แม้ว่าไดโอดทั้งหมดจะเป็นวงจรเรียงกระแส แต่คำนี้มักใช้กับอุปกรณ์ที่มีจุดประสงค์เพื่อจ่ายพลังงานเพื่อแยกความแตกต่างจากวงจรสัญญาณขนาดเล็ก ไดโอดเรียงกระแสกำลังสูงใช้เพื่อแก้ไขกระแสสลับที่มีความถี่ในการจ่ายต่ำที่ 50Hz โดยปล่อยพลังงานสูงในระหว่างการโหลด

ลักษณะไดโอด

งานหลักของไดโอดคือ การแปลง AC เป็น DCผ่านการใช้งานในวงจรเรียงกระแส ทำให้กระแสไฟฟ้าไหลไปในทิศทางเดียวเท่านั้น ทำให้แหล่งจ่ายไฟทำงาน

หลักการทำงานของไดโอดเรียงกระแสนั้นเข้าใจง่าย องค์ประกอบของมันประกอบด้วยโครงสร้างที่เรียกว่า pn-junction ด้าน p-type เรียกว่า anode และด้าน n-type เรียกว่า cathode กระแสจะถูกส่งผ่านจากแอโนดไปยังแคโทด เกือบจะป้องกันไม่ให้ไหลไปในทิศทางตรงกันข้าม ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการยืดผม มันแปลงกระแสสลับเป็นทิศทางเดียว อุปกรณ์ประเภทนี้สามารถรับไฟฟ้าได้สูงกว่าไดโอดทั่วไป จึงเรียกว่าทรงพลัง ความสามารถในการรับกระแสไฟในปริมาณสูงสามารถจัดเป็นคุณสมบัติหลักได้

วันนี้ ซิลิคอนไดโอดที่ใช้กันมากที่สุด commonly... เมื่อเปรียบเทียบกับธาตุจากเจอร์เมเนียม พวกมันมีพื้นผิวการยึดติดที่ใหญ่ เนื่องจากเจอร์เมเนียมมีความต้านทานความร้อนต่ำ เซมิคอนดักเตอร์ส่วนใหญ่จึงทำจากซิลิกอน อุปกรณ์เจอร์เมเนียมมีแรงดันย้อนกลับและอุณหภูมิการเปลี่ยนภาพที่อนุญาตต่ำกว่าอย่างมาก ข้อได้เปรียบเพียงอย่างเดียวที่เจอร์เมเนียมไดโอดมีมากกว่าซิลิคอนคือค่าแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าเมื่อทำงานในอคติไปข้างหน้า (VF (IO) = 0.3 ÷ 0.5 V สำหรับเจอร์เมเนียมและ 0.7 ÷ 1.4 V สำหรับซิลิคอน) ...

ประเภทวงจรเรียงกระแสและพารามิเตอร์ทางเทคนิค

ปัจจุบันมีวงจรเรียงกระแสหลายประเภท พวกเขามักจะจำแนกตาม:

ประเภทที่พบบ่อยที่สุดคือ 1 A, 1.5 A, 3 A, 5 A และ 6 A นอกจากนี้ยังมีอุปกรณ์มาตรฐานที่มีกระแสไฟแก้ไขเฉลี่ยสูงสุดที่ 400 A แรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าสามารถอยู่ในช่วงตั้งแต่ 1.1 mV ถึง 1.3 kV

มีลักษณะตามข้อจำกัดที่อนุญาตดังต่อไปนี้:

ตัวอย่างขององค์ประกอบประสิทธิภาพสูงคือไดโอดเรียงกระแสกระแสตรงสูงคู่ขนาด 2x30A ซึ่งเหมาะที่สุดสำหรับสถานีฐาน ช่างเชื่อม แหล่งจ่ายไฟ AC / DC และการใช้งานในอุตสาหกรรม

ค่าที่ใช้

ในฐานะที่เป็นส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์ที่ง่ายที่สุด ไดโอดประเภทนี้มีการใช้งานที่หลากหลายในระบบอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ และ วงจรไฟฟ้าใช้ส่วนประกอบนี้เป็นอุปกรณ์ที่จำเป็นเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ต้องการ ขอบเขตการใช้งานของวงจรเรียงกระแสบริดจ์และไดโอดนั้นกว้างขวาง นี่คือตัวอย่างบางส่วน:

• รวมกระแสสลับใน ความดันคงที่;
• การแยกสัญญาณจากแหล่งจ่ายไฟ
• อ้างอิงแรงดันไฟฟ้า
• การควบคุมขนาดสัญญาณ
• ผสมสัญญาณ;
• สัญญาณตรวจจับ;
• ระบบไฟส่องสว่าง
• เลเซอร์

ไดโอดเรียงกระแสกำลังสูงเป็นส่วนประกอบสำคัญของแหล่งจ่ายไฟ ใช้สำหรับควบคุมไฟฟ้าในคอมพิวเตอร์และรถยนต์ และยังสามารถใช้เป็นเครื่องชาร์จสำหรับ แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้และ แหล่งคอมพิวเตอร์โภชนาการ

นอกจากนี้ มักใช้เพื่อวัตถุประสงค์อื่น (เช่น ในเครื่องตรวจจับเครื่องรับวิทยุสำหรับการมอดูเลตวิทยุ) ตัวแปรไดโอดของ Schottky มีค่ามากในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัล ช่วงอุณหภูมิในการทำงาน -40 ถึง +175 ° C ทำให้อุปกรณ์เหล่านี้สามารถใช้งานได้ในทุกสภาวะ

สำหรับการจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง ไดโอดที่มีความจุในตัวที่เหมาะสมที่สุดและเวลาที่จำเป็นสำหรับการต้านทานการย้อนกลับเพื่อกู้คืนจะเหมาะสมที่สุด ผลสัมฤทธิ์ของตัวบ่งชี้ที่จำเป็นสำหรับพารามิเตอร์แรกเกิดขึ้นเมื่อความยาวและความกว้างของจุดแยก p-n ลดลง ซึ่งจะส่งผลต่อการลดลงของกำลังการกระจายที่อนุญาต

I - V ลักษณะเฉพาะของพัลส์ไดโอด

ค่าความจุของอุปสรรคของไดโอดประเภทพัลส์ในกรณีส่วนใหญ่จะน้อยกว่า 1 pF อายุการใช้งานของผู้ให้บริการรายย่อยไม่เกิน 4 ns สำหรับไดโอดประเภทนี้ ความสามารถในการส่งพัลส์ที่มีระยะเวลาไม่เกินหนึ่งไมโครวินาทีที่กระแสที่มีแอมพลิจูดกว้างนั้นเป็นคุณลักษณะเฉพาะ ไดโอดธรรมดาไม่สามารถทำงานกับ UPS ได้เลย หรือมีความร้อนสูงเกินไปและทำให้พารามิเตอร์เสื่อมลงอย่างรวดเร็ว ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีองค์ประกอบความถี่สูงพิเศษ ซึ่งก็คือ "ไดโอดเร็ว" เช่นกัน ต่อไปนี้เป็นประเภทหลัก ชื่อ และลักษณะเฉพาะที่เพียงพอสำหรับการฝึกหัดวิทยุสมัครเล่น

ไดเรกทอรีของชีพจรไดโอดที่นำเข้า Pulse

ไดโอด Schottky อื่นๆ

วัตถุประสงค์หลักของวงจรเรียงกระแสไดโอดคือการแปลงแรงดันไฟฟ้า แต่นี่ไม่ใช่สาขาเดียวของการใช้งานสำหรับองค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้ พวกมันถูกติดตั้งในวงจรสวิตชิ่งและควบคุม ใช้ในเครื่องกำเนิดคาสเคด ฯลฯ นักวิทยุสมัครเล่นมือใหม่จะสนใจที่จะรู้ว่าองค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้ถูกจัดเรียงอย่างไร รวมทั้งหลักการทำงานด้วย เริ่มจากลักษณะทั่วไปกันก่อน

คุณสมบัติของอุปกรณ์และการออกแบบ

องค์ประกอบโครงสร้างหลักคือเซมิคอนดักเตอร์ นี่คือแผ่นคริสตัลซิลิกอนหรือเจอร์เมเนียมซึ่งมีการนำไฟฟ้า p และ n สองส่วน เนื่องจากคุณลักษณะการออกแบบนี้จึงถูกตั้งชื่อว่าแบน

ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ คริสตัลจะได้รับการประมวลผลดังนี้: เพื่อให้ได้พื้นผิวประเภท p จะได้รับการบำบัดด้วยฟอสฟอรัสหลอมเหลว และชนิด p - ด้วยโบรอน อินเดียม หรืออะลูมิเนียม ในระหว่างการอบชุบด้วยความร้อน จะเกิดการแพร่ของวัสดุและผลึกเหล่านี้ ผลที่ได้คือบริเวณที่มีจุดเชื่อมต่อ pn ระหว่างสองพื้นผิวที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่างกัน เซมิคอนดักเตอร์ที่ได้รับในลักษณะนี้ถูกติดตั้งในตัวเครื่อง ซึ่งช่วยปกป้องคริสตัลจากปัจจัยภายนอกและส่งเสริมการกระจายความร้อน

ตำนาน:

• เอ - เอาต์พุตของแคโทด
• B - ที่ยึดคริสตัล (เชื่อมเข้ากับตัวเครื่อง)
• C - คริสตัลชนิด n
• คริสตัล D - p-type
• E - ลวดที่นำไปสู่ขั้วบวก
• F - ฉนวน
• จี - ร่างกาย
• H - ตะกั่วแอโนด

ดังที่ได้กล่าวมาแล้วเช่น พื้นฐาน pnการเปลี่ยนแปลงใช้คริสตัลของซิลิกอนหรือเจอร์เมเนียม อดีตถูกใช้บ่อยกว่ามากเนื่องจากความจริงที่ว่าค่าของกระแสย้อนกลับในเซลล์เจอร์เมเนียมนั้นสูงกว่ามากซึ่ง จำกัด แรงดันย้อนกลับที่อนุญาตอย่างมาก (ไม่เกิน 400 V) ในขณะที่อยู่ในเซมิคอนดักเตอร์ซิลิกอน คุณลักษณะนี้สามารถสูงถึง 1500 V.

นอกจากนี้ช่วงอุณหภูมิการทำงานของธาตุเจอร์เมเนียมยังแคบกว่ามาก โดยจะแปรผันตั้งแต่ -60 ° C ถึง 85 ° C เมื่อเกินเกณฑ์อุณหภูมิด้านบนกระแสย้อนกลับจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วซึ่งส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพของอุปกรณ์ เซมิคอนดักเตอร์ซิลิคอนมีขีดจำกัดบนประมาณ 125 ° C-150 ° C

การจำแนกพลังงาน

กำลังของเซลล์ถูกกำหนดโดยกระแสตรงสูงสุดที่อนุญาต ตามลักษณะนี้ การจัดประเภทต่อไปนี้ถูกนำมาใช้:

รายการคุณสมบัติหลัก

ด้านล่างนี้เป็นตารางที่มีคำอธิบายของพารามิเตอร์หลักของไดโอดเรียงกระแส คุณสมบัติเหล่านี้สามารถรับได้จากแผ่นข้อมูล ( รายละเอียดทางเทคนิคธาตุ). ตามกฎแล้ว นักวิทยุสมัครเล่นส่วนใหญ่หันไปใช้ข้อมูลนี้ในกรณีที่ไม่มีองค์ประกอบที่ระบุในแผนภาพ ซึ่งจำเป็นต้องค้นหาอะนาล็อกที่เหมาะสม

โปรดทราบว่าในกรณีส่วนใหญ่ หากคุณต้องการหาแอนะล็อกกับไดโอดตัวใดตัวหนึ่ง พารามิเตอร์ 5 ตัวแรกจากตารางก็เพียงพอแล้ว ในกรณีนี้ ควรพิจารณาช่วงอุณหภูมิการทำงานขององค์ประกอบและความถี่ด้วย

หลักการทำงาน

วิธีที่ง่ายที่สุดในการอธิบายหลักการทำงานของไดโอดเรียงกระแสคือตัวอย่าง ในการทำเช่นนี้ เราจำลองวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นอย่างง่าย (ดู 1 ในรูปที่ 6) ซึ่งจ่ายไฟจากแหล่งจ่ายไฟ AC ที่มีแรงดันไฟฟ้า U IN (กราฟ 2) และผ่าน VD เพื่อโหลด R

รูปที่. 6. หลักการทำงานของวงจรเรียงกระแสแบบไดโอดเดียว

ในช่วงครึ่งวงจรบวก ไดโอดอยู่ในตำแหน่งเปิดและส่งกระแสผ่านไปยังโหลด เมื่อถึงรอบของครึ่งรอบเชิงลบ อุปกรณ์จะถูกล็อคและไม่มีการจ่ายพลังงานให้กับโหลด นั่นคือมีจุดตัดของครึ่งคลื่นเชิงลบตามที่เป็นอยู่ (อันที่จริงสิ่งนี้ไม่เป็นความจริงทั้งหมดเนื่องจากในกระบวนการนี้มีกระแสย้อนกลับอยู่เสมอค่าของมันจะถูกกำหนดโดยลักษณะ I arr)

ดังที่เห็นได้จากกราฟ (3) ที่เอาต์พุตเราได้รับพัลส์ที่ประกอบด้วยครึ่งคาบบวกนั่นคือ กระแสตรง.... นี่คือหลักการทำงานขององค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์ของวงจรเรียงกระแส

โปรดทราบว่าแรงดันพัลส์ที่เอาต์พุตของวงจรเรียงกระแสดังกล่าวเหมาะสำหรับการจ่ายไฟให้กับโหลดที่มีเสียงรบกวนต่ำเท่านั้น ตัวอย่างคือ ที่ชาร์จสำหรับแบตเตอรี่ไฟฉาย ในทางปฏิบัติผู้ผลิตจีนใช้รูปแบบดังกล่าวเท่านั้นเพื่อลดต้นทุนของผลิตภัณฑ์ให้ได้มากที่สุด อันที่จริงแล้ว ความเรียบง่ายของการออกแบบเป็นเพียงเสาเดียว

ข้อเสียของวงจรเรียงกระแสแบบไดโอดเดียว ได้แก่ :

• ประสิทธิภาพระดับต่ำ เนื่องจากครึ่งระยะเวลาติดลบถูกตัดออก ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ต้องไม่เกิน 50%
• แรงดันไฟขาออกประมาณครึ่งหนึ่งของอินพุต
• ระดับเสียงรบกวนสูงซึ่งแสดงออกในรูปแบบของเสียงฮัมที่มีความถี่ของเครือข่ายอุปทาน เหตุผลก็คือการล้างอำนาจแม่เหล็กแบบอสมมาตรของหม้อแปลงแบบสเต็ปดาวน์ (ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงดีกว่าถ้าใช้ตัวเก็บประจุแบบดับสำหรับวงจรดังกล่าวซึ่งมีด้านลบด้วย)

โปรดทราบว่าข้อเสียเหล่านี้สามารถลดลงได้บ้าง ด้วยเหตุนี้ การสร้างตัวกรองอย่างง่ายโดยใช้อิเล็กโทรไลต์ความจุสูงก็เพียงพอแล้ว (1 ในรูปที่ 7)

รูปที่. 7. แม้แต่ฟิลเตอร์ธรรมดาก็ช่วยลดการกระเพื่อมได้อย่างมาก

หลักการทำงานของตัวกรองดังกล่าวค่อนข้างง่าย อิเล็กโทรไลต์จะถูกชาร์จระหว่างครึ่งรอบบวกและคายประจุเมื่อครึ่งรอบเชิงลบเกิดขึ้น ในเวลาเดียวกัน ความจุจะต้องเพียงพอที่จะรักษาแรงดันไฟฟ้าข้ามโหลด ในกรณีนี้ แรงกระตุ้นจะค่อนข้างเรียบ โดยประมาณตามที่แสดงในกราฟ (2)

วิธีแก้ปัญหาข้างต้นจะช่วยปรับปรุงสถานการณ์ได้บ้าง แต่ไม่มากนัก หากคุณใช้พลังงานจากวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่นเช่น ลำโพงคอมพิวเตอร์ที่ใช้งาน จะได้ยินเสียงพื้นหลังที่เป็นลักษณะเฉพาะ ในการแก้ไขปัญหานั้นจำเป็นต้องมีวิธีแก้ปัญหาที่รุนแรงกว่านั้นคือไดโอดบริดจ์ ลองพิจารณาว่าวงจรนี้ทำงานอย่างไร

อุปกรณ์และหลักการทำงานของไดโอดบริดจ์

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างวงจรดังกล่าว (จากครึ่งรอบ) คือแรงดันไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับโหลดในแต่ละครึ่งรอบ ไดอะแกรมการเชื่อมต่อองค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์ rectifier แสดงอยู่ด้านล่าง

ดังที่เห็นได้จากรูปที่กำหนดให้ วงจรเรียงกระแสเซมิคอนดักเตอร์สี่องค์ประกอบมีส่วนร่วมในวงจร ซึ่งเชื่อมต่อกันในลักษณะที่มีเพียงสององค์ประกอบทำงานในแต่ละครึ่งรอบ มาอธิบายรายละเอียดว่ากระบวนการนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร:

• โครงการมา แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ Uin (2 ในรูปที่ 8) ในช่วงครึ่งรอบบวก วงจรต่อไปนี้จะเกิดขึ้น: VD4 - R - VD2 ดังนั้น VD1 และ VD3 จึงอยู่ในตำแหน่งล็อค
• เมื่อลำดับของครึ่งวงจรเชิงลบเกิดขึ้น เนื่องจากขั้วมีการเปลี่ยนแปลง จึงเกิดห่วงโซ่ขึ้น: VD1 - R - VD3 ขณะนี้ VD4 และ VD2 ถูกล็อก
• รอบจะทำซ้ำในช่วงต่อไป

ดังจะเห็นได้จากผลลัพธ์ (กราฟ 3) ทั้งสองช่วงครึ่งเวลามีส่วนร่วมในกระบวนการ และไม่ว่าแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตจะเปลี่ยนแปลงอย่างไร มันจะผ่านโหลดไปในทิศทางเดียว หลักการทำงานของวงจรเรียงกระแสนี้เรียกว่าคลื่นเต็ม ข้อดีของมันชัดเจน เรามาลิสต์กัน:

• เนื่องจากทั้งสองช่วงครึ่งงานมีส่วนร่วมในการทำงาน ประสิทธิภาพจึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก (เกือบสองเท่า)
• ระลอกคลื่นที่เอาต์พุตบริดจ์ยังเพิ่มความถี่เป็นสองเท่า (เมื่อเทียบกับโซลูชันครึ่งคลื่น)
• ดังที่เห็นได้จากกราฟ (3) ระดับของการลดลงระหว่างพัลส์จะลดลง ดังนั้น จะทำให้เรียบขึ้นสำหรับตัวกรองได้ง่ายขึ้นมาก
• แรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตของวงจรเรียงกระแสนั้นใกล้เคียงกับที่อินพุต

การรบกวนจากวงจรบริดจ์นั้นเล็กน้อย และลดลงด้วยการใช้ถังกรองอิเล็กโทรไลต์ ด้วยเหตุนี้ โซลูชันดังกล่าวจึงสามารถใช้กับอุปกรณ์จ่ายไฟ ในทางปฏิบัติ สำหรับการออกแบบของนักวิทยุสมัครเล่น รวมถึงอุปกรณ์ที่ใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความละเอียดอ่อน

หมายเหตุ ไม่จำเป็นต้องใช้วงจรเรียงกระแสสี่ตัวเลย องค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์ก็เพียงพอแล้วที่จะประกอบชิ้นส่วนสำเร็จรูปในกล่องพลาสติก

แพ็คเกจดังกล่าวมีสี่สายสำหรับอินพุตและเอาต์พุตเหมือนกัน ขาที่เชื่อมต่อแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจะมีเครื่องหมาย "~" หรือตัวอักษร "AC" ที่ทางออก ขาบวกจะมีเครื่องหมาย "+" ตามลำดับ ขาลบจะมีเครื่องหมาย "-"

บน แผนภาพการประกอบดังกล่าวมักจะแสดงเป็นรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนโดยมีการแสดงกราฟิกของไดโอดอยู่ภายใน

คำถามที่ว่าจะดีกว่าถ้าใช้แอสเซมบลีหรือไดโอดแยกกันไม่สามารถตอบได้อย่างแจ่มแจ้ง ไม่มีความแตกต่างในการทำงานระหว่างพวกเขา แต่การประกอบมีขนาดกะทัดรัดกว่า ในทางกลับกัน หากล้มเหลว เฉพาะการเปลี่ยนที่สมบูรณ์เท่านั้นที่จะช่วยได้ หากใช้องค์ประกอบแยกกันในกรณีนี้ก็เพียงพอที่จะเปลี่ยนไดโอดเรียงกระแสที่ล้มเหลว