تعریف رکتیفایر در الکترونیک

تعریف رکتیفایر در الکترونیک:
رکتیفایر مدار یا دستگاهی است که جریان متناوب را به جریان مستقیم تبدیل می کند. مدار «رکتیفایر» (Rectifier) یا یکسوساز یکی از پرکاربردترین مدارها در الکترونیک است، زیرا تقریباً همه دستگاه های الکترونیکی با جریان مستقیم (DC) کار می کنند، اما دسترسی مستقیم به این منابع DC محدود است و عمده انرژی وسایل برقی از پریزهای برق جریان متناوب (AC) تأمین می شود.

حتی شارژرهای تلفن همراه ما از رکتیفایرها برای تبدیل برق AC پریزهای خانه به برق DC بهره می گیرند. انواع مختلفی از رکتیفایرها برای کاربردهای متفاوت وجود دارد. 

همان طور که گفتیم، در بسیاری از مدارهای الکترونیکی به ولتاژ DC نیاز داریم. با استفاده از قطعه ای به نام دیود پیوند PN می توانیم ولتاژ یا جریان AC را به راحتی به ولتاژ یا جریان DC تبدیل کنیم.

یکی از مهم ترین کاربردهای دیود پیوند PN یکسوسازی جریان متناوب (AC) به جریان مستقیم (DC) است. یک دیود پیوند PN جریان الکتریکی را فقط در شرایط بایاس مستقیم امکان پذیر می کند و جریان الکتریکی را در شرایط بایاس معکوس مسدود می کند.

به عبارت ساده، دیود عبور جریان الکتریکی را در یک جهت امکان پذیر می کند. این خاصیت بی نظیر به دیود این قابلیت را می دهد که به عنوان یک رکتیفایر عمل کند.

رکتیفایر و دیود پیوند PN:
رکتیفایر یا یکسوکننده یک دستگاه الکتریکی است که با استفاده از یک یا چند دیود پیوند PN جریان متناوب (AC) را به جریان مستقیم (DC) تبدیل می کند.

هنگامی که ترمینال مثبت باتری به نیمه هادی نوع p و ترمینال منفی باتری به نیمه هادی نوع n متصل شود، اصطلاحاً می گوییم دیود بایاس مثبت شده است.

هنگامی که این ولتاژ بایاس مستقیم به دیود اعمال می شود، تعداد زیادی الکترون آزاد (حامل های اکثریت) در نیمه هادی نوع n، یک نیروی دافعه از ترمینال منفی باتری تجربه می کنند، به همین ترتیب تعداد زیادی حفره (حامل های اکثریت) در نیمه هادی نوع p یک نیروی دافعه از ترمینال مثبت باتری تجربه می کنند.

در نتیجه، الکترون های آزاد در نیمه هادی نوع n شروع به حرکت از سمت n به سمت p می کنند. به طور مشابه، حفره های نیمه هادی نوع p از سمت p به سمت n حرکت می کنند. می دانیم که جریان الکتریکی به معنای جریان حامل های بار (الکترون ها و حفره های آزاد) است.

بنابراین، جریان الکترون ها از n به p و جریان حفره ها از p به n جریان الکتریکی را برقرار می کند. حامل های اکثریت جریان الکتریکی را در شرایط بایاس مستقیم تولید می کنند. بنابراین جریان الکتریکی تولیدشده در شرایط بایاس مستقیم به عنوان جریان اکثریت نیز شناخته می شود.

هنگامی که ولتاژ به دیود پیوند PN اعمال شود، به گونه ای که ترمینال مثبت باتری به نیمه هادی نوع n و ترمینال منفی باتری به نیمه هادی نوع p متصل شود، گفته می شود دیود بایاس معکوس شده است.

وقتی این ولتاژ بایاس معکوس به دیود اتصال PN اعمال می شود، تعداد زیادی الکترون آزاد (حامل های اکثریت) در نیمه هادی نوع n جذب نیرویی از سمت ترمینال مثبت باتری می شوند، به همین ترتیب، تعداد زیادی حفره (حامل های اکثریت) در نیمه هادی نوع p جذب نیرویی از سمت ترمینال منفی باتری خواهند شد.

در نتیجه، الکترون های آزاد (حامل های اکثریت) در نیمه هادی نوع n از محل پیوند PN دور شده و به ترمینال مثبت باتری جذب می شوند. به همین ترتیب، حفره ها (حامل های اکثریت) در نیمه هادی نوع p از پیوند PN دور و جذب ترمینال منفی باتری می شوند.

بنابراین، جریان الکتریکی در پیوند PN برقرار نمی شود. با این حال، در نیمه هادی نوع p نیروی دافعه ای از ترمینال منفی باتری بر حامل های اقلیت (الکترون های آزاد) وارد می شود. به طور مشابه، به حامل های اقلیت (حفره ها) در نیمه هادی نوع n، نیروی دافعه از سمت ترمینال مثبت باتری وارد می شود.

در نتیجه، الکترون های آزاد حامل اقلیت در نیمه رسانای نوع p و حفره های حامل اقلیت در نیمه رسانای نوع n جریان را در سراسر محل پیوند برقرار می کنند. بنابراین، جریان الکتریکی در دیود بایاس معکوس به دلیل حامل های اقلیت تولید می شود.

با این حال، جریان الکتریکی تولیدی توسط حامل های اقلیت بسیار کم است. بنابراین از جریان حامل اقلیت در شرایط بایاس معکوس چشم پوشی می شود.

در نتیجه، دیود برقراری جریان الکتریکی را در شرایط بایاس مستقیم امکان پذیر می کند و آن را در شرایط بایاس معکوس مسدود می کند. به عبارت ساده، یک دیود پیوند PN برقراری جریان الکتریکی را فقط در یک جهت امکان پذیر می کند. این ویژگی بی نظیر دیود به آن این قابلیت را می دهد که به عنوان یکسوساز عمل کند.

ولتاژ بایاس مستقیم و بایاس معکوس اعمال شده به دیود چیزی نیست جز ولتاژ DC. ولتاژ DC جریانی را تولید می کند که همیشه در یک جهت است (جهت رو به جلو یا جهت رو به عقب).

اما ولتاژ AC جریانی را تولید می کند که چندین بار در ثانیه جهت خود را معکوس می کند (جلو به عقب و عقب به جلو).

رفتار دیود را هنگامی که ولتاژ DC (بایاس مستقیم و بایاس معکوس) به آن اعمال می شود، مشاهده کردیم. اکنون حالتی را بررسی می کنیم که ولتاژ AC به دیود پیوند PN اعمال می شود.

ولتاژ AC یا جریان AC اغلب با شکل موج سینوسی نشان داده می شود، در حالی که جریان DC با یک خط افقی مستقیم نشان داده می شود.

در شکل موج سینوسی، نیم سیکل یا نیم چرخه بالایی نمایان گر نیم چرخه مثبت و نیم چرخه پایین نمایان گر نیم چرخه منفی است. نیم سیکل مثبت ولتاژ AC مشابه ولتاژ بایاس مستقیم DC و نیم سیکل منفی ولتاژ AC مشابه ولتاژ بایاس معکوس DC است.

جریان متناوب از صفر شروع می شود و به اوج جریان مستقیم یا اوج یا پیک جریان مثبت می رسد. پیک مثبت شکل موج سینوسی نشان دهنده حداکثر یا پیک جریان مستقیم است. پس از رسیدن به اوج، جریان مستقیم شروع به کاهش می کند و به صفر می رسد.

پس از یک دوره کوتاه، جریان متناوب در جهت معکوس یا منفی شروع به افزایش می کند و به اوج جریان معکوس یا اوج جریان منفی می رسد. پیک منفی شکل موج سینوسی نشان دهنده جریان معکوس حداکثر یا اوج است.

پس از رسیدن به اوج، اندازه جریان معکوس شروع به کاهش می کند و به صفر می رسد. به همین ترتیب، جریان متناوب به طور مداوم در یک دوره کوتاه جهت خود را تغییر می دهد.

هنگامی که ولتاژ AC یا جریان AC به دیود پیوند PN اعمال شود، در طول نیم سیکل مثبت دیود بایاس مستقیم است و جریان الکتریکی را عبور می دهد.

با این حال، هنگامی که جهت جریان AC به نیم سیکل منفی معکوس شود، دیود بایاس معکوس است و اجازه عبور جریان الکتریکی را نمی دهد.

به عبارت ساده، در طول نیم سیکل مثبت، دیود اجازه عبور جریان می دهد و در طول نیم سیکل منفی، جریان را مسدود می کند. بنابراین، جریان الکتریکی فقط در نیم سیکل مثبت از دیود عبور می کند.