tento typ elektronického zařízení může být zkontrolován bez pájení z obvodu, protože v provedeních zařízení není použit posun. V případě usměrňovače sestaveného z diod se každá dioda kontroluje samostatně. V případě monolitického případu se provádí měření všech čtyř zjištění.
Podstata zkoušky je omezena na číselník s multimetrovou diodou pro zkrat. K tomu se provádějí následující akce:
- Multimetr přepne na diodový stavec nebo odporový režim.
- Zástrčka jednoho vodiče (černá) se zasune do společné zásuvky testeru a druhá (červená) do zásuvky kontroly odporu.
- Dotkněte se černého drátu, dotkněte se první nohy a sondy červeného drátu do třetího kolíku. Tester by měl ukazovat nekonečno, a pokud změníte polaritu vodičů, multimetr zobrazí odpor přechodu.
- Minus tester sloužil na čtvrté noze plus třetina. Multimetr ukazuje odpor, když mění polaritu nekonečna.
- Mínus na první noze plus druhý. Tester bude zobrazovat otevřený přechod, zatímco se změní.
Taková zkušební svědectví hovoří o použitelnosti usměrňovače. V nepřítomnosti multimetru můžete použít konvenční voltmetr. Bude však muset zapojit napájení do obvodu a změřit napětí na vyhlazovacím kondenzátoru. Jeho hodnota by měla překročit 1, 4násobek.