Doğrultucu

Bir doğrultucu diyot (silikon kontrollü doğrultucu) ve ilgili montaj donanımı. Ağır dişli saplama, ısıyı dağıtmak için cihazı bir soğutucuya bağlar. ⓘ

Doğrultucu, periyodik olarak yön değiştiren alternatif akımı (AC) yalnızca tek bir yönde akan doğru akıma (DC) dönüştüren elektrikli bir cihazdır. Ters işlem invertör tarafından gerçekleştirilir. ⓘ

Bu işlem, akımın yönünü "düzelttiği" için doğrultma olarak bilinir. Fiziksel olarak doğrultucular, vakum tüp diyotları, ıslak kimyasal hücreler, cıva ark valfleri, bakır ve selenyum oksit plaka yığınları, yarı iletken diyotlar, silikon kontrollü doğrultucular ve diğer silikon bazlı yarı iletken anahtarlar dahil olmak üzere çeşitli şekillerde olabilir. Tarihsel olarak, senkron elektromekanik anahtarlar ve motor-jeneratör setleri bile kullanılmıştır. Kristal radyolar olarak adlandırılan ilk radyo alıcıları, nokta temaslı doğrultucu veya "kristal dedektör" olarak hizmet etmek için bir galen (kurşun sülfür) kristaline bastıran ince telden oluşan bir "kedi bıyığı" kullanmıştır. ⓘ

Doğrultucuların birçok kullanım alanı vardır, ancak genellikle DC güç kaynaklarının ve yüksek voltajlı doğru akım güç iletim sistemlerinin bileşenleri olarak bulunurlar. Doğrultma, bir güç kaynağı olarak kullanılmak üzere doğru akım üretmekten başka rollerde de kullanılabilir. Belirtildiği gibi, radyo sinyallerinin dedektörleri doğrultucu olarak görev yapar. Gazlı ısıtma sistemlerinde alevin varlığını tespit etmek için alev düzeltme kullanılır. ⓘ

Alternatif akım kaynağının türüne ve doğrultucu devresinin düzenine bağlı olarak, çıkış voltajı düzgün ve sabit bir voltaj üretmek için ek yumuşatma gerektirebilir. Radyo, televizyon ve bilgisayar ekipmanları için güç kaynakları gibi birçok doğrultucu uygulaması, sabit bir sabit DC voltajı gerektirir (bir pil tarafından üretileceği gibi). Bu uygulamalarda doğrultucunun çıkışı, bir kondansatör, bobin veya kondansatör, bobin ve direnç seti olabilen bir elektronik filtre ile yumuşatılır ve ardından sabit bir voltaj üretmek için muhtemelen bir voltaj regülatörü kullanılır. ⓘ

Tersi işlevi yerine getiren, yani DC'yi AC'ye dönüştüren daha karmaşık devrelere invertör denir. ⓘ

Doğrultucu veya redresör, bir ya da daha fazla yarı iletken elemandan (örneğin diyot) oluşan alternatif akımı doğru akıma çevirmek için kullanılan elektriksel bir devredir. AC' yi doğrultmak için tek bir diyot kullanıldığı zaman (dalga formunun negatif ya da pozitif tarafını bloklayarak) doğrultucu AC' yi DC' ye çeviren bir diyod olarak tanımlanır. ⓘ

Doğrultucu cihazlar

Silikon yarı iletken doğrultucuların geliştirilmesinden önce vakum tüplü termiyonik diyotlar ve bakır oksit veya selenyum bazlı metal doğrultucu yığınları kullanılıyordu. Yarı iletken elektroniğin kullanılmaya başlanmasıyla birlikte, vakum tüplü ses ekipmanlarının bazı meraklıları dışında vakum tüplü doğrultucular kullanılmaz hale geldi. Çok düşük akımdan çok yüksek akıma kadar güç doğrultma için çeşitli tiplerde yarı iletken diyotlar (bağlantı diyotları, Schottky diyotları, vb.) yaygın olarak kullanılmaktadır. ⓘ

Tek yönlü akım valfleri olarak hareket etmenin yanı sıra kontrol elektrotlarına sahip olan diğer cihazlar, basit doğrultmadan daha fazlasının gerekli olduğu yerlerde (örneğin, değişken çıkış voltajının gerekli olduğu yerlerde) kullanılır. Yüksek voltajlı doğru akım güç iletiminde kullanılanlar gibi yüksek güçlü doğrultucular, çeşitli tiplerde silikon yarı iletken cihazlar kullanır. Bunlar tristörler veya diğer kontrollü anahtarlama katı hal anahtarlarıdır ve akımı yalnızca bir yönde geçirmek için etkin bir şekilde diyot olarak işlev görürler. ⓘ

Doğrultucu devreleri

Doğrultucu devreleri tek fazlı veya çok fazlı olabilir. Evsel ekipmanlar için düşük güçlü doğrultucuların çoğu tek fazlıdır, ancak üç fazlı doğrultma endüstriyel uygulamalar ve enerjinin DC (HVDC) olarak iletilmesi için çok önemlidir. ⓘ

Tek fazlı doğrultucular

Yarım dalga doğrultma

Tek fazlı bir beslemenin yarım dalga doğrultulmasında, AC dalgasının pozitif veya negatif yarısı geçirilirken diğer yarısı bloke edilir. Giriş dalga formunun sadece bir yarısı çıkışa ulaştığı için ortalama voltaj daha düşüktür. Yarım dalga doğrultma, tek fazlı bir beslemede tek bir diyot veya üç fazlı bir beslemede üç diyot gerektirir. Doğrultucular tek yönlü ancak titreşimli bir doğru akım verir; yarım dalga doğrultucular tam dalga doğrultuculardan çok daha fazla dalgalanma üretir ve AC frekansının harmoniklerini çıkıştan elimine etmek için çok daha fazla filtreleme gerekir. ⓘ

Yarım dalga doğrultucu ⓘ

Sinüzoidal giriş gerilimi için ideal bir yarım dalga doğrultucunun yüksüz çıkış DC gerilimi şöyledir:

${\begin{aligned}V_{\mathrm {rms} }&={\frac {V_{\mathrm {peak} }}{2}}\\[8pt]V_{\mathrm {dc} }&={\frac {V_{\mathrm {peak} }}{\pi }}\end{aligned}}$ ⓘ

burada:

V_dc, V_av - DC veya ortalama çıkış gerilimi,

V_peak, faz giriş gerilimlerinin tepe değeri,

V_rms, çıkış geriliminin kök ortalama kare (RMS) değeri. ⓘ

Tam dalga doğrultma

İki anotlu vakum tüpü ile tam dalga doğrultucu. ⓘ

Tam dalga 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 kutbunu da titreşimli DC'ye (doğru akım) dönüştürür ve daha yüksek bir ortalama çıkış voltajı sağlar. İki diyot ve ortası dişli bir transformatör veya bir köprü konfigürasyonunda dört diyot ve herhangi bir AC kaynağı (ortası dişsiz bir transformatör dahil) gereklidir. Tek yarı iletken diyotlar, ortak katotlu veya ortak anotlu çift diyotlar ve dört veya altı diyotlu köprüler tek bileşenler olarak üretilir. ⓘ

Graetz köprü doğrultucu: dört diyot kullanan bir tam dalga doğrultucu. ⓘ

Tek fazlı AC için, transformatör merkeze dokunursa, iki diyot arka arkaya (gerekli çıkış polaritesine bağlı olarak katot-katot veya anot-anot) bir tam dalga doğrultucu oluşturabilir. Aynı çıkış voltajını elde etmek için transformatör sekonderinde köprü doğrultucuya göre iki kat daha fazla dönüş gerekir, ancak güç değeri değişmez. ⓘ

Orta kademe transformatör ve 2 diyot kullanan tam dalga doğrultucu. ⓘ

İdeal bir tek fazlı tam dalga doğrultucunun ortalama ve RMS yüksüz çıkış gerilimleri:

${\begin{aligned}V_{\mathrm {dc} }=V_{\mathrm {av} }&={\frac {2\cdot V_{\mathrm {peak} }}{\pi }}\\[8pt]V_{\mathrm {rms} }&={\frac {V_{\mathrm {peak} }}{\sqrt {2}}}\end{aligned}}$ ⓘ

Çok yaygın çift diyotlu doğrultucu vakum tüpleri, tek bir zarf içinde tek bir ortak katot ve iki anot içerir ve pozitif çıkışla tam dalga doğrultma sağlar. 5U4 ve 80/5Y3 (4 pin)/(sekizli) bu konfigürasyonun popüler örnekleriydi. ⓘ

