ไดโอดเรียงกระแสทำงานอย่างไร? วงจรเรียงกระแสไดโอด สะพานไดโอด และขอบเขตการใช้งาน พารามิเตอร์อุปกรณ์พื้นฐาน
แม้ว่าไดโอดทั้งหมดจะเป็นวงจรเรียงกระแส แต่คำนี้มักใช้กับอุปกรณ์ที่มีวัตถุประสงค์เพื่อจ่ายไฟ เพื่อแยกความแตกต่างจากองค์ประกอบที่ใช้สำหรับวงจรสัญญาณขนาดเล็ก ไดโอดเรียงกระแสกำลังสูงใช้เพื่อแก้ไขกระแสไฟ AC ที่มีความถี่การจ่ายต่ำ 50Hz เมื่อมีการปล่อยพลังงานสูงระหว่างโหลด
ลักษณะไดโอด
หน้าที่หลักของไดโอดคือ การแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเป็นแรงดันไฟฟ้าตรงผ่านการใช้งานในสะพานเรียงกระแส ซึ่งจะทำให้กระแสไฟฟ้าไหลไปในทิศทางเดียวเท่านั้น ทำให้แหล่งจ่ายไฟทำงานต่อไป
หลักการทำงานของไดโอดเรียงกระแสนั้นง่ายต่อการเข้าใจ องค์ประกอบประกอบด้วยโครงสร้างที่เรียกว่ารอยต่อ pn ด้านชนิด p เรียกว่าขั้วบวก และด้านชนิด n เรียกว่าแคโทด กระแสจะถูกส่งผ่านจากขั้วบวกไปยังแคโทด ในขณะที่กระแสไหลไปในทิศทางตรงกันข้ามก็ป้องกันได้เกือบทั้งหมด ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการยืดผม มันแปลงกระแสสลับเป็นกระแสทิศทางเดียว อุปกรณ์ประเภทนี้สามารถรองรับกระแสไฟฟ้าได้สูงกว่าไดโอดทั่วไป จึงเรียกว่าพลังงานสูง ความสามารถในการนำกระแสไฟฟ้าในปริมาณมากสามารถจัดเป็นคุณสมบัติหลักได้
วันนี้ ไดโอดซิลิคอนมักใช้บ่อยที่สุด- เมื่อเปรียบเทียบกับองค์ประกอบที่ทำจากเจอร์เมเนียม จะมีพื้นผิวเชื่อมต่อที่ใหญ่กว่า เนื่องจากเจอร์เมเนียมมีความต้านทานความร้อนต่ำ สารกึ่งตัวนำส่วนใหญ่จึงทำจากซิลิคอน อุปกรณ์ที่ทำจากเจอร์เมเนียมมีแรงดันย้อนกลับและอุณหภูมิจุดเชื่อมต่อที่อนุญาตต่ำกว่าอย่างมาก ข้อได้เปรียบเพียงอย่างเดียวที่ไดโอดเจอร์เมเนียมมีมากกว่าซิลิคอนคือค่าแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าเมื่อทำงานในไบแอสไปข้างหน้า (VF (IO) = 0.3 ۞ 0.5 V สำหรับเจอร์เมเนียมและ 0.7 ۞ 1.4 V สำหรับซิลิคอน)
ประเภทและพารามิเตอร์ทางเทคนิคของวงจรเรียงกระแส
ปัจจุบันมีเครื่องหนีบผมหลายประเภท มักจะจำแนกตาม:
ประเภทที่พบบ่อยที่สุดคือ 1 A, 1.5 A, 3 A, 5 A และ 6 A นอกจากนี้ยังมีอุปกรณ์มาตรฐานที่มีกระแสไฟฟฉาที่เรียงกระแสเฉลี่ยสูงสุดถึง 400 A แรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าอาจแตกต่างกันตั้งแต่ 1.1 mV ถึง 1.3 kV
โดดเด่นด้วยข้อจำกัดที่อนุญาตดังต่อไปนี้:
ตัวอย่างขององค์ประกอบประสิทธิภาพสูงคือไดโอดวงจรเรียงกระแสกระแสสูงคู่ขนาด 2x30A ซึ่งเหมาะที่สุดสำหรับสถานีฐาน ช่างเชื่อม อุปกรณ์จ่ายไฟ AC/DC และการใช้งานในอุตสาหกรรม
ค่าสมัคร
เนื่องจากเป็นส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์ที่ง่ายที่สุด ไดโอดประเภทนี้จึงมีการใช้งานที่หลากหลายในระบบอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ วงจรอิเล็กทรอนิกส์และไฟฟ้าต่างๆ ใช้ส่วนประกอบนี้เป็นอุปกรณ์สำคัญเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ต้องการ ขอบเขตของการใช้บริดจ์และไดโอดเรียงกระแสนั้นกว้างขวาง นี่เป็นตัวอย่างบางส่วน:
- การเปลี่ยนกระแสสลับเป็นแรงดันตรง
- การแยกสัญญาณจากแหล่งจ่ายไฟ
- การอ้างอิงแรงดันไฟฟ้า
- การควบคุมขนาดสัญญาณ
- สัญญาณผสม
- สัญญาณการตรวจจับ
- ระบบแสงสว่าง
- เลเซอร์
ไดโอดเรียงกระแสกำลังเป็นองค์ประกอบสำคัญของแหล่งจ่ายไฟ ใช้เพื่อควบคุมพลังงานในคอมพิวเตอร์และรถยนต์ และยังใช้กับเครื่องชาร์จแบตเตอรี่และอุปกรณ์จ่ายไฟของคอมพิวเตอร์ได้ด้วย
นอกจากนี้มักใช้เพื่อวัตถุประสงค์อื่น (เช่นในเครื่องตรวจจับเครื่องรับวิทยุสำหรับการมอดูเลตวิทยุ) ตัวแปรไดโอดกั้น Schottky มีคุณค่าเป็นพิเศษในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัล ช่วงอุณหภูมิในการทำงานตั้งแต่ -40 ถึง +175 °C ช่วยให้อุปกรณ์เหล่านี้สามารถใช้งานได้ภายใต้สภาวะใดก็ได้
ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์และคุณลักษณะของมัน
ไดโอดเป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ประกอบด้วยอุปกรณ์หนึ่ง - การเปลี่ยนแปลงและมีขั้วสองขั้ว: แอโนดและแคโทด ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์มีอยู่มากมายและหนึ่งในคุณสมบัติการจำแนกประเภทหลักคือจุดประสงค์ซึ่งเกี่ยวข้องกับการใช้ปรากฏการณ์บางอย่างใน - การเปลี่ยนแปลง
