Tasasuuntaaja

Tasasuuntaaja on sähkötekniikan ja elektroniikan komponentti tai ratkaisu, joka muuttavat vaihtovirran (sykkiväksi) tasavirraksi.^[1] Tasasuuntauskytkennät voidaan jakaa puoli- ja kokoaaltotasasuuntauskytkentöihin. Kokoaaltotasasuuntaaja hyödyntää vaihtojännitteen molemmat puolijaksot, puoliaaltotasasuuntaaja vain toisen.

Puoliaaltotasasuuntauskytkentä yhdellä diodilla.

kokoaaltotasasuuntauskytkentä kahdella diodilla ja muuntajan keskiulosotolla

Tyypillisin kokoaaltotasasuuntauskytkentä neljällä diodilla - siltakytkentä - ja ilman muuntajan keskiulosottoa.

Nykyaikaisissa elektroniikkalaitteissa tasasuuntaaminen toteutetaan lähes poikkeuksetta diodeilla, jotka voivat komponenttina olla valmiita nelinapaisia kokoaaltotasasuuntaussiltoja, eli diodisiltoja, eli tasasuuntaajia (tasasuuntaussilta, siltatasasuuntaaja).

Tasasuuntaamisen yleisin sovelluskohde on elektroniikkalaitteiden virtalähteessä vaihtojännitteen muuttaminen tasajännitteeksi.

Tasasuunnatun tasavirran sykkimistä voidaan vähentää kondensaattorin ja/tai kelan avulla, sekä jännitteensäätöratkaisuilla.

Historia

Historiallisesti ensimmäinen käyttökelpoinen tasasuuntaaja oli diodiputki.

Diodiputken periaatekuva. Osat ulkoa sisälle päin: lasikupu (tyhjiö), anodi, katodi, katodia kuumentava hehkulanka

Jo ennen diodiputkea oli käytettävissä 'kidediodi', eli kidekoneissakin käytetty lyijyhohdediodi.^[2] Lyijyhohdediodi ei kuitenkaan ollut kelvollinen merkittävien virtojen käsittelemiseen ja tasasuuntaajan historia alkoikin vasta diodiputken keksimisestä vuonna 1902; Diodiputken keksijä John Ambrose Fleming loi myös koko elektroniikan käsitteen.^[3]

Flemingin ensimmäisiä diodiputkia

Puoli vuosisataa sitten käyttöjännitteen tasasuuntaus esimerkiksi radiovastaanottimissa toteutettiin seleenitasasuuntaajalla.

Tyypillinen, nykyisin jo käytöstä poistunut seleenitasasuuntaaja

Sähköjunien ja raitiovaunujen sähkönsyöttöjärjestelmissä käytettiin vielä 1970-luvulla yleisesti elohopeatasasuuntaajia.

Suuritehoinen, elohopeatasasuuntaaja

Ensimmäisiä puolijohdediodeja olivat germaniumdiodit.

Germaniumdiodi. Tarkkaan katsottuna voi nähdä kuinka terävä elektrodi koskettaa germaniumlevyn pintaan

Nykyään kulutuselektroniikassa käytetään tasasuuntauksessa piidiodeja tai Schottky-diodeja siltakytkettynä.

Tyypillisiä muutaman ampeerin piidiodeja

Suurtehoratkaisuissa käytetään nykyään muun muassa tyristoreja.

Suuren voimalaitoksen tyristoritasasuuntaaja

Puoliaaltotasasuuntaus

Yksinkertaisin tasasuuntaaja on puoliaaltotasasuuntaaja, joka voidaan rakentaa yksittäisestä diodista, jännitelähteestä sekä kuormasta.^[4] Sähkövirta pääsee kulkemaan diodin läpi vain toiseen suuntaan. Piirin huono puoli on, että se voi hyödyntää vaihtovirrasta vain joka toisen pulssin.

Kokoaaltotasasuuntaus

Kokoaaltotasasuuntaus voidaan toteuttaa neljän diodin diodisillalla:

Virta kulkee aina kahden diodin läpi kerrallaan. Neljän diodin siltoja on saatavana valmiiksi paketoituna komponentteina. Tätä kytkentää kutsutaan myös Graetz-kytkennäksi.

Mikäli käytettävissä on keskiulosotolla varustettu muuntaja, voidaan kokoaaltotasasuuntaus toteuttaa myös kahdella diodilla:

Kytkennän etuna on pienempi jännitehäviö neljän diodin siltaan verrattuna.

Tarkka tasasuuntaaja

Tavallisessa teholähdekäyttöön tarkoitetussa tasasuuntaajassa osa jännitteestä häviää diodi(e)n kynnysjännitteeseen. Mittaussovelluksia varten voidaan diodin ja operaatiovahvistimen avulla toteuttaa myös tarkempi kytkentä, jolla ei ole diodin kynnysjännitteen aiheuttamaa häviötä, kuten tavanomaisilla tasasuuntauskytkennöillä.

Tarkka puoliaaltotasasuuntaaja

Katso myös

Lähteet

↑ Robert Diffenderfer: Electronic Devices: Systems and Applications, s. 113. Cengage Learning, 2005. ISBN 9781401835149 (englanniksi)
↑ Shaw, R.: The cat’s-whisker detector (Physics) rileyjshaw.com. 22.4.2014. Arkistoitu 16.1.2021. Viitattu 12.1.2021. (englanniksi)
↑ Macksey, Kenneth & Woodhouse, William: ”Electronics”, The Penguin encyclopedia of modern warfare: 1850 to the present day, s. 110. (The electronics age may be said to have been ushered in with the invention of the vacuum diode valve in 1902 by the Briton John Fleming (himself coining the word 'electronics'), the immediate application being in the field of radio.) Viking, 1991. ISBN 978-0-670-82698-8 (englanniksi)
↑ Russell Meade & Robert Diffenderfer: Foundations of Electronics.: Circuits Devices, s. 805. Cengage Learning, 2003. ISBN 9780766840263 (englanniksi)

Aiheesta muualla

Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Tasasuuntaaja Wikimedia Commonsissa

[1] Robert Diffenderfer: Electronic Devices: Systems and Applications, s. 113. Cengage Learning, 2005. ISBN 9781401835149 (englanniksi)

[2] Shaw, R.: The cat’s-whisker detector (Physics) rileyjshaw.com. 22.4.2014. Arkistoitu 16.1.2021. Viitattu 12.1.2021. (englanniksi)

[3] Macksey, Kenneth & Woodhouse, William: ”Electronics”, The Penguin encyclopedia of modern warfare: 1850 to the present day, s. 110. (The electronics age may be said to have been ushered in with the invention of the vacuum diode valve in 1902 by the Briton John Fleming (himself coining the word 'electronics'), the immediate application being in the field of radio.) Viking, 1991. ISBN 978-0-670-82698-8 (englanniksi)

[4] Russell Meade & Robert Diffenderfer: Foundations of Electronics.: Circuits Devices, s. 805. Cengage Learning, 2003. ISBN 9780766840263 (englanniksi)

[1]