Doğrultucu - Rectifier
|Bir kısmı bir dizi üzerinde|
|Elektrik Mühendisliği|
|Elektrik enerjisi dönüşümü|
|Elektrik enerjisi altyapısı|
|Elektrik güç sistemleri bileşenleri|
İşlem, akımın yönünü "düzleştirdiği" için düzeltme olarak bilinir . Fiziksel olarak doğrultucular, vakum tüp diyotları , ıslak kimyasal hücreler, cıva ark valfleri , bakır ve selenyum oksit plakaları yığınları, yarı iletken diyotlar , silikon kontrollü doğrultucular ve diğer silikon bazlı yarı iletken anahtarlar dahil olmak üzere bir dizi form alır . Tarihsel olarak, senkron elektromekanik anahtarlar ve motorlar bile kullanılmıştır. Kristal radyolar olarak adlandırılan ilk radyo alıcıları, nokta temas doğrultucu veya "kristal detektör" olarak hizmet etmek için bir galen kristali (kurşun sülfit) üzerine ince telden bir " kedi bıyığı " kullanıyordu.
Doğrultucuların birçok kullanımı vardır, ancak genellikle DC güç kaynaklarının ve yüksek voltajlı doğru akım güç iletim sistemlerinin bileşenleri olarak görev yaptıkları görülmüştür . Düzeltme, bir güç kaynağı olarak kullanılmak üzere doğru akım üretmekten başka rollerde hizmet edebilir. Belirtildiği gibi, dedektörler ve radyo sinyalleri redresör olarak hizmet vermektedir. Gazlı ısıtma sistemlerinde , bir alevin varlığını tespit etmek için alev düzeltme kullanılır.
Alternatif akım beslemesinin türüne ve redresör devresinin düzenine bağlı olarak, çıkış voltajı, tek tip bir sabit voltaj üretmek için ek yumuşatma gerektirebilir. Radyo, televizyon ve bilgisayar ekipmanı için güç kaynakları gibi birçok doğrultucu uygulaması, sabit bir sabit DC voltajı gerektirir (bir pil tarafından üretileceği gibi ). Bu uygulamalarda, redresörün çıkışı, bir kapasitör , jikle veya kapasitörler, bobinler ve dirençler seti olabilen bir elektronik filtre ile düzleştirilir ve bunu, muhtemelen sabit bir voltaj üretmek için bir voltaj regülatörü izler .
Ters işlevi, yani DC'yi AC'ye dönüştüren daha karmaşık devrelere invertör denir .
Doğrultucu cihazlar
Silikon yarı iletken redresörlerin geliştirilmesinden önce, vakum tüplü termiyonik diyotlar ve bakır oksit veya selenyum bazlı metal redresör yığınları kullanılmıştır. Yarı iletken elektroniklerin piyasaya sürülmesiyle, vakum tüplü redresörleri, bazı vakum tüplü ses ekipmanı meraklıları dışında, eskimiş oldu . Çok düşük akımdan çok yüksek akıma güç düzeltmesi için, çeşitli tiplerdeki yarı iletken diyotlar ( bağlantı diyotları , Schottky diyotları , vb.) Yaygın olarak kullanılmaktadır.
Kontrol elektrotlarına sahip olan ve aynı zamanda tek yönlü akım valfleri olarak işlev gören diğer cihazlar, basit düzeltmeden daha fazlasının gerekli olduğu yerlerde (örneğin, değişken çıkış voltajının gerekli olduğu yerlerde) kullanılır. Yüksek voltajlı doğru akım güç iletiminde kullanılanlar gibi yüksek güçlü redresörler, çeşitli tiplerde silikon yarı iletken cihazlar kullanır. Bunlar, akımı yalnızca bir yönde geçirmek için etkin bir şekilde diyotlar olarak işlev gören tristörler veya diğer kontrollü anahtarlamalı katı hal anahtarlarıdır.
Doğrultucu devreleri
Doğrultucu devreleri tek fazlı veya çok fazlı olabilir. Ev tipi ekipman için düşük güçlü redresörlerin çoğu tek fazlıdır, ancak üç fazlı düzeltme endüstriyel uygulamalar ve DC (HVDC) olarak enerji iletimi için çok önemlidir.
Tek fazlı redresörler
Yarım dalga düzeltme
Tek fazlı bir beslemenin yarım dalga doğrultmasında, AC dalgasının pozitif veya negatif yarısı geçerken, diğer yarısı bloke edilir. Matematiksel olarak, bir adım fonksiyonudur (pozitif geçiş, negatif blok için): pozitif geçiş, pozitif girişlerde kimlik olan rampa fonksiyonuna karşılık gelir, negatif giriş negatif girişlerde sıfıra karşılık gelir. Giriş dalga biçiminin yalnızca yarısı çıkışa ulaştığı için, ortalama voltaj daha düşüktür. Yarım dalga doğrultma işlemi bir tek gerektirir diyot bir bölgesindeki tek fazlı kaynağı a ya da üç üç fazlı kaynağı . Doğrultucular, tek yönlü ancak titreşimli bir doğru akım verir; Yarım dalgalı doğrultucular, tam dalga doğrultuculardan çok daha fazla dalgalanma üretir ve AC frekansının harmoniklerini çıkıştan elimine etmek için çok daha fazla filtreleme gerekir .
Sinüzoidal giriş voltajı için ideal bir yarım dalga doğrultucunun yüksüz çıkış DC voltajı:
nerede:
- V dc , V av - DC veya ortalama çıkış voltajı,
- V tepe , faz giriş gerilimlerinin tepe değeri,
- V rms , çıkış geriliminin karekök ortalama (RMS) değeri.
Tam dalga düzeltme
Tam dalgalı bir doğrultucu, giriş dalga biçiminin tamamını çıkışında sabit polariteye (pozitif veya negatif) dönüştürür. Matematiksel olarak bu, mutlak değer fonksiyonuna karşılık gelir . Tam dalga doğrultma, giriş dalga formunun her iki polaritesini de atımlı DC'ye (doğru akım) dönüştürür ve daha yüksek bir ortalama çıkış voltajı verir. İki diyot ve bir merkez bağlantılı transformatör veya bir köprü konfigürasyonunda dört diyot ve herhangi bir AC kaynağı (merkez musluğu olmayan bir transformatör dahil) gereklidir. Tekli yarı iletken diyotlar, ortak katotlu veya ortak anotlu çift diyotlar ve dört veya altı diyotlu köprüler tek bileşenler olarak üretilir.
Tek fazlı AC için, transformatör merkeze takılıysa, arka arkaya iki diyot (gerekli çıkış polaritesine bağlı olarak katottan katoda veya anottan anoda) tam dalgalı bir doğrultucu oluşturabilir. Köprü redresöründen aynı çıkış voltajını elde etmek için ikincil transformatörde iki kat daha fazla dönüş gerekir, ancak güç oranı değişmez.
