Dioderetting: Half-Wave, Full-Wave, PIV

Prøv Instrumentet Vårt For Å Eliminere Problemer





I elektronikk er retting en prosess der en likeretterdiode konverterer et alternerende fullsyklus AC-inngangssignal til et halvt syklus DC-utgangssignal.

En enkelt diode produserer halvbølgerektifikasjon, og et nettverk med 4 dioder produserer fullbølgeretting



I dette innlegget vil vi analysere både halvbølge- og fullbølge-diodejusteringsprosesser og andre egenskaper gjennom tidsvarierende funksjoner som sinus- og firkantbølge. Betydning, gjennom spenninger og strømmer som endrer størrelse og polaritet i forhold til tid.

Vi vil betrakte dioden som en ideell diode ved å ignorere om det er en silisiumdiode eller en Germanium, for å minimere komplikasjoner i beregningene. Vi vil betrakte dioden som en standard likeretterdiode med standard utbedringsevner.



Half-Wave Rectification

Det enkleste diagrammet som viser et tidsvarierende signal påført en diode, er vist i følgende diagram:

Her kan vi se en AC-bølgeform, hvor perioden T betyr en full syklus av bølgeformen, som er gjennomsnittsverdien eller den algebraiske summen av delene eller pukkelene over og under sentralaksen.

Denne typen krets der en enkelt likeretterdiode påføres med en tidsvarierende sinusformet vekselstrømssignalinngang for å generere en likestrømsutgang med en verdi halvparten av inngangen kalles en halvbølge likeretter . Dioden er referert til som likeretter i denne kretsen.

I perioden mellom t = 0 → T / 2 av AC-bølgeformen skaper polariteten til spenningen vi et 'trykk' i retningen som vist i diagrammet nedenfor. Dette gjør at dioden kan slå seg på og lede med en polaritet som angitt rett over diodesymbolet.

Diode-ledningsområde (0 → T / 2).

Siden dioden leder fullstendig, vil det å erstatte dioden med en kortslutning gi en utgang som vist i bildet over høyre side.

Ingen tvil om at den genererte utgangen ser ut til å være en nøyaktig replikering av det påførte inngangssignalet over den sentrale aksen til bølgeformen.

I løpet av perioden T / 2 → T blir polariteten til inngangssignalet vi negativ, noe som får dioden til å slå seg AV, noe som resulterer i en åpen kretsekvivalent over diodeterminalene. På grunn av dette kan ikke ladningen strømme over diodebanen i løpet av perioden T / 2 → T, og forårsaker at vo er:

vo = iR = 0R = 0 V (ved bruk av Ohms lov). Svaret kan visualiseres i følgende diagram:

I dette diagrammet kan vi se DC-utgangen Vo fra dioden produserer et netto gjennomsnittlig positivt område over aksen, for inngangssyklusen, som kan bestemmes av formelen:

Vdc = 0,318 Vm (halvbølge)

Inngangen vi og utgang vo spenningene under dioden halvbølge-korrigeringsprosessen er presentert i følgende figur:

Fra diagrammene ovenfor og forklaringen kan vi definere halvbølgeretting som en prosess der halvparten av inngangssyklusen elimineres av dioden ved utgangen.

Bruke en silisiumdiode

Når en silisiumdiode brukes som likeretterdioden, siden den har et fremover spenningsfallskarakteristikk på VT = 0,7 V, genererer den et forspent område som vist i følgende figur:

VT = 0,7 V betyr at nå må inngangssignalet være minst 0,7 V for å sikre at dioden slås PÅ. I tilfelle inngangen VT er mindre enn 0,7 V, vil det ganske enkelt ikke lykkes å slå på dioden og dioden vil fortsette å være i åpen kretsmodus, med Vo = 0 V.

Mens dioden utføres under rektifiseringsprosessen, genererer den en DC-utgang som bærer et fast spenningsnivå for spenningsforskjellen vo - vi, lik det ovenfor omtalte fremoverfallet på 0,7 V. Vi kan uttrykke dette faste nivået med følgende formel:

vo = vi - VT

Dette gir en reduksjon i den gjennomsnittlige utgangsspenningen over aksen, og forårsaker en liten nettoreduksjon av den utbedrede utgangen fra dioden.

Med henvisning til figuren ovenfor, hvis vi anser Vm (topp signalnivå) for å være tilstrekkelig høy enn VT, slik at Vm >> VT, kan vi evaluere den gjennomsnittlige DC-utgangsverdien fra dioden ved hjelp av følgende formel, ganske nøyaktig.

Vdc ≅ 0,318 (Vm - VT)

Mer presist, hvis inngangs-vekselstrømstoppen er tilstrekkelig høyere enn VT (foroverfall) til dioden, så kan vi ganske enkelt bruke den forrige formelen for å estimere den rektifiserte DC-utgangen fra dioden:

Vdc = 0,318 Vm

Løst eksempel for halvbro-likeretter

Problem:

Evaluer utgangs vo og finn ut DC-størrelsen på utgangen for kretsutformingen vist nedenfor:

Løsning: For det ovennevnte kretsnettverket vil dioden slå seg PÅ for den negative delen av inngangssignalet, og vo vil være som angitt i følgende skisse.

