Dioder och likriktare

En diod leder ström bara i en riktning, och så snart den leder är spänningsfallet över den nästan oberoende av strömmens storlek: för en vanlig kiseldiod räknar man med $U_D \approx 0.7\ \mathrm{V}$ i ledande riktning, oavsett om strömmen är liten eller stor inom diodens normala arbetsområde. I spärrriktning leder dioden i praktiken ingen ström alls, och hela den pålagda spänningen ligger då över dioden i stället för att delas med övriga komponenter.

En likriktarbrygga av fyra dioder låter strömmen gå samma väg genom lasten oavsett vilken polaritet växelspänningen har för ögonblicket: i varje halvperiod leder exakt två av de fyra dioderna, och strömmen passerar därför alltid två diodspänningsfall i serie med lasten. Utspänningens toppvärde blir därmed ingångens toppvärde minskat med två gånger diodfallet: $\hat{U}_{ut} = \hat{U}_{in} - 2 \cdot U_D$. Resultatet är en pulserande likspänning som aldrig blir negativ, men som fortfarande varierar i takt med nätfrekvensen.

En transformator med omsättningen N₁:N₂ = 10:1 ansluts till nätspänningen 230 V (effektivvärde), vilket ger sekundärspänningen $U_2 = \dfrac{230}{10} = 23\ \mathrm{V}$ enligt $\dfrac{U_1}{U_2} = \dfrac{N_1}{N_2}$. Toppvärdet på sekundärsidan blir $\hat{U}_2 = 23\sqrt{2} \approx 32.5\ \mathrm{V}$. Går denna spänning genom en likriktarbrygga blir toppspänningen efter bryggan $\hat{U}_{ut} = 32.5 - 2\cdot0.7 \approx 31.1\ \mathrm{V}$.

Mellan topparna i den likriktade spänningen förser glättningskondensatorn lasten med ström, eftersom bryggan inte levererar någon ström just då ingångsspänningen är lägre än kondensatorns spänning. Under den tiden urladdas kondensatorn nästan linjärt, och spänningsfallet blir $\Delta U = \dfrac{I_{last} \cdot \Delta t}{C}$, där Δt är tiden mellan topparna. För en bryggkopplad likriktare vid nätfrekvensen 50 Hz kommer topparna dubbelt så ofta som nätfrekvensen, så $\Delta t \approx \dfrac{1}{2\cdot50} = 10\ \mathrm{ms}$. Med en last som drar I_last = 0.20 A och en kondensator C = 1000 µF blir $\Delta U = \dfrac{0.20\cdot0.010}{1000\cdot10^{-6}} \approx 2.0\ \mathrm{V}$.

Två fel är vanliga. Det första är att bara dra bort ett diodfall i stället för två när toppspänningen efter en bryggkoppling räknas fram: $\hat{U}_{ut} = \hat{U}_{in} - U_D$, trots att strömmen i varje ögonblick går genom två dioder i serie med lasten, så det korrekta uttrycket är $\hat{U}_{ut} = \hat{U}_{in} - 2U_D$. Det andra är att använda nätfrekvensens egen period i rippelberäkningen i stället för halva perioden; en bryggkopplad likriktare ger två toppar per nätperiod, så tiden mellan topparna är hälften så lång som 1/f, inte lika lång.