เรียกว่าไดโอดที่ออกแบบมาเพื่อแปลงกระแสสลับเป็นกระแสตรง กำลังแก้ไขดีสำหรับพวกเขา สิ่งหลักคือเอฟเฟกต์ของวาล์ว (อัตราส่วนกระแสไปข้างหน้ามากเพื่อย้อนกลับ) แต่ไม่มีข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับลักษณะเวลาและความถี่ พวกมันถูกออกแบบมาสำหรับกระแสน้ำสำคัญและมีพื้นที่ขนาดใหญ่ -การเปลี่ยนแปลง ในไดโอดจริงตามกฎแล้วไม่สมมาตร - การเปลี่ยนภาพ ในช่วงเปลี่ยนผ่านดังกล่าว บริเวณหนึ่งของคริสตัล (บริเวณที่มีความเข้มข้นของพาหะส่วนใหญ่สูงกว่า) มักจะมีความต้านทานค่อนข้างต่ำ และอีกบริเวณหนึ่งมีความต้านทานสูง บริเวณที่มีความต้านทานต่ำเป็นแหล่งกำเนิดที่โดดเด่นของพาหะชาร์จมือถือ และกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านไดโอดเมื่อจุดเชื่อมต่อถูกเปิดโดยตรงจะถูกกำหนดโดยการไหลของพาหะส่วนใหญ่เกือบทั้งหมด ดังนั้นบริเวณที่มีความต้านทานต่ำของคริสตัลเซมิคอนดักเตอร์ไดโอดจึงเรียกว่าตัวปล่อย ความแตกต่างของความเข้มข้นของพาหะประจุหลักก็ส่งผลต่อตำแหน่งเช่นกัน - การเปลี่ยนแปลงที่ขอบเขตของภูมิภาคที่มีการนำไฟฟ้าประเภทต่างๆ เนื่องจากความเข้มข้นของตัวพาที่สูงกว่าในบริเวณที่มีความต้านทานต่ำ (ตามที่ระบุไว้ข้างต้น) ความกว้าง - มีการเปลี่ยนแปลงน้อยกว่าในความต้านทานสูง หากความเข้มข้นของพาหะหลักแตกต่างกันมากแสดงว่า - การเปลี่ยนแปลงจะตั้งอยู่เกือบทั้งหมดในบริเวณที่มีความต้านทานสูงซึ่งเรียกว่าฐาน
ลักษณะเฉพาะของแรงดันกระแสไฟของไดโอดจริงและ - การเปลี่ยนภาพอยู่ใกล้กัน แต่ไม่เหมือนกัน (รูปที่ 1.6) สังเกตความแตกต่างทั้งในสาขาไปข้างหน้าและย้อนกลับ สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่อวิเคราะห์กระบวนการในจุดเชื่อมต่อ จะไม่คำนึงถึงขนาดของคริสตัลและจุดเชื่อมต่อ หรือความต้านทานของชั้นเซมิคอนดักเตอร์ที่อยู่ติดกับจุดเชื่อมต่อด้วย การปรากฏตัวในคริสตัลเซมิคอนดักเตอร์ของบริเวณฐานที่มีความต้านทานสูงซึ่งมีลักษณะของความต้านทานทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าตกเพิ่มเติมซึ่งเป็นผลมาจากการที่สาขาโดยตรงของไดโอดผ่านต่ำกว่าทางแยก สาขาย้อนกลับของคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้ากระแสของไดโอดจะต่ำกว่าจุดเชื่อมต่อในอุดมคติ เนื่องจาก กระแสรั่วไหลตามพื้นผิวของคริสตัลจะถูกเพิ่มเข้าไปในกระแสอิ่มตัว
รูปที่ 1.6 - สัญลักษณ์ของไดโอด (a);
ลักษณะเฉพาะของแรงดันกระแสไฟ (v):
1 - ในอุดมคติ - การเปลี่ยนแปลง 2 – ไดโอดจริง
ไดโอดสามารถทำจากเจอร์เมเนียมหรือซิลิคอน คุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันมีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญ (รูปที่ 1.7)
รูปที่ 1.7 - ลักษณะแรงดันกระแสของเจอร์เมเนียม (1)
ไดโอดซิลิคอน (2)
การเลื่อนของสาขาไปข้างหน้าของลักษณะไปทางซ้ายนั้นเกิดจากความแตกต่างในขนาดของสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นและตำแหน่งของสาขาย้อนกลับนั้นถูกกำหนดโดยความแตกต่างในความเข้มข้นของพาหะส่วนน้อยซึ่งขึ้นอยู่กับช่องว่างของแถบ ของเซมิคอนดักเตอร์
ประเภทของคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของคริสตัลเซมิคอนดักเตอร์ (รูปที่ 1.8)
รูปที่ 1.8 - การขึ้นอยู่กับประเภทของคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของไดโอดกับอุณหภูมิ
เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น แรงดันตกคร่อมไดโอดจะลดลงที่กระแสไปข้างหน้าคงที่ แรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าเปลี่ยนแปลง 2.1 mV โดยอุณหภูมิเปลี่ยนแปลง 1°C
กระแสย้อนกลับจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น 2 เท่า เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง 10oC สำหรับไดโอดเจอร์เมเนียม และ 3 เท่าสำหรับไดโอดซิลิคอน อย่างไรก็ตาม ควรคำนึงว่ากระแสย้อนกลับของไดโอดซิลิคอนจะมีขนาดน้อยกว่า 3 เท่าของขนาด ไดโอดเจอร์เมเนียม
ปัจจุบันไดโอดเรียงกระแสซิลิคอนมีการใช้กันอย่างแพร่หลายซึ่งมีข้อดีดังต่อไปนี้:
กระแสย้อนกลับที่เล็กกว่าหลายเท่า (เมื่อเทียบกับเจอร์เมเนียม) ที่แรงดันไฟฟ้าเดียวกัน ค่าสูงของแรงดันย้อนกลับที่อนุญาตซึ่งสูงถึง 1,000...1500 V ในขณะที่ไดโอดเจอร์เมเนียมจะอยู่ในช่วง 100...400 W;
ประสิทธิภาพของไดโอดซิลิคอนจะคงไว้ที่อุณหภูมิตั้งแต่ -60 ถึง +150 °С,เจอร์เมเนียม - ตั้งแต่ -60 ถึง +85 °C เท่านั้น (ที่อุณหภูมิสูงกว่า 85 °C การสร้างความร้อนในเจอร์เมเนียมจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วซึ่งจะเพิ่มกระแสย้อนกลับและอาจทำให้ไดโอดสูญเสียคุณสมบัติของวาล์ว)
อย่างไรก็ตาม ในอุปกรณ์วงจรเรียงกระแสที่มีแรงดันไฟฟ้าต่ำและกระแสสูง การใช้ไดโอดเจอร์เมเนียมจะทำกำไรได้มากกว่า เนื่องจากความต้านทานในทิศทางไปข้างหน้าคือ 1.5...2 เท่าน้อยกว่าไดโอดซิลิคอนที่กระแสโหลดเดียวกัน ซึ่งจะช่วยลด พลังงานกระจายไปภายในไดโอด
พารามิเตอร์หลักของไดโอดเรียงกระแส:
แรงดันย้อนกลับสูงสุดที่อนุญาต ไดโอด - ค่าของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ในทิศทางย้อนกลับที่ไดโอดสามารถทนได้เป็นเวลานานโดยไม่กระทบต่อประสิทธิภาพการทำงาน