Ortalama ve redresör ideal tek fazlı tam dalga yüksüz çıkış voltajları RMS:
Çok yaygın çift diyotlu doğrultucu vakum tüpleri , tek bir zarf içinde tek bir ortak katot ve iki anot içeriyordu ve pozitif çıktı ile tam dalga doğrultma elde ediyordu. 5U4 ve 80 / 5Y3 (4 pin) / (sekizlik) bu konfigürasyonun popüler örnekleriydi.
Üç fazlı redresörler
Tek fazlı redresörler, ev tipi ekipman için güç kaynakları için yaygın olarak kullanılır. Bununla birlikte, çoğu endüstriyel ve yüksek güçlü uygulama için, üç fazlı redresör devreleri normdur. Tek fazlı doğrultucularda olduğu gibi, üç fazlı doğrultucular, bir yarım dalga devre, bir merkez uçlu transformatör kullanan bir tam dalga devre veya bir tam dalga köprü devresi şeklini alabilir.
Tristörler , çıkış voltajını düzenleyebilen bir devre oluşturmak için genellikle diyotların yerine kullanılır. Doğru akım sağlayan birçok cihaz aslında üç fazlı AC üretir . Örneğin, bir otomobil alternatörü , pil şarjı için tam dalga doğrultucu olarak işlev gören altı diyot içerir.
Üç fazlı, yarım dalga devresi
Kontrolsüz üç fazlı, yarım dalga orta nokta devresi, her faza bir tane bağlanan üç diyot gerektirir. Bu, en basit üç fazlı redresör türüdür, ancak hem AC hem de DC bağlantılarında nispeten yüksek harmonik bozulmadan muzdariptir . DC tarafındaki çıkış voltajı, şebeke frekansının döngüsü başına üç farklı puls içerdiğinden, bu tip redresörün üç puls sayısına sahip olduğu söylenir:
Tepe değerleri , bu üç darbe DC gerilim RMS değeri hesaplanır giriş faz gerilimi (nötr gerilim hattı, Kuzey Amerika'da 120 V, şebekeye de Avrupa içinde 230 V): . Ortalama yüksüz çıkış gerilimi sonuçları integrali süresi süresi ile bir pozitif yarım-dalga grafiğinin altındaki (° 150 ° 30)
- ⇒ ⇒ ≈ 1,17 ⋅
Merkeze bağlı trafo kullanan üç fazlı, tam dalga devresi
AC beslemesi, merkez tapalı bir transformatör aracılığıyla beslenirse, geliştirilmiş harmonik performansa sahip bir redresör devresi elde edilebilir. Bu doğrultucu şimdi, her bir transformatör ikincil sargısının her bir ucuna bağlanan altı diyot gerektirir. Bu devrenin darbe sayısı altıdır ve aslında altı fazlı, yarım dalga devresi olarak düşünülebilir.
Katı hal cihazları piyasaya sürülmeden önce , yarım dalga devresi ve merkeze bağlı bir transformatör kullanan tam dalga devresi, cıva ark vanaları kullanan endüstriyel redresörlerde çok yaygın olarak kullanılıyordu . Bunun nedeni, üç veya altı AC besleme girişinin, ortak bir katodu paylaşan tek bir tank üzerindeki karşılık gelen sayıda anot elektrotuna beslenebilmesiydi.
Diyotların ve tristörlerin ortaya çıkmasıyla bu devreler daha az popüler hale geldi ve üç fazlı köprü devresi en yaygın devre haline geldi.
Kontrolsüz üç fazlı köprü doğrultucu
Kontrolsüz üç fazlı bir köprü doğrultucu için altı diyot kullanılır ve devrenin yine altı darbe sayısı vardır. Bu nedenle, genellikle altı darbeli köprü olarak da adlandırılır. B6 devresi, iki üç darbeli merkez devresinin seri bağlantısı olarak basitleştirilmiş olarak görülebilir.
Düşük güç uygulamaları için, ikinci diyotun anotunun ikincinin katoduna bağlı olduğu seri çift diyotlar, bu amaçla tek bileşenli olarak üretilmektedir. Ticari olarak temin edilebilen bazı çift diyotlar, dört terminalin hepsine sahiptir, böylece kullanıcı bunları tek fazlı bölünmüş besleme kullanımı, yarım köprü veya üç fazlı doğrultucu için yapılandırabilir.
Daha yüksek güç uygulamaları için, genellikle köprünün altı kolunun her biri için tek bir ayrı cihaz kullanılır. En yüksek güçler için, köprünün her bir kolu paralel olarak (çok yüksek akıma ihtiyaç duyulan yerlerde, örneğin alüminyum eritme için ) veya seri halinde (çok yüksek voltajlara ihtiyaç duyulan yerlerde, örneğin, yüksek voltajlı doğru akım güç iletimi).
Titreşimli DC voltajı, anlık pozitif ve negatif faz voltajlarının farklılıklarından kaynaklanır , faz kaydırmalı 30 °:
B6 devresinin ideal, yüksüz ortalama çıkış voltajı , tepe değeri ile (60 ° ila 120 °) periyot süresi olan bir DC voltaj darbesinin grafiğinin integralinden kaynaklanır :
- ⇒ ⇒ ≈ 2,34 ⋅
Üç fazlı köprü doğrultucu simetrik olarak çalıştırılırsa (pozitif ve negatif besleme gerilimi olarak), redresörün çıkış tarafındaki merkez noktası (veya izole edilmiş referans potansiyeli) transformatörün merkez noktasının (veya nötrün) karşısındadır. iletken), üçgen ortak mod voltajı şeklinde potansiyel bir farka sahiptir . Bu nedenle bu iki merkez asla birbirine bağlı olmamalıdır, aksi takdirde kısa devre akımları akacaktır. Zemin simetrik işlemde üç fazlı köprü doğrultucu böylece nötr iletkeni ya da dekuple edilir toprak şebeke geriliminin. Bir transformatör ile güçlendirilmiş, köprünün merkez noktasının topraklanması mümkündür, ancak transformatörün sekonder sargısı şebeke geriliminden elektriksel olarak izole edilir ve sekonder sargının yıldız noktası toprak üzerinde değildir. Bununla birlikte, bu durumda, (ihmal edilebilir) kaçak akımlar trafo sargıları üzerinden akmaktadır.
Ortak mod voltajı, atımlı DC voltajını oluşturan pozitif ve negatif faz voltajları arasındaki farkların ilgili ortalama değerlerinden oluşturulur. Delta geriliminin tepe değeri, faz giriş geriliminin tepe değerinin ¼ değerine eşittir ve dönemin 60 ° 'lik noktasında DC geriliminin eksi yarısı ile hesaplanır :
- = · 0,25
Ortak mod voltajının RMS değeri, üçgen salınımlar için form faktöründen hesaplanır:
Devre asimetrik olarak çalıştırılırsa (sadece bir pozitif kutuplu basit bir besleme gerilimi olarak), hem pozitif hem de negatif kutuplar (veya izole edilmiş referans potansiyeli), giriş geriliminin merkezinin (veya toprağın) karşısında, pozitife benzer şekilde titreşir. ve faz gerilimlerinin negatif dalga biçimleri. Bununla birlikte, faz gerilimlerindeki farklılıklar, altı darbeli DC gerilimle sonuçlanır (bir süre boyunca). Transformatör merkezinin negatif kutuptan sıkı bir şekilde ayrılması (aksi takdirde kısa devre akımları akacaktır) veya bir izolasyon transformatörü ile çalıştırıldığında negatif kutbun olası bir topraklaması simetrik çalışmaya uygun şekilde uygulanır.