I hele perioden av inngangs-vekselstrømssyklusen vil likestrømutgangen være

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

Det negative tegnet indikerer polariteten til utgangsstrømmen som er motsatt tegnet gitt i diagrammet under problemet.

Problem nr.2: Løs problemet ovenfor med tanke på at dioden er en silisiumdiode.

I tilfelle en silisiumdiode vil utgangsbølgeformen se slik ut:

Og utgangsstrømmen kan beregnes som forklart nedenfor:

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

Nedgangen i utgangsspenningen på grunn av 0,7 V-faktoren er rundt 0,22V eller omtrent 3,5%

Fullbølge-korrigering

Når et AC sinusformet signal brukes som inngang for retting, kan DC-utgangen forbedres til 100% nivå ved hjelp av en fullbølge-rektifikasjonsprosess.

Den mest kjente og enkle prosessen for å oppnå dette er å benytte en 4-diode bro likeretter som vist nedenfor.

full bro likeretter nettverk ved hjelp av 4 dioder

Når den positive inngangssyklusen går gjennom perioden t = 0 til T / 2, er polariteten til inngangs-AC-signalet over dioden og utgangen fra dioden som vist nedenfor:

Her kan vi se at på grunn av det spesielle arrangementet av diodenettverket i broen, når D2, D3 leder, forblir de motsatte diodene D1, D4 reversert forspent og i slått AV-tilstand.

Nettoutgangsstrømmen generert fra denne korrigeringsprosessen gjennom D2, D3 kan ses i diagrammet ovenfor. Siden vi har forestilt oss at diodene var ideelle, er utgangen vo = vin.

Nå, på samme måte for den negative halvsyklusen til inngangssignaldiodene D1, D4-ledning og dioder D2, D3, går de i OFF-tilstand, som illustrert nedenfor:

Vi kan tydelig se at utgangen fra bro likeretteren har konvertert både de positive og negative halvsyklusene til inngangen AC til to DC halv sykluser over sentralaksen.

Siden denne regionen over aksen nå er to ganger mer enn regionen som oppnås for en halvbølgeforlikning, vil utgangsstrømmen også bli dobbelt så stor som beregnet ved hjelp av følgende formel:

Vdc = 2 (0,318Vm)

eller

Vdc = 0,636Vm (fullbølge)

Som vist i figuren ovenfor, hvis en silisiumdiode brukes i stedet for en ideell diode, vil bruk av Kirchhoffs spenningslov over ledningslinjen gi oss følgende resultat:

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

Derfor vil utgangsspenningen topp vo være:

Vomax = Vm - 2VT

I en situasjon der V >> 2VT, kan vi bruke vår tidligere ligning for å få gjennomsnittsverdien med en rimelig høy grad av presisjon:

Vdc ≅ - 0.636 (Vm - 2VT),

Nok en gang, hvis vi har Vm betydelig høyere enn 2VT, kan 2VT rett og slett ignoreres, og ligningen kan løses som:

Vdc ≅ - 0.636 (Vm)

PIV (Peak Inverse Voltage)

Topp invers spenning eller (PIV) vurdering som også noen ganger kalles topp revers spenning (PRV) vurdering av en diode blir en avgjørende parameter under utforming av likeretterkretser.

Det er i utgangspunktet et omvendt forspenningsområde for dioden som ikke må overskrides, ellers kan dioden brytes sammen ved å passere inn i en region som kalles zener snøskredregion.

Hvis vi bruker Kirchhoffs spenningslov på en halvbølget likeretterkrets som vist nedenfor, forklarer det ganske enkelt at PIV-klassifiseringen til en diode må være høyere enn toppverdien til forsyningsinngangen som brukes til likeretterinngangen.

For en fullbro likeretter er også PIV-beregningen den samme som halvbølgeretter, det vil si:

PIV ≥ Vm, siden Vm er den totale spenningen som påføres den tilkoblede belastningen som vist i følgende figur.

Løste eksempler på Full Bridge Rectifier Network

Bestem utgangsbølgeformen for følgende diodenettverk, og bereg også utgangs DC-nivå og det sikre PIV for hver diode i nettverket.

Løsning: For den positive halvsyklusen vil kretsen oppføre seg som vist i følgende diagram:

Vi kan tegne dette på følgende måte for bedre forståelse:

Her er vo = 1 / 2vi = 1 / 2Vi (maks) = 1/2 (10 V) = 5 V

For den negative halvsyklusen kan ledningsrollen til diodene byttes ut, noe som vil gi et utgangsvolum som vist nedenfor:

Fraværet av to dioder i broen resulterer i reduksjon i DC-utgang med en størrelse:

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

Dette er ganske det samme som vi ville ha fått fra en halvbro-likeretter med samme inngang.

PIV vil være lik den maksimale spenningen som genereres over R, som er 5 V, eller halvparten av det som trengs for en halvbølge rettet med samme inngang.




Forrige: Toveisbryter Neste: Schottky-dioder - arbeid, egenskaper, applikasjon