Orta uçlu trafo ve iki diyot kullanılan doğrultucu

İki diyotlu tam dalga doğrultucuların kurulabilmesi için orta uçlu trafo gerekir. AC'nin her iki alternansının da alıcıdan tek yönlü olarak akıp geçmesi sağlanır. ⓘ

Üç fazlı doğrultucular

Tek fazlı doğrultucular genellikle ev tipi ekipmanların güç kaynakları için kullanılır. Bununla birlikte, çoğu endüstriyel ve yüksek güçlü uygulamalar için üç fazlı doğrultucu devreleri normdur. Tek fazlı doğrultucularda olduğu gibi, üç fazlı doğrultucular da yarım dalga devresi, merkeze bağlı transformatör kullanan tam dalga devresi veya tam dalga köprü devresi şeklinde olabilir. ⓘ

Tristörler genellikle çıkış voltajını düzenleyebilen bir devre oluşturmak için diyotların yerine kullanılır. Doğru akım sağlayan birçok cihaz aslında üç fazlı AC üretir. Örneğin, bir otomobil alternatörü, akü şarjı için tam dalga doğrultucu olarak işlev gören altı diyot içerir. ⓘ

Üç fazlı, yarım dalga devre

Tristörleri anahtarlama elemanı olarak kullanan, besleme endüktansını göz ardı eden kontrollü üç fazlı yarım dalga doğrultucu devresi ⓘ

Kontrolsüz üç fazlı, yarım dalga orta nokta devresi, her faza bir tane bağlı olmak üzere üç diyot gerektirir. Bu en basit üç fazlı doğrultucu tipidir ancak hem AC hem de DC bağlantılarında nispeten yüksek harmonik bozulmadan muzdariptir. DC tarafındaki çıkış gerilimi şebeke frekansının her bir döngüsü için üç farklı darbe içerdiğinden, bu tür bir doğrultucunun darbe sayısının üç olduğu söylenir:

Tepe değerleri $V_{\mathrm {peak} }$ bu üç darbeli DC geriliminin RMS değerinden hesaplanır $V_{\mathrm {LN} }$ giriş faz geriliminin (hattan nötre gerilim, Kuzey Amerika'da 120 V, Avrupa'da şebeke işletiminde 230 V): $V_{\mathrm {peak} }={\sqrt {2}}\cdot V_{\mathrm {LN} }$. Ortalama yüksüz çıkış gerilimi $V_{\mathrm {av} }$ 'nin periyot süresine sahip pozitif bir yarım dalganın grafiğinin altındaki integralden kaynaklanır. ${\frac {2}{3}}\pi$ (30°'den 150°'ye kadar):

$V_{\mathrm {dc} }=V_{\mathrm {av} }={\frac {1}{{\frac {2}{3}}\pi }}\int _{30^{\circ }}^{150^{\circ }}V_{\mathrm {peak} }\cdot \sin \varphi \cdot \mathrm {d} \varphi ={\frac {3\cdot V_{\mathrm {peak} }}{2\pi }}\cdot \left(-\cos 150^{\circ }+\cos 30^{\circ }\right)={\frac {3\cdot V_{\mathrm {peak} }}{2\pi }}\cdot {\Biggl [}-\left(-{\frac {\sqrt {3}}{2}}\right)+{\frac {\sqrt {3}}{2}}{\Biggl ]}={\frac {3\cdot {\sqrt {3}}\cdot V_{\mathrm {peak} }}{2\pi }}$

⇒ $V_{\mathrm {dc} }=V_{\mathrm {av} }={\frac {3\cdot {\sqrt {3}}\cdot {\sqrt {2}}\cdot V_{\mathrm {LN} }}{2\pi }}$ ⇒ $V_{\mathrm {av} }={\frac {3\cdot {\sqrt {6}}\cdot V_{\mathrm {LN} }}{2\pi }}$ ≈ 1,17 ⋅ $V_{\mathrm {LN} }$ ⓘ

Üç fazlı, tam dalga devre, merkeze bağlı transformatör kullanarak

Anahtarlama elemanı olarak tristörlerin kullanıldığı, besleme endüktansının göz ardı edildiği, merkezden kılavuzlu transformatörlü, kontrollü üç fazlı tam dalga doğrultucu devresi ⓘ

AC beslemesi orta kademesi olan bir transformatör üzerinden beslenirse, daha iyi harmonik performansa sahip bir doğrultucu devresi elde edilebilir. Bu doğrultucu artık her bir transformatör sekonder sargısının her bir ucuna bir tane bağlı olmak üzere altı diyot gerektirir. Bu devre altı darbe sayısına sahiptir ve aslında altı fazlı, yarım dalga bir devre olarak düşünülebilir. ⓘ

Katı hal cihazları kullanılmaya başlanmadan önce, yarım dalga devresi ve merkezden vuruşlu transformatör kullanan tam dalga devresi, cıva-ark valfleri 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 birlikte bu devreler daha az popüler hale gelmiş ve üç fazlı köprü devresi en yaygın devre haline gelmiştir. ⓘ

Üç fazlı köprü doğrultucu kontrolsüz

Tam dalga üç fazlı köprü doğrultucuyu oluşturan altı diyotu gösteren demonte otomobil alternatörü. ⓘ

Kontrolsüz üç fazlı bir köprü doğrultucu için altı diyot kullanılır ve devre yine altı darbe sayısına sahiptir. Bu nedenle genellikle altı darbeli köprü olarak da adlandırılır. B6 devresi, iki adet üç darbeli merkez devrenin seri bağlantısı olarak basitleştirilmiş şekilde görülebilir. ⓘ

Düşük güçlü uygulamalar için, birinci diyotun anodu ikincinin katoduna bağlı olacak şekilde seri olarak çift diyotlar bu amaçla tek bir bileşen olarak üretilir. Piyasada bulunan bazı çift diyotların dört terminali de mevcuttur, böylece kullanıcı bunları tek fazlı bölünmüş besleme kullanımı, yarım köprü veya üç fazlı doğrultucu için yapılandırabilir. ⓘ

Daha yüksek güçlü uygulamalar için genellikle köprünün altı kolunun her biri için tek bir ayrı cihaz kullanılır. En yüksek güçler için köprünün her bir kolu paralel (çok yüksek akıma ihtiyaç duyulan yerlerde, örneğin alüminyum eritme işleminde) veya seri (çok yüksek gerilimlere ihtiyaç duyulan yerlerde, örneğin yüksek gerilimli doğru akım güç iletiminde) onlarca veya yüzlerce ayrı cihazdan oluşabilir. ⓘ

Tristörleri anahtarlama elemanı olarak kullanan, besleme endüktansını göz ardı eden kontrollü üç fazlı tam dalga köprü doğrultucu devresi (B6C). Tristörler V1-V6 sırasına göre darbe yapar. ⓘ

Titreşimli DC gerilimi, anlık pozitif ve negatif faz gerilimlerinin farklarından kaynaklanır $V_{\mathrm {LN} }$30° faz kaydırmalı:

İdeal, yüksüz ortalama çıkış voltajı $V_{\mathrm {av} }$ periyot süresine sahip bir DC gerilim darbesinin grafiğinin altındaki integralden kaynaklanır. ${\frac {1}{3}}\pi$ (60° ila 120° arasında) tepe değeri ile ${\hat {v}}_{\mathrm {DC} }={\sqrt {3}}\cdot V_{\mathrm {peak} }$:

$V_{\mathrm {dc} }=V_{\mathrm {av} }={\frac {1}{{\frac {1}{3}}\pi }}\int _{60^{\circ }}^{120^{\circ }}{\sqrt {3}}\cdot V_{\mathrm {peak} }\cdot \sin \varphi \cdot \mathrm {d} \varphi ={\frac {3\cdot {\sqrt {3}}\cdot V_{\mathrm {peak} }}{\pi }}\cdot \left(-\cos 120^{\circ }+\cos 60^{\circ }\right)={\frac {3\cdot {\sqrt {3}}\cdot V_{\mathrm {peak} }}{\pi }}\cdot {\Biggl [}-\left(-{\frac {1}{2}}\right)+{\frac {1}{2}}{\Biggl ]}={\frac {3\cdot {\sqrt {3}}\cdot V_{\mathrm {peak} }}{\pi }}$

⇒ $V_{\mathrm {dc} }=V_{\mathrm {av} }={\frac {3\cdot {\sqrt {3}}\cdot {\sqrt {2}}\cdot V_{\mathrm {LN} }}{\pi }}$ ⇒ $V_{\mathrm {av} }={\frac {3\cdot {\sqrt {6}}\cdot V_{\mathrm {LN} }}{\pi }}$ ≈ 2,34 ⋅ $V_{\mathrm {LN} }$ ⓘ

