डायोड रेक्टिफिकेशन: हाफ-वेव, फुल-वेव, पीआईवी

इलेक्ट्रॉनिक्स में, सुधार एक प्रक्रिया है जिसमें एक रेक्टिफायर डायोड एक वैकल्पिक पूर्ण चक्र एसी इनपुट सिग्नल को आधा चक्र डीसी आउटपुट सिग्नल में परिवर्तित करता है।

एक एकल डायोड आधी लहर सुधार का उत्पादन करता है, और 4 डायोड का एक नेटवर्क पूर्ण लहर सुधार उत्पन्न करता है

इस पोस्ट में हम हाफ वेव और फुल वेव डायोड रेक्टिफिकेशन प्रोसेस, और अन्य प्रॉपर्टीज को साइन-वेव और स्क्वायर वेव जैसे टाइम-डिफरेंशियल फंक्शन्स के जरिए एनालिसिस करेंगे। मतलब, वोल्टेज और धाराओं के माध्यम से जो समय के साथ अपनी परिमाण और ध्रुवता को बदलते हैं।

हम गणना में जटिलताओं को कम करने के लिए डायोड को एक सिलिकॉन डायोड या जर्मेनियम मानकर अनदेखा करने के लिए एक आदर्श डायोड मानेंगे। हम डायोड को मानक रेक्टिफिकेशन क्षमताओं के साथ एक मानक रेक्टिफायर डायोड मानेंगे।

हाफ-वेव रेक्टिफिकेशन

डायोड पर लागू समय-भिन्न संकेत दिखाने वाला सबसे सरल आरेख निम्न आरेख में दिखाया गया है:

यहां हम एक एसी वेवफॉर्म देख सकते हैं, जहां अवधि टी वेवफॉर्म के एक पूर्ण चक्र को दर्शाती है, जो कि औसत मूल्य या भागों के बीजीय योग या केंद्रीय अक्ष के ऊपर और नीचे कूबड़ है।

इस प्रकार का सर्किट जिसमें एक एकल रेक्टिफायर डायोड को समय-भिन्न होने वाले साइनसोइडल एसी सिग्नल इनपुट के साथ लागू किया जाता है ताकि इनपुट का आधा मान एक डीसी आउटपुट उत्पन्न हो सके को हाफ वेव रेक्टिफायर कहा जाता है । इस सर्किट में डायोड को रेक्टिफायर के रूप में संदर्भित किया जाता है।

एसी तरंग के टी = 0 → टी / 2 के बीच की अवधि के दौरान, वोल्टेज vi की ध्रुवता नीचे आरेख में दर्शाए अनुसार दिशा में एक 'दबाव' बनाती है। यह डायोड को चालू करने और ध्रुवीयता के साथ आचरण करने की अनुमति देता है जैसा कि डायोड प्रतीक के ठीक ऊपर दर्शाया गया है।

चूंकि डायोड पूरी तरह से संचालित हो रहा है, डायोड को शॉर्ट सर्किट के साथ प्रतिस्थापित करना, एक आउटपुट उत्पन्न करेगा जैसा कि ऊपर दाईं ओर की छवि में दिखाया गया है।

इसमें कोई संदेह नहीं है, उत्पन्न आउटपुट तरंग के केंद्रीय अक्ष के ऊपर लागू इनपुट संकेत की सटीक प्रतिकृति प्रतीत होता है।

टी / 2 → टी की अवधि के दौरान, इनपुट सिग्नल vi की ध्रुवता नकारात्मक हो जाती है, जिससे डायोड को बंद कर दिया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप डायोड टर्मिनलों के बराबर एक खुला सर्किट होता है। इसके कारण आवेश टी / 2 → टी की अवधि के दौरान डायोड पथ में प्रवाहित नहीं हो पाता है, जिससे आवाज होती है:

आवाज = iR = 0R = 0 V (ओम का नियम का उपयोग करके)। निम्नलिखित चित्र में प्रतिक्रिया की कल्पना की जा सकती है:

इस आरेख में हम देख सकते हैं कि डायोड से DC आउटपुट Vo, इनपुट फुल चक्र के लिए धुरी के ऊपर एक शुद्ध औसत पॉजिटिव क्षेत्र पैदा करता है, जिसे सूत्र द्वारा निर्धारित किया जा सकता है:

Vdc = 0.318 Vm (आधी लहर)

डायोड अर्ध-तरंग सुधार प्रक्रिया के दौरान इनपुट vi और आउटपुट वॉइस वोल्टेज निम्न आकृति में प्रस्तुत किया गया है:

उपरोक्त आरेखों और स्पष्टीकरण से हम एक प्रक्रिया के रूप में आधा-तरंग सुधार को परिभाषित कर सकते हैं जिसमें इनपुट चक्र का एक-आधा हिस्सा अपने आउटपुट पर डायोड द्वारा समाप्त हो जाता है।

एक सिलिकॉन डायोड का उपयोग करना

जब एक सिलिकॉन डायोड को रेक्टिफायर डायोड के रूप में उपयोग किया जाता है, क्योंकि इसमें वीटी = 0.7 वी की एक आगे की वोल्टेज ड्रॉप विशेषता होती है, यह निम्न पूर्वाग्रह क्षेत्र उत्पन्न करता है जैसा कि निम्नलिखित आकृति में दिखाया गया है:

VT = 0.7 V का मतलब है कि अब डायोड को सफलतापूर्वक चालू करने के लिए इनपुट सिग्नल कम से कम 0.7 V होना चाहिए। यदि इनपुट वीटी 0.7 से कम है तो डायोड को चालू करने में विफल हो जाएगा और डायोड अपने ओपन सर्किट मोड में वीओ = 0 वी के साथ जारी रहेगा।

जबकि डायोड सुधार प्रक्रिया के दौरान संचालित होता है, यह एक डीसी आउटपुट उत्पन्न करता है जो वोल्टेज अंतर आवाज के लिए एक निश्चित वोल्टेज स्तर वहन करता है - vi, 0.7 वी के ऊपर चर्चा की गई आगे की बूंद के बराबर। हम निम्न सूत्र के साथ इस निश्चित स्तर को व्यक्त कर सकते हैं:

आवाज = vi - वीटी

यह धुरी के ऊपर औसत आउटपुट वोल्टेज में कमी का उत्पादन करता है, जिससे डायोड से आयतित आउटपुट की थोड़ी शुद्ध कमी होती है।

उपरोक्त आकृति का उल्लेख करते हुए, यदि हम Vm (पीक सिग्नल लेवल) को VT से पर्याप्त रूप से अधिक मानते हैं, जैसे Vm >> VT, हम निम्न सूत्र का उपयोग करके डायोड से औसत डीसी आउटपुट मान का मूल्यांकन कर सकते हैं, काफी सटीक रूप से।

Vdc ≅ 0.318 (Vm - VT)

अधिक सटीक रूप से, यदि इनपुट एसी चोटी डायोड के VT (फॉरवर्ड ड्रॉप) की तुलना में पर्याप्त रूप से अधिक है, तो हम बस डायोड से सुधारा डीसी आउटपुट का अनुमान लगाने के लिए पिछले सूत्र का उपयोग कर सकते हैं:

Vdc = 0.318 Vm

हाफ ब्रिज रेक्टिफायर के लिए हल उदाहरण

संकट:

आउटपुट आवाज़ का मूल्यांकन करें और नीचे दिखाए गए सर्किट डिज़ाइन के आउटपुट का डीसी परिमाण ज्ञात करें:

उपाय: उपरोक्त सर्किट नेटवर्क के लिए, डायोड इनपुट सिग्नल के नकारात्मक भाग के लिए चालू होगा, और आवाज निम्न स्केच में इंगित की जाएगी।

इनपुट एसी चक्र की पूरी अवधि के लिए, डीसी आउटपुट होगा:

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

नकारात्मक संकेत आउटपुट डीसी की ध्रुवीयता को इंगित करता है जो समस्या के तहत आरेख में दिए गए संकेत के विपरीत है।

समस्या # 2: डायोड को सिलिकॉन डायोड मानकर उपरोक्त समस्या का समाधान करें।

एक सिलिकॉन डायोड के मामले में, आउटपुट तरंग इस तरह दिखाई देगी:

और आउटपुट डीसी की गणना निम्नानुसार की जाएगी:

Vdc d - 0.318 (Vm - 0.7 V) = - 0.318 (19.3 V) 6.1 - 6.14 V

0.7 V कारक के कारण आउटपुट DC वोल्टेज में गिरावट लगभग 0.22V या लगभग 3.5% है

फुल-वेव रेक्टिफिकेशन

जब एसी साइनसॉइडल सिग्नल को सुधार के लिए इनपुट के रूप में उपयोग किया जाता है, तो डीसी आउटपुट को पूर्ण-तरंग सुधार प्रक्रिया का उपयोग करके 100% के स्तर पर सुधार किया जा सकता है।

इसे प्राप्त करने के लिए सबसे अच्छी तरह से ज्ञात और आसान प्रक्रिया 4-डायोड को नियोजित करती है पुल सुधारक नेटवर्क जैसा कि नीचे दिखाया गया है।

जब सकारात्मक इनपुट चक्र टी = 0 से टी / 2 की अवधि के माध्यम से आगे बढ़ता है, तो डायोड में इनपुट एसी सिग्नल की ध्रुवीयता और डायोड से आउटपुट निम्नानुसार हैं:

यहां, हम देख सकते हैं कि पुल में डायोड नेटवर्क की विशेष व्यवस्था के कारण, जब डी 2, डी 3 आचरण, विपरीत डायोड डी 1, डी 4 उलट पक्षपाती और स्विच ऑफ स्थिति में रहते हैं।

डी 2, डी 3 के माध्यम से इस सुधार प्रक्रिया से उत्पन्न शुद्ध आउटपुट डीसी को उपरोक्त आरेख में देखा जा सकता है। चूंकि हमने डायोड को आदर्श मानने की कल्पना की है, इसलिए आउटपुट आवाज = vin है।

अब, इसी तरह इनपुट सिग्नल डायोड डी 1, डी 4 आचरण और डायोड डी 2 के नकारात्मक आधे चक्र के लिए, डी 3 एक ऑफ स्थिति में जाते हैं, जैसा कि नीचे दिया गया है:

हम स्पष्ट रूप से देख सकते हैं कि ब्रिज रेक्टिफायर से आउटपुट एसी के पॉजिटिव और निगेटिव हाफ साइकल दोनों को सेंट्रल एक्सिस के ऊपर दो डीसी हाफ साइकल में बदल देता है।

चूँकि धुरी के ऊपर का यह क्षेत्र अब आधी तरंग परिशोधन के लिए प्राप्त क्षेत्र से दो गुना अधिक है, इसलिए आउटपुट DC भी दो बार परिमाण बनेगा, जैसा कि निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करके गणना की गई है:

Vdc = 2 (0.318Vm)

या

Vdc = 0.636Vm (पूर्ण-तरंग)

जैसा कि उपर्युक्त आकृति में दर्शाया गया है, यदि आदर्श डायोड के बजाय एक सिलिकॉन डायोड का उपयोग किया जाता है, तो चालन लाइन पर किर्चोफ के वोल्टेज कानून को लागू करने से हमें निम्नलिखित परिणाम प्राप्त होंगे:

vi - VT - आवाज - VT = 0, और आवाज = vi - 2VT,

इसलिए, आउटपुट वोल्टेज पीक आवाज होगी:

वोमक्स = वीएम - 2 वीटी

ऐसी स्थिति में जहां वी >> 2 वीटी, हम अपने पूर्व समीकरण का उपयोग कर सकते हैं सटीक औसत डिग्री के साथ औसत मूल्य प्राप्त करने के लिए:

Vdc ≅ - 0.636 (Vm - 2VT),

फिर भी, यदि हमारे पास VV 2VT से काफी अधिक है, तो 2VT को केवल अनदेखा किया जा सकता है, और समीकरण को हल किया जा सकता है:

Vdc ≅ - 0.636 (Vm)

PIV (पीक उलटा वोल्टेज)

चोटी उलटा वोल्टेज या (PIV) रेटिंग जिसे कभी-कभी चोटी रिवर्स वोल्टेज भी कहा जाता है (PRV) डायोड की रेटिंग रेक्टिफायर सर्किट डिजाइन करते समय एक महत्वपूर्ण पैरामीटर बन जाती है।

यह मूल रूप से डायोड का एक रिवर्स-बायस वोल्टेज रेंज है जिसे पार नहीं किया जाना चाहिए, अन्यथा डायनर ज़ेनर हिमस्खलन क्षेत्र नामक क्षेत्र में स्थानांतरित होकर टूट सकता है।

यदि हम किर्चहोफ के वोल्टेज कानून को एक आधे वेव रेक्टिफायर सर्किट के रूप में नीचे दिखाए अनुसार लागू करते हैं, तो यह सरलता से बताता है कि डायोड का PIV रेटिंग रेक्टिफायर इनपुट के लिए उपयोग किए जाने वाले सप्लाई इनपुट के चरम मूल्य से अधिक होना चाहिए।

एक पूर्ण ब्रिज रेक्टिफायर के लिए भी, PIV रेटिंग की गणना आधे वेव रेक्टिफायर के समान है, अर्थात:

PIV voltage Vm, चूंकि Vm कुल वोल्टेज है जो कनेक्टेड लोड पर लागू होता है जैसा कि निम्न आकृति में दर्शाया गया है।

पूर्ण ब्रिज रेक्टिफायर नेटवर्क के लिए हल किए गए उदाहरण

निम्नलिखित डायोड नेटवर्क के लिए आउटपुट तरंग का निर्धारण करें, और नेटवर्क में प्रत्येक डायोड के आउटपुट डीसी स्तर और सुरक्षित PIV की भी गणना करें।

समाधान: सकारात्मक आधे चक्र के लिए, सर्किट निम्नलिखित आरेख में दर्शाया गया है:

हम इसे बेहतर तरीके से समझने के लिए निम्नलिखित तरीके से फिर से तैयार कर सकते हैं:

यहां, आवाज = 1 / 2vi = 1 / 2Vi (अधिकतम) = 1/2 (10 वी) = 5 वी

नकारात्मक आधे चक्र के लिए, डायोड की प्रवाहकत्त्व भूमिका को आपस में जोड़ा जा सकता है, जो नीचे दिखाए गए अनुसार आउटपुट आवाज उत्पन्न करेगा:

पुल में दो डायोड की अनुपस्थिति डीसी उत्पादन में कमी के साथ परिमाण के साथ होती है:

Vdc = 0.636 (5 V) = 3.18 V

यह काफी समान है जो हमने एक ही इनपुट के साथ एक आधा ब्रिज रेक्टिफायर से प्राप्त किया होगा।

PIV R भर में उत्पन्न अधिकतम वोल्टेज के बराबर होगा, जो कि एक ही इनपुट के साथ सुधारा गया आधा तरंग के लिए आवश्यक 5 V, या आधा है।