Pagwawasto sa Diode: Half-Wave, Full-Wave, PIV

Sa electronics, ang pagwawasto ay isang proseso kung saan ang isang rectifier diode ay nagko-convert ng isang alternating buong cycle AC input signal sa isang kalahating cycle DC signal ng output.

Ang isang solong diode ay gumagawa ng kalahating alon na pagwawasto, at ang isang network na 4 na diode ay gumagawa ng isang buong pagwawasto ng alon

Sa post na ito ay susuriin namin ang parehong kalahating alon at buong proseso ng pagwawasto ng wave diode, at iba pang mga pag-aari sa pamamagitan ng mga pag-andar na magkakaiba-iba ng oras tulad ng sine wave at square wave. Ibig sabihin, sa pamamagitan ng mga boltahe at alon na nagbabago ng kanilang kalakasan at polarity na patungkol sa oras.

Isasaalang-alang namin ang diode upang maging isang perpektong diode sa pamamagitan ng hindi pagpapansin kung ito ay isang silicon diode o isang Germanium, upang mabawasan ang mga komplikasyon sa mga kalkulasyon. Isasaalang-alang namin ang diode upang maging isang karaniwang diode ng pagwawasto na may karaniwang mga kakayahan sa pagwawasto.

Pagwawasto sa Half-Wave

Ang pinakasimpleng diagram na nagpapakita ng isang time-varying signal na inilapat sa isang diode ay ipinapakita sa sumusunod na diagram:

Makikita natin dito ang isang AC form ng alon, kung saan ang panahon ng T ay nagpapahiwatig ng isang buong siklo ng form ng alon, na kung saan ay ang average na halaga o ang algebraic na kabuuan ng mga bahagi o mga hump sa itaas at ibaba ng gitnang axis.

Ang ganitong uri ng circuit kung saan inilalapat ang isang solong diode ng rectifier na may kasamang time-vary na sinusoidal AC signal input upang makabuo ng isang output ng DC na may halaga na kalahati ng input ay tinatawag na isang half wave rectifier . Ang diode ay tinukoy bilang ang rectifier sa circuit na ito.

Sa panahon sa pagitan ng t = 0 → T / 2 ng AC waveform, ang polarity ng boltahe vi ay lumilikha ng isang 'presyon' sa direksyon na nakalarawan sa diagram sa ibaba. Pinapayagan nitong mag-ON ang diode at magsagawa ng isang polarity tulad ng ipinahiwatig sa itaas lamang ng simbolo ng diode.

Dahil ang diode ay isinasagawa nang buo, na pinapalitan ang diode ng isang maikling circuit, ay makakapagdulot ng isang output tulad ng ipinakita sa kanang bahagi sa itaas ng imahe.

Walang alinlangan, ang nabuong output ay lilitaw na isang eksaktong pagtitiklop ng inilapat na input signal sa itaas ng gitnang axis ng waveform.

Sa panahon ng T / 2 → T, ang polarity ng input signal vi ay naging negatibo, na sanhi ng pag-OFF ng diode, na nagreresulta sa isang bukas na katumbas na circuit sa mga diode terminal. Dahil dito ang singil ay hindi maaaring dumaloy sa diode path sa panahon ng T / 2 → T, na nagiging sanhi ng vo:

vo = iR = 0R = 0 V (gamit ang Batas ng Ohm). Ang sagot ay maaaring mailarawan sa sumusunod na diagram:

Sa diagram na ito maaari nating makita ang output ng DC Vo mula sa diode na gumagawa ng isang net average na positibong rehiyon sa itaas ng axis, para sa buong pag-ikot ng pag-input, na maaaring matukoy ng pormula:

Vdc = 0.318 Vm (kalahating alon)

Ang input vi at ang output vo voltages sa panahon ng diode na kalahating alon na proseso ng pagwawasto ay ipinakita sa sumusunod na pigura:

Mula sa mga diagram sa itaas at paliwanag maaari nating tukuyin ang pagwawasto ng kalahating alon bilang isang proseso kung saan ang kalahati ng ikot ng pag-input ay tinanggal ng diode sa output nito.

