Proprietățile fizice ale joncțiunii pn
Elementul principal utilizat pentru crearea nodului redresor este o diodă. Baza lucrării sale este tranziția cu gropi electronice (pn).
Definiția general acceptată spune: joncțiunea pn este o regiune a spațiului situată la intersecția a două semiconductori de diferite tipuri. Forme de tranziție de tip n de tip p în acest spațiu. Valoarea conductivității depinde de structura atomică a materialului, și anume de cât de puternic dețin atomii electronii. Atomii din semiconductori sunt aranjați într-o rețea, iar electronii sunt atașați de ele prin forțe electrochimice. În sine, acest material este un dielectric. El sau el conduce prost curent, sau nu conduce deloc. Dar dacă atomii anumitor elemente sunt adăugate la zăbrele (dopajul), proprietățile fizice ale unui astfel de material se schimbă dramatic.
Atomii mixți încep să formeze, în funcție de natura lor, electroni sau găuri libere. Excesul format de electroni formează o sarcină negativă, iar găurile - una pozitivă.
Încărcarea excesivă a unui semn determină transportatorii să se respingă reciproc, în timp ce zona cu taxă opusă tinde să le atragă. Electronul, în mișcare, ocupă spațiu, o gaură. În același timp, în vechiul său loc, formează și o gaură. Ca urmare, se creează două fluxuri de mișcare a încărcăturii: una principală și una inversă. Un material cu o încărcătură negativă folosește electroni ca purtători principali, se numește un semiconductor de tip n și cu o sarcină pozitivă care utilizează găuri de tip p. În semiconductorii de ambele tipuri, încărcările minore formează un curent opus mișcării încărcărilor principale.
În electronică din materiale pentru a crea o joncțiune pn, se utilizează germaniu și siliciu. Când aceste cristale sunt dopate, se formează un semiconductor cu diferite conductivități. De exemplu, introducerea borului duce la apariția găurilor libere și la formarea conductivității de tip p. Adăugarea de fosfor, dimpotrivă, va crea electroni, iar semiconductorul va deveni n-tip.
Principiul funcționării diodei
O diodă este un dispozitiv semiconductor care are o rezistență scăzută la curent într-o direcție și împiedică trecerea acestuia în direcția opusă. Din punct de vedere fizic, dioda constă dintr-o joncțiune pn. Din punct de vedere structural, este un element care conține două ieșiri. Ieșirea conectată la zona p se numește anod, iar conexiunea la n-zona se numește catod.
Atunci când o diodă este în funcțiune, există trei dintre stările sale:
- nu există semnal la terminale;
- este sub acțiunea unui potențial direct;
- este sub acțiunea potențialului invers.
Potențialul direct este un astfel de semnal atunci când polul pozitiv al sursei de alimentare este conectat la suprafața semiconductorului de tip p, cu alte cuvinte, polaritatea tensiunii externe coincide cu polaritatea transportatorilor principali. La potențialul opus, polul negativ este conectat la regiunea p și pozitiv la n.
Există o barieră potențială în zona de compunere a materialelor de tip n și p. Se formează prin diferența de potențial de contact și se află într-o stare echilibrată. Înălțimea barierului nu depășește zecimi de volți și împiedică mișcarea suporturilor de încărcare în material.
Dacă o tensiune directă este conectată la dispozitiv, bariera potențială scade și nu are aproape nici o rezistență la curentul de curent. Valoarea sa crește și depinde numai de rezistența regiunilor p și n. Când se aplică un potențial invers, bariera crește atunci când electronii părăsesc regiunea n și găurile părăsesc regiunea p. Straturile sunt epuizate, iar rezistența barieră la trecerea curentului crește.
Indicatorul principal al elementului este caracteristica curent-tensiune. Acesta arată relația dintre potențialul aplicat și curentul care trece prin el. Această caracteristică este reprezentată sub forma unui grafic pe care este indicat curentul invers și invers.
