Радио и електрическо захранване почти винаги използват токоизправители, предназначени за преобразуване на AC в DC. Това се дължи на факта, че почти всички електронни схеми и много други устройства трябва да се захранват от източници на постоянен ток. Токоизправител може да обслужва всеки елемент с нелинейна токово-напрежение, с други думи, различен поток в противоположни посоки. В съвременните устройства като такива елементи обикновено се използват равнинни полупроводникови диоди.
Верига полупроводникови диоди.
Равнинни полупроводникови диоди
Заедно с добри проводници и изолатори, има много вещества, които са междинни по проводимост между тези два класа. Тези вещества се наричат полупроводници. Съпротивлението на чист полупроводник намалява с повишаването на температурата, за разлика от металите, чието съпротивление се увеличава при тези условия.
Чрез добавяне на малко количество примеси към чист полупроводник може да се промени съществено неговата проводимост. Има два класа на такива примеси:
Фигура 1. Планарният диод: a. устройство диод; б. обозначаване на диоди в електрически вериги; инча поява на равнинни диоди с различна мощност.
- Донор - преобразуване на чист материал в n-тип полупроводник, съдържащ излишък от свободни електрони. Този тип проводимост се нарича електронен.
- Acceptor - преобразуване на същия материал в p-тип полупроводник, който има изкуствено създадена липса на свободни електрони. Проводимостта на такъв полупроводник се нарича дупка. "Отвор" - място, което остави електрона, се държи като положителен заряд.
Слоят на границата на p- и n-тип полупроводници (pn възел) има еднопосочна проводимост - провежда токовата добре в една (напред) посока и много слабо в обратната (обратна) посока. Устройството на плоския диод е показано на Фигура 1а. Основата е полупроводникова плоча (германий) с малко количество от донорния примес (n-тип), върху който се поставя парче индий, което е акцепторно примес.
След загряване индият дифундира в съседни области на полупроводника, превръщайки ги в p-тип полупроводници. На границата на региони с два вида проводимост възниква pn преход. Изходът, свързан с p-тип полупроводник се нарича анод на получения диод, а обратното - катод. Изображението на полупроводниковия диод на електрическите схеми е показано на фиг. 1б, появата на равнинни диоди с различна мощност - на фиг. 1в.
Най-простия токоизправител
Фигура 2. Токови характеристики в различни схеми.
Токът, протичащ в конвенционалната осветителна мрежа, е променлив. Неговата величина и посока се променят 50 пъти в рамките на една секунда. Графиката на нейното напрежение спрямо времето е показана на фиг. 2а. Положителните полупериоди са показани в червено, а отрицателните - в синьо.
Тъй като текущата стойност варира от нула до максимална (амплитудна) стойност, се въвежда понятието за ефективен ток и напрежение. Например, в мрежата за осветление, ефективната стойност на напрежение от 220 V - в нагревателя, включен в тази мрежа, същата топлина се генерира за същите периоди от време, както в същото устройство в 220 V DC верига.
Но в действителност напрежението в мрежата варира в 0.02 със следното:
- първото тримесечие на това време (период) се увеличава от 0 до 311 V;
- втората четвърт на периода - намалява от 311 V на 0;
- трето тримесечие на периода - намалява от 0 до 311 V;
- последната четвърт от периода се увеличава от 311 V на 0.
В този случай 311 V е амплитудата на напрежението U о . Амплитудните и ефективните (U) напрежения са свързани помежду си по формулата:
U o = *2 * U.
Фигура 3. Диоден мост.
Когато към веригата е свързан променлив ток на последователно свързан диод (VD) и натоварване (фиг. 2б), токът преминава през него само през положителните полупериоди (фиг. 2в). Това се дължи на едностранната проводимост на диода. Такъв токоизправител се нарича половин вълна - половината от периода, през който токът във веригата е, по време на втория - отсъства.
Токът, протичащ през товара в такъв токоизправител, не е постоянен, а пулсиращ. За да го превърнете почти в константа, можете да включите паралелно с филтъра на кондензатора за зареждане C f достатъчно голям капацитет. През първата четвърт на периода кондензаторът се зарежда до стойност на амплитудата, а през интервалите между пулсациите се освобождава до товара. Напрежението става почти постоянно. Ефектът от изглаждането е по-силен, толкова по-голям е капацитетът на кондензатора.
Диодна мостова верига
По-съвършена е схемата за пълно вълнение, когато се използват както положителните, така и отрицателните полупериоди. Има няколко разновидности на такива схеми, но най-често се използва тротоар. Схемата на диодния мост е показана на фиг. 3в. На нея червената линия показва как токът преминава през натоварването по време на положителното, а синьо - отрицателните полупериоди.
Фигура 4. 12-волтова токоизправителна верига с диоден мост.
Както първата, така и втората половина на периода, токът през товара преминава в същата посока (фиг. 3б). Броят на пулсациите за една секунда не е 50, както при половината вълново изправяне, а 100. Следователно, при същия капацитет на филтърния кондензатор, изглаждащият ефект ще бъде по-изразен.
Както виждате, за изграждането на диоден мост са необходими 4 диода - VD1-VD4. Преди това диодните мостове са изобразени по принцип, както е показано на фиг. 3в. Днес изображението, показано на фиг. 3 грама. Въпреки че има само един образ на диод, не трябва да се забравя, че мостът се състои от четири диода.
Мостовата верига често се сглобява от отделни диоди, но понякога се използват монолитни диодни възли. Те са по-лесни за монтиране на дъската, но ако едното рамо на моста се провали, цялата сглобка се сменя. Изберете диодите, от които мостът е монтиран, въз основа на величината на протичащия през тях ток и величината на допустимото обратно напрежение. Тези данни ви позволяват да получите инструкции за диоди или справочници.
Пълната схема на 12-волтов изправител с диоден мост е показана на фиг. 4. T1 е понижаващ трансформатор, чиято вторична намотка осигурява напрежение 10-12 V. FU1 предпазителят е съществен детайл от гледна точка на безопасността и не трябва да се пренебрегва. Марката диоди VD1-VD4, както вече споменахме, се определя от количеството ток, който ще се консумира от токоизправителя. Кондензатор С1 - електролитен, с капацитет 1000.0 микрофарада или по-висок за напрежение не по-ниско от 16 V.
Изходното напрежение е фиксирано, неговата стойност зависи от товара. Колкото по-голям е токът, толкова по-малка е величината на това напрежение. За да се получи регулируемо и стабилно изходно напрежение, е необходима по-сложна верига. Получете регулируемо напрежение от схемата, показана на фиг. 4 по два начина:
- Чрез прилагане на първичната намотка на трансформатора Т1 на регулируемо напрежение, например от LATR.
- След като направите няколко крана от вторичната намотка на трансформатора и съответно поставите превключвател.