באלקטרוניקה, תיקון הוא תהליך בו דיודת מיישר ממירה אות קלט AC מתחלף לסירוגין לאות פלט DC למחזור.

דיודה אחת מייצרת תיקון חצי גל ורשת של 4 דיודות מייצרת תיקון גל מלא

בפוסט זה ננתח הן תהליכי תיקון דיודות של גל חצי מלא והן של מאפיינים אחרים באמצעות פונקציות המשתנות בזמן כמו גל סינוס וגל מרובע. הכוונה, באמצעות מתחים וזרמים המשנים את גודל הקוטביות שלהם ביחס לזמן.

אנו נבחן את הדיודה כדיודה אידיאלית על ידי התעלמות בין אם מדובר בדיודת סיליקון או גרמניום, כדי למזער את הסיבוכים בחישובים. אנו נחשיב את הדיודה כדיודת מיישר רגילה עם יכולות תיקון סטנדרטיות.

תיקון חצי גל

התרשים הפשוט ביותר המציג אות משתנה בזמן המופעל על דיודה מוצג בתרשים הבא:

כאן אנו יכולים לראות צורת גל AC, כאשר התקופה T מסמלת מחזור אחד מלא של צורת הגל, שהוא הערך הממוצע או הסכום האלגברי של החלקים או הגיבנות מעל ומתחת לציר המרכזי.

סוג זה של מעגל בו מוחלת דיודת מיישר יחיד עם קלט אות AC סינוסי המשתנה בזמן ליצירת פלט DC בעל ערך מחצית הקלט. נקרא מיישר חצי גל . הדיודה מכונה מיישר במעגל זה.

במהלך התקופה שבין t = 0 → T / 2 של צורת הגל AC, הקוטביות של המתח vi יוצרת 'לחץ' בכיוון כפי שמתואר בתרשים להלן. זה מאפשר לדיודה להדליק ולהתנהל בקוטביות כפי שמצוין ממש מעל סמל הדיודה.

מכיוון שהדיודה מתנהלת במלואה, החלפת הדיודה במעגל קצר תייצר פלט כפי שמוצג בתמונה הימנית העליונה.

אין ספק, נראה שהפלט שנוצר הוא שכפול מדויק של אות הקלט המיושם מעל הציר המרכזי של צורת הגל.

במהלך התקופה T / 2 → T, הקוטביות של אות הכניסה vi הופכת לשלילית, מה שגורם לכיבוי הדיודה, וכתוצאה מכך מקביל למעגל פתוח על פני מסופי הדיודה. בגלל זה המטען אינו מסוגל לזרום על פני נתיב הדיודה בתקופה T / 2 → T, מה שגורם ל- vo להיות:

vo = iR = 0R = 0 V (תוך שימוש בחוק אוהם). ניתן לדמיין את התגובה בתרשים הבא:

בתרשים זה אנו יכולים לראות את פלט ה- DC Vo מהדיודה מייצר אזור חיובי ממוצע נטו מעל הציר, למחזור הקלט המלא, אותו ניתן לקבוע על ידי הנוסחה:

Vdc = 0.318 Vm (חצי גל)

הקלט vi ומתחי ה- vo המוצא במהלך תהליך תיקון חצי הגל של הדיודה מוצגים באיור הבא:

מהדיאגרמות וההסבר שלעיל אנו יכולים להגדיר תיקון חצי גל כתהליך בו מחצית ממחזור הקלט מתבטלת על ידי הדיודה בפלטו.

שימוש בדיודת סיליקון

כאשר משמשת דיודת סיליקון כדיודת המיישר, מכיוון שיש לה ירידת מתח קדימה האופיינית ל- VT = 0.7 V, היא יוצרת אזור הטיה קדימה כפי שמוצג באיור הבא:

VT = 0.7 V פירושו שעכשיו אות הקלט חייב להיות לפחות 0.7 V כדי להבטיח שהדיודה מופעלת בהצלחה. במקרה שהכניסה VT נמוכה מ- 0.7 וולט פשוט לא תצליח להפעיל את הדיודה והדיודה תמשיך להיות במצב המעגל הפתוח שלה, עם Vo = 0 V.

בעוד שהדיודה מתנהלת במהלך תהליך התיקון, היא מייצרת פלט DC הנושא רמת מתח קבועה להפרש המתח vo - vi, השווה לירידה קדימה שנדונה לעיל של 0.7 V. אנו יכולים לבטא את הרמה הקבועה הזו בנוסחה הבאה:

vo = vi - VT

זה מייצר הפחתה של מתח המוצא הממוצע מעל הציר, וגורם להפחתה נטו קלה של הפלט המתוקן מהדיודה.

בהתייחס לאיור לעיל, אם אנו רואים את ה- Vm (רמת האות הגבוהה ביותר) כגובה מספיק מה- VT, כך ש- Vm >> VT, אנו יכולים להעריך את ערך הפלט הממוצע של DC מהדיודה באמצעות הנוסחה הבאה, באופן מדויק למדי.

