Nejlepší odpověď
Široce používaná aplikace této funkce a diod obecně je v přeměně střídavého napětí (AC) na spojitou napětí (DC). Jinými slovy, usměrnění.
Ale malé signální diody lze také použít jako usměrňovače v usměrňovačích nebo aplikacích s nízkým výkonem, nízkým proudem (méně než 1 ampér) nebo v aplikacích, ale tam, kde jsou větší dopředné zkreslené proudy nebo vyšší zpětné Jedná se o napětí blokující předpětí, PN přechod malé signální diody by se nakonec přehřál a roztavil, takže by se místo toho používaly robustnější výkonové diody.
Výkonová polovodičová dioda, známá jednoduše jako Power Diode, má mnohem větší spojovací oblast PN ve srovnání s menším bratrancem signální diody, což má za následek vysokou propustnost proudu až několik set ampérů (KA) a zpětné blokovací napětí až několik tisíc voltů (KV).
Vzhledem k tomu, že výkonová dioda má velké spojení PN, není vhodná pro vysokofrekvenční aplikace nad 1 MHz, ale k dispozici jsou speciální a drahé vysokofrekvenční vysokonapěťové diody. Pro aplikace vysokofrekvenčních usměrňovačů se Schottkyho diody obecně používají kvůli jejich krátké době zpětného zotavení a nízkému poklesu napětí v jejich předpětí.
Výkonové diody poskytují nekontrolovanou nápravu energie a používají se v aplikacích, jako je nabíjení baterie a stejnosměrné napájecí zdroje i střídavé usměrňovače a střídače. Vzhledem ke svým vysokým proudovým a napěťovým charakteristikám je lze použít také jako volnoběžné diody a tlumicí sítě.
Výkonové diody jsou navrženy tak, aby měly dopředný „ON“ odpor zlomků Ohmu, zatímco jejich zpětné blokování odpor je v rozsahu megaohmů. Některé výkonové diody s vyšší hodnotou jsou navrženy tak, aby byly „připevněny pomocí čepů“ na chladiče, čímž se snižuje jejich tepelný odpor mezi 0,1 až 1 ° C / Watt.
Pokud je na výkonovou diodu přivedeno střídavé napětí, během kladného půl cyklu bude dioda procházet proudem a během záporného půl cyklu nebude dioda blokovat tok proudu. Pak vedení přes výkonovou diodu nastává pouze během kladného polovičního cyklu, a proto je jednosměrné, tj. Stejnosměrné, jak je znázorněno.
Usměrňovač výkonové diody
usměrňovač výkonové diody
Napájení diody lze použít jednotlivě, jak je uvedeno výše, nebo je lze spojit dohromady k výrobě různých usměrňovacích obvodů, jako jsou „Half-Wave“, „Full-Wave“ nebo „Bridge Rectifiers“. Každý typ usměrňovacího obvodu lze klasifikovat jako nekontrolovaný, napůl řízený nebo plně ovládaný, kde nekontrolovaný usměrňovač používá pouze výkonové diody, plně řízený usměrňovač používá tyristory (SCR) a napůl řízený usměrňovač je směsí diod i tyristorů.
Nejběžněji používanou samostatnou výkonovou diodou pro základní elektronické aplikace je univerzální usměrňovací dioda se skleněnou pasivací typu 1N400x se standardním jmenovitým průběžným dopředným usměrněným proudem 1,0 amp a zpětným blokovacím napětím od 50 V pro 1N4001 až 1 000 V pro 1N4007, přičemž malý 1N4007GP je nejpopulárnějším pro běžné síťové usměrnění napětí.
Usměrnění poloviční vlny
Usměrňovač je obvod, který převádí střídavý proud ( AC) do výstupního výkonu stejnosměrného proudu (DC). Vstupní napájecí zdroj může být buď jednofázový nebo vícefázový, přičemž nejjednodušší ze všech obvodů usměrňovače je polovodičový usměrňovač.
Výkonová dioda v polovodičovém usměrňovacím obvodu prochází pouze jedna polovina každé úplné sinusové vlny střídavého napájení, aby se přeměnila na stejnosměrné napájení. Pak se tomuto typu obvodu říká „půlvlnný“ usměrňovač, protože prochází pouze polovinou příchozího napájecího zdroje, jak je uvedeno níže.
Obvod polovodičového usměrňovače
půlvlnný usměrňovací obvod
Během každého „kladného“ polovičního cyklu sinusové vlny AC je dioda předpjatá dopředu, protože anoda je kladná vzhledem ke katodě, což vede k protékání proudu diodou.
Protože stejnosměrná zátěž je odporová (rezistor, R), proud protékající zátěžovým rezistorem je proto úměrný napětí (Ohmův zákon), a napětí na zátěžovém rezistoru bude proto stejné jako napájecí napětí , Vs (minus Vf), tj. „Stejnosměrné“ napětí napříč zátěží, je sinusové pouze pro první poloviční cyklus, takže Vout = Vs.
