Radijski in električni napajalniki skoraj vedno uporabljajo usmernike za pretvorbo izmeničnega toka v DC. To je posledica dejstva, da morajo biti skoraj vsa elektronska vezja in mnoge druge naprave napajana iz virov enosmernega toka. Usmerjevalnik lahko služi kateremu koli elementu z nelinearno karakteristiko tokovne napetosti, z drugimi besedami, različno tekočim tokom v nasprotnih smereh. V sodobnih napravah se kot take elemente običajno uporabljajo ravninske polprevodniške diode.
Polprevodniška dioda.
Planarne polprevodniške diode
Skupaj z dobrimi prevodniki in izolatorji, obstaja veliko snovi, ki so vmesne v prevodnosti med tema dvema razredoma. Te snovi se imenujejo polprevodniki. Odpornost čistega polprevodnika se z naraščanjem temperature zmanjšuje, za razliko od kovin, katerih upornost se pod temi pogoji povečuje.
Če dodamo majhno količino nečistoče čistemu polprevodniku, lahko bistveno spremenimo njegovo prevodnost. Obstajata dva razreda takih nečistoč:
Slika 1. Planarna dioda: a. diodo naprave; b. označevanje diode v električnih vezjih; v izgled planarnih diod različnih moči.
- Donor - pretvorba čistega materiala v polprevodnik n-tipa, ki vsebuje presežek prostih elektronov. Ta vrsta prevodnosti se imenuje elektronska.
- Acceptor - pretvorba istega materiala v polprevodnik tipa p, ki ima umetno ustvarjeno pomanjkanje prostih elektronov. Prevodnost takega polprevodnika se imenuje luknja. "Luknja" - mesto, ki je zapustilo elektron, se obnaša kot pozitivni naboj.
Plast na meji polprevodnikov p- in n-tipa (pn-spoj) ima enostransko prevodnost - tokovno vodenje vodi v eni (naprej) smeri in zelo slabo v nasprotni smeri. Naprava planarne diode je prikazana na sliki 1a. Osnova je polprevodniška plošča (germanij) z majhno količino nečistoče donorja (n-tip), na katero je položen kos indija, ki je akceptorska nečistoča.
Po segrevanju indij difundira v sosednja področja polprevodnikov in jih pretvori v polprevodnike p-tipa. Na mejah regij z dvema tipoma prevodnosti pride do pn spoja. Izhod, povezan s polprevodnikom tipa p, se imenuje anoda nastale diode, nasprotno - katoda. Slika polprevodniške diode na vezjih je prikazana na sl. 1b, videz ravninskih diod različnih moči - na sl. 1c.
Najenostavnejši usmernik
Slika 2. Tokovne značilnosti v različnih vezjih.
Tok, ki teče v konvencionalnem omrežju za razsvetljavo, je spremenljiv. Njena velikost in smer se v eni sekundi spremenita 50-krat. Graf napetosti v odvisnosti od časa je prikazan na sl. 2a Pozitivna polovična obdobja so prikazana z rdečo, negativna pa v modri.
Ker se trenutna vrednost spreminja od nič do največje (amplitude) vrednosti, se uvede koncept učinkovitega toka in napetosti. Na primer, v omrežju za razsvetljavo je dejanska vrednost napetosti 220 V - v grelniku, ki je vključen v to omrežje - ista toplota nastaja za enaka obdobja kot v isti napravi v tokokrogu 220 V DC.
V resnici pa se napetost v omrežju spreminja v 0, 02 z naslednjim:
- prva četrtina tega časa (obdobja) se poveča od 0 do 311 V;
- drugo četrtletje obdobja - zmanjša se s 311 V na 0;
- tretje četrtletje obdobja - zmanjša se od 0 do 311 V;
- zadnja četrtina obdobja se poveča z 311 V na 0.
V tem primeru je 311 V amplituda napetosti U o . Amplituda in efektivna (U) napetost sta med seboj povezani s formulo:
U o = *2 * U.
Slika 3. Diodni most.
Ko je na vezje priključen izmenični tok zaporedno priključene diode (VD) in obremenitve (slika 2b), tok teče skozi to le v pozitivnih polovičnih obdobjih (sl. 2c). To se zgodi zaradi enostranske prevodnosti diode. Takšen usmernik se imenuje polovični val - polovica obdobja, v katerem je tok v vezju odsoten.
Tok, ki teče skozi obremenitev v takem usmerniku, ni konstanten, ampak utripa. Za pretvorbo skoraj v konstantno, lahko vklopite vzporedno s filtrom obremenitvenega kondenzatorja C f dovolj veliko kapaciteto. V prvi četrtini obdobja se kondenzator polni z amplitudno vrednostjo, v intervalih med pulzacijami pa se izprazni do obremenitve. Napetost postane skoraj konstantna. Učinek glajenja je močnejši, večja je kapacitivnost kondenzatorja.
Diodni mostni tokokrog
Popolnejša je shema ravnanja s polnim valom, ko se uporabita tako pozitivna kot negativna pol-obdobja. Obstaja več vrst takih shem, vendar se najpogosteje uporablja pločnik. Shema diodnega mostu je prikazana na sl. 3c. Na njej rdeča črta kaže, kako tok teče skozi obremenitev med pozitivnim, modra - negativna pol-obdobja.
Slika 4. 12 voltni usmernik z diodnim mostom.
Tako prva kot druga polovica obdobja tok skozi obremenitev teče v isto smer (sl. 3b). Število impulzov za eno sekundo ni 50, kot pri polavalnem ravnanju, ampak 100. Zato je pri enakem kapacitivnosti filtrirnega kondenzatorja izravnalni učinek bolj izrazit.
Kot lahko vidite, so za izdelavo diodnega mostu potrebna 4 diode - VD1-VD4. Prej so bili diodni mostovi načeloma upodobljeni, kot je prikazano na sl. 3c. Danes je slika prikazana na sl. 3g. Čeprav je na njej samo ena slika diode, ne smemo pozabiti, da je most sestavljen iz štirih diod.
Mostno vezje je pogosto sestavljeno iz posameznih diod, včasih pa se uporabljajo monolitni diodni sklopi. Lažje jih je namestiti na ploščo, če pa ena roka mostu ne uspe, se celoten sklop zamenja. Izberite diode, iz katerih je montiran most, na podlagi velikosti toka, ki teče skozi njih, in velikosti dovoljene povratne napetosti. Ti podatki vam omogočajo, da dobite navodila za diode ali referenčne knjige.
Celoten diagram 12-voltnega usmernika z diodnim mostom je prikazan na sl. 4. T1 je spodnji transformator, katerega sekundarno navijanje zagotavlja napetost 10-12 V. FU1 varovalka je pomembna podrobnost z vidika varnosti in je ne smemo zanemariti. Blagovna znamka diod VD1-VD4, kot smo že omenili, je določena s količino toka, ki bo porabljena iz usmernika. Kondenzator C1 - elektrolitski, z zmogljivostjo 1000, 0 mikrofaradov ali več, za napetost, ki ni nižja od 16 V. \ t
Izhodna napetost je fiksna, njena vrednost je odvisna od obremenitve. Večji je tok, manjša je ta napetost. Za doseganje nastavljive in stabilne izhodne napetosti je potreben kompleksnejši tokokrog. Prejem nastavljive napetosti iz tokokroga, prikazanega na sl. 4 na dva načina:
- Z uporabo primarnega navitja transformatorja T1 nastavljivo napetost, na primer iz LATR.
- Ko ste izvedli več pipe od sekundarnega navitja transformatorja, in sicer stikalo.