Fizička svojstva pn spoja
Glavni element koji se koristi u stvaranju ispravljačkog čvora je dioda. Osnova njegova rada je prijelaz elektron-rupa (pn).
Općeprihvaćena definicija kaže: pn spoj je područje prostora koje se nalazi na spoju dvaju poluvodiča različitih tipova. U tom prostoru postoji n-tip prijelaznih oblika p-tipa. Vrijednost vodljivosti ovisi o atomskoj strukturi materijala, odnosno o tome koliko snažno atomi drže elektrone. Atomi u poluvodičima raspoređeni su u rešetku, a elektroni su im priključeni elektrokemijskim silama. Sam materijal je dielektrik. On ili loše provodi struju ili je uopće ne provodi. Ali ako se atomima određenih elemenata doda rešetka (doping), fizička svojstva takvog materijala dramatično se mijenjaju.
Miješani atomi počinju se formirati, ovisno o svojoj prirodi, slobodni elektroni ili rupe. Formirani višak elektrona formira negativan naboj, a rupe - pozitivne.
Višak naboja jednog znaka uzrokuje da se nosači odbijaju, dok ih područje suprotnog naboja privlači. Elektron, koji se kreće, zauzima prostor, rupu. U isto vrijeme na njegovom starom mjestu također formira rupu. Kao rezultat toga, stvorena su dva toka gibanja naboja: jedan glavni i jedan obrnuti. Materijal s negativnim nabojem koristi elektrone kao glavne nositelje, naziva se poluvodič n-tipa i s pozitivnim nabojem koji koristi rupe p-tipa. U poluvodičima oba tipa, manje naboje tvore struju suprotnu od kretanja glavnih naboja.
U elektroniki od materijala za stvaranje pn spoja, koriste se germanij i silicij. Kada su ti kristali dopirani, formira se poluvodič s različitim vodljivostima. Na primjer, uvođenje bora dovodi do pojave slobodnih rupa i stvaranja vodljivosti p-tipa. Dodavanje fosfora, naprotiv, stvorit će elektrone, a poluvodič će postati n-tip.
Princip rada diode
Dioda je poluvodički uređaj koji ima mali otpor za struju u jednom smjeru i sprječava njegov prolaz u suprotnom smjeru. Fizički, dioda se sastoji od jednog pn spoja. Strukturno, to je element koji sadrži dva izlaza. Izlaz povezan s p-područjem naziva se anoda, a veza s n-područjem naziva se katoda.
Kada dioda radi, postoje tri njena stanja:
- nema signala na terminalima;
- ona je pod djelovanjem izravnog potencijala;
- ona je pod djelovanjem obrnutog potencijala.
Izravni potencijal je takav signal kada je pozitivni pol izvora napajanja povezan s poluvodičkom površinom p-tipa, drugim riječima, polaritet vanjskog napona podudara se s polaritetom glavnih nosača. Na suprotnom potencijalu, negativni pol je povezan s p-regijom, a pozitivan na n.
Postoji potencijalna barijera u području spajanja materijala n- i p-tipa. Nastaje kao razlika u kontaktnom potencijalu i nalazi se u uravnoteženom stanju. Visina barijere ne prelazi desetinu volta i ometa kretanje nosača naboja u materijal.
Ako se na uređaj priključi izravni napon, potencijalna barijera se smanjuje i gotovo da nema otpora struji. Njegova se vrijednost povećava i ovisi samo o otpornosti p- i n-regije. Kada se primjenjuje obrnuti potencijal, barijera se povećava kako elektroni napuštaju n-područje, a rupe napuštaju p-regiju. Slojevi su osiromašeni, a otpor barijere prema prolasku struje se povećava.
Glavni pokazatelj elementa je karakteristika strujnog napona. Pokazuje odnos između potencijala koji se primjenjuje na njega i struje koja teče kroz nju. Ova karakteristika predstavljena je u obliku grafa na kojem je naznačena naprijed i nazad struja.