Paggamit ng isang Silicon Diode

Kapag ang isang silicon diode ay ginamit bilang rectifier diode, dahil mayroon itong pasulong na boltahe na drop na katangian ng VT = 0.7 V, bumubuo ito ng isang pasulong na rehiyon ng bias tulad ng ipinakita sa sumusunod na pigura:

Ang VT = 0.7 V ay nangangahulugang ngayon ang input signal ay dapat na hindi bababa sa 0.7 V upang matiyak na matagumpay na nakabukas ang diode. Kung sakaling ang input VT ay mas mababa sa 0.7 V ay mabibigo lamang na lumipat SA diode at ang diode ay magpapatuloy na maging bukas na circuit mode, na may Vo = 0 V.

Habang ang diode ay nagsasagawa habang nasa proseso ng pagwawasto, bumubuo ito ng isang output na DC na nagdadala ng isang nakapirming antas ng boltahe para sa pagkakaiba-iba ng boltahe na vo - vi, katumbas ng nabanggit na drop sa unahan na 0.7 V. Maaari nating ipahayag ang naayos na antas na ito sa sumusunod na pormula:

vo = vi - VT

Gumagawa ito ng pagbawas sa average na boltahe ng output sa itaas ng axis, na nagdudulot ng isang bahagyang pagbawas ng net ng naayos na output mula sa diode.

Sumangguni sa figure sa itaas, kung isasaalang-alang namin ang Vm (antas ng rurok ng signal) na sapat na mataas kaysa sa VT, tulad ng Vm >> VT, maaari nating suriin ang average na halaga ng output ng DC mula sa diode gamit ang sumusunod na formula, medyo tumpak.

Vdc ≅ 0.318 (Vm - VT)

Mas tiyak, kung ang input AC na rurok ay sapat na mas mataas kaysa sa VT (pasulong na drop) ng diode, maaari lamang naming gamitin ang nakaraang pormula para sa pagtantya ng naitama na output ng DC mula sa diode:

Vdc = 0.318 Vm

Nalutas ang Halimbawa para sa Half Bridge Rectifier

Problema:

Suriin ang output vo at alamin ang laki ng DC ng output para sa disenyo ng circuit na ipinakita sa ibaba:

Solusyon: Para sa nasa itaas na network ng circuit, MAG-ON ang diode para sa negatibong bahagi ng input signal, at ang vo ay tulad ng ipinahiwatig sa sumusunod na sketch.

Para sa buong panahon ng input AC cycle, ang output ng DC ay magiging:

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

Ang negatibong pag-sign ay nagpapahiwatig ng polarity ng output DC na kabaligtaran ng sign na ibinigay sa diagram sa ilalim ng problema.

Suliranin # 2: Malutas ang problema sa itaas na isinasaalang-alang ang diode na maging isang silicon diode.

Sa kaso ng isang silicon diode, ganito ang hitsura ng output waveform:

At ang output DC ay maaaring makalkula tulad ng ipinaliwanag sa ibaba:

Vdc ≅ - 0.318 (Vm - 0.7 V) = - 0.318 (19.3 V) ≅ - 6.14 V

Ang pagbagsak ng output DC boltahe dahil sa 0.7 V factor ay nasa paligid ng 0.22V o humigit-kumulang na 3.5%

Pagwawasto ng Buong Wave

Kapag ang isang AC sinusoidal signal ay ginagamit bilang input para sa pagwawasto, ang output ng DC ay maaaring mapabuti sa 100% na antas gamit ang isang buong-alon na proseso ng pagwawasto.

Ang pinaka kilalang at madaling proseso para makamit ito ay sa pamamagitan ng paggamit ng isang 4-diode tagatama ng tulay network tulad ng ipinakita sa ibaba.

Kapag ang positibong ikot ng pag-input ay umuunlad sa pamamagitan ng panahon na t = 0 hanggang T / 2, ang polarity ng input AC signal sa buong diode at ang output mula sa diode ay tulad ng kinakatawan sa ibaba:

Dito, makikita natin na dahil sa espesyal na pag-aayos ng diode network sa tulay, kapag ang pag-uugali ng D2, D3, ang kabaligtaran na mga diode D1, D4 ay mananatiling baligtad na bias at nasa nakabukas na estado ng OFF.

Ang net output DC na nabuo mula sa proseso ng pagwawasto sa pamamagitan ng D2, D3 ay makikita sa diagram sa itaas. Dahil naisip namin na ang mga diode ay perpekto, ang output ay vo = vin.

Ngayon, gayun din para sa negatibong kalahating ikot ng input signal diodes D1, D4 conduct, at diodes D2, D3 ay papunta sa isang OFF state, tulad ng nakalarawan sa ibaba:

Malinaw naming nakikita na ang output mula sa tulay na tagatuwid ay nag-convert ng parehong positibo at negatibong kalahating siklo ng input AC sa dalawang DC kalahating siklo sa itaas ng gitnang axis.

Dahil ang rehiyon na ito sa itaas ng axis ngayon ay dalawang beses na mas malaki kaysa sa rehiyon na nakuha para sa isang kalahating alon na pagwawasto, ang output DC ay magiging dalawang beses din sa lakas, tulad ng pagkalkula gamit ang sumusunod na pormula:

Vdc = 2 (0.318Vm)

o

Vdc = 0.636Vm (buong alon)

Tulad ng inilalarawan sa itaas na pigura, kung sa halip na mainam na diode isang silicon diode ang ginagamit, ang paglalapat ng batas sa boltahe ni Kirchhoff sa linya ng pagpapadaloy ay magbibigay sa amin ng sumusunod na resulta:

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

Samakatuwid, ang boltahe ng output voltage peak ay magiging:

Vomax = Vm - 2VT

Sa isang sitwasyon kung saan ang V >> 2VT, maaari naming gamitin ang aming naunang equation upang makuha ang average na halaga sa isang makatwirang mataas na antas ng katumpakan:

Vdc ≅ - 0.636 (Vm - 2VT),

Muli, kung mayroon tayong Vm na mas mataas kaysa sa 2VT, ang 2VT ay maaaring balewalain lamang, at malulutas ang equation bilang:

Vdc ≅ - 0.636 (Vm)

PIV (Peak Inverse Voltage)

Ang rurok na kabaligtaran ng boltahe o ang rating ((PIV) na kung minsan ay tinatawag ding rating ng peak reverse voltage (PRV) ng isang diode ay nagiging isang mahalagang parameter habang nagdidisenyo ng mga circuit ng pagwawasto.

Karaniwan ito ay isang saklaw na boltahe ng reverse-bias ng diode na hindi dapat lumampas, kung hindi man ay maaaring masira ang diode sa pamamagitan ng paglipat sa isang rehiyon na tinatawag na rehiyon ng zener avalanche.

Kung ilalapat natin ang batas ng boltahe ni Kirchhoff sa isang kalahating alon na tagapagtama ng circuit tulad ng ipinakita sa ibaba, ipinapaliwanag lamang nito na ang rating ng PIV ng isang diode ay dapat na mas mataas kaysa sa rurok na halaga ng input ng supply na ginamit para sa input ng pagwawasto.

Para sa isang buong tulay din na tagatuwid, ang pagkalkula ng rating ng PIV ay kapareho ng kalahating alon na tagapagtuwid, iyon ay:

PIV ≥ Vm, dahil ang Vm ay ang kabuuang boltahe na inilapat sa konektadong pagkarga na nakalarawan sa sumusunod na pigura.

Nalutas ang Mga Halimbawa para sa Buong Bridge Rectifier Network

Tukuyin ang output waveform para sa sumusunod na network ng diode, at kalkulahin din ang antas ng output DC at ang ligtas na PIV para sa bawat diode sa network.

Solusyon: Para sa positibong kalahating ikot, ang circuit ay kumikilos tulad ng inilalarawan sa sumusunod na diagram:

Maaari namin itong muling gawin sa sumusunod na pamamaraan para sa mas mahusay na pag-unawa:

Dito, vo = 1 / 2vi = 1 / 2Vi (max) = 1/2 (10 V) = 5 V

Para sa negatibong kalahating ikot, ang papel na ginagampanan ng pagpapadaloy ng mga diode ay maaaring mapalitan, na magbubunga ng isang output vo tulad ng ipinakita sa ibaba:

Ang kawalan ng dalawang diode sa tulay ay nagreresulta sa pagbawas sa output ng DC na may lakas:

Vdc = 0.636 (5 V) = 3.18 V

Ito ay halos kapareho ng makukuha namin mula sa isang kalahating tulay na tagapagtuwid na may parehong input.

Ang PIV ay magiging katumbas ng maximum na boltahe na nabuo sa kabuuan ng R, na 5 V, o kalahati ng kinakailangan para sa isang kalahating alon na naitama sa parehong input.