Beste antwoord
Een veel gebruikte toepassing van deze functie en diodes in het algemeen is de omzetting van een wisselspanning (AC) in een continue spanning (gelijkstroom). Met andere woorden, rectificatie.
Maar kleine signaaldiodes kunnen ook worden gebruikt als gelijkrichters in gelijkrichters met laag vermogen, lage stroom (minder dan 1 amp) of toepassingen, maar waar grotere voorwaartse instelstromen of hogere omgekeerde bias blokkerende spanningen zijn betrokken de PN-overgang van een kleine signaaldiode zou uiteindelijk oververhit raken en smelten, zodat in plaats daarvan grotere en robuustere vermogensdiodes worden gebruikt.
De vermogenshalfgeleiderdiode, eenvoudigweg bekend als de vermogensdiode, heeft groter PN-junctieoppervlak vergeleken met zijn kleinere neef met signaaldiode, wat resulteert in een hoge voorwaartse stroomcapaciteit tot enkele honderden ampère (KA) en een omgekeerde blokkeerspanning tot enkele duizenden volt (KV).
Omdat de vermogensdiode een grote PN-overgang heeft, is deze niet geschikt voor hoogfrequente toepassingen boven 1 MHz, maar er zijn speciale en dure hoogfrequente hoogstroomdiodes verkrijgbaar. Voor hoogfrequente gelijkrichtertoepassingen worden over het algemeen Schottky-diodes gebruikt vanwege hun korte omgekeerde hersteltijd en lage spanningsval in hun voorwaartse voorspanningstoestand.
Vermogensdiodes zorgen voor ongecontroleerde gelijkrichting van vermogen en worden gebruikt in toepassingen zoals het opladen van batterijen en DC-voedingen, evenals AC-gelijkrichters en omvormers. Vanwege hun hoge stroom- en spanningskarakteristieken kunnen ze ook worden gebruikt als vrijloopdiodes en snubbernetwerken.
Vermogensdiodes zijn ontworpen om een voorwaartse “AAN” -weerstand van fracties van een ohm te hebben terwijl ze omgekeerd worden geblokkeerd. weerstand ligt in het mega-ohm-bereik. Sommige van de vermogensdiodes met een grotere waarde zijn ontworpen om op heatsinks te worden gemonteerd, waardoor hun thermische weerstand wordt verminderd tot 0,1 tot 1 ° C / Watt.
Als een wisselspanning wordt aangelegd over een vermogensdiode, tijdens de positieve halve cyclus zal de diode passerende stroom geleiden en tijdens de negatieve halve cyclus zal de diode niet geleiden waardoor de stroom wordt geblokkeerd. Dan vindt geleiding door de vermogensdiode alleen plaats tijdens de positieve halve cyclus en is daarom unidirectioneel, dwz DC zoals weergegeven.
Power Diode Rectifier
Power Diode Rectifier
Power diodes kunnen afzonderlijk worden gebruikt zoals hierboven of met elkaar verbonden om een verscheidenheid aan gelijkrichterschakelingen te produceren, zoals “Half-Wave”, “Full-Wave” of als “Bridge Rectifiers”. Elk type gelijkrichterschakeling kan worden geclassificeerd als ongecontroleerd, halfgestuurd of volledig gecontroleerd, waarbij een ongecontroleerde gelijkrichter alleen vermogensdiodes gebruikt, een volledig gestuurde gelijkrichter thyristors (SCRs) gebruikt en een halfgestuurde gelijkrichter een mengsel is van zowel diodes als thyristors.
De meest gebruikte individuele vermogensdiode voor basiselektronicatoepassingen is de 1N400x-serie glas-gepassiveerde gelijkrichtdiode voor algemeen gebruik met standaardwaarden van continue voorwaarts gelijkgerichte stroom van 1,0 ampère en omgekeerde spanningswaarden van 50 V voor de 1N4001 tot 1000 V voor de 1N4007, waarbij de kleine 1N4007GP het populairst is voor algemene netspanningsrichtlijn.
Halve golf gelijkrichting
Een gelijkrichter is een circuit dat de wisselstroom omzet ( AC) ingangsvermogen in een gelijkstroom (DC) uitgangsvermogen. De ingangsvoeding kan een enkelfasige of meerfasige voeding zijn, waarbij de eenvoudigste van alle gelijkrichterschakelingen die van de halfgolfgelijkrichter is.
De vermogensdiode in een halfgolfgelijkrichterschakeling passeert slechts de helft van elke volledige sinusgolf van de AC-voeding om deze om te zetten in een DC-voeding. Dan wordt dit type circuit een “halfgolf” -gelijkrichter genoemd omdat het slechts de helft van de inkomende wisselstroomvoeding passeert, zoals hieronder wordt weergegeven.
Halve golf gelijkrichtercircuit
halfgolf gelijkrichterschakeling
Tijdens elke “positieve” halve cyclus van de AC-sinusgolf, wordt de diode voorwaarts voorgespannen aangezien de anode positief is ten opzichte van de kathode, wat resulteert in stroom die door de diode vloeit.
Aangezien de DC-belasting resistief is (weerstand, R), is de stroom die in de belastingsweerstand vloeit daarom evenredig met de spanning (wet van Ohm), en de spanning over de belastingsweerstand zal daarom hetzelfde zijn als de voedingsspanning , Vs (minus Vf), dat wil zeggen dat de “DC” -spanning over de belasting alleen sinusvormig is voor de eerste halve cyclus, dus Vout = Vs.
