Las fuentes de alimentación eléctrica y de radio casi siempre usan rectificadores diseñados para convertir CA en CC. Esto se debe al hecho de que casi todos los circuitos electrónicos y muchos otros dispositivos deben ser alimentados desde fuentes de CC. Un rectificador puede servir a cualquier elemento con una característica de voltaje de corriente no lineal, es decir, corriente de flujo diferente en direcciones opuestas. En los dispositivos modernos, los diodos semiconductores planos se utilizan generalmente como tales elementos.
Circuito diodo semiconductor.
Diodos semiconductores planares
Junto con los buenos conductores y aislantes, hay muchas sustancias que tienen una conductividad intermedia entre estas dos clases. Estas sustancias se llaman semiconductores. La resistencia de un semiconductor puro disminuye al aumentar la temperatura, a diferencia de los metales cuya resistencia aumenta en estas condiciones.
Al agregar una pequeña cantidad de impureza a un semiconductor puro, uno puede cambiar sustancialmente su conductividad. Hay dos clases de tales impurezas:
Figura 1. Diodo planar: a. diodo dispositivo; b. designación de diodos en circuitos eléctricos; en Aparición de diodos planares de diferente potencia.
- Donante: conversión de material puro en semiconductor de tipo n, que contiene un exceso de electrones libres. Este tipo de conductividad se llama electrónica.
- Aceptador: convertir el mismo material en un semiconductor de tipo p, que tiene una falta de electrones libres creada artificialmente. La conductividad de tal semiconductor se llama agujero. "Agujero" - un lugar que dejó el electrón, se comporta como una carga positiva.
Una capa en el borde de los semiconductores de tipo p y n (unión pn) tiene una conductividad unilateral: conduce la corriente bien en una dirección (hacia adelante) y muy pobremente en la dirección opuesta (inversa). El dispositivo del diodo planar se muestra en la Figura 1a. La base es una placa semiconductora (germanio) con una pequeña cantidad de impureza de un donante (tipo n) en la que se coloca una pieza de indio, que es una impureza aceptora.
Después del calentamiento, el indio se difunde en áreas adyacentes del semiconductor, convirtiéndolos en semiconductores de tipo p. En el límite de las regiones con dos tipos de conductividad, se produce una unión pn. La salida conectada al semiconductor de tipo p se denomina ánodo del diodo resultante, lo opuesto: su cátodo. La imagen del diodo semiconductor en los diagramas de circuito se muestra en la Fig. 1b, la aparición de diodos planares de diferente potencia - en la Fig. 1c.
El rectificador mas simple
Figura 2. Características actuales en varios circuitos.
La corriente que fluye en una red de iluminación convencional es variable. Su magnitud y dirección cambian 50 veces en un segundo. La gráfica de su voltaje en función del tiempo se muestra en la Fig. 2a Los medios periodos positivos se muestran en rojo, los negativos en azul.
Como el valor actual varía de cero al valor máximo (amplitud), se introduce el concepto de corriente y voltaje efectivos. Por ejemplo, en una red de iluminación, el valor efectivo de un voltaje de 220 V - en el calentador incluido en esta red, se genera el mismo calor durante los mismos períodos de tiempo que en el mismo dispositivo en un circuito de 220 V CC.
Pero, de hecho, el voltaje en la red varía en 0.02 con lo siguiente:
- el primer trimestre de este tiempo (período) aumenta de 0 a 311 V;
- Segundo trimestre del período: disminuye de 311 V a 0;
- Tercer trimestre del periodo - disminuye de 0 a 311 V;
- El último trimestre del período aumenta de 311 V a 0.
En este caso, 311 V es la amplitud de tensión U ® . La amplitud y los voltajes efectivos (U) están interconectados por la fórmula:
U o = √2 * U.
Figura 3. Puente diodo.
Cuando una corriente alterna de un diodo conectado en serie (VD) y una carga se conecta al circuito (Fig. 2b), la corriente fluye a través de él solo durante los semiciertos positivos (Fig. 2c). Esto sucede debido a la conducción unilateral del diodo. Un rectificador de este tipo se llama media onda: una mitad del período durante el cual la corriente en el circuito está ausente.
La corriente que fluye a través de la carga en un rectificador de este tipo no es constante, sino pulsante. Para convertirlo casi en una constante, puede activarlo en paralelo con el filtro del condensador de carga C f con una capacidad suficientemente grande. Durante el primer trimestre del período, el condensador se carga a un valor de amplitud, y en los intervalos entre las pulsaciones se descarga a la carga. La tensión se vuelve casi constante. El efecto del alisado es más fuerte cuanto mayor es la capacitancia del capacitor.
Circuito puente diodo
Una más perfecta es el esquema de enderezamiento de onda completa, cuando se utilizan los semitodos positivos y negativos. Existen varias variedades de tales esquemas, pero el pavimento más utilizado. El diagrama del puente de diodos se muestra en la Fig. 3c. En él, la línea roja muestra cómo fluye la corriente a través de la carga durante los semimedios positivos y azules.
Figura 4. Un circuito rectificador de 12 voltios utilizando un puente de diodo.
Tanto la primera como la segunda mitad del período, la corriente a través de la carga fluye en la misma dirección (Fig. 3b). El número de pulsaciones durante un segundo no es 50, como en el enderezamiento de media onda, sino 100. En consecuencia, con la misma capacitancia del condensador del filtro, el efecto de suavizado será más pronunciado.
Como puede ver, para construir un puente de diodos, se necesitan 4 diodos: VD1-VD4. Anteriormente, los puentes de diodos se representaban en principio como se muestra en la fig. 3c. Hoy en día, la imagen mostrada en la fig. 3g. Aunque solo hay una imagen de un diodo, no hay que olvidar que el puente consta de cuatro diodos.
El circuito del puente a menudo se ensambla a partir de diodos individuales, pero a veces se utilizan conjuntos de diodos monolíticos. Son más fáciles de montar en la placa, pero si falla un brazo del puente, se reemplaza todo el ensamblaje. Seleccione los diodos desde los que se monta el puente, en función de la magnitud de la corriente que fluye a través de ellos y la magnitud de la tensión inversa permitida. Estos datos le permiten obtener instrucciones para los diodos o libros de referencia.
El diagrama completo de un rectificador de 12 voltios que utiliza un puente de diodo se muestra en la Fig. 4. T1 es un transformador reductor, cuyo devanado secundario proporciona una tensión de 10-12 V. El fusible FU1 es un detalle significativo desde el punto de vista de la seguridad y no debe descuidarse. La marca de diodos VD1-VD4, como ya se mencionó, está determinada por la cantidad de corriente que se consumirá desde el rectificador. Condensador C1: electrolítico, con una capacidad de 1000.0 microfaradios o superior para una tensión no inferior a 16 V.
La tensión de salida es fija, su valor depende de la carga. Cuanto mayor sea la corriente, menor será la magnitud de este voltaje. Para obtener un voltaje de salida ajustable y estable, se requiere un circuito más complejo. Recibir voltaje ajustable del circuito que se muestra en la fig. 4 de dos maneras:
- Aplicando al devanado primario del transformador T1 un voltaje ajustable, por ejemplo, de LATR.
- Después de haber hecho varias tomas desde el devanado secundario del transformador y, respectivamente, poner un interruptor.