Сам процесс ректификации включает в себя устройство, которое позволяет электронам течь только в одном направлении. Как вы знаете, это прекрасно описывает функциональность полупроводника. Более того, самый простой вид схемы выпрямителя — это однополупериодный выпрямитель.

Однако физически выпрямитель может иметь различные формы, включая ртутно-дуговые вентили, полупроводниковые диоды, ламповые диоды и даже мокрые химические элементы, и это лишь некоторые из них.

Выше показан простой однополупериодный выпрямитель. Типичное использование выпрямителей будет в настольных блоках питания.

Применение выпрямителей

Выпрямители имеют множество применений. Однако они обычно служат компонентами источников питания постоянного тока или высоковольтных систем передачи электроэнергии постоянного тока. Процесс ректификации также имеет множество применений. Например, он может служить в роли детекторов радиосигналов или детекторов наличия пламени в системах газового отопления.

Кроме того, в зависимости от типа источника питания переменного тока и расположения схемы выпрямителя, выходной сигнал выпрямителя может потребовать дальнейшего сглаживания для получения однородного и стабильного выходного напряжения (напряжения). Большинству применений выпрямителей требуется стабильное и постоянное напряжение постоянного тока, т. Е. Блоки питания для ПК, телевизоров и радиоприемников. Поэтому, чтобы удовлетворить эти требования, конструкции выпрямителей включают электронные фильтры для сглаживания выходного сигнала выпрямителя.

Как правило, эти электронные фильтры могут быть конденсаторами, набором конденсаторов, дросселем или дросселями и резисторами, за которыми обычно следует регулятор напряжения для получения постоянного напряжения.

Выпрямительные устройства и типы выпрямительных цепей

До использования кремниевых полупроводниковых выпрямителей существовали металлические выпрямительные блоки на основе оксида меди и селена, а также термоэлектронные диоды на электронных лампах. Однако с появлением полупроводниковой электроники устаревание ламповых выпрямителей было неизбежным. Перенесемся в наши дни, и для выпрямления используются различные типы полупроводниковых диодов, начиная от приложений с очень низким и заканчивая чрезвычайно высоким током.

Когда простого выпрямления недостаточно, в случае переменного выходного напряжения в работу вводятся другие устройства. Эти другие устройства, конечно, также способны управлять электродами и обеспечивать однонаправленный поток тока. Кроме того, эти типы мощных выпрямителей используются для передачи постоянного тока высокого напряжения и включают в себя различные типы кремниевых полупроводниковых устройств.

Обычно такие выпрямители называются тиристорами. Эти и другие твердотельные переключатели с управляемым переключением эффективно работают как диоды, пропуская ток только в одном направлении.

В целом схема выпрямителя может быть многофазной или однофазной, но большинство маломощных выпрямителей, используемых в бытовом оборудовании, являются однофазными. Кроме того, трехфазное выпрямление необходимо в промышленных приложениях и для передачи постоянного тока высокого напряжения.

Однофазные выпрямители и однополупериодное выпрямление

В случае однофазного питания с однополупериодным выпрямлением будет проходить только половина волны переменного тока, а другую половину она блокирует независимо от полярности. Поскольку только половина входного сигнала достигает выхода, это приводит к более низкому выходному напряжению. Кроме того, однополупериодное выпрямление предполагает использование одного диода в однофазном питании и трех диодов в трехфазном.

Как правило, выпрямитель выдает на выходе постоянный ток, который является как однонаправленным, так и пульсирующим. Однополупериодный выпрямитель генерирует гораздо больше пульсаций по сравнению с двухполупериодным выпрямителем. Это, конечно, означает, что требуется значительно больше фильтров для устранения гармоник частоты переменного тока на его выходе.

Однофазные выпрямители и двухполупериодные выпрямители

Двухполупериодный выпрямитель преобразует всю форму входного сигнала в один выходной сигнал постоянной полярности (положительный или отрицательный). Полноволновое выпрямление преобразует обе полярности входного сигнала в пульсирующий постоянный ток, что приводит к более высокому выходному напряжению.

С точки зрения конструкции, вы можете создать двухполупериодный выпрямитель либо с четырьмя диодами в мостовой конфигурации, либо с двумя диодами и трансформатором с отводом от середины и источником переменного тока, который может быть трансформатором без отвода от центра. Например, однофазный источник переменного тока с трансформатором с отводом от середины и двумя диодами, включенными друг к другу (анод к аноду или катод к катоду), может образовывать двухполупериодный выпрямитель. Хотя для получения равного выходного напряжения требуется в два раза больше витков вторичной обмотки трансформатора, чем, скажем, для мостового выпрямителя, его номинальная мощность остается неизменной.

Многофазные выпрямители

Однофазный выпрямитель обычно используется в источниках питания для бытового оборудования. Напротив, в мощных и промышленных приложениях обычно используются многофазные выпрямители. Как и в случае с однофазными выпрямителями, трехфазные выпрямители также могут иметь форму однополупериодной схемы, двухполупериодной мостовой схемы или двухполупериодной схемы с использованием трансформатора с центральным отводом.

Обычно тиристор используется вместо диода для регулирования выходного напряжения. Более того, большинство устройств, которые обеспечивают постоянный ток, также генерируют трехфазный переменный ток. Например, в случае с автомобильными генераторами переменного тока, которые содержат шесть диодов, которые функционируют как двухполупериодный выпрямитель для зарядки автомобильного аккумулятора.

Примечание. Тиристор представляет собой твердотельный полупроводниковый прибор с четырьмя слоями чередующихся материалов P- и N-типа. Более того, он функционирует исключительно как бистабильный переключатель, который проводит ток, когда на затвор подается триггерный ток, и перестает проводить ток при снятии напряжения. Кроме того, метод удаления обычно заключается в обратном смещении, но также могут быть использованы и другие средства.

Без надлежащего понимания конструкции блоков питания вы можете потеряться в мире выпрямителей.

Сегодня многие устройства обязаны своей функциональностью нелинейному устройству, которое мы называем выпрямителем. Будь то однофазная или многофазная конфигурация, такие устройства, как телевизоры, радиоприемники и даже ПК, не могли существовать. Хотя его изобретение относится к началу двадцатого века, без выпрямителя наше настоящее выглядело бы совсем иначе.

Групповое проектирование нелинейных устройств стало возможным и эффективным благодаря набору инструментов проектирования и анализа от Cadence. Начиная с компоновки, в Allegro PCB Designer обязательно есть все инструменты и специальности, необходимые для проектирования и реализации источников питания и других необходимых соображений схемы.

 Если вы хотите узнать больше о том, как у Cadence есть решение для вас, поговорите с нашей командой экспертов и с нами.

Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты. Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.

Подпишитесь на Linkedin Посетить сайт Больше контента от Cadence PCB Solutions

1874: Открыт эффект полупроводникового точечного выпрямителя | Кремниевый двигатель

В первом письменном описании полупроводникового диода Фердинанд Браун отмечает, что ток свободно течет только в одном направлении при контакте между металлической точкой и кристаллом галенита.

Немецкий физик Фердинанд Браун, 24-летний выпускник Берлинского университета, изучал характеристики электролитов и кристаллов, проводящих электричество, в Вюрцбургском университете в 1874 году. тонкой металлической проволоки Браун заметил, что ток свободно течет только в одном направлении. Он открыл эффект выпрямления в точке контакта между металлами и некоторыми кристаллическими материалами.

Браун продемонстрировал это полупроводниковое устройство аудитории в Лейпциге 14 ноября 1876 года, но оно не нашло полезного применения до появления радио в начале 1900-х годов, когда оно использовалось в качестве детектора сигнала в «кристаллическом радиоприемнике». (Веха 1901 г.) Общее описательное название детектора «кошачий ус» происходит от тонкого металлического зонда, используемого для электрического контакта с поверхностью кристалла. Браун более известен своей разработкой осциллографа с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) в 189 г.7, известная как «трубка Брауна» (Braunsche Röhre) на немецком языке. Он разделил Нобелевскую премию 1909 года с Гульельмо Маркони за его «вклад в развитие беспроводной телеграфии», в основном за разработку настраиваемых схем для радиоприемников.

Электронные устройства, выполняющие выпрямление, называются диодами. Работая в лаборатории Томаса Эдисона в 1883 году, Уильям Дж. Хаммер заметил этот эффект выпрямителя, когда добавил еще один электрод к нагретой лампе накаливания. В 1904 году Джон Флеминг запатентовал односторонний «колебательный клапан», основанный на так называемом «эффекте Эдисона», который преобразовывал переменные токи радиосигнала в постоянные токи в наушниках или динамике. Известный сегодня как диод, клапан Флеминга был первым практичным электронным устройством. Выпрямительный диод Braun с точечным контактом выполняет ту же функцию, используя полупроводниковые, а не термоэлектронные свойства.

Предыдущая веха Следующая веха

• Браун, Ф.