Circuit redresor simplu
O tensiune sinusoidală este un semnal periodic care se schimbă în timp. Din punct de vedere matematic, este descrisă de o funcție în care originea coordonatelor corespunde timpului egal cu zero. Semnalul constă din două jumătăți de undă. Semi-val în partea superioară a coordonatelor față de zero se numește jumătate de perioadă pozitivă, iar în partea inferioară - negativă.
Atunci când se aplică o tensiune alternativă diodei printr-o sarcină conectată la bornele sale, un curent începe să curgă. Acest curent se datorează faptului că în momentul primirii unei jumătăți de semnale pozitive a semnalului de intrare, dioda se deschide. În acest caz, se aplică un potențial pozitiv anodului și se aplică un catalizator negativ catodului. Atunci când o undă se schimbă la o jumătate de perioadă negativă, dioda este blocată, deoarece polaritatea semnalului la terminalele sale se schimbă.
Astfel, se pare că dioda, de parcă ar tăia jumătatea de undă negativă, nu o va trece pe sarcină și pe ea apare un curent pulsatoriu cu o singură polaritate. În funcție de frecvența tensiunii aplicate, iar pentru rețelele industriale este de 50 Hz, distanța dintre impulsuri se modifică de asemenea. Acest tip de curent se numește rectificat, iar procesul în sine se numește rectificare pe jumătate de undă.
Prin rectificarea unui semnal utilizând o singură diodă, este posibil să se alimenteze o sarcină care nu impune cerințe speciale asupra calității tensiunii. De exemplu, filamentul. Dar dacă hrăniți, de exemplu, receptorul, atunci va apărea un zumzet cu frecvență redusă, sursa căreia va fi diferența care apare între impulsuri. Într-o oarecare măsură, un condensator conectat în paralel cu dioda este utilizat pentru a elimina dezavantajele rectificării jumătate de undă împreună cu o diodă. Acest condensator se va încărca atunci când impulsurile sunt recepționate și descărcate atunci când acestea sunt absente din sarcină. Aceasta înseamnă că cu cât este mai mare valoarea capacității condensatorului, cu atât mai mult curentul va fi netezit la sarcină.
Dar cea mai mare calitate a semnalului poate fi obținută dacă două jumătăți de undă sunt utilizate simultan pentru rectificare. Un dispozitiv care permite realizarea acestui lucru se numește o punte diodă sau, într-un alt mod, un redresor.
Stația de diode
Un astfel de dispozitiv este un dispozitiv electric folosit pentru a converti AC la DC. Expresia "punte diodă" este formată din cuvântul "diodă", care implică utilizarea diodelor în el. Circuitul punții de diodă a diodei redresoare depinde de rețeaua AC la care este conectată. Rețeaua poate fi:
- o singură fază;
- trei faze.
În funcție de aceasta, puntea redresorului se numește Podul Gretz sau Redresorul Larionov. În primul caz, se folosesc patru diode, iar în al doilea, dispozitivul este asamblat pe șase.
Primul circuit de redresor a fost asamblat pe tuburi radio și a fost considerat o soluție dificilă și costisitoare. Dar, odată cu dezvoltarea tehnologiei semiconductoare, podul diode a înlocuit complet metodele alternative de rectificare a semnalelor. În loc de diode rar, dar încă utilizați coloane de seleniu.
Proiectarea și caracteristicile dispozitivului
Structurally, puntea de redresor este realizată dintr-un set de diode individuale sau dintr-o carcasă turnată având patru fire. Corpul poate fi plat sau cilindric. Conform standardului acceptat, pe carcasa instrumentului sunt marcate pinii conectării tensiunii alternante și a semnalului constant al ieșirii. Redresoarele cu carcasă cu gaură sunt destinate montării pe radiator. Principalele caracteristici ale punții redresoare sunt:
- Cea mai mare tensiune înainte . Aceasta este valoarea maximă la care parametrii dispozitivului nu depășesc limitele admise.
- Cea mai mare tensiune inversă admisibilă . Aceasta este tensiunea maximă de impuls la care podul este lung și fiabil.
- Cea mai mare rectificare curentă de lucru . Indică curentul mediu care curge prin pod.
