Redresor, diagrama diodei

Proprietățile fizice ale joncțiunii pn

Elementul principal utilizat pentru crearea nodului redresorului este dioda. În centrul lucrării sale se află tranziția cu electron-hole (p-n).

Definiția convențională este: joncțiunea p-n este o regiune a spațiului care se află pe interfața dintre două semiconductori de diferite tipuri. În acest spațiu, o tranziție de tip n este formată într-un tip p. Valoarea conductivității depinde de structura atomică a materialului, și anume de cât de ferm au atomii dețin electronii. Atomii din semiconductori sunt aranjați sub forma unei rețele, iar electronii sunt atașați de ele prin forțe electrochimice. În sine, un astfel de material este un dielectric. El sau rău conduc curentul sau nu îl conduce deloc. Dar dacă adăugăm atomi ai anumitor elemente la zăbrele (aliaj), proprietățile fizice ale unei astfel de schimbări materiale sunt radical.

Atomii mixți încep să formeze, în funcție de natura lor, electroni sau găuri libere. Excesul format de electroni formează o sarcină negativă, iar găurile - una pozitivă.

Încărcarea excesivă a unui semn determină transportatorii să se respingă reciproc, în timp ce regiunea cu încărcătură opusă tinde să le atragă. Electron, în mișcare, ocupă spațiu, o gaură. În același timp, în locul vechi se formează o gaură. Ca urmare, se creează două fluxuri de mișcare de încărcare: una principală și cealaltă inversă. Un material cu o încărcătură negativă folosește electroni ca purtători principali, se numește un semiconductor de tip n și cu o sarcină pozitivă folosind găuri de tip p. În semiconductorii de ambele tipuri, taxele minoritare formează un curent invers al mișcării tarifelor principale.

În electronica radio, germaniul și siliciul sunt utilizați din materialele pentru crearea joncțiunii pn. Când cristalele acestor substanțe sunt dopate, se formează un semiconductor cu diferite conductivități. De exemplu, introducerea borului conduce la apariția găurilor libere și la formarea conductivității de tip p. Adăugarea de fosfor, dimpotrivă, va crea electroni, iar semiconductorul va deveni un tip n.

Principiul funcționării unei diode

O diodă este un dispozitiv semiconductor care are o rezistență mică pentru un curent într-o direcție și împiedică trecerea acestuia în direcția opusă. Din punct de vedere fizic, dioda constă dintr-o joncțiune p-n. Din punct de vedere structural, acesta este un element care conține două ieșiri. Pinul conectat la zona p se numește anodul și catodul conectat la regiunea n.

Când funcționează dioda, există trei stări:

• nu există semnal la pinii;
• este sub acțiunea unui potențial direct;
• este sub acțiunea unui potențial invers.

Un potențial direct se numește un astfel de semnal, atunci când polul plus al sursei de energie este conectat la regiunea de tip p a semiconductorului, cu alte cuvinte, polaritatea tensiunii externe coincide cu polaritatea principalilor purtători. La potențialul invers, polul negativ este conectat la regiunea p și pozitiv la n.

Există o barieră potențială în regiunea compusului de tip n și p. Se formează prin diferența de potențial de contact și se află într-o stare echilibrată. Înălțimea barierului nu depășește o zecime de volți și împiedică transportatorii să se deplaseze în adâncimea materialului.

Dacă o tensiune directă este conectată la dispozitiv, valoarea barierului potențial scade și practic nu rezistă debitului curent. Valoarea sa crește și depinde numai de rezistența regiunilor p și n. Atunci când se aplică un potențial invers, valoarea barieră crește, deoarece electronii părăsesc regiunea n și din regiunea p a găurii. Straturile sunt epuizate, iar rezistența barieră la trecerea curentului crește.

Indicatorul principal al elementului este caracteristica curent-tensiune. Acesta arată relația dintre potențialul aplicat și curentul care trece prin el. Această caracteristică este reprezentată sub forma unui grafic pe care sunt indicate curenții înainte și invers.

