Pembetulan Diod: Gelombang Separuh, Gelombang Penuh, PIV

Dalam elektronik, pembetulan adalah proses di mana diod penyearah menukar isyarat input AC kitaran penuh bergantian menjadi isyarat output DC separuh kitaran.

Satu dioda menghasilkan pembetulan gelombang separuh, dan rangkaian 4 diod menghasilkan pembetulan gelombang penuh

Dalam catatan ini kita akan menganalisis proses pembetulan diod gelombang separuh dan gelombang penuh, dan sifat lain melalui fungsi yang berbeza-beza masa seperti gelombang sinus dan gelombang persegi. Maksudnya, melalui voltan dan arus yang mengubah magnitud dan polaritasnya sehubungan dengan masa.

Kami akan menganggap diod sebagai dioda yang ideal dengan mengabaikan sama ada diod silikon atau Germanium, untuk mengurangkan komplikasi dalam pengiraan. Kami akan menganggap diod sebagai diod penyearah standard dengan kebolehan pembetulan standard.

Pembetulan Separuh Gelombang

Gambarajah termudah yang menunjukkan isyarat masa berbeza yang diterapkan pada diod ditunjukkan dalam rajah berikut:

Di sini kita dapat melihat bentuk gelombang AC, di mana tempoh T menandakan satu kitaran penuh bentuk gelombang, yang merupakan nilai purata atau jumlah algebra bahagian atau bonggol di atas dan di bawah paksi tengah.

Litar jenis ini di mana satu diod penyearah diterapkan dengan input isyarat AC sinusoidal yang berbeza-beza untuk menghasilkan output DC yang mempunyai nilai separuh daripada input dipanggil penerus gelombang separuh . Diod disebut sebagai penyearah dalam litar ini.

Dalam jangka masa antara t = 0 → T / 2 bentuk gelombang AC, kekutuban voltan vi menimbulkan 'tekanan' ke arah seperti yang digambarkan dalam rajah di bawah. Ini membolehkan diod untuk menghidupkan dan melakukan dengan kekutuban seperti yang ditunjukkan tepat di atas simbol dioda.

Oleh kerana diod berkelakuan sepenuhnya, menggantikan diod dengan litar pintas, akan menghasilkan output seperti yang ditunjukkan pada gambar sebelah kanan di atas.

Tidak syak lagi, output yang dihasilkan nampaknya merupakan replikasi yang tepat dari isyarat input yang diterapkan di atas paksi pusat bentuk gelombang.

Dalam tempoh T / 2 → T, kekutuban isyarat input vi menjadi negatif, yang menyebabkan dioda MATI, menghasilkan litar terbuka yang setara di terminal dioda. Oleh kerana itu, cas tidak dapat mengalir melintasi jalur dioda selama tempoh T / 2 → T, menyebabkan vo menjadi:

vo = iR = 0R = 0 V (menggunakan Hukum Ohm). Tindak balas dapat dilihat dalam rajah berikut:

Dalam rajah ini kita dapat melihat output DC Vo dari dioda menghasilkan kawasan positif rata-rata bersih di atas paksi, untuk input kitaran penuh, yang dapat ditentukan oleh formula:

Vdc = 0.318 Vm (separuh gelombang)

Input vi dan voltan keluaran semasa proses pembetulan gelombang separuh dioda ditunjukkan dalam gambar berikut:

Dari gambarajah dan penjelasan di atas kita dapat mendefinisikan pembetulan gelombang separuh sebagai proses di mana satu setengah dari kitaran input dihilangkan oleh diod pada outputnya.

Menggunakan Diod Silikon

Apabila diod silikon digunakan sebagai diod penyearah, kerana ia mempunyai ciri penurunan voltan ke hadapan VT = 0,7 V, ia menghasilkan kawasan bias maju seperti yang ditunjukkan dalam gambar berikut:

VT = 0.7 V bermaksud bahawa sekarang isyarat input mestilah sekurang-kurangnya 0.7 V untuk memastikan dioda AKTIF berjaya. Sekiranya input VT kurang dari 0.7 V hanya akan gagal menghidupkan Dioda dan dioda akan terus berada dalam mod litar terbuka, dengan Vo = 0 V.

Walaupun diod dijalankan semasa proses pembetulan, ia menghasilkan output DC yang membawa tahap voltan tetap untuk perbezaan voltan vo - vi, sama dengan penurunan hadapan yang dibincangkan di atas 0,7 V. Kita dapat menyatakan tahap tetap ini dengan formula berikut:

vo = vi - VT

Ini menghasilkan pengurangan voltan keluaran rata-rata di atas paksi, menyebabkan sedikit penurunan bersih dari output yang diperbetulkan dari dioda.

Merujuk gambar di atas, jika kita menganggap Vm (tahap isyarat puncak) cukup tinggi daripada VT, sehingga Vm >> VT, kita dapat menilai nilai output DC rata-rata dari dioda menggunakan formula berikut, dengan cukup tepat.

Vdc ≅ 0.318 (Vm - VT)

Lebih tepatnya, jika puncak AC input jauh lebih tinggi daripada VT (penurunan depan) dioda, maka kita hanya dapat menggunakan formula sebelumnya untuk menganggarkan output DC yang diperbaiki dari dioda:

Vdc = 0.318 Vm

Contoh yang Diselesaikan untuk Half Bridge Rectifier

Masalah:

Nilai output output dan ketahui magnitud DC output untuk reka bentuk litar yang ditunjukkan di bawah:

Penyelesaian: Untuk rangkaian litar di atas, diod akan dihidupkan untuk bahagian negatif dari isyarat input, dan vo akan seperti yang ditunjukkan dalam lakaran berikut.

Untuk tempoh penuh kitaran AC input, output DC akan:

Vdc = 0.318Vm = - 0.318 (20 V) = - 6.36 V

Tanda negatif menunjukkan polaritas DC output yang bertentangan dengan tanda yang diberikan dalam rajah di bawah masalah.

Masalah # 2: Selesaikan masalah di atas dengan mempertimbangkan diod sebagai diod silikon.

Sekiranya dioda silikon, bentuk gelombang output akan kelihatan seperti ini:

Dan output DC dapat dihitung seperti yang dijelaskan di bawah:

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

Penurunan voltan DC output kerana faktor 0.7 V adalah sekitar 0.22V atau kira-kira 3.5%

Pembetulan Gelombang Penuh

Apabila isyarat sinusoidal AC digunakan sebagai input untuk pembetulan, output DC dapat ditingkatkan ke tahap 100% menggunakan proses pembetulan gelombang penuh.

Proses yang paling terkenal dan mudah untuk mencapainya adalah dengan menggunakan 4-diod penerus jambatan rangkaian seperti di bawah.

Apabila kitaran input positif berlangsung sepanjang tempoh t = 0 hingga T / 2, kekutuban isyarat AC input merentasi diod dan output dari dioda seperti yang ditunjukkan di bawah:

Di sini, kita dapat melihat bahawa disebabkan susunan khas rangkaian diod di jambatan, ketika D2, D3 melakukan, dioda berlawanan D1, D4 tetap terbalik secara bias dan dalam keadaan OFF.

DC output bersih yang dihasilkan dari proses pembetulan ini melalui D2, D3 dapat dilihat pada rajah di atas. Oleh kerana kita membayangkan diod menjadi ideal, outputnya adalah vo = vin.

Sekarang, begitu juga untuk separuh kitaran negatif diod isyarat input D1, D4 conduct, dan diod D2, D3 menuju ke keadaan OFF, seperti yang digambarkan di bawah:

Kita dapat melihat dengan jelas bahawa output dari penyearah jambatan telah mengubah kedua kitaran positif dan negatif dari input AC menjadi dua putaran separuh DC di atas paksi tengah.

Oleh kerana rantau ini di atas paksi sekarang dua kali lebih besar daripada kawasan yang diperoleh untuk pembetulan setengah gelombang, output DC juga akan menjadi dua kali ganda besarnya, seperti yang dikira menggunakan formula berikut:

Vdc = 2 (0.318Vm)

atau

Vdc = 0.636Vm (gelombang penuh)

Seperti yang digambarkan dalam gambar di atas, jika bukan dioda ideal, dioda silikon digunakan, menerapkan undang-undang voltan Kirchhoff di atas saluran konduksi akan memberi kita hasil berikut:

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

Oleh itu, puncak voltan output adalah:

Vomax = Vm - 2VT

Dalam keadaan di mana V >> 2VT, kita dapat menggunakan persamaan sebelumnya untuk mendapatkan nilai rata-rata dengan tahap ketepatan yang cukup tinggi:

Vdc ≅ - 0,636 (Vm - 2VT),

Sekali lagi, jika kita mempunyai Vm jauh lebih tinggi daripada 2VT, 2VT hanya dapat diabaikan, dan persamaannya dapat diselesaikan sebagai:

Vdc ≅ - 0,636 (Vm)

PIV (Voltan Terbalik Puncak)

Puncak voltan songsang puncak atau (PIV) yang kadang-kadang disebut penarafan voltan terbalik (PRV) dioda menjadi parameter penting semasa merancang litar penerus.

Ini pada dasarnya adalah julat voltan bias terbalik dari dioda yang tidak boleh dilampaui, jika tidak, diod boleh pecah dengan melintasi ke kawasan yang disebut rantau longsoran zener.

Sekiranya kita menerapkan undang-undang voltan Kirchhoff pada litar penyearah gelombang separuh seperti yang ditunjukkan di bawah, ini hanya menjelaskan bahawa peringkat PIV suatu diod mestilah lebih tinggi daripada nilai puncak input bekalan yang digunakan untuk input penerus.

Untuk penerus jambatan penuh juga, pengiraan penarafan PIV adalah sama dengan penerus gelombang separuh, iaitu:

PIV ≥ Vm, kerana Vm adalah voltan total yang dikenakan pada beban yang disambungkan seperti yang digambarkan dalam gambar berikut.

Contoh yang Diselesaikan untuk Rangkaian Pembesar Jambatan Penuh

Tentukan bentuk gelombang output untuk rangkaian diod berikut, dan juga hitung tahap DC output dan PIV yang selamat untuk setiap diod dalam rangkaian.

Penyelesaian: Untuk separuh kitaran positif, litar akan bertindak seperti yang digambarkan dalam rajah berikut:

Kami dapat merangka ini dengan cara berikut untuk pemahaman yang lebih baik:

Di sini, vo = 1 / 2vi = 1 / 2Vi (maks) = 1/2 (10 V) = 5 V

Untuk separuh kitaran negatif, peranan konduksi dioda dapat ditukar, yang akan menghasilkan output output seperti yang ditunjukkan di bawah:

Ketiadaan dua diod di jambatan mengakibatkan pengurangan output DC dengan magnitud:

Vdc = 0.636 (5 V) = 3.18 V

Ini sama seperti yang kita perolehi dari penyearah setengah jambatan dengan input yang sama.

PIV akan sama dengan voltan maksimum yang dihasilkan di R, iaitu 5 V, atau separuh daripada yang diperlukan untuk setengah gelombang yang diperbaiki dengan input yang sama.