Tijdens elke “negatieve” halve cyclus van de sinusvormige AC-ingangsgolfvorm , de diode is in tegengestelde richting voorgespannen aangezien de anode negatief is ten opzichte van de kathode. Daarom vloeit er GEEN stroom door de diode of het circuit. Dan vloeit er in de negatieve halve cyclus van de voeding geen stroom in de belastingsweerstand omdat er geen spanning overheen verschijnt, dus Vout = 0.
De stroom aan de DC-zijde van het circuit vloeit in één richting alleen het circuit Unidirectioneel maken.Aangezien de belastingsweerstand van de diode een positieve helft van de golfvorm ontvangt, nul volt, een positieve helft van de golfvorm, nul volt, enz., Zou de waarde van deze onregelmatige spanning gelijk zijn aan een equivalente gelijkspanning van 0,318 x Vmax. van de sinusvormige ingangsgolfvorm of 0,45 x Vrms van de sinusvormige ingangsgolfvorm.
Vervolgens wordt de equivalente gelijkspanning, VDC over de belastingsweerstand, als volgt berekend.
halfgolfgelijkrichtergolfvorm
gelijkgerichte gelijkspanningsvergelijking
Waarin Vmax de maximale of piekspanningswaarde is van de sinusvormige AC-voeding en VS de RMS-waarde (Root Mean Squared) van de voeding.
Voorbeeld van vermogensdiode nr. 1
Bereken de spanning over VDC en de huidige IDC, die door een 100Ω-weerstand vloeit die is aangesloten op een 240 Vrms enkelfasige halfgolfgelijkrichter, zoals hierboven weergegeven. Bereken ook het DC-vermogen dat door de belasting wordt verbruikt.
stroomdioden vergelijking
Tijdens het rectificatieproces zijn de resulterende DC-uitgangsspanning en -stroom daarom zowel “AAN” als “UIT” tijdens elke cyclus. Aangezien de spanning over de belastingsweerstand alleen aanwezig is tijdens de positieve helft van de cyclus (50\% van de ingangsgolfvorm), resulteert dit in een lage gemiddelde DC-waarde die aan de belasting wordt geleverd.
De variatie van de gelijkgerichte uitgangsgolfvorm tussen deze “AAN” en “UIT” toestand produceert een golfvorm met grote hoeveelheden “rimpel”, wat een ongewenste eigenschap is. De resulterende DC-rimpel heeft een frequentie die gelijk is aan die van de AC-voedingsfrequentie.
Heel vaak willen we bij het gelijkrichten van een wisselspanning een constante en continue DC-spanning produceren die vrij is van spanningsvariaties of rimpeling. Een manier om dit te doen is om een condensator met een grote waarde over de uitgangsspanningsaansluitingen parallel aan de belastingsweerstand aan te sluiten, zoals hieronder wordt weergegeven. Dit type condensator is algemeen bekend als een “reservoir” of afvlakcondensator.
Halfgolfgelijkrichter met afvlakcondensator
vermogensdiode met afvlakcondensator
Wanneer rectificatie wordt gebruikt om een gelijkspanningsvoeding (DC) te leveren vanuit een wisselstroombron (wisselstroom), de hoeveelheid rimpelspanning kan verder worden verminderd door condensatoren met een grotere waarde te gebruiken, maar er zijn grenzen aan zowel de kosten als de grootte van de soorten afvlakcondensatoren gebruikt.
Voor een gegeven condensatorwaarde zal een grotere belastingsstroom (kleinere belastingsweerstand) de condensator sneller ontladen (RC-tijdconstante) en dus de verkregen rimpel vergroten. Dan is het voor een enkelfasige, halfgolf gelijkrichterschakeling met een vermogensdiode niet erg praktisch om te proberen de rimpelspanning te verminderen door alleen condensatorafvlakking. In dit geval zou het praktischer zijn om in plaats daarvan “Full-wave Rectification” te gebruiken.
In de praktijk wordt de halfgolf-gelijkrichter het meest gebruikt in toepassingen met laag vermogen vanwege hun grote nadelen zijn. De outputamplitude is kleiner dan de inputamplitude, er is geen output tijdens de negatieve halve cyclus, dus de helft van het vermogen wordt verspild en de output is gepulseerd met gelijkstroom, wat resulteert in een overmatige rimpel.
Om deze nadelen te overwinnen is een aantal Vermogensdiodes zijn met elkaar verbonden om een gelijkrichter met volledige golf te produceren, zoals besproken in de volgende tutorial.
Antwoord
Een vermogensdiode is een kristallijn halfgeleiderapparaat dat voornamelijk wordt gebruikt om wisselstroom (AC) om te zetten. naar gelijkstroom (DC), een proces dat bekend staat als rectificatie. Gevonden in de voedingscircuits van vrijwel alle moderne elektrische en elektronische apparatuur, is de functie van een vermogensdiode vergelijkbaar met een mechanische eenrichtingsklep. Het geleidt elektrische stroom met minimale weerstand in één richting, bekend als de voorwaartse richting. terwijl wordt voorkomen dat stroom in de tegenovergestelde richting vloeit. Vermogensdiodes kunnen doorgaans wel enkele honderden ampère vooruit laten gaan, hebben veel grotere PN-overgangen en dus een hogere voorwaartse stroomcapaciteit dan hun kleinere signaaldiode-familieleden die in consumentenelektronica worden gebruikt om Dit maakt vermogensdiodes beter geschikt voor toepassingen waarbij grotere stromen en hogere spanningen betrokken zijn.