Токоизправител, диаграма на диод мост

Физични свойства на кръстовището ПН

Основният елемент, използван при създаването на токоизправителя, е диодът. В основата на неговата работа е преходът на електронни дупки (p-n).

Конвенционалната дефиниция е: връзката p-n е област на пространството, която се намира на интерфейса между два полупроводника от различни типове. В това пространство n-тип преход се формира в p-тип. Стойността на проводимостта зависи от атомната структура на материала, а именно, от това колко здраво атомите държат електроните. Атомите в полупроводниците са подредени под формата на решетка и електрони са прикрепени към тях чрез електрохимични сили. Самият такъв материал е диелектрик. Той или лошият провежда ток, или изобщо не го води. Но ако добавим към решетката атоми на определени елементи (сплави), физическите свойства на такъв материал се променят радикално.

Смесените атоми започват да формират, в зависимост от естеството си, свободни електрони или дупки. Образуваният излишък от електрони образува отрицателен заряд, а дупките - положителни.

Излишното зареждане на един знак кара превозвачите да се отблъскват, докато районът с противоположни заряди има тенденция да ги привлича към себе си. Електронът се движи, заема пространство, дупка. В същото време в старото му място се образува дупка. В резултат на това се създават два потока за зареждане: една основна и другата обратна. Материал с отрицателен заряд използва електрони като свои основни носители, той се нарича полупроводник тип п и с положителен заряд, използващ дупки тип р. В полупроводниците и на двата вида таксите за малцинствата образуват текущо обратно на движението на основните такси.

В радиоелектрониката се използват германий и силиций от материалите за създаване на ПН възел. Когато кристалите на тези вещества са легирани, се образува полупроводник с различни проводимост. Например, въвеждането на бор води до появата на свободни отвори и образуването на р-тип проводимост. Добавянето на фосфор, напротив, ще създаде електрони, а полупроводникът ще стане n-тип.

Принцип на работа на диод

Диодът е полупроводниково устройство, което има малко съпротивление за ток в една посока и предотвратява преминаването му в обратна посока. Физически, диодът се състои от една връзка p-n. Структурно е елемент, съдържащ два изхода. Пинчето, свързано към р-зоната, се нарича анод, а катодът е свързан към п-областта.

Когато диодът работи, има три състояния:

• няма сигнал при щифтовете;
• тя е под действието на директен потенциал;
• тя е под действието на обратния потенциал.

Директен потенциал е такъв сигнал, когато положителния полюс на източника на захранване е свързан с р-тип района на полупроводника на, с други думи, полярността на външното напрежение съвпада с полярността на носителя на мнозинство. На обратния потенциал, отрицателният полюс е свързан към р-областта и положителен към n.

Има потенциална бариера в района на п- и р-тип съединението. Тя се формира от разликата в потенциалните контакти и е в балансирано състояние. Височината на бариерата не надвишава една десета от волта и предотвратява преместването на носителите в дълбочина на материала.

Ако към устройството е свързано директно напрежение, стойността на потенциалната бариера намалява и на практика не издържа на текущия поток. Стойността му се увеличава и зависи само от съпротивлението на р- и n-регионите. Когато се използва обратен потенциал, стойността на бариерата се увеличава, тъй като електроните напускат п-областта и от р-областта на дупката. Слоевете са изчерпани и съпротивлението на бариерата към преминаването на тока се увеличава.

Основният индикатор на елемента е характеристиката ток-напрежение. Той показва връзката между потенциала, приложен към него, и тока, преминаващ през него. Тази характеристика е представена под формата на графика, на която са посочени предните и обратните токове.

Проста схема на токоизправител

Синусоидното напрежение е периодичен сигнал, който варира в зависимост от времето. От математическа гледна точка тя се описва от функция, в която произходът на координатите съответства на времето, равно на нула. Сигналът се състои от две половин вълни. Половин вълна в горната част на координатите спрямо нула се нарича положителен полупериод, а в долната част - отрицателна.

Когато AC напрежението се прилага към диода чрез товар, свързан към неговите клеми, започва да тече ток. Този ток се дължи на факта, че диодът се отваря, когато пристигне положителният полукръг на входния сигнал. В този случай положителен потенциал се прилага върху анода и отрицателен за катода. Когато една вълна се промени до отрицателен полукръг, диодът е заключен, тъй като полярността на сигнала се променя на неговите терминали.

По този начин се оказва, че диодът прекъсва отрицателната половин вълна, не я позволява да премине към товара и върху нея се подава пулсиращ ток само с една полярност. В зависимост от честотата на приложеното напрежение и за индустриалните мрежи е 50 Hz, разстоянието между импулсите също варира. Този тип ток се нарича ректифициран, а самият процес е корекция на половин вълна.

Чрез изправяне на сигнала с помощта на единичен диод е възможно да се подаде натоварване, което не налага специални изисквания за качеството на напрежението. Например, една нишка. Но ако, например, приемникът е захранван, тогава ще се появи нискочестотен тътен, чийто източник ще бъде разликата, която възниква между импулсите. До известна степен, за да се отървем от недостатъците на половината вълна поправка, кондензатор, свързан паралелно с диода се използва успоредно. Този кондензатор ще се зарежда, когато импулсите се приемат и се разреждат при липса на импулси. Така че, колкото по-голяма е стойността на капацитета на кондензатора, токът на натоварването ще бъде по-изгладен.