Jednostavni ispravljački sklop
Sinusni napon je periodični signal koji se mijenja tijekom vremena. S matematičkog stajališta, opisana je funkcija u kojoj izvor koordinata odgovara vremenu jednakom nuli. Signal se sastoji od dva poluvalova. Pola vala u gornjem dijelu koordinata u odnosu na nulu naziva se pozitivnim poluvremenom, au donjem dijelu negativnim.
Kada se izmjenični napon primijeni na diodu kroz opterećenje povezano s njegovim terminalima, struja počinje teći. Ova struja je posljedica činjenice da se u trenutku primitka pozitivnog poluvremena ulaznog signala otvara dioda. U tom slučaju na anodu se primjenjuje pozitivni potencijal, a na katodu se primjenjuje negativni potencijal. Kada se val promijeni u negativno poluvrijeme, dioda je zaključana, budući da se polaritet signala na njegovim terminalima mijenja.
Dakle, ispada da dioda kao da siječe negativni poluval, ne prenoseći je na opterećenje i na njoj se pojavljuje pulsirajuća struja samo jednog polariteta. Ovisno o frekvenciji primijenjenog napona, a za industrijske mreže iznosi 50 Hz, mijenja se i udaljenost između impulsa. Ova vrsta struje naziva se ispravljena, a sam proces naziva se poluvalnom ispravkom.
Ispravljanjem signala pomoću jedne diode moguće je napajati teret koji ne nameće posebne zahtjeve za kvalitetu napona. Na primjer, nit. Ali ako nahranite, primjerice, prijemnik, tada će se pojaviti niskofrekventni šum, čiji će izvor biti jaz između impulsa. U određenoj mjeri, kondenzator spojen paralelno s diodom koristi se za uklanjanje nedostataka poluvalnog ispravljanja zajedno s diodom. Ovaj kondenzator će se napuniti kada se impulsi primi i isprazne kada ih nema u opterećenju. To znači da što je veća vrijednost kapaciteta kondenzatora, više struje će biti izglađeno na opterećenju.
No, najveća kvaliteta signala može se postići ako se dva poluvalova koriste istovremeno za ispravljanje. Uređaj koji to dopušta naziva se diodni most, ili na drugi način - ispravljač.
Diodni most
Takav uređaj je električni uređaj koji se koristi za pretvaranje AC u DC. Izraz "diodni most" nastao je iz riječi "dioda", što uključuje upotrebu dioda u njemu. Mrežni krug ispravljačke diode ovisi o AC mreži na koju je spojen. Mreža može biti:
- jednofazni;
- tri faze.
Ovisno o tome, ispravljački most se zove Gretzov most ili Larionov ispravljač. U prvom slučaju koriste se četiri diode, au drugom se uređaj spaja na šest.
Prvi ispravljački sklop sastavljen je na radio-cijevima i smatra se teškim i skupim rješenjem. No, s razvojem tehnologije poluvodiča, diodni most je u potpunosti zamijenio alternativne metode ispravljanja signala. Umjesto dioda rijetko, ali još uvijek se koriste kolone selena.
Konstrukcija i karakteristike uređaja
Strukturno, ispravljački most je izrađen od skupa pojedinačnih dioda ili od lijevanog kućišta koje ima četiri kabela. Tijelo može biti plosnato ili cilindrično. Sukladno prihvaćenom standardu, igle veze izmjeničnog napona i izlaznog konstantnog signala su označene na kućištu instrumenta. Ispravljači s kućištem s rupom, namijenjeni su za ugradnju na radijator. Glavne karakteristike ispravljačkog mosta su:
- Najveći napon naprijed . To je maksimalna vrijednost pri kojoj parametri uređaja ne prelaze dopuštene granice.
- Najveći dopušteni povratni napon . To je maksimalni impulsni napon kod kojeg je most dug i pouzdan.
- Najveća ispravka radne struje . Označava prosječnu struju koja teče kroz most.