3 fazlı AC giriş, yarım dalga ve tam dalga doğrultulmuş DC çıkış dalga formları ⓘ

Üç fazlı köprü doğrultucu simetrik olarak çalıştırılırsa (pozitif ve negatif besleme gerilimi olarak), transformatörün (veya nötr iletkenin) merkez noktasının karşısındaki çıkış tarafındaki doğrultucunun merkez noktası (veya izole referans potansiyeli olarak adlandırılır) üçgen ortak mod gerilimi şeklinde bir potansiyel farkına sahiptir. Bu nedenle, bu iki merkez asla birbirine bağlanmamalıdır, aksi takdirde kısa devre akımları akacaktır. Simetrik çalışmada üç fazlı köprü doğrultucunun toprağı böylece nötr iletkenden veya şebeke geriliminin toprağından ayrılır. Bir transformatör tarafından beslendiğinde, transformatörün sekonder sargısının şebeke geriliminden elektriksel olarak izole edilmesi ve sekonder sargının yıldız noktasının toprak üzerinde olmaması koşuluyla köprünün merkez noktasının topraklanması mümkündür. Ancak bu durumda, transformatör sargıları üzerinden (ihmal edilebilir) kaçak akımlar akar. ⓘ

Ortak mod gerilimi, titreşimli DC gerilimini oluşturan pozitif ve negatif faz gerilimleri arasındaki farkların ilgili ortalama değerlerinden oluşur. Delta geriliminin tepe değeri ${\hat {v}}_{\mathrm {common-mode} }$ faz giriş geriliminin tepe değerinin ¼'ü kadardır $V_{\mathrm {peak} }$ ile hesaplanır ve $V_{\mathrm {peak} }$ periyodun 60°'sinde DC voltajının eksi yarısı:

${\hat {v}}_{\mathrm {common-mode} }=V_{\mathrm {peak} }-{\frac {{\sqrt {3}}\cdot V_{\mathrm {peak} }\cdot \sin 60^{\circ }}{2}}=V_{\mathrm {peak} }\cdot {\Biggl (}1-{\frac {{\sqrt {3}}\cdot \sin 60^{\circ }}{2}}{\Biggl )}$ = $V_{\mathrm {peak} }$ · 0,25 ⓘ

Ortak mod geriliminin RMS değeri, üçgen salınımlar için form faktöründen hesaplanır:

$V_{\mathrm {common-mode} }={\frac {{\hat {v}}_{\mathrm {common-mode} }}{\sqrt {3}}}$ ⓘ

Devre asimetrik olarak çalıştırılırsa (sadece bir pozitif kutuplu basit bir besleme voltajı olarak), hem pozitif hem de negatif kutuplar (veya izole edilmiş referans potansiyeli), faz voltajlarının pozitif ve negatif dalga formlarına benzer şekilde giriş voltajının merkezinin (veya toprağın) karşısında titreşir. Bununla birlikte, faz gerilimlerindeki farklılıklar altı darbeli DC gerilimiyle sonuçlanır (bir periyot süresince). Transformatör merkezinin negatif kutuptan kesin olarak ayrılması (aksi takdirde kısa devre akımları akacaktır) veya bir izolasyon transformatörü tarafından beslendiğinde negatif kutbun olası bir topraklaması simetrik çalışmaya uygun olarak uygulanır. ⓘ

Üç fazlı köprü doğrultucu kontrollü

Kontrollü üç fazlı köprü doğrultucu diyotlar yerine tristörler kullanır. Çıkış gerilimi cos(α) faktörü kadar azaltılır:

$V_{\mathrm {dc} }=V_{\mathrm {av} }={\frac {3\cdot {\sqrt {3}}\cdot V_{\mathrm {peak} }}{\pi }}\cdot \cos \alpha$ ⓘ

Veya hattan hatta giriş gerilimi cinsinden ifade edilir:

$V_{\mathrm {dc} }=V_{\mathrm {av} }={\frac {3\cdot V_{\mathrm {LLpeak} }}{\pi }}\cdot \cos \alpha$ ⓘ

Nerede:

V_LLpeak, hattan hatta giriş gerilimlerinin tepe değeri,

V_peak, faz (hattan nötre) giriş gerilimlerinin tepe değeri,

α, tristörün ateşleme açısı (doğrultma işlemini gerçekleştirmek için diyotlar kullanılıyorsa 0) ⓘ

Yukarıdaki denklemler sadece AC beslemesinden hiç akım çekilmediğinde veya AC besleme bağlantılarında endüktans olmadığı teorik durumda geçerlidir. Pratikte, 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 aktarım sürecini (komütasyon olarak adlandırılır) yavaşlatmaktır. Bunun sonucu olarak, bir cihaz çifti arasındaki her geçişte, köprüdeki üç (iki yerine) cihazın aynı anda iletimde olduğu bir örtüşme süresi vardır. Örtüşme açısı genellikle μ (veya u) sembolü ile ifade edilir ve tam yükte 20-30° olabilir. ⓘ

Besleme endüktansı hesaba katıldığında, doğrultucunun çıkış gerilimi şu değere düşer:

$V_{\mathrm {dc} }=V_{\mathrm {av} }={\frac {3\cdot V_{\mathrm {LLpeak} }}{\pi }}\cdot \cos(\alpha +\mu )$ ⓘ

Örtüşme açısı μ doğrudan DC akımıyla ilişkilidir ve yukarıdaki denklem şu şekilde yeniden ifade edilebilir:

${V_{\mathrm {dc} }=V_{\mathrm {av} }={\frac {3\cdot V_{\mathrm {LLpeak} }}{\pi }}\cdot \cos(\alpha )}-{6fL_{\mathrm {c} }I_{\mathrm {d} }}$ ⓘ

Nerede:

L_c, faz başına komütasyon endüktansı

I_d, doğru akım ⓘ

Üst üste binme olmadan alfa=0°'de üç fazlı Graetz köprü doğrultucu

20° örtüşme açısı ile alfa=0°'de üç fazlı Graetz köprü doğrultucu ⓘ

20° örtüşme açısı ile alpha=20°'de üç fazlı kontrollü Graetz köprü doğrultucu

20° örtüşme açısı ile alpha=40°'de üç fazlı kontrollü Graetz köprü doğrultucu ⓘ

On iki darbeli köprü

Anahtarlama elemanı olarak tristörler kullanan on iki darbeli köprü doğrultucu. Altı darbeli köprülerden biri çift numaralı tristörlerden, diğeri ise tek numaralı setten oluşur. ⓘ

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 doğrultucular için genellikle on iki darbeli köprü bağlantısı kullanılır. On iki darbeli köprü, AC bağlantıları iki köprü arasında 30° faz kayması üreten bir besleme transformatöründen beslenen seri bağlı iki altı darbeli köprü devresinden oluşur. Bu, altı darbeli köprülerin ürettiği karakteristik harmoniklerin çoğunu iptal eder. ⓘ

30 derecelik faz kayması genellikle biri yıldız (wye) bağlantılı diğeri delta bağlantılı olmak üzere iki set sekonder sargısı olan bir transformatör kullanılarak elde edilir. ⓘ

Gerilim çarpan doğrultucular

Değiştirilebilir tam köprü/voltaj katlayıcı. ⓘ

Basit yarım dalga doğrultucu, diyotlar zıt yönleri gösterecek şekilde iki elektrik konfigürasyonunda inşa edilebilir; bir versiyon, çıkışın negatif terminalini doğrudan AC beslemesine bağlarken, diğeri çıkışın pozitif terminalini doğrudan AC beslemesine bağlar. Bunların her ikisini de ayrı çıkış yumuşatma ile birleştirerek, AC giriş voltajının tepe noktasının neredeyse iki katı bir çıkış voltajı elde etmek mümkündür. Bu aynı zamanda ortada böyle bir devrenin bölünmüş ray güç kaynağı olarak kullanılmasına izin veren bir musluk sağlar. ⓘ

Bunun bir varyantı, bir köprü doğrultucuda çıkış yumuşatma 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, voltajı ikiye katlayan bir doğrultucu gibi davranır. Başka bir deyişle bu, dünyadaki herhangi bir 120 V veya 230 V şebeke kaynağından kabaca 320 V (±%15, yaklaşık) DC voltaj elde etmeyi kolaylaştırır, bu daha sonra nispeten basit bir anahtarlamalı mod güç kaynağına beslenebilir. Bununla birlikte, istenen belirli bir dalgalanma için, her iki kondansatörün değeri normal bir köprü doğrultucu için gerekli olan tek kondansatörün değerinin iki katı olmalıdır; anahtar kapalı olduğunda her biri yarım dalga doğrultucunun çıkışını filtrelemelidir ve anahtar açık olduğunda iki kondansatör, birinin yarısına eşdeğer bir değerle seri olarak bağlanır. ⓘ

