Исправљање диоде: полуталасни, пуни таласни, ПИВ

У електроници, исправљање је процес у којем исправљачка диода претвара наизменични улазни сигнал наизменичне струје пуног циклуса у излазни сигнал полуистока једносмерне струје.

Једна диода производи полуталасно исправљање, а мрежа од 4 диоде производи потпуно таласно исправљање

У овом посту ћемо анализирати и поступке исправљања полуталасних и пуноталасних диода, као и друга својства кроз временски променљиве функције попут синусног и квадратног таласа. Значи, кроз напоне и струје који мењају величину и поларитет у односу на време.

Диоду ћемо сматрати идеалном диодом игноришући да ли је силицијум диода или германијум, како бисмо умањили компликације у прорачунима. Диоду ћемо сматрати стандардном исправљачком диодом са стандардним могућностима исправљања.

Исправљање у пола таласа

Најједноставнији дијаграм који приказује временски променљив сигнал примењен на диоду приказан је на следећем дијаграму:

Овде можемо видети АЦ таласни облик, где период Т означава један пуни циклус таласног облика, што је просечна вредност или алгебарски зброј делова или грба изнад и испод централне осе.

Ова врста кола у којој се примењује једна исправљачка диода са временски променљивим синусоидним улазом наизменичног сигнала за генерисање једносмерног излаза који има вредност половине улаза назива се полуталасни исправљач . Диода се у овом колу назива исправљачем.

Током периода између т = 0 → Т / 2 таласног облика наизменичне струје, поларитет напона ви ствара „притисак“ у правцу као што је приказано на доњем дијаграму. Ово омогућава диоди да се укључи и води са поларитетом како је назначено непосредно изнад симбола диоде.

Будући да се диода проводи у потпуности, замена диоде кратким спојем ће произвести излаз као што је приказано на горњој десној слици.

Нема сумње, изгледа да је генерисани излаз тачна репликација примењеног улазног сигнала изнад централне осе таласног облика.

Током периода Т / 2 → Т, поларитет улазног сигнала ви постаје негативан, што доводи до искључивања диоде, што резултира отвореним кругом еквивалента преко терминала диоде. Због тога набој не може да тече преко путање диоде током периода Т / 2 → Т, узрокујући да во буде:

во = иР = 0Р = 0 В (користећи Охмов закон). Одговор се може визуализовати на следећем дијаграму:

На овом дијаграму можемо видети једносмерни излаз Во са диоде ствара нето просечно позитивно подручје изнад осе, за улазни пуни циклус, који се може одредити формулом:

Вдц = 0,318 Вм (полуталас)

Улазни и излазни напонски напони током процеса полу-таласне исправке диоде представљени су на следећој слици:

Из горњих дијаграма и објашњења полуталасну исправку можемо дефинисати као процес у коме диода на свом излазу елиминише половину улазног циклуса.

Коришћење силицијумске диоде

Када се као исправљачка диода користи силицијумска диода, будући да има карактеристику пада напона унапред ВТ = 0,7 В, она генерише предњи део пристрасности као што је приказано на следећој слици:

ВТ = 0,7 В значи да сада улазни сигнал мора бити најмање 0,7 В да би се осигурало да се диода успешно УКЉУЧИ. У случају да је улаз ВТ мањи од 0,7 В, једноставно не би успео да УКЉУЧИ диоду и диода ће и даље бити у режиму отвореног круга, са Во = 0 В.

Док се диода проводи током процеса исправљања, она генерише једносмерни излаз који носи фиксни ниво напона за разлику напона во - ви, једнак горе поменутом паду од 0,7 В. Овај фиксни ниво можемо изразити следећом формулом:

во = ви - ВТ

Ово доводи до смањења просечног излазног напона изнад осе, што доводи до благог нето смањења исправљеног излаза са диоде.

Позивајући се на горњу слику, ако сматрамо да је Вм (вршни ниво сигнала) адекватно висок од ВТ, такав да је Вм >> ВТ, можемо сасвим тачно да проценимо просечну излазну вредност једносмерне струје са диоде користећи следећу формулу.

Вдц ≅ 0,318 (Вм - ВТ)

Тачније, ако је улазни врх наизменичне струје довољно већи од ВТ (пад унапред) диоде, онда можемо једноставно користити претходну формулу за процену исправљеног једносмерног излаза са диоде:

Вдц = 0,318 Вм

Решени пример за полу мостни исправљач

Проблем:

Процените излаз во и сазнајте једносмерну величину излаза за дизајн кола приказан доле:

Решење: За горњу мрежу кола, диода ће се укључити за негативни део улазног сигнала и во ће бити онако како је назначено на следећој скици.

За пуни период улазног наизменичног циклуса, једносмерни излаз ће бити:

Вдц = 0,318Вм = - 0,318 (20 В) = - 6,36 В

Негативни знак означава поларитет излазног једносмерног напона који је супротан знаку наведеном на дијаграму испод задатка.

