Ispravljanje diode: poluval, puni val, PIV

Isprobajte Naš Instrument Za Uklanjanje Problema





U elektronici je ispravljanje postupak u kojem ispravljačka dioda pretvara izmjenični ulazni signal izmjeničnog napona punog ciklusa u izlazni istosmjerni signal poluciklusa.

Jedna dioda proizvodi poluvalnu ispravku, a mreža od 4 diode daje cjelovitu ispravku



U ovom ćemo postu analizirati i postupke ispravljanja poluvalnih i punovalnih dioda, kao i druga svojstva kroz vremenski različite funkcije poput sinusnog vala i kvadratnog vala. Znači, kroz napone i struje koji mijenjaju veličinu i polaritet s obzirom na vrijeme.

Diodu ćemo smatrati idealnom diodom zanemarujući je li silicijska dioda ili germanij, kako bismo umanjili komplikacije u izračunima. Diodu ćemo smatrati standardnom ispravljačkom diodom sa standardnim ispravljačkim sposobnostima.



Ispravljanje u pola vala

Najjednostavniji dijagram koji prikazuje vremenski različit signal primijenjen na diodu prikazan je na sljedećem dijagramu:

Ovdje možemo vidjeti AC valni oblik, gdje razdoblje T označava jedan puni ciklus valnog oblika, što je prosječna vrijednost ili algebarski zbroj dijelova ili grba iznad i ispod središnje osi.

Ova vrsta kruga u kojem se primjenjuje jedna ispravljačka dioda s vremenski promjenljivim sinusoidnim ulazom izmjeničnog signala kako bi se generirao istosmjerni izlaz koji ima vrijednost polovine ulaza naziva se poluvalnim ispravljačem . Dioda se u ovom krugu naziva ispravljačem.

Tijekom razdoblja između t = 0 → T / 2 izmjeničnog valnog oblika, polaritet napona vi stvara 'tlak' u smjeru kako je prikazano na donjem dijagramu. To omogućuje diodi da se uključi i radi s polaritetom kako je naznačeno neposredno iznad simbola diode.

Područje provođenja diode (0 → T / 2).

Budući da se dioda provodi u potpunosti, zamjena diode kratkim spojem će proizvesti izlaz kao što je prikazano na gornjoj desnoj slici.

Nema sumnje, čini se da je generirani izlaz točna replikacija primijenjenog ulaznog signala iznad središnje osi valnog oblika.

Tijekom razdoblja T / 2 → T, polaritet ulaznog signala vi postaje negativan, što dovodi do isključivanja diode, što rezultira otvorenim krugom ekvivalenta na stezaljkama diode. Zbog toga naboj ne može teći preko putanje diode tijekom razdoblja T / 2 → T, zbog čega će vo biti:

vo = iR = 0R = 0 V (koristeći Ohmov zakon). Odgovor se može vizualizirati na sljedećem dijagramu:

Na ovom dijagramu možemo vidjeti istosmjerni izlaz Vo s diode stvara neto prosječno pozitivno područje iznad osi, za ulazni puni ciklus, koji se može odrediti formulom:

Vdc = 0,318 Vm (poluval)

Ulazni i izlazni naponski naponi tijekom postupka polunaponskog ispravljanja diode prikazani su na sljedećoj slici:

Iz gornjih dijagrama i objašnjenja možemo definirati poluvalnu ispravku kao postupak u kojem diodu na svom izlazu eliminira polovica ulaznog ciklusa.

Korištenje silicijske diode

Kada se silicijska dioda koristi kao ispravljačka dioda, budući da ima karakteristiku pada napona prema naprijed VT = 0,7 V, ona generira prednje područje pristranosti kao što je prikazano na sljedećoj slici:

VT = 0,7 V znači da sada ulazni signal mora biti najmanje 0,7 V da bi se osiguralo uspješno uključivanje diode. U slučaju da je ulaz VT manji od 0,7 V jednostavno ne bi uspio uključiti diodu i dioda će i dalje biti u otvorenom krugu, s Vo = 0 V.

Dok se dioda provodi tijekom postupka ispravljanja, ona generira istosmjerni izlaz koji nosi fiksnu razinu napona za razliku napona vo - vi, jednaku gore spomenutom padu od 0,7 V. Ovaj fiksni nivo možemo izraziti sljedećom formulom:

vo = vi - VT

To dovodi do smanjenja prosječnog izlaznog napona iznad osi, što uzrokuje lagano neto smanjenje ispravljenog izlaza s diode.

Pozivajući se na gornju sliku, ako smatramo da je Vm (vršna razina signala) adekvatno visoka od VT, takva da je Vm >> VT, možemo sasvim točno procijeniti prosječnu izlaznu vrijednost istosmjerne diode iz diode pomoću sljedeće formule.

Vdc ≅ 0,318 (Vm - VT)

Preciznije, ako je ulazni vrh izmjenične struje dovoljno veći od VT (pad prema naprijed) diode, tada možemo jednostavno koristiti prethodnu formulu za procjenu ispravljenog istosmjernog izlaza s diode:

Vdc = 0,318 Vm

Rješeni primjer za polovični ispravljač

Problem:

Procijenite izlaz vo i saznajte istosmjernu veličinu izlaza za dizajn kruga prikazan dolje:

Riješenje: Za gornju mrežu krugova, dioda će se uključiti za negativni dio ulaznog signala, a vo će biti kako je naznačeno na sljedećoj skici.

