Elektronikā taisngriešana ir process, kurā taisngrieža diode pārveido mainīgu pilna cikla maiņstrāvas ieejas signālu par puscikla līdzstrāvas izejas signālu.

Viens diods rada pusviļņa labošanu, un 4 diodes tīkls rada pilnīgu viļņu labošanu

Šajā amatā mēs analizēsim gan pusviļņa, gan pilna viļņa diodes izlabošanas procesus, kā arī citas īpašības, izmantojot laika mainīgas funkcijas, piemēram, sinusa un kvadrātveida viļņus. Nozīme, izmantojot spriegumus un strāvas, kas maina to lielumu un polaritāti attiecībā pret laiku.

Mēs uzskatīsim, ka diode ir ideāla diode, ignorējot silīcija diode vai germāniju, lai samazinātu sarežģījumus aprēķinos. Mēs uzskatīsim, ka diode ir standarta taisngrieža diode ar standarta labošanas spējām.

Pustviļņu labošana

Vienkāršākā diagramma, kas parāda laika mainīgo signālu, kas tiek lietots diodei, ir parādīta šajā diagrammā:

Šeit mēs varam redzēt maiņstrāvas viļņu formu, kur periods T apzīmē vienu pilnu viļņu ciklu, kas ir vidējā vērtība vai to daļu vai kupru algebriskā summa, kas atrodas virs un zem centrālās ass.

Šāda veida shēma, kurā tiek izmantots viens taisngrieža diode ar sinusoidāla maiņstrāvas signāla ievadi, kas mainās laikā, lai radītu līdzstrāvas izeju, kuras vērtība ir puse no ieejas sauc par pusviļņu taisngriezi . Šajā ķēdē diode tiek dēvēta par taisngriezi.

Laika posmā starp t = 0 → T / 2 no maiņstrāvas viļņa formas sprieguma vi polaritāte rada 'spiedienu' virzienā, kā parādīts zemāk redzamajā diagrammā. Tas ļauj diodei ieslēgties un vadīt ar polaritāti, kā norādīts tieši virs diodes simbola.

Tā kā diode darbojas pilnībā, aizstājot diode ar īssavienojumu, tiks izveidota izeja, kā parādīts augšējā labās puses attēlā.

Nav šaubu, ka ģenerētā izeja, šķiet, ir precīza pielietotā ieejas signāla replikācija virs viļņa formas centrālās ass.

Laika posmā T / 2 → T ieejas signāla vi polaritāte kļūst negatīva, kā rezultātā diods izslēdzas, kā rezultātā atvērta ķēde ir ekvivalenta pāri diodes spailēm. Tādēļ lādiņš nespēj plūst pa diode ceļu periodā T / 2 → T, izraisot vo:

vo = iR = 0R = 0 V (izmantojot Ohma likumu). Atbildi var vizualizēt šādā diagrammā:

Šajā diagrammā mēs varam redzēt, kā līdzstrāvas izeja Vo no diodes rada vidējo pozitīvo reģionu virs ass pilnajam ieejas ciklam, ko var noteikt pēc formulas:

Vdc = 0,318 Vm (pusvilnis)

Ieejas vi un izejas vo spriegumi diodes pusviļņa korekcijas procesā ir parādīti šādā attēlā:

No iepriekšminētajām diagrammām un skaidrojumiem mēs varam definēt pusviļņu labošanu kā procesu, kurā pusi no ievades cikla izslēdz diode tā izejā.

Silīcija diode

Ja silīcija diode tiek izmantota kā taisngrieža diode, jo tai ir sprieguma krituma uz priekšu raksturojums VT = 0,7 V, tas rada uz priekšu vērstas novirzes reģionu, kā parādīts nākamajā attēlā:

VT = 0,7 V nozīmē, ka tagad ieejas signālam jābūt vismaz 0,7 V, lai nodrošinātu, ka diode veiksmīgi ieslēdzas. Gadījumā, ja ieeja VT ir mazāka par 0,7 V, diodi vienkārši neizdodas ieslēgt un diode turpina darboties atvērtās ķēdes režīmā, ar Vo = 0 V.

Kamēr diode darbojas rektifikācijas procesā, tā ģenerē līdzstrāvas izeju, kurai ir fiksēts sprieguma līmenis sprieguma starpībai vo - vi, kas vienāds ar iepriekš apspriesto 0,7 V kritumu uz priekšu. Šo fiksēto līmeni varam izteikt ar šādu formulu:

vo = vi - VT

Tas rada vidējā izejas sprieguma samazinājumu virs ass, izraisot nelielu neto koriģētās izejas no diodes samazinājumu.

Atsaucoties uz iepriekšējo attēlu, ja mēs uzskatām, ka Vm (maksimālais signāla līmenis) ir pietiekami augsts nekā VT, piemēram, ka Vm >> VT, mēs varam precīzi novērtēt vidējo līdzstrāvas izejas vērtību no diodes, izmantojot šādu formulu.

Vdc ≅ 0,318 (Vm - VT)

Precīzāk, ja ieejas maiņstrāvas maksimums ir pietiekami lielāks par diodes VT (kritums uz priekšu), tad, lai novērtētu rektificēto līdzstrāvas izeju no diode, mēs vienkārši varam izmantot iepriekšējo formulu:

Vdc = 0,318 Vm

Atrisināts Half Bridge taisngrieža piemērs

Problēma:

Novērtējiet izeju vo un uzziniet izejas līdzstrāvas lielumu ķēdes konstrukcijai, kas parādīta zemāk:

Risinājums: Iepriekšminētajam ķēdes tīklam diode ieslēgsies ieejas signāla negatīvajai daļai, un vo būs tāds, kā norādīts nākamajā skicē.

Pilna ievades maiņstrāvas cikla laikā līdzstrāvas izeja būs:

Vdc = 0,318 Vm = - 0,318 (20 V) = - 6,36 V

Negatīvā zīme norāda izejas līdzstrāvas polaritāti, kas ir pretēja zīmei, kas norādīta diagrammā zem problēmas.

2. problēma: Atrisiniet iepriekš minēto problēmu, uzskatot, ka diode ir silīcija diode.

Silīcija diode gadījumā izejas viļņu forma izskatās šādi:

“sinusoidālā viļņa kvadrātiskā vērtība ”

DC izeju var aprēķināt, kā paskaidrots zemāk:

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

Izejas līdzstrāvas sprieguma kritums 0,7 V koeficienta dēļ ir aptuveni 0,22 V vai aptuveni 3,5%

Pilna viļņa labošana

Ja maiņstrāvas sinusoidālo signālu izmanto kā ieeju labošanai, līdzstrāvas izvadi var uzlabot līdz 100%, izmantojot pilnas viļņu korekcijas procesu.

Vispazīstamākais un vienkāršākais process, kā to panākt, ir 4-diode tilta taisngriezis tīklā, kā parādīts zemāk.

pilna tilta taisngriežu tīkls, izmantojot 4 diodes

Kad pozitīvais ieejas cikls virzās pa periodu t = 0 līdz T / 2, ieejas maiņstrāvas signāla polaritāte visā diodē un diodes izeja ir šāda:

Šeit mēs varam redzēt, ka diodes tīkla īpašā izvietojuma dēļ tiltā, kad D2, D3 vadās, pretējās diodes D1, D4 paliek apgrieztas un izslēgtas.

Tīrā izeja DC, kas radusies šajā rektifikācijas procesā caur D2, D3, redzama iepriekš redzamajā diagrammā. Tā kā mēs esam iedomājušies, ka diodes ir ideālas, izeja ir vo = vin.

Tagad, tāpat kā ieejas signāla diodu D1, D4 vadība un diodes D2, D3 negatīvais puscikls nonāk OFF stāvoklī, kā parādīts zemāk:

Mēs skaidri redzam, ka tilta taisngrieža izeja ir pārveidojusi gan ieejas maiņstrāvas pozitīvo, gan negatīvo pusi ciklus divos līdzstrāvas pusciklos virs centrālās ass.

Tā kā šis apgabals virs ass tagad ir divas reizes lielāks nekā apgabals, kas iegūts pusviļņa rektifikācijai, izejas DC arī divreiz palielināsies, aprēķinot pēc šādas formulas:

Vdc = 2 (0,318 Vm)

vai

Vdc = 0,636 Vm (pilna viļņa)

Kā parādīts iepriekšējā attēlā, ja ideālā diode vietā tiek izmantots silīcija diode, Kirchhoff sprieguma likuma piemērošana virs vadīšanas līnijas sniegtu mums šādu rezultātu:

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

Tāpēc izejas sprieguma maksimums vo būs:

Vomax = Vm - 2VT

Situācijā, kad V >> 2VT, mēs varam izmantot mūsu iepriekšējo vienādojumu, lai iegūtu vidējo vērtību ar samērā augstu precizitāti:

Vdc ≅ - 0.636 (Vm - 2VT),

Vēlreiz, ja mums Vm ir ievērojami lielāks par 2VT, 2VT var vienkārši ignorēt, un vienādojumu var atrisināt šādi:

Vdc ≅ - 0.636 (Vm)

PIV (maksimālais apgrieztais spriegums)

Maksimālais apgrieztais spriegums vai (PIV) vērtējums, ko dažreiz sauc arī par diodes maksimālo apgrieztā sprieguma (PRV) vērtējumu, kļūst par izšķirošu parametru, projektējot taisngriežu ķēdes.

Būtībā tas ir diodes apgrieztā slīpuma sprieguma diapazons, kuru nedrīkst pārsniegt, pretējā gadījumā diode var sadalīties, pārejot reģionā, ko sauc par zenera lavīnas reģionu.

Ja mēs piemērojam Kirhofa sprieguma likumu pusvilnas taisngrieža ķēdei, kā parādīts zemāk, tas vienkārši izskaidro, ka diodes PIV vērtējumam jābūt lielākam par taisngrieža ieejai izmantotās piegādes ieejas maksimālo vērtību.