Üç fazlı köprü doğrultucu kontrollü
Kontrollü üç fazlı köprü doğrultucu, diyotlar yerine tristörler kullanır. Çıkış voltajı, cos (α) faktörü kadar azaltılır:
Veya hattan hatta giriş voltajı cinsinden ifade edilir:
Nerede:
- V LLpeak , hattan hatta giriş voltajlarının tepe değeri,
- V tepe , fazın tepe değeri (hattan nötre) giriş voltajları,
- α, tristörün ateşleme açısı (düzeltme yapmak için diyotlar kullanılıyorsa 0)
Yukarıdaki denklemler yalnızca AC beslemesinden akım çekilmediğinde veya AC besleme bağlantılarında endüktans olmadığında teorik durumda geçerlidir. Uygulamada, besleme endüktansı, artan yük ile DC çıkış voltajında, tipik olarak tam yükte% 10–20 aralığında bir azalmaya neden olur.
Besleme endüktansının etkisi, bir fazdan diğerine transfer sürecini (komütasyon olarak adlandırılır) yavaşlatmaktır. Bunun bir sonucu olarak, bir çift cihaz arasındaki her geçişte, köprüdeki üç (ikiden ziyade) cihazın eşzamanlı olarak hareket ettiği bir üst üste binme süresi vardır. Örtüşme açısı genellikle μ (veya u) sembolü ile belirtilir ve tam yükte 20 ° 30 ° olabilir.
Besleme endüktansı hesaba katıldığında, redresörün çıkış voltajı şu şekilde azaltılır:
Örtüşme açısı μ doğrudan doğruya DC akımıyla ilişkilidir ve yukarıdaki denklem şu şekilde yeniden ifade edilebilir:
Nerede:
- L c , faz başına komütasyon endüktansı
- Ben d , doğru akım
On iki darbeli köprü
Tek fazlı doğrultuculardan veya üç fazlı yarım dalga doğrultuculardan daha iyi olmasına rağmen, altı darbeli doğrultucu devreleri, hem AC hem de DC bağlantılarında hala önemli ölçüde harmonik bozulma üretir. Çok yüksek güçlü redresörler için genellikle on iki darbeli köprü bağlantısı kullanılır. On iki darbeli bir köprü, iki köprü arasında 30 ° faz kayması üreten bir besleme transformatöründen beslenen AC bağlantıları ile seri olarak bağlanmış iki altı darbeli köprü devresinden oluşur. Bu, altı darbeli köprülerin ürettiği birçok karakteristik harmoniği iptal eder.
30 derecelik faz kayması genellikle biri yıldız (yıldız) bağlantılı ve diğeri delta bağlantılı olmak üzere iki set sekonder sargıya sahip bir transformatör kullanılarak elde edilir.
Gerilim çoğaltıcı redresörler
Basit yarım dalga doğrultucu, diyotlar zıt yönlere bakacak şekilde iki elektrikli konfigürasyonda kurulabilir, bir versiyon çıkışın negatif terminalini doğrudan AC beslemesine bağlar ve diğeri çıkışın pozitif terminalini doğrudan AC beslemesine bağlar. . Bunların her ikisini de ayrı çıkış yumuşatma ile birleştirerek, tepe AC giriş voltajının neredeyse iki katı bir çıkış voltajı elde etmek mümkündür. Bu aynı zamanda ortada, böyle bir devrenin ayrık raylı güç kaynağı olarak kullanılmasına izin veren bir musluk sağlar.
Bunun bir varyantı, bir köprü doğrultucuda çıkış yumuşatmak için seri olarak iki kapasitör kullanmak ve ardından bu kapasitörlerin orta noktası ile AC giriş terminallerinden biri arasına bir anahtar yerleştirmektir. Anahtar açıkken, bu devre normal bir köprü doğrultucu gibi davranır. Anahtar kapalıyken, voltaj ikiye katlayan bir doğrultucu gibi davranır. Başka bir deyişle, bu, dünyadaki herhangi bir 120 V veya 230 V şebeke beslemesinden yaklaşık 320 V (±% 15, yaklaşık) DC voltaj elde etmeyi kolaylaştırır, bu daha sonra nispeten basit bir anahtarlamalı moda beslenebilir. güç kaynağı . Bununla birlikte, istenen bir dalgalanma için, her iki kapasitörün değeri, normal bir köprü doğrultucu için gereken tekil değerin iki katı olmalıdır; Anahtar kapatıldığında, her biri bir yarım dalgalı doğrultucunun çıkışını filtrelemelidir ve anahtar açıldığında, iki kapasitör, bunların yarısı kadar bir eşdeğer değerde seri olarak bağlanır.
Bir voltaj çarpanı ( Cockroft-Walton devresi ) yapmak için kaskad diyot ve kapasitör aşamaları eklenebilir . Bu devreler, uygulamada akım kapasitesi ve voltaj düzenleme sorunları ile sınırlı olarak, en yüksek AC giriş voltajının yaklaşık on katına kadar bir DC çıkış voltaj potansiyeli üretebilir. Sıklıkla bir takip güçlendirme aşaması veya birincil yüksek voltaj (HV) kaynağı olarak kullanılan diyot voltaj çarpanları, HV lazer güç kaynaklarında, katot ışın tüpleri (CRT) gibi güç verme cihazlarında (CRT tabanlı televizyon, radar ve sonarda kullanılanlar gibi) kullanılır. görüntüler), görüntü yoğunlaştırıcı ve foto çoğaltıcı tüplerde (PMT) bulunan foton yükseltme cihazları ve radar vericilerinde ve mikrodalga fırınlarda kullanılan magnetron tabanlı radyo frekansı (RF) cihazları. Yarı iletken elektroniklerin piyasaya sürülmesinden önce, doğrudan AC gücünden güç alan transformatörsüz vakum tüp alıcıları bazen 100–120 V güç hattından kabaca 300 VDC üretmek için voltaj katlayıcılar kullanıyordu.
Doğrultucuların miktar tayini
Transformatör kullanım faktörü (TUF), dönüşüm oranı ( η ), dalgalanma faktörü, form faktörü ve tepe faktörü dahil olmak üzere redresörlerin veya çıkışlarının işlevini ve performansını ölçmek için çeşitli oranlar kullanılır . İki ana ölçü, çıkış geriliminin kurucu bileşenleri olan DC gerilimi (veya ofset) ve tepe-tepe dalgalanma gerilimidir.