Cockcroft Walton gerilim çarpanı

Bir voltaj çarpanı (Cockroft-Walton devresi) yapmak için kademeli diyot ve kapasitör aşamaları eklenebilir. Bu devreler, pratikte akım kapasitesi ve voltaj düzenleme sorunları ile sınırlı olmak üzere, tepe AC giriş voltajının yaklaşık on katına kadar DC çıkış voltajı potansiyeli üretebilir. Diyot voltaj çoğaltıcıları, sıklıkla takip eden bir yükseltme aşaması veya birincil yüksek voltaj (HV) kaynağı olarak kullanılır, HV lazer güç kaynaklarında, katot ışın tüpleri (CRT) (CRT tabanlı televizyon, radar ve sonar ekranlarında kullanılanlar gibi), görüntü yoğunlaştırıcı ve foto çoğaltıcı tüplerde (PMT) bulunan foton yükseltici cihazlar ve radar vericilerinde ve mikrodalga fırınlarda kullanılan magnetron tabanlı radyo frekansı (RF) cihazlarında kullanılır. Yarı iletken elektroniğin kullanılmaya başlanmasından önce, doğrudan AC güçten beslenen transformatörsüz vakum tüplü alıcılar bazen 100-120 V güç hattından yaklaşık 300 VDC üretmek için voltaj katlayıcılar kullanıyordu. ⓘ

Doğrultucuların nicelleştirilmesi

Doğrultucuların veya çıkışlarının işlevini ve performansını ölçmek için transformatör kullanım faktörü (TUF), dönüştürme oranı (η), dalgalanma faktörü, form faktörü ve tepe faktörü dahil olmak üzere çeşitli oranlar kullanılır. İki temel ölçüm, çıkış geriliminin bileşenleri olan DC gerilimi (veya ofset) ve tepe-tepe dalgalanma gerilimidir. ⓘ

Dönüşüm oranı

Dönüştürme oranı (aynı zamanda "doğrultma oranı" ve kafa karıştırıcı bir şekilde "verimlilik" olarak da adlandırılır) η, DC çıkış gücünün AC kaynağından gelen giriş gücüne oranı olarak tanımlanır. İdeal doğrultucularda bile oran %100'den azdır çünkü çıkış gücünün bir kısmı DC yerine AC gücüdür ve bu da DC dalga formunun üzerine binen dalgalanma olarak kendini gösterir. Oran, dalgalanmayı azaltan ve dolayısıyla çıkışın AC içeriğini azaltan yumuşatma devrelerinin kullanılmasıyla iyileştirilebilir. Dönüşüm oranı, transformatör sargılarındaki kayıplar ve doğrultucu elemanın kendisindeki güç kaybı nedeniyle azalır. Bu oranın pratikte pek bir önemi yoktur çünkü bir doğrultucuyu neredeyse her zaman DC voltajını artırmak ve dalgalanmayı azaltmak için bir filtre takip eder. Bazı üç fazlı ve çok fazlı uygulamalarda dönüşüm oranı, yumuşatma devresinin gereksiz olduğu kadar yüksektir. Yükün neredeyse tamamen dirençli olduğu vakum tüpü elektroniğindeki filaman ısıtıcı devreleri gibi diğer devrelerde, dirençler hem AC hem de DC gücünü dağıttığı için yumuşatma devresi ihmal edilebilir, bu nedenle güç kaybı olmaz. ⓘ

Yarım dalga doğrultucu için oran çok mütevazıdır. ⓘ

$P_{\mathrm {AC} }={V_{\mathrm {peak} } \over 2}\cdot {I_{\mathrm {peak} } \over 2}$ (bölenler √2 yerine 2'dir çünkü negatif yarım döngüde güç verilmez) ⓘ

$P_{\mathrm {DC} }={V_{\mathrm {peak} } \over \pi }\cdot {I_{\mathrm {peak} } \over \pi }$ ⓘ

Böylece yarım dalga doğrultucu için maksimum dönüştürme oranı ⓘ

$\eta ={P_{\mathrm {DC} } \over P_{\mathrm {AC} }}\approx 40.5\%$ ⓘ

Benzer şekilde, bir tam dalga doğrultucu için, ⓘ

$P_{\mathrm {AC} }={V_{\mathrm {peak} } \over {\sqrt {2}}}\cdot {I_{\mathrm {peak} } \over {\sqrt {2}}}$ ⓘ

$P_{\mathrm {DC} }={2\cdot V_{\mathrm {peak} } \over \pi }\cdot {2\cdot I_{\mathrm {peak} } \over \pi }$ ⓘ

$\eta ={P_{\mathrm {DC} } \over P_{\mathrm {AC} }}\approx 81.0\%$ ⓘ

Üç fazlı doğrultucular, özellikle üç fazlı tam dalga doğrultucular, çok daha yüksek dönüştürme oranlarına sahiptir çünkü dalgalanma doğal olarak daha küçüktür. ⓘ

Üç fazlı yarım dalga doğrultucu için, ⓘ

$P_{\mathrm {AC} }=3\cdot {V_{\mathrm {peak} } \over 2}\cdot {I_{\mathrm {peak} } \over 2}$ ⓘ

$P_{\mathrm {DC} }={\frac {3\cdot {\sqrt {3}}\cdot V_{\mathrm {peak} }}{2\pi }}\cdot {\frac {3\cdot {\sqrt {3}}\cdot I_{\mathrm {peak} }}{2\pi }}$ ⓘ

Üç fazlı tam dalga doğrultucu için, ⓘ

$P_{\mathrm {AC} }=3\cdot {V_{\mathrm {peak} } \over {\sqrt {2}}}\cdot {I_{\mathrm {peak} } \over {\sqrt {2}}}$ ⓘ

$P_{\mathrm {DC} }={\frac {3\cdot {\sqrt {3}}\cdot V_{\mathrm {peak} }}{\pi }}\cdot {\frac {3\cdot {\sqrt {3}}\cdot I_{\mathrm {peak} }}{\pi }}$ ⓘ

Trafo kullanım oranı

Bir doğrultucu devresinin transformatör kullanım faktörü (TUF), giriş direncinde mevcut DC gücünün bir transformatörün çıkış bobininin AC değerine oranı olarak tanımlanır. ⓘ

$T.U.F={\frac {P_{odc}}{\mathrm {VA\ rating\ of\ transformer} }}$ ⓘ

Bu oran $VA$ transformatörün derecesi olarak tanımlanabilir: $VA=V_{\mathrm {rms} }{\dot {I}}_{\mathrm {rms} }(\mathrm {For\ secondary\ coil.} )$ ⓘ

Doğrultucu gerilim düşümü

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 biçimlerini başka şekillerde bozar. İdeal bir doğrultucudan farklı olarak, bir miktar güç harcar. ⓘ

Çoğu doğrultmanın bir özelliği, diyotlar boyunca yerleşik voltaj düşüşünün (sıradan silikon p-n bağlantı diyotları için yaklaşık 0,7 V ve Schottky diyotları için 0,3 V) neden olduğu tepe giriş voltajından tepe çıkış voltajına kadar bir kayıptır. Yarım dalga doğrultma ve tam dalga doğrultma, merkezden vuruşlu sekonder kullanarak bir diyot düşüşü tepe gerilim kaybı üretir. Köprü doğrultma iki diyot damlası kaybına sahiptir. Bu, çıkış voltajını düşürür ve çok düşük bir alternatif voltajın doğrultulması gerekiyorsa mevcut çıkış voltajını sınırlar. Diyotlar bu voltajın altında iletken olmadığından, devre her yarım döngünün sadece bir kısmı boyunca akım geçirir ve her "tümsek" arasında kısa sıfır voltaj bölümlerinin (anlık giriş voltajının bir veya iki diyot düşüşünün altında olduğu) görünmesine neden olur. ⓘ

Tepe kaybı düşük voltajlı redresörler (örneğin 12 V veya daha düşük) için çok önemlidir ancak HVDC güç iletim sistemleri gibi yüksek voltajlı uygulamalarda önemsizdir. ⓘ

Harmonik bozulma

Doğrultucular gibi doğrusal olmayan yükler, anahtarlama davranışı nedeniyle AC tarafında kaynak frekansının akım harmoniklerini ve DC tarafında kaynak frekansının gerilim harmoniklerini üretir. ⓘ

Doğrultucu çıkış yumuşatma

Düzeltme kapasitörlü bir yarım dalga doğrultucunun AC girişi (sarı) ve DC çıkışı (yeşil). DC sinyalindeki dalgalanmaya dikkat edin.

Yarım dalga ve tam dalga doğrultma tek yönlü akım sağlarken, hiçbiri sabit bir voltaj üretmez. Yarım dalga doğrultucu için kaynak frekansında ve tam dalga doğrultucu için kaynak frekansının iki katında büyük bir AC dalgalanma gerilimi bileşeni vardır. Dalgalanma gerilimi genellikle tepeden tepeye olarak belirtilir. Doğrultulmuş bir AC kaynağından sabit DC üretmek için bir yumuşatma devresi veya filtre gerekir. En basit haliyle bu sadece bir kondansatör (hem yumuşatma kondansatörü hem de rezervuar, tampon veya yığın kondansatörü olarak işlev görür), şok bobini, direnç, Zener diyot ve direnç veya doğrultucunun çıkışına yerleştirilen voltaj regülatörü olabilir. Uygulamada, çoğu yumuşatma filtresi, dalgalanma voltajını devre tarafından tolere edilebilir bir seviyeye verimli bir şekilde düşürmek için birden fazla bileşen kullanır. ⓘ

Paralel RC şönt filtreli tam dalga diyot-köprü doğrultucu ⓘ

Filtre kondansatörü, AC kaynağı herhangi bir güç sağlamadığında, yani AC kaynağı akım akış yönünü değiştirdiğinde, AC döngüsünün bir parçası sırasında depolanan enerjisini serbest bırakır. ⓘ

Düşük empedanslı kaynak ile performans

Yukarıdaki diyagram, şebeke kaynağı gibi sıfıra yakın empedanslı bir kaynaktan gelen rezervuar performansını göstermektedir. Doğrultucu voltajı arttıkça kapasitörü şarj eder ve aynı zamanda yüke akım sağlar. Çeyrek döngünün sonunda kondansatör, doğrultucu geriliminin tepe değeri olan Vp'ye kadar şarj olur. Bunu takiben, doğrultucu gerilimi bir sonraki çeyrek döngüye girerken minimum değeri Vmin'e düşmeye başlar. Bu, kondansatörün yük üzerinden boşalmasını başlatır. ⓘ

C kapasitörünün boyutu tolere edilebilecek r dalgalanma miktarına göre belirlenir, burada r=(Vp-Vmin)/Vp'dir. ⓘ

Bu devreler sıklıkla transformatörlerden beslenir ve önemli bir dirence sahiptir. Transformatör direnci rezervuar kapasitör dalga biçimini değiştirir, tepe gerilimini değiştirir ve regülasyon sorunları ortaya çıkarır. ⓘ

Kondansatör giriş filtresi

Belirli bir yük için, bir yumuşatma kapasitörünün boyutlandırılması, dalgalanma voltajını azaltmak ve dalgalanma akımını artırmak arasında bir değiş tokuştur. Tepe akımı, gelen sinüs dalgasının yükselen kenarındaki besleme voltajının yükselme oranına göre belirlenir ve transformatör sargılarının direnci ile azaltılır. Yüksek dalgalanma akımları kondansatör, doğrultucu ve transformatör sargılarındaki I²R kayıplarını (ısı şeklinde) artırır ve bileşenlerin amper kapasitesini veya transformatörün VA değerini aşabilir. Vakum tüplü doğrultucular giriş kapasitörünün maksimum kapasitansını belirtir ve SS diyot doğrultucuların da akım sınırlamaları vardır. Bu uygulama için kondansatörler düşük ESR'ye ihtiyaç duyar, aksi takdirde dalgalanma akımı onları aşırı ısıtabilir. Dalgalanma gerilimini belirli bir değerle sınırlamak için gerekli kondansatör boyutu yük akımıyla orantılıdır ve besleme frekansı ve giriş döngüsü başına doğrultucunun çıkış tepe sayısı ile ters orantılıdır. Tam dalga doğrultulmuş çıkış, yarım dalga doğrultulmuş çıkışın iki katı frekansta olduğu için daha küçük bir kondansatör gerektirir. Dalgalanmayı sadece tek bir kondansatörle tatmin edici bir sınıra indirmek için genellikle pratik olmayan boyutta bir kondansatör gerekir. Bunun nedeni, bir kapasitörün dalgalanma akımı değerinin boyutla doğrusal olarak artmaması ve yükseklik sınırlamaları da olabilmesidir. Yüksek akım uygulamaları için bunun yerine kapasitör bankaları kullanılır. ⓘ

Şok giriş filtresi

Doğrultulmuş dalga biçimini bir bobin giriş filtresine yerleştirmek de mümkündür. Bu devrenin avantajı akım dalga şeklinin daha düzgün olmasıdır: akım, kondansatör giriş filtresinde olduğu gibi her yarım döngüde AC voltajının tepe noktalarında darbeler halinde çekilmek yerine tüm döngü boyunca çekilir. Dezavantajı ise voltaj çıkışının çok daha düşük olmasıdır - tepe yerine AC yarım döngüsünün ortalaması; bu RMS voltajının yaklaşık %90'ına karşılık ${\sqrt {2}}$ Bir kondansatör giriş filtresi için RMS voltajının (yüksüz) katları. Bunu dengeleyen, güç kaynağı bileşenleri üzerindeki tepe voltajı ve dalgalanma akımı taleplerini azaltan üstün voltaj regülasyonu ve daha yüksek kullanılabilir akımdır. İndüktörler, demir veya diğer manyetik malzemelerin çekirdeklerini gerektirir ve ağırlık ve boyut ekler. Bu nedenle elektronik ekipmanlar için güç kaynaklarında kullanımları voltaj regülatörleri gibi yarı iletken devreler lehine azalmıştır. ⓘ

Giriş filtresi olarak direnç

Akü şarj cihazları gibi dalgalanma geriliminin önemsiz olduğu durumlarda, çıkış gerilimini devrenin gerektirdiği gerilime ayarlamak için giriş filtresi tek bir seri direnç olabilir. Bir direnç hem çıkış gerilimini hem de dalgalanma gerilimini orantılı olarak azaltır. Direnç giriş filtresinin bir dezavantajı, yük için mevcut olmayan atık ısı şeklinde güç tüketmesidir, bu nedenle yalnızca düşük akım devrelerinde kullanılır. ⓘ

Daha yüksek dereceli ve kademeli filtreler

Dalgalanmayı daha da azaltmak için, ilk filtre elemanını ek alternatif seri ve şönt filtre bileşenleri veya bir voltaj regülatörü izleyebilir. Seri filtre bileşenleri dirençler veya bobinler olabilir; şönt elemanlar dirençler veya kapasitörler olabilir. Filtre DC gerilimini şu şekilde yükseltebilir yanı sıra dalgalanmayı azaltır. Filtreler genellikle RC (seri direnç, şönt kondansatör) veya LC (seri şok, şönt kondansatör) bölümleri olarak adlandırılan seri/şönt bileşen çiftlerinden oluşturulur. İki yaygın filtre geometrisi Pi (kapasitör, bobin, kapasitör) ve T (bobin, kapasitör, bobin) filtreleri olarak bilinir. Bazen seri elemanlar dirençlerdir - çünkü dirençler daha küçük ve daha ucuzdur - daha düşük bir DC çıkışı istendiğinde veya izin verildiğinde. Başka bir Bir tür özel filtre geometrisi seri rezonans bobini veya ayarlı bobin filtresidir. Alçak geçiren filtreler olan diğer filtre geometrilerinin aksine, rezonans bobini filtresi bir bant durdurma filtresidir: dalgalanma voltajının frekansında rezonansa giren ve dalgalanmaya karşı çok yüksek bir empedans sunan paralel bir bobin ve kapasitör kombinasyonudur. Filtreyi tamamlamak için bunu bir şönt kondansatör takip edebilir. ⓘ

Gerilim regülatörleri

DC yük çok düşük dalgalanma gerilimi gerektiriyorsa, ek filtre bileşenlerine daha yaygın bir alternatif, giriş filtresini bir voltaj regülatörü ile takip etmektir. Bir voltaj regülatörü, esasen dalgalanma frekansındaki voltajı yükten uzaklaştıran bir voltaj bölücü olan filtreden farklı bir prensiple çalışır. Bunun yerine bir regülatör, sabit bir çıkış voltajını korumak için yüke verilen akımı artırır veya azaltır. ⓘ

Basit bir pasif şönt voltaj regülatörü, kaynak voltajını gerekli seviyeye düşürmek için bir seri dirençten ve ters akımlı bir Zener diyot şöntünden oluşabilir. voltajı ayarlanan voltaja eşittir. Giriş voltajı yükseldiğinde, diyot ayarlanan çıkış voltajını korumak için akımı boşaltır. Bu tür bir regülatör genellikle sadece düşük voltajlı, düşük akımlı devrelerde kullanılır çünkü Zener diyotların hem voltaj hem de akım sınırlamaları vardır. Ayrıca çok verimsizdir, çünkü yük için kullanılamayan fazla akımı boşaltır. ⓘ