Během každého „záporného“ polovičního cyklu střídavého sinusového průběhu , je dioda obrácená s předpětím, protože anoda je záporná vzhledem ke katodě. Diodou nebo obvodem proto protéká žádný proud. Pak v záporném polovičním cyklu napájení v zatěžovacím rezistoru neprotéká žádný proud, protože se na něm neobjevuje žádné napětí, proto Vout = 0. Proud na stejnosměrné straně obvodu teče jedním směrem pouze obvod je jednosměrný.Protože zátěžový rezistor přijímá z diody kladnou polovinu tvaru vlny, nulové volty, kladnou polovinu tvaru vlny, nulové volty atd., Hodnota tohoto nepravidelného napětí by se rovnala hodnotě ekvivalentního stejnosměrného napětí 0,318 x Vmax vstupního sinusového průběhu nebo 0,45 x Vrms vstupního sinusového průběhu.
Potom se ekvivalentní stejnosměrné napětí, VDC napříč zatěžovacím odporem vypočítá následovně.
průběh půlvlnného usměrňovače
Rovnice usměrněného stejnosměrného napětí
Kde Vmax je maximální nebo špičková hodnota napětí AC sinusového napájení a VS je hodnota RMS (Root Mean Squared) zdroje.
Příklad výkonové diody č. 1
Vypočítejte napětí napříč VDC a aktuálním IDC protékající 100Ω odporem připojeným k jednofázovému půlvlnnému usměrňovači 240 Vrms, jak je uvedeno výše. Vypočítejte také stejnosměrný výkon spotřebovaný zátěží.
rovnice proudu proudových diod
Během procesu nápravy jsou tedy výsledné stejnosměrné napětí a proud během výstupu „ON“ a „OFF“ každý cyklus. Protože napětí na zatěžovacím rezistoru je přítomno pouze během kladné poloviny cyklu (50\% vstupního průběhu), vede k nízké průměrné hodnotě stejnosměrného proudu dodávané do zátěže.
Variace usměrněný výstupní tvar vlny mezi touto podmínkou „ZAPNUTO“ a „VYPNUTO“ vytváří křivku, která má velké množství „zvlnění“, což je nežádoucí vlastnost. Výsledné stejnosměrné zvlnění má frekvenci, která se rovná frekvenci střídavého napájecího napětí.
Velmi často při usměrňování střídavého napětí chceme vytvořit „stálé“ a spojité stejnosměrné napětí bez jakýchkoli kolísání napětí nebo vlnění. Jedním ze způsobů, jak toho dosáhnout, je připojení velkého hodnotového kondenzátoru přes svorky výstupního napětí paralelně se zátěžovým rezistorem, jak je znázorněno níže. Tento typ kondenzátoru se běžně nazývá „rezervoár“ nebo vyhlazovací kondenzátor.
Polovlnový usměrňovač s vyhlazovacím kondenzátorem
výkonová dioda s vyhlazovacím kondenzátorem
Když usměrnění se používá k zajištění napájení stejnosměrným napětím ze střídavého zdroje (AC), množství zvlněného napětí lze dále snížit použitím kondenzátorů s větší hodnotou, ale existují typy nákladů i velikosti na typy vyhlazovacích kondenzátorů použito.
Při dané hodnotě kondenzátoru větší proud zátěže (menší odpor zátěže) kondenzátor rychleji vybije (časová konstanta RC), a tak zvýší získané zvlnění. Pak pro jednofázový polovodičový usměrňovací obvod využívající výkonovou diodu není příliš praktické pokoušet se snížit zvlnění napětí samotným vyhlazováním kondenzátoru. V tomto případě by bylo praktičtější použít místo toho „Full-wave Rectification“.
V praxi se poloviční vlnový usměrňovač používá nejčastěji v aplikacích s nízkým výkonem, protože má hlavní nevýhody. Amplituda výstupu je menší než vstupní amplituda, během záporného polovičního cyklu nedochází k žádnému výstupu, takže je zbytečná polovina energie a výstup je pulzován stejnosměrným proudem, což má za následek nadměrné zvlnění.
K překonání těchto nevýhod existuje řada Výkonová dioda je spojena tak, aby vytvořila usměrňovač s plnou vlnou, jak je popsáno v následujícím výukovém programu.
Odpověď
Výkonová dioda je krystalické polovodičové zařízení používané hlavně k převodu střídavého proudu (AC) na stejnosměrný proud (DC), proces známý jako usměrnění. Funkce napájecích diod, která se nachází v napájecích obvodech prakticky všech moderních elektrických a elektronických zařízení, je podobná mechanickému jednosměrnému ventilu. Vede elektrický proud s minimálním odporem v jednom směru, známém jako jeho směr vpřed, a zároveň brání protékání proudu v opačném směru. Výkonové diody jsou obvykle schopné propouštět až několik stovek zesilovačů dopředu, ale mají mnohem větší PN přechody, a tudíž vyšší kapacitu dopředného proudu než jejich menší příbuzní signálních diod používaných ve spotřební elektronice k regulaci a snižování proud. Díky tomu jsou výkonové diody vhodnější pro aplikace, kde jsou zapojeny větší proudy a vyšší napětí.