Dönüşüm oranı
Dönüştürme oranı ("düzeltme oranı" olarak da adlandırılır ve kafa karıştırıcı bir şekilde "verimlilik" olarak adlandırılır) η , DC çıkış gücünün AC kaynağından gelen giriş gücüne oranı olarak tanımlanır. İdeal doğrultucularla bile, oran% 100'den azdır, çünkü çıkış gücünün bir kısmı DC dalga formu üzerine bindirilmiş dalgalanma olarak ortaya çıkan DC'den ziyade AC gücüdür. Oran, dalgalanmayı azaltan ve dolayısıyla çıktının AC içeriğini azaltan yumuşatma devrelerinin kullanılmasıyla iyileştirilebilir. Dönüştürme oranı, transformatör sargılarındaki kayıplar ve doğrultucu elemanın kendisindeki güç kaybı ile azaltılır. Bu oran çok az pratik öneme sahiptir, çünkü bir redresörü hemen hemen her zaman DC voltajını artırmak ve dalgalanmayı azaltmak için bir filtre takip eder. Bazı üç fazlı ve çok fazlı uygulamalarda, dönüştürme oranı, yumuşatma devresinin gereksiz olduğu kadar yüksektir. Yükün neredeyse tamamen dirençli olduğu vakumlu tüp elektroniklerindeki filaman ısıtıcı devreleri gibi diğer devrelerde, dirençler hem AC hem de DC gücü dağıttığı için yumuşatma devresi ihmal edilebilir, bu nedenle güç kaybı olmaz.
Yarım dalgalı bir doğrultucu için oran çok mütevazıdır.
- (bölenler √ 2 yerine çünkü negatif yarı döngüde güç verilmez)
Bu nedenle, bir yarım dalga doğrultucu için maksimum dönüşüm oranı,
Benzer şekilde, tam dalgalı bir doğrultucu için,
Üç fazlı doğrultucular, özellikle üç fazlı tam dalga doğrultucular, dalgalanma özünde daha küçük olduğu için çok daha büyük dönüşüm oranlarına sahiptir.
Üç fazlı yarım dalga doğrultucu için,
Üç fazlı tam dalga doğrultucu için,
Trafo kullanım oranı
Bir redresör devresinin transformatör kullanım faktörü (TUF), giriş direncinde bulunan DC gücünün, bir transformatörün çıkış bobininin AC değerine oranı olarak tanımlanır.
Trafonun değerlendirmesi olarak tanımlanabilir:
Doğrultucu voltaj düşüşü
Gerçek bir doğrultucu karakteristik olarak giriş voltajının bir kısmını düşürür ( silikon cihazlar için tipik olarak 0,7 voltluk bir voltaj düşüşü artı genel olarak doğrusal olmayan eşdeğer bir direnç) - ve yüksek frekanslarda dalga formlarını başka şekillerde bozar. İdeal bir doğrultucunun aksine, biraz güç harcar.
Çoğu düzeltmenin bir yönü, diyotlar boyunca yerleşik voltaj düşüşünün neden olduğu tepe giriş voltajından tepe çıkış voltajına bir kayıptır (sıradan silikon p – n bağlantı diyotları için yaklaşık 0,7 V ve Schottky diyotları için 0,3 V ). Merkeze bağlı sekonder kullanan yarım dalga doğrultma ve tam dalga doğrultma, bir diyot düşüşü kadar tepe voltaj kaybına neden olur. Köprü doğrultma iki diyot damlası kaybına sahiptir. Bu, çıkış voltajını azaltır ve çok düşük bir alternatif voltajın düzeltilmesi gerekiyorsa mevcut çıkış voltajını sınırlar. Diyotlar bu voltajın altında işlem yapmadığından, devre sadece her yarım döngünün bir kısmı boyunca akımı geçirerek, her "hump" arasında kısa sıfır voltaj segmentlerine (anlık giriş voltajının bir veya iki diyot düşüşünün altında olduğu yerlerde) neden olur. ".
Tepe kaybı, alçak gerilim doğrultucular için (örneğin, 12 V veya daha az) çok önemlidir, ancak HVDC güç iletim sistemleri gibi yüksek gerilim uygulamalarında önemsizdir.
Harmonik bozulma
Doğrultucular gibi doğrusal olmayan yükler, anahtarlama davranışı nedeniyle AC tarafındaki kaynak frekansının akım harmoniklerini ve DC tarafındaki kaynak frekansının gerilim harmoniklerini üretir.
Doğrultucu çıktı yumuşatma
Yarım dalga ve tam dalga doğrultma tek yönlü akım sağlarken, ikisi de sabit bir voltaj üretmez. Yarım dalga doğrultucu için kaynak frekansında büyük bir AC dalgalı voltaj bileşeni ve tam dalgalı bir doğrultucu için kaynak frekansının iki katı vardır. Dalgalanma voltajı genellikle tepeden tepeye belirtilir. Düzeltilmiş bir AC beslemesinden sabit DC üretmek için bir yumuşatma devresi veya filtre gerekir . En basit haliyle, bu sadece bir kapasitör (aynı zamanda bir filtre, rezervuar veya yumuşatma kapasitörü olarak da adlandırılır), jikle, direnç, Zener diyot ve direnç veya redresörün çıkışına yerleştirilmiş voltaj regülatörü olabilir. Pratikte çoğu yumuşatma filtresi, dalgalanma voltajını devre tarafından tolere edilebilen bir düzeye verimli bir şekilde düşürmek için birden fazla bileşen kullanır.
Filtre kondansatörü, AC kaynağı herhangi bir güç sağlamadığında, yani AC kaynağı akımın akış yönünü değiştirdiğinde, AC çevriminin parçası sırasında depolanan enerjisini serbest bırakır.
Düşük empedans kaynağı ile performans
Yukarıdaki diyagram, şebeke beslemesi gibi sıfıra yakın bir empedans kaynağından gelen rezervuar performansını göstermektedir . Doğrultucu voltajı yükseldikçe kondansatörü şarj eder ve ayrıca yüke akım sağlar. Çeyrek döngünün sonunda, kondansatör, redresör voltajının tepe değeri Vp'ye yüklenir. Bunu takiben, doğrultucu voltajı bir sonraki çeyrek döngüye girerken minimum Vmin değerine düşmeye başlar. Bu, kapasitörün yük yoluyla deşarjını başlatır.
Kapasitör C'nin boyutu, r = (Vp-Vmin) / Vp olduğunda tolere edilebilecek r dalgalanma miktarı ile belirlenir.
Bu devreler çok sık olarak transformatörlerden beslenir ve önemli dirence sahiptir . Transformatör direnci, rezervuar kapasitör dalga biçimini değiştirir, tepe voltajını değiştirir ve düzenleme sorunlarını ortaya çıkarır.
