جسر ثنائي

جسر الديود هو دائرة تقويم جسرية تتكون من أربعة ديودات، وتُستخدم في عملية تحويل التيار المتردد (AC) من أطراف الإدخال إلى تيار مستمر (DC، أي ذو قطبية ثابتة ) عند أطراف الإخراج. وتتمثل وظيفته في تحويل أجزاء الجهد السالب من موجة التيار المتردد إلى جهد موجب، وبعد ذلك يمكن استخدام مرشح تمرير منخفض لتنعيم الناتج وتحويله إلى تيار مستمر. ^{[ 1 ]}

عند استخدامه في تطبيقه الأكثر شيوعًا، لتحويل تيار متردد (AC) إلى تيار مستمر (DC)، يُعرف باسم مقوم الجسر . يوفر مقوم الجسر تقويمًا كامل الموجة من مدخل تيار متردد ثنائي الأسلاك، مما ينتج عنه تكلفة ووزن أقل مقارنةً بمقوم ذي مدخل ثلاثي الأسلاك من محول ذي ملف ثانوي ذي نقطة مركزية . ^{[ 2 ]}

قبل توفر الدوائر المتكاملة ، كان يتم تصنيع مقوم الجسر من ثنائيات منفصلة. ومنذ حوالي عام 1950، أصبح مكون واحد ذو أربعة أطراف يحتوي على الثنائيات الأربعة المتصلة في تكوين جسر متاحًا، وهو متوفر الآن بتصنيفات جهد وتيار مختلفة.

تُستخدم الثنائيات أيضًا في طوبولوجيات الجسر جنبًا إلى جنب مع المكثفات كمضاعفات للجهد .

اخترع كارول بولاك دائرة جسر الديود وحصل على براءة اختراعها في ديسمبر 1895 في بريطانيا العظمى ^{[ 3 ]} وفي يناير 1896 في ألمانيا. ^{[ 4 ] [ 5 ]} وفي عام 1897، اخترع ليو غريتز بشكل مستقل دائرة مماثلة ونشرها. ^{[ 6 ] [ 7 ]} ويُشار إلى هذه الدائرة اليوم أحيانًا باسم "دائرة غريتز" أو "جسر غريتز". ^{[ 8 ]}

وفقًا للنموذج التقليدي لتدفق التيار ، الذي وضعه بنجامين فرانكلين ولا يزال معظم المهندسين يتبعونه حتى اليوم، ^{[ 9 ]} يتدفق التيار عبر الموصلات الكهربائية من القطب الموجب إلى القطب السالب (ويُعرف هذا بالتدفق الموجب). في الواقع، تتدفق الإلكترونات الحرة في الموصل دائمًا تقريبًا من القطب السالب إلى القطب الموجب. مع ذلك، في الغالبية العظمى من التطبيقات، لا يُؤخذ اتجاه تدفق التيار الفعلي في الاعتبار. لذلك، سنعتمد النموذج التقليدي في المناقشة التالية.

تتمثل الخاصية الأساسية للدايود في أن التيار لا يمر عبره إلا في اتجاه واحد، وهو ما يُعرف بالاتجاه الأمامي. يستخدم جسر الدايود الدايودات كمكونات توالي للسماح بمرور التيار في الاتجاه الأمامي خلال الجزء الموجب من دورة التيار المتردد، وكمكونات تفرع لإعادة توجيه التيار المتدفق في الاتجاه العكسي خلال الجزء السالب من دورة التيار المتردد إلى الخطوط المقابلة.

في الرسوم البيانية أدناه، عندما يكون المدخل المتصل بالزاوية اليسرى من المعين موجبًا، والمدخل المتصل بالزاوية اليمنى سالبًا، يتدفق التيار من طرف الإمداد العلوي إلى اليمين على طول المسار الأحمر (الموجب) إلى المخرج ويعود إلى طرف الإمداد السفلي عبر المسار الأزرق (السالب).

عندما يكون المدخل المتصل بالزاوية اليسرى سالباً، والمدخل المتصل بالزاوية اليمنى موجباً، يتدفق التيار من طرف التغذية السفلي إلى اليمين على طول المسار الأحمر (الموجب) إلى المخرج، ويعود إلى طرف التغذية العلوي عبر المسار الأزرق (السالب). ^{[ 10 ]}

في كلتا الحالتين، يبقى خرج الدائرة في الزاوية العلوية اليمنى موجبًا، ^{[ 11 ]} بينما يكون خرجها في الزاوية السفلية اليمنى سالبًا. ولأن هذا ينطبق سواء كان الدخل تيارًا مترددًا أو مستمرًا، فإن هذه الدائرة لا تُنتج فقط خرجًا مستمرًا من دخل متردد، بل توفر أيضًا حماية من عكس القطبية؛ أي أنها تسمح بالتشغيل الطبيعي للأجهزة التي تعمل بالتيار المستمر عند تركيب البطاريات بشكل معكوس، أو عند عكس أقطاب مصدر الطاقة المستمر، وتحمي الأجهزة من التلف المحتمل الناتج عن عكس القطبية. ^{[ 12 ]}

من البدائل لمقومات الموجة الكاملة ذات الجسر الثنائي المحول ذو نقطة المنتصف ومقوم الثنائي المزدوج ، ومقوم مضاعف الجهد باستخدام ثنائيين ومكثفين في بنية الجسر.

عند استخدام تيار متردد كمدخل، يكون خرج جسر الديود (يُسمى لهذا الغرض مقوم موجة كاملة ؛ وهناك أيضًا تقويم نصف موجة لا يستخدم جسر الديود) عبارة عن جهد نابض غير جيبي مستقطب بنفس سعة الجهد الداخل ولكن بتردد ضعف تردده. يمكن اعتباره جهد تيار مستمر مُضافًا إليه جهد تموج كبير جدًا . هذا النوع من الطاقة الكهربائية غير عملي، لأن التموج يتبدد كحرارة مهدرة في مكونات دائرة التيار المستمر، وقد يُسبب ضوضاء أو تشويهًا أثناء تشغيل الدائرة. لذلك، تتبع جميع المقومات تقريبًا سلسلة من مرشحات تمرير النطاق أو مرشحات إيقاف النطاق و/أو منظم جهد لتحويل معظم أو كل جهد التموج إلى خرج تيار مستمر أكثر سلاسة وربما أعلى. قد يكون المرشح بسيطًا مثل مكثف واحد كبير بما فيه الكفاية أو خانق ، ولكن معظم مرشحات إمداد الطاقة تحتوي على مكونات متعددة متناوبة على التوالي والتوازي. عندما يرتفع جهد التموج، تُخزن الطاقة التفاعلية في مكونات المرشح، مما يُقلل الجهد. عندما ينخفض ​​جهد التموج، يتم تفريغ الطاقة التفاعلية من مكونات المرشح، مما يرفع الجهد. قد تتكون المرحلة النهائية من التقويم من منظم جهد يعتمد على ثنائي زينر ، والذي يقضي تقريبًا على أي تموج متبقٍ.

يمكن تعميم جسر الديود لتقويم مدخلات التيار المتردد متعددة الأطوار . على سبيل المثال، بالنسبة لمدخل تيار متردد ثلاثي الأطوار، يتكون مقوم نصف الموجة من ثلاثة ديودات، بينما يتكون مقوم جسر الموجة الكاملة من ستة ديودات.

يمكن اعتبار مقوم نصف الموجة بمثابة توصيلة نجمية (واي)، لأنه يعيد التيار عبر السلك المركزي (المحايد). أما مقوم الموجة الكاملة فهو أقرب إلى التوصيلة المثلثية ، مع أنه يمكن توصيله بمصدر ثلاثي الأطوار سواءً كان نجميًا أو مثلثيًا، ولا يستخدم السلك المركزي (المحايد).

• ثنائيات تقويم 1N400x
• التقويم النشط
• محول التيار المستمر عالي الجهد