Проблем 2: Решите горњи проблем сматрајући да је диода силицијумска диода.

У случају силицијумске диоде, излазни таласни облик би изгледао овако:

А излазни ДЦ се може израчунати како је објашњено у наставку:

Вдц ≅ - 0,318 (Вм - 0,7 В) = - 0,318 (19,3 В) ≅ - 6,14 В

Пад излазног једносмерног напона због фактора 0,7 В је око 0,22 В или приближно 3,5%

Исправљање у пуном таласу

Када се синусоидни сигнал наизменичне струје користи као улаз за исправљање, једносмерни излаз се може побољшати на ниво од 100% коришћењем процеса пуног таласа исправљања.

Најпознатији и најлакши поступак за постизање овога је применом 4-диоде мостни исправљач мрежа као што је приказано доле.

Када позитивни улазни циклус напредује кроз период т = 0 до Т / 2, поларитет улазног наизменичног сигнала на диоди и излаз са диоде приказани су доле:

Овде можемо видети да због посебног распореда диодне мреже у мосту, када Д2, Д3 проводе, супротне диоде Д1, Д4 остају обрнуто пристрасне и у искљученом стању.

Нето излазни једносмерни ток генерисан из овог процеса исправљања кроз Д2, Д3 може се видети на горњем дијаграму. Пошто смо замислили да су диоде идеалне, излаз је во = вин.

Сада, исто тако за негативни полуциклус улазног сигнала диоде Д1, Д4 проводе и диоде Д2, Д3 прелазе у ИСКЉУЧЕНО стање, као што је илустровано доле:

Јасно можемо видети да је излаз из исправљача моста претворио и позитивни и негативни полуциклус улазног наизменичног напона у два једносмерна полуцикла изнад централне осе.

Будући да је ово подручје изнад осе сада два пута више од подручја добијено за полуталасно исправљање, излазни ДЦ ће такође постати двоструко већи, како се израчунава помоћу следеће формуле:

Вдц = 2 (0,318 Вм)

или

Вдц = 0,636Вм (пун талас)

Као што је приказано на горњој слици, ако се уместо идеалне диоде користи силицијумска диода, примена Кирцххофф-овог закона напона преко проводне линије дала би следећи резултат:

ви - ВТ - во - ВТ = 0, и во = ви - 2ВТ,

Стога ће максимални излазни напон во бити:

Вомак = Вм - 2ВТ

У ситуацији када је В >> 2ВТ, можемо користити нашу ранију једначину да добијемо просечну вредност са релативно високим степеном прецизности:

Вдц ≅ - 0,636 (Вм - 2ВТ),

Ипак, ако имамо Вм знатно већи од 2ВТ, 2ВТ се може једноставно занемарити, а једначина се може решити као:

Вдц ≅ - 0,636 (Вм)

ПИВ (вршни инверзни напон)

Вршни инверзни напон или (ПИВ) назив, који се понекад назива и назив вршног реверзног напона (ПРВ) диоде постаје пресудан параметар током дизајнирања исправљачких кола.

У основи се ради о опсегу напона обрнутог преднапона диоде који се не сме прекорачити, у супротном се диода може покварити преласком у регион који се назива зенер лавински регион.

Ако применимо Кирцххофф-ов закон напона на полуталасном исправљачком кругу, као што је приказано доле, то једноставно објашњава да ПИВ оцена диоде мора бити већа од вршне вредности улаза напајања који се користи за улаз исправљача.

За пуни мостовни исправљач такође је израчун ПИВ оцене исти као полуталасни исправљач, то јест:

ПИВ ≥ Вм, јер је Вм укупни напон који се примењује на прикључено оптерећење као што је приказано на следећој слици.

Решени примери за исправљачку мрежу пуног моста

Одредите излазни таласни облик за следећу мрежу диода, а такође израчунајте излазни ниво једносмерне струје и сигурни ПИВ за сваку диоду у мрежи.

Решење: За позитиван полуциклус, коло би се понашало као што је приказано на следећем дијаграму:

Ово можемо прецртати на следећи начин ради бољег разумевања:

Овде је во = 1 / 2ви = 1 / 2Ви (мак) = 1/2 (10 В) = 5 В

За негативни полуциклус, проводљива улога диода може се заменити, што ће произвести излазни во као што је приказано доле:

Одсуство две диоде у мосту резултира смањењем излаза једносмерне струје магнитуде:

Вдц = 0,636 (5 В) = 3,18 В

Ово је потпуно исто што бисмо добили од полуисправног исправљача са истим улазом.

ПИВ ће бити једнак максималном напону генерисаном на Р, што је 5 В, или половини потребног за полуталас исправљен истим улазом.