Kondansatör giriş filtresi
Belirli bir yük için, bir yumuşatma kapasitörünün boyutlandırılması, dalgalanma voltajını düşürmek ve dalgalanma akımını artırmak arasında bir değiş tokuştur. Tepe akımı, gelen sinüs dalgasının yükselen kenarındaki besleme geriliminin yükselme oranıyla ayarlanır ve trafo sargılarının direnci ile azaltılır. Yüksek dalgalanma akımları , kondansatör, redresör ve transformatör sargılarındaki I 2 R kayıplarını (ısı şeklinde) artırır ve bileşenlerin ampasitesini veya transformatörün VA değerini aşabilir. Vakumlu tüp doğrultucular, giriş kapasitörünün maksimum kapasitansını belirtir ve SS diyot doğrultucuların da akım sınırlamaları vardır. Bu uygulama için kapasitörler düşük ESR'ye ihtiyaç duyar , aksi takdirde dalgalanma akımı aşırı ısınabilir. Dalgalı voltajı belirli bir değerle sınırlamak için gerekli kapasitör boyutu yük akımıyla orantılıdır ve besleme frekansı ve giriş döngüsü başına doğrultucunun çıkış tepe sayısı ile ters orantılıdır. Tam dalga doğrultulmuş çıkış, daha küçük bir kapasitör gerektirir, çünkü bu, yarım dalga doğrultulmuş çıkışın frekansının iki katıdır. Dalgalanmayı sadece tek bir kapasitörle tatmin edici bir sınıra indirmek için genellikle pratik olmayan boyutta bir kapasitör gerekir. Bunun nedeni, bir kapasitörün dalgalanma akım değerinin boyutla birlikte doğrusal olarak artmaması ve ayrıca yükseklik sınırlamaları olabilmesidir. Yüksek akım uygulamaları için bunun yerine kapasitör bankları kullanılır.
Jikle giriş filtresi
Düzeltilmiş dalga biçimini bir jikle giriş filtresine koymak da mümkündür . Bu devrenin avantajı, akım dalga biçiminin daha pürüzsüz olmasıdır: akım, bir kapasitör giriş filtresinde olduğu gibi her yarım döngüde AC voltajının zirvelerinde darbeler halinde çekilmek yerine, tüm döngü boyunca çekilir. Dezavantajı, voltaj çıkışının çok daha düşük olmasıdır - tepe noktasından ziyade bir AC yarı döngüsünün ortalaması; bu, bir kapasitör giriş filtresi için RMS voltajının (yüksüz) çarpımına karşı RMS voltajının yaklaşık% 90'ıdır. Bunu dengelemek, güç kaynağı bileşenlerinde tepe voltajı ve dalgalı akım taleplerini azaltan üstün voltaj regülasyonu ve daha yüksek kullanılabilir akımdır. İndüktörler, çekirdek demir veya diğer manyetik malzemeler gerektirir ve ağırlık ve boyut ekler. Bu nedenle, elektronik ekipman için güç kaynaklarında kullanımları, voltaj regülatörleri gibi yarı iletken devreler lehine azalmıştır.
Giriş filtresi olarak direnç
Akü şarj cihazları gibi dalgalanma voltajının önemsiz olduğu durumlarda, giriş filtresi, çıkış voltajını devrenin gerektirdiği değere ayarlamak için tek bir seri direnç olabilir. Bir direnç, hem çıkış voltajını hem de dalgalanma voltajını orantılı olarak azaltır. Direnç giriş filtresinin bir dezavantajı, yük için mevcut olmayan atık ısı biçiminde güç tüketmesidir, bu nedenle yalnızca düşük akım devrelerinde kullanılır.
Daha yüksek sıralı ve kademeli filtreler
Dalgalanmayı daha da azaltmak için, ilk filtre elemanını ilave alternatif seriler ve şönt filtre bileşenleri veya bir voltaj regülatörü takip edebilir. Seri filtre bileşenleri dirençler veya bobinler olabilir; şönt elemanlar dirençler veya kapasitörler olabilir. Filtre, dalgalanmayı azaltmanın yanı sıra DC voltajını artırabilir. Filtreler genellikle RC (seri direnç, şönt kapasitör) veya LC (seri kısma, şönt kapasitör) bölümleri adı verilen seri / şönt bileşen çiftlerinden yapılır. Pi (kondansatör, kısma, kondansatör) ve T (kısma, kapasitör, kısma) filtreleri olarak bilinen iki yaygın filtre geometrisi vardır. Bazen seri elemanlar dirençlerdir - çünkü dirençler daha küçük ve daha ucuzdur - daha düşük bir DC çıkışı istendiğinde veya izin verildiğinde. Diğer bir tür özel filtre geometrisi, bir seri rezonant kısma veya ayarlanmış kısma filtresidir. Alçak geçiren filtreler olan diğer filtre geometrilerinin aksine, rezonans kısma filtresi, bant durdurma filtresidir: dalgalanmaya çok yüksek bir empedans sunan dalgalanma voltajının frekansında rezonansa giren paralel bir kısma ve kapasitör kombinasyonudur. . Ardından filtreyi tamamlamak için şönt kondansatör gelebilir.
Voltaj regülatörleri
DC yükü çok düşük dalgalanma voltajı gerektiriyorsa, ek filtre bileşenlerine daha yaygın bir alternatif, giriş filtresini bir voltaj regülatörü ile takip etmektir. Bir voltaj regülatörü, esasen dalgalanma frekansındaki voltajı yükten uzağa yönlendiren bir voltaj bölücü olan bir filtreden farklı bir prensipte çalışır. Aksine, bir regülatör, sabit bir çıkış voltajını korumak için yüke sağlanan akımı artırır veya azaltır.
Basit bir pasif şönt voltaj regülatörü, kaynak voltajını gerekli seviyeye düşürmek için bir seri direnç ve ayarlanan voltaja eşit ters voltajlı bir Zener diyot şöntünden oluşabilir . Giriş voltajı yükseldiğinde, diyot, ayarlanan çıkış voltajını korumak için akımı boşaltır. Bu tür bir regülatör genellikle sadece düşük voltajlı, düşük akım devrelerinde kullanılır çünkü Zener diyotlarının hem voltaj hem de akım sınırlamaları vardır. Aynı zamanda çok verimsizdir, çünkü yük için mevcut olmayan fazla akımı boşaltır.
Şönt voltaj regülatörüne daha verimli bir alternatif, aktif bir voltaj regülatörü devresidir. Aktif bir regülatör, enerjiyi depolamak ve boşaltmak için reaktif bileşenler kullanır, böylece redresör tarafından sağlanan akımın çoğu veya tamamı yüke iletilir. Kaynak voltajı düştüğünde çıkış voltajını korumak için bir transistör gibi en az bir voltaj yükseltici bileşenle birlikte negatif ve pozitif geri besleme de kullanabilir. Giriş filtresi, dalgalanmanın oluklarının, gerekli çıkış voltajını üretmek için regülatör tarafından gereken minimum voltajın altına düşmesini önlemelidir. Regülatör, hem dalgalanmayı önemli ölçüde azaltmaya hem de besleme ve yük özelliklerindeki değişikliklerle başa çıkmaya hizmet eder.