Circuit redresor simplu

Tensiunea sinusoidală este un semnal periodic care variază în funcție de timp. Din punct de vedere matematic, este descrisă printr-o funcție în care originea coordonatelor corespunde timpului egal cu zero. Semnalul constă din două semnale. O jumătate de undă în partea superioară a coordonatelor față de zero este numită o jumătate de perioadă pozitivă, iar în partea inferioară este negativă.

Atunci când tensiunea de curent alternativ este aplicată diodelor printr-o sarcină conectată la terminalele lor, un curent începe să curgă. Acest curent se datorează faptului că dioda se deschide când sosește jumătatea de semnal a semnalului de intrare. În acest caz, un potențial pozitiv este aplicat anodului și negativ pentru catod. Atunci când o undă se schimbă într-o jumătate de ciclu negativ, dioda este blocată, deoarece polaritatea semnalului se schimbă la terminalele sale.

Astfel, se pare că dioda taie jumătatea valului negativ, lăsând-o să treacă pe sarcină și pe ea apare un curent pulsatoriu cu o singură polaritate. În funcție de frecvența tensiunii aplicate, iar pentru rețelele industriale este de 50 Hz, distanța dintre impulsuri variază de asemenea. Acest tip de curent este numit rectificat, iar procesul în sine este o rectificare pe jumătate de undă.

Prin rectificarea semnalului utilizând o singură diodă, este posibil să se alimenteze o sarcină care nu impune cerințe speciale asupra calității tensiunii. De exemplu, un filament. Dar dacă, de exemplu, receptorul este alimentat, atunci va apărea un zgomot de joasă frecvență, sursa căreia va fi diferența care apare între impulsuri. Într-o oarecare măsură, pentru a scăpa de deficiențele rectificării jumătate de undă, un condensator conectat în paralel cu dioda este utilizat în paralel. Acest condensator va fi încărcat când impulsurile sunt recepționate și descărcate în absența impulsurilor. Deci, cu cât valoarea capacității condensatorului este mai mare, curentul de sarcină va fi mai neted.

Dar cea mai bună calitate a semnalului poate fi obținută dacă două jumătăți de undă sunt folosite pentru îndreptarea simultană. Un dispozitiv care permite realizarea acestui lucru a fost numit pod de diode sau, într-un alt mod, este rectificat.

Podul diod

Un astfel de dispozitiv este un aparat electric care servește la transformarea unui curent alternativ într-unul constant. Expresia "punte diodă" este formată din cuvântul "diodă", care implică utilizarea diodelor în el. Circuitul de redresare a bridge-ului diode depinde de rețeaua AC la care este conectată. Rețeaua poate fi:

• o singură fază;
• trei faze.

În funcție de aceasta, podul rectificativ se numește podul Gretz sau redresorul Larionov. În primul caz, se folosesc patru diode, iar în al doilea caz dispozitivul este deja asamblat la șase.

Prima schemă a redresorului a fost asamblată pe tuburi radio și a fost considerată o soluție complexă și costisitoare. Dar, odată cu dezvoltarea tehnologiei semiconductoare, podul diode a înlocuit complet căile alternative de rectificare a semnalului. În loc de diode sunt rare, dar încă mai utilizați polii de seleniu.

Proiectarea și caracteristicile dispozitivului

Puntea redresorului este construită dintr-un set de diode individuale sau dintr-o carcasă turnată având patru terminale. Corpul poate fi plat sau cilindric. Conform standardului acceptat, pictogramele de pe carcasa dispozitivului indică bornele pentru conectarea tensiunii AC și a semnalului constant de ieșire. Redresoarele care au o carcasă cu o gaură sunt proiectate pentru a fi montate pe radiator. Principalele caracteristici ale punții redresoare sunt:

1. Cel mai mare stres direct. Aceasta este valoarea maximă la care parametrii dispozitivului nu depășesc limitele celor permise.
2. Tensiunea inversă maximă admisă. Aceasta este tensiunea maximă de impuls la care podul durează mult timp și funcționează fiabil.
3. Cel mai mare curent de rectificare de funcționare. Indică curentul mediu care curge prin pod.
4. Frecvența maximă. Frecvența tensiunii aplicate podului, la care dispozitivul funcționează eficient și nu depășește încălzirea admisă.

