Πώς λειτουργεί ένας ανορθωτής;
Ένας ανορθωτής μετατρέπει το AC σε DC και στη συνέχεια το περνά στο κύκλωμα πυρήνα της συσκευής. Ένας ανορθωτής μπορεί να δημιουργήσει τροφοδοσία DC είτε διορθώνοντας μόνο έναν κύκλο (είτε θετικό είτε αρνητικό) της παροχής AC είτε διορθώνοντας και τους δύο. Ο πρώτος λοιπόν ονομάζεται ανορθωτής μισού κύματος, καθώς διορθώνει μόνο το μισό της κυματομορφής παροχής, ενώ ο δεύτερος ανορθωτή πλήρους κύματος, καθώς ανορθώνει και τα δύο μισά ή το σύνολο της κυματομορφής.
Αρχικά, το πολυτιμότερο πράγμα σας δεν θα μπορούσε να λειτουργήσει χωρίς ανορθωτή:όχι, δεν είναι το τηλέφωνό σας, αλλά ο φορτιστής του. Ο φορτιστής του τηλεφώνου σας και, ως εκ τούτου, η πλειονότητα των οικιακών ηλεκτρονικών συσκευών σας δεν λειτουργούν με τροφοδοσία εναλλασσόμενου ρεύματος - το εναλλασσόμενο ρεύμα που παράγεται από σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής και στη συνέχεια παρέχεται στο σπίτι σας μέσω καλωδίων μετάδοσης - αλλά μάλλον με παροχή συνεχούς ρεύματος:σταθερή ρεύμα που ρέει ασταμάτητα σε μία μόνο κατεύθυνση.
Ο ανορθωτής είναι ένα κύκλωμα ενσωματωμένο στη συσκευή σας που μετατρέπει την ανήσυχη παροχή AC που έρχεται στο σπίτι σας σε σταθερή παροχή DC, έτσι ώστε οι συσκευές σας να μπορούν να λειτουργούν σωστά. Ωστόσο, πώς ο ανορθωτής επιτυγχάνει αυτήν την διόρθωση ?
Η δίοδος
Η δίοδος είναι ένας από τους πρώτους απογόνους της επανάστασης των ημιαγωγών. Η συσκευή είναι βασικά δύο πλάκες ημιαγωγών κολλημένες μεταξύ τους. Ωστόσο, οι ημιαγωγοί διαφέρουν ως προς τις ιδιότητές τους:κάποιος είναι φτωχός από ηλεκτρόνια ή παρουσιάζει περίσσεια θετικών φορτίων ή οπών, ενώ το άλλο είναι γεμάτο με ηλεκτρόνια και επομένως εμφανίζει περίσσεια αρνητικών φορτίων. Μαζί, αποτελούν αυτό που ονομάζεται PN Junction.
Ο θεμελιώδης σκοπός μιας διόδου, σε αντίθεση με μια αντίσταση, είναι να επιτρέπει στο ρεύμα να ρέει προς μια μόνο κατεύθυνση. Το ρεύμα μέσω μιας διόδου θα ρέει μόνο όταν ο θετικός ημιαγωγός της, ή η άνοδος, συνδέεται με τον θετικό πόλο της μπαταρίας και τον αρνητικό ημιαγωγό της ή την κάθοδο, συνδέεται στον αρνητικό πόλο της μπαταρίας. Το ρεύμα καταπνίγεται όταν οι ακροδέκτες είναι διασταυρωμένες.
Η δίοδος βρίσκεται στην καρδιά του ανορθωτή, όπου ο ανορθωτής αξιοποιεί τις ιδιότητές του για να εκπληρώσει το σκοπό του.
Διόρθωση
Πρώτα απ 'όλα, η τάση AC μειώνεται δραστικά, καθώς μια τριψήφια τάση θα τηγανίσει τη φρυγανιέρα ή τον φορτιστή σας. Αυτό επιτυγχάνεται με μετασχηματιστή ή ρυθμιστή τάσης. Στη συνέχεια, η μειωμένη παροχή AC τροφοδοτείται στη συσκευή, όπου υποδέχεται πρώτα ο ανορθωτής. Ο ανορθωτής μετατρέπει το εναλλασσόμενο ρεύμα σε συνεχές ρεύμα και στη συνέχεια το περνά στο κύκλωμα πυρήνα της συσκευής.
Ένας ανορθωτής μπορεί να δημιουργήσει τροφοδοσία DC είτε διορθώνοντας μόνο έναν κύκλο (είτε θετικό είτε αρνητικό) της παροχής AC είτε διορθώνοντας και τους δύο. Ο πρώτος λοιπόν ονομάζεται ανορθωτής μισού κύματος, καθώς διορθώνει μόνο το μισό της κυματομορφής παροχής, ενώ ο δεύτερος ανορθωτή πλήρους κύματος, καθώς ανορθώνει και τα δύο μισά ή το σύνολο της κυματομορφής.
Ανορθωτής μισού κύματος
Το μέγεθος της παροχής εναλλασσόμενου ρεύματος μειώνεται με έναν μετασχηματιστή και τροφοδοτείται σε αυτή τη συγκεκριμένη διαμόρφωση διόδων. Η διαμόρφωση θα διορθώσει μόνο τους θετικούς κύκλους της κυματομορφής:
Θετικός ανορθωτής μισού κύματος
Κατά τη διάρκεια ενός θετικού κύκλου, λαμβάνεται θετικό φορτίο στον άνω κόμβο, ενώ αρνητικό φορτίο στον κάτω κόμβο. Τώρα, επειδή μια δίοδος θα επιτρέψει στο ρεύμα να περάσει μόνο όταν η άνοδος (το τρίγωνο) είναι συνδεδεμένη στον θετικό ακροδέκτη και η κάθοδος (η ράβδος) είναι συνδεδεμένη στον αρνητικό ακροδέκτη, και οι δύο δίοδοι στη διαμόρφωση θα διεξάγουν κατά τη διάρκεια της θετικής κύκλος. Επομένως, το φορτίο τροφοδοτείται με ρεύμα:ο θετικός κύκλος αναπαράγεται στην κυματομορφή εξόδου του.
Ωστόσο, όταν η τροφοδοσία AC εναλλάσσεται, η πολικότητα στους κόμβους αλλάζει:τώρα, ο επάνω κόμβος είναι αρνητικά φορτισμένος, ενώ ο κάτω κόμβος είναι θετικά φορτισμένος. Οι δίοδοι συνδέονται σταυρωτά και το ρεύμα παύει να ρέει. Όταν δεν φθάνει ρεύμα στο φορτίο, η κυματομορφή εξόδου για τον αρνητικό κύκλο είναι μια γραμμή που ανιχνεύει τον άξονα Χ, που απεικονίζει το πέρασμα του χρόνου, αλλά όχι κάποιο ρεύμα.
Τάση σε όλο το φορτίο μετά τη διόρθωση
Ο αρνητικός κύκλος μπορεί να διορθωθεί (με το κόστος του θετικού κύκλου, φυσικά) μέσω λίγων λεπτομέρειας στη διαμόρφωση των διόδων:
Αρνητικός ανορθωτής μισού κύματος
Η διαμόρφωση είναι τέτοια ώστε το φορτίο να έχει ρεύμα κατά τη διάρκεια του αρνητικού κύκλου, πιο συγκεκριμένα, όταν λαμβάνεται αρνητικό φορτίο στον επάνω κόμβο και θετικό φορτίο στον κάτω κόμβο. Φυσικά, επειδή είναι ανορθωτής μισού κύματος, το ρεύμα καταπνίγεται όταν το ρεύμα εναλλάσσεται και οι πολικότητες αλλάζουν. Καθώς αυτός ο ανορθωτής διορθώνει μόνο τους αρνητικούς κύκλους, η κυματομορφή εξόδου του θα μοιάζει με αυτό:
Τάση σε όλο το φορτίο μετά τη διόρθωση
Ωστόσο, μπορεί κανείς να παρατηρήσει πώς οι κυματομορφές είναι ανώμαλες:δύο κύματα παραγωγικότητας που χωρίζονται από ένα ανεπιθύμητο κενό αδράνειας ή μη παραγωγικότητας. Η κυματομορφή μπορεί να «λειάνει» με έναν μεγάλο πυκνωτή φιλτραρίσματος. Ο πυκνωτής θα συσσωρεύσει ενέργεια κατά τη διάρκεια του παραγωγικού κύκλου και θα την απελευθερώσει κατά τη διάρκεια του μη παραγωγικού κύκλου μέχρι να ξεκινήσει ο επόμενος παραγωγικός κύκλος. Στη συνέχεια συσσωρεύει ξανά ενέργεια και ολόκληρος ο κύκλος επαναλαμβάνεται. Το αποτέλεσμα είναι μια γεφύρωση της κοιλάδας – μια σταθερή, μονοκατευθυντική παροχή DC.
Ωστόσο, η μετατροπή είναι δραματικά αναποτελεσματική:γιατί πρέπει να σπαταλάμε τη μισή όλη ενέργεια; Γιατί δεν πρέπει να χρησιμοποιούμε κάθε ουγγιά του;
Ανορθωτής πλήρους κύματος
Ένας ανορθωτής διορθώνει μόνο τα θετικά μισά, ενώ ένας άλλος διορθώνει μόνο τα αρνητικά μισά. Πώς λοιπόν αναπτύσσουμε έναν ανορθωτή που ανορθώνει και τα δύο μισά διαδοχικά; Απλώς συνδυάζοντας τους δύο ανορθωτές!
Ανορθωτής πλήρους κύματος
Το κύκλωμα φαίνεται μπλεγμένο και επομένως αυτόματα περίπλοκο και μπερδεμένο. Ωστόσο, η λειτουργία του, αντίθετα, είναι εκπληκτικά απλή. Εξετάστε το κύκλωμα προσεκτικά και θα παρατηρήσετε ότι είναι κυριολεκτικά ένας συνδυασμός των δύο ανορθωτών μισού κύματος που εξηγήθηκαν παραπάνω.
Ο πρώτος ανορθωτής μισού κύματος άγει κατά τη διάρκεια του θετικού κύκλου, ενώ ο δεύτερος ανορθωτής μισού κύματος κατά τον αρνητικό κύκλο. Καθώς το ρεύμα διέρχεται από το φορτίο και στους δύο κύκλους, δεν υπάρχουν κενά στην κυματομορφή εξόδου. Είναι μια συνεχής σειρά από λόφους, ή μονοπάτι ενέργειας.
Φυσικά, υπάρχουν κενά μεταξύ των λόφων, αλλά είναι πολύ στενότερα από τα κενά στην κυματομορφή εξόδου ενός ανορθωτή μισού κύματος. Μπορούμε να αφαιρέσουμε αυτές τις μικρές ασυνέπειες, πάλι, με έναν μεγάλο πυκνωτή φιλτραρίσματος. Η ομαλοποιημένη κυματομορφή είναι μια ακόμα πιο σταθερή, ενεργειακά αποδοτική και υψηλής ποιότητας παροχή DC.