กระแสไฟฟ้าที่แก้ไขโดยเฉลี่ย ไดโอด - ค่าเฉลี่ยของกระแสที่แก้ไขที่ไหลผ่านไดโอดในช่วงเวลา
กระแสตรงแบบพัลส์ ไดโอด - ค่าสูงสุดของพัลส์ปัจจุบันที่ระยะเวลาสูงสุด, รอบการทำงานและรูปร่างของพัลส์ที่กำหนด
กระแสย้อนกลับเฉลี่ย ไดโอด - ค่าเฉลี่ยของกระแสย้อนกลับในช่วงเวลานั้น
แรงดันไปข้างหน้าเฉลี่ย ไดโอดที่ค่าเฉลี่ยกระแสไปข้างหน้าที่กำหนด
การกระจายพลังงานโดยเฉลี่ย ไดโอด - กำลังเฉลี่ยในช่วงเวลาที่ไดโอดกระจายไปเมื่อกระแสไหลในทิศทางไปข้างหน้าและย้อนกลับ
ความต้านทานที่แตกต่างกัน ไดโอด - อัตราส่วนของการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าบนไดโอดต่อการเพิ่มขึ้นของกระแสเล็กน้อยที่ทำให้เกิด
วัตถุประสงค์หลักของไดโอดเรียงกระแสคือการแปลงแรงดันไฟฟ้า แต่นี่ไม่ใช่เพียงการใช้งานสำหรับองค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้เท่านั้น มีการติดตั้งในวงจรสวิตชิ่งและควบคุม ใช้ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบคาสเคด ฯลฯ นักวิทยุสมัครเล่นมือใหม่จะสนใจที่จะเรียนรู้ว่าองค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้มีโครงสร้างอย่างไร รวมถึงหลักการทำงานขององค์ประกอบเหล่านี้ด้วย เริ่มจากลักษณะทั่วไปกันก่อน
คุณสมบัติของอุปกรณ์และการออกแบบ
องค์ประกอบโครงสร้างหลักคือเซมิคอนดักเตอร์ นี่คือเวเฟอร์ของผลึกซิลิคอนหรือเจอร์เมเนียม ซึ่งมีค่าการนำไฟฟ้า p และ n สองบริเวณ เนื่องจากคุณลักษณะการออกแบบนี้ จึงเรียกว่าระนาบ
เมื่อผลิตเซมิคอนดักเตอร์ คริสตัลจะถูกประมวลผลดังนี้: เพื่อให้ได้พื้นผิวชนิด p จะถูกบำบัดด้วยฟอสฟอรัสหลอมเหลว และสำหรับพื้นผิวชนิด p จะถูกบำบัดด้วยโบรอน อินเดียม หรืออลูมิเนียม ในระหว่างการบำบัดความร้อน จะเกิดการแพร่กระจายของวัสดุเหล่านี้และคริสตัล เป็นผลให้เกิดบริเวณที่มีรอยต่อ p-n เกิดขึ้นระหว่างพื้นผิวทั้งสองที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่างกัน เซมิคอนดักเตอร์ที่ได้รับในลักษณะนี้จะถูกติดตั้งไว้ในตัวเครื่อง ซึ่งจะช่วยปกป้องคริสตัลจากอิทธิพลภายนอกและส่งเสริมการกระจายความร้อน
การกำหนด:
- เอ - เอาต์พุตแคโทด
- B – ที่วางคริสตัล (เชื่อมเข้ากับตัวเครื่อง)
- คริสตัลชนิด C – n
- D – คริสตัลชนิด p
- E – สายที่นำไปสู่ขั้วแอโนด
- F – ฉนวน
- จี – ร่างกาย
- H – เอาต์พุตขั้วบวก
ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ผลึกซิลิคอนหรือเจอร์เมเนียมถูกใช้เป็นพื้นฐานสำหรับจุดเชื่อมต่อ p-n อดีตถูกนำมาใช้บ่อยกว่ามากเนื่องจากความจริงที่ว่าในองค์ประกอบของเจอร์เมเนียมกระแสย้อนกลับจะสูงกว่ามากซึ่งจะจำกัดแรงดันย้อนกลับที่อนุญาตได้อย่างมาก (ไม่เกิน 400 V) ในขณะที่ซิลิคอนเซมิคอนดักเตอร์คุณลักษณะนี้สามารถเข้าถึงได้สูงถึง 1,500 V
นอกจากนี้ ธาตุเจอร์เมเนียมยังมีช่วงอุณหภูมิในการทำงานที่แคบกว่ามาก โดยจะแตกต่างกันไปตั้งแต่ -60°C ถึง 85°C เมื่อเกินเกณฑ์อุณหภูมิด้านบน กระแสย้อนกลับจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพของอุปกรณ์ สำหรับเซมิคอนดักเตอร์ซิลิคอน เกณฑ์ด้านบนคือประมาณ 125°C-150°C
การจำแนกประเภทพลังงาน
พลังขององค์ประกอบถูกกำหนดโดยกระแสตรงสูงสุดที่อนุญาต ตามลักษณะนี้ จึงมีการใช้การจำแนกประเภทต่อไปนี้:
รายการลักษณะสำคัญ
ด้านล่างนี้เป็นตารางที่อธิบายพารามิเตอร์หลักของไดโอดเรียงกระแส คุณลักษณะเหล่านี้สามารถหาได้จากเอกสารข้อมูล (คำอธิบายทางเทคนิคขององค์ประกอบ) ตามกฎแล้วนักวิทยุสมัครเล่นส่วนใหญ่หันไปใช้ข้อมูลนี้ในกรณีที่ไม่มีองค์ประกอบที่ระบุในแผนภาพซึ่งจำเป็นต้องค้นหาอะนาล็อกที่เหมาะสม
โปรดทราบว่าในกรณีส่วนใหญ่ หากคุณต้องการค้นหาอะนาล็อกของไดโอดตัวใดตัวหนึ่ง พารามิเตอร์ห้าตัวแรกจากตารางก็เพียงพอแล้ว ในกรณีนี้ขอแนะนำให้คำนึงถึงช่วงอุณหภูมิการทำงานขององค์ประกอบและความถี่ด้วย
หลักการทำงาน
วิธีที่ง่ายที่สุดในการอธิบายหลักการทำงานของไดโอดเรียงกระแสคือพร้อมตัวอย่าง ในการทำเช่นนี้เราจำลองวงจรของวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นธรรมดา (ดู 1 ในรูปที่ 6) ซึ่งกำลังมาจากแหล่งจ่ายกระแสสลับที่มีแรงดันไฟฟ้า U IN (กราฟ 2) และผ่าน VD ไปยังโหลด R
ข้าว. 6. หลักการทำงานของวงจรเรียงกระแสไดโอดเดี่ยว ในช่วงครึ่งวงจรบวก ไดโอดจะอยู่ในตำแหน่งเปิดและส่งกระแสผ่านไปยังโหลด เมื่อถึงรอบครึ่งวงจรลบ อุปกรณ์จะถูกล็อคและไม่มีการจ่ายไฟให้กับโหลด นั่นคือมีการตัดครึ่งคลื่นเชิงลบออกไป (อันที่จริงสิ่งนี้ไม่เป็นความจริงทั้งหมดเนื่องจากในระหว่างกระบวนการนี้จะมีกระแสย้อนกลับอยู่เสมอค่าของมันจะถูกกำหนดโดยคุณลักษณะ I arr)
ดังที่เห็นได้จากกราฟ (3) ที่เอาต์พุตเราได้รับพัลส์ที่ประกอบด้วยครึ่งรอบบวกนั่นคือกระแสตรง นี่คือหลักการทำงานของการแก้ไของค์ประกอบของเซมิคอนดักเตอร์
โปรดทราบว่าแรงดันพัลส์ที่เอาต์พุตของวงจรเรียงกระแสนั้นเหมาะสำหรับการจ่ายไฟให้กับโหลดที่มีเสียงรบกวนต่ำเท่านั้น ตัวอย่างจะเป็นเครื่องชาร์จสำหรับแบตเตอรี่กรดของไฟฉาย ในทางปฏิบัติ เฉพาะผู้ผลิตชาวจีนเท่านั้นที่ใช้โครงการนี้เพื่อลดต้นทุนของผลิตภัณฑ์ของตนให้มากที่สุด ที่จริงแล้วความเรียบง่ายของการออกแบบเป็นเพียงเสาเดียวเท่านั้น
ข้อเสียของวงจรเรียงกระแสไดโอดเดียว ได้แก่ :
- ประสิทธิภาพระดับต่ำ เนื่องจากครึ่งรอบเชิงลบถูกตัดออก ประสิทธิภาพของอุปกรณ์จึงไม่เกิน 50%
- แรงดันไฟขาออกจะอยู่ที่ประมาณครึ่งหนึ่งของแรงดันไฟเข้า
- ระดับเสียงรบกวนสูงซึ่งแสดงออกมาในรูปแบบของเสียงฮัมที่ความถี่ของเครือข่ายอุปทาน เหตุผลคือการล้างอำนาจแม่เหล็กแบบอสมมาตรของหม้อแปลงแบบสเต็ปดาวน์ (อันที่จริงนี่คือเหตุผลว่าทำไมวงจรดังกล่าวจึงควรใช้ตัวเก็บประจุแบบหมาด ๆ ซึ่งมีด้านลบด้วย)
โปรดทราบว่าข้อเสียเหล่านี้สามารถลดลงได้บ้าง ในการทำเช่นนี้ ก็เพียงพอที่จะสร้างตัวกรองแบบธรรมดาโดยใช้อิเล็กโทรไลต์ความจุสูง (1 ในรูปที่ 7)
ข้าว. 7. แม้แต่ตัวกรองธรรมดาก็สามารถลดการกระเพื่อมได้อย่างมาก หลักการทำงานของตัวกรองดังกล่าวค่อนข้างง่าย อิเล็กโทรไลต์จะถูกชาร์จในระหว่างครึ่งวงจรที่เป็นบวก และจะถูกปล่อยออกมาเมื่อครึ่งวงจรที่เป็นลบเกิดขึ้น ความจุไฟฟ้าต้องเพียงพอต่อการรักษาแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมโหลด ในกรณีนี้ พัลส์จะค่อนข้างเรียบโดยประมาณดังแสดงในกราฟ (2)
วิธีแก้ปัญหาข้างต้นจะปรับปรุงสถานการณ์ได้บ้าง แต่ไม่มากนัก หากคุณใช้พลังงานจากลำโพงคอมพิวเตอร์ที่ใช้งานอยู่จากวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นดังกล่าวจะได้ยินเสียงพื้นหลังที่เป็นลักษณะเฉพาะ เพื่อแก้ไขปัญหานี้ จำเป็นต้องมีวิธีแก้ไขที่รุนแรงกว่านี้ เช่น สะพานไดโอด มาดูหลักการทำงานของวงจรนี้กัน
การออกแบบและหลักการทำงานของไดโอดบริดจ์
ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างวงจรดังกล่าว (จากวงจรครึ่งคลื่น) คือแรงดันไฟฟ้าจะจ่ายให้กับโหลดในแต่ละครึ่งรอบ แผนภาพวงจรสำหรับการเชื่อมต่อองค์ประกอบวงจรเรียงกระแสเซมิคอนดักเตอร์แสดงอยู่ด้านล่าง
ดังที่เห็นจากรูปด้านบน วงจรใช้องค์ประกอบวงจรเรียงกระแสเซมิคอนดักเตอร์สี่องค์ประกอบ ซึ่งเชื่อมต่อกันในลักษณะที่มีเพียงสององค์ประกอบเท่านั้นที่ทำงานในแต่ละครึ่งรอบ ให้เราอธิบายรายละเอียดว่ากระบวนการนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร:
- วงจรได้รับแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ Uin (2 ในรูปที่ 8) ในช่วงครึ่งวงจรบวก จะเกิดวงจรต่อไปนี้: VD4 – R – VD2 ดังนั้น VD1 และ VD3 จึงอยู่ในตำแหน่งล็อค
- เมื่อลำดับของครึ่งรอบเชิงลบเกิดขึ้น เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของขั้ว วงจรจะเกิดขึ้น: VD1 – R – VD3 ในขณะนี้ VD4 และ VD2 ถูกล็อค
- ช่วงเวลาถัดไปจะเกิดซ้ำ
ดังที่เห็นได้จากผลลัพธ์ (กราฟที่ 3) ครึ่งรอบทั้งสองเกี่ยวข้องกับกระบวนการนี้ และไม่ว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้าจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร มันก็จะไหลผ่านโหลดในทิศทางเดียว หลักการทำงานของวงจรเรียงกระแสนี้เรียกว่าฟูลเวฟ ข้อดีของมันชัดเจน เราแสดงรายการไว้:
- เนื่องจากทั้งสองครึ่งรอบเกี่ยวข้องกับงาน ประสิทธิภาพจึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก (เกือบสองเท่า)
- การกระเพื่อมที่เอาท์พุตของวงจรบริดจ์จะเพิ่มความถี่เป็นสองเท่าด้วย (เมื่อเทียบกับสารละลายครึ่งคลื่น)
- ดังที่เห็นได้จากกราฟ (3) ระดับการลดลงระหว่างพัลส์ต่างๆ จะลดลง ดังนั้นตัวกรองจะปรับให้เรียบได้ง่ายขึ้นมาก
- แรงดันไฟฟ้าที่เอาท์พุตของวงจรเรียงกระแสจะใกล้เคียงกับที่อินพุทโดยประมาณ
การรบกวนจากวงจรบริดจ์นั้นไม่มีนัยสำคัญ และจะยิ่งน้อยลงไปอีกเมื่อใช้ตัวเก็บประจุไฟฟ้าของตัวกรอง ด้วยเหตุนี้ โซลูชันนี้จึงสามารถใช้ในแหล่งจ่ายไฟสำหรับการออกแบบวิทยุสมัครเล่นเกือบทุกประเภท รวมถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความละเอียดอ่อนด้วย
โปรดทราบว่าไม่จำเป็นต้องใช้องค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์สี่ตัวเรียงกระแสเลยก็เพียงพอแล้วที่จะประกอบชิ้นส่วนสำเร็จรูปในกล่องพลาสติก
เคสนี้มีพินสี่พิน สองตัวสำหรับอินพุต และหมายเลขเดียวกันสำหรับเอาต์พุต ขาที่ต่อแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจะมีเครื่องหมาย “~” หรือตัวอักษร “AC” กำกับอยู่ ที่เอาต์พุต ขาบวกจะมีสัญลักษณ์ “+” ตามลำดับ ส่วนขาลบจะมีเครื่องหมาย “-” ตามลำดับ
ในแผนภาพแอสเซมบลีดังกล่าวมักจะแสดงเป็นรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนโดยมีจอแสดงผลกราฟิกของไดโอดอยู่ข้างใน
