Принцип выпрямления переменного тока: Выпрямитель напряжения: классификация, применение, схема выпрямителя

Содержание

принцип работы, схемы и т.д.

Двухполупериодный выпрямитель — устройство или контур, проводящий ток в течение обеих половин цикла переменного тока. Двухполупериодный выпрямитель состоит из трансформатора с центральным отводом вторичной обмотки, двух диодов и сопротивления нагрузки.

Схема двухполупериодного выпрямителя
Обратите внимание на основы электричества и на приборы электроники.

Принцип действия двухполупериодного выпрямителя

В течение первой половины цикла переменного тока верхний конец вторичной обмотки положителен, а нижний конец вторичной обмотки отрицателен. Диод D1 находится в состоянии прямого подключения, а диод D2 находится в состоянии обратного подключения, поскольку средняя точка отрицательна относительно положительной стороны вторичной обмотки и положительна относительно отрицательной стороны вторичной обмотки. Ток протекает от средней точки через сопротивление нагрузки, через D1 к положительной стороне вторичной обмотки. Падение напряжения на сопротивлении RL представляет собой положительную полуволну.

Путь тока через двухполупериодный выпрямитель: D1 находится в состоянии прямого подключения

В течение второй половины цикла переменного тока верхний конец вторичной обмотки отрицателен, а нижний конец вторичной обмотки положителен. Диод D1 находится в состоянии обратного подключения, а диод D2 находится в состоянии прямого подключения. Как изображено на рисунке 3-7, ток протекает от средней точки через сопротивление нагрузки, через D2 к положительной стороне вторичной обмотки. Падение напряжения на сопротивлении RL снова представляет собой положительную полуволну.

Путь тока в двухполупериодном выпрямителе: D2 находится в состоянии прямого подключения

Поскольку ток протекает через сопротивление RL в одном и том же направлении в течение обеих половин цикла входного напряжения, через RL проходят две полуволны в течение каждого полного цикла. Тем не менее, поскольку у этого трансформатора есть средняя точка, падение напряжения на сопротивлении нагрузки представляет собой лишь

половину того, что могло бы быть, если бы нагрузка была соединена ко всей вторичной обмотке. Форма кривой выходного сигнала двухполупериодного выпрямителя

Выпрямители. Виды и устройство. Структура и особенности

Выпрямители это электротехнические устройства, которые служат для получения из переменного напряжения, постоянного. Главными компонентами выпрямителей являются вентили и трансформатор. Они создают условия протекания тока в нагрузочной цепи в одну сторону, то есть, выпрямляют его. Из переменного напряжения образуется постоянное с наличием пульсаций.

Устройство и структура выпрямителя

Чтобы сгладить полученные импульсы выпрямленного напряжения, после выхода выпрямителя подключают выравнивающий фильтр, состоящий из емкостей, дросселей и сопротивлений. Для выравнивания и регулировки полученного тока и напряжения к выходу сглаживающего фильтра подключают схему стабилизатора. Такие устройства часто подключают и на входе устройства на переменный ток.

Режимы функционирования и свойства отдельных компонентов выпрямителя, стабилизатора, регулятора и фильтра согласовывают с определенными условиями эксплуатации нагрузки потребителя. Поэтому главной задачей при проектировании устройств выпрямления является расчет соотношений, дающих возможность определить по режиму эксплуатации потребителя электрические свойства и параметры компонентов стабилизатора и других частей. Далее необходимо рассчитать эти элементы и выбрать по каталогу в торговой сети.

Рис. 1

Выпрямители в общем виде можно изобразить структурной схемой (Рис. 2), в которую входит:

1 — Силовой трансформатор.
2 — Диодный мост, состоящий из диодов.
3 — Устройство фильтрования.
4 — Нагрузочная цепь со стабилизатором.

Рис. 2

Силовой трансформатор

Это устройство предназначено для согласования напряжений на входе и выходе выпрямительного устройства (Рис. 1 — а). Другими словами, трансформатор осуществляет разделение сети нагрузки и сети питания. Существуют всевозможные варианты схем соединения обмоток этого трансформатора, выбор которых зависит от типа схемы выпрямления устройством. На величину выходного напряжения трансформатора U2 влияет величина напряжения на выходе выпрямительного моста Uн.

Трансформатор способен выполнить гальваническую развязку частоты f1 с сетью питания U1, I1, и нагрузочную цепь с Uн, Iнодновременно. В настоящее время появилась возможность проектировать и производить инверторы высокого напряжения, функционирующие на повышенной частоте и выпрямляющие напряжение. Для этого применяются схемы бестрансформаторного выпрямления, в которых блок вентилей подключается сразу к первичной сети питания.

Диодный мост

Этот блок выполняет основную функцию в устройстве выпрямителя, преобразуя переменный ток в постоянный (Рис. 1 — б). В блоке применяются чаще всего элементы в виде диодов.

На выходе блока вентилей снимается постоянное напряжение, имеющее повышенный уровень импульсов, который зависит от числа фаз сети питания и схемой выпрямителя.

Устройство фильтрования

Фильтрующая часть выпрямителя обеспечивает необходимый уровень пульсаций напряжения на выходе выпрямителя в соответствии с предъявляемыми требованиями нагрузки (Рис. 1 — в). В схеме фильтрующего устройства применяются сглаживающий дроссель или сопротивление, подключенные последовательно, и конденсаторы, подключенные параллельно выходу питания.

Однако чаще всего фильтры выполняют по схемам несколько сложнее. В маломощных выпрямителях нет необходимости в применении дросселя и резистора. В схемах выпрямителей для трехфазной сети величина импульсов меньше, тем самым становятся легче условия функционирования фильтра.

Стабилизатор напряжения

Устройство стабилизации напряжения предназначено для снижения внешнего влияния на выходное напряжение. Воздействиями могут быть: изменение частоты тока, температуры, перепады напряжения и другие факторы. В конструкции стабилизатора используются полупроводниковые элементы в виде стабилитронов, тиристоров, симисторов и других полупроводников, устройство и работа которых будет рассмотрена отдельно.

Классификация

Выпрямители, выполненные на основе полупроводниковых элементов, классифицируются по различным признакам.

По мощности на выходе:
  • Повышенной мощности – свыше 100 киловатт.
  • Средней мощности – менее 100 кВт.
  • Малой мощности – до 0,6 киловатт.
По фазности сети питания:
  • 1-фазные.
  • 3-фазные.
По количеству импульсов одного полюса выпрямленного напряжения U
2 за один период:
  • Однотактные (имеют один полупериод).
  • Двухтактные (два полупериода).
По типу управления вентилями выпрямители делятся на:
  • Управляемые. В схеме применяются транзисторы, тиристоры.
  • Неуправляемые. Используются диоды.
Выпрямители разделяют для следующих видов нагрузки:
  • Активно-емкостная.
  • Активно-индуктивная.
  • Активная.
Расчет выпрямителя

Характер нагрузки, формы потребления тока влияют на способы расчета выпрямителя, и значительно отличаются. Расчет выпрямителя выполняется путем подбора схемы выпрямителя, вида вентилей, определения нагрузки на трансформатор, фильтр и диоды, энергетических и электрических параметров.

Ряд факторов влияет на выбор схемы прибора. Эти факторы необходимо учитывать согласно предъявляемому требованию к выпрямителю.

К таким факторам можно отнести:
  • Мощность и напряжение.
  • Пульсация и частота напряжения на выходе.
  • Значение обратного напряжения на диодах и их количество.
  • Коэффициент мощности и другие параметры.
  • КПД.

Коэффициент применения трансформатора по мощности оказывает большое влияние на расчет выпрямителя. Этот параметр вычисляется формулой:

Где Id, Ud, — средние величина выпрямленного тока и напряжения, I1, U1  — рабочая первичная величина тока и напряжения, I2, U2  – рабочая величина вторичного тока и напряжения.

При повышении коэффициента использования трансформатора размеры прибора в общем уменьшаются, а КПД увеличивается.

Схемы выпрямления
Однофазные выпрямители

Схемы приборов для подключения к питанию однофазной сети используются чаще всего для бытовых электрических устройств. В них применяются однофазные трансформаторы, функционирующие с фазой и нолем. Обе обмотки трансформатора таких приборов являются однофазными.

Однофазная однотактная схема

Однополупериодная схема чаще всего используют для выравнивания токов малой мощности (несколько миллиампер), когда нет необходимости идеального выравнивания напряжения на выходе выпрямителя. Такая схема характерна значительными пульсациями выходного напряжения и малым коэффициентом использования трансформатора.

На диаграмме видна работа однотактного выпрямителя на активную нагрузку.

Нагрузочный ток id под воздействием ЭДС вторичной обмотки (е2) может пройти только за те полупериоды, на которых анод диода обладает положительным потенциалом по отношению к катоду. По диоду в первый полупериод протекает ток ivd, а во второй полупериод ток становится нулевым (при отрицательном потенциале анода).

Напряжение на выходе выпрямителя ud всегда ниже ЭДС обмотки е2, из-за того, что определенная часть напряжения теряется. Наибольшее обратное сопротивление вентиля Uобрmax достигает амплитудной величины ЭДС вторичной обмотки.

Диаграммы токов обеих обмоток трансформатора аналогичны, если не считать ток намагничивания и удалить из него величину Id, так как она не трансформируется в первичную обмотку. Из-за этой величины в сердечнике трансформатора образуется вспомогательный магнитный поток, который насыщает сердечник.

Такой эффект называется вынужденным подмагничиванием. Это можно выделить, как основной недостаток схемы. После насыщения ток намагничивания трансформатора повышается по сравнению с нормальным режимом. Повышение этого тока создает условия для увеличения сечения проводника первичной обмотки. Вследствие этого возрастают размеры трансформатора.

Похожие темы:

Типы выпрямителей переменного тока.

Какие бывают выпрямители?

Ещё в начале ХХ века имел место очень принципиальный спор между корифеями электротехники. Какой ток выгоднее передавать потребителю на большие расстояния: постоянный или переменный? Научный спор выиграли сторонники передачи переменного тока по проводам высоковольтных линий от подстанции к потребителю. Эта система принята во всём мире и успешно эксплуатируется до сих пор.

