Выпрямитель, что может быть проще? Часть первая, описательно теоретическая. | Разумный мир

Выпрямитель. Казалось бы, что может быть проще? Основные схемы выпрямителей (без умножения напряжения) известны давно и во всех подробностях.

Схемы выпрямления могут использоваться не только с трансформатором, но и без трансформатора (кроме схемы со средней точкой).

Данная статья носит по большей части описательный и теоретический характер. И рассчитана на начинающих любителей электроники и тех, кто не имеет профильного образования, но хочет получше узнать о процессах происходящих в выпрямителе при различных условиях работы. Профессионалам и студентам радиотехнических и электротехнических специальностей ВУЗов она будет не интересна. Практические методики расчета выпрямителей я приведу в следующей статье, которая будет сугубо практической.

Сначала рассмотрим, как эти схемы выпрямителей работают на активную нагрузку. Рассмотрение будет довльно кратким, так это, действительно хорошо известно. Затем рассмотрю работу выпрямителя (мостовую схему) на активно-индуктивную и активно-емкостную нагрузки. Это соответствует двум способам сглаживания, уменьшения пульсаций, выпрямленного напряжения. Не обойду стороной и влияние сопротивления источника на работу выпрямителя.

Но сначала напомню пару общих моментов. Коэффициент пульсаций Кп на выходе выпрямителя определяется как отношение амплитуда первой (основной) гармоники U1 к постоянной составляющей выпрямленного напряжения

Постоянная составляющая U0 выпрямленного напряжения представляет собой среднее значение выпрямленного напряжения за период Т

Все временные диаграммы в статье, для упрощения, получены на симуляторе TINA версии 9.3.200.277 SF-TI, а не сняты осциллографом с реальных схем.

Однополупериодный выпрямитель

В течении положительной полуволны входного переменного напряжения диод открыт и напряжение на нагрузке равно по величине входному напряжению, за вычетом падения напряжения на диоде, и совпадает с ним по форме. В течении обратной полуволны диод закрыт и напряжение на нагрузке можно считать нулевым.

На этой иллюстрации входное напряжение показано фиолетовом цветом, его амплитуда 10 В, а частота 50 Гц. Выпрямленное напряжение показано синим цветом. Хорошо видно, что амплитуда выпрямленного напряжения меньше, чем входного. Однако, здесь не видно одной тонкости. Диод открыт только когда к нему приложено достаточное напряжение (разное для Si и Ge). Я увеличил этот момент, что бы было видно. Линейный участок на графике выпрямленного напряжения, при приближении к нулевому уровню, не ошибка моделирования. Он отражает процесс, в данном случае, закрывания диода.

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения, без учета падения напряжения на диоде

Обратите внимание, здесь Uвх это амплитудное напряжение, а не действующее. Интегрирование выполняется на интервале 0-π, так как выходное напряжение отлично от 0 только в течении половины периода.

Коэффициент пульсаций Kп=1.57. Вывод амплитуды первой гармоники выпрямленного напряжения я оставлю за скобками, так как это уже упражнение в математике и к теме статьи отношения не имеет.

Обратите внимание, что к диоду в закрытом состоянии прикладывается полное амплитудное напряжение. Например, для привычного действующего напряжения 220 В бытовой сети переменного тока амплитудное составит 310 В.

Кроме больших пульсаций выпрямленного напряжения однополупериодная схема обладает еще одним недостатком — она создает подмагничивание сердечника трансформатора (если он используется) постоянным током, так как ток в обмотке протекает только в одном направлении. И это надо учитывать при расчете трансформатора.

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

Фактически, является объединением двух однополупериодных выпрямителей, входной сигнал которых сдвинут на половину периода за счет использования вторичной обмотки трансформатора с отводом от средней точки. Диоды в этой схеме открываются поочередно, каждый в свою половину периода.

Параметры входного напряжения и цвета кривых точно такие же, как и для однополупериодного выпрямителя. Хорошо видно, частота пульсаций выпрямленного напряжения равна удвоенной частоте выходного переменного напряжения. Видно, что амплитуда выпрямленного напряжения меньше амплитуды входного из-за падения напряжения на диодах, как и для однополупериодного выпрямителя. Я не буду приводить увеличенного участка диаграммы, что бы показать моменты открывания и закрывания диодов. Тут все в точности, как и в однополупериодном выпрямителе.

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения для двухполупериодной схемы, без учета падения напряжения на диодах.

Обратите внимание, здесь Uвх это амплитудное напряжение каждой из половин вторичной обмотки трансформатора. Интегрирование выполняется на интервале 0-π, так как каждый из диодов открыт только половину периода. Коэффициент пульсаций Кп=0.67.

Двухполупериодная схема обеспечивает в два раза меньшие пульсации выпрямленного напряжения и исключает подмагничивание сердечника трансформатора постоянным током, но имеет два существенных недостатка. Во первых, в два раза увеличиваются затраты на изготовление вторичной обмотки, да и места она занимает в два раза больше. Во вторых, к закрытому диоду приложено удвоенное амплитудное напряжение.

Мостовой двухполупериодный выпрямитель

Очень популярная схема выпрямителя. Входное переменное напряжение подается в одну диагональ моста, а выпрямленное снимается с другой

Временная диаграмма работы мостового выпрямителя похожа на диаграмму для двухполупериодного со средней точкой. Но в мостовой схеме ток нагрузки протекает через два диода, поэтому амплитуда выпрямленного напряжения меньше. И это хорошо видно на иллюстрации.

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения, без учета падения напряжения на диодах, такая же, как для схемы со средней точкой

Обратите внимание, здесь Uвх это амплитудное напряжение каждой из половин вторичной обмотки трансформатора. Коэффициент пульсаций Кп=0.67.

К закрытым диодам в мостовой схеме приложено полное амплитудное напряжение. Мостовая схема не подмагничивает сердечник трансформатора (если он используется) постоянным током и не требует дополнительных затрат на вторичную обмотку. Но в ней используется в два раза больше диодов, чем в схеме со средней точкой. И потери на диодах в два раза больше.

Работа выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку

Работа выпрямителя на активную нагрузку встречается не часто. Давайте сначала посмотрим, что изменится, если нагрузка активно-индуктивная. Например, обмотка реле, или последовательно с активной нагрузкой включен сглаживающий дроссель. Для краткости я буду рассматривать лишь мостовую схему.

Сначала приведу временные диаграммы для напряжений

Здесь коричневым цветом показано напряжение на активной составляющей нагрузки, Rн, а синим напряжение на выходе выпрямителя, то есть, на последовательно включенных Lн и Rн.

А теперь диаграммы токов

Здесь зеленым цветом показан ток в нагрузке (Lн+Rн). А красным ток во вторичной обмотке трансформатора, то есть, входной ток выпрямителя с нагрузкой. Там, где красная линия пропадает, она совпадает с зеленой. На значения токов можно не обращать внимания, но если кому то интересно, то для моделирования выбрано сопротивление нагрузки 10 Ом и индуктивность 20 мГн.

Интересная картина, правда? Почему же так получилось? Во время положительного полупериода входного напряжения открыты диоды VD1 и VD4, а диоды VD2 и VD3 закрыты. Когда полярность входного напряжения меняется диоды VD1 и VD4 закрываются, а VD2 и VD3 открываются. Но при этом ток в нагрузке сохраняет прежнее направление.

Если нагрузка активная, то ток в ней повторяет по форме напряжение, а ток вторичной обмотки, входной ток выпрямителя, имеет синусоидальную форму.

Однако, наличие индуктивности препятствует изменению тока и ток нагрузки будет отставать от напряжения. Кроме того, пульсации тока будут сглаживаться, что видно на графике токов (зеленая линия). Если реактивное сопротивление индуктивности большое, примерно XL=ωпLн>10Rн (ωп частота пульсаций), ток нагрузки можно считать постоянным (пульсации отсутствуют), а следовательно и напряжение на активной составляющей нагрузки постоянно. При этом ток через диоды и ток вторичной обмотки трансформатора принимают практически прямоугольную форму.

При активно-индуктивной нагрузке длительность проводящего состояния диодов равна длительности полупериода входного переменного напряжения.

Если принять потери в индуктивности нулевыми, ток нагрузки идеально сглаженным, то напряжение на активном сопротивлении нагрузки будет равно постоянной составляющей выпрямленного напряжения для двухполупериодной схемы выпрямителя. При этом к закрытым диодам прикладывается полное амплитудное входное напряжение, как и в обычной мостовой схеме.

Таким образом, индуктивность в цепи нагрузки выпрямителя можно использовать для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. Однако, форма входного тока в таком случае не будет синусоидальной.

Работа выпрямителя на активно-емкостную нагрузку

Это гораздо более часто встречающийся случай. Почти всегда пульсации выпрямленного напряжения сглаживаются подключенным параллельно нагрузке конденсатором

Давайте посмотрим на напряжения и токи в этом случае. Я приведу две диаграммы одну за другой. Сначала напряжения, затем входной ток выпрямителя

Как всегда, фиолетовая линия показывает входное напряжение выпрямителя, а синяя линия выпрямленное напряжение.

Хорошо видно, что входной ток выпрямителя, как и в случае активно-индуктивной нагрузки, перестал быть синусоидальным. Только теперь стремится не к прямоугольной, а к треугольной форме. В чем же дело в том случае?

В случае работы выпрямителя на емкостную нагрузку диоды будут открываться только тогда, когда входное напряжение превысит напряжение на конденсаторе. При этом, в начальный момент времени, амплитуда тока будет определяться разностью входного напряжения и напряжения на конденсаторе приложенной к сумме сопротивлений диодов и приведенного суммарного сопротивления обмоток трансформатора. А если трансформатора нет, то только к сопротивлению диодов. По мере заряда конденсатора и изменения напряжения на входе выпрямителя ток будет спадать. Когда входное напряжение станет ниже напряжения на конденсаторе диоды закроются и конденсатор начнет разряжаться на нагрузку.

Амплитудное значение тока тока через диоды из-за малого времени открытого состояния может значительно (обычно до 10 раз) превосходить среднее значение. При включении выпрямителя, когда емкость нагрузки разряжена, амплитуда тока может быть очень большой, поэтому может потребоваться использовать дополнительное сопротивление для ограничения броска тока.

Чем больше постоянная времени цепи разряда конденсатора, тем меньше пульсации выходного напряжения. Однако, форма входного тока в этом случае значительно отличается от синусоидальной. При этом амплитудное значение тока может быть весьма значительным, однако длительность этого пика мала.

Влияние сопротивления источника на работу выпрямителя

Во всех описанных выше случаях предполагалось, что источник напряжения, к которому подключен выпрямитель, обладает низким внутренним сопротивлением. А в случае трансформатора, что он способен отдать любой достаточный ток. Но что будет, если внутренне сопротивление источника не столь мало? Рассматривать эту ситуацию я буду на примере однополупериодного выпрямителя.

Здесь Rи это сопротивление источника или балластного резистора. Для определенности примем, что сопротивление нагрузки 1 кОм, а емкость конденсатора 100 мкФ. Сначала установим малое сопротивление источника, например, 1 Ом

Здесь зеленым цветом показано входное напряжение выпрямителя, а красным напряжение на нагрузке. Хорошо видно, что максимальное (пиковое) напряжение на нагрузке почти равно амплитудному значению входного напряжения и составляет 9.5 В. Разница объясняется падением напряжения на диоде.