คำถามที่ว่าจะดีกว่าถ้าใช้ชุดประกอบหรือไดโอดแต่ละตัวไม่สามารถตอบได้อย่างชัดเจน ไม่มีความแตกต่างในการทำงานระหว่างกัน แต่การประกอบมีขนาดกะทัดรัดกว่า ในทางกลับกัน หากล้มเหลว การเปลี่ยนใหม่ทั้งหมดเท่านั้นที่จะช่วยได้ หากในกรณีนี้มีการใช้แต่ละองค์ประกอบก็เพียงพอแล้วที่จะเปลี่ยนไดโอดตัวเรียงกระแสที่ล้มเหลว
ไดโอดเรียงกระแสเป็นอุปกรณ์กึ่งตัวนำชนิดพิเศษที่รู้จักแม้กระทั่งผู้ที่ไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญ ใช้ในการรับแรงดันไฟฟ้าคงที่จากศักย์ไฟฟ้าเริ่มต้นพร้อมพารามิเตอร์ที่แปรผันได้ ผลิตภัณฑ์ในคลาสนี้เป็นของอุปกรณ์สองอิเล็กโทรดที่มีค่าการนำไฟฟ้าทางเดียวซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ถึงผลการแก้ไข (ดูภาพด้านล่าง)
วงจรเรียงกระแสไดโอดที่สร้างขึ้นบนพื้นฐานขององค์ประกอบเหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายทั้งในงานวิศวกรรมไฟฟ้าและในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ ส่วนใหญ่แล้ว ไดโอดเรียงกระแสจะใช้เป็นเกตเดี่ยวธรรมดาหรือเป็นส่วนหนึ่งของวงจรบริดจ์ที่ซับซ้อนกว่า
หลักการยืดผม
อุปกรณ์เรียงกระแสใดๆ จะมีขั้วหรืออิเล็กโทรดสองขั้ว เรียกว่าแอโนดและแคโทด แต่ละตัวเชื่อมต่อกับแผ่นที่มีค่าการนำไฟฟ้าที่สอดคล้องกันซึ่งก่อตัวเป็นทางแยกเซมิคอนดักเตอร์ (ขั้วบวกอยู่ที่ชั้น "p" และแคโทดอยู่ที่ชั้น "n") ในช่วงเวลาที่ขั้วบวกถูกส่งไปยังขั้วบวกของไดโอดและขั้วลบถูกจ่ายให้กับแคโทด (ในกรณีของการเชื่อมต่อที่เรียกว่า "โดยตรง") อุปกรณ์จะผ่านกระแสขณะอยู่ในสถานะเปิด
หากขั้วของแรงดันไฟฟ้าขาเข้าเปลี่ยนสัญญาณ (การเปิดสวิตช์ย้อนกลับของไดโอด) ตามคุณลักษณะของแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบัน จะไม่มีกระแสไหลผ่านทางแยกเซมิคอนดักเตอร์ อันเป็นผลมาจากการนำไฟฟ้าทางเดียวของอุปกรณ์สัญญาณกระแสพัลซิ่งจะเกิดขึ้นที่เอาต์พุต (ดังแสดงในภาพด้านล่าง)
ตามวงจรนี้หลังจากไดโอด VD สัญญาณ Un ที่แก้ไขแล้วจะไปที่โหลด R (ตอนนี้ไม่มีการกรอง) ซึ่งจะถูกใช้ตามวัตถุประสงค์ที่ตั้งใจไว้
บันทึก!ถ้าแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับของแอมพลิจูด U ถูกนำไปใช้กับอินพุตของอุปกรณ์วงจรเรียงกระแส กระแสที่ไหลผ่านมันและโหลด R จะไหลในทิศทางเดียวเท่านั้น
จากผลของการแก้ไข ชุดของคลื่นครึ่งคลื่นบวกจะปรากฏขึ้นที่โหลด ซึ่งต่อมาจะจ่ายให้กับตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าเพื่อวัตถุประสงค์ในการกรอง หลังจากที่ทำให้ระลอกคลื่นผ่านตัวเก็บประจุเรียบขึ้นแล้วเท่านั้นจึงจะสามารถพูดคุยเกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้าที่แก้ไขได้ในที่สุด
ลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบัน (CVC)
คุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของอุปกรณ์ที่พิจารณาในที่นี้แสดงไว้ในภาพด้านล่าง
มันแสดงให้เห็นว่าในจตุภาคแรกของแกนพิกัด (บนขวา) มีสาขาโดยตรงของการพึ่งพา Ipr ปัจจุบันกับแรงดันไฟฟ้า Upr ที่จ่ายให้กับวงจรเรียงกระแส จากรูปร่างของมันบ่งบอกถึงความต้านทานต่ำของไดโอดที่มีขั้วบวกของศักย์ไฟฟ้าที่ใช้กับขั้วของมัน (ส่วนเชิงเส้นที่มีความชันใกล้ 45 องศา)
ในจตุภาคที่สาม (ล่างซ้าย) คือกิ่งที่กลับกัน ตำแหน่งแนวนอนแสดงถึงความต้านทานสูงของจุดเชื่อมต่อ pn
ในควอแดรนท์นี้ แรงดันไฟฟ้า Urev ที่ขั้วของไดโอดมีขั้วลบ ซึ่งเป็นผลมาจากการที่กระแส Irev ผ่านจุดแยกเอนเอียงแบบย้อนกลับอยู่ใกล้กับศูนย์
ทฤษฎีการควบคุมรอยต่อพีเอ็น
จุดเชื่อมต่อ p-n แบบอิเล็กทรอนิกส์ที่อยู่ใต้องค์ประกอบไดโอดใดๆ นั้นเป็นชั้นสองชั้นของบริเวณที่อิเล็กตรอน (รู) อิ่มตัวและหมดไป ซึ่งอยู่ห่างจากกันที่ระยะห่างตามลำดับขนาดของอะตอม
หากคุณใช้แรงดันไฟฟ้าที่มีขั้วโดยตรงกับไดโอด (บวกกับขั้วบวกและลบกับแคโทด) อิเล็กตรอนจากชั้นที่อิ่มตัวด้วยพวกมันจะเริ่มกระจายอย่างเข้มข้นไปยังบริเวณที่มีพวกมันน้อยกว่าโดยเร่งโดยการใช้ ศักยภาพเชิงบวก ด้วยเหตุนี้ค่าการนำไฟฟ้าของชั้นจึงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว (ความต้านทานลดลง) และกระแสเริ่มไหลไปในทิศทางไปข้างหน้า สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับหลุม
ในกรณีที่ใช้แรงดันไฟฟ้าที่มีขั้วตรงข้ามกับองค์ประกอบเดียวกัน (ศักย์ไฟฟ้าที่ขั้วบวกและแคโทดเปลี่ยนสัญญาณ) รูและอิเล็กตรอนจะเริ่มเคลื่อนออกจากจุดเชื่อมต่อ ในเวลาเดียวกันมีสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นที่ขอบเขตซึ่งไม่อนุญาตให้ผู้ให้บริการชาร์จเจาะจากพื้นที่หนึ่งไปอีกพื้นที่หนึ่ง (ดูภาพด้านล่าง)