- Maksimalna frekvencija . Učestalost napona primijenjena na most na kojem uređaj djeluje učinkovito i ne prelazi dopušteno grijanje.
Prekoračenje vrijednosti svojstava ispravljača dovodi do oštrog smanjenja njegovog vijeka trajanja ili prekida pn spojeva. Potrebno je uočiti takav trenutak da su svi parametri dioda naznačeni za temperaturu okoline od 20 stupnjeva. Nedostaci korištenja mosta za ispravljanje mosta uključuju veći pad napona u odnosu na krug poluvalova i manju vrijednost učinkovitosti. Da bi se smanjili gubici i smanjili grijaći mostovi, često se proizvode brze Schottky diode.
Dijagram ožičenja uređaja
Na električnim krugovima i pločama s tiskanim krugovima, dioda ispravljač je označen kao ikona diode ili latiničnim slovima. Ako je ispravljač sastavljen od pojedinačnih dioda, pored svakog se stavlja oznaka VD i broj koji označava redni broj diode u krugu. VDS ili BD natpisi se rijetko koriste.
Diode ispravljač može se spojiti izravno na 220-voltnu mrežu ili nakon transformacijskog transformatora, ali njegov sklopni krug ostaje nepromijenjen.
Kada signal stigne u svakom od pola ciklusa, struja može teći samo kroz svoj par dioda, a suprotni par će biti zaključan na njega. Za pozitivno poluvrijeme, VD2 i VD3 će biti otvoreni, a za negativne VD1 i VD4. Kao rezultat, konstantan signal će se emitirati, ali će se njegova frekvencija mreškanja udvostručiti. Kako bi se smanjio talas izlaznog signala, koristi se, kao u slučaju jedne diode, paralelno spajanje kondenzatora C1. Ovaj kondenzator se također naziva izglađivanje.
No, događa se da je diodni most smješten ne samo u promjenjivoj mreži, već je i spojen na već ispravljenu mrežu. Zašto nam je potrebna dioda most u takvom krugu, postat će jasno ako ćemo obratiti pozornost na ono što sheme koristiti takvo uključivanje. Ove sheme su povezane s upotrebom osjetljivih radio elemenata za obrnuti polaritet napajanja. Korištenje mosta omogućuje jednostavnu, ali učinkovitu zaštitu. U slučaju pogrešnog povezivanja polariteta snage, radio elementi instalirani iza mosta neće uspjeti.
Zdravstveni pregled
Ovaj se tip elektroničkog uređaja može provjeriti bez lemljenja iz kruga, jer se u dizajnu uređaja ne koristi manevriranje. U slučaju ispravljača sastavljenog od dioda, svaka se dioda provjerava zasebno. A u slučaju monolitnog slučaja, mjerenja se vrše na sva četiri njegova nalaza.
Bit testa svodi se na brojčanik s multimetarskom diodom za kratki spoj. U tu svrhu provode se sljedeće radnje:
- Multimetar se prebacuje na diodni pršljen ili otporni način rada.
- Utikač jedne žice (crni) umetnut je u zajedničku utičnicu ispitivača, a drugi (crveni) u utičnicu provjere otpora.
- Dodirnite crnu žicu, dodirnite prvu nogu i crvenu žičanu sondu do trećeg pina. Tester bi trebao pokazivati beskonačnost, a ako promijenite polaritet žica, multimetar će pokazati otpor prijelaza.
- Minus tester služio je na četvrtoj nozi, plus jedna trećina. Multimetar će pokazati otpor kada mijenja polaritet beskonačnosti.
- Minus na prvoj nozi, plus drugi. Tester će pokazati otvoreni prijelaz, dok se mijenja zatvara.
Takva svjedočenja ispitivača govore o ispravnosti ispravljača. U nedostatku multimetra, možete koristiti konvencionalni voltmetar. Ali to će morati primijeniti snagu na krug i mjerenje napona na izglađivanje kondenzator. Njegova vrijednost trebala bi premašiti ulaz 1.4 puta.