В большом количестве электронных схем для работы требуется постоянное напряжение. Мы можем легко преобразовать переменное напряжение или переменный ток в постоянное напряжение или постоянный ток постоянного тока с помощью устройства, называемого диодом с PN-переходом.
Одним из наиболее важных применений диода с PN-переходом является выпрямление переменного тока (AC) от постоянного тока (DC). Диод с P-N-переходом пропускает электрический ток только в режиме прямого смещения и блокирует электрический ток в режиме обратного смещения. Простыми словами, диод пропускает электрический ток в одном направлении. Это уникальное свойство диода позволяет ему действовать как выпрямитель.
Определение выпрямителя
Выпрямитель - это электрическое устройство, которое преобразует переменный ток (AC) в постоянный ток (DC) с помощью одного или нескольких диодов с P-N-переходом.
Что такое выпрямитель?
Когда напряжение подается на диод с P-N переходом таким образом, что положительная клемма батареи подключена к полупроводнику p-типа, а отрицательная клемма батареи подключена к полупроводнику n-типа, говорят, что диод смещен в прямом направлении.
Когда это напряжение прямого смещения подается на диод P-N перехода, большое количество свободных электронов (основных носителей заряда) в полупроводнике n-типа испытывает силу отталкивания от отрицательной клеммы батареи, аналогично большое количество дырок (основных носителей заряда) в полупроводнике p-типа испытывает силу отталкивания от отрицательной клеммы батареи. сила отталкивания от положительной клеммы аккумулятора.
В результате свободные электроны в полупроводнике n-типа начинают перемещаться с n-стороны на p-сторону, аналогично дырки в полупроводнике p-типа начинают перемещаться с p-стороны на n-сторону.
Мы знаем, что электрический ток означает поток носителей заряда (свободных электронов и дырок). Следовательно, поток электронов с n-стороны на p-сторону и поток дырок с p-стороны на n-сторону проводят электрический ток. Основные носители вырабатывают электрический ток в режиме прямого смещения. Таким образом, электрический ток, вырабатываемый в режиме прямого смещения, также известен как основной ток.
Когда напряжение подается на диод с P-N переходом таким образом, что положительная клемма батареи подключена к полупроводнику n-типа, а отрицательная клемма батареи подключена к полупроводнику p-типа, говорят, что диод имеет обратное смещение.
Когда это напряжение обратного смещения подается на диод P-N перехода, большое количество свободных электронов (основных носителей заряда) в полупроводнике n-типа испытывает силу притяжения от положительной клеммы батареи, аналогично большое количество дырок (основных носителей заряда) в полупроводнике p-типа испытывает силу притяжения от положительной клеммы батареи. сила притяжения от отрицательной клеммы аккумулятора.
В результате свободные электроны (основные носители заряда) в полупроводнике n-типа удаляются от P-N перехода и притягиваются к положительной клемме батареи аналогично дыркам (основным носителям заряда) в полупроводнике p-типа удаляются от P-N перехода и притягиваются к отрицательной клемме клемма аккумулятора.
Следовательно, протекание электрического тока через P-N переход не происходит. Однако неосновные носители (свободные электроны) в полупроводнике p-типа испытывают силу отталкивания от отрицательной клеммы батареи, аналогично неосновные носители (дырки) в полупроводнике n-типа испытывают силу отталкивания от положительной клеммы батареи.
В результате свободные электроны неосновных носителей заряда в полупроводнике p-типа и дырки неосновных носителей заряда в полупроводнике n-типа начинают протекать через переход. Таким образом, в диоде обратного смещения вырабатывается электрический ток за счет неосновных носителей заряда. Однако электрический ток, вырабатываемый неосновными носителями, очень мал. Таким образом, током неосновных носителей в условиях обратного смещения пренебрегают.
Таким образом, диод с P-N-переходом пропускает электрический ток в режиме прямого смещения и блокирует электрический ток в режиме обратного смещения. Простыми словами, диод с P-N-переходом пропускает электрический ток только в одном направлении. Это уникальное свойство диода позволяет ему действовать как выпрямитель.
Напряжение прямого и обратного смещения, подаваемое на диод, является ничем иным, как напряжением постоянного тока. Напряжение постоянного тока создает ток, который всегда течет в одном направлении (либо в прямом, либо в обратном направлении).
Но переменное напряжение вырабатывает ток, который всегда меняет свое направление много раз в секунду (с прямого на обратное и с обратного на прямой).
Мы наблюдали, как ведет себя диод, когда к нему прикладывается постоянное напряжение (напряжение прямого смещения и напряжение обратного смещения). Теперь давайте посмотрим на диод с P-N переходом, когда к нему подается переменное напряжение.
Переменное напряжение или переменный ток часто представлены синусоидальной формой волны, тогда как постоянный ток представлен прямой горизонтальной линией.
В синусоидальной форме сигнала верхний полупериод представляет положительный полупериод, а нижний полупериод представляет отрицательный полупериод.
Положительный полупериод переменного напряжения аналогичен напряжению постоянного тока прямого смещения, а отрицательный полупериод переменного напряжения аналогичен напряжению постоянного тока обратного смещения.
Переменный ток начинается с нуля и увеличивается до пикового прямого тока или пикового положительного тока. Положительный пик синусоидальной формы сигнала представляет максимальный или пиковый прямой ток. После достижения пикового прямого тока он начинает уменьшаться и достигает нуля.
Через короткий промежуток времени переменный ток начинает увеличиваться в обратном или отрицательном направлении и достигает максимального значения обратного тока или пикового отрицательного тока. Отрицательный пик синусоидальной формы сигнала представляет максимальный или пиковый обратный ток. После достижения максимального значения обратного тока он начинает уменьшаться и достигает нуля. Аналогично, переменный ток непрерывно меняет свое направление в течение короткого периода времени.
Когда переменное напряжение или переменный ток подается на диод P-N-перехода, во время положительного полупериода диод смещается вперед и пропускает через себя электрический ток. Однако, когда переменный ток меняет свое направление на отрицательный полупериод, диод смещается в обратном направлении и не пропускает через себя электрический ток. Простыми словами, во время положительного полупериода диод пропускает ток, а во время отрицательного полупериода диод блокирует ток. Таким образом, электрический ток протекает через диод только в течение положительного полупериода переменного тока.
Этот ток, протекающий через диод, является ничем иным, как постоянным током. Таким образом, диод с P-N переходом действует как выпрямитель, преобразуя переменный ток в постоянный.
Однако постоянный ток, вырабатываемый базовым выпрямителем (полуволновым выпрямителем), не является чистым постоянным током. Это пульсирующий постоянный ток.
Пульсирующий постоянный ток - это тип постоянного тока, значение которого изменяется в течение короткого периода времени.
Пульсирующий постоянный ток начинается с нуля и увеличивается до максимального прямого тока (пикового уровня), а затем уменьшается до нуля. Однако пульсирующий постоянный ток не меняет свое направление периодически, как переменный ток.
Пульсирующий постоянный ток всегда течет в одном направлении, как чистый постоянный ток. Однако значение пульсирующего постоянного тока или пульсирующего напряжения постоянного тока незначительно изменяется в течение заданного периода. Электрический ток, вырабатываемый батареями, источниками питания и солнечными панелями, является чистым постоянным током.
Используя в схеме комбинацию таких компонентов, как конденсаторы, катушки индуктивности и резисторы, мы можем добиться сглаживания пульсирующего постоянного тока до чистого постоянного тока.