Şönt voltaj regülatörüne daha verimli bir alternatif aktif voltaj regülatör devresidir. Aktif bir regülatör enerjiyi depolamak ve boşaltmak için reaktif bileşenler kullanır, böylece doğrultucu tarafından sağlanan akımın çoğu veya tamamı yüke aktarılır. Ayrıca kaynak voltajı düştüğünde çıkış voltajını korumak için transistör gibi en az bir voltaj yükseltici bileşenle birlikte negatif ve pozitif geri besleme kullanabilir. Giriş filtresi, gerekli çıkış voltajını üretmek için regülatörün ihtiyaç duyduğu minimum voltajın altına düşen dalgalanmanın çukurlarını önlemelidir. Regülatör hem dalgalanmayı önemli ölçüde azaltmaya hem de besleme ve yük özelliklerindeki değişikliklerle başa çıkmaya yarar. ⓘ

Uygulamalar

Doğrultucuların birincil uygulaması, bir AC kaynağından DC gücü elde etmektir (AC'den DC'ye dönüştürücü). Doğrultucular neredeyse tüm elektronik ekipmanların güç kaynaklarında kullanılır. AC/DC güç kaynakları genel olarak doğrusal güç kaynakları ve anahtarlamalı güç kaynakları olarak ikiye ayrılabilir. Bu tür güç kaynaklarında doğrultucu, transformatörün ardından seri olarak gelir ve bunu bir yumuşatma filtresi ve muhtemelen bir voltaj regülatörü izler. ⓘ

DC gücünün bir voltajdan diğerine dönüştürülmesi çok daha karmaşıktır. DC'den DC'ye dönüştürmenin bir yöntemi önce gücü AC'ye dönüştürür (invertör adı verilen bir cihaz kullanarak), ardından voltajı değiştirmek için bir transformatör kullanır ve son olarak gücü tekrar DC'ye doğrultur. Tipik olarak birkaç on kilohertzlik bir frekans kullanılır, çünkü bu daha düşük frekanslardan çok daha küçük endüktans gerektirir ve ağır, hantal ve pahalı demir çekirdekli transformatörlerin kullanımını engeller. DC gerilimleri dönüştürmenin bir başka yöntemi, kapasitörlerin bağlantılarını değiştirmek için hızlı anahtarlama kullanan bir şarj pompası kullanır; bu teknik, gerekli kapasitörlerin boyutu nedeniyle genellikle birkaç watt'a kadar olan kaynaklarla sınırlıdır. ⓘ

Kontrollü tristörlü bir tam dalga doğrultucunun çıkış gerilimi ⓘ

Doğrultucular ayrıca genlik modülasyonlu radyo sinyallerinin algılanması için de kullanılır. Sinyal algılanmadan önce yükseltilebilir. Değilse, çok düşük voltaj düşüşlü bir diyot veya sabit voltajla öngerilimli bir diyot kullanılmalıdır. Demodülasyon için bir doğrultucu kullanıldığında kapasitör ve yük direnci dikkatlice eşleştirilmelidir: çok düşük bir kapasite yüksek frekanslı taşıyıcının çıkışa geçmesine neden olur ve çok yüksek kapasite kapasitörün sadece şarj olmasına ve şarjlı kalmasına neden olur. ⓘ

Doğrultucular kaynak için polarize voltaj sağlar. Bu tür devrelerde çıkış akımının kontrol edilmesi gerekir; bu bazen bir köprü doğrultucudaki diyotların bazılarının tristörlerle değiştirilmesiyle elde edilir, etkili bir şekilde voltaj çıkışı faz ateşlemeli kontrolörlerle açılıp kapatılarak düzenlenebilen diyotlar. ⓘ

Tristörler, cer motorlarının hassas kontrolünün sağlanabilmesi için çeşitli sınıflardaki demiryolu vagon sistemlerinde kullanılmaktadır. Kapı kapama tristörleri, örneğin Eurostar Trenlerinde üç fazlı cer motorlarına güç sağlamak için bir DC beslemesinden alternatif akım üretmek için kullanılır. ⓘ

Doğrultma teknolojileri

Elektromekanik

Tüp tipi redresörlerin geliştirildiği yaklaşık 1905 yılından önce güç dönüştürme cihazları tamamen elektro-mekanik tasarımlıydı. Mekanik redresörler, akımı tersine çevirmek için bir anahtar veya komütatör çalıştıran elektromıknatıslar tarafından tahrik edilen bir çeşit rotasyon veya rezonans titreşimi kullanıyordu. ⓘ

Bu mekanik redresörler gürültülüydü ve aşınma nedeniyle hareketli parçaların yağlanması ve değiştirilmesi de dahil olmak üzere yüksek bakım gereksinimleri vardı. Yük altında mekanik kontakların açılması, kontakları ısıtan ve aşındıran elektrik arklarına ve kıvılcımlara neden oluyordu. Ayrıca saniyede birkaç bin çevrimin üzerindeki AC frekanslarını da idare edemiyorlardı. ⓘ

Senkron doğrultucu

Elektrikli lokomotiflerde alternatif akımı doğru akıma dönüştürmek için bir senkron doğrultucu kullanılabilir. Bir dizi ağır hizmet tipi elektrik kontağını tahrik eden bir senkron motordan oluşur. Motor AC frekansı ile aynı zamanda döner ve sinüzoidal akımın sıfır geçişinden geçtiği bir anda yük bağlantılarını periyodik olarak tersine çevirir. Kontakların büyük bir akımı değiştirmesi gerekmez, ancak lokomotifin DC çekiş motorlarını beslemek için büyük bir akım taşıyabilmeleri gerekir. ⓘ

Titreşimli doğrultucu

1922'den kalma bir vibratör akü şarj cihazı. Otomobil akülerini şarj etmek için 6 V'ta 6 A DC üretmiştir. ⓘ

Bunlar, bir AC elektromıknatıs tarafından oluşturulan alternatif bir manyetik alan tarafından titreştirilen ve negatif yarı döngülerde akımın yönünü tersine çeviren kontaklara sahip bir rezonans kamışından oluşuyordu. Akü şarj cihazları gibi düşük güçlü cihazlarda, bir düşürücü transformatör tarafından üretilen düşük voltajı düzeltmek için kullanıldılar. Bir başka kullanım alanı da tüpler için yüksek DC voltajı sağlamak üzere taşınabilir vakum tüplü radyolar için batarya güç kaynaklarıydı. Bunlar, modern katı hal anahtarlamalı invertörlerin mekanik bir versiyonu olarak, akü voltajını yükseltmek için bir transformatör ve transformatöre güç sağlamak için darbeli bir AC oluşturmak üzere DC akü akımını tekrar tekrar kesmek için manyetik alanı tarafından çalıştırılan transformatör çekirdeği üzerinde bir dizi vibratör kontağı ile çalışıyordu. Daha sonra vibratör üzerindeki ikinci bir doğrultucu kontak seti, trafo sekonderinden gelen yüksek AC voltajını DC'ye doğrulttu. ⓘ

Motor-jeneratör seti

Küçük bir motor-jeneratör seti ⓘ

Bir motor-jeneratör seti veya benzer bir döner konvertör, aslında akımı düzeltmediği için tam olarak bir doğrultucu değildir, bunun yerine bir AC kaynağından DC üretir. Bir "M-G setinde", bir AC motorun şaftı mekanik olarak bir DC jeneratörün şaftına bağlanır. DC jeneratör armatür sargılarında çok fazlı alternatif akımlar üretir ve armatür şaftı üzerindeki bir komütatör bunu doğru akım çıkışına dönüştürür; veya homopolar bir jeneratör komütatöre ihtiyaç duymadan doğru akım üretir. M-G setleri, demiryolu çekiş motorları, endüstriyel motorlar ve diğer yüksek akım uygulamaları için DC üretmek için kullanışlıdır ve yüksek güçlü yarı iletkenler yaygın olarak kullanılmadan önce birçok yüksek güçlü DC kullanımında (örneğin, açık hava tiyatroları için karbon ark lambalı projektörler) yaygındı. ⓘ

Elektrolitik

Elektrolitik doğrultucu yirminci yüzyılın başlarından kalma ve artık kullanılmayan bir cihazdır. Ev yapımı bir versiyonu 1913 tarihli The Boy Mechanic kitabında gösterilmiştir ancak düşük arıza gerilimi ve elektrik çarpması riski nedeniyle yalnızca çok düşük gerilimlerde kullanıma uygundur. Bu türden daha karmaşık bir cihazın patenti 1928 yılında G. W. Carpenter tarafından alınmıştır (ABD Patenti 1671970). ⓘ