Vdc ≅ 0.318 (Vm - VT)

ליתר דיוק, אם שיא ה- AC של קלט גבוה מספיק מ- VT (ירידה קדימה) של הדיודה, נוכל פשוט להשתמש בנוסחה הקודמת להערכת פלט ה- DC המתוקן מהדיודה:

Vdc = 0.318 וולט

דוגמה נפתרה למיישר חצי גשר

בְּעָיָה:

הערך את פלט ה- vo ומצא את גודל DC הפלט עבור תכנון המעגל המוצג להלן:

פִּתָרוֹן: עבור רשת המעגלים הנ'ל, הדיודה תופעל לחלק השלילי של אות הקלט, ו- vo יהיה כמצוין בשרטוט הבא.

במשך התקופה המלאה של מחזור AC הקלט, יציאת ה- DC תהיה:

Vdc = 0.318Vm = - 0.318 (20 V) = - 6.36 וולט

הסימן השלילי מציין את הקוטביות של פלט DC המנוגד לשלט המסופק בתרשים תחת הבעיה.

בעיה מס '2: פתר את הבעיה הנ'ל בהתחשב בדיודה כדיודת סיליקון.

במקרה של דיודת סיליקון, צורת גל הפלט תיראה כך:

“הוא מקרין רעיונות לסטודנטים ”

וניתן לחשב את פלט ה- DC כמוסבר להלן:

Vdc ≅ - 0.318 (Vm - 0.7 V) = - 0.318 (19.3 V) ≅ - 6.14 V

הירידה במתח DC המוצא עקב גורם 0.7 וולט היא סביב 0.22 וולט או כ -3.5%

תיקון גל מלא

כאשר משמש אות קלוע סינוסי כקלט לתיקון, ניתן לשפר את פלט ה- DC לרמה של 100% באמצעות תהליך תיקון גל מלא.

התהליך הידוע והקל ביותר להשגת זה הוא על ידי שימוש בדיודה 4-דיודה מיישר גשר רשת כפי שמוצג להלן.

כאשר מחזור הקלט החיובי מתקדם לאורך התקופה t = 0 ל- T / 2, הקוטביות של אות ה- AC הקלט על פני הדיודה והפלט מהדיודה מיוצגות להלן:

כאן אנו יכולים לראות שבשל הסידור המיוחד של רשת הדיודות בגשר, כאשר D2, D3 מוליכים, הדיודות הנגדיות D1, D4 נותרות מוטות הפוכות ובמצב כבוי.

את הפלט הנקי DC שנוצר מתהליך תיקון זה דרך D2, D3 ניתן לראות בתרשים לעיל. מכיוון שדמיינו את הדיודות אידיאליות, הפלט הוא vo = vin.

כעת, גם במחצית המחזור השלילית של דיודות אות הכניסה D1, התנהלות D4 ודיודות D2, D3 עוברים למצב OFF, כפי שמוצג להלן:

אנו יכולים לראות בבירור כי הפלט ממיישר הגשר המיר את מחזורי המחצית החיוביים והשליליים של כניסת ה- AC לשני מחזורי DC מעל הציר המרכזי.

מכיוון שאזור זה מעל הציר גדול כעת פי שניים מהאזור המתקבל לתיקון חצי גל, גם תפוקת ה- DC תהפוך לגודל כפול, כמחושב לפי הנוסחה הבאה:

Vdc = 2 (0.318Vm)

אוֹ

Vdc = 0.636Vm (גל מלא)

כפי שמתואר באיור לעיל, אם במקום דיודה אידיאלית משתמשים בדיודת סיליקון, החלת חוק המתח של קירכהוף על קו ההולכה תביא לנו את התוצאה הבאה:

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

לכן שיא מתח המוצא vo יהיה:

Vomax = Vm - 2VT

במצב בו V >> 2VT, אנו יכולים להשתמש במשוואה הקודמת שלנו כדי לקבל את הערך הממוצע ברמת דיוק גבוהה יחסית:

Vdc ≅ - 0.636 (Vm - 2VT),

שוב, אם יש לנו Vm גבוה משמעותית מ- 2VT, ניתן פשוט להתעלם מ- 2VT, ואת המשוואה ניתן לפתור כ:

Vdc ≅ - 0.636 (Vm)

PIV (שיא הפוך)

שיא המתח ההפוך או דירוג (PIV) המכונה לעיתים גם דירוג מתח שיא (PRV) של דיודה הופך לפרמטר מכריע בעת תכנון מעגלי מיישר.

זה בעצם טווח מתח הטיה הפוך של הדיודה שאסור לחרוג ממנה, אחרת הדיודה עלולה להתקלקל על ידי מעבר לאזור שנקרא אזור מפולת זנרים.

אם אנו מיישמים את חוק המתח של קירכהוף על מעגל מיישר חצי גל כמוצג להלן, זה פשוט מסביר שדירוג ה- PIV של דיודה חייב להיות גבוה מערך השיא של קלט האספקה המשמש לכניסת המיישר.