Depășirea valorilor caracteristicilor redresorului duce la o reducere bruscă a duratei sale de viață sau la defalcarea joncțiunilor p-n. Este necesar să se ia act de un moment în care toți parametrii diodelor sunt indicați pentru o temperatură ambiantă de 20 de grade. Dezavantajele utilizării schemei de rectificare a punții includ o scădere de tensiune mai mare, în comparație cu un circuit cu jumătate de undă și o valoare mai mică a eficienței. Pentru a reduce cantitatea de pierderi și a reduce încălzirea, punțile sunt adesea realizate folosind diode Schottky rapide.

Diagrama de conectare a dispozitivului

Pe circuitele electrice și plăcile cu circuite imprimate, redresorul diodic este desemnat ca simbol diod sau cu litere latine. Dacă redresorul este asamblat din diode individuale, lângă fiecare sunt plasate o denumire VD și o cifră care indică numărul ordinal al diodei din circuit. Inscripții VDS sau BD sunt rareori utilizate.

Redresorul diodic poate fi conectat direct la rețeaua de 220 volți sau după transformatorul pas cu pas, dar circuitul de comutare rămâne neschimbat.

Când se primește un semnal în fiecare semicerc, curentul poate curge numai prin perechea de diode, iar perechea opusă va fi blocată pentru aceasta. Pentru jumătatea ciclului pozitiv, VD2 și VD3 vor fi deschise, iar pentru VD1 și VD4 negative. Ca rezultat, ieșirea va primi un semnal constant, dar frecvența de pulsare va fi dublată. Pentru a reduce curgerea semnalului de ieșire, se utilizează o conexiune paralelă a condensatorului C1, ca în cazul unei singure diode. Un astfel de condensator este de asemenea numit anti-aliasing.

Dar se întâmplă ca podul de diode să fie plasat nu numai într-o rețea alternativă, ci și legat de un pod deja aliniat. Pentru ceea ce este nevoie de o punte diodă într-un astfel de circuit, devine clar dacă acordați atenție circuitelor care utilizează o astfel de includere. Aceste scheme implică utilizarea unor elemente radioelectrice sensibile la o inversare a polarității alimentării. Utilizarea podului permite o protecție simplă, dar eficientă împotriva "nebunului". Dacă polaritatea sursei de alimentare este conectată incorect, elementele radio instalate în spatele podului nu vor fi eșuate.

Verificarea performanței

Acest tip de dispozitiv electronic poate fi verificat fără evaporare din circuit, deoarece nu se utilizează niciun șunt în proiectarea dispozitivelor. În cazul unui redresor asamblat din diode, fiecare diodă este inspectată separat. Și în cazul unui corp monolit, măsurătorile sunt luate în toate cele patru concluzii ale sale.

Esența testului este redusă la o vopsire cu un multimetru de diode pentru scurtcircuit. Pentru aceasta, se fac următoarele acțiuni:

1. Multimetrul comută la modul vertebre al diodelor sau al rezistenței.
2. Fișa unui fir (negru) este introdusă în mufa comună a testerului, iar cealaltă (roșu) în mufa de verificare a rezistenței.
3. Un stilou, conectat printr-un fir negru, atinge primul picior și sonda firului roșu la cel de-al treilea terminal. Testerul ar trebui să arate infinit, iar dacă schimbați polaritatea firelor, multimetrul va arăta rezistența tranziției.
4. Minusul testerului este alocat celui de-al patrulea picior, plus celui de-al treilea. Multimetrul va arăta rezistență, dacă polaritatea este inversată, infinit.
5. Minus primul picior, plus cel de-al doilea. Testerul va afișa o tranziție deschisă, cu o schimbare - închisă.

O astfel de mărturie a testerului se referă la corectitudinea redresorului. În absența unui multimetru, puteți utiliza un voltmetru convențional. Dar, în același timp, este necesar să se aplice puterea circuitului și să se măsoare tensiunea pe condensatorul de netezire. Valoarea sa ar trebui să depășească valoarea de intrare de 1,4 ori.