ด้วยเหตุนี้ทางแยกจึงอยู่ในสถานะการนำไฟฟ้าลดลง (ความต้านทานสูง) ซึ่งไดโอดไม่นำกระแส จากมุมมองด้านพลังงาน ทั้งสองกรณีที่กล่าวถึงข้างต้นมุ่งไปสู่การเอาชนะสิ่งกีดขวางทางอิเล็กทรอนิกส์ที่สร้างขึ้นอย่างเทียมที่จุดเชื่อมต่อของเซมิคอนดักเตอร์ที่มีตัวนำไฟฟ้าสองตัว
ข้อมูลเพิ่มเติม.องค์ประกอบที่รู้จักกันดีของตารางธาตุซึ่งมีเอฟเฟกต์กึ่งโลหะเด่นชัด (อินเดียม เจอร์เมเนียม ซิลิคอน และอื่น ๆ ) ถูกใช้เป็นเซมิคอนดักเตอร์
ทางแยก p-n ที่อธิบายไว้ข้างต้นนั้นถูกสร้างขึ้นจากวัสดุเหล่านี้ซึ่งในระหว่างการผลิตจะถูกวางไว้ในตัวเรือนของผลิตภัณฑ์ที่พร้อมใช้งาน - ไดโอด
การจำแนกประเภทและลักษณะของไดโอด
ไดโอดเรียงกระแสทุกประเภทที่รู้จักมักจะมีลักษณะที่แตกต่างดังต่อไปนี้:
- ปริมาณพลังงานที่เปลี่ยน;
- การสลับความถี่
- ประเภทของสารกึ่งตัวนำที่ใช้ในการผลิตหัวต่อ p-n
ตามลักษณะแรกเหล่านี้ไดโอดจะถูกแบ่งออกเป็นอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำตลอดจนผลิตภัณฑ์ที่มีกำลังปานกลางและสูง การแบ่งส่วนนี้ถูกกำหนดโดยความแรงของกระแสไฟฟ้าที่จุดเชื่อมต่อ p-n ขององค์ประกอบวาล์วสามารถผ่านตัวเองได้ที่แรงดันไฟฟ้าคงที่บนอิเล็กโทรด ตามคุณสมบัตินี้ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่พิจารณาในที่นี้สามารถแบ่งออกเป็นสามกลุ่มดังต่อไปนี้:
- ไดโอดพลังงานต่ำที่มีค่ากระแสไฟตรง (หรือกระแสตรง) ขั้นต่ำ - สูงถึง 0.3 แอมแปร์
- อุปกรณ์กำลังปานกลาง (ตั้งแต่ 0.3 ถึง 10 แอมแปร์)
- ผลิตภัณฑ์ตัวเรียงกระแสที่ทรงพลังหรือกำลังค่าของกระแสตรงซึ่งถึงค่าลำดับสิบและร้อยแอมแปร์
ตามพารามิเตอร์ความถี่ ไดโอดทุกประเภทที่รู้จักจะถูกแบ่งออกเป็นอุปกรณ์ที่มีความถี่ต่ำ ปานกลาง สูง และสูงพิเศษ (ไมโครเวฟ)
บันทึก!ไดโอดเรียงกระแสส่วนใหญ่ที่ใช้เป็นวาล์วในเครือข่ายไฟฟ้าในครัวเรือนและอุตสาหกรรมที่ 50 เฮิรตซ์จัดอยู่ในประเภทความถี่ต่ำ
ขึ้นอยู่กับประเภทของหัวต่อที่ใช้ในการผลิตไดโอด พวกเขามักจะแบ่งออกเป็นผลิตภัณฑ์เจอร์เมเนียมที่ล้าสมัยและวงจรเรียงกระแสซิลิคอนสมัยใหม่ ตามการจำแนกประเภทของส่วนประกอบไดโอดที่พิจารณาจะมีการแนะนำคุณลักษณะซึ่งแสดงโดยพารามิเตอร์การทำงานต่อไปนี้:
- แรงดันแก้ไขสูงสุด (ย้อนกลับ)
- แรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าข้ามองค์ประกอบไดโอดแบบเปิด (ลดลงที่ทางแยกเอนเอียง)
- ค่าที่อนุญาตของกระแสไปข้างหน้าที่ส่งผ่านไดโอด
- ปริมาณกระแสย้อนกลับที่อนุญาต
- กำลังสูงสุดที่กระจายโดยวาล์ว
- อุณหภูมิในการทำงานและการเปลี่ยนแปลงสูงสุด
- ความถี่ที่อนุญาตของสัญญาณสวิตช์
นอกเหนือจากคุณสมบัติที่ระบุซึ่งถือเป็นตัวบ่งชี้หลักของการทำงานขององค์ประกอบไดโอดแล้วยังมีคุณสมบัติรองที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับพารามิเตอร์ที่กล่าวถึงแล้วข้างต้น โดยทั่วไปจะรวมถึงคุณลักษณะต่างๆ เช่น ความเร็วและความจุของจุดเชื่อมต่อ pn ตลอดจนความต้านทานส่วนต่างและความร้อน
ข้อมูลเพิ่มเติม.พารามิเตอร์เหล่านี้เป็นที่ต้องการเมื่อออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนและตามกฎแล้วไม่มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการทำงานของอุปกรณ์ในโหมดวงจรเรียงกระแส
เพิ่มไปว่าสภาวะอุณหภูมิของการทำงานขององค์ประกอบไดโอดมักจะถือเป็นพารามิเตอร์หลัก สำหรับผลิตภัณฑ์ประเภทที่พบบ่อยที่สุด (ซิลิคอนไดโอด) ตัวบ่งชี้นี้มักจะมีช่วงตั้งแต่ -50 ถึง +130 องศา เมื่อออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะต้องให้ความสนใจอย่างมากกับอุณหภูมิของตัวเครื่องซึ่งค่านั้นขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ของอุปกรณ์ (ประเภทพลังงานและผู้ผลิต)
พื้นที่ใช้งาน
องค์ประกอบวงจรเรียงกระแสชนิดวาล์วในด้านการแปลงทางไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์มักจะใช้เพื่อวัตถุประสงค์ดังต่อไปนี้:
- การสลับ (การเปิดและปิดวงจรการทำงาน);
- การตรวจจับและการจำกัดสัญญาณที่มีรูปร่างและระยะเวลาต่างๆ
- การแก้ไขแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับโดยตรง เพื่อให้มั่นใจว่าระดับศักย์ไฟฟ้าคงที่
นอกจากนี้ไดโอดเรียงกระแสแบบคลาสสิกที่ทำจากวัสดุซิลิกอนเป็นพื้นฐานสำหรับการสร้างวงจรที่เรียกว่า "บริดจ์" ซึ่งมีองค์ประกอบหลายอย่างพร้อมกัน (ภาพด้านล่าง)
เนื่องจากการกำเนิดของชุดวาล์วที่มีไดโอดสี่ตัวเชื่อมต่อกันตามหลักการแบบ back-to-back ทำให้โมดูลตัวเรียงกระแสได้รับการปรับปรุงให้ง่ายขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ขณะเดียวกันก็อำนวยความสะดวกให้กับเทคโนโลยีการติดตั้งไปพร้อมๆ กัน