- Frecvența maximă . Frecvența tensiunii aplicată la puntea la care dispozitivul funcționează eficient și nu depășește încălzirea admisă.
Depășirea valorilor caracteristicilor redresorului duce la o reducere bruscă a duratei sale de funcționare sau la defalcarea joncțiunilor pn. Este necesar să se observe un astfel de moment în care toți parametrii diodelor sunt indicați pentru o temperatură ambiantă de 20 de grade. Dezavantajele utilizării unui circuit de rectificare a punții includ o scădere mai mare a tensiunii în comparație cu circuitul cu jumătate de undă și o valoare mai mică a eficienței. Pentru a reduce pierderile și a reduce podurile de încălzire sunt adesea fabricate folosind diode Schottky rapide.
Schema de conectare a dispozitivului
Pe circuitele electrice și plăcile cu circuite imprimate, un redresor diodic este indicat ca o pictogramă diodă sau cu litere latine. Dacă redresorul este asamblat din diode individuale, lângă acesta se află denumirea VD și numărul indicând numărul secvenței de diode în circuit. Inscripțiile VDS sau BD sunt rareori utilizate.
Un redresor diodic poate fi conectat direct la o rețea de 220 volți sau după un transformator de step-down, dar circuitul său de comutare rămâne neschimbat.
Când un semnal ajunge în fiecare ciclu de semicuplu, curentul poate curge numai prin perechea de diode, iar perechea opusă va fi blocată. Pentru o jumătate de perioadă pozitivă, VD2 și VD3 vor fi deschise, iar pentru VD1 și VD4 negative. Ca rezultat, un semnal constant va fi emis, dar frecvența de rupere va fi dublată. Pentru a reduce corelația semnalului de ieșire, se utilizează o conexiune paralelă a condensatorului C1, ca în cazul unei singure diode. Acest condensator este denumit și netezire.
Dar se întâmplă ca podul de diode să fie plasat nu numai într-o rețea variabilă, ci și conectat la o rețea deja rectificată. De ce avem nevoie de o punte de diode într-un astfel de circuit, va deveni clar dacă ne acordăm atenție la ce scheme utilizează o astfel de includere. Aceste scheme sunt asociate cu utilizarea elementelor radio sensibile pentru a inversa polaritatea sursei de alimentare. Utilizarea unei punți permite o protecție simplă, dar eficientă, fără probleme. În cazul unei conexiuni eronate a polarității de putere, elementele radio instalate în spatele podului nu vor eșua.
Verificarea sănătății
Acest tip de dispozitiv electronic poate fi verificat fără lipire din circuit, deoarece nu se utilizează manșoane în proiectarea dispozitivului. În cazul unui redresor asamblat din diode, fiecare diodă este verificată separat. Și în cazul unui caz monolitic, se fac măsurători pe toate cele patru constatări ale sale.
Esența testului este redusă la un cadran cu diodă multimetru pentru scurtcircuit. Pentru aceasta, sunt efectuate următoarele acțiuni:
- Multimetrul comută la vertebra diodă sau modul de rezistență.
- Fișa unui fir (negru) este introdusă în mufa comună a testerului, iar cea de-a doua (roșu) în mufa de verificare a rezistenței.
- Atingeți firul negru, atingeți primul picior, iar sondoul de fir roșu atinge cel de-al treilea picior. Testerul ar trebui să arate infinit, iar dacă schimbați polaritatea firelor, multimetrul va arăta rezistența tranziției.
- Minus tester servit pe al patrulea picior, plus o treime. Multimetrul va arăta rezistența la schimbarea polarității infinitului.
- Minus la primul picior, plus cel de-al doilea. Testerul va afișa o tranziție deschisă, în timp ce schimbarea este închisă.
Astfel de mărturii tester vorbesc despre serviceability redresor. În absența unui multimetru, puteți utiliza un voltmetru convențional. Dar va trebui să aplice puterea circuitului și să măsoare tensiunea pe condensatorul de netezire. Valoarea sa ar trebui să depășească intrarea de 1, 4 ori.