Який елемент поряд з резисторами, конденсаторами і котушками індуктивності можна найчастіше зустріти в принциповій електричній схемі, як думаєте? ) Звичайно ж діод. Про нього то сьогодні і поговоримо, йому то і приділимо наш час 😉
В першу чергу відзначимо, що напівпровідниковий діод, на відміну від уже згаданих інших пасивних компонентів, є нелінійним елементом, тобто сигнал на виході нелінійно залежить від сигналу на вході. Простіше кажучи, збільшивши, наприклад, напруга на вході в 1.5 рази, ми не отримаємо на виході збільшення струму в стільки ж разів. Подивіться на вольт-амперну характеристику діода (ВАХ) - залежність струму від прикладеної до нього напруги:
А ось як виглядає позначення напівпровідникових діодів на схемі ...
Напівпровідниковий діод:
Як ми бачимо, у відкритому стані напівпровідниковий діод пропускає струм, а в закритому немає, правда до тих пір, поки на нього не зафігачат величезна напруга, що перевищує напругу пробою (на малюнку воно становить приблизно вольт 85, там, де струм дико відлітає вниз на зворотної гілки). Таким чином, діод можна розглядати як провідник, який пропускає струм тільки в одному (!) Напрямку. І тут відразу приходить цікава мисль..а чому б не використати його в якості випрямляча струму, раз він пропускає струм тільки в одну сторону? Все вірно! Для цього вони і використовуються (звичайно, не тільки для цього 😉). Але для початку, все-таки, зупинимося на випрямлячах.
Випрямлення струму, кажучи строго, полягає в перетворенні змінного струму в постійний. До речі, ось важливе уточнення - для роботи діода у відкритому стані, необхідно, щоб напруга перевищувало значення прямого напруги використовуваного напівпровідникового діода. Для кремнієвих воно становить величину в районі 0.6 В, для германієвих - поменше, близько 0.3 В. Ось так ось)
Повертаємося до наших справ. Розглянемо схему найпростішого випрямляча струму. в якій, власне крім діода більше нічого і немає:
Подивимося, в чому ж тут суть. Подамо-ка на вхід синусоїдальна напруга і ось, що ми отримаємо на навантаженні:
Як бачите, тут використовується тільки половина того сигналу, який є на вході. Тому схему назвали однополупериодной. А ось як виглядає схема двухполуперіодного випрямляча:
Ось така краса! ) Давайте розберемося, чому при такому включенні на навантаженні є сигнал завжди, а не тільки половину періоду. А справа ось у чому ... Під час одного напівперіоду у відкритому стані знаходяться діоди 2 і 3, а під час наступного напівперіоду відкриті 1 і 4. Все просто 😉 В результаті на навантаженні ми маємо:
Інтервали, на яких напруга дорівнює 0 з'являються тоді, коли напруга на вході не перевищує значення прямого напруги. А що в цьому випадку? А діод закритий, ось і все, тому і нуль на виході 😉
Отже, в підсумку маємо на виході те, що зображено на малюнку. І тут виникає питання ... А ДЕ ВЗАГАЛІ ПОСТІЙНЕ НАПРУГА. Власне питання абсолютно вірний =) Те що ми отримали, можна назвати постійним сигналом тільки з тієї точки зору, що сигнал не змінює свою полярність. Але в дійсності це не те, що нам було потрібно. Значить потрібно допілівать схему випрямляча струму 😉
Необхідно додати фільтр низьких частот. Хоча часто резистор не ставлять, обмежуючись тільки конденсатором. Ось що отримуємо після модернізації схеми:
І як же це працює? А все просто: конденсатор постійно заряджається і розряджається. Тобто коли напруга на вході менше напруги, до якого зарядився конденсатор, конденсатор починає розряджатися через навантаження. Коли напруга на вході зростає, конденсатор заряджається, щоб потім при розряді підтримувати напругу на навантаженні. І на виході ми маємо вже іншу картину:
Ну зрозуміло, що синім тут зображено те, що у нас на виході якщо конденсатора немає, а зеленим - сигнал на виході схеми з конденсатором. Ось тепер ми дійсно випрямили вхідний сигнал, хоч на виході і залишилися невеликі пульсації.
P.S. Інші статті рубрики «Основи електроніки» - частина 1. частина 2 і частина 3 =)