İki farklı metal bir elektrolit çözeltisi içinde süspanse edildiğinde, çözelti boyunca bir yönde akan doğru akım diğer yöne göre daha az direnç görür. Elektrolitik doğrultucular en yaygın olarak triamonyum ortofosfat çözeltisi içinde süspanse edilmiş bir alüminyum anot ve bir kurşun veya çelik katot kullanır. ⓘ

Doğrultma işlemi, alüminyum elektrot üzerindeki ince bir alüminyum hidroksit kaplamasından kaynaklanır; bu kaplama, kaplamayı oluşturmak için önce hücreye güçlü bir akım uygulanarak oluşturulur. Düzeltme işlemi sıcaklığa duyarlıdır ve en iyi verim için 86 °F (30 °C) üzerinde çalışmamalıdır. Ayrıca kaplamanın delindiği ve hücrenin kısa devre yaptığı bir arıza gerilimi de vardır. Elektrokimyasal yöntemler genellikle mekanik yöntemlerden daha kırılgandır ve düzeltme süreçlerini büyük ölçüde değiştirebilecek veya tamamen bozabilecek kullanım değişikliklerine karşı hassas olabilir. ⓘ

Benzer elektrolitik cihazlar aynı dönemde triamonyum ortofosfat çözeltisi içeren bir tanka çok sayıda alüminyum koni asılarak yıldırım önleyici olarak kullanılmıştır. Yukarıdaki doğrultucudan farklı olarak, sadece alüminyum elektrotlar kullanılmış ve A.C. üzerinde kullanılmış, polarizasyon ve dolayısıyla doğrultucu etkisi olmamıştır, ancak kimya benzerdir. ⓘ

Çoğu doğrultucu devre konfigürasyonunun temel bir bileşeni olan modern elektrolitik kapasitör de elektrolitik doğrultucudan geliştirilmiştir. ⓘ

Plazma tipi

Vakum tüpü teknolojisinin 20. yüzyılın başlarında gelişmesi, gürültülü ve verimsiz mekanik redresörlerin yerini büyük ölçüde alan çeşitli tüp tipi redresörlerin icadıyla sonuçlanmıştır. ⓘ

Cıva-ark

Erken dönem 3 fazlı endüstriyel cıva buharlı doğrultucu tüp

150 kV cıva arklı vana Manitoba Hydro elektrik santralinde, Radisson, Kanada uzak şehirlere iletim için AC hidroelektriği DC'ye dönüştürdü. ⓘ

Yaklaşık 1909 ile 1975 yılları arasında yüksek voltajlı doğru akım (HVDC) güç iletim sistemlerinde ve endüstriyel işlemlerde kullanılan bir doğrultucu, cıva-ark doğrultucu veya cıva-ark valfidir. Cihaz soğanlı bir cam kap veya büyük bir metal küvet içine yerleştirilmiştir. Bir elektrot, katot, kabın dibindeki sıvı cıva havuzuna daldırılır ve anot adı verilen bir veya daha fazla yüksek saflıkta grafit elektrot havuzun üzerinde asılıdır. Arkın başlatılmasına ve sürdürülmesine yardımcı olmak için birkaç yardımcı elektrot olabilir. Katot havuzu ve asılı anotlar arasında bir elektrik arkı oluşturulduğunda, bir elektron akımı katottan anotlara iyonize cıva yoluyla akar, ancak diğer yöne akmaz (prensipte bu, bir alevde doğal olarak bulunan plazmanın aynı tek yönlü akım iletim özelliklerini kullanan alev rektifikasyonunun daha yüksek güçlü bir karşılığıdır). ⓘ

Bu cihazlar yüzlerce kilovatlık güç seviyelerinde kullanılabilir ve bir ila altı faz AC akımı işleyecek şekilde üretilebilir. Cıvalı ark doğrultucuların yerini 1970'lerin ortalarında silikon yarı iletken doğrultucular ve yüksek güçlü tristör devreleri almıştır. Şimdiye kadar inşa edilen en güçlü cıva arklı doğrultucular Manitoba Hydro Nelson River Bipole HVDC projesine kurulmuştur ve toplam güçleri 1 GW ve 450 kV'un üzerindedir. ⓘ

Argon gazlı elektron tüpü

1917'den Tungar ampuller, 2 amper (solda) ve 6 amper ⓘ

General Electric Tungar doğrultucu, tungsten filament katotlu ve karbon düğme anotlu cıva buharı (örn.:5B24) veya argon (örn.:328) gazı dolu bir elektron tüp cihazıydı. Termiyonik vakum tüp diyotuna benzer şekilde çalışıyordu, ancak tüpteki gaz ileri iletim sırasında iyonlaşarak çok daha düşük bir ileri voltaj düşüşü sağlıyordu, böylece daha düşük voltajları düzeltebiliyordu. Daha düşük maliyetli metal redresörler ve daha sonra yarı iletken diyotlar yerini alana kadar 1920'lerden itibaren pil şarj cihazları ve benzer uygulamalar için kullanıldı. Bunlar birkaç yüz volt ve birkaç amper değerine kadar üretildi ve bazı boyutlarda ek bir elektrot ile akkor lambaya benziyordu. ⓘ

0Z4, 1940'larda ve 1950'lerde vakum tüplü araba radyolarında yaygın olarak kullanılan gaz dolu bir doğrultucu tüptü. İki anotlu ve bir katotlu geleneksel bir tam dalga doğrultucu tüptü, ancak filamanı olmadığı için benzersizdi (bu nedenle tip numarasındaki "0"). Elektrotlar, ters bozulma voltajı ileri bozulma voltajından çok daha yüksek olacak şekilde şekillendirilmişti. Arıza voltajı aşıldığında, 0Z4 yaklaşık 24 V'luk bir ileri voltaj düşüşü ile düşük dirençli bir duruma geçer. ⓘ

Diyot vakum tüpü (valf)

Vakum tüp diyotları ⓘ

Başlangıçta Fleming valfi olarak adlandırılan termiyonik vakum tüp diyot, 1904 yılında John Ambrose Fleming tarafından radyo alıcılarında radyo dalgaları için bir dedektör olarak icat edildi ve genel bir doğrultucuya dönüştü. Ayrı bir akımla ısıtılan bir flaman ve bir metal plaka anot ile boşaltılmış bir cam ampulden oluşuyordu. Filaman, Thomas Edison tarafından 1884 yılında keşfedilen termiyonik emisyon (Edison etkisi) yoluyla elektron yayar ve plaka üzerindeki pozitif bir voltaj, tüp boyunca filamandan plakaya doğru bir elektron akımına neden olur. Yalnızca filaman elektron ürettiğinden, tüp akımı yalnızca bir yönde iletir ve 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 gibi vakum tüplü tüketici elektroniği ürünlerindeki güç kaynaklarında, örneğin All American Five radyo alıcısında yaygın olarak kullanılmıştır. İki ayrı plakaya sahip "tam dalga" versiyonları popülerdi çünkü tam dalga doğrultucu yapmak için merkeze dokunmuş bir transformatörle kullanılabiliyorlardı. Vakum tüp doğrultucular, televizyon alıcılarının katot ışın tüpü için yüksek voltajlı güç kaynağı ve X-ışını ekipmanında güç kaynağı olarak kullanılan kenotron gibi çok yüksek voltajlar için yapılmıştır. Bununla birlikte, modern yarı iletken diyotlarla karşılaştırıldığında, vakum tüplü redresörler boşluk yükü nedeniyle yüksek iç dirence ve dolayısıyla yüksek voltaj düşüşlerine sahiptir, bu da yüksek güç dağılımına ve düşük verimliliğe neden olur. Plaka güç dağılımının sınırları nedeniyle nadiren 250 mA'yı aşan akımları idare edebilirler ve pil şarj cihazları gibi düşük voltajlı uygulamalar için kullanılamazlar. Vakum tüplü doğrultucunun bir diğer sınırlaması da ısıtıcı güç kaynağının genellikle doğrultucu devresinin yüksek voltajlarından yalıtılması için özel düzenlemeler gerektirmesidir. ⓘ

Katı hal

Kristal dedektörü

Galena kedi bıyığı dedektörü ⓘ

Kristal dedektör en eski yarı iletken diyot türüdür. Jagadish Chandra Bose tarafından icat edilmiş ve 1902'den itibaren G. W. Pickard tarafından geliştirilmiştir ve koheratör gibi daha önceki dedektörlere göre önemli bir gelişmeydi. Kristal dedektör, vakum tüpleri kullanıma sunulmadan önce yaygın olarak kullanılmaktaydı. Genellikle kedi bıyığı dedektörü olarak adlandırılan popüler bir kristal dedektör türü, yüzeyine hafif yaylı bir tel değen, genellikle galen (kurşun sülfür) gibi yarı iletken bir mineral kristalinden oluşur. Kırılganlığı ve sınırlı akım kapasitesi onu güç kaynağı uygulamaları için uygunsuz hale getirmiştir. 1930'larda araştırmacılar mikrodalga frekanslarında kullanılmak üzere kristal dedektörü minyatürleştirdi ve geliştirdi. ⓘ

Selenyum ve bakır oksit doğrultucular

Selenyum doğrultucu ⓘ

1970'lerde yerini daha kompakt ve daha az maliyetli silikon katı hal redresörlere bırakana kadar yaygın olan bu üniteler oksit kaplı metal plakalardan oluşan yığınlar kullanır ve selenyum veya bakır oksidin yarı iletken özelliklerinden yararlanırdı. Selenyum redresörler daha hafif olmalarına ve benzer vakum tüplü redresörlere kıyasla daha az güç kullanmalarına rağmen, sınırlı ömür beklentisi, yaşla birlikte artan direnç gibi dezavantajlara sahipti ve yalnızca düşük frekanslarda kullanıma uygundu. Hem selenyum hem de bakır oksit redresörler anlık voltaj geçişlerine karşı silikon redresörlerden biraz daha iyi toleransa sahiptir. ⓘ

Tipik olarak bu doğrultucular, merkezi bir cıvata ile bir arada tutulan metal plaka veya pul yığınlarından oluşuyordu ve yığın sayısı voltajla belirleniyordu; her hücre yaklaşık 20 V için derecelendirilmişti. Bir otomotiv akü şarj redresörü yalnızca bir hücreye sahip olabilir: bir vakum tüpü için yüksek voltajlı güç kaynağı düzinelerce yığılmış plakaya sahip olabilir. Hava soğutmalı bir selenyum yığınındaki akım yoğunluğu, aktif alanın inç karesi başına yaklaşık 600 mA (santimetrekare başına yaklaşık 90 mA) idi. ⓘ

Silikon ve germanyum diyotlar

Farklı akım değerlerine sahip çeşitli silikon diyotlar. Solda bir köprü doğrultucu var. Ortadaki 3 diyotta, boyalı bir bant katot terminalini tanımlar

Silikon diyotlar, düşük voltajlar ve güçler için en yaygın kullanılan redresörlerdir ve büyük ölçüde diğer redresörlerin yerini almıştır. Önemli ölçüde daha düşük ileri voltajları nedeniyle (silikon diyotlar için 0,7V'a karşılık 0,3V) germanyum diyotlar, düşük voltaj devrelerinde silikon diyotlara göre doğal bir avantaja sahiptir. ⓘ

Yüksek güç: tristörler (SCR'ler) ve daha yeni silikon tabanlı gerilim kaynaklı dönüştürücüler

Manitoba Hydro barajlarından uzun mesafeli güç aktarımı için kullanılan üç yüksek güçlü tristörlü valf yığınından ikisi. Yukarıdaki aynı baraj sahasındaki cıvalı ark sistemi ile karşılaştırın. ⓘ

Yüksek güç uygulamalarında, 1975'ten 2000'e kadar, çoğu cıvalı valf ark-doğrultucu, basit bir diyotla karşılaştırıldığında iki ekstra yarı iletken katmana sahip silikon cihazlar olan çok yüksek güçlü tristör yığınlarıyla değiştirildi. ⓘ

Orta güçlü iletim uygulamalarında, yalıtımlı kapı bipolar transistörleri (IGBT) ve kapı kapama tristörleri (GTO) gibi daha karmaşık ve sofistike voltaj kaynaklı dönüştürücü (VSC) silikon yarı iletken doğrultucu sistemleri, daha küçük yüksek voltajlı DC güç iletim sistemlerini ekonomik hale getirmiştir. Bu cihazların tümü doğrultucu olarak işlev görmektedir. ⓘ

2009 yılı itibariyle, bu yüksek güçlü silikon "kendinden komütasyonlu anahtarların", özellikle IGBT'lerin ve entegre kapı komütasyonlu tristör (IGCT) adı verilen bir varyant tristörün (GTO ile ilgili), en yüksek güç iletimli DC uygulamaları için basit tristör tabanlı AC düzeltme sistemlerinin yerini alacakları noktaya kadar güç derecesinde ölçeklendirilmesi bekleniyordu. ⓘ

Aktif doğrultucu

Bir diyot ve bir MOSFET boyunca gerilim düşüşü. Bir MOSFET'in düşük açık direnç özelliği, çok düşük akım seviyelerinde bile önemli bir voltaj düşüşü sergileyen diyot doğrultucuya kıyasla (bu durumda 32 A'nın altında) omik kayıpları azaltır. İki MOSFET'in paralel bağlanması (pembe eğri) kayıpları daha da azaltırken, birkaç diyotun paralel bağlanması ileri voltaj düşüşünü önemli ölçüde azaltmayacaktır. ⓘ

Aktif doğrultma, diyotları transistörler, genellikle güç MOSFET'leri veya güç BJT'leri gibi aktif olarak kontrol edilen anahtarlarla değiştirerek doğrultma verimliliğini artırmak için kullanılan bir tekniktir. Normal yarı iletken diyotlar yaklaşık 0,5-1 voltluk kabaca sabit bir voltaj düşüşüne sahipken, aktif doğrultucular direnç gibi davranır ve keyfi olarak düşük voltaj düşüşüne sahip olabilir. ⓘ

Tarihsel olarak, mekanik doğrultucular ve senkron doğrultma için vibratör tahrikli anahtarlar veya motor tahrikli komütatörler de kullanılmıştır. ⓘ

Aktif doğrultmanın birçok uygulaması vardır. Minimum güç kaybı sağlarken kısmi gölgelenme 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 frekanslarını düzeltebilen daha yüksek frekanslı doğrultucular geliştirmektir. Bu cihazlar, fiber optik iletişimde ve atomik saatlerde sayısız uygulaması olan optik heterodin algılamada kullanılmaktadır. Bu tür cihazlar için bir başka muhtemel uygulama da, DC elektrik gücü üretmek için nantennas adı verilen küçük antenler tarafından alınan ışık dalgalarını doğrudan düzeltmektir. Anten dizilerinin güneş enerjisi üretiminde güneş pillerinden daha verimli bir araç olabileceği düşünülmektedir. ⓘ

İlgili bir araştırma alanı da daha küçük redresörler geliştirmektir, çünkü daha küçük bir cihaz daha yüksek bir kesme frekansına sahiptir. Araştırma projeleri, doğrultucu olarak işlev görecek tek bir organik molekül olan unimoleküler bir doğrultucu geliştirmeye çalışmaktadır. ⓘ

Tam dalga doğrultucu

AC gerilimi DC gerilime kayıpsız olarak dönüştüren doğrultuculardır. ⓘ

Dört diyotlu

Dört diyot kullanan doğrultucu ⓘ

Evlerde kullanılan dört diyotlu ve düzleyici kondansatörlü bir doğrultucu ⓘ

Köprü tipi tam dalga doğrultmaç devresi diye de geçen bu devre AC'yi en iyi şekilde DC'ye dönüştüren devre olduğundan çok sık kullanılır ve her türlü elektronik aygıtın beslenme katında karşımıza çıkar. ⓘ

Enerji iletimi

AC gerilimi basit bir transformatör tarafından bile kolaylıkla kontrol edilebildiğinden enerji iletiminde kullanılır. Yüksek gerilim enerji iletim hatları elektriği uzak mesafelere, indirgenmiş akım (ısı ve böylece enerji kayıpları azalmış olur) ile iletmek için kullanılır. Güç hedef noktaya vardığında indirgeme transformatörleri tarafından kontrol edilebilir gerilimlere düşürülür. DC gerilimi bir gerilim değerinden diğerine indirmek daha karmaşık bir yapı gerektirir. DC den DC ye gerilim çevirmenin bir yolu önce AC ye çevirip (evirici ismi verilen cihaz kullanılır) daha sonra bir transformatör ile gerilim değeri düşürülür ve son olarak DC ye doğrultma işlemi gerçekleştirilir. DC günlük yaşamda faydalanılan elektrik ve elektronik cihazların iç devrelerinde kullanılır. Bilgisayarlar, telefonlar, televizyonlar, saatler, sürekli aydınlatma vb. DC kullanacak şekilde tasarlanırlar. ⓘ