Başvurular
Doğrultucuların birincil uygulaması, bir AC kaynağından (AC'den DC'ye dönüştürücü) DC gücü elde etmektir. Doğrultucular, neredeyse tüm elektronik ekipmanların güç kaynaklarının içinde kullanılır. AC / DC güç kaynakları genel olarak doğrusal güç kaynaklarına ve anahtarlamalı güç kaynaklarına bölünebilir . Bu tür güç kaynaklarında, doğrultucu, transformatörü takip eden seri halinde olacak ve ardından bir yumuşatma filtresi ve muhtemelen bir voltaj regülatörü gelecektir.
DC gücünü bir voltajdan diğerine dönüştürmek çok daha karmaşıktır. DC'den DC'ye dönüşümün bir yöntemi, önce gücü AC'ye dönüştürür (bir inverter adı verilen bir cihaz kullanarak ), ardından voltajı değiştirmek için bir transformatör kullanır ve son olarak gücü DC'ye geri döndürür. Tipik olarak birkaç on kilohertz'lik bir frekans kullanılır, çünkü bu daha düşük frekanslardan çok daha küçük endüktans gerektirir ve ağır, hacimli ve pahalı demir çekirdekli birimlerin kullanımını engeller. DC voltajlarını dönüştürmenin başka bir yöntemi , kapasitörlerin bağlantılarını değiştirmek için hızlı anahtarlama kullanan bir şarj pompası kullanır ; Bu teknik, gereken kapasitörlerin boyutu nedeniyle genellikle birkaç watt'a kadar olan beslemelerle sınırlıdır.
Redresörler da kullanılan algılama ve genliği modüle edilmiş radyo sinyalleri. Sinyal tespit edilmeden önce yükseltilebilir. Değilse, çok düşük bir voltaj düşüş diyotu veya sabit voltajla önyargılı bir diyot kullanılmalıdır. Demodülasyon için bir doğrultucu kullanırken, kapasitör ve yük direnci dikkatlice eşleştirilmelidir: çok düşük bir kapasitans, yüksek frekanslı taşıyıcının çıkışa geçmesine neden olur ve çok yüksek, kapasitörün sadece şarj olmasını ve yüklü kalmasını sağlar.
Doğrultucular kaynak için polarize voltaj sağlar . Bu tür devrelerde çıkış akımının kontrolü gereklidir; bu bazen bir diyot bir değiştirilmesiyle elde edilir köprü doğrultucu ile tristörler etkili bir şekilde olan voltaj çıkışı açma ve kapatma ile geçiş ile kontrol edilebilir diyodları, faz denetleyicileri ateş .
Tristörler, çeşitli demiryolu vagon sistemlerinde kullanılır, böylece çekiş motorlarının hassas kontrolü sağlanabilir. Kapı kapatma tristörleri , örneğin üç fazlı çekiş motorlarına güç sağlamak için Eurostar Trenlerinde bir DC kaynağından alternatif akım üretmek için kullanılır.
Düzeltme teknolojileri
Elektromekanik
Tüp tipi redresörlerin geliştirildiği yaklaşık 1905'ten önce, güç dönüştürme cihazlarının tasarımı tamamen elektro-mekanikti. Mekanik redresörler , akımı tersine çevirmek için bir anahtar veya komütatör çalıştıran elektromıknatıslar tarafından tahrik edilen bir tür dönüş veya rezonant titreşim kullandı.
Bu mekanik redresörler gürültülüydü ve yüksek bakım gereksinimleri vardı. Hareketli parçalar, aşınma nedeniyle yağlama ve değiştirme gerektiren sürtünmeye sahipti. Yük altında mekanik kontakların açılması, kontakları ısıtan ve aşındıran elektrik arklarına ve kıvılcımlara neden oldu. Ayrıca, saniyede birkaç bin devrin üzerindeki AC frekanslarını idare edemediler .
Senkron doğrultucu
Elektrikli lokomotiflerde alternatif akımı doğru akıma dönüştürmek için senkron bir redresör kullanılabilir. Bir dizi ağır hizmet tipi elektrik kontağını süren senkron bir motordan oluşur. Motor, AC frekansı ile zamanında döner ve sinüzoidal akım sıfır geçişten geçtiği anda yüke olan bağlantıları periyodik olarak tersine çevirir. Kontakların büyük bir akımı değiştirmesi gerekmez , ancak lokomotifin DC çekiş motorlarını beslemek için büyük bir akım taşıyabilmelidirler .
Titreşimli doğrultucu
Bunlar , negatif yarı döngülerde akımın yönünü tersine çeviren kontaklarla, bir AC elektromıknatıs tarafından oluşturulan alternatif bir manyetik alan tarafından titreştirilen bir rezonant sazdan oluşuyordu . Bir düşürücü transformatör tarafından üretilen düşük voltajı düzeltmek için pil şarj cihazları gibi düşük güçlü cihazlarda kullanıldılar . Başka bir kullanım, tüpler için yüksek DC voltajı sağlamak için portatif vakumlu tüp radyolar için pil güç kaynaklarında idi. Bunlar, modern katı hal anahtarlamalı invertörlerin mekanik bir versiyonu olarak , akü voltajını yükseltmek için bir transformatör ve manyetik alanı tarafından çalıştırılan transformatör çekirdeği üzerinde bir dizi vibratör kontağı olarak çalıştırılarak DC akü akımını tekrar tekrar keserek çalışır. Transformatöre güç vermek için darbeli AC. Daha sonra , vibratör üzerindeki ikinci bir redresör kontağı seti, DC'ye ikincil transformatörden gelen yüksek AC voltajını düzeltti.
Motor-jeneratör seti
Bir motor-jeneratör seti veya benzer bir döner dönüştürücü , akımı gerçekten düzeltmediği için tam olarak bir redresör değildir , bunun yerine bir AC kaynağından DC üretir . Bir "MG setinde", bir AC motorun şaftı mekanik olarak bir DC jeneratörünün şaftı ile birleştirilir . DC jeneratörü, armatür sargılarında, armatür şaftı üzerindeki bir komütatörün bir doğru akım çıkışına dönüştürdüğü çok fazlı alternatif akımlar üretir ; veya bir homopolar jeneratör , bir komütatöre ihtiyaç duymadan bir doğru akım üretir. MG setleri, demiryolu çekiş motorları, endüstriyel motorlar ve diğer yüksek akım uygulamaları için DC üretmek için kullanışlıdır ve yüksek güçlü yarı iletkenler haline gelmeden önce birçok yüksek güçlü DC kullanımında (örneğin, açık hava tiyatroları için karbon ark lambalı projektörler) yaygındı. yaygın olarak kullanılan.
Elektrolitik
Elektrolitik doğrultucu artık kullanılmamaktadır yirminci yüzyıla ait bir cihaz oldu. Ev yapımı bir versiyon 1913 tarihli The Boy Mechanic kitabında gösterilmektedir, ancak düşük arıza voltajı ve elektrik çarpması riski nedeniyle yalnızca çok düşük voltajlarda kullanım için uygun olacaktır . Bu türden daha karmaşık bir cihaz 1928'de GW Carpenter tarafından patenti alındı (ABD Patenti 1671970).
Bir elektrolit çözeltisinde iki farklı metal askıya alındığında, çözelti içinden bir yönde akan doğru akım diğer yöne göre daha az direnç görür. Elektrolitik redresörlerde en yaygın olarak bir alüminyum anot ve bir tri-amonyum orto-fosfat çözeltisi içinde süspanse edilmiş bir kurşun veya çelik katot kullanılır.
Düzeltme eylemi, alüminyum elektrot üzerindeki ince bir alüminyum hidroksit kaplamasından kaynaklanır ve ilk önce kaplamayı oluşturmak için hücreye güçlü bir akım uygulanarak oluşturulur. Düzeltme işlemi sıcaklığa duyarlıdır ve en iyi verimlilik için 86 ° F (30 ° C) üzerinde çalışmamalıdır. Ayrıca kaplamanın nüfuz ettiği ve hücrenin kısa devre yaptığı bir kırılma voltajı da vardır . Elektrokimyasal yöntemler genellikle mekanik yöntemlerden daha kırılgandır ve kullanım değişikliklerine duyarlı olabilir, bu da düzeltme süreçlerini büyük ölçüde değiştirebilir veya tamamen bozabilir.
Bir tri-amonyum orto-fosfat çözeltisi tankında birçok alüminyum koni askıya alınarak benzer elektrolitik cihazlar yıldırım kesiciler olarak kullanıldı. Yukarıdaki doğrultucunun aksine, sadece alüminyum elektrotlar kullanıldı ve AC'de kullanıldı, polarizasyon yoktu ve bu nedenle doğrultucu eylemi yoktu, ancak kimya benzerdi.
Çoğu redresör devre konfigürasyonunun önemli bir bileşeni olan modern elektrolitik kondansatör , elektrolitik redresörden de geliştirilmiştir.
Plazma türü
20. yüzyılın başlarında vakum tüp teknolojisinin gelişimi, büyük ölçüde gürültülü, verimsiz mekanik redresörlerin yerini alan çeşitli tüp tipi redresörlerin icat edilmesiyle sonuçlandı.
Cıva ark
Yaklaşık 1909-1975 yılları arasında yüksek voltajlı doğru akım (HVDC) güç iletim sistemlerinde ve endüstriyel işlemede kullanılan bir doğrultucu , cıva arklı doğrultucu veya cıva arklı valftir . Cihaz, soğanlı bir cam kap veya büyük bir metal küvet içine alınır. Bir elektrot, katot , teknenin dibinde bir sıvı cıva havuzuna daldırılır ve anot adı verilen bir veya daha fazla yüksek saflıkta grafit elektrot, havuzun üzerine asılır. Arkın başlatılmasına ve korunmasına yardımcı olacak birkaç yardımcı elektrot olabilir. Katot havuzu ve asılı anotlar arasında bir elektrik arkı oluştuğunda, iyonize cıva yoluyla katottan anotlara bir elektron akışı akar, ancak tam tersi olmaz (prensipte bu, alev düzeltmenin daha yüksek güçlü bir karşılığıdır , bir alevde doğal olarak bulunan plazmanın aynı tek yönlü akım iletim özelliklerini kullanır).
Bu cihazlar yüzlerce kilovatlık güç seviyelerinde kullanılabilir ve bir ila altı faz AC akımını idare edecek şekilde inşa edilebilir. 1970'lerin ortalarında cıva arklı redresörlerin yerini silikon yarı iletken redresörler ve yüksek güçlü tristör devreleri almıştır. Bugüne kadar yapılmış en güçlü cıva arklı redresörler , 1 GW ve 450 kV'den fazla birleşik derecelendirme ile Manitoba Hydro Nelson River Bipole HVDC projesine kuruldu .
Argon gazı elektron tüpü
General Electric Tungar redresör olarak civa buharı (ex.:5B24) ya da argon (ex.:328) gaz doldurulmuş tüp elektron tungsten filamanlı katot ve bir karbon düğmesi anot cihazı. Termiyonik vakum tüpü diyotuna benzer şekilde çalıştı, ancak tüp içindeki gaz ileri iletim sırasında iyonize oldu, bu da ona çok daha düşük bir ileri voltaj düşüşü sağlayarak daha düşük voltajları düzeltebildi. 1920'lerden daha düşük maliyetli metal redresörlere ve daha sonra yarı iletken diyotlara kadar pil şarj cihazları ve benzeri uygulamalar için kullanıldı . Bunlar birkaç yüz volta ve birkaç amper derecesine kadar oluşturuldu ve bazı boyutlarda ek bir elektrotlu akkor lambaya kuvvetle benziyordu .
0Z4, 1940'larda ve 1950'lerde vakum tüplü araba radyolarında yaygın olarak kullanılan gazla doldurulmuş bir doğrultucu tüptür . Bu, iki anot ve bir katot içeren geleneksel bir tam dalgalı redresör tüptüydü, ancak filamenti olmaması bakımından benzersizdi (dolayısıyla tip numarasında "0"). Elektrotlar, ters kırılma voltajı, ileri kırılma voltajından çok daha yüksek olacak şekilde şekillendirildi. Arıza voltajı aşıldığında, 0Z4 yaklaşık 24 V'luk bir ileri voltaj düşüşü ile düşük direnç durumuna geçti.
Diyot vakum tüpü (valf)
Termiyonik vakum tüpü diyot başlangıçta adı, Fleming, kapak , radyo alıcıları radyo dalgaları için bir detektör olarak 1904 yılında, John Ambrose Fleming tarafından icat ve genel redresör haline edildi. Ayrı bir akımla ısıtılan filamanlı , boşaltılmış bir cam ampul ve bir metal plaka anodundan oluşuyordu . Filaman yayılan elektronlar ile , termiyonik salım (Edison etkisi) tarafından keşfedilen , Thomas Edison 1884 yılında ve plaka üzerinde pozitif bir gerilim filamandan plakaya boru içinden elektron akımını neden oldu. Yalnızca filaman elektron ürettiğinden, tüp akımı yalnızca bir yönde ileterek tüpün alternatif bir akımı düzeltmesine izin verir.
Termiyonik diyot doğrultucular, diğer vakum tüplerinin ihtiyaç duyduğu yüksek DC plaka voltajını sağlamak için fonograflar, radyolar ve televizyonlar, örneğin All American Five radyo alıcısı gibi vakumlu tüp tüketici elektroniği ürünlerindeki güç kaynaklarında yaygın olarak kullanılmıştır . İki ayrı plakalı "tam dalga" versiyonları popülerdi çünkü bunlar, tam dalgalı bir doğrultucu yapmak için bir merkez-tapalı transformatörle birlikte kullanılabilirlerdi. Vakum tüp doğrultucular böyle yüksek gerilim güç kaynağı olarak çok yüksek gerilimler için yapılmıştır katot ışın tüpü içinde televizyon alıcıları ve güç kaynağı için kullanılan kenotron röntgen ekipmanı. Bununla birlikte, modern yarı iletken diyotlarla karşılaştırıldığında, vakum tüp redresörleri, alan şarjı nedeniyle yüksek iç dirence sahiptir ve bu nedenle yüksek voltaj düşüşleri, yüksek güç dağılımına ve düşük verime neden olur. Plaka güç dağılımının sınırları nedeniyle 250 mA'yı aşan akımları nadiren idare edebilirler ve pil şarj cihazları gibi düşük voltaj uygulamaları için kullanılamazlar. Vakum borusu redresörünün diğer bir sınırlaması, ısıtıcı güç kaynağının, onu redresör devresinin yüksek voltajlarından izole etmek için çoğu zaman özel düzenlemeler gerektirmesidir.
Katı hal
Kristal dedektörü
Kristal dedektör, en eski yarı iletken diyot tipiydi. Jagadish Chandra Bose tarafından icat edilen ve 1902'den itibaren GW Pickard tarafından geliştirilen bu, coherer gibi daha önceki dedektörlere göre önemli bir gelişmeydi. Kristal detektör, vakumlu tüpler kullanıma sunulmadan önce yaygın olarak kullanıldı. Genellikle bir kedinin bıyık detektörü olarak adlandırılan popüler bir kristal detektör türü , yüzeyine dokunan hafif yaylı bir tel ile bazı yarı iletken minerallerden , genellikle galenadan (kurşun sülfit) oluşan bir kristalden oluşur . Kırılganlığı ve sınırlı akım kapasitesi, onu güç kaynağı uygulamaları için uygunsuz hale getirdi. 1930'larda araştırmacılar , kristal detektörü mikrodalga frekanslarında kullanılmak üzere minyatürleştirdiler ve geliştirdiler .
Selenyum ve bakır oksit redresörler
1970'lerde daha kompakt ve daha az maliyetli silikon katı hal redresörleri ile değiştirilene kadar yaygın olan bu üniteler, oksit kaplı metal plakalar kullandı ve selenyum veya bakır oksidin yarı iletken özelliklerinden yararlandı . Da selenyum redresör daha hafif ve karşılaştırılabilir vakum tüpü redresör daha az enerji kullanılır, bunlar, sınırlı yaşam süresi gibi bir dezavantaj sergiler yaş ile artan bir direnç ve düşük frekanslarda kullanmak uygundur edildi. Hem selenyum hem de bakır oksit redresörler, silikon redresörlere göre anlık gerilim geçişlerine karşı biraz daha iyi toleransa sahiptir.
Tipik olarak bu redresörler, voltaj tarafından belirlenen yığın sayısı ile merkezi bir cıvata ile bir arada tutulan metal plaka veya pul yığınlarından oluşuyordu; her hücre yaklaşık 20 V olarak derecelendirilmiştir. Bir otomotiv akü şarj cihazı redresörünün yalnızca bir hücresi olabilir: bir vakum tüpü için yüksek voltajlı güç kaynağı düzinelerce istiflenmiş plakaya sahip olabilir. Hava soğutmalı bir selenyum yığınındaki akım yoğunluğu, aktif alanın inç karesi başına yaklaşık 600 mA idi (santimetre kare başına yaklaşık 90 mA).
Silikon ve germanyum diyotlar
Silikon diyotlar, daha düşük voltajlar ve güçler için en yaygın kullanılan redresörlerdir ve büyük ölçüde diğer redresörlerin yerini almıştır. Germanyum diyotlar, önemli ölçüde daha düşük ileri voltajları nedeniyle (silikon diyotlar için 0,3V'ye karşı 0,7V), düşük voltaj devrelerinde silikon diyotlara göre doğal bir avantaja sahiptir.
Yüksek güç: tristörler (SCR'ler) ve daha yeni silikon bazlı voltaj kaynaklı dönüştürücüler
Yüksek güçlü uygulamalarda, 1975'ten 2000'e kadar, çoğu cıva valf ark doğrultucusunun yerini çok yüksek güçlü tristör yığınları, basit bir diyotla karşılaştırıldığında iki ekstra yarı iletken katmana sahip silikon cihazlar aldı.
Orta güç iletim uygulamalarında, yalıtımlı geçit bipolar transistörleri (IGBT) ve kapı kapatma tristörleri (GTO) gibi daha karmaşık ve karmaşık voltaj kaynaklı dönüştürücü (VSC) silikon yarı iletken doğrultucu sistemleri, daha küçük yüksek voltajlı DC güç aktarımı yapmıştır. sistemler ekonomik. Bu cihazların tümü redresör görevi görür.
2009 itibariyle, bu yüksek güçlü silikon "kendi kendini değiştiren anahtarların", özellikle IGBT'lerin ve entegre geçit değiştirmeli tristör (IGCT) olarak adlandırılan bir değişken tristörün (GTO ile ilgili) gücünün artırılması bekleniyordu. En yüksek güç iletimli DC uygulamaları için nihayetinde basit tristör tabanlı AC düzeltme sistemlerinin yerini alacak kadar derecelendirilmiştir.
Aktif doğrultucu
Aktif düzeltme, diyotları transistörler , genellikle güç MOSFET'leri veya güç BJT'leri gibi aktif olarak kontrol edilen anahtarlarla değiştirerek düzeltmenin verimliliğini artırmak için bir tekniktir . Normal yarı iletken diyotlar kabaca 0,5-1 volt civarında sabit bir voltaj düşüşüne sahipken, aktif redresörler direnç gibi davranır ve keyfi olarak düşük voltaj düşüşüne sahip olabilir.
Aktif düzeltmenin birçok uygulaması vardır. Minimum güç kaybı verirken kısmi gölgeleme ile aşırı ısınmaya neden olabilecek ters akım akışını önlemek için fotovoltaik panel dizileri için sıklıkla kullanılır.
Güncel araştırma
Önemli bir araştırma alanı, terahertz ve ışık frekanslarına dönüşebilen daha yüksek frekanslı redresörler geliştirmektir. Bu cihazlar, optik fiber iletişiminde ve atomik saatlerde sayısız uygulamaya sahip olan optik heterodin tespitinde kullanılır . Bu tür cihazlar için bir başka olası uygulama , DC elektrik gücü üretmek için nantennalar adı verilen küçük antenler tarafından toplanan ışık dalgalarını doğrudan düzeltmektir . Antenlerin diziler üreten daha verimli araç olabilir düşünülmektedir güneş enerjisi daha güneş pilleri .
İlgili bir araştırma alanı, daha küçük redresörlerin geliştirilmesidir, çünkü daha küçük bir cihaz daha yüksek bir kesme frekansına sahiptir. Araştırma projeleri, doğrultucu olarak işlev görecek tek bir organik molekül olan tek moleküllü bir doğrultucu geliştirmeye çalışıyor .
Ayrıca bakınız
|Wikimedia Commons, doğrultucularla ilgili medyaya sahiptir .|
- AC adaptörü
- Karl Ferdinand Braun (nokta temaslı doğrultucu, 1874)
- Hassas redresör
- Doğrultucu
- Viyana doğrultucu