Za cijelo razdoblje ulaznog izmjeničnog ciklusa, istosmjerni izlaz bit će:

Vdc = 0,318Vm = - 0,318 (20 V) = - 6,36 V

Negativni znak označava polaritet izlaznog istosmjernog napona koji je suprotan predznaku navedenom na dijagramu ispod problema.

Problem 2: Riješite gornji problem uzimajući u obzir da je dioda silicijska dioda.

U slučaju silicijske diode, izlazni valni oblik izgledao bi ovako:

A izlazni DC može se izračunati kako je objašnjeno u nastavku:

Vdc ≅ - 0,318 (Vm - 0,7 V) = - 0,318 (19,3 V) ≅ - 6,14 V

Pad izlaznog istosmjernog napona zbog faktora 0,7 V iznosi oko 0,22 V ili približno 3,5%

Ispravljanje u punom valu

Kada se kao ulaz za ispravljanje koristi AC sinusoidni signal, istosmjerni izlaz može se poboljšati na 100% razinu korištenjem postupka punog vala ispravljanja.

Najpoznatiji i najjednostavniji postupak za postizanje ovoga je upotreba 4-diode ispravljač mosta mreža kao što je prikazano dolje.

mreža ispravljača s punim mostom pomoću 4 diode

Kada pozitivni ulazni ciklus napreduje kroz razdoblje t = 0 do T / 2, polaritet ulaznog izmjeničnog signala na diodi i izlaz s diode prikazani su dolje:

Ovdje možemo vidjeti da zbog posebnog rasporeda diodne mreže u mostu, kada D2, D3 provode, suprotne diode D1, D4 ostaju obrnuto pristrane i u isključenom stanju.

Neto izlazni istosmjerni tok generiran iz ovog postupka ispravljanja kroz D2, D3 može se vidjeti na gornjem dijagramu. Budući da smo zamislili da su diode idealne, izlaz je vo = vin.

Sada, isto tako za negativni poluciklus ulaznog signala diode D1, D4 provode i diode D2, D3 prelaze u stanje ISKLJUČENO, kao što je dolje prikazano:

Jasno možemo vidjeti da je izlaz mostovnog ispravljača pretvorio i pozitivni i negativni poluciklus ulaznog izmjeničnog napona u dva istosmjerna polucikla iznad središnje osi.

Budući da je ovo područje iznad osi sada dva puta više od područja dobivenog za poluvalnu ispravku, izlazni istosmjerni tok također će postati dvostruka veličina, kako se izračunava pomoću sljedeće formule:

Vdc = 2 (0,318 Vm)

ili

Vdc = 0,636 Vm (punovalni)

Kao što je prikazano na gornjoj slici, ako se umjesto idealne diode koristi silicijska dioda, primjenom Kirchhoff-ovog zakona napona nad vodljivom linijom dobili bismo sljedeći rezultat:

vi - VT - vo - VT = 0 i vo = vi - 2VT,

Stoga će vršni izlazni napon vo biti:

Vomax = Vm - 2VT

U situaciji kada je V >> 2VT, možemo upotrijebiti našu raniju jednadžbu kako bismo dobili prosječnu vrijednost s relativno visokim stupnjem preciznosti:

Vdc ≅ - 0,636 (Vm - 2VT),

Još jednom, ako imamo Vm značajno veći od 2VT, 2VT se može jednostavno zanemariti, a jednadžba se može riješiti kao:

Vdc ≅ - 0,636 (Vm)

PIV (vršni inverzni napon)

Vršni inverzni napon ili (PIV) naziv, koji se ponekad naziva i naziv vršnog reverznog napona (PRV) diode, postaje presudan parametar tijekom dizajniranja ispravljačkih krugova.

U osnovi se radi o rasponu napona obrnutog prednapona diode koji se ne smije prekoračiti, u suprotnom se dioda može slomiti tranzitiranjem u područje zvano zener lavinsko područje.

Ako primijenimo Kirchhoffov zakon napona na poluvalni ispravljački krug kao što je prikazano u nastavku, to jednostavno objašnjava da PIV naziv diode mora biti veći od vršne vrijednosti napajanja koje se koristi za ulaz ispravljača.

I za puni mostovni ispravljač, izračun PIV ocjene jednak je poluvalnom ispravljaču, to jest:

PIV ≥ Vm, jer je Vm ukupni napon koji se primjenjuje na priključeno opterećenje kao što je prikazano na sljedećoj slici.

Riješeni primjeri za mrežu ispravljača s punim mostom

Odredite izlazni valni oblik za sljedeću mrežu dioda, a također izračunajte izlaznu razinu istosmjerne struje i sigurni PIV za svaku diodu u mreži.

Rješenje: Za pozitivan poluciklus krug bi se ponašao kao što je prikazano na sljedećem dijagramu:

To možemo precrtati na sljedeći način radi boljeg razumijevanja:

Ovdje je vo = 1 / 2vi = 1 / 2Vi (max) = 1/2 (10 V) = 5 V

Za negativni poluciklus, vodljiva uloga dioda može se mijenjati, što će proizvesti izlazni vo kao što je prikazano dolje:

Odsutnost dviju dioda u mostu rezultira smanjenjem istosmjernog izlaza magnitude:

Vdc = 0,636 (5 V) = 3,18 V

To je posve isto što bismo dobili od polovičnog ispravljača s istim ulazom.

PIV će biti jednak maksimalnom naponu generiranom na R, što je 5 V, ili polovici onog potrebnog za pola vala ispravljenog istim ulazom.




Prethodno: Dvosmjerna sklopka Dalje: Schottky diode - rad, karakteristike, primjena