А теперь увеличим сопротивление источника до 100 Ом, что составляет 10% от сопротивления нагрузки. Можно ожидать, что максимальное напряжение на нагрузке снизится тоже примерно на 10%, так как Rи и Rн образуют делитель напряжения. Однако

Сюрприз! Напряжение снизилось значительно сильнее и его максимальное значение составило всего 6.5 В вместо 9.5 В. В чем же дело? Давайте вспомним, что я писал о работе выпрямителя на активно-емкостную нагрузку. Начальная амплитуда тока заряда емкости, в каждый полупериод, определяется сопротивлением диодов, обмоток трансформатора и напряжением на конденсаторе (точнее, разницей входного напряжения и напряжения на конденсаторе). Если немного перефразировать, то получится, что начальная амплитуда тока заряда емкости определяется напряжением на конденсаторе и сопротивлением источника.

Вот мы и подошли к самому главному, к влиянию сопротивления источника. Если присмотреться внимательно, то напряжение на конденсаторе будет определяться скоростью заряда и скоростью разряда. Или, постоянной времени цепи заряда и постоянной времени цепи разряда. А мы увеличили постоянную времени заряда в 100 раз, что и оказало гораздо более значимое влияние, чем получившийся делитель (10%), на напряжение на конденсаторе.

Для двухполупериодного выпрямителя влияние сопротивления источника будет немного меньше, так как конденсатор подзаряжается два раза за период, а не один.

Ситуация с влиянием сопротивления источника показывает, что нужно понимать происходящие в схемах процессы. Хотя мозг иногда срабатывает «на автомате», упуская из виду значимые детали процессов в виду кажущейся шаблонности анализируемой схемы.

И я сам попался на эту уловку мозга допустив ошибку в анализе двух схем в статье Ругать или предлагать анализ и решение? О критике старых электронных схем, не обратив внимание на то, что сопротивление балластного резистора уже не позволяло его игнорировать. В той статье я сохранил ошибочный вариант указав верный в примечаниях в тексте сразу после ошибки. Что бы наглядно показать читателям, сколь легко допустить глупую ошибку буквально на ровном месте.

Заключение

В данной статье я постарался показать процессы в выпрямителях при работе на разные нагрузки, но так, что бы это было наглядно и понятно начинающим и не специалистам. Математики в статье мало и она очень простая. В следующей статье я приведу практические методики расчета.

мир электроники — Расчет выпрямителей напряжения

Основы электротехники

 материалы в категории

Выпрямители относятся ко вторичным источникам электропитания, для которых первичным источником являются сети переменного тока.
Выпрямитель — это устройство, которое преобразует переменное напряжение питающей сети в однонаправленное пульсирующее. Именно однонаправленное пульсирующее так как назвать его постоянным немного некорректно. Существует и несколько иное определение: выпрямитель предназначен для преобразования переменного напряжения в импульсное напряжение одной полярности.

Выпрямители могут быть однополупериодные и двуполупериодные. К тому же они разделяются на однофазные и многофазные.

Итак, начнем с однофазного однополупериодного выпрямителя на полупроводниковом диоде.

Однополупериодный выпрямитель

Схема однополупериодного выпрямителя до боли проста и объяснять тут нечего. Для наглядности положительные и отрицательные полуволны показаны разными цветами. Поскольку диод обладает свойствами односторонней проводимости, на выходе получается пульсирующее напряжение одной полярности. Для схемы характерны следующие параметры:

Среднее значение выпрямленного напряжения

 

Действующее значение входного напряжения

Среднее значение выпрямленного тока

Действующее значение тока во вторичной обмотке трансформатора

Коэффициент пульсаций

К достоинствам схемы можно отнести простоту конструкции.

Недостатки — большие пульсации, малые значения выпрямленного тока и напряжения, низкий КПД. Применяется такая схема для питания низкоомных нагрузок, некритичных к высоким пульсациям.

В бытовой технике однолупериодные выпрямители применяются в основном в импульсных источниках питания: из-за большой рабочей частоты (около 15 кГц а иногда и выше) пульсации не столь чувствительны и их легче сгладить.

Двухполупериодный выпрямитель

Схема выпрямления с выводом от средней точки трансформатора

 

Пунктиром показано напряжение на входе второго диода. Как видно из графиков, во время первого полупериода первый диод открыт и на нагрузке создается падение напряжения. Во время второго полупериода первый диод закрывается, поскольку оказывается включенным в обратном направлении, а второй, наоборот, открывается и на нагрузке снова выделяется положительная полуволна. На схеме плюсиками и минусами обозначено действие полуволн переменного тока.

Частота пульсаций двуполупериодного выпрямителя вдвое больше, что является его достоинством. Для такой схемы характерны следующие параметры:

U_ср = 0.9U_вх

U_вх = 1.11U_ср
I_ср = 0.9U_вх/R_н
I₂ = 0.78I_ср
p = 0.67

Достоинства: удвоенные значения U_ср и I_ср, вдвое меньший коэффициент пульсаций по сравнению с однополупериодной схемой. Недостатки: наличие трансформатора с двумя симметричными обмотками (что увеличивает его массогабаритные показатели). К тому же на диодах удвоенное обратное напряжение.

Мостовая схема выпрямителя

Параметры такие же, как и двухполупериодной схемы со средним выводом, кроме обратного напряжения (оно в два раза меньше). Положительная полуволна (с верхнего по схеме вывода трансформатора) проходит через диод VD2, затем через нагрузку, затем через VD3 ко второму выводу трансформатора.

При смене направления тока работают диоды VD4, VD1. Недостатком схемы считается удвоенное число диодов.
Положительный момент в схеме- не нужен трансформатор со средней точкой.

Трехфазный выпрямитель

Трехфазные выпрямители так-же делятся на однополупериодные и двухполупериодные: вот схемы:

Однополупериодный трехфазный выпрямитель

ниже показаны диаграммы трехфазного однополупериодного выпрямителя

Каждая фаза смещена относительно другой на угол 120°. На нагрузке работает та фаза, у которой больше значение положительной полуволны в данный момент времени. В схеме диоды используются в течении 1/3 периода. При этом необходимо наличие средней точки. Среднее значение выпрямленного напряжения 

U_ср = 1.17U_вх, обратное напряжениеU_обр.max = 2.1U_ср, коэффициент пульсаций 0.25.

Двухполупериодный трехфазный выпрямитель

По принципу действия такая схема аналогична однофазной двухполупериодной (мостовой). Для нее характерно: U_ср = 2.34U_вх, U_обр.max = 1.05U_ср, p = 0.057. Находит применение при различных величинах входного напряжения и токах нагрузки в сотни Ампер. Схема экономична, имеет низкие пульсации. Однако в реальных схемах коэффициент пульсаций составляет 8-10% из-за несимметричности фазных питающих напряжений.

Примечание: сайт-источник naf-st.ru

НАШ ФОРУМ

 

 

Выпрямители с умножением напряжения

СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ С УМНОЖЕНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ
ВЫПРЯМЛЯЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
НАКАПЛИВАЮЩИЕ ЁМКОСТИ
УНИВЕРСАЛЬНЫЙ БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

ВВЕДЕНИЕ

Среди различных схем выпрямляющих устройств особую труппу составляют схемы, в которых посредством соответствующего включения выпрямительных элементов .и конденсаторов осуществляется не только выпрямление, но одновременно и умножение выпрямленного напряжения.

Преимущество таких схем заключается в возможности построения высоковольтных бестрансформаторных выпрямителей и выпрямителей с трансформаторами, только для питания цепей накала кенотронов. Отсутствие в силовом трансформаторе повышающей обмотки значительно облегчает его изготовление и повышает эксплуатационные качества выпрямителя. К недостаткам этих схем относятся сравнительно сильная зависимость выпрямленного напряжения от тока в нагрузке и относительная трудность получения больших мощностей.

Схемы выпрямителей с умножением напряжения получили наиболее широкое распространение в рентгенотехнических установках. В радиотехнической практике они используются в основном для питания маломощной аппаратуры, потребляющей ток не более 50-70 мА при напряжении около 200 в. Однако и здесь область их применения можно значительно расширить, построив, например, по схеме с утроением или учетверением напряжения достаточно мощные бестрансформаторные выпрямители. Подобные выпрямители при напряжении сети переменного тока 110, 127 или 220 в позволяют получить постоянное напряжение 300- 400 в при токе до 100-150 мА, что обеспечивает питание анодных цепей приёмников, усилителей низкой частоты средней мощности.

Особенностью работы выпрямителей с умножением напряжения является использование свойств конденсаторов накапливать и в течение некоторого времени сохранять электрическую энергию. При работе выпрямителя от обычной сети 50-периодного переменного тока время, в течение которого конденсатор должен сохранять заряд, не превышает 0,02 сек. Чем больше ёмкость (входящих в схему конденсаторов, тем большее количество электрической энергии они сохраняют и тем выше при одной и той же .нагрузке получается выпрямленное напряжение. Поэтому в таких выпрямителях удобнее всего применять электролитические конденсаторы, которые, имея небольшие размеры, обладаю! значительной ёмкостью.

Ниже описывается ряд практических схем выпрямителей с умножением напряжения, причём для большинства из них приводятся нагрузочные характеристики, снятые при различных ёмкостях накопительных конденсаторов. Такие характеристики позволяют достаточно полно судить о возможных областях применения той или иной схемы, а также по заданным выпрямленному току, выпрямленному напряжению и напряжению питающей сети выбрать схему выпрямителя и определить основные данные его деталей.

СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ С УМНОЖЕНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ

Схемы с удвоением напряжения. Схемы выпрямителей с удвоением напряжения, получившие наиболее широкое распространение в радиолюбительской практике, приведены на фиг. 1.

Фиг. 1. Принципиальные схемы выпрямителей с удвоением напряжения.
а — схема двухполупериодного выпрямителя; б — схема однополупериодного выпрямителя.

Для того чтобы можно было достаточно полно сравнить и оценить достоинства и недостатки обеих схем, на фиг. 2 приведены их нагрузочные характеристики. Характеристики были сняты при различных ёмкостях конденсаторов С1 и С2. В выпрямителях использовались селеновые столбики В1 и В2, собранные каждый из 13 шайб диаметром 45 мм. Напряжение питающей сети поддерживалось равным 120 в. Для ограничения пускового тока, который из-за ёмкостного характера нагрузки может достигать значительных величин, последовательно в цепь питания включалось сопротивление R, равное 20 Ом. Благодаря этому создавались более благоприятные условия для работы выпрямителей.

Фиг. 2. Нагрузочные характеристики выпрямителей с удвоением напряжения (сняты при напряжении питающей электросети, равном 120 в).
а — характеристики двухполупериодного выпрямителя; б — характеристики однополупериодного выпрямителя.

Сравнивая нагрузочные характеристики обоих выпрямителей, снятые при одних и тех (же значениях ёмкости конденсаторов С1 и С2, можно заметить, что для схемы двухполупериодного выпрямления они лежат заметно выше, чем для схемы однополупериодного. Следовательно, выпрямленное напряжение на нагрузке при одинаковом токе получается большим для первой схемы (фиг. 1, а), чем для второй (фиг. 1, б).

Приведённые характеристики позволяют также судить о реальных рабочих напряжениях, при которых работают конденсаторы схемы.

Благодаря тому, что частота пульсации при двухполупериодном выпрямлении получается в два раза большей, чем при однополупериодном, для первой схемы (фиг. 1, а) значительно облегчается дальнейшая фильтрация выпрямленного напряжения, и кроме того, коэффициент пульсации показывающий, какую часть выпрямленного напряжения на выходе выпрямителя составляет амплитуда переменной составляющей этого напряжения) для одинаковой нагрузки и одинаковых значений ёмкости конденсаторов С1 и С2 получается несколько меньшим. Так, например, при сопротивлении нагрузки 2000 Ом и ёмкости конденсаторов С1 и С2 по 48 мкФ коэффициент пульсаций для первой схемы составлял 6,5 %, а для второй — 7,6% (несмотря на то, что в первой схеме суммарная ёмкость на выходе выпрямителя в два раза меньше, чем во второй).

Следует также отметить, что рабочие напряжения на конденсаторах в первой схеме одинаковы и равны половине выпрямленного напряжения, т. е. не превышают 150 в (если только выпрямитель не работает без нагрузки), тогда как во второй схеме под таким напряжением работает только конденсатор С1 а конденсатор С2 находится под полным выпрямленным напряжением и, следовательно, должен быть рассчитан на рабочее напряжение не менее чем 300 в.

При работе выпрямителей с удвоением напряжения без нагрузки, т. е. вхолостую, выпрямленное напряжение примерно равно удвоенному амплитудному значению напряжения питающей сети, и следовательно, может превысить 350 в (если эффективное напряжение сети равно 127 в). Такое повышение напряжения может привести к пробою конденсаторов, селеновых шайб или изоляции между нитью накала и катодом в кенотронах. Поэтому, если по техническим условиям выпрямитель должен работать без нагрузки или на очень высокоомную нагрузку, то детали, применяемые в нём, должны быть рассчитаны на соответствующее рабочее напряжение. Последнее условие относится также и к схемам, приводимым в последующих разделах брошюры.

Некоторым преимуществом однополупериодной схемы является возможность весьма простого переключения её на питание от сети с напряжением 220 в. Чтобы произвести такое переключение, нужно соединить последовательно выпрямительные элементы В1 и В2 и закоротить конденсатор С1. В этом случае выпрямитель будет работать по схеме однополупериодного выпрямления без удвоения напряжения. Нагрузочные характеристики выпрямителя при этом почти не изменятся.

Область применения описанных выше схем выпрямителей — питание 4…5 ламповых приёмников (имеющих выходную мощность не более 2-3 Вт), маломощных усилителей низкой частоты и малоламповой измерительной аппаратуры.

Во всех этих случаях в качестве выпрямительного элемента удобнее всего использовать кенотрон 30Ц6С, нить накала которого соединяется последовательно с нитями накала других ламп аппарата. Выпрямитель с этим кенотроном и конденсаторами С1 и С2 ёмкостью по 20-40 мкф даёт напряжение 200-220 в при токе около 70 мА. Применяя вместо кенотрона 30Ц6С селеновые столбики, собранные из шайб диаметром 35 или 45 мм, и конденсаторы большей ёмкости, можно несколько увеличить выпрямленное напряжение и получить ток вдвое (для шайб диаметром 35 мм) и втрое (для шайб диаметром 45 мм) больший. Выпрямители в этом случае могут питать более мощные приёмники (до 4 вт выходной мощности), усилители низкой частоты, малоламповые телевизоры и т. п.

Фиг. 3. Принципиальная схема выпрямителя с утроением напряжения.

Фиг. 4. Нагрузочные характеристики выпрямителя с утроением напряжения (сняты при напряжении питающей электросети, равном 120 в).

Схема с утроением напряжения. Схема выпрямителя с утроением напряжения приведена на фиг. 3. Она представляет собой комбинацию двух схем однополупериодных выпрямителей: схемы с удвоением напряжения и схемы без умножения. К питающей сети обе схемы подключаются параллельно, а их выходы (выпрямленные напряжения) соединяются между собой последовательно. Таким образом, напряжение на выходе выпрямителя, равное сумме выпрямленных напряжений (удвоенному напряжению сети на конденсаторе С2 и одинарному — на конденсаторе С3), оказывается равным, примерно, утроенному напряжению сети.

Нагрузочные характеристики, выпрямителя, приведённые на фиг. 4, показывают, что при токе около 200 мА такой выпрямитель может отдавать напряжение свыше 300 в. Характеристики снимались при сопротивлении R = 10 Ом с выпрямителя, в котором (в качестве выпрямительных элементов В1, В2 и В3 использовались одинаковые селеновые столбики, собранные каждый в 13 шайб диаметром 45 мм.

Напряжение питающей сети поддерживалось равным 120 в, а ёмкости конденсаторов С1, С2 и С3 менялись в пределах от 32 до 100 мкф.

Характер пульсации выпрямленного напряжения этой схемы при равных значениях ёмкости всех трёх конденсаторов такой же, как и в схеме двухполупериодного выпрямления, а коэффициент пульсации при нагрузке выпрямителя сопротивлением 2000 ом и ёмкости конденсаторов по 50 мкф — порядка 7%. Рабочие напряжения на конденсаторах С1 и С3 не превышают 150 в, а на конденсаторе С2 — 300 в.

Следует иметь в виду, что в схеме с утроением напряжения при отсутствии нагрузки и напряжении питающей сети 120-127 в выпрямленное напряжение превышает 500 в.

Приведённые выше данные показывают, что выпрямитель с утроением напряжения может получить ещё более широкое применение, чем с удвоением. Вопрос о выборе выпрямительных элементов для такого выпрямителя будет рассмотрен ниже.

Схемы с учетверением напряжения. Схема выпрямителя с учетверением напряжения может быть двух видов: симметричной и несимметричной.

Симметричная схема, изображённая на фиг. 5, представляет собой комбинацию двух схем однополупериодных выпрямителей с удвоением, работающих в разные полупериоды напряжения питающей сети. Работа этой схемы происходит следующим образом- Во время полупериода одного знака заряжаются конденсаторы С1 и С4, причём напряжение на конденсаторе С1 достигает, примерно, одинарного, а на конденсаторе С4 — удвоенного эффективного значения напряжения питающей сети (конденсатор С4 заряжается, используя уже имеющийся заряд на конденсаторе С2). Во время полупериода противоположного знака таким же образом заряжаются конденсаторы С2 и С3. Выпрямленное напряжение снимается с соответствующих полюсов конденсаторов С3 и С4, соединённых между собою последовательно. Таким образом, оно удваивается вторично.

Фиг. 5. Симметричная схема выпрямителя с учетверением напряжения.

Напряжение, до которого заряжаются конденсаторы С1 и С2, оказывается тем большим, чем больше нагрузочное сопротивление или, иначе говоря, меньше отдаваемая выпрямителем мощность. Максимального значения зарядное напряжение достигает в случае отключения от выпрямителя нагрузки, становясь равным амплитудному значению напряжения сети (в 1,41 раза больше эффективного значения) на конденсаторах С1 и С2 и удвоенному амплитудному значению (в 2,82 раза больше эффективного значения) — на конденсаторах С3 и С4.

Фиг. 6. Нагрузочные характеристики выпрямителя с учетверением напряжения (сняты при напряжении питающей сети, равном 120 в).

Для того чтобы можно было быстро определить требуемые ёмкости конденсаторов C1, С2, С3 и С4, на фиг. 6 приведены нагрузочные характеристики, снятые с выпрямителя при различных значениях этих ёмкостей (во всех случаях С1 = С2 и С3 = С4). Приведённые характеристики показывают, что уже при конденсаторах С1 и С2 ёмкостью по 60 мкф и С3 и С4 — по 16 мкф напряжение на выходе выпрямителя при токе 150 мА достигает 400 в.

Конденсаторы С1 и С2 должны быть рассчитаны на рабочее напряжение не меньшее чем 150 в, а С3 и С4 — не меньшее чем 250 в.

Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения в случае нагрузки выпрямителя сопротивлением 3000 Ом оказывается равным, примерно, 6%, а форма напряжения на нагрузке та же, что и при двухполупериодном выпрямлении.

Следует иметь в ввиду, что в симметричных схемах выпрямителей с умножением напряжения шасси находится под сравнительно высоким потенциалом относительно земли и питающего источника.

Фиг. 7. Несимметричная схема выпрямителя с учетверением напряжения.

Несимметричная схема выпрямителя с учетверением напряжения показана на фиг. 7. Работает она по несколько иному принципу, чем предыдущая. Здесь в полупериод соответствующего знака через выпрямительный элемент В1 и сопротивление R, примерно до напряжения сети, заряжается конденсатор С1. В следующий полупериод через выпрямительный элемент В2 и сопротивление R, используя заряд на конденсаторе С1, примерно до двойного напряжения сети, заряжается конденсатор С3. До такого же напряжения заряжается в последующий полупериод конденсатор С2 через выпрямительный элемент В3. В это же время вновь заряжается конденсатор С1. Затем заряд конденсатора С2 через выпрямительный элемент В4 заряжает конденсатор С4. Выпрямленное напряжение снимается с последовательно соединённых конденсаторов С3 и С4. Вся схема работает по принципу однополупериодного выпрямления.

Фиг. 8. Нагрузочные характеристики несимметричного учетверяющего выпрямителя (сняты при напряжении питающей сети, равном 120 в).

Снятые с выпрямителя нагрузочные характеристики (фиг. 8) имеют значительный наклон. Это показывает на невозможность использования таких схем для радиотехнических аппаратов повышенной мощности. Рабочее напряжение распределяется на конденсаторах весьма своеобразно, причём характер распределения зависит от величины нагрузки. В табл. 1 приведены рабочие напряжения на конденсаторах при двух различных нагрузках и без нагрузки.

Таблица 1

Конденсаторы на схеме фиг. 7	Ёмкость, мкф	Рабочее напряжение при нагрузке 2000 Ом, в	Рабочее напряжение при нагрузке 7500 Ом, в	Напряжение без нагрузки, в
C1	60	100	125	170
С2	48	125	220	340
С3	48	175	240	340
С4	48	100	105	340

Примечание. Напряжение питающей сети 120 в.

Такое неравномерное распределение напряжения сопровождается весьма неравномерной формой пульсации, и поэтому коэффициент пульсации на выходе выпрямителя составляет при сопротивлении нагрузки 5000 Ом около 10%, а при сопротивлении нагрузки 1700 Ом повышается до 23%. Вследствие этого несимметричную схему выпрямителя с учетверением напряжения можно использовать только при больших сопротивлениях нагрузки или, иначе говоря, при малых потребляемых токах.

Выпрямители, собранные по симметричной схеме с учетверением, в которых применяются селеновые выпрямительные элементы, могут широко использоваться для питания различных радиотехнических устройств, требующих достаточно высоких напряжений при токах 150-200 мА.

Схемы с многократным умножением напряжения. Принцип выпрямления с учетверением напряжения, изложенный выше, действителен для любой чётной кратности умножения. Для каждого последующего увеличения выпрямленного напряжения на удвоенное напряжение сети схему выпрямителя нужно дополнить лишь двумя выпрямительными элементами и двумя конденсаторами, как показано на фиг. 9.

Схема, приведённая на фиг. 9, хорошо работает только при весьма малом потребляемом токе, но зато может давать очень высокое выпрямленное напряжение. Её удобно применять в телевизорах для питания анода кинескопа и т. д. В качестве выпрямительных элементов здесь могут быть использованы селеновые шайбы самого малого диаметра, собранные в столбики с таким расчётом, чтобы допустимое обратное напряжение было равным двойной амплитуде напряжения, даваемого источником переменного напряжения. На такое же рабочее напряжение должны быть рассчитаны и все конденсаторы схемы, кроме (конденсатора С1 находящегося под одинарным амплитудным напряжением источника. Так как схема рассчитывается на малые рабочие токи,

Фиг. 9. Несимметричная схема выпрямителя с многократным умножением напряжения.

ёмкости конденсаторов могут быть небольшими, в пределах от 0,25 до 0,5 мкФ. Из-за большого сопротивления нагрузки коэффициент пульсации на выходе выпрямителя получается незначительным даже при таких малых значениях ёмкости конденсаторов. Полное напряжение, даваемое выпрямителем, подсчитывается для ненагруженного выпрямителя путём умножения амплитуды переменного напряжения на число пар элементов схемы. За одну пару элементов принимаются конденсатор и выпрямительный элемент.

На фиг. 10 показана симметричная схема многократного умножения напряжения, имеющая по сравнению со схемой

Фиг. 10. Симметричная схема выпрямителя с многократным умножением напряжения.

фиг. 9 те же преимущества, что и симметричная схема с учетверением напряжения по сравнению с несимметричной. Эту схему можно рекомендовать для выпрямителей, питающих выходные ступени любительских коротковолновых передатчиков и устройств, требующих высоких напряжений и сравнительно больших токов. При этом, конечно, должны быть соответственно подобраны выпрямительные элементы и конденсаторы выпрямителя.

Для приведённых выше схем выпрямителей характер нагрузочных характеристик определяется ёмкостями применяемых конденсаторов. Чем больше эти ёмкости, тем меньший наклон имеет характеристика, и следовательно, большим получается напряжение на данной нагрузке.

Для случая работы выпрямителя без нагрузки существуют определённые минимальные значения ёмкостей конденсаторов, при занижении которых схемы с умножением напряжения перестают работать. В тех случаях, когда от выпрямителя необходимо получить ток в несколько десятков или сотен, миллиампер, конденсаторы следует брать возможно большей ёмкости. Это способствует также и улучшению фильтрации выпрямленного напряжения. Кроме того, подбором ёмкостей конденсаторов можно эффективно устанавливать нужное по режиму питания анодное напряжение.

В промышленных и любительских телевизорах для питания анодов кинескопов нашла применение схема с умножением напряжения, изображённая на фиг. 11. Эта схема отличается от приведённых ранее наличием дополнительных сопротивлений и ёмкостей. Работает она следующим образом. Во время положительного полупериода питающего напряжения через выпрямительный элемент В1 заряжается до амплитудного значения напряжения конденсатор C1, а во время отрицательного — через сопротивление R1 конденсатор С2.

Фиг. 11. Схема умножения напряжения с сопротивлениями.

В последующий положительный полупериод напряжение на конденсаторе С2 складывается с питающим напряжением, и этот конденсатор разряжается через выпрямительный элемент В2 на последовательно соединённые конденсаторы С1 и С3, с концов которых полученное удвоенное выпрямленное напряжение и подводится к нагрузке. Наращивая в схеме звенья так, как показано пунктиром на фиг. 11, можно получить умножение напряжения любой кратности.

Преимущества такой схемы заключаются в облегчении условий работы выпрямительных элементов и ёмкостей, так как обратное напряжение на каждом выпрямительном элементе не превышает двойного, а на каждом конденсаторе — одинарного амплитудного напряжения, подводим ото к выпрямителю. Сопротивления R1, R2 и т. д. позволяют в случае использования селеновых столбиков иметь значительный разброс их обратных сопротивлений.

Рассмотренная схема пригодна только для работы выпрямителя при большом сопротивлении нагрузки. Конденсаторы могут иметь ёмкость порядка 500…1000 нФ, а сопротивления около 2…4 мОм. В качестве выпрямительных элементов могут применяться соответствующие селеновые столбики или кенотроны, однако для питания нитей накала последних на силовом трансформаторе необходимо иметь отдельные хорошо изолированные обмотки.

Продолжение. ВЫПРЯМЛЯЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

BACK MAIN PAGE

Коэффициент пульсации выходного тока полуволнового выпрямителя с диодом свободного хода и без него

% PDF-1. 7 % 1 0 объект > / Lang (EN-US) / MarkInfo> / Метаданные 3 0 R / OpenAction [4 0 R / XYZ 0 795.75 1] / PageLabels> / PageMode / UseNone / Страницы 6 0 R / StructTreeRoot 7 0 R / Тип / Каталог / ViewerPreferences 8 0 R >> эндобдж 9 0 объект > эндобдж 2 0 obj > / Шрифт> >> / Поля [] >> эндобдж 3 0 obj > транслировать pdfHarmony 2.0 Linux Kernel 2.6 64bit 13 марта 2012 Библиотека 9.0.11122.1application / pdf

Тауфик, Али О. Шабан и Ахмад Нафиси

Характеристики коэффициента пульсаций выходного тока полуволнового выпрямителя с диодом свободного хода и без него

2009-12-15T23: 16: 47ZAppligent pdfHarmony 2.02019-05-31T00: 54: 07-07: 002019-05-31T00: 54: 07-07: 00Adobe Acrobat 8.25 Paper Capture Plug-inuid: cbffa5e8-a19f-11b2-0a00 -40bec2fdff7fuuid: 1bac2054-aba3-11b2-0a00-70da0b21fc7f конечный поток эндобдж 4 0 obj > / Содержание [16 0 R 17 0 R 18 0 R 19 0 R 20 0 R 21 0 R 22 0 R 23 0 R 24 0 R 25 0 R] / CropBox [0 0 612 791. , cJrq4yb9W󡪚} LNnb !! q3) 3j} j = ۦ v2BI: S $ 0C | Vr «21O XpÍ ׃ CdLV / 10X ‘CDw թ DfO! fD ˢIL? U [UMMʸXXʔhj_ [5 «5 / cU ں? H * x [[? UP / sTjOM` 1 / zHJ> é {3iQ ~ Jƺ]] & * $ 34 \ @ 3v ܒ’9 R @ * ia { M9AD ~ F JMy> _v bEͩ \ ʼn6ˊolo 箏: eRk] LjVhDuT ch װ P c {cjfLp 2i? 5iYR3.5l; 3g 䗡 [AӮb (() bIROP}% ӴjKY BhtW ckXe} yS 署 ] LO: k2NrF &) «3f ڱ * s_ X & CNe ~ ՚

Полупериодный выпрямитель — Полупериодный выпрямитель положительной и отрицательной полярности

А выпрямитель не что иное, как простой диод или группа диодов, которая преобразует переменный Ток (переменный ток) в постоянный Ток (постоянный ток).

ср знайте, что диод пропускает электрический ток в одном направлении и блокирует электрический ток в другом направлении.Мы используя этот принцип для построения различных типов выпрямители.

Выпрямители находятся классифицируются на разные типы в зависимости от количества диоды, используемые в цепи или расположение диодов в схема. Основные типы выпрямителей: полуволновые выпрямитель и полный волновой выпрямитель.

Давай взгляните на полуволновой выпрямитель….

Полуволна выпрямитель определение

Полуволна выпрямитель — это тип выпрямителя, который преобразует положительный полупериод (положительный ток) входного сигнала в пульсирующий выходной сигнал постоянного тока.

или

Полуволна выпрямитель — это тип выпрямителя, который позволяет только половину цикл (либо положительный полупериод, либо отрицательный полупериод) входного сигнала переменного тока, в то время как другой полупериод заблокирован.

Для Например, если положительный полупериод разрешен, то отрицательный полупериод заблокирован. Аналогично, если отрицательный допускается полупериод, тогда положительный полупериод равен заблокирован. Однако однополупериодный выпрямитель не позволит положительные и отрицательные полупериоды одновременно.

Следовательно, полупериод (положительный или отрицательный) входа сигнал теряется.

Что такое однополупериодный выпрямитель?

однополупериодный выпрямитель — это простейшая форма выпрямителя. Мы используем только один диод для построения полуволны выпрямитель.

однополупериодный выпрямитель состоит из источника переменного тока, трансформатора (понижающий), диод и резистор (нагрузка). В диод ставится между трансформатором и резистором (нагрузкой).

переменного тока источник

Источник переменного тока подает в цепь переменный ток. В переменный ток часто представлен синусоидальным форма волны.

Трансформатор

Трансформатор это устройство, которое снижает или увеличивает напряжение переменного тока.В понижающий трансформатор снижает напряжение переменного тока с высокого до низкий, тогда как повышающий трансформатор увеличивает напряжение переменного тока от низкого до высокого. В однополупериодных выпрямителях обычно используется понижающий трансформатор, потому что напряжение для диода нужно очень мало. Применяя большой Напряжение переменного тока без использования трансформатора будет постоянно разрушить диод. Так что используем понижающий трансформатор пополам волновой выпрямитель. Однако в некоторых случаях мы используем повышающий трансформатор.

В понижающий трансформатор, первичная обмотка имеет больше витков, чем вторичная обмотка. Так что ступенька трансформатор снижает напряжение от первичной обмотки до вторичная обмотка.

Диод

А диод — двухполюсное устройство, пропускающее электрический ток. в одном направлении и блокирует электрический ток в другом направление.

Резистор

А резистор — это электронный компонент, ограничивающий текущий поток до определенного уровня.

Полуволна работа выпрямителя

Положительная половина волновой выпрямитель

Когда высокий Подается переменное напряжение (60 Гц), понижающий трансформатор снижает это высокое напряжение до низкого напряжения. Таким образом, низкий напряжение создается на вторичной обмотке трансформатор. Низкое напряжение на вторичной обмотке. обмотка трансформатора называется вторичным напряжением ( _{V S} ). Напряжение переменного тока или сигнал переменного тока, подаваемые на трансформатор, равны ничего, кроме входного сигнала переменного тока или входного переменного напряжения.

низкое переменное напряжение, создаваемое понижающим трансформатором, составляет применяется непосредственно к диоду.

Когда на диод (D) подается низкое переменное напряжение, во время положительный полупериод сигнала, диод вперед смещен и пропускает электрический ток, тогда как во время отрицательный полупериод, диод обратный смещен и блокирует электрический ток. Простыми словами, диод допускает положительный полупериод входного переменного тока сигнал и блокирует отрицательный полупериод входного переменного тока сигнал.

положительный полупериод входного сигнала переменного тока или напряжения переменного тока приложенное к диоду аналогично прямому напряжению постоянного тока применительно к диоду с p-n переходом аналогично отрицательный полупериод входного сигнала переменного тока, подаваемого на диод, составляет аналогично обратному постоянному напряжению, приложенному к p-n переходной диод.

ср знайте, что диод пропускает электрический ток, когда он направлен вперед смещен и блокирует электрический ток, когда он обратный пристрастный.Точно так же в цепи переменного тока диод позволяет электрический ток в течение положительного полупериода (вперед смещен) и блокирует электрический ток во время отрицательной половины цикл (обратное смещение).

выпрямитель положительной полуволны не полностью блокирует отрицательные полупериоды. Допускает небольшую порцию негатива. полупериоды или небольшой отрицательный ток.Этот ток производятся неосновными носителями в диоде.

ток, производимый неосновными носителями, очень мал. Так им пренебрегают. Мы не видим визуально небольшую часть отрицательные полупериоды на выходе.

В идеальный диод, отрицательные полупериоды или отрицательный ток равно нулю.

резистор, установленный на выходе, потребляет постоянный ток генерируется диодом. Следовательно, резистор также известен как электрическая нагрузка. Выходное постоянное напряжение или постоянный ток измеряется на нагрузочном резисторе R _L .

электрическая нагрузка — это не что иное, как электрический компонент цепь, потребляющая электрический ток.В полуволне выпрямитель, резистор потребляет постоянный ток, генерируемый диод. Значит резистор в полуволновом выпрямителе известен как груз.

Иногда, нагрузка также относится к мощности, потребляемой схема.

нагрузочные резисторы используются в однополупериодных выпрямителях для ограничения или заблокировать необычный избыточный постоянный ток, производимый диод.

Таким образом, однополупериодный выпрямитель допускает положительные полупериоды и блокирует отрицательные полупериоды. Полуволновой выпрямитель, который разрешает положительные полупериоды и блокирует отрицательные полупериоды называется выпрямителем с положительной полуволной. Выход DC сигнал тока или постоянного тока, создаваемый положительной полуволной выпрямитель — это серия положительных полупериодов или положительных синусоидальные импульсы.

Сейчас давайте посмотрим на отрицательную полуволну выпрямитель ……..

Отрицательно однополупериодный выпрямитель

строительство и работа выпрямителя отрицательной полуволны почти аналогичен выпрямителю с положительной полуволной. Единственное мы меняем вот направление диода.

Когда Подается переменное напряжение, понижающий трансформатор снижает высокое напряжение к низкому напряжению. Это низкое напряжение подается на диод.

В отличие от выпрямитель положительной полуволны, отрицательная полуволна выпрямитель пропускает электрический ток во время отрицательного полупериод входного сигнала переменного тока и блокирует электрический ток в течение положительного полупериода входного сигнала переменного тока.

Во время отрицательный полупериод, диод смещен в прямом направлении и во время положительного полупериода диод имеет обратное смещение, поэтому выпрямитель отрицательной полуволны пропускает электрический ток только в течение отрицательного полупериода.

Таким образом, выпрямитель с отрицательной полуволной допускает отрицательные полупериоды и блокирует положительные полупериоды.

выпрямитель отрицательной полуволны не полностью блокирует положительные полупериоды. Это позволяет получить небольшую долю положительного полупериоды или небольшой положительный ток. Этот ток производятся неосновными носителями в диоде.

ток, производимый неосновными носителями, очень мал. Так им пренебрегают.Мы не можем визуально увидеть этот маленький положительный полупериоды на выходе.

В идеальный диод, положительный полупериод или положительный ток равно нулю.

Постоянный ток или постоянное напряжение, создаваемое отрицательной полуволной Выпрямитель измеряется на нагрузочном резисторе R _L . Выходной постоянный ток или сигнал постоянного тока, создаваемый отрицательным полуволновой выпрямитель — это серия отрицательных полупериодов или отрицательные синусоидальные импульсы.

Таким образом, a выпрямитель отрицательной полуволны производит серию отрицательных синусоидальные импульсы.

В идеале или идеальный диод, положительный полупериод или отрицательный полупериод цикл на выходе точно такой же, как на входе положительный полупериод или отрицательный полупериод. Однако в практика, положительный полупериод или отрицательный полупериод при вывод немного отличается от ввода положительный полупериод или отрицательный полупериод.Но эта разница незначительна. Итак, мы не видим разница с нашими глазами.

Таким образом, однополупериодный выпрямитель производит серию положительных синусоидальные импульсы или отрицательные синусоидальные импульсы. Эта серия положительных импульсов или отрицательных импульсов не является чистым прямым Текущий. Это пульсирующий постоянный ток.

пульсирующий постоянный ток меняет свое значение за короткий период время. Но наша цель — произвести постоянный ток, который не менять свое значение за короткий промежуток времени. Следовательно, пульсирующий постоянный ток не особо полезен.

Полуволна выпрямитель с конденсаторным фильтром

А фильтр преобразует пульсирующий постоянный ток в чистый постоянный ток.В однополупериодных выпрямителях конденсатор или индуктор используется в качестве фильтра для преобразования пульсирующий постоянный ток в чистый постоянный ток.

выходное напряжение, создаваемое полуволновым выпрямителем, не постоянный; он меняется со временем. В практике приложений, требуется постоянное напряжение питания постоянного тока.

В чтобы обеспечить постоянное напряжение постоянного тока, нам необходимо подавить рябь постоянного напряжения.Этого можно добиться, используя либо конденсаторный фильтр, либо катушечный фильтр на выходе боковая сторона. В схеме ниже мы используем конденсатор фильтр. Конденсатор, установленный на выходной стороне, сглаживает пульсирующий постоянный ток в чистый постоянный ток.

Характеристики из однополупериодный выпрямитель

Коэффициент пульсации

постоянный ток (DC), создаваемый однополупериодным выпрямителем, не чистый постоянный ток, но пульсирующий постоянный ток.На выходе пульсирующий постоянный ток сигнал, находим рябь. Эти колебания на выходе DC сигнал может быть уменьшен с помощью фильтров, таких как конденсаторы и индукторы.

В чтобы измерить количество пульсаций на выходе постоянного тока сигнал, мы используем фактор, известный как коэффициент пульсации. Рябь Фактор обозначается γ .

фактор пульсации говорит нам о количестве ряби, присутствующей в выходной сигнал постоянного тока.

А большой коэффициент пульсации указывает на сильный пульсирующий сигнал постоянного тока в то время как низкий коэффициент пульсации указывает на низкий пульсирующий постоянный ток сигнал.

Если коэффициент пульсации очень низкий, это означает, что выходной постоянный ток ближе к чистому постоянному току. В простыми словами, чем ниже коэффициент пульсации, тем плавнее выходной сигнал постоянного тока.

Пульсация фактор математически можно определить как отношение среднеквадратичного значения Переменная составляющая выходного напряжения на постоянную составляющую выходное напряжение.

Рябь фактор = действующее значение переменной составляющей выходного напряжения / постоянного тока составляющая выходного напряжения

Где, среднеквадратичное значение = среднеквадратичное значение

или

Рябь коэффициент также просто определяется как отношение пульсаций напряжения к напряжению постоянного тока

Пульсация фактор = Отношение пульсаций напряжения к постоянному напряжению

коэффициент пульсации должен быть минимальным, чтобы построить хороший выпрямитель.

коэффициент пульсации равен

.

Наконец, получаем

γ = 1,21

нежелательная пульсация присутствует на выходе вместе с постоянным током напряжение составляет 121% от величины постоянного тока. Это указывает на то, что однополупериодный выпрямитель не является эффективным преобразователем переменного тока в постоянный. Сильную пульсацию в полуволновом выпрямителе можно уменьшить. с помощью фильтров.

Постоянный ток

Постоянный ток равен,

Где,
I _max = максимальный постоянный ток нагрузки

Выход Напряжение постоянного тока (В

_DC )

выходное напряжение постоянного тока (В _{В постоянного тока} ) это напряжение появилось на нагрузочном резисторе (R _L ).Это напряжение полученный умножением выходного постоянного тока на нагрузку сопротивление R _L .

Это математически можно записать как,

В _{постоянного тока} = I _{постоянного тока} R _L

выходное напряжение постоянного тока определяется выражением,

Где, В _Smax = Максимальное вторичное напряжение

Обратный пик напряжение (PIV)

Пик обратное напряжение — максимальное обратное напряжение смещения до который выдерживает диод. Если приложенное напряжение больше, чем пиковое обратное напряжение, диод будет уничтожен.

Во время положительный полупериод, диод смещен в прямом направлении и пропустить электрический ток. Этот ток сбрасывается на резисторная нагрузка (RL). Однако во время отрицательного полупериода диод имеет обратное смещение и не допускает электрического ток, поэтому входной переменный ток или переменное напряжение падает на диод.

максимальное падение напряжения на диоде — это не что иное, как вход Напряжение.

Следовательно, пиковое обратное напряжение (PIV) диода = В _Smax

_{Выпрямитель КПД}

КПД выпрямителя определяется как отношение выходного постоянного тока мощность на входе переменного тока.

Эффективность выпрямителя однополупериодного выпрямителя составляет 40.6%

Корень среднеквадратичное значение тока нагрузки I

_RMS

среднеквадратичное значение тока нагрузки в полуволне выпрямитель

Корень среднеквадратичное значение выходного напряжения нагрузки В

_СКЗ
Корень среднеквадратичное значение выходного напряжения нагрузки пополам. волновой выпрямитель

Форма фактор

Форма коэффициент определяется как отношение среднеквадратичного значения к Значение постоянного тока

Это математически можно записать как

Ф. F = Действующее значение / значение постоянного тока

форм-фактор полуволнового выпрямителя

F.F = 1,57

Преимущества однополупериодного выпрямителя

• Мы используем очень мало компонентов для построения полуволнового выпрямителя.Так что стоимость очень низкая.
• Легко построить

Недостатки из однополупериодный выпрямитель

однополупериодный выпрямитель допускает либо положительный полупериод, либо отрицательный полупериод. Таким образом, оставшаяся половина цикла потрачена впустую. Примерно половина подаваемого напряжения расходуется наполовину. волновой выпрямитель.

постоянный ток, создаваемый однополупериодным выпрямителем, не является чистый постоянный ток; это пульсирующий постоянный ток, который не очень-то полезно.

• Производит низкое выходное напряжение.

«Эта статья только около полуволнового выпрямителя. Если вы хотите прочитать о однополупериодный выпрямитель с посещением фильтра: Half волновой выпрямитель с фильтром »

Коэффициент пульсации — обзор

15.3.1 Пятифазный неуправляемый полноволновой мостовой выпрямитель

Принципиальная схема упрощенного пятифазного (десять импульсов) неуправляемого выпрямителя, состоящего из 10 диодов (D1 – D10), показана на рис. 15.8, где v _и , v _bn , v _cn , v _dn и v _en — напряжения фазы питания, имеющие пиковое значение V _m , определяемые уравнением (15.1):

Рис.15.8. Пятифазная двухполупериодная неуправляемая схема выпрямителя.

(15.1) van = Vmsinωtvbn = Vmsinωt − 2π / 5vcn = Vmsinωt − 4π / 5vdn = Vmsinωt − 6π / 5van = Vmsinωt − 8π / 5

Диоды считаются идеальными и пронумерованы в соответствии с их последовательностью проводимости 1,2. -, 3- 3,4- 4,5-5,6- 6,7-7,8- 8,9- 9,1.

Линейные напряжения для соседних фаз будут отличаться от линейных напряжений для несмежных фаз. Линейные напряжения для соседних и несмежных фаз можно получить из соответствующих векторных диаграмм, показанных на рис.15.9 и 15.10 соответственно:

Рис. 15.9. Векторная диаграмма линейных напряжений соседних фаз.

Рис. 15.10. Фазорная диаграмма для сложения несмежных фаз.

Для соседних фаз

(15,2) vab = van − vbnvab = Vmsinωt − Vmsinωt − 2π / 5vab = 2Vmsinπ / 5cosωt − π / 5∵sinα − sinβ = 2cosα + β2sinα − β2vab = 1,1755Vmsint

Для несмежных фаз

(15,3) vad = van − vdn = Vmsinωt − Vmsinωt − 6π / 5 = 2Vmsin3π / 5cosωt − 6π / 10vad = 1.9021Vmsinωt − π / 10

Рис.15.11А показаны формы сигналов максимального и минимального значения фазного напряжения в разных интервалах. Максимальное фазное напряжение В _pn и минимальное фазное напряжение В _qn , описываемое уравнением (15.4), появятся на выходных клеммах p и q . Оба диода в одной ноге никогда не проводят одновременно, что позволяет избежать прямого короткого замыкания в ноге. В верхней части диоды (с нечетными номерами), анод которых соединен с фазным напряжением наивысшего значения среди фаз, будут проводить.Точно так же в нижнем плече диоды (с четными номерами), катод которых подключен к наименьшему фазному напряжению, будут проводить в любой момент времени:

Рис. 15.11. (A) Фазные напряжения относительно p и q точек, (B) выходное напряжение на нагрузке, (C) ток фазы «a» и (D) ток диода.

(15.4) Vpn = maxvanvbnvcnvdnvenVqn = minvanvbnvcnvdnven

Форма выходного напряжения, показанная на рис. 15.11B, представляет собой 10-пульсную форму волны, появляющуюся на нагрузке.Для чисто резистивной нагрузки форма волны линейного тока , _и , показанная на рис. 15.11C, имеет два горба на полупериод частоты питания. Остальные четыре линейных тока, i _b , i _c , i _d и i _e , имеют ту же форму волны, что и i _a , но отстают от . i _a на 2 π /5, 4 π /5, 6 π /5 и 8 π /5 радиан соответственно.Среднее и среднеквадратичное значение выходного напряжения при нагрузке можно рассчитать как

(15,5) В постоянного тока = 12π / 10∫π27π101,902Вмсинωt − π / 10dωtVDC = 1,87087 Вм

(15,6) В среднеквадратичное значение = 12π / 10∫π27π101,902Вмсинωt− π / 102dωtVrms = 1. 87107Vm

Для резистивной нагрузки гармоники выходного напряжения могут быть найдены с помощью анализа ряда Фурье. Чтобы найти коэффициенты Фурье, мы проинтегрируем v _как от — π /10 до + π /10. С учетом полуволновой симметрии коэффициенты Фурье будут рассчитаны следующим образом:

(15.7) bn = 0

(15.8) an = 1π / 10∫ − π10π101.9021Vmcosωtcosnωtdωt = 6.067Vmn + 1sinn − 1π10 + n − 1sinn + 1π10n2−1an = 12.134Vmn2−1nsinnπ10cosπ10 − cosnπ10sin 9 напряжение f , выходное напряжение имеет гармоники 10 f , 20 f , 30 f … и т. д. Уравнение (15,8) упрощается как

(15,9) an = −12,134Vmn2−1cosnπ10sinπ10an = −3,75Vmn2−1cosnπ10

Компонент постоянного тока находится, полагая n = 0 в уравнении. (15.9), а его значение составляет

(15.10) VDC = a02 = 1,87Vm

Это то же значение, что и вычислено в формуле. (15.5). Ряд Фурье напряжения нагрузки можно записать как

(15. 11) vLt = a02 + ∑n = 10,20, ∞ancosnωt

После подстановки значений коэффициентов получаем

(15.12) vLt = 1.87Vm1 −∑n = 10,20, ⋯ ∞2n2−1cosnπ10cosnωt

(15,13) vLt = 1,87Vm1 + 299cos10ωt − 2399cos20ωt + ⋯

На рис. 15.12 показан профиль гармоник напряжения нагрузки. Поскольку каждый диод проводит одну пятую времени, средний ток диода определяется формулой.(15.14).

Рис. 15.12. Профиль гармоник выходного напряжения.

(15,14) ID, средн. = 12π∫3π107π10IDCdωt = 0,2 IDC

Ур. (15.14) указывает, что пятифазный выпрямитель будет иметь переключатели с более низкими номиналами по сравнению с трехфазным аналогом, при условии, что оба питают одинаковую нагрузку, поскольку среднее значение тока переключения в трехфазной системе составляет 33,33%, и в этом случае это 20% [9,10]. Входной фазный ток можно выразить как

(15.15) is = ∑n = 1,3,5 …. ∞4IDCnπsinnπ5sinnωt

Основная составляющая входного тока равна

(15.16) is1 = 0,7484 IDCsinωt

Действующее значение основной составляющей входного тока составляет

(15,17) Is = 1π∫3π107π10IDC2dωt = 25IDC

Проблема 15,1

Пятифазный мостовой выпрямитель при 60 A выдает напряжение 317,5 В на чисто резистивную нагрузку. Если частота источника 60 Гц, определите следующее:

(a)

Эффективность выпрямления

(b)

Форм-фактор

(c)

Коэффициент пульсации

(d)

Пиковое обратное напряжение (PIV) каждого диода

(e)

Пиковый ток через диод

Решение

Начиная с V _DC = 1.87087 V _м и V _rms = 1,87101 V _m , а также I _DC = V _DC / R и I _rms

63 = В _{среднеквадратичное значение} / R ,

(a)

Эффективность выпрямления η = PacPDC = Vrms2RVDC2R = 1,8710721,870872 = 99,97%

(b) Фактор

FDC = 100,011%

(c)

Коэффициент пульсации RF = FF2−1 = 1.000112−1 = 1,483%

(d)

Пиковое обратное напряжение каждого диода = 1,902 В _м

Также, поскольку В _DC = 1,87087 В _м и пиковое значение фазного напряжения, Vm = VDC 1,87087 = 317,51,87087 = 169,70 В

Следовательно, PIV = 1,902 × 169,70 = 322,78 В

(e)

Средний постоянный ток через каждый диод составляет

IDCDiode = IDC5 = 605 = 12A

Также IDCDiode = 4π∫0π10Imcosωtdωt

IDC = 0. 19673Im

Im = IDC0.19673 = 120.19673 = 61A

Однополупериодный выпрямитель и двухполупериодный выпрямитель

Постоянный ток течет только в одном направлении, что означает, что он имеет постоянную полярность на своих выводах. Если переменный ток периодически меняет свое направление тока, это переменная полярность на клеммах.

Выпрямитель — это схема, которая преобразует переменный ток в постоянный, и этот процесс преобразования называется выпрямлением .Проще говоря, выпрямитель преобразует двунаправленный поток тока в однонаправленный поток, который поддерживает постоянную полярность на нагрузке. Это можно сделать, заблокировав обратный поток тока или перенаправив обратный поток в одном направлении.

Теория полуволнового выпрямителя

Полупериодный выпрямитель ограничивает отрицательные полупериоды и пропускает только положительные полупериоды через нагрузку. Таким образом, он использует только половину цикла входного сигнала.

Во время положительного полупериода (A-положительный и B-отрицательный) сигнала диод будет смещен в прямом направлении и проводит ток через сопротивление нагрузки. А на отрицательном полупериоде (A-отрицательный и B-положительный) диод будет смещен в обратном направлении и предотвращает протекание тока в противоположном направлении. Таким образом, полярность выходных клемм остается неизменной и обеспечивает однонаправленный ток через нагрузку.

Уравнения и значения полуволнового выпрямителя

Среднее напряжение, В _{среднее} = В _м / π | Средний ток, Iср. = I _м / π

Действующее значение Напряжение, В _{Действующее значение} = В _м /2 | Действующий ток, I _{действующее значение} = I _м /2

Коэффициент пульсации = 1.21

Максимальный КПД = 40,6%

Коэффициент использования трансформатора (TUF) = 0,287

Форм-фактор = 1,57

пик-фактор = 2

Теория полноволнового выпрямителя

Преобразует полные циклы сигнала переменного тока в постоянный. И положительные, и отрицательные полупериоды сигнала переменного тока преобразуются в однонаправленный ток.

Двухполупериодная схема выпрямителя с центральным отводом

Двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением работает только с центральным отводным трансформатором или с аналогичной общей точкой потенциала на клеммах.Центральный ответвитель действует как общий вывод с нулевым потенциалом в обоих полупериодах.

В положительном полупериоде (A-положительный и B-отрицательный) диод D1 смещен в прямом направлении, а диод D2 — в обратном. Следовательно, ток протекает через D1 и сопротивление нагрузки от клеммы A до центрального отвода.

В отрицательном полупериоде (A — отрицательный и B — положительный) диод D2 смещен в прямом направлении, а диод D1 — в обратном. Ток протекает через D2 и сопротивление нагрузки от клеммы B к центральному отводу трансформатора.

Смещение диодов меняется поочередно в зависимости от полярности клемм.

В выпрямителе с центральным ответвлением выходное напряжение постоянного тока будет составлять половину общего выходного напряжения вторичной обмотки. Потому что нагрузка всегда на половину вторичной обмотки.

Схема полноволнового мостового выпрямителя

Мостовой выпрямитель состоит из 4 диодов по схеме моста. От выпрямителя с центральным ответвлением мостовой выпрямитель отличается только схемным расположением.КПД, коэффициент пульсаций, среднее значение и среднеквадратичное значение одинаковы, за исключением коэффициента использования трансформатора (TUF). Потому что в выпрямителе с центральным ответвлением обмотку трансформатора следует рассматривать отдельно.

Мостовой выпрямитель имеет преимущество перед центральным ответвлением, то есть он работает без трансформатора с центральным ответвлением или общего заземления.

В положительном полупериоде (A-положительный и B-отрицательный) диоды D2 и D3 смещены в прямом направлении. D1 и D4 имеют обратное смещение, таким образом, путь проводимости формируется через диод D2, сопротивление нагрузки и диод D3.

Аналогично, на отрицательном полупериоде (A-отрицательный и B-положительный) диоды D4 и D1 смещены в прямом направлении. Диоды D3 и D2 имеют обратное смещение. Ток протекает через D4, сопротивление нагрузки и D1.

Смещение диодов чередуется в каждом полупериоде и создает одинаковую полярность на нагрузке. Следовательно, в обоих полупериодах сопротивление нагрузки имеет одинаковое направление тока.

Уравнения и значения двухполупериодного выпрямителя

Среднее напряжение, В _{среднее} = 2В _м / π | Средний ток, I _{средний} = 2I _м / π

Действующее значение напряжения, В _{действующее значение} = В _м / √2 | Действующее значение тока, I _{действующее значение} = I _м / √2

Выпрямитель с центральным ответвлением, коэффициент использования трансформатора (TUF) = 0.693

Мостовой выпрямитель, коэффициент использования трансформатора (TUF) = 0,812

Коэффициент пульсации = 0,482

Максимальный КПД = 81,2%

Форм-фактор = 1,11

пик-фактор = √2

Среднее значение выпрямителя

Среднее арифметическое всех мгновенных значений сигнала называется его средним значением.

Среднее значение = площадь под кривой / основание

Среднее значение синусоиды

Среднее значение синусоидальной формы волны можно рассчитать как,

Среднее значение = Площадь единичного цикла / базовая длина единичного цикла

Вывод для математического нахождения результирующего среднего значения для единичного цикла синусоидальной волны,

В = В _м sinωt, В _м — Максимальное напряжение или пиковое напряжение, В — Мгновенное напряжение.
Среднее значение функции f (x) на интервале [a, b] = (1 / b-a) _a ∫ ^b f (x) dx.

Площадь под кривой — это интеграл функции f (x) в интервале от a до b. А базовая длина — это разница между пределами b и a.

Для единичного цикла синусоидальной волны площадь области была получена путем интегрирования уравнения синусоидальной волны и базовой длины из разности пределов 0 и 2π.

Следовательно, среднее напряжение Vavg = V _м / 2π ₀ ∫ ^2π sinωt dωt | V _м / 2π — постоянная величина.

= V _м / 2π ( ₀ ∫ ^π sinωt dωt + _π ∫ ^2π sinωt dωt) = V _м / 2π [- cosωt] ₀ ^π + V _м / 2π [- cosωt] ₀ ^π .

= V _м / 2π [- cosπ + cos0] + V _m / 2π [- cos2π + cosπ]

Следовательно, Vavg = V _m / 2π [1 + 1] + V _m / 2π [-1-1] = 2V _m / 2π — 2V _m / 2π = 0

Среднее значение синусоидальной переменной величины для полного цикла будет равно нулю.Потому что положительный и отрицательный полупериоды равны по величине, и, таким образом, общее значение сокращается при суммировании.

Среднее значение полупериодного выпрямителя

Отрицательные полупериоды отсутствуют в выходной форме полуволнового выпрямителя. Итак, чтобы найти среднее значение выпрямителя, площадь под положительным полупериодом была разделена на общую длину базы.

Площадь под положительным полупериодом представляет собой интеграл синусоидального волнового уравнения от пределов 0 до π.Общая базовая длина — это разность пределов полного цикла (2π — 0 = 2π), которая включает в себя базовую длину как положительного, так и отрицательного циклов.

Среднее выходное напряжение полуволнового выпрямителя можно получить как,

Среднее напряжение, В _DC = В _м / 2π ₀ ∫ ^π sinωt dωt

= V _м / 2π [- cosωt] ₀ ^π = V _м / 2π [- cosπ + cos0]

= V _м / 2π [1 + 1] = 2V _м / 2π = V _м / π

Уравнение среднего напряжения для полуволнового выпрямителя: В _{В постоянного тока} = В _м / π.

Среднее значение двухполупериодного выпрямителя

В двухполупериодном выпрямителе отрицательная полярность волны будет преобразована в положительную. Таким образом, среднее значение можно найти, взяв среднее значение одного положительного полупериода.

Расчет среднего напряжения двухполупериодного выпрямителя,

Среднее напряжение , В _DC = В _м / π ₀ ∫ ^π sinωt dωt

= V _м / π [- cosωt] ₀ ^π = V _м / π [- cosπ + cos0]

= V _м / π [1 + 1] = 2V _м / π

Уравнение среднего напряжения для двухполупериодного выпрямителя: _{В постоянного тока} = 2 В _м / π.

Итак, во время расчетов среднее напряжение можно получить, подставив значение максимального напряжения в уравнение для V _DC .

Действующее значение выпрямителя

Значение

RMS (среднеквадратичное значение) — это квадратный корень из среднего значения квадратов значений.

Среднеквадратичное значение переменного тока эквивалентно значению постоянного тока переменной или изменяющейся электрической величины. Среднеквадратичное значение переменного тока выделяет такое же количество тепла, когда равное значение постоянного тока протекает через одно и то же сопротивление.

Среднеквадратичное значение сигнала = √ Площадь под кривой / базовая длина.

Для функции f (x) среднеквадратичное значение для интервала [a, b] = √ (1 / b-a) _a ∫ ^b f ² (x) dx.

Среднеквадратичное значение синусоиды

Среднеквадратичное значение = √ Квадрат площади полупериода / базовой длины полупериода

Среднеквадратичное значение синусоидальной волны можно рассчитать, просто взяв только область полупериода. Потому что площади квадрата положительного полупериода и квадрата отрицательного полупериода имеют одинаковые значения.Таким образом, вывод будет таким же, как и для двухполупериодного выпрямителя.

Действующее значение напряжения синусоидальной волны, В _СКЗ = В _м / √2, Вм — максимальное напряжение или пиковое напряжение.

Действующее значение полупериодного выпрямителя

В однополупериодном выпрямителе отрицательный полупериод будет удален с выхода. Итак, общую длину базы (2π) следует брать из интервала от 0 до 2π.

Действующее значение напряжения, В _СКЗ = √ В _м ² / 2π ₀ ∫ ^π sin ² ωt dωt

= √ V _м ² / 2π ₀ ∫ ^π (1 — cos2ωt) / 2) dωt = √ V _м ² / 4π [ωt — sin2ωt / 2] ₀ ^π

= √ V _м ² / 4π [π — (sinπ) / 2 — (0 — (sin0) / 2)] = √ V _м ² / 4π (π) = √ V _м ² /4

Следовательно, действующее значение напряжения, В _СКЗ = В _м /2

Среднеквадратичное значение двухполупериодного выпрямителя

Действующее значение напряжения, В _СКЗ = √ В _м ² / π ₀ ∫ ^π sin ² ωt dωt

= √ V _м ² / π ₀ ∫ ^π (1 — cos2ωt) / 2) dωt = √ V _м ² / 2π [ωt — sin2ωt / 2] ₀ ^π

= √ V _м ² / 2π [π — (sinπ) / 2 — (0 — (sin0) / 2)] = √ V _м ² / 2π (π) = √ V _м ² /2

RMS напряжение, В _RMS = В _м / √2

Пик-фактор выпрямителя

Коэффициент пика определяется как отношение максимального значения к среднеквадратичному значению переменной величины.

Пик-фактор = пиковое значение / среднеквадратичное значение

Действующее значение напряжения однополупериодного выпрямителя, В _{Среднеквадратичное значение} = В _м /2. Где V _m — максимальное или пиковое напряжение.

Тогда пик-фактор полуволнового выпрямителя можно рассчитать как,

V _м / V _RMS = V _м / (V _м /2) = 2 V _м / V _м = 2

Аналогично, для двухполупериодного выпрямителя среднеквадратичное напряжение В _СКЗ = В _м / √2

Следовательно, значение пикового коэффициента двухполупериодного выпрямителя = В _м / В _м / √2

= V _м √2 / V _м = √2 = 1.414

Форм-фактор выпрямителя

Отношение среднеквадратичного значения к среднему значению переменной величины известно как его форм-фактор.

Форм-фактор = среднеквадратичное значение / среднее значение

RMS напряжение полуволнового выпрямителя, V _RMS = V _m /2 и среднее напряжение V _AVG = V _m / π, V _m — пиковое напряжение.

Форм-фактор полуволнового выпрямителя = V _RMS / V _AVG = (V _m /2) / ( _Vm / π)

= π V _м /2 V _м = 1.57

Для двухполупериодного выпрямителя среднеквадратичное напряжение V _RMS = V _м / √2 и среднее напряжение

В _AVG = 2 В _м / π

Значение форм-фактора двухполупериодного выпрямителя = (В _м / √ 2) / (2 В _м / π)

= π V _м / 2√2 V _м = 1,11

Коэффициент пульсации выпрямителя

Отношение среднеквадратичного значения (среднеквадратичное значение) составляющей переменного тока к составляющей постоянного тока на выходе определяется как коэффициент пульсации и обозначается γ.

Коэффициент пульсации, γ = В _AC / V _DC | V _DC — среднее значение постоянного тока на выходе.

В _RMS = √ V _DC ² + V _AC ² или I _RMS = √ I _DC ² + I _AC ²

В _{переменного тока} = √ В _СКЗ ² — В _{постоянного тока} ²

Следовательно, уравнение коэффициента пульсаций имеет вид γ = √ (В _RMS ² — V _DC ² ) / V _DC ² = √ (V _RMS / V _DC ) ² — 1

Чтобы вычислить коэффициент пульсаций полуволнового и двухполупериодного выпрямителя, просто подставьте среднеквадратичное значение и среднее значение соответствующего выпрямителя в приведенное выше уравнение.

Коэффициент пульсации однополупериодного выпрямителя

RMS Напряжение однополупериодного выпрямителя, В _RMS = В _м /2 | Vm — пиковое напряжение.

Среднее напряжение полуволнового выпрямителя, В _AVG = В _м / π

Коэффициент пульсации, γ = √ ([(V _м /2) / (V _м / π)] ² -1) = √ (π / 2) ² — 1 = 1,21

Коэффициент пульсации двухполупериодного выпрямителя

RMS Напряжение двухполупериодного выпрямителя, В _RMS = В _м / √2

Среднее напряжение двухполупериодного выпрямителя, В _AVG = 2 В _м / π

r = √ ([(V _м / √ 2) / (2 V _m / π)] ² — 1) = √ (π / (2 √ 2)) ² — 1 = 0.48

КПД выпрямителя

Отношение выходной мощности постоянного тока к входной мощности переменного тока выпрямителя называется его КПД. Обозначается он η.

КПД выпрямителя, η = выходная мощность постоянного тока / входная мощность переменного тока = P _DC / P _AC

КПД полуволнового выпрямителя

I _RMS = I _м /2, P _AC = I _RMS ² (r _f + R _L ) = (I _m /2) ² (r _f + R _L )

В _м пик Текущий |

P _DC = I _AVG ² R _L = (I _m / π) ² R _L

Для однополупериодного выпрямителя КПД η = P _DC / P _AC = ((I _m / π) ² R _L ) / ((I _m /2) ² (R _F + R _L ))

= 4 R _L / π ² (r _f + R _L ) = 0.405 R _L / (R _F + R _L )

Следовательно, максимальная эффективность = 40,5%

КПД двухполупериодного выпрямителя

Аналогично для двухполупериодного выпрямителя,

I _RMS = I _м / √ 2, P _AC = (I _м / √ 2) ² (r _f + R _L )

P _DC = (2 I _м / π) ² R _L

Для однополупериодного выпрямителя КПД η = P _DC / P _AC = ((2 I _m / π) ² R _L ) / ((I _m / √ 2) ² (R _F + R _L ))

= 8 R _L / π ² (r _f + R _L ) = 0.810 R _L / (R _F + R _L )

Максимальная эффективность = 81,0%

Следовательно, мы можем видеть, что эффективность двухполупериодного выпрямителя вдвое выше, чем у полуволнового выпрямителя.

---

от переменного тока к постоянному току

1. Выпрямительная цепь
2. Фильтр контур
3. Схема регулятора напряжения

---

Коэффициент пульсаций в полуволновом выпрямителе равен A 121, физика класса 12 JEE_Main

Совет Пульсация определяется как нежелательная составляющая переменного тока, которая остается в цепи при преобразовании переменного напряжения в постоянное.Запишите формулу пульсации для полуволнового выпрямителя, подставьте значения для стандартной цепи переменного тока и найдите значение.

Полное пошаговое решение
Полупериодный выпрямитель — это тип выпрямителя, который настроен так, чтобы пропускать только один полупериод переменной волны преобразования и блокировать другую половину, которая преобразует половину переменного напряжения в постоянное напряжение. Для этого выпрямителя требуется только один диод.
В общем, коэффициент пульсаций определяется как отношение среднеквадратичного значения составляющей переменного тока к среднеквадратическому значению составляющей постоянного тока, которое получается на выходе выпрямителя.2} — 4}} {4}) — 1} = 1,21 \] (Для стандартного полуволнового выпрямителя)

Таким образом, вариант (а) является правильным ответом на данный вопрос.

Примечание Для создания эффективного выпрямителя коэффициент пульсаций должен быть очень низким. Использование внешних компонентов, таких как конденсаторы и катушки индуктивности, в качестве первичных фильтров, поможет уменьшить пульсации, возникающие в цепи.

Полупериодный выпрямитель — принципиальная схема — Коэффициент пульсации — Форм-фактор — Коэффициент использования трансформатора

Однополупериодный выпрямитель (ГВР) представляет собой электронную схему который преобразует полную волну переменного тока в полуволну переменного тока.
Половина Схема волнового выпрямителя приведена ниже.
Он состоит из однофазного трансформатора с витками соотношение 22√2: 1 (пусть). Пусть трансформатор первичный снабжен

220√2 sin wt, тогда вторичная обмотка будет иметь мгновенное напряжение 10 sin мас.

полуволна Выпрямитель рабочий

Форма волны вторичного напряжения показана ниже.

Диод смещен вперед, поэтому проводит и весь V _s появляется в R _L .I _L соответствует V _s / R _L . Диод имеет обратное смещение, поэтому он действует как выключатель разомкнут и, следовательно, I _L = 0. Получаем форму волны для I _L для полного цикла как показано ниже.
Давайте посчитаем различные количества для hwr. Один количество будет использоваться для расчета следующего количества. 1. Средний выходной ток (I _DC ): —
2. RMS выходной ток I _rms или (I _L ) _rms : — 3. RMS выход переменного тока текущий : —

Поскольку I _L является периодической формой волны, поэтому разложение в ряд Фурье можно написать для него, который будет иметь постоянную составляющую и различные гармоники, т.е. компоненты переменного тока. Следовательно, из рядов Фурье

4. Ripple коэффициент : —

Выходной ток I _L не является чистым постоянным током. это однонаправленный периодически колеблющийся ток. По этой причине фильтры используются, чтобы блокировать колеблющуюся составляющую и пропускать через них компонент постоянного тока.

Величина, называемая коэффициентом пульсации (R.F), дает меру количества такого колеблющегося компонента, присутствующего в форме волны. Пульсация коэффициент формы волны равен определен как отношение среднеквадратичного значения составляющих переменного тока, присутствующих в осциллограмме, к среднее значение формы волны. Качественно R.F указывает отклонение формы волны от чистый постоянный ток. Коэффициент пульсации равен 0 для чистого постоянного тока. Мы нашли R.F hwr равным 1,21, что указывает на то, что он имеет большой количество гармоник в форме выходного сигнала выпрямителя, которое сильно отклоняется от чистый постоянный ток.Итак, нам понадобится большой фильтр (дорогой и громоздкий), следовательно, это один из основного недостатка полуволны выпрямитель .
Это среднее значение мгновенной входной мощности (i / p) за цикл. Мгновенная входная мощность, P _i = мгновенное напряжение i / p × мгновенное значение i / p Текущий где, R _f = сопротивление диода в прямом направлении. предвзятое состояние. Среднее значение мгновенной мощности, передаваемой нагрузке.

P _o = I _DC ² R _L

Это мера способности ректитификатора преобразовывать мощность постоянного / переменного тока в мощность постоянного тока.Если взять идеальный диод, т.е. R _f = 0, получаем максимальный КПД полуволнового выпрямителя, равняется 40,6%. 8. Пиковое обратное напряжение (PIV): — Во время работы выпрямителя диод подвергается максимальной нагрузке. отрицательное напряжение, называемое Peak Inverse Напряжение . 9. Форм-фактор (F.F): —

Форм-фактор любой формы волны определяется как отношение, среднеквадратичное значение значение формы сигнала к среднему значению сигнала.

Качественно F.F указывает плавность формы волны. Как сказал Ф.Ф. уменьшается и приближается к 1, плавность формы сигнала улучшается до чистого постоянного тока.

Для hwr мы получили F.F = 1,57, Это указывает на то, что форма сигнала сильно отклоняется от чистого постоянного тока. 10. Трансформатор коэффициент использования (TUF): — Коэффициент использования трансформатора — это отношение мощности постоянного тока к номинальной мощности обмотки трансформатора по переменному току. Если считать трансформатор и диод идеальными, то R _f и R _s = 0, получаем максимум TUF = 28.6% Требуется высокое значение TUF . Давайте рассмотрим пример, чтобы понять, почему нам нужен высокий TUF. Допустим, мы хотим, чтобы мощность постоянного тока была 57,2 Вт. Случай (1): — Если у нас есть TUF 28,6%, нам потребуется 200 кВА. трансформатор для получения мощности 57,2 Вт. Случай (2): — Если у нас есть TUF 57,2%, тогда нам понадобится только трансформатор 100 кВА, чтобы получить 57,2 Вт энергии. власть.

Итак, с высоким TUF нам нужен трансформатор с низким номиналом, чтобы получить такой же выходная мощность постоянного тока и поскольку стоимость трансформатора прямо пропорциональна его рейтинг, поэтому с высоким TUF нам нужно будет вкладывать меньше денег в трансформатор, следовательно, удешевляет систему.Таким образом, предпочтительна система с высоким TUF.

Полупериодный выпрямитель

в блоке питания — Учебные пособия

В предыдущих разделах о диодах мы узнали о pn переходе и о том, как диод работает при прямом и обратном смещении. Мы также обсудили светодиоды, которые представляют собой диоды специального назначения, и узнали о том, как они работают и в различных областях применения. На этот раз мы собираемся обсудить другое применение диода, которое действительно является общим для всех электронных систем, — выпрямитель, в частности, в данном случае полуволновой выпрямитель.

Выпрямители — это схемы, преобразующие переменное напряжение в постоянное. В основном они всегда присутствуют в источниках питания постоянного тока, которые работают от источника переменного напряжения. Способность диода пропускать ток в одном направлении и блокировать его в другом направлении делает их очень полезными в схемах выпрямителя. Когда диод используется в процессе выпрямления, его обычно называют выпрямителем.

БАЗОВЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Источники питания постоянного тока абсолютно необходимы в любой электронной системе, поскольку для работы всех активных электронных устройств требуется источник постоянного напряжения.Чтобы понять функцию выпрямителя в блоке питания, мы должны, по крайней мере, знать компоненты и принцип работы базового блока питания постоянного тока. С более высокого уровня компонентами источника питания постоянного тока являются трансформатор, выпрямитель, фильтр, регулятор и, наконец, нагрузка. Мы кратко рассмотрим их, а затем углубимся в выпрямительную часть.

Трансформатор

В большинстве случаев электронные устройства требуют меньшего уровня напряжения, чем уровень переменного напряжения, доступного в настенных розетках.Вот почему в базовых источниках питания постоянного тока (линейно регулируемые типы) первым элементом, который вы увидите, является трансформатор. Трансформатор позволяет снизить напряжение источника переменного тока до необходимого вам уровня, а также электрически изолирует источник переменного тока от выпрямителя, который является компонентом рядом с трансформатором. Вторичное напряжение трансформатора зависит от коэффициента трансформации. Но на самом деле, когда вы покупаете трансформатор, он указывается не на основе коэффициента передачи, а на основе вторичного или «выходного» напряжения
.

Выпрямитель

Выпрямитель, о котором мы поговорим позже, преобразует переменное напряжение на вторичной стороне трансформатора в пульсирующее постоянное напряжение. Это может быть полуволновой или двухполупериодный выпрямитель, но в этом уроке мы сосредоточимся только на полуволновом типе.

Фильтр

Импульсный выход выпрямителя недостаточно хорош для использования в электронных устройствах. Вот почему рядом с выпрямителем необходим фильтр, чтобы обеспечить плавное постоянное напряжение.Фильтр может быть одиночным электролитическим конденсатором или комбинацией электролитических и керамических конденсаторов.

Регулятор

Хотя выходной сигнал фильтра теперь более плавный, если есть изменения входного напряжения или нагрузки, это повлияет на выходное напряжение постоянного тока источника питания. Чтобы этого не произошло, после фильтра используется регулятор. Регулятор регулирует напряжение так, чтобы на нагрузке было постоянное напряжение постоянного тока. Регуляторы могут представлять собой одно полупроводниковое устройство, такое как стабилитрон, или могут быть более сложными интегральными схемами, обычно являющимися компромиссом между простотой и стоимостью и эффективностью.

ПОЛОВИННАЯ ПЕРЕДАЧА

Теперь, сосредотачиваясь на выпрямителе, как упоминалось ранее, выпрямители могут быть полуволновыми или двухполупериодными, но сейчас мы просто собираемся обсудить полуволновой выпрямитель. На изображении выше показана типичная схема применения однополупериодного выпрямителя. В сетевой розетке на 120 В переменного тока и частотой 60 Гц есть предохранитель F1 для защиты и трансформатор для понижения напряжения переменного тока до желаемого значения. Выходное напряжение на вторичной обмотке ниже, но его частота по-прежнему составляет 60 Гц, что означает, что напряжение будет изменяться с положительного на отрицательное и с отрицательного на положительное 60 раз в секунду.Теперь посмотрим, что происходит в течение одного цикла напряжения переменного тока в полуволновом выпрямителе.

Сейчас мы будем рассматривать диод как идеальный. Во время положительного полупериода диод смещен в прямом направлении и пропускает ток через нагрузку, что создает выходное напряжение на нагрузке. Поскольку диод считается идеальным (действует как замкнутый переключатель), выходное напряжение на нагрузке выглядит как положительная половина входного переменного напряжения.

В однополупериодных выпрямителях используется только один диод для преобразования переменного напряжения в постоянное.Таким образом, когда напряжение изменяется с положительного на отрицательный полупериод, диод имеет обратное смещение и не пропускает ток. В этом случае во время отрицательного полупериода ток, который может пройти через нагрузку, отсутствует, поэтому напряжение на ней равно нулю.

При однополупериодном выпрямлении только положительный полупериод входного переменного напряжения преобразуется в постоянное. В результате на нагрузке возникает пульсация постоянного напряжения с частотой 60 Гц.

Влияние барьерного потенциала на выход полуволнового выпрямителя

Вот как работает полуволновой выпрямитель, когда диод считается идеальным.В действительности барьерный потенциал диода влияет на выход полуволнового выпрямителя. Из-за барьерного потенциала диод все еще открыт, когда входное напряжение меньше уровня барьерного потенциала, поэтому ширина волны немного меньше, чем вы ожидаете в идеальных условиях. Кроме того, если вы сравните графики входа и выхода, вы заметите смещение, и пиковое значение выходного напряжения на 0,7 В меньше пикового значения входного напряжения, если диод кремниевый.

Среднеквадратичное, пиковое и среднее значение

Напряжение переменного тока можно указать в виде его пикового или среднеквадратичного значения.Однако напряжение переменного тока в розетке равно среднеквадратичному значению, как и вторичное напряжение трансформатора. Чтобы рассчитать выходное напряжение полуволнового выпрямителя, нам нужно сначала вычислить пиковое значение вторичного напряжения трансформатора, умножив действующее значение его напряжения на 1,414. Затем вычтите барьерный потенциал, который обычно составляет 0,7 В от пикового значения вторичного напряжения.

В результате вы получите максимальное напряжение на нагрузке. Среднее или постоянное напряжение на нагрузке, которое вы увидите, если измеряете его с помощью вольтметра постоянного тока, определяется путем умножения пикового значения напряжения нагрузки на 0.318. Мы не будем вдаваться в математику, почему мы используем 1,414 или 0,318 в этих случаях, но я должен сказать, что эти числа применимы только в этих случаях с синусоидальными волнами.

Пиковое обратное напряжение

При использовании диодов в цепи выпрямителя следует учитывать еще одну важную вещь, которую следует учитывать — это номинальное пиковое обратное напряжение (PIV), также известное как пиковое обратное напряжение (PRV). Во время полупериодов, когда выпрямительный диод имеет обратное смещение, PIV — это максимальное обратное напряжение, которое увидит диод, иначе он будет поврежден.В схеме полуволнового выпрямителя PIV равно пиковому значению приложенного входного напряжения или вторичного напряжения трансформатора. Но рекомендуется использовать диод с номиналом как минимум на 20% выше, чем PIV. Вы можете проверить таблицу данных, чтобы увидеть рейтинг PIV диода.

Преимущества и недостатки

Однополупериодный выпрямитель дешев и прост в сборке. Однако из-за недостатков он используется редко. Во-первых, его эффективность невысока. Только 40,6% мощности переменного тока преобразуется в мощность постоянного тока, доступную для нагрузки, поэтому теряется много энергии.Во-вторых, поскольку эффективность полуволнового выпрямителя низка, ожидается, что его коэффициент пульсаций будет высоким. Пульсации на выходе выпрямителя называются пульсациями. В идеале на выходе выпрямителя не должно быть пульсаций, поскольку мы хотим, чтобы напряжение постоянного тока было плавным.