Но най-доброто качество на сигнала може да бъде постигнато, ако две полувълни се използват за изправяне едновременно. Устройство, което позволява това да се осъществи, се нарича диоден мост или по друг начин се поправя.

Диоден мост

Такова устройство е електрически уред, който служи за преобразуване на променлив ток в постоянен ток. Фразата "диоден мост" се формира от думата "диод", което предполага използването на диоди в него. Диод мост токоизправител схема зависи от AC мрежа, към която е свързан. Мрежата може да бъде:

• еднофазен;
• трифазен.

В зависимост от това, ректифициращият мост се нарича гръцкият мост или токоизправителя Larionov. В първия случай се използват четири диода, а във втория случай устройството вече е сглобено на шест.

Първата схема на токоизправителя е сглобена на радио тръби и се счита за сложно и скъпо решение. Но с развитието на полупроводниковата технология, диодният мост напълно замества алтернативните начини за поправяне на сигнала. Вместо диоди са редки, но все пак използват селенови полюси.

Дизайн и характеристики на устройството

Мостовият токоизправител е конструиран от набор от отделни диоди или отлята корпус, имащ четири извода. Тялото може да бъде плоско или цилиндрично. Съгласно приетия стандарт иконите на корпуса на устройството показват клемите за свързване на AC напрежението и постоянния изходен сигнал. Токоизправителите с корпус с отвор са проектирани да бъдат монтирани на радиатора. Основните характеристики на токоизправителния мост са:

1. Най-големият пряк стрес. Това е максималната стойност, при която параметрите на устройството не превишават границите на допустимите.
2. Максимално допустимо обратно напрежение. Това е максималното импулсно напрежение, при което мостът трае дълго време и работи надеждно.
3. Най-високият оперативен ток за корекция. Показва средния ток, преминаващ през моста.
4. Максимална честота. Честотата на напрежението, приложено към моста, при което устройството работи ефективно и не надвишава допустимото нагряване.

Превишаването на стойностите на характеристиките на токоизправителя води до рязко намаляване на експлоатационния му живот или разпадане на п-n връзки. Необходимо е да се отбележи такъв момент, че всички параметри на диодите са показани при околна температура от 20 градуса. Недостатъците на използването на схемата за коригиране на моста включват по-голямо понижение на напрежението в сравнение с веригата с половин вълна и по-ниска стойност на ефективността. За да се намали размерът на загубите и да се намали отоплението, мостовете често се правят с помощта на бързи Schottky диоди.

Схема за свързване на устройството

При електрическите вериги и печатни платки диодният токоизправител се обозначава като диоден символ или с латински букви. Когато сглобен от отделни токоизправител диоди, след това се поставя в непосредствена близост до всеки символ VD и номер показва сериен номер на диода във веригата. Надписи VDS или BD рядко се използват.

Диодният токоизправител може да бъде свързан директно към 220-волтовата мрежа или след трансформатора за стъпка надолу, но превключващата схема остава непроменена.

Когато се получи сигнал във всеки от половинките, токът може да тече само чрез двойката си диоди и срещуположната двойка ще бъде заключена за него. За положителния полукръг, VD2 и VD3 ще бъдат отворени, а за отрицателните VD1 и VD4. В резултат на това изходът ще получи постоянен сигнал, но неговата честота на пулсация ще се удвои. За да се намали пулсацията на изходния сигнал, се използва паралелно свързване на кондензатора С1, както в случая на единичен диод. Такъв кондензатор също се нарича анти-алиазинг.

Но се случва, че диодният мост е поставен не само в редуваща се мрежа, но и свързан с вече изправен мост. За какво е необходим диоден мост в такава схема, става ясно, че обръщате внимание на това кои вериги използват такова включване. Тези схеми включват използването на чувствителни радиоелементи за обръщане на полярността на доставката. Използването на моста позволява проста, но ефективна защита от "глупака". Ако полярността на захранващия блок е неправилно свързана, елементите на радиото, монтирани зад моста, няма да се провалят.

Проверка на производителността

Този тип електронно устройство може да се проверява, без да се изпарява от веригата, тъй като не се използва шунт в дизайна на устройството. В случай на токоизправител, съставен от диоди, всеки диод се проверява отделно. А в случай на монолитно тяло се правят измервания и при всичките четири заключения.

Същността на теста се свежда до боядисване чрез мултиметър диоди за късо съединение. За тази цел се изпълняват следните действия:

1. Мултиметърът превключва към режима на прешлените диоди или съпротивление.
2. Щепселът на един проводник (черен) се вкарва в общия извод на тестера, а другият (червен) в гнездото за проверка на съпротивлението.
3. Стилусът, свързан с черен проводник, докосва първия крак и сондата на червения проводник към третия терминал. Тестовете трябва да показват безкрайност, а ако промените полярността на проводниците, мултиметърът ще покаже съпротивлението на прехода.
4. Малката на тестера се подава към четвъртия крак и към третия. Многомерът ще покаже съпротивление, ако полярността е обърната, безкрайно.
5. Минус първия етап, плюс втория. Изпитателят ще покаже отворен преход, като промяната ще бъде затворена.

Такова свидетелство на тесника говори за точността на токоизправителя. При липса на мултиметър, можете да използвате конвенционален волтметър. Но в същото време е необходимо да се приложи мощност към веригата и да се измери напрежението на изглаждащия кондензатор. Стойността му трябва да надвишава входа от 1,4 пъти.