Propiedades físicas de la unión pn.
El elemento principal utilizado en la creación del nodo rectificador es un diodo. La base de su trabajo es la transición del agujero de electrones (pn).
La definición generalmente aceptada dice: la unión pn es una región de espacio ubicada en la unión de dos semiconductores de diferentes tipos. Una transición de tipo n a tipo p se forma en este espacio. El valor de la conductividad depende de la estructura atómica del material, es decir, de la fuerza con que los átomos sostienen los electrones. Los átomos en los semiconductores están dispuestos en una red, y los electrones están unidos a ellos por fuerzas electroquímicas. Por sí mismo, este material es un dieléctrico. Él o mal conduce la corriente, o no la conduce en absoluto. Pero si los átomos de ciertos elementos se agregan a la red (dopaje), las propiedades físicas de tal material cambian dramáticamente.
Los átomos mixtos comienzan a formarse, dependiendo de su naturaleza, electrones libres o agujeros. El exceso formado de electrones forma una carga negativa, y los agujeros - uno positivo.
El exceso de carga de un signo hace que los portadores se repelgan entre sí, mientras que el área con la carga opuesta tiende a atraerlos. El electrón, en movimiento, ocupa espacio, un agujero. Al mismo tiempo en su antiguo lugar también se forma un agujero. Como resultado, se crean dos flujos de movimiento de cargas: uno principal y otro inverso. Un material con una carga negativa utiliza electrones como portadores principales, se llama un semiconductor de tipo n, y con una carga positiva que utiliza orificios de tipo p. En los semiconductores de ambos tipos, las cargas menores forman una corriente opuesta al movimiento de las cargas principales.
En electrónica de materiales para crear una unión pn, se utilizan germanio y silicio. Cuando estos cristales se dopan, se forma un semiconductor con diferentes conductividades. Por ejemplo, la introducción de boro conduce a la aparición de agujeros libres y la formación de conductividad tipo p. Agregar fósforo, por el contrario, creará electrones, y el semiconductor se convertirá en n-type.
Principio de funcionamiento del diodo.
Un diodo es un dispositivo semiconductor que tiene una baja resistencia a la corriente en una dirección y evita su paso en la dirección opuesta. Físicamente, el diodo consiste en una unión pn. Estructuralmente, es un elemento que contiene dos salidas. La salida conectada al área p se llama el ánodo, y la conexión al área n se llama el cátodo.
Cuando un diodo está en funcionamiento, hay tres de sus estados:
- no hay señal en los terminales;
- está bajo la acción del potencial directo;
- está bajo la acción del potencial inverso.
El potencial directo es una señal de este tipo cuando el polo positivo de la fuente de alimentación está conectado al área de semiconductores de tipo p, en otras palabras, la polaridad de la tensión externa coincide con la polaridad de las portadoras principales. En el potencial opuesto, el polo negativo está conectado a la región p, y positivo a n.
Existe una barrera potencial en el área de composición del material de tipo n y p. Está formado por la diferencia de potencial de contacto y se encuentra en un estado equilibrado. La altura de la barrera no excede las décimas de voltio e impide el movimiento de los portadores de carga en el material.
Si se conecta una tensión directa al dispositivo, la barrera de potencial disminuye y casi no tiene resistencia al flujo de corriente. Su valor aumenta y depende solo de la resistencia de las regiones p y n. Cuando se aplica un potencial inverso, la barrera aumenta a medida que los electrones abandonan la región n, y los agujeros abandonan la región p. Las capas se agotan y la resistencia de la barrera al paso de la corriente aumenta.
El indicador principal del elemento es la característica corriente-tensión. Muestra la relación entre el potencial aplicado y la corriente que fluye a través de él. Esta característica se representa en forma de un gráfico en el que se indica la corriente directa e inversa.
Circuito rectificador simple
Un voltaje sinusoidal es una señal periódica que cambia con el tiempo. Desde un punto de vista matemático, se describe mediante una función en la que el origen de las coordenadas corresponde al tiempo igual a cero. La señal consta de dos medias ondas. La media onda en la parte superior de las coordenadas con respecto a cero se denomina medio período positivo, y en la parte inferior, negativa.
Cuando se aplica una tensión alterna al diodo a través de una carga conectada a sus terminales, una corriente comienza a fluir. Esta corriente se debe al hecho de que en el momento de la recepción de un semestre de la señal de entrada, el diodo se abre. En este caso, se aplica un potencial positivo al ánodo, y se aplica un potencial negativo al cátodo. Cuando una onda cambia a un medio período negativo, el diodo se bloquea, ya que cambia la polaridad de la señal en sus terminales.
Por lo tanto, resulta que el diodo, como si corta la media onda negativa, no pasa a la carga y aparece una corriente pulsante de solo una polaridad. Dependiendo de la frecuencia del voltaje aplicado, y para redes industriales es de 50 Hz, la distancia entre los pulsos también cambia. Este tipo de corriente se llama rectificado, y el proceso en sí se llama rectificación de media onda.
Al rectificar una señal utilizando un solo diodo, es posible alimentar una carga que no impone requisitos especiales sobre la calidad del voltaje. Por ejemplo, el filamento. Pero si alimenta, por ejemplo, el receptor, entonces aparecerá un zumbido de baja frecuencia, cuya fuente será la brecha que surge entre los pulsos. Hasta cierto punto, un capacitor conectado en paralelo con el diodo se usa para eliminar las desventajas de la rectificación de media onda junto con un diodo. Este condensador se cargará cuando los impulsos se reciban y se descarguen cuando estén ausentes de la carga. Esto significa que cuanto mayor sea el valor de la capacidad del capacitor, más corriente se suavizará en la carga.
Pero la mejor calidad de señal se puede lograr si se usan dos medias ondas simultáneamente para la rectificación. Un dispositivo que permite que esto se realice se denomina puente de diodo o, de otra forma, un rectificador.
Diodo puente
Dicho dispositivo es un dispositivo eléctrico que se utiliza para convertir CA en CC. La frase "puente de diodos" se forma a partir de la palabra "diodo", que implica el uso de diodos en ella. El circuito del puente del diodo rectificador depende de la red de CA a la que está conectado. La red puede ser:
- una sola fase
- tres fases
Dependiendo de esto, el puente rectificador se llama Gretz Bridge o Larionov Rectifier. En el primer caso, se usan cuatro diodos, y en el segundo, el dispositivo se ensambla en seis.
El primer circuito rectificador se montó en tubos de radio y se consideró una solución difícil y costosa. Pero con el desarrollo de la tecnología de semiconductores, el puente de diodo suplantó completamente los métodos alternativos de rectificación de señales. En lugar de diodos rara vez, pero todavía se utilizan columnas de selenio.
Diseño y características del dispositivo.
Estructuralmente, el puente rectificador está hecho de un conjunto de diodos individuales o una caja moldeada que tiene cuatro conductores. El cuerpo puede ser plano o cilíndrico. De acuerdo con la norma aceptada, los pines de la conexión de la tensión alterna y la señal de salida constante están marcados en la caja del instrumento. Los rectificadores con una carcasa con un orificio están diseñados para su montaje en el radiador. Las principales características del puente rectificador son:
- El mayor voltaje hacia adelante . Este es el valor máximo en el que los parámetros del dispositivo no van más allá de los límites permitidos.
- El mayor voltaje inverso permisible . Este es el voltaje de impulso máximo en el que el puente es largo y confiable.
- La mayor rectificación de corriente de trabajo . Indica la corriente media que fluye a través del puente.
- Frecuencia máxima . La frecuencia de voltaje aplicada al puente en el que el dispositivo funciona de manera eficiente y no excede el calentamiento permitido.
La superación de los valores de las características del rectificador conduce a una reducción brusca en su vida útil o a la ruptura de las uniones pn. Es necesario anotar un momento tal que todos los parámetros de los diodos estén indicados para una temperatura ambiente de 20 grados. Las desventajas de usar un circuito de rectificación de puente incluyen una mayor caída de voltaje en comparación con el circuito de media onda y un menor valor de eficiencia. Para reducir las pérdidas y reducir los puentes de calefacción, a menudo se fabrican utilizando diodos Schottky rápidos.
Diagrama de cableado del dispositivo
En los circuitos eléctricos y en las tarjetas de circuitos impresos, un rectificador de diodo se indica como un icono de diodo o en letras latinas. Si el rectificador se ensambla a partir de diodos individuales, a continuación de cada uno se coloca la designación VD y el número que indica el número de secuencia del diodo en el circuito. Las inscripciones VDS o BD rara vez se utilizan.
Un rectificador de diodo puede conectarse directamente a una red de 220 voltios o después de un transformador reductor, pero su circuito de conmutación permanece sin cambios.
Cuando llega una señal a cada uno de los semiciclos, la corriente solo puede fluir a través de su par de diodos, y el par opuesto se bloqueará a ella. Para un medio período positivo, VD2 y VD3 estarán abiertos, y para VD1 y VD4 negativos. Como resultado, se emitirá una señal constante, pero su frecuencia de rizado se duplicará. Para reducir la ondulación de la señal de salida, se utiliza, como en el caso de un solo diodo, una conexión paralela del condensador C1. Este condensador también se llama suavizado.
Pero sucede que el puente de diodo se coloca no solo en una red variable, sino que también está conectado a una red ya rectificada. ¿Por qué necesitamos un puente de diodos en un circuito de este tipo? Quedará claro si prestamos atención a qué esquemas usan tal inclusión. Estos esquemas están asociados con el uso de elementos de radio sensibles para invertir la polaridad de la fuente de alimentación. El uso de un puente permite una protección simple pero efectiva a toda prueba. En el caso de una conexión errónea de la polaridad de alimentación, los elementos de radio instalados detrás del puente no fallarán.
Chequeo de salud
Este tipo de dispositivo electrónico puede verificarse sin soldadura del circuito, ya que no se utiliza ninguna derivación en los diseños del dispositivo. En el caso de un rectificador ensamblado a partir de diodos, cada diodo se verifica por separado. Y en el caso de un caso monolítico, las mediciones se realizan en los cuatro hallazgos.
La esencia de la prueba se reduce a una esfera con un diodo multímetro para un cortocircuito. Para ello, se realizan las siguientes acciones:
- El multímetro cambia a diodo vértebra o modo de resistencia.
- El enchufe de un cable (negro) se inserta en el zócalo común del probador, y el segundo (rojo) en el zócalo de la prueba de resistencia.
- Toque el cable negro, toque la primera pata y la punta de prueba del cable rojo en el tercer pin. El probador debe mostrar infinito, y si cambia la polaridad de los cables, el multímetro mostrará la resistencia de la transición.
- Minus tester sirvió en la cuarta pierna, más una tercera. El multímetro mostrará la resistencia, al cambiar la polaridad del infinito.
- Menos en la primera etapa, más la segunda. El probador mostrará una transición abierta, mientras que al cambiarla se cerrará.
Tales testimonios de probadores hablan de la capacidad de servicio del rectificador. En ausencia de un multímetro, puede utilizar un voltímetro convencional. Pero tendrá que aplicar energía al circuito y medir el voltaje en el condensador de alisado. Su valor debe exceder la entrada 1.4 veces.