เนื่องจากคุณสมบัติที่โดดเด่น เช่น ต้นทุนต่ำ การออกแบบที่เรียบง่าย และความน่าเชื่อถือในการทำงาน ไดโอดเรียงกระแสที่มีจุดเชื่อมต่อเซมิคอนดักเตอร์จึงถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางไม่เพียงแต่ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังรวมถึงในสาขาที่ห่างไกลเช่นวิศวกรรมวิทยุด้วย
ข้อมูลเพิ่มเติม.ในอุปกรณ์วิทยุ องค์ประกอบเหล่านี้จะใช้ในโหมดความถี่สูง โดยจัดให้มีการแก้ไข การสลับ และการจำกัดสัญญาณแบบ over-the-air ที่ได้รับ
ในส่วนสุดท้ายของการตรวจสอบ เราทราบว่าไดโอดเรียงกระแสสมัยใหม่มีหลายประเภทและรุ่นต่างๆ มากมาย ซึ่งแตกต่างกันทั้งในการออกแบบและลักษณะประสิทธิภาพที่ประกาศไว้ ความสามารถในการจัดการองค์ประกอบอิเล็กทรอนิกส์เหล่านี้อย่างเหมาะสมนั้นขึ้นอยู่กับการรู้อัลกอริธึมในการเลือกตัวอย่างไดโอดโดยเฉพาะ โดยเน้นที่ข้อมูลที่ให้ไว้ในคู่มืออ้างอิง
วีดีโอ
อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชนิดหนึ่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรต่างๆ คือ ไดโอดเรียงกระแส ซึ่งกระแสไฟฟ้าสลับจะถูกแปลงเป็นไฟฟ้ากระแสตรง การออกแบบถูกสร้างขึ้นในรูปแบบของอุปกรณ์สองขั้วที่มีการนำไฟฟ้าทางเดียว การแก้ไขกระแสไฟ AC เกิดขึ้นที่จุดเชื่อมต่อโลหะ-เซมิคอนดักเตอร์ และจุดเชื่อมต่อสารกึ่งตัวนำ-โลหะ ผลเช่นเดียวกันนี้เกิดขึ้นได้ในการเปลี่ยนหลุมอิเล็กตรอนของผลึกบางชนิด - เจอร์เมเนียม, ซิลิคอน, ซีลีเนียม ในหลายกรณีคริสตัลเหล่านี้ใช้เป็นองค์ประกอบหลักของอุปกรณ์
ไดโอดเรียงกระแสใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ วิทยุ และอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา วงจรจะถูกปิดและเปิด ตรวจจับและเปลี่ยนพัลส์และสัญญาณไฟฟ้า รวมถึงการแปลงอื่น ๆ ที่คล้ายกัน
หลักการทำงานของไดโอดเรียงกระแส
ไดโอดแต่ละตัวมีขั้วต่อสองขั้วนั่นคืออิเล็กโทรด - แอโนดและแคโทด ขั้วบวกเชื่อมต่อกับ p-layer และแคโทดเชื่อมต่อกับ n-layer ในกรณีของการเชื่อมต่อโดยตรงของไดโอด ค่าบวกจะไปที่ขั้วบวกและลบไปที่แคโทด ส่งผลให้กระแสไฟฟ้าเริ่มไหลผ่านไดโอด
หากการจ่ายกระแสไฟฟ้าทำในลักษณะตรงกันข้าม - ขั้วลบถูกนำไปใช้กับขั้วบวกและขั้วบวกถูกนำไปใช้กับแคโทดคุณจะได้รับสิ่งที่เรียกว่าการสลับย้อนกลับของไดโอด ในกรณีนี้ จะไม่มีการไหลของกระแส ตามที่ระบุโดยลักษณะเฉพาะของแรงดันกระแสของไดโอดเรียงกระแส ดังนั้นเมื่อมาถึงอินพุทจะมีเพียงครึ่งคลื่นเดียวเท่านั้นที่จะผ่านไดโอด
รูปที่นำเสนอสะท้อนถึงคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของไดโอดอย่างชัดเจน สาขาตรงของมันตั้งอยู่ในจตุภาคแรกของกราฟ มันอธิบายไดโอดในสถานะการนำไฟฟ้าสูงเมื่อมีการจ่ายแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้า สาขานี้แสดงเป็นฟังก์ชันเชิงเส้นแบบแยกชิ้น u = U 0 + R D x i โดยที่ u แทนแรงดันไฟฟ้าที่คร่อมวาล์วในระหว่างที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน i ดังนั้น U 0 และ R D คือแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์และความต้านทานแบบไดนามิก
จตุภาคที่สามมีสาขาย้อนกลับของคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบัน ซึ่งบ่งชี้ถึงค่าการนำไฟฟ้าต่ำเมื่อใช้แรงดันย้อนกลับกับไดโอด ในสถานะนี้ แทบไม่มีกระแสไหลผ่านโครงสร้างเซมิคอนดักเตอร์
ตำแหน่งนี้จะถูกต้องจนถึงค่าแรงดันย้อนกลับที่แน่นอนเท่านั้น ในกรณีนี้ ความแรงของสนามไฟฟ้าในบริเวณรอยต่อ pn สามารถสูงถึงระดับ 105 V/cm สนามดังกล่าวให้พลังงานจลน์แก่อิเล็กตรอนและโฮลซึ่งเป็นตัวพาประจุเคลื่อนที่ ซึ่งสามารถทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนของอะตอมซิลิคอนที่เป็นกลาง
โครงสร้างมาตรฐานของไดโอดเรียงกระแสถือว่ามีรูและอิเล็กตรอนการนำไฟฟ้าซึ่งถูกสร้างขึ้นอย่างต่อเนื่องภายใต้อิทธิพลของการสร้างความร้อนตลอดปริมาตรทั้งหมดของโครงสร้างตัวนำ ต่อจากนั้นพวกมันจะถูกเร่งความเร็วภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าของทางแยก p-n นั่นคืออิเล็กตรอนและรูก็มีส่วนร่วมในการแตกตัวเป็นไอออนของอะตอมซิลิคอนที่เป็นกลางด้วย ในกรณีนี้ กระแสย้อนกลับจะเพิ่มขึ้นเหมือนกับหิมะถล่ม และสิ่งที่เรียกว่าการพังทลายของหิมะถล่มจะเกิดขึ้น แรงดันไฟฟ้าที่กระแสย้อนกลับเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจะแสดงในรูปเป็นแรงดันพังทลาย U3
พารามิเตอร์พื้นฐานของไดโอดเรียงกระแส
เมื่อพิจารณาพารามิเตอร์ขององค์ประกอบวงจรเรียงกระแสควรคำนึงถึงปัจจัยต่อไปนี้:
- , ค่าสูงสุดที่อนุญาตเมื่อแก้ไขกระแสเมื่ออุปกรณ์ยังไม่ล้มเหลว
- ค่าสูงสุดของกระแสไฟฟ้าที่แก้ไขโดยเฉลี่ย
- แรงดันย้อนกลับสูงสุด
อุปกรณ์เรียงกระแสมีหลายรูปทรงและสามารถติดตั้งได้หลายวิธี
ตามลักษณะทางกายภาพจะแบ่งออกเป็นกลุ่มต่อไปนี้:
- ไดโอดเรียงกระแสกำลังสูงซึ่งมีปริมาณงานสูงถึง 400 A ซึ่งอยู่ในหมวดหมู่ไฟฟ้าแรงสูงและมีให้เลือกสองประเภท ตัวเรือนพินทำจากแก้ว และตัวเรือนแท็บเล็ตทำจากเซรามิก
- ไดโอดเรียงกระแสกำลังปานกลางที่มีความจุตั้งแต่ 300 mA ถึง 10 A
- ไดโอดเรียงกระแสกำลังต่ำที่มีพิกัดกระแสสูงสุด 300 mA
เมื่อเลือกอุปกรณ์เฉพาะจำเป็นต้องคำนึงถึงลักษณะแรงดันไฟฟ้าของกระแสย้อนกลับและกระแสสูงสุดสูงสุด, แรงดันไปข้างหน้าและย้อนกลับสูงสุดที่อนุญาต, ความแรงเฉลี่ยของกระแสที่แก้ไขตลอดจนวัสดุของผลิตภัณฑ์ และประเภทของการติดตั้ง คุณสมบัติหลักทั้งหมดของไดโอดเรียงกระแสและพารามิเตอร์ของมันถูกทำเครื่องหมายไว้บนตัวเรือนในรูปแบบของสัญลักษณ์ การทำเครื่องหมายองค์ประกอบต่างๆ ระบุไว้ในหนังสืออ้างอิงและแค็ตตาล็อกพิเศษ ซึ่งจะช่วยเร่งและอำนวยความสะดวกในการเลือกองค์ประกอบต่างๆ
วงจรที่ใช้ไดโอดเรียงกระแสมีความแตกต่างกันตามจำนวนเฟส:
- เฟสเดียวมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือน รถยนต์ และอุปกรณ์สำหรับการเชื่อมอาร์กไฟฟ้า
- มัลติเฟสใช้ในอุปกรณ์อุตสาหกรรม การขนส่งสาธารณะพิเศษและการขนส่งสาธารณะ
ไดโอดเรียงกระแสและวงจรไดโอดอาจเป็นเจอร์เมเนียมหรือซิลิคอนก็ได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ ตัวเลือกหลังมักใช้บ่อยที่สุดเนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพของซิลิคอน ไดโอดเหล่านี้มีกระแสย้อนกลับที่ต่ำกว่ามากที่แรงดันไฟฟ้าเดียวกัน ดังนั้นแรงดันย้อนกลับที่ยอมรับได้จึงสูงมากในช่วง 1,000-1500 โวลต์
สำหรับการเปรียบเทียบ สำหรับไดโอดเจอร์เมเนียมค่านี้คือ 100-400 V ไดโอดซิลิคอนยังคงทำงานในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ - 60 ถึง + 150 องศา และไดโอดเจอร์เมเนียม - ในช่วงตั้งแต่ - 60 ถึง + 850C เท่านั้น ที่อุณหภูมิเกินค่านี้ คู่อิเล็กตรอนรูจะเกิดขึ้นที่ความเร็วสูง ซึ่งทำให้กระแสย้อนกลับเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและประสิทธิภาพของวงจรเรียงกระแสลดลง
วงจรเชื่อมต่อไดโอดเรียงกระแส
วงจรเรียงกระแสที่ง่ายที่สุดทำงานตามรูปแบบต่อไปนี้ อินพุตจะมาพร้อมกับแรงดันไฟฟ้าหลักสลับที่มีครึ่งรอบด้านบวกและด้านลบ โดยมีสีแดงและน้ำเงินตามลำดับ โหลด RH ปกติเชื่อมต่ออยู่ที่เอาต์พุต และไดโอด VD จะเป็นองค์ประกอบในการแก้ไข
เมื่อแรงดันไฟฟ้าบวกครึ่งรอบถูกจ่ายให้กับขั้วบวก ไดโอดจะเปิดขึ้น ในช่วงเวลานี้ Ipr กระแสตรงของไดโอดจะไหลผ่านไดโอดและโหลดที่ขับเคลื่อนจากวงจรเรียงกระแส บนแผนภูมิด้านขวา คลื่นนี้จะแสดงเป็นสีแดง
เมื่อแรงดันไฟฟ้าครึ่งรอบด้านลบมาถึงขั้วบวก ไดโอดจะปิด และกระแสย้อนกลับเล็กน้อยจะเริ่มไหลทั่วทั้งวงจร ในกรณีนี้ครึ่งคลื่นลบของกระแสสลับจะถูกตัดโดยไดโอด คลื่นครึ่งคลื่นที่ตัดออกนี้ระบุด้วยเส้นประสีน้ำเงิน ในแผนภาพ สัญลักษณ์ของวงจรเรียงกระแสไดโอดจะเหมือนกับปกติ โดยจะมีเพียงสัญลักษณ์ VD เท่านั้นที่อยู่ด้านบนของสัญลักษณ์
เป็นผลให้ไม่มีกระแสสลับอีกต่อไป แต่กระแสพัลส์ในทิศทางเดียวจะไหลผ่านโหลดที่เชื่อมต่อผ่านไดโอดไปยังเครือข่าย อันที่จริงนี่คือการแก้ไขกระแสสลับ อย่างไรก็ตาม แรงดันไฟฟ้านี้เหมาะสำหรับโหลดพลังงานต่ำที่ขับเคลื่อนโดยไฟ AC เท่านั้น สิ่งเหล่านี้อาจเป็นหลอดไส้ที่ไม่ต้องใช้สภาวะพลังงานพิเศษ ในกรณีนี้แรงดันไฟฟ้าจะผ่านหลอดไฟเฉพาะในช่วงพัลส์ - คลื่นบวกเท่านั้น มีการกะพริบเล็กน้อยของหลอดไฟที่ความถี่ 50 Hz
เมื่อเชื่อมต่อแรงดันไฟฟ้าเดียวกันเข้ากับเครื่องรับหรือเครื่องขยายสัญญาณเสียง เสียงฮัมความถี่ต่ำ 50 Hz หรือที่เรียกว่า AC hum จะดังขึ้นในลำโพงหรือลำโพง ในกรณีเหล่านี้ อุปกรณ์เริ่ม “ฟาวล์” สาเหตุของสภาวะนี้ถือเป็นกระแสพัลซิ่งที่ไหลผ่านโหลดและสร้างแรงดันเร้าใจในนั้น นี่คือสิ่งที่สร้างพื้นหลัง
ข้อเสียเปรียบนี้ถูกกำจัดบางส่วนโดยการเชื่อมต่อตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าแบบกรอง Sf ที่มีความจุขนาดใหญ่ขนานกับโหลด ในระหว่างครึ่งรอบด้านบวก กระแสไฟฟ้าจะถูกชาร์จ และในระหว่างครึ่งรอบด้านลบ จะถูกคายประจุโดยใช้โหลด RH ความจุขนาดใหญ่ของตัวเก็บประจุช่วยให้คุณรักษากระแสต่อเนื่องตลอดโหลดตลอดครึ่งรอบทั้งหมด - บวกและลบ บนกราฟ กระแสดังกล่าวจะเป็นเส้นสีแดงหยักทึบ
อย่างไรก็ตาม กระแสไฟที่ปรับให้เรียบนี้ยังคงไม่ให้การทำงานปกติ เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าอินพุตครึ่งหนึ่งจะหายไประหว่างการแก้ไขเมื่อใช้เพียงครึ่งรอบเดียวเท่านั้น ข้อเสียเปรียบนี้ได้รับการชดเชยด้วยไดโอดเรียงกระแสอันทรงพลังที่ประกอบเข้าด้วยกันเป็นสิ่งที่เรียกว่าไดโอดบริดจ์ วงจรนี้ประกอบด้วยองค์ประกอบสี่ประการซึ่งช่วยให้กระแสไหลผ่านได้ตลอดครึ่งรอบทั้งหมด ด้วยเหตุนี้การแปลงกระแสสลับเป็นกระแสตรงจึงมีประสิทธิภาพมากกว่ามาก
