Elektroonikas on alaldamine protsess, mille käigus alaldidiood muundab vahelduva täistsükli vahelduvvoolu sisendsignaali pooltsüklilise alalisvoolu väljundsignaaliks.

Üks diood tekitab poollaine alalduse ja neljast dioodist koosnev võrk parandab täislaine

Selles postituses analüüsime nii pool- kui ka täislaine dioodide parandamise protsesse ning muid omadusi läbi aja muutuvate funktsioonide, näiteks siinuslaine ja ruutlaine. Tähendus, pingete ja voolude kaudu, mis muudavad aja suurust ja polaarsust.

Arvutuste tüsistuste minimeerimiseks loeme dioodi ideaalseks dioodiks, eirates ränidioodi või germaaniumit. Peame dioodiks standardset alaldidioodi, millel on standardsed alaldusvõimed.

Poollaine parandamine

Lihtsaim diagramm, mis näitab dioodile rakendatud ajas muutuvat signaali, on näidatud järgmisel diagrammil:

Siin näeme vahelduvvoolu lainekuju, kus periood T tähistab ühte lainekuju täistsüklit, mis on kesktelje kohal ja kõrgemal olevate osade või küngaste keskmine väärtus või algebraline summa.

Seda tüüpi vooluahel, milles kasutatakse ühte alaldidioodi koos ajas muutuva sinusoidse vahelduvvoolusignaaliga, et genereerida alalisvoolu väljund, mille väärtus on pool sisendist nimetatakse poollaine alaldiks . Dioodi nimetatakse selles vooluringis alaldiks.

Ajavahemikus t = 0 → T / 2 vahelduvvoolu lainekuju vahel tekitab pinge vi polaarsus allpool oleval diagrammil kujutatud rõhu. See võimaldab dioodil sisse lülitada ja juhtida polaarsusega, nagu on näidatud vahetult dioodi sümboli kohal.

Kuna diood töötab täielikult, siis dioodi asendamine lühisega tekitab väljundi, nagu on näidatud ülaltoodud parempoolsel pildil.

Pole kahtlust, et loodud väljund näib olevat rakendatud sisendsignaali täpne replikatsioon lainekuju kesktelje kohal.

Ajavahemikul T / 2 → T muutub sisendsignaali vi polaarsus negatiivseks, mis põhjustab dioodi väljalülitamise, mille tulemuseks on dioodiklemmide ekvivalentne avatud ahel. Seetõttu ei saa laeng perioodil T / 2 → T voolata üle dioodiraja, põhjustades vo:

vo = iR = 0R = 0 V (kasutades Ohmi seadust). Vastuse saab visualiseerida järgmisel diagrammil:

Selles diagrammis näeme, et dioodi alalisvoolu väljund Vo toodab sisendi täistsükli jaoks telje kohal keskmise positiivse netopiirkonna, mille saab määrata valemiga:

Vdc = 0,318 Vm (poollaine)

Sisend vi ja väljund vo pinged dioodi poollaine alaldamise protsessis on esitatud järgmisel joonisel:

Ülaltoodud diagrammide ja selgituste põhjal saame määratleda poollaine alaldamise kui protsessi, mille pool sisendtsüklist välistab diood selle väljundis.

Ränidioodi kasutamine

Kui alaldidioodina kasutatakse ränidioodi, kuna sellel on ettepoole suunatud pinge languse karakteristik VT = 0,7 V, tekitab see ettepoole suunatud eelpinge, nagu on näidatud järgmisel joonisel:

VT = 0,7 V tähendab, et dioodi edukaks sisselülitamiseks peab sisendsignaal olema vähemalt 0,7 V. Juhul kui sisend VT on alla 0,7 V, ei õnnestu diood lihtsalt sisse lülitada ja diood on jätkuvalt avatud voolu režiimis, Vo = 0 V.

Samal ajal kui diood juhib alaldamise käigus, genereerib see alalisvoolu väljundi, mis kannab pinge erinevuse vo-fikseeritud fikseeritud pingetaset, mis on võrdne ülalkirjeldatud edasilangusega 0,7 V.

vo = vi - VT

See põhjustab keskmise väljundpinge vähenemise telje kohal, põhjustades dioodi alaldatud väljundi väikese netovähenemise.

Viidates ülaltoodud joonisele, kui arvame, et Vm (signaali tipp) on VT-st piisavalt kõrge, nii et Vm >> VT, saame järgmise valemi abil üsna täpselt hinnata dioodi keskmist alalisvoolu väljundväärtust.

