Rádio a elektrické zdroje téměř vždy používají usměrňovače určené k převodu AC na DC. To je dáno tím, že téměř všechny elektronické obvody a mnoho dalších zařízení musí být napájeno z DC zdrojů. Usměrňovač může sloužit jakémukoliv prvku s nelineárním proudovým napětím, jinými slovy, proudící v opačném směru. V moderních zařízeních se jako takové prvky obvykle používají rovinné polovodičové diody.
Obvodová polovodičová dioda.
Planární polovodičové diody
Spolu s dobrými vodiči a izolátory existuje mnoho látek, které jsou mezi těmito dvěma třídami ve vodivosti. Tyto látky se nazývají polovodiče. Odpor čistého polovodiče se s rostoucí teplotou snižuje, na rozdíl od kovů, jejichž odpor se za těchto podmínek zvyšuje.
Přidáním malého množství nečistoty do čistého polovodiče lze podstatně změnit jeho vodivost. Existují dvě třídy těchto nečistot:
Obrázek 1. Planární dioda: a. Obr. dioda zařízení; b. označení diod v elektrických obvodech; v vzhled planárních diod různých výkonů.
- Donor - konvertující čistý materiál na polovodič typu n, obsahující přebytek volných elektronů. Tento typ vodivosti se nazývá elektronický.
- Akceptor - konverze stejného materiálu na polovodič typu p, který má uměle vytvořený nedostatek volných elektronů. Vodivost takového polovodiče se nazývá díra. "Díra" - místo, které opustilo elektron, se chová jako pozitivní náboj.
Vrstva na hranici polovodičů typu p a n (pn křižovatka) má jednosměrnou vodivost - dobře proudí v jednom (dopředném) směru a velmi špatně v opačném (opačném) směru. Zařízení planární diody je znázorněno na obr. La. Báze je polovodičová deska (germanium) s malým množstvím nečistoty dárce (n-typ), na které je umístěn kus india, což je akceptorová nečistota.
Po zahřátí difunduje indium do přilehlých oblastí polovodiče a mění je na polovodiče typu p. Na hranici oblastí se dvěma typy vodivosti dochází k pn křižovatce. Výstup spojený s polovodičem typu p se nazývá anoda výsledné diody, opačná - její katoda. Obrázek polovodičové diody na schématech zapojení je znázorněn na Obr. 1b, vzhled planárních diod různých výkonů - na Obr. Lc.
Nejjednodušší usměrňovač
Obrázek 2. Proudové charakteristiky v různých obvodech.
Proud tekoucí v běžné síti osvětlení je variabilní. Její velikost a směr změny se během jedné sekundy 50krát změní. Graf jeho napětí versus čas je znázorněn na Obr. 2a Pozitivní poločasy jsou zobrazeny červeně, negativní v modré barvě.
Protože se aktuální hodnota mění od nuly do maximální (amplitudové) hodnoty, zavádí se koncept účinného proudu a napětí. Například v osvětlovací síti, efektivní hodnota napětí 220 V - v ohřívači obsaženém v této síti je stejné teplo generováno po stejnou dobu jako ve stejném zařízení v okruhu 220 V DC.
Ve skutečnosti se však napětí v síti pohybuje v rozsahu 0, 02 s následujícími hodnotami:
- první čtvrtletí tohoto období (období) se zvyšuje z 0 na 311 V;
- druhé čtvrtletí období - klesá z 311 V na 0;
- třetí čtvrtletí období - klesá z 0 na 311 V;
- poslední čtvrtletí období se zvyšuje z 311 V na 0.
V tomto případě je 311 V amplituda napětí U® . Amplituda a efektivní (U) napětí jsou propojeny vzorcem:
U o = √2 * U.
Obrázek 3. Diodový můstek.
Když je k obvodu připojen střídavý proud sériově zapojené diody (VD) a zátěže (obr. 2b), proud protéká pouze během kladných poločasů (obr. 2c). To se děje díky jednostrannému vedení diody. Takový usměrňovač se nazývá půlvlna - polovina doby, po kterou je proud v obvodu během druhé, chybí.
Proud tekoucí zátěží v takovém usměrňovači není konstantní, ale pulzující. Pro její téměř konstantní nastavení lze paralelně zapnout filtr zátěžového kondenzátoru Cf dostatečně velký. Během prvního čtvrtletí periody se kondenzátor nabíjí na hodnotu amplitudy a v intervalech mezi pulzacemi se vybíjí do zátěže. Napětí se stává téměř konstantní. Vliv vyhlazování je silnější, čím větší je kapacita kondenzátoru.
Obvod diodového můstku
Dokonalejší je schéma rovnání v celé vlně, kdy se používají kladné i záporné poločasy. Existuje několik druhů těchto systémů, ale nejčastěji se používá dlažba. Schéma diodového můstku je znázorněno na Obr. 3c. Červená čára na něm ukazuje, jak proud protéká zátěží během kladných a modrých záporných poločasů.
Obrázek 4. Obvod usměrňovače 12 V s použitím diodového můstku.
Jak první, tak druhá polovina periody proudí proudem ve stejném směru (obr. 3b). Počet pulzací po dobu jedné sekundy není 50, jako je tomu u napůl vlnového narovnávání, ale 100. V souladu s tím bude při stejné kapacitní kapacitě filtračního kondenzátoru výraznější vyhlazovací efekt.
Jak vidíte, pro vybudování diodového můstku jsou potřeba 4 diody - VD1-VD4. Dříve byly v principu znázorněny diodové můstky, jak je znázorněno na obr. 1 a 2. 3c. V současné době je obrázek znázorněný na Obr. 3g. Ačkoli na něm je jen jeden obraz diody, neměli bychom zapomenout, že most se skládá ze čtyř diod.
Mostní obvod je často sestaven z jednotlivých diod, ale někdy se používají monolitické diodové sestavy. Snadněji se montují na desku, ale pokud selže jedno rameno mostu, vymění se celá sestava. Zvolte diody, ze kterých je můstek namontován, na základě velikosti proudu, který jimi protéká, a velikosti přípustného zpětného napětí. Tato data umožňují získat pokyny k diodám nebo referenčním knihám.
Kompletní schéma 12 voltového usměrňovače s použitím diodového můstku je znázorněno na Obr. 4. T1 je sestupný transformátor, jehož sekundární vinutí poskytuje napětí 10-12 V. Pojistka FU1 je z hlediska bezpečnosti významným detailem a nesmí být zanedbávána. Značka diod VD1-VD4, jak již bylo zmíněno, je určena množstvím proudu, který bude spotřebován od usměrňovače. Kondenzátor C1 - elektrolytický, s kapacitou 1000.0 mikrofaradů nebo vyšší pro napětí ne nižší než 16 V.
Výstupní napětí je pevné, jeho hodnota závisí na zátěži. Čím větší je proud, tím menší je velikost tohoto napětí. Pro dosažení nastavitelného a stabilního výstupního napětí je zapotřebí složitější obvod. Přijměte nastavitelné napětí z obvodu znázorněného na Obr. 4 dvěma způsoby:
- Použitím na primární vinutí transformátoru T1 nastavitelné napětí, například od LATR.
- Po provedení několika odboček ze sekundárního vinutí transformátoru, resp.