Выпрямители тока
Выпрямители тока
Выпрямителями называются специальные устройства, преобразующие переменный ток в постоянный.
В технике наибольшее применение получили выпрямители из полупроводников .
Полупроводниковыми называются вещества, занимающие в отношении электропроводности промежуточное положение между хорошими проводниками и хорошими изоляторами. Как известно, в металлах (проводниках) носителями электрических зарядов являются свободные электроны, которые под влиянием приложенного напряжения перемещаются по металлу.
Число свободных электронов в металле почти равно числу атомов в нем. Атомы, от которых отделились электроны, становятся положительными ионами, вследствие чего кристаллическая решетка металла оказывается состоящей из положительных ионов, сохраняющих свои места в решетке.
Если в веществе свободных электронов значительно меньше, чем атомов в кристаллической решетке, то ионами становятся только некоторые из атомов. Следовательно, в некоторых узлах кристаллической решетки будут находиться атомы без одного электрона. Эти узлы получили название дырок. При нагревании такого вещества (полупроводника) происходит как бы перескок электронов из соседнего атома в дырку, т. е. в положительный ион. Этот ион становится полноценным атомом, а соседний атом, из которого электрон перескочил, становится ионом. Дырка переместилась с одного места на другое. При отсутствии электрического поля перемещение дырок носит беспорядочный характер. Если полупроводник находится в сфере действия электрического поля, электроны будут перескакивать в направлении, обратном действию поля, а дырки перемещаться в направлении поля, что аналогично перемещению положительных зарядов. Проводимость, связанная с перемещением дырок внутри кристаллической решетки, получила название дырочной проводимости.
Если в полупроводнике при комнатной температуре работа отрыва электрона от атома очень велика, то в кристалле такого вещества нет ни свободных электронов, ни дырок. При наличии электрического поля в таком веществе тока не возникнет. Если повышать температуру вещества, то при определенной температуре часть электронов оторвется от атомов и появятся дырки. Кристалл такого вещества приобретает сразу две проводимости — дырочную и электронную. Такие полупроводники называются собственными полупроводниками. Таким образом, сопротивление полупроводников при повышении температуры резко уменьшается.
Примесными полупроводниками называются такие, которые превращаются в полупроводники при наличии в них определенных примесей. Примеси бывают двух родов: одни из них отнимают от атомов кристалла электроны и прочно их удерживают (в этом случае кристалл приобретает дырочную проводимость, а электронная проводимость отсутствует), другие примеси, наоборот, легко отдают электроны (тогда кристалл приобретает электронную проводимость, но не имеет дырочной проводимости). Одно и то же вещество можно сделать и дырочным и электронным полупроводником в зависимости от рода примеси. Если в кристаллическую решетку полупроводника добавить примеси, имеющие большую валентность (валентностью называется свойство атомов химических элементов вступать в химическое соединение с определенным числом атомов водорода (одновалентный элемент)), чем валентность основного полупроводника, то полупроводник получает электронную проводимость или типа п (negative — отрицательный).
Если добавить примесь, имеющую меньшую валентность, чем основной полупроводник, то полупроводник приобретает дырочную проводимость, или типа р (positive — положительный).
Рекомендуемые материалы
На границе между соприкасающимися полупроводниками различных типов (электронного и дырочного) образуется запирающий слой, который обладает различной проводимостью в зависимости от направления тока. В одном направлении ток проходит, в другом направлении, при таком же напряжении, — не проходит.
Это свойство запирающего слоя объясняется тем, что на границе между дырочным и электронным полупроводниками вследствие взаимной диффузии дырок и электронов образуется переходный слой, не имеющий ни дырок, ни электронов (свободных). В переходном слое возникает электрическое поле, имеющее направление от электронного полупроводника к дырочному. Это поле препятствует движению через переходный слой электронов и дырок. Если приложить напряжение такого знака, чтобы задерживающее поле в переходном слое уменьшилось или совсем уничтожилось, то дырки и электроны смогут проходить через слой и, следовательно, может проходить ток. Если же приложенное напряжение будет совпадать с направлением электрического поля, т. е. усиливать его, то ток проходить не сможет. Это свойство переходного слоя на границе полупроводников использовано для устройства выпрямителей. Схемы выпрямления однофазного переменного тока показаны на рис. 22.
Управленческая мысль в XVIII в - лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.
При однополупериодном выпрямлении (рис. 22, а) нижняя часть синусоиды переменного тока выпрямителем срезается. В цепи протекает пульсирующий ток с перерывом в полпериода.
На рис. 22, б представлена схема выпрямителя однофазного тока с использованием средней точки вторичной обмотки трансформатора. Сплошными стрелками показано направление в первый полупериод, а штриховыми стрелками — во второй полупериод. В отличие от первой схемы здесь нет перерыва тока, так как используются обе половины синусоиды однофазного тока. Имеются схемы выпрямления, в которых пульсация выпрямленного тока сведена к минимуму. Аналогично работают так называемые мостовые схемы выпрямления, применяемые как для однофазного, так и для трехфазного тока.
При применении трехфазной мостовой схемы для выпрямления количество выпрямительных элементов меньше, чем в однофазной мостовой схеме при той же мощности; пульсация выпрямленного тока также меньше.
В сварочном производстве применяют выпрямители для питания сварочной дуги постоянным током от сети переменного тока.
Для выпрямителей применяются германиевые и кремниевые полупроводники.