Vdc ≅ 0,318 (Vm - VT)

Täpsemalt, kui sisendi vahelduvvoolu tipp on piisavalt kõrgem kui dioodi VT (edasilangus), siis saame dioodilt alaldatud alalisvoolu väljundi hindamiseks kasutada lihtsalt eelmist valemit:

Vdc = 0,318 Vm

Lahendatud näide poolsilla alaldi kohta

Probleem:

Hinnake väljundit vo ja leidke allpool näidatud vooluahela kujunduse väljundvoolu suurus:

Lahendus: Ülaltoodud vooluvõrgu korral lülitub diood sisendsignaali negatiivse osa jaoks sisse ja vo on järgmine skeem.

Sisend-vahelduvvoolutsükli kogu perioodi vältel on alalisvoolu väljund:

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

Negatiivne märk tähistab väljundi alalisvoolu polaarsust, mis on vastupidine probleemi all oleval skeemil toodud märgiga.

Probleem nr 2: Lahendage ülaltoodud probleem, pidades dioodi ränidioodiks.

Ränidioodi korral näeks väljundlaine välja järgmine:

“ac to dc converter skemaatiline ”

Ja väljundvoolu saab arvutada järgmiselt:

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

Väljundvoolu pinge langus 0,7 V koefitsiendi tõttu on umbes 0,22 V ehk umbes 3,5%

Täielainete parandamine

Kui alaldi sisendina kasutatakse vahelduvvoolu sinusoidaalset signaali, saab alalisvoolu väljundit täislaine alaldamise abil 100% tasemele parandada.

Kõige tuntum ja lihtsam protsess selle saavutamiseks on 4-dioodi kasutamine silla alaldi võrku, nagu allpool näidatud.

Kui positiivse sisendi tsükkel edeneb perioodil t = 0 kuni T / 2, on sisendi vahelduvvoolu signaali polaarsus dioodil ja dioodi väljund allpool esitatud:

Siin näeme, et silla dioodivõrgu erikorralduse tõttu jäävad D2, D3 juhtimisel vastupidised dioodid D1, D4 vastupidiseks ja välja lülitatud olekusse.

Sellest alaldusprotsessist D2, D3 kaudu genereeritud netoväljund DC võib näha ülaltoodud diagrammilt. Kuna me oleme dioode ideaalseks kujutanud, on väljund vo = vin.

Nüüd lähevad sisendsignaali dioodide D1, D4 juhtimine ja dioodid D2, D3 negatiivse pooltsükli jaoks OFF olekusse, nagu allpool illustreeritud:

Näeme selgelt, et silla alaldi väljund on nii sisendi vahelduvvoolu positiivse kui ka negatiivse pooltsükli teisendanud kaheks alalisvoolu pooltsükliks kesktelje kohal.

Kuna see telje kohal olev piirkond on nüüd kaks korda suurem kui poollaine alalduseks saadud piirkond, muutub ka väljund-alalisvool kaks korda suuremaks, arvutatuna järgmise valemi abil:

Vdc = 2 (0,318 Vm)

või

Vdc = 0,636 Vm (täislaine)

Nagu on näidatud ülaltoodud joonisel, annab ideaalse dioodi asemel räni dioodi andmine Kirchhoffi pingeseaduse rakendamisel juhtivusel järgmise tulemuse:

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

Seetõttu on väljundpinge tipp vo:

Vomax = Vm - 2VT

Olukorras, kus V >> 2VT, saame kasutada oma varasemat võrrandit, et saada keskmine väärtus mõistlikult suure täpsusega:

Vdc ≅ - 0,636 (Vm - 2VT),

Veelkord, kui meil on Vm oluliselt suurem kui 2VT, saab 2VT lihtsalt ignoreerida ja võrrandi saab lahendada järgmiselt:

Vdc ≅ - 0,636 (Vm)

PIV (tipp-pöördpinge)

Pöördpinge tipp (PIV), mida mõnikord nimetatakse ka dioodi vastupidiseks pingeks (PRV), muutub alaldi ahelate kujundamisel ülioluliseks parameetriks.

Põhimõtteliselt on see dioodi pöördpinge pinge vahemik, mida ei tohi ületada, vastasel juhul võib diood laguneda, liikudes piirkonda, mida nimetatakse zeneri laviini piirkonnaks.

Kui rakendada Kirchhoffi pingeseadust poollaine alaldi vooluahelale, nagu allpool näidatud, selgitab see lihtsalt, et dioodi PIV-nimiväärtus peab olema suurem kui alaldi sisendi jaoks kasutatud toiteallika tippväärtus.