Но большинство электронной техники и не только бытовой, но и промышленной питается постоянными напряжениями и это привело к созданию целой отрасли электрики – преобразование (выпрямление) переменного тока. После того как электронная лампа была забыта, главным элементом любого выпрямителя стал полупроводниковый диод.

Схемотехника выпрямителей весьма обширна, но самым простым является однополупериодный выпрямитель.

Однополупериодный выпрямитель.

Напряжение с вторичной обмотки силового трансформатора подаётся на один единственный диод. Вот схема.

Поэтому выпрямитель и назван однополупериодным. Выпрямляется только один полупериод и на выходе получается импульсное напряжение. Форма его показана на рисунке.

Схема проста и не требует большого количества элементов. Это и сказывается на качестве выпрямленного напряжения. При низких частотах переменного напряжения (например, как в электросети — 50 Гц) выпрямленное напряжение получается сильно пульсирующим. А это очень плохо.

Для того чтобы снизить величину пульсации выпрямленного напряжения приходится брать величину конденсатора С1 очень большую, порядка 2000 – 5000 микрофарад, что увеличивает размер блока питания, так как электролиты на 2000 — 5000 мкф имеют довольно большие размеры. Поэтому на низких частотах эта схема практически не используется. Зато однополупериодные выпрямители прекрасно зарекомендовали себя в импульсных блоках питания работающих на частотах 10 – 15 кГц (килогерц). На таких частотах величина ёмкости фильтра может быть очень небольшой, а простота схемы уже не столь сильно влияет на качество выпрямленного напряжения.

Примером использования однополупериодного выпрямителя может служить простой зарядник от сотового телефона. Так как зарядник сам по себе маломощный, то в нём применяется однополупериодная схема, причём как во входном сетевом выпрямителе 220V (50Гц), так и в выходном, где требуется выпрямить переменное напряжение высокой частоты со вторичной обмотки импульсного трансформатора.

К несомненным достоинствам такого выпрямителя следует отнести минимум деталей, низкую стоимость и простые схемные решения. В обычных (не импульсных) блоках питания многие десятилетия успешно работают двухполупериодные выпрямители.

Двухполупериодные выпрямители.

Они бывают двух схемных решений: выпрямитель со средней точкой и мостовая схема, известная, как схема Гретца. Выпрямитель со средней точкой требует более сложного в исполнении силового трансформатора, хотя диодов там используется в два раза меньше чем в мостовой схеме. К недостаткам двухполупериодного выпрямителя со средней точкой можно отнести то, что для получения одинакового напряжения, число витков во вторичной обмотке трансформатора должно быть в два раза больше, чем при использовании мостовой схемы. А это уже не совсем экономично с точки зрения расходования медного провода.

Далее на рисунке показана типовая схема двухполупериодного выпрямителя со средней точкой.

Величина пульсаций выпрямленного напряжения меньше чем у однополупериодного выпрямителя и величину конденсатора фильтра так же можно использовать гораздо меньшую. Наглядно увидеть, как работает двухполупериодная схема можно по рисунку.

Как видим, на выходе выпрямителя уже в два раза меньше «провалов» напряжения — тех самых пульсаций.

Активно применяется схема выпрямителя со средней точкой в выходных выпрямителях импульсных блоков питания для ПК. Так как во вторичной обмотке высокочастотного трансформатора требуется меньшее число витков медного провода, то гораздо эффективнее применять именно эту схему. Диоды же применяются сдвоенные, т.е. такие, у которых общий корпус и три вывода (два диода внутри). Один из выводов — общий (как правило катод). По виду сдвоенный диод очень похож на транзистор.

Наибольшую популярность приобрела в бытовой и промышленной аппаратуре мостовая схема. Взгляните.

Можно без преувеличения сказать, что это самая распространённая схема. На практике вы с ней ещё не раз встретитесь. Она содержит четыре полупроводниковых диода, а на выходе, как правило, ставится RC-фильтр или только электролитический конденсатор для сглаживания пульсаций напряжения.

О данной схеме уже рассказывалось на странице про диодный мост. Стоит отметить, что и у мостовой схемы есть недостатки. Как известно, у любого полупроводникового диода есть так называемое прямое падение напряжения (Forward voltage dropVF). Для обычных выпрямительных диодов оно может быть 1 — 1,2 V (зависит от типа диода). Так вот, при использовании мостовой схемы на диодах теряется напряжение, равное 2 x VF, т.е. около 2 вольт. Это происходит потому, что в выпрямлении одной полуволны переменного тока участвуют 2 диода (затем другие 2). Получается, что на диодном мосте теряется часть напряжения, которое мы снимаем со вторичной обмотки трансформатора, а это явные потери. Поэтому

в некоторых случаях в составе диодного моста применяются диоды Шоттки, у которых прямое падение напряжения невелико (около 0,5 вольта). Правда, стоит учесть, что диод Шоттки не рассчитан на большое обратное напряжение и очень чувствителен к его превышению.

Большой интерес вызывает выпрямитель с удвоением напряжения.

Выпрямитель с удвоением напряжения.

Принцип удвоителя напряжения Латура-Делона-Гренашера основан на поочерёдном заряде-разряде конденсаторов С1 и С2 разными по полярности полуволнами входного напряжения. В результате между катодом одного диода и анодом второго диода возникает напряжение в два раза превышающее входное. Схема в студию:)

Стоит отметить, что данная схема применяется в блоках питания нечасто. Но её можно смело использовать, если необходимо вдвое увеличить напряжение, которое снимается со вторичной обмотки трансформатора. Это будет более логичным и правильным решением, чем перематывать вторичную обмотку трансформатора с целью увеличить выходное напряжение вторичной обмотки в 2 раза (ведь при этом придётся наматывать вторичную обмотку с вдвое большим числом витков). Так что, если не удалось найти подходящий трансформатор — смело применяем данную схему.

Развитием схемы стало создание умножителя на полупроводниковых диодах.

Умножитель напряжения.

Каждый диод и конденсатор образуют «звено» и эти звенья можно соединять последовательно до получения напряжения в несколько десятков киловольт. Конечно, для этого входное напряжение тоже должно быть достаточно большим.

На рисунке изображён четырёхзвенный умножитель и на выходе мы получаем напряжение в четыре раза превышающее входное (U). Эти выпрямители получили большое распространение там, где нужно получить высокое напряжение при достаточно малом токе. Например, по такой схеме были выполнены источники высокого напряжения в старых телевизорах и осциллографах для питания анода электронно-лучевой трубки.

Сейчас такие источники питания используются в научных лабораториях, в детекторах элементарных частиц, в медицинской аппаратуре (люстра Чижевского) и в оружии самообороны (электрошокер). При повторении подобных конструкций и подборе деталей, следует

учитывать рабочее напряжение, как диодов, так и конденсаторов исходя из напряжения, которое вы хотите получить. Весь умножитель, как правило, заливается специальным компаундом или эпоксидной смолой во избежание высоковольтных пробоев между элементами схемы.

Для нормальной работы некоторых устройств как, например, люстры Чижевского необходимы достаточно высокие напряжения. Как считают специалисты, излучатель отрицательных аэроионов, эффективен только при напряжении не менее 60 киловольт.

Трёхфазные выпрямители.

Устройства, которые используются для получения постоянного тока из переменного трёхфазного тока, называются трёхфазными выпрямителями. Трёхфазные выпрямители в бытовой технике, конечно, не используются. Единственный прибор, который может использоваться в быту это сварочный аппарат. В качестве трёхфазных выпрямителей используются наработки двух известных электротехников Миткевича и Ларионова. Самая простая схема Миткевича называется «три четверти моста параллельно», что означает три силовых диода включенных параллельно через вторичные обмотки трёхфазного трансформатора. Схема.

Коэффициент пульсаций на нагрузке очень мал, что позволяет использовать конденсаторы фильтра небольшой ёмкости и малых габаритов.

Более сложной является схема Ларионова, которая называется «три полумоста параллельно», что это такое хорошо видно из рисунка.

В схеме используется уже шесть диодов и немного другая схема включения. Вообще схем трёхфазных выпрямителей достаточно много и наиболее совершенной, хотя редко употребляемой является схема «шесть мостов параллельно», а это уже 24 диода! Зато эта схема может выдавать высокое напряжение при большой мощности.

Трёхфазные мощные выпрямители используются в электровозах, городском электротранспорте (трамвай, троллейбус, метро), в промышленных установках для электролиза. Так же промышленные системы очистки газовых смесей, буровое и сварочное оборудование используют трёхфазные выпрямители.

Теперь вы знаете, какие бывают выпрямители переменного тока и сможете легко обнаружить их на принципиальной схеме или печатной плате любого прибора. А для тех, кто хочет знать больше, рекомендуем ознакомиться с книгой «Полупроводниковые выпрямители».

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Однополупериодный выпрямитель тока. Схема и принцип работы.

Выпрямитель тока – это устройство, позволяющее выполнить преобразование тока переменного направления в ток постоянного направления. И сегодня мы рассмотрим базовую схему выпрямителя – однополупериодный выпрямитель. Разберем схему, принцип работы, а также достоинства и недостатки.

Однополупериодный выпрямитель.

Схема однополупериодного выпрямителя выглядит следующим образом:

Пусть на входе у нас переменное напряжение, меняющееся по синусоидальному закону:

Резистор же R_н играет роль нагрузки. То есть мы должны обеспечить протекание через него постоянного тока. Давайте разберемся как эта простейшая схема сможет решить нашу задачу!

Итак, диод D_1 пропускает ток только в одном направлении, в те моменты, когда к нему приложено прямое смещение, что соответствует положительным полупериодам (U_{вх}\gt0) входного сигнала. Когда к диоду будет приложено обратное смещение (отрицательные полупериоды), он будет закрыт и по цепи будет протекать только незначительный обратный ток. И в результате сигнал на нагрузке будет выглядеть так:

Обратным током обычно можно пренебречь, поэтому в итоге мы получаем, что ток через нагрузку протекает только в одном направлении. Но назвать его постоянным не представляется возможным 🙂 Ток через нагрузку хоть и является выпрямленным (протекает только в одном направлении), но носит пульсирующий характер.

Для сглаживания этих пульсаций в схему выпрямителя тока обычно добавляется конденсатор:

Идея заключается в том, что во время положительного полупериода, конденсатор заряжается (запасает энергию). А во время отрицательного полупериода конденсатор, напротив, разряжается (отдает энергию в нагрузку).

Таким образом, за счет накопленной энергии конденсатор обеспечивает протекание тока через нагрузку и в отрицательные полупериоды входного сигнала. При этом емкость конденсатора должна быть достаточной для того, чтобы он не успевал разряжаться за время, равное половине периода.

Проверяем напряжение на нагрузке для этой схемы:

В точке 1 конденсатор заряжен до напряжения U_1. Далее входное напряжение понижается, а конденсатор, в свою очередь, начинает разряжаться на нагрузку. Поэтому выходное напряжение не падает до нуля вслед за входным.

В точке 2 конденсатор успел разрядиться до напряжения U_2. В то же время значение входного сигнала также становится равным этой же величине, поэтому конденсатор снова начинает заряжаться. И эти процессы в дальнейшем циклически повторяются.

А теперь поэкспериментируем и используем в схеме однополупериодного выпрямителя конденсатор меньшей емкости:

И здесь мы видим, что конденсатор из-за меньшей емкости успевает разрядиться гораздо сильнее, и это приводит к увеличению пульсаций, а следовательно к ухудшению работы всей схемы.

На промышленных частотах 50 – 60 Гц однополупериодный выпрямитель практически не применяется из-за того, что для таких частот потребуются конденсаторы с очень большой емкостью (а значит и внушительными габаритами).

Смотрите сами, чем ниже частота, тем больше период сигнала (а вместе с тем, и длительности положительного и отрицательного полупериодов). А чем больше длительность отрицательного полупериода, тем дольше конденсатор должен быть способен разряжаться на нагрузку. А это уже требует большей емкости.

Таким образом, на более низких частотах в силу своих ограничений эта схема не нашла широкого применения. Однако, на частотах в несколько десятков КГц однополупериодный выпрямитель используется вполне успешно.

Рассмотрим преимущества и недостатки однополупериодного выпрямителя:

  • К основным достоинствам схемы, в первую очередь, конечно же, можно отнести простоту и, соответственно, небольшую себестоимость – используется всего один диод.
  • Кроме того, снижено падение напряжения. Как вы помните, при протекании тока через диод на нем самом падает определенное напряжение. По сравнению с мостовой схемой (которую мы разберем в следующей статье), ток протекает только через один диод (а не через два), а значит и падение напряжения меньше.

Основных недостатков также можно выделить несколько:

  • Схема использует энергию только положительного полупериода входного сигнала. То есть половина полезной энергии, которую также можно было бы использовать, уходит просто в никуда. В связи с этим КПД выпрямителя крайне низок.
  • И даже с использованием сглаживающих конденсаторов величина пульсаций довольно-таки значительна, что также является очень серьезным недостатком.

Итак, давайте резюмируем! Мы разобрали схему и принцип работы однофазного однополупериодного выпрямителя тока, а в следующей статье перейдем к более сложным схемам выпрямителей, не пропустите!

Диодный мост, принцип работы и схема

Диодный мост – это мостовая схема соединения диодов, для выпрямления переменного тока в постоянный.

Диодные мосты являются простейшими и самыми распространенными выпрямителями, их используют в радиотехнике, электронике, автомобилях и в других сферах, там, где требуется получение пульсирующего постоянного напряжения.

Для лучшего понимания принципа работы диодного моста, рассмотрим работу одного диода:

Диод как полупроводниковый элемент, имеет один p-n переход, что дает ему возможность проводить ток только в одном направлении. Ток через диод начинает проходить при подключении анода к положительному, а катода к отрицательному полюсу источника. В обратной ситуации диод запирается, и ток через него не протекает.

Схема и принцип работы диодного моста

На данной схеме 4 диода соединенных по мостовой схеме подключены к источнику переменного напряжения 220В. В качестве нагрузки подключен резистор Rн.

Переменное напряжение на входе меняется не только по мгновенному значению, но и по знаку. При прохождении положительной полуволны (от 0 до π) к анодам диодов VD2 и VD4 приложено положительное напряжение относительно их катодов, что вызывает прохождение тока Iн через диоды и нагрузку Rн. В этот момент диоды VD1 и VD3 заперты и не пропускают ток, так как напряжение положительной полуволны для них является обратным.

В момент, когда входное напряжение пересекает точку π, оно меняет свой знак. В этом случае диоды VD1 и VD3 начинают пропускать ток, так как к их анодам приложено положительное напряжение относительно катодов, а диоды VD2 и VD4 оказываются запертыми. Это продолжается до точки 2π, где переменное входное напряжение снова меняет свой знак и весь процесс повторяется заново.

Важно отметить, что ток Iн протекающий через нагрузку Rн, не изменяется по направлению, т.е. является постоянным.

Но если обратить внимание на график, то можно заметить, что напряжение на выходе является не постоянным, а пульсирующим. Соответственно, выходной ток, появляющийся от такого напряжения и протекающий через активную нагрузку, будет также – пульсирующим. Данную пульсацию можно немного уменьшить с помощью параллельно включенного конденсатора к выходу диодного моста. Напряжение на конденсаторе, согласно закону коммутации, не может измениться мгновенно, а значит в данном случае, выходное напряжение примет более сглаженную форму.

  • Просмотров: 18380
  • Военно-техническая подготовка

    1.7. Выпрямители

    Выпрямитель (электрического тока) — преобразователь электрической энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток.


    1.7.1. Однополупериодный выпрямитель.

    Простейшая схема однополупериодного выпрямителя состоит только из одного выпрямляющего ток элемента (диода). На выходе — пульсирующий постоянный ток. На промышленных частотах (50—60 Гц) не имеет широкого применения, так как для питания аппаратуры требуются сглаживающие фильтры с большими величинами ёмкости и индуктивности, что приводит к увеличению габаритно-весовых характеристик выпрямителя. Однако схема однополупериодного выпрямления нашла очень широкое распространение в импульсных блоках питания с частотой переменного напряжения свыше 10 кГц, широко применяющихся в современной бытовой и промышленной аппаратуре. Объясняется это тем, что при более высоких частотах пульсаций выпрямленного напряжения, для получения требуемых характеристик (заданного или допустимого коэффициента пульсаций), необходимы сглаживающие элементы с меньшими значениями ёмкости (индуктивности). Вес и размеры источников питания уменьшаются с повышением частоты входного переменного напряжения.

    Однополупериодный выпрямитель или четвертьмост является простейшим выпрямителем и включает в себя один вентиль (диод или тиристор).

    Напряжение со вторичной обмотки трансформатора проходит через вентиль на нагрузку только в положительные полупериоды переменного напряжения. В отрицательные полупериоды вентиль закрыт, всё падение напряжения происходит на вентиле, а напряжение на нагрузке Uн равно нулю. Среднее значение переменного тока по отношению к подведенному действующему составит:

    .

    Эта величина вдвое меньше, чем в полномостовом. Важно отметить, что среднеквадратичное значение напряжения на выходе однополупериодного выпрямителя будет в меньше подведенного действующего, а потребляемая нагрузкой мощность в 2 раза меньше (для синусоидальной формы сигнала).


    1.7.2. Двухполупериодный выпрямитель.

    Двухполупериодный выпрямитель может строиться по мостовой или полумостовой схеме (когда, например, в случае выпрямления однофазного тока, используется специальный трансформатор с выводом от средней точки вторичной обмотки и вдвое меньшим количеством выпрямляющих ток элементов. Такая схема ныне применяется редко, так как более металлоёмка и имеет большее эквивалентное активное внутреннее сопротивление, то есть большие потери на нагрев обмоток трансформатора).

    Рис 1. Двухполупериодный выпрямитель с сглаживающим ёмкостным фильтром.

    При построении двухполупериодного выпрямителя со сглаживающим конденсатором следует всегда помнить, что переменное напряжение всегда измеряется в «действующем» значении, которое в 1,41 раза меньше его максимальной амплитуды, а выпрямленное напряжение на конденсаторе, в отсутствие нагрузки, будет всегда равно амплитудному. Это означает, что, например, при измеренном напряжении однофазного переменного тока 12 вольт до мостового однофазного выпрямителя со сглаживающим конденсатором, на конденсаторе, (в отсутствие нагрузки), будет напряжение до 17 вольт. Под нагрузкой выпрямленное напряжение будет ниже, (но не ниже величины средневыпрямленного напряжения переменного тока, если внутреннее сопротивление трансформатора — источника переменного тока — принять равным нулю) и зависеть от ёмкости сглаживающего конденсатора.

    Соответственно, выбор величины переменного напряжения вторичной обмотки трансформатора, должен строиться исходя из максимальной допустимой величины подаваемого напряжения, а ёмкость сглаживающего конденсатора — должна быть достаточно большой, чтобы напряжение под нагрузкой не снизилось меньше минимально допустимого. На практике также учитывается неизбежное падение напряжения под нагрузкой — на сопротивлении проводов, обмотке трансформатора, диодах выпрямительного моста, а также возможное отклонение от номинального величины питающего трансформатор напряжения электрической сети.

    Рис 2. Входное переменное напряжение (жёлтого цвета) и постоянное выходное напряжение однополупериодного выпрямителя с фильтрующей ёмкостью.

    Следует отметить, что в выпрямителях с сглаживающим конденсатором диоды открываются не на весь полупериод напряжения, а на короткие промежутки времени, когда мгновенное значение переменного напряжения превышает постоянное напряжение на фильтрующем конденсаторе (т. е. в моменты вблизи максимумов синусоиды). Поэтому протекающий через диоды (и обмотку трансформатора) ток представляет собой короткие мощные импульсы сложной формы, амплитуда которых значительно превышает средний ток, потребяемый нагрузкой выпрямителя. Этот факт следует учитывать при расчёте трасформатора (вариант расчёта для работы не на активную нагрузку, а на выпрямитель с ёмкостным фильтром), и принимать меры для подавления возникающих импульсных помех.


    1.7.3. Мостовая схема выпрямления переменного тока.

    Диодный мост — электрическая схема, предназначенная для преобразования («выпрямления») переменного тока в пульсирующий.

    На вход (Input) схемы подаётся переменное напряжение (обычно, но не обязательно синусоидальное). В каждый из полупериодов ток проходит только через 2 диода, 2 других — заперты:

    Рис 3. Выпрямление положительной полуволны

    Рис 4. Выпрямление отрицательной полуволны

    Рис 5. Анимация принципа работы

    В результате, на выходе (DC Output) получается напряжение, пульсирующее с частотой, вдвое большей частоты питающего напряжения:

    Рис 6. Красным — исходное синусоидальное напряжение , зелёным — однополупериодное выпрямление (для сравнения), синим — рассматриваемое двухполупериодное

    Преимущества

    • Двухполупериодное выпрямление с помощью моста (по сравнению с однополупериодным) позволяет:
    • Получить на выходе напряжение с повышенной частотой пульсаций, которое проще сгладить фильтром на конденсаторе.
    • Избежать постоянного тока подмагничивания в питающем мост трансформаторе.
    • Увеличить его КПД, что позволяет сделать его магнитопровод меньшего сечения.

    Недостатки

    • Происходит двойное падение напряжения по сравнению с однополупериодным выпрямлением (прямое напряжение диода × 2 ≈ 1 В), это иногда нежелательно в низковольтных схемах. Частично этот недостаток может быть преодолен за счет использования диодов Шоттки с малым падением напряжения.
    • При перегорании одного из диодов схема превращается в однополупериодную, что может быть не замечено вовремя, и в устройстве появится скрытый дефект.

    Выпрямление переменного тока

    Общие сведения о выпрямителях

    Преобразователи, стабилизаторы напряжения и ряд других элементов не являются обязательными для всех источников питания. В зависимости от требований, предъявляемых к источникам питанию, эти узлы могут присутствовать в схеме, а могут и отсутствовать. Однако процесс выпрямления переменного напряжения будет присутствовать всегда, а значит будут присутствовать и связанные с ним проблемы сглаживания пульсаций напряжения. Эти две операции неразрывно связаны друг с другом и в конечном итоге определяют требования, предъявляемые к силовому трансформатору, а поэтому они являются основополагающими для всего дальнейшего процесса проектирования блока питания. Так как в блоке питания требуется выпрямлять синусоидальное напряжение, создаваемое на вторичных обмотках силового трансформатора, необходимо стремиться к максимальной эффективности использования трансформатора, поэтому следует рассматривать вариант только двухполупериодного выпрямления. Однополупериодное выпрямление не только менее эффективно (так как при этом используется только одна полуволна из полного периода синусоидального сигнала), но также возникает постоянная составляющая тока, протекающего в трансформаторе, а даже небольшие величины постоянного тока, протекающего в обмотках трансформатора, могут привести к намагничиванию и даже к насыщению его сердечника. При насыщении материала сердечника возникают дополнительные потери и поток рассеяния, который может индуцировать токи фоновых помех в ближайших к трансформатору цепях схемы. Более того, при насыщении сердечника, на элементах трансформатора может выделяться повышенная тепловая энергия, вплоть до разрушения его конструкции.

    Выбор ламповых или полупроводниковых выпрямительных диодов

    Существует две основные разновидности схем двухполупериодного выпрямления: выпрямитель, использующий отвод от средней точки обмотки трансформатора, и мостовая схема выпрямления (рис. 6.2).

    Мостовая схема (часто называемая схемой Греца) выпрямления представляет стандартную современную топологию, так как она позволяет экономить на обмотке трансформатора (требуется вдвое меньше витков вторичной обмотки). Схема выпрямления, в которой используется обмотка трансформатора с отводом от среднего витка, считается традиционной в схемах ламповых выпрямителей, так как она позволяет экономить на количестве выпрямляющих элементов (которые всегда стоили недешево).

    При рассмотрении схемы высоковольтного источника питания, для которого напряжение постоянного тока VDCне превышает 1 кВ, необходимо сделать выбор между использованием кремниевого полупроводникового диода или вакуумного термоэлектронного диода (кенотрона), например, такого, как GZ34. Ламповый выпрямительный диод не отличается высокой эффективностью работы. Дело заключается не только в том, что для него требуется источник питания подогревателей, но и в том, что на ламповых выпрямителях падение высоковольтного напряжения составляет десятки вольт, кроме этого возрастает выходное сопротивление источника питания. Они очень чувствительны в отношении пульсирующей составляющей постоянного тока (которая будет рассмотрена ниже), и, следовательно, с ними требуется применять сглаживающие конденсаторы с максимальной емкостью, которые будут подключаться параллельно их выводам. Более того, полное сопротивление, подключаемое последовательно в цепи каждого анода, должно превосходить минимальное значение, которое определяется следующим выражением:

    Рис. 6.2 Схемы двухполупериодного выпрямления

    в которой Rsсопротивление вторичной обмотки трансформатора; Rpсопротивление первичной обмотки трансформатора; п — коэффициент трансформации, или отношение количества витков вторичной обмотки к количеству витков в первичной.

    Хотя приводимые ниже в табл. 6.1 данные позволяют производить быстрое сравнение характеристик наиболее распространенных двойных выпрямительных ламповых диодов (двухполупериодных кенотронов), за получением более подробной информации необходимо будет обратиться к паспортным данным, представляемых производителями ламп.

    Таблица 6.1
    Тип лампы Rseries, Ом (Vout = 300 В)C(max), мкФIheater, мА
    EZ90/6X470520160,6
    EZ80/6V490215500,6
    EZ81/6CA4150190501
    GZ34/5AR425075601,9
    GZ372507560*2,8

    Примечание. Компания Маллэрд (Mullard) не указала значение C(max) для лампового диода GZ37, но в силу того, что как для GZ34, так и для GZ37 амплитудные значения токов одинаковы, ia(pk)= 750 мА, то можно будет принять, что для диода GZ37величина C(max) = 60 мкФ.

    Ламповые диоды GZ34, входящие в серию NOS и выпускаемые компанией Маллэрд (Mullard), представляют в настоящее время почти музейную редкость и поэтому очень дорогие, хотя некоторые из современных дамповых диодов GZ34, как сообщалось в печати, имеют очень неустойчивые параметры при высоких напряжениях, поэтому достаточно популярной заменой для данного лампового диода является весьма «прожорливая» в отношении потребляемых токов лампа NOS GZ37. Ламповые диоды с косвенным подогревом EZ80 и EZ81 дешевле и значительно доступнее, они являются идеальными для применения в схемах предусилителей или небольших монофонических усилителей мощности. Для не очень популярного лампового диода EZ90 приводимые паспортные характеристики не являются такими подробными, как это сделано для диода EZ80, но вполне возможно предположить, что он окажется даже дешевле.

    Выпрямительные диоды с косвенным подогревом разработаны для питания от стандартного блока питания подогревателей катодов, который имеет напряжение 6,3 В и предназначен для приемо-усилительных ламп, однако, их особенностью является то, что напряжение между подогревателем и катодом Vghможет достигать значения примерно 300 В. Это предъявляет повышенные требования к качеству изоляции между катодом и подогревателем, при этом шумовые токи с катода выпрямительного диода поступают в общий заземленный источник питания подогревателей. Если условие низкого уровня шумов является определяющим, то можно как бы переложить возникающие сложности со столь чувствительной изоляцией катод-подогреватель на более выносливый силовой трансформатор, путем использования отдельной обмотки, предназначенной для цепи подогревателей катодов ламповых выпрямительных диодов и гальванически связанной с катодами.

    Высоковакуумные ламповые выпрямители обладают одним единственным явным преимуществом перед кремниевыми диодами, но это преимущество может оказаться настолько важным, что позволит стерпеть все их недостатки. Время нарастания выходного напряжения (время, необходимое для изменения напряжения от значения 10% до значения, составляющего 90% номинального) при условии полной нагрузки составляет примерно 5 с, что сильно снижает величину противотока электролитических конденсаторов по сравнению с полупроводниковыми выпрямителями (рис. 6.3).

    Ярые приверженцы высоковакуумных ламповых диодов указывают, что лампа включается и выключается более чисто по сравнению с кремниевым диодом, и это в итоге приводит к менее выраженным резонансным явлениям в источнике питания. Однако, по мнению автора, оба типа выпрямителей характеризуется пиками (выбросами) при переключении, и, в силу этого, особое значение приобретает необходимость использования сглаживающих и демпфирующих элементов. Если и наблюдаются некоторые преимущества при использовании ламповых выпрямительных диодов, то они, скорее всего, обязаны своим происхождением уменьшенным пульсирующим составляющим переменного тока (подробнее эта проблема будет рассмотрена ниже).

    Рис. 6.3 Плавное нарастание высоковольтного напряжения, питаемого от лампового выпрямителя EZ81 с током нагрузки 120 мА

    Какая бы топологическая схема выпрямителя ни была бы выбрана, необходима уверенность, что она будет в состоянии оказывать противодействие возмущениям, оказываемым на нее окружающими цепями. При рассмотрении схемы выпрямителя, питающегося от сети переменного тока промышленной частоты, необходимо точно задавать максимально допустимые значения напряжений и токов. Однако, величина ни того, ни другого параметра не является строго однозначной, как это может показаться на первый взгляд (рис. 6.4).

    На рис. 6.4 приведена схема выпрямителя, в которой использованы два кремниевых диода, включенных в плечи вторичной обмотки трансформатора, имеющей отвод от средней точки (обмотки 300-0-300 В). Напряжение холостого хода на накопительном конденсаторе составит 424 В постоянного тока (необходимо обратить внимание, что это напряжение значительно превышает то значение, которое было бы, если бы вместо кремниевых диодов использовались ламповые диоды: прямая замена кремниевых диодов на ламповые недопустима). Предельно допустимое напряжение диода, удовлетворяющее требованиям схемы, представляет максимально допустимое обратное напряжение, которое может быть многократно приложено к нему, VRPM. Иногда оно указывается как рабочее напряжение диода, (или, как сложилось исторически, максимальное или амплитудное обратное напряжение).

    В табл. 6.2 сравниваются необходимые рабочие напряжения кремниевых диодов для мостовой схемы выпрямления и схемы с отводом от средней точки вторичной обмотки трансформатора.

    Рис. 6.4 Влияние конденсатора на величину выпрямленного напряжения

    Таблица 6.2
    Схема выпрямленияОтношение допустимого обратного напряжения диода к среднеквадратическому значению напряжения, VRPM/ VRMS Количество диодов, включаемых последовательно в каждом плече схемы
    С отводом от центрального витка обмотки трансформатора2√21
    Мостовая√22

    При выпрямлении высоких напряжений схема с отводом от центрального витка вторичной обмотки трансформатора имеет тот недостаток, что для нее требуется использовать полупроводниковые диоды, рассчитанные на удвоенные значения напряжения VRPM. Поэтому в схеме выпрямителя, в которой используется вторичная обмотка трансформатора с отводом от средней точки и напряжения 300-0-300 В необходимо будет использовать диоды, у которых VRRM> 849 В. Однако в выпрямителе, в котором будет использоваться только одна вторичная обмотка, рассчитанная на напряжение 300 В и мостовая схема выпрямления, может быть обеспечено точно такое же значение выходного напряжения, при этом необходимо использовать диоды, для которых напряжение VRPM > 424 В. Несмотря на это, очень удобными для применения оказываются выпрямители, в которых используются полупроводниковые диоды и трансформаторы с отводом от средней точки вторичной обмотки трансформатора, предназначенные для работы с низкими напряжениями и высокими значениями токов, так как в этой схеме прямое падение напряжения на диодах схемы, V будет в два раза ниже аналогичного параметра, характерного для мостовой схемы выпрямления, поскольку за каждый полупериод выпрямляемого синусоидального напряжения, ток протекает только через один диод, а не через два, как в мостовой схеме.

    Такие лаповые диоды, как GZ34, EZ81, EZ80 и т. д. предназначаются для использования в схемах выпрямления с отводом от средней точки, что подразумевает использование трансформатора, вторичная обмотка которого изготовлена с отводом от среднего витка. Однако совместное использование лампового и полупроводникового выпрямительных диодов позволяет обойти данную проблему, а также сохранить преимущество первых, связанное с плавным нарастанием выпрямленного тока (рис. 6.5).

    Рис. 6.5 Схема выпрямителя с комбинированным использованием лампового и полупроводниковых выпрямительных диодов

    Когда выпрямленное напряжение с диодов поступает на накопительный конденсатор, импульсные токи в несколько раз превышают величину постоянного тока, протекающего в нагрузке. К счастью, современные кремниевые диоды разрабатываются таким образом, чтобы учесть это превышение пиковых значений тока, поэтому для двухполупериодной схемы выпрямления оказывается достаточным выбрать каждый диоде номинальным значением рабочего тока, равным половине постоянного тока, протекающего в нагрузке. (Это становится возможным потому, что через каждый диод в схеме двухполупериодного выпрямления ток протекает только в течение одной половины периода.)

    Ртутные выпрямители

    Ртутные выпрямители последнее время становятся все более модными, а их мягкий голубоватый разряд, возникающий в парах ртути, внешне выглядит очень привлекательно. Ртутные выпрямители очень хрупкие, а их пары ядовиты, поэтому они требуют к себе очень внимательного отношения, не допускающего как механических повреждений баллона лампы, так и превышения номинальных электрических нагрузок. Так как при работе такого выпрямителя используются пары ртути, то капли жидкого металла достаточно быстро осаждаются на внутренних стенках баллона лампы, поэтому при включении подогреватель должен, прежде всего, испарить некоторое количества металла, что требует в обязательном порядке вертикального положения баллона ртутного выпрямителя. Время, которое необходимо для предварительного прогрева катода перед тем, как будет приложено высоковольтное напряжение, приведено в табл. 6.3.

    Таблица 6.3
    Необходимое время предварительного прогрева лампы Лампы производства компании EdiswanЛампы производства компании Milliard
    После длительного хранения или механических воздействийНе менее 15 минНе менее 30 мин
    При ежедневной эксплуатацииНе менее 60 сНе менее 60 с

    Для предотвращения обратной вспышки работа ртутных выпрямителей ограничивается диапазоном температур от 20 до 60 °С, хотя для ряда ртутных выпрямителей верхний предел температуры ограничивается значением 50 °С. Поэтому для таких выпрямителей может оказаться необходимым использовать электрический вентилятор, обеспечивающий дополнительный отвод горячего воздуха от близкорасположенных нагретых элементов схемы. В дополнение ко всему, выпрямитель типа 866 требует применения совместно с ним стабилизирующего нагрузочного резистора, подключенного параллельно выходным клеммам выпрямителя и отводящего примерно 10% от общего тока нагрузки.

    Ртутные выпрямители характеризуются меньшим падением прямого напряжения (примерно 15 В) и значительно меньшим значением собственного сопротивления по сравнению с высоковакуумными ламповыми диодами и могут применяться при более высоких значениях рабочих напряжений и токов. Однако процесс их включения и выключения происходит значительно более резко по сравнению с другими типами ламповых выпрямительных диодов, поэтому они склонны вызывать дополнительные осцилляции (паразитные колебательные процессы), если их анодный провод не снабжен поглощающими ферритовыми шайбами или ВЧ дросселем, а в ряде случаев может потребоваться заключение дампы в металлический экранирующий кожух. Наиболее простым способом, позволяющим выявить влияние генерации, оказывается использование не осциллографа, а обычного радиоприемника, работающего в диапазоне УКВ-ЧМ, который необходимо перемещать рядом со схемой и прослушивать «жужжание» при его приближении к ламповым диодам. В ртутных выпрямителях как бы соединяются недостатки полупроводниковых и ламповых выпрямляющих диодов, когда объединяются требования, заставляющие использовать источник питания для цепи подогревателей, цепь задержки включения высоковольтного напряжения и демпфирующие устройства, чтобы добиться электрических характеристик ненамного лучших, чем для кремниевых диодов. Однако, следует отметить, что в ртутных выпрямителях отсутствует процесс накопления заряда, который вызывает превышение значения, или бросок, тока.

    ВЧ шумы выпрямителей

    При работе выпрямителя постоянно происходят переключения выпрямляющих элементов схемы с одного на другой. Следует учесть, что хотя нижеприведенные рассуждения относятся к случаю чисто омической нагрузки выпрямителя, полученные результаты также будут справедливы и для случая нагрузки, представленной накопительным конденсатором.

    Как только амплитудное значение переменного входного напряжения при своем увеличении пройдет через нулевое значение, один или несколько выпрямляющих диодов перейдут во включенное состояние и будут оставаться включенными во время действия положительной полуволны, то есть пока амплитуда напряжения не снизится обратно до нулевого значения. После прохождения амплитуды через нулевое значение во время действия отрицательной полуволны напряжения включится второй диод, или несколько диодов, образующие второе плечо схемы выпрямителя. Для каждого диода необходимо минимальное значение прямого напряжения, при котором будет происходить его включение (даже если величина такого напряжения составляет всего 0,7 В, требуемого для включения кремниевого диода). Это означает, что существует своего рода мертвая зона, симметрично расположенная относительно нулевого значения напряжения, когда ни один диод из обоих плечей не будет проводить ток. Трансформатор, обладающей собственной индуктивностью, в такие моменты времени окажется отключенным и будет пытаться поддерживать протекание тока по цепи, однако это приведет к возникновению э.д.с. самоиндукции, величина которой определяется выражением:

    К счастью, в самом трансформаторе существует слишком большое количество паразитных емкостей, предотвращающих возрастание напряжения до слишком высоких значений. Однако, бывают и случаи, когда избыточное напряжение, приложенное к системе, может возбудить колебательный процесс, приводящий к появлению последовательности затухающих импульсов. Используя измерительную катушку, автор однажды зафиксировал выброс импульсов с частотой 200 кГц, возникающих в силовом трансформаторе именно по указанной выше причине. К счастью, указанная проблема решается достаточно простым шунтированием каждого отдельного диода пленочным конденсатором с емкостью 10 нФ, рабочее напряжение которого равняется рабочему напряжению VRRMдиода.

     

    Выпрямление переменного тока

    Выпрямление переменного тока

    Переменное в постоянное

    Выпрямление переменного тока

    Цель: цель этого эксперимента — проиллюстрировать как диод может использоваться для выпрямления переменного тока. Студент будет использовать а гальванометр для определения направления тока, когда переменный ток или DC напряжение подается на цепь, содержащую диод, включенный последовательно с резистор и гальванометр.

    Обзор научных принципов:

    Чтобы ток протекал через диод, электроны должны двигаться вверх на энергетический холм и через p-n переход. Поскольку напряжение подается в прямом направлении предвзятость, размер холма уменьшается, поэтому больше электронов имеют энергию необходимо переехать вверх по холму и через перекресток (заставляя ток течь). Однако если напряжение подается в обратном смещении, холм делается больше, поэтому очень мало у электронов есть энергия, необходимая для движения в гору.Таким образом, диод вообще проводит ток только в одном направлении.

    Заявки:

    Когда вы подключаете электрическое устройство или прибор к обычному стена розетки в вашем доме, вы используете 110 вольт переменного тока (переменный Текущий). В электричество, вероятно, производилось на электростанции с использованием топлива производить пар, чтобы вращать турбину, чтобы вращать электрогенератор. Генератор вращается со скоростью 3600 об / мин, что составляет 60 оборотов в секунду (60 Гц).Многие домашние элементы предназначены для работы от переменного тока, однако некоторые элементы, такие как аккумулятор зарядные устройства, электропоезда и другие игрушки предназначены для работы на DC. Диоды используются в качестве выпрямителей для преобразования переменного тока в постоянный.

    Время: 20-30 минут

    Материалы и принадлежности:

    Блок питания AC-DC

    Провода свинцовые

    Гальванометр

    1 — резистор 1 кОм

    Диод (германиевый, стабилитрон или светодиод)

    Общие правила техники безопасности:

    * Убедитесь, что шкала источника питания установлена ​​на ноль при строительстве или корректировка схема.

    * Держите руки и рабочую зону сухими, чтобы не допустить поражения электрическим током.

    Экспериментальная установка:

    Процедура:

    1. Соберите схему, показанную в экспериментальной установке, и убедитесь, что соединить положительный

    вывод диода к плюсовому выводу питания поставка.

    2. Используйте клеммы постоянного тока источника питания.

    3.Убедитесь, что шкала напряжения на блоке питания установлена ​​на нуль.

    4. Включите источник питания.

    5. Медленно поверните шкалу напряжения по часовой стрелке и следите за стрелка гальванометра. Не

    закопать иглу.

    6. Запишите направление движения иглы.

    7. Установите напряжение обратно на ноль.

    8. Измените направление диода и повторите шаги 5-7. Не надо увеличивать напряжение выше 2В.

    9. Отсоедините подводящие провода от клемм постоянного тока и подключите их в AC терминал

    на блоке питания.

    10. Повторите шаги 5-8.

    Данные и анализ:

    Тип тока Направление тока Направление гальванометра
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
    Вопросы:

    1.Будет ли ток течь через диод в обоих направлениях?

    2. Как следует включить диод в цепь, чтобы ток был протекать Это?

    3. Как диод влияет на переменный ток?

    4. Нарисуйте график зависимости тока (вертикальная ось) от времени (горизонтальный ось) для переменного тока Текущий.

    5. Учитывая, как диод влияет на переменный ток, нарисуйте то, что вы думаете. график текущий

    Время должно выглядеть так, как для схемы, построенной с использованием переменного тока. текущий и диод.

    6. Нарисуйте график зависимости тока от времени для постоянного тока, например произведенный аккумулятор.

    7. Чем отличается ток, производимый цепью переменного тока диода? из округа Колумбия текущий

    производится аккумулятором?

    8. Как увеличение напряжения влияет на способность диода разрешить текущий течь?

    9. Почему диод с обратным смещением ограничить ток поток?

    10.Изменит ли диод переменный ток на постоянный (например, электрический ток произведенный

    аккумулятор)?

    Добавочный номер:

    1. Используйте ручной генератор, резистор и гальванометр, чтобы показать движение иглы с

    переменный ток. Используйте резистор 1 кОм, чтобы защитить в гальванометр.

    2. Используйте диод генератора частоты и осциллограф, чтобы показать форма волны

    переменного тока и выпрямленного переменного тока.

    3. Получите схему двухполупериодного выпрямителя, в котором используются диоды. а также конденсаторы к

    производят примерно постоянный постоянный ток. Проконсультируйтесь с электроника Справочник для

    Детали.

    Заметки учителя:

    * Время на подготовку учителя составляет примерно 30 минут.

    * Если диод подключен неправильно, результаты будут быть отмененным.

    * Учитель должен продемонстрировать правильную работу источник питания.

    * Если используется цифровой мультиметр, используйте миллиампер или шкала микроампер. В студент должен записать знак (+, -) текущего значения.

    Ответы на вопросы:

    1. №

    2. Положительный вывод диода к положительному выводу власть поставка.

    3. Диод будет выпрямлять переменный ток, то есть произведенный ток будет пульсирующий

    постоянный ток.Он будет пульсировать с той же частотой, что и частота переменный

    Текущий.

    4. График будет синусоидальным.

    5.

    6.

    7. Ток, вырабатываемый батареей, постоянный, в то время как этот произведенный действие

    диод на переменном токе пульсирует. Постоянный ток 5 А больше мощный чем выпрямленный

    Переменный ток от 0-5-0 ампер.

    8. Увеличение напряжения уменьшает размер энергетического холма. что электронов приходится на

    двигаться вверх, чтобы больше электронов могло двигаться вверх по холму и через п-п развязка, позволяющая

    больше тока течь.

    9. Обратное напряжение увеличивает размер холма, поэтому мало электроны имеют необходимая энергия

    двигаться в гору. Большинство счетчиков не покажут, что ток течет в обратное направление.

    10. Нет, только с добавлением конденсатора ток будет начать выравнивать выключенный.

    Пример таблицы данных:
    Тип тока Направление тока Направление гальванометра
    DC + к — право
    DC — к + нет
    AC + к — правый
    AC — к + левый
    Следующая лаборатория
    Полупроводники Содержание
    MAST Домашняя страница
    Полуволновой и полноволновой выпрямитель

    | Принцип работы | Принципиальная схема

    Выпрямитель — это устройство для преобразования переменного тока в постоянный.За исключением батарей , которые являются небольшими источниками электроэнергии постоянного тока, или аккумуляторных батарей, хранящих электроэнергию, большинство домашних устройств, работающих с электричеством постоянного тока, используют выпрямители.

    На промышленном уровне есть отрасли, которым требуется электричество постоянного тока для работы двигателей постоянного тока или процессы, которые могут работать только с постоянным током; они либо должны иметь свои собственные генераторы, либо получать постоянный ток от источников переменного тока с помощью выпрямителей.

    Однофазный и трехфазный переменный ток можно преобразовать в постоянный.Для бытовых продуктов и небольших приложений достаточно однофазных выпрямителей, но для больших нагрузок на промышленном уровне, таких как гальваника, электролитическое рафинирование металлов и передача высокого напряжения постоянного тока (HVDC) и более мелких, таких как приводы двигателей постоянного тока, три -фазовые преобразователи применяются.

    Преобразователь — это термин, который используется как для выпрямителя, так и для инвертора (инвертор выполняет противоположную работу по обеспечению переменного тока от постоянного.

    В простейшей форме выпрямитель состоит из числа диодов , и поэтому мы можем назвать это диодный выпрямитель.Диодные выпрямители проще, чем другие типы, в которых используются переключающие устройства. Наиболее распространенным и широко используемым однофазным выпрямителем является мостовой выпрямитель , но можно также использовать двухполупериодные выпрямители и однополупериодные выпрямители .

    Мостовой выпрямитель: Двухполупериодный выпрямитель переменного тока с использованием четырех диодов (для однофазных) или шести диодов (для трехфазных) для получения постоянного тока из переменного тока.

    Двухполупериодный выпрямитель: Выпрямитель, в котором оба полупериода формы волны переменного тока выпрямляются и подаются на выход как постоянный ток, в отличие от полуволнового выпрямителя, в котором только половина каждого цикла достигает выхода.

    Полупериодный выпрямитель: Простейший тип выпрямителя для переменного тока, состоящий только из одного диода (для однофазного) и трех диодов (для трехфазного), которые блокируют отрицательный полупериод переменного тока, так что только положительный полупериоды переходят на выход.

    Полупериодный выпрямитель

    На рисунке 1 показана схема полуволнового выпрямителя, который является самым простым и низкокачественным типом выпрямителя. Но он демонстрирует принцип работы выпрямителя.

    Он состоит только из одного диода, включенного в цепь переменного тока. В результате для каждого полного цикла переменного тока диод проводит только половину цикла, но блокирует ток в течение другой половины. Результат показан на Рис. 1c , который представляет собой постоянное напряжение, видимое нагрузкой.

    Производительность полуволнового выпрямителя очень низкая, а напряжение постоянного тока сильно колеблется. Напряжение постоянного тока здесь, по сути, представляет собой серию полусинусоидальных импульсов (импульс — это короткий сигнал постоянного тока). Это изменение уровня напряжения, называемое пульсацией , , , ​​, может быть до некоторой степени сглажено с помощью фильтра.

    Обратите внимание, что изменение напряжения отражается на нагрузке в зависимости от того, из чего она состоит. Если не указано иное, нагрузка для этого выпрямителя — это все, что подключено в цепи, и она представлена ​​ R в Рис. 1 .

    Пульсация: Колебания выпрямленного сигнала переменного тока. Быстрые колебания электрического значения, такого как напряжение, которое должно быть постоянным.

    Рисунок 1 Однополупериодный выпрямитель. (а) Цепь переменного тока. (b) Напряжение переменного тока на резисторе без диода. (c) Напряжение на резисторе, когда в цепь добавлен диод.

    Рисунок 2 Принципиальная схема однополупериодного выпрямителя и влияние фильтра на выходное напряжение.

    Самый распространенный фильтр — это один или несколько конденсаторов, подключенных между положительным и отрицательным полюсами постоянного напряжения, то есть параллельно нагрузке.

    Однополупериодные выпрямители используются только в приложениях, для которых приемлемо грубое постоянное напряжение, например, для зарядки аккумуляторов.

    Однополупериодный выпрямитель с фильтром и его выход на нагрузку (отфильтрованный выход) показаны на Рисунок 2 . Как можно видеть, в результате использования конденсатора (фильтра) выходное напряжение не такое, как раньше, а это означает, что напряжение не изменяется между нулем и пиковым значением переменного тока.Он варьируется от минимума до максимума.

    Изменение напряжения на отфильтрованном выходе находится между пиковым значением и отличной от нуля положительной величиной. Среднее значение DC в этом случае больше, чем в нефильтрованном случае.

    Чем больше конденсатор, тем больше минимальное значение и разница между минимальным и максимальным (пульсация) меньше. В результате среднее значение постоянного тока выше.

    В полуволновом выпрямителе амплитуда пульсаций довольно велика.Частота пульсаций такая же, как частота входного сигнала переменного тока.

    Для преобразования постоянного тока в переменный однополупериодный выпрямитель устраняет отрицательную половину в каждом цикле переменного тока.

    Полнополупериодный выпрямитель

    Полупериодный выпрямитель использует только полупериод формы волны переменного тока. Двухполупериодный выпрямитель имеет два диода, и на его выходе используются обе половины сигнала переменного тока.

    В течение периода, когда один диод блокирует ток, другой диод проводит и пропускает ток.

    Схема (принципиальная схема) двухполупериодного выпрямителя показана на рис. 3 , где также показано нефильтрованное выходное напряжение. Источник переменного тока показан как трансформатор . Это реальность для многих выпрямителей. Сначала напряжение понижается (или увеличивается) до желаемого значения, а затем оно отправляется на выпрямитель.

    Рисунок 3 Принципиальная схема двухполупериодного выпрямителя и его выходное напряжение

    Как также можно видеть из Рисунок 3 , две одинаковые стороны диодов соединены вместе и соединены с одним сторона груза.

    Другая сторона (нагрузки) подключена к центральной точке вторичной обмотки трансформатора. Это означает, что трансформатор должен иметь центральный отвод, и требуется, чтобы доступ к этой точке был доступен.

    Кроме того, в двухполупериодном выпрямителе полученное напряжение постоянного тока соответствует только половине подаваемого напряжения. Таким образом, для прямого преобразования сетевого питания 120 В в постоянный требуется трансформатор 1: 2 с центральным отводом. Это один из недостатков двухполупериодного выпрямителя.

    Среднее значение нефильтрованного постоянного напряжения, полученного таким образом, составляет всего 45 процентов от эффективного напряжения вторичной обмотки трансформатора. В этом смысле, если пиковое напряжение на вторичной обмотке трансформатора Рис. 3 составляет, например, 240 В, среднее значение выпрямленного (постоянного) напряжения составляет

    $ D {{C} _ {AV}} = 0,45 * {{V} _ {Eff}} = 0,45 * 240 = 108V $

    На практике это среднее значение не так полезно, за исключением простых и дешевых зарядных устройств. Это связано с тем, что на практике в большинстве случаев для уменьшения пульсаций используется конденсатор (или другой фильтр).

    Среднее значение постоянного тока на выходе двухполупериодного выпрямителя в два раза больше, чем у сопоставимого (с таким же пиковым значением выпрямленного импульса) полуволнового выпрямителя, потому что он имеет в два раза больше импульсов. Частота его ряби тоже в два раза.

    Отфильтрованный выход имеет гораздо меньше пульсаций, чем у полуволнового выпрямителя. Частота пульсаций в 2 раза больше частоты сети.

    Пульсация — это быстрые колебания напряжения постоянного тока, получаемого от выпрямленного переменного тока.

    Мостовой выпрямитель

    Мостовой выпрямитель аналогичен соединению двух двухполупериодных выпрямителей для получения полного напряжения источника на выходе вместо половины.

    Таким образом, в дополнение к соотношению напряжений другим преимуществом является отсутствие необходимости в центральной точке отвода. В нем используются четыре диода, как показано на рис. 4 .

    Обратите внимание на то, как четыре диода соединены вместе и в цепь. В каждом полупериоде два диода проводят ток, а два блокируют ток.Результирующая выпрямленная форма волны, видимая нагрузкой, аналогична показанной для двухполупериодного выпрямителя, за исключением того, что на этот раз напряжение вдвое больше, чем у двухполупериодного выпрямителя, при всех тех же условиях.

    На рисунке 4 показано направление тока для половины цикла. Обратите внимание, что мы использовали обычный способ отображения электронных схем; таким образом, путь тока завершается через землю.

    Ток через нагрузку, подключенную к двухполупериодному выпрямителю или мостовому выпрямителю, течет только в одном направлении, как если бы все отрицательные полупериоды переменного тока преобразовывались в положительные.

    Если вы проследите течение тока, вы заметите, что независимо от того, на какой стороне трансформатора находится более высокое напряжение, ток через нагрузку всегда идет в одном направлении. То есть это постоянный ток.

    Обычно для фильтрации пульсаций используется конденсатор. Всегда для всех выпрямителей, чем выше емкость этого конденсатора, тем лучше эффект фильтрации. Среднее напряжение нефильтрованного постоянного напряжения можно определить из

    \ [\ begin {matrix} {{V} _ {AN}} = \ frac {2 {{V} _ {peak}}} {\ pi} = \ frac {2 \ sqrt {2} {{V} _ {Eff}}} {\ pi} = 0.90 {{V} _ {Eff}} & {} & \ left (1 \ right) \\\ end {matrix} \]

    Таким образом, для эффективного переменного напряжения 120 В среднее значение нефильтрованного выходного постоянного напряжения равно 90 процентов от 120 В, то есть 108 В. Тем не менее, после установки конденсатора это напряжение может увеличиться. Для чисто резистивной нагрузки отфильтрованное постоянное напряжение после включения конденсатора параллельно нагрузке составляет

    Рис. 4 Принципиальная схема мостового выпрямителя и его выходное напряжение

    $ \ begin {matrix} {{V} _ {DC}} = {{V} _ {пик}} \ left (1- \ frac {1} {2fRC} \ right) & {} & \ left (2 \ right) \\\ end {matrix} $

    Где R — сопротивление нагрузки, C — емкость фильтра, а f — частота пульсаций.Это уравнение показывает, что больший конденсатор или большая нагрузка дают гораздо более плавное напряжение постоянного тока; это также указывает на то, что с тем же конденсатором лучший результат получается, если частота пульсаций выше.

    Эффект фильтров можно лучше наблюдать из рисунков 5 и 6 , которые показывают сравнение фильтрованных и фильтрованных нефильтрованное напряжение для конкретного случая. Эти цифры соответствуют эффективному напряжению 14 В переменного тока (размах напряжения 40 В), показанному на осциллографе .

    Показание слева — эффективное значение пульсаций, а показание справа — среднее значение постоянного тока. (Обратите внимание, что всегда на диодах падает некоторый процент напряжений.)

    Рисунок 6 иллюстрирует ту же форму выпрямленного сигнала. Напряжение пульсаций упало до 0,4 В, тогда как напряжение постоянного тока составляет 7 В при тех же условиях нагрузки.

    Рисунок 5 Нефильтрованный выход мостового выпрямителя.

    Рисунок 6 Отфильтрованный выходной сигнал выхода постоянного тока, показанный на Рисунок 5 .

    Рисунок 7 Влияние увеличения нагрузки на напряжение постоянного тока, показанное на рисунке 6

    Сколько составляет среднее напряжение постоянного тока и сколько пульсаций остается в выпрямленном постоянном токе, зависит от характера нагрузки, ее потребляемой мощности ( ток цепи) и фильтр (емкость конденсатора), что можно определить из Уравнение 2 . Рисунок 7 изображает эффект увеличения всей резистивной нагрузки (увеличение тока) для того же случая в Рисунок 6 .

    • Мостовой выпрямитель — практически самый распространенный и наиболее часто используемый выпрямитель для однофазного переменного тока. В настоящее время можно купить четыре диода, объединенные вместе в одном корпусе, как показано на Рисунок 8 .
    • Они бывают разной формы. Он может быть больше одного диода, но размер зависит также от номинального напряжения и тока (мощности).
    • Он имеет две входные клеммы для подключения к переменному току и две выходные клеммы, которые обеспечивают электричество постоянного тока.Любой конденсатор для фильтрации и нагрузка подключаются к стороне постоянного тока.
    • На практике номинальная мощность выпрямителя и максимальное напряжение являются основными факторами при выборе правильного выпрямителя.
    • Как и в случае постоянного тока, мощность — это произведение напряжения и тока. Таким образом, для конкретного применения выпрямительные диоды должны выдерживать приложенное напряжение и ток цепи.
    • Когда диоды используются в выпрямителе в каждом полупериоде сигнала переменного тока, они подвергаются отрицательному напряжению на них, когда они смещены в обратном направлении.Диод должен выдерживать пиковое обратное напряжение. Для однофазного мостового выпрямителя это напряжение составляет около 1,57 от постоянного напряжения.

    Рисунок 8 Интегральные схемы мостового выпрямителя.

    Исправление и одиночное

    Диодные схемы @

    Один из способов получения постоянного тока предназначен для преобразования, выпрямления, фильтрации и регулирования сетевого напряжения переменного тока. Принципы ректификации, фильтрации и регулирования рассматриваются в следующих разделах.


    Блок схематическое изображение блока питания:



    @

    полуволна Выпрямитель

    дюйм На следующих рисунках давайте представим, что в схему добавлен диод при t = 0.




    Левая сторона вышеупомянутого две цифры показывают напряжение на R L без диода в то время как правая часть показывает выпрямленный сигнал.Диод позволяет только ток течет в направлении стрелки.

    Там падение напряжения 0,6 В на диоде, когда он проводит (График V L в сравнении с т справа сторона цифр выше фактически на 0,6 В ниже, чем это слева.)



    Фильтр конденсатор в цепи выпрямителя

    Пульсация сигнала можно фильтровать с помощью конденсатора, выпрямленный сигнал заряжает конденсатор до пикового напряжения, когда диод проводит.Когда диода нет проводя, конденсатор разряжается через резистор. Чем больше конденсатор лучше фильтр.

    Напряжение через нагрузку в указанной выше цепи:

    В величина DV:
    Для однополупериодный выпрямитель, отношение пульсаций напряжения GV, ток i, потребляемый нагрузкой, частота f и фильтр емкость C оценивается как:



    Пульсация коэффициент, обычно цитируемая спецификация источника питания, определяется в качестве,

    Иногда этот коэффициент измеряется как среднеквадратичное значение составляющей сигнала переменного тока делится на составляющую постоянного тока,

    @


    Пример 1

    А мощность источник питания, состоящий из трансформатора 24 В, одного диода и конденсатора 10000 гФ должен обеспечить максимальное ток 0.5А. Какое примерное напряжение пульсации и пульсация коэффициент при максимальной нагрузке?

    Решение:

    С выпрямление полуволновое, частота выпрямленного сигнала 50 Гц. Потом,

    GV = 0,5 А / (10000 * 10 -6 F * 50 Гц) = 1 В

    Для сигнал 24 В (среднеквадратичное значение), пиковое напряжение составляет 34 В. Напряжение постоянного тока может быть приблизительно на 34В-1В / 2 = 33.5В. Тогда коэффициент пульсации будет

    р = 1 В / 33,5 В = 0,03 = 3%


    Полный волновой выпрямитель
    Улучшение по сравнению с однополупериодный выпрямитель.

    Полный волновой выпрямитель действия

    Это Конфигурация включает трансформатор с центральным выводом (CT) и два диода. Частота выпрямленного сигнала удваивается по сравнению с частотой полуволны. выпрямитель.При прочих равных параметрах, напряжение пульсации уменьшается вдвое.

    Мост выпрямитель

    The мостовой выпрямитель, показанный на рисунке 14, выдает такую ​​же форму сигнала без потребность в трансформаторе с центральным отводом. Требуется еще два диода.

    Рис14 Действие мостового выпрямителя


    Сплит Блоки питания

    Блок питания, обеспечивающий отрицательное напряжение, а также положительное напряжение.

    Два сплит блоки питания


    Напряжение Множители

    Напряжение удвоитель


    Стабилитрон

    An важная особенность работы диода: лавинная или обратная процесс поломки.

    Напряжение пробоя: для напряжений более отрицательное, чем напряжение пробоя, напряжение практически не зависит тока.

    Пробой, или стабилитрон, напряжение диода можно контролировать в процессе производства, и эти специальные диоды, называемые стабилитронами , доступны в значениях от 3,9 В до нескольких сотен вольт.

    стабилитрон поведение диода. Обратите внимание, что единицы измерения положительного тока — мА, а единицы для отрицательного тока — gA

    Электронные характеристики стабилитрона делают устройство пригодным в качестве регулятора напряжения.

    Рис19 Схема простого стабилизатора напряжения на стабилитроне


    Пример 2

    с входное напряжение 7,0 В, спроектируйте источник питания 5,1 В, способный обеспечить 10 мА.

    Решение:

    Первая мы выбираем стабилитрон с напряжением пробоя 5,1 В и обычно ценность

    I Zmax = 50 мА (диод 1N4733A)

    Если мы проектируем схему так, чтобы ток через диод составлял 20% от его максимальное номинальное значение, затем
    R = ( V дюйм V Z ) / (0.2 I Zmax + I выход) или

    R = (7,0-5,1) / ((0,2) (0,5) + 0,01) = 95 [

    Кому оцените номинальную мощность резистора, подставьте значения для входа ток, I дюйм = 0,2 I Zmax + I out, в уравнение: P R = I in 2 R = (V в -V Z ) 2 / R = 38 мВт. Это означает что номинальная мощность резистора должна быть больше 38 мВт. A 100 [ 1/4 Вт резистор подойдет.
    Кому оценим номинальную мощность стабилитрона, имеем P Z = I Z V Z = ( I вход I выход) В Z = [(( V дюйм V Z ) / R ) — I out] V Z = 5.1 мВт. Номинальная мощность диода должна быть более 5,1 мВт.


    Полуволновой выпрямитель: принцип и работа

    Полупериодный выпрямитель — это простая схема, которая в основном используется для преобразования переменного напряжения в постоянное. Это простой диод или группа диодов, которые преобразуют напряжение переменного (переменного тока) в постоянный (постоянный ток). Он используется в конечном числе электронных устройств.

    Принцип полуволнового выпрямителя

    Схема однополупериодного выпрямителя — диод.И диод работает и пропускает ток только в одном направлении и блокирует его в другом. Итак, основной принцип работы выпрямителя — это работа только диода.

    Если схема содержит группу диодов, то правильное расположение всех диодов является обязательным. Самая простая из известных форм — полуволна.

    форма волны полуволнового выпрямителя Принципиальная схема полуволнового выпрямителя
    Необходимые компоненты
    • Понижающий трансформатор используется для уменьшения или увеличения переменного напряжения.
    • Повышающий трансформатор используется для увеличения напряжения от низкого к высокому, тогда как понижающий трансформатор используется для понижения переменного напряжения с высокого до низкого, то есть наоборот повышающего трансформатора
    • понижающие трансформаторы являются основными компонентами трансформатора напряжения, который выполняет совсем другие функции, чем выпрямитель.

    В выпрямителях в основном используются понижающие трансформаторы, так как диод требует очень мало источника переменного напряжения.

    рабочая

    А, понижающий трансформатор имеет количество витков в первичной обмотке, чем во вторичной обмотке; именно поэтому напряжение переменного тока уменьшается при переходе от первичной обмотки ко вторичной.

    • Источник переменного тока подает переменный ток (переменный ток) в нашу схему выпрямителя.
    • Резистор или нагрузка — это электрический компонент, который используется для ограничения прохождения тока до определенного уровня.
    • Диод является основным и важным компонентом выпрямителя.Электронное устройство, которое блокирует движение тока в другом направлении, когда он движется в одном направлении.
    • Электролитические конденсаторы обычно действуют как фильтр в схемах выпрямителя. Они используются в схеме для уменьшения пульсаций напряжения. Присоединяя конденсатор к схеме выпрямителя, вы должны правильно подключить его, соблюдая полярность, потому что тогда через него может проходить только ток. Это следует иметь в виду, потому что, если электролитический конденсатор подключен с обратной полярностью, он может выйти из строя.

    Диод всегда следует размещать между трансформатором и резистором.

    Эти выпрямители бывают двух типов:
    1. Положительный цикл
    2. Отрицательный цикл

    Работа полуволнового выпрямителя

    Работа однополупериодного выпрямителя завершается за два цикла: положительный и отрицательный.

    • Диод находится в состоянии прямого смещения в течение положительного полупериода. И ток проходит через сопротивление нагрузки.
    • Итак, на диоде установилось напряжение.
    • И, диод находится в состоянии обратного смещения во время отрицательного полупериода. Итак, в цепи нет движения, и ток равен нулю.
    • Итак, есть только то напряжение, которое установилось на диоде; что является чистым результатом положительного полупериода схемы.
    • И, генерируемое выходное напряжение отвечает за пульсации постоянного напряжения из схемы выпрямителя.

    См. Также трехфазный трансформатор

    Принципиальная схема

    , типы, работа и применение

    Схема выпрямителя используется для преобразования переменного (переменного тока) в постоянный (постоянный ток).Выпрямители в основном делятся на три типа: полуволновые, двухполупериодные и мостовые выпрямители. Основная функция всех этих выпрямителей такая же, как преобразование тока, но они неэффективно преобразовывают ток из переменного в постоянный. Двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением и мостовой выпрямитель эффективно преобразуют. Схема мостового выпрямителя — обычная часть электронных источников питания. Многие электронные схемы требуют выпрямленного источника питания постоянного тока для питания различных основных электронных компонентов от доступной сети переменного тока.Мы можем найти этот выпрямитель в большом количестве электронных устройств питания переменного тока, таких как бытовая техника, контроллеры двигателей, процесс модуляции, сварочные аппараты и т. Д. В этой статье обсуждается обзор мостового выпрямителя и его работы.


    Что такое мостовой выпрямитель?

    Мостовой выпрямитель — это преобразователь переменного тока в постоянный (DC), который выпрямляет входной переменный ток сети в выход постоянного тока. Мостовые выпрямители широко используются в источниках питания, которые обеспечивают необходимое постоянное напряжение для электронных компонентов или устройств.Они могут быть сконструированы с четырьмя или более диодами или любыми другими управляемыми твердотельными переключателями.

    Мостовой выпрямитель

    В зависимости от требований к току нагрузки выбирается соответствующий мостовой выпрямитель. Номинальные характеристики и характеристики компонентов, напряжение пробоя, диапазоны температур, номинальный переходный ток, номинальный прямой ток, требования к установке и другие соображения принимаются во внимание при выборе источника питания выпрямителя для соответствующей области применения электронной схемы.

    Строительство

    Конструкция мостового выпрямителя показана ниже. Эта схема может быть сконструирована с четырьмя диодами, а именно D1, D2, D3 и D4, а также с нагрузочным резистором (RL). Подключение этих диодов может быть выполнено по схеме замкнутого контура для эффективного преобразования переменного (переменного тока) в постоянный (постоянный ток). Основное преимущество такой конструкции — отсутствие эксклюзивного трансформатора с центральным отводом. Таким образом, размер, как и стоимость, уменьшится.

    Как только входной сигнал подается на два терминала, такие как A и B, сигнал постоянного тока может быть получен через RL.Здесь нагрузочный резистор подключен между двумя выводами, такими как C и D. Расположение двух диодов может быть выполнено таким образом, что электричество будет проводиться двумя диодами в течение каждого полупериода. Пары диодов, такие как D1 и D3, будут проводить электрический ток в течение положительного полупериода. Точно так же диоды D2 и D4 будут проводить электрический ток в течение отрицательного полупериода.

    Схема мостового выпрямителя

    Основным преимуществом мостового выпрямителя является то, что он выдает почти вдвое большее выходное напряжение, чем в случае двухполупериодного выпрямителя, использующего трансформатор с центральным отводом.Но этой схеме не нужен трансформатор с центральным отводом, поэтому она напоминает недорогой выпрямитель.

    Схема мостового выпрямителя состоит из различных каскадов устройств, таких как трансформатор, диодный мост, фильтрация и регуляторы. Как правило, комбинация всех этих блоков называется регулируемым источником постоянного тока, питающим различные электронные устройства.

    Первым каскадом схемы является трансформатор понижающего типа, который изменяет амплитуду входного напряжения.В большинстве электронных проектов используется трансформатор 230/12 В для понижения напряжения сети переменного тока с 230 В до 12 В переменного тока.

    Схема мостового выпрямителя

    Следующим этапом является диодно-мостовой выпрямитель, в котором используются четыре или более диодов в зависимости от типа мостового выпрямителя. При выборе конкретного диода или любого другого переключающего устройства для соответствующего выпрямителя необходимо учитывать некоторые особенности устройства, такие как пиковое обратное напряжение (PIV), прямой ток If, номинальное напряжение и т. Д. Оно отвечает за создание однонаправленного или постоянного тока на нагрузке путем проведения набор диодов для каждого полупериода входного сигнала.

    Так как выход после диодных мостовых выпрямителей имеет пульсирующий характер, и для его создания как чистого постоянного тока необходима фильтрация. Фильтрация обычно выполняется с одним или несколькими конденсаторами, подключенными к нагрузке, как вы можете видеть на рисунке ниже, где выполняется сглаживание волны. Этот номинал конденсатора также зависит от выходного напряжения.

    Последней ступенью этого регулируемого источника постоянного тока является регулятор напряжения, который поддерживает выходное напряжение на постоянном уровне.Предположим, микроконтроллер работает при 5 В постоянного тока, но выход после мостового выпрямителя составляет около 16 В, поэтому для снижения этого напряжения и поддержания постоянного уровня — независимо от изменений напряжения на входе — необходим регулятор напряжения.

    Мостовой выпрямитель Operation

    Как мы обсуждали выше, однофазный мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов, и эта конфигурация подключается через нагрузку. Чтобы понять принцип работы мостового выпрямителя, мы должны рассмотреть приведенную ниже схему в демонстрационных целях.

    Во время положительного полупериода входного сигнала переменного тока диоды D1 и D2 смещены в прямом направлении, а D3 и D4 — в обратном направлении. Когда напряжение, превышающее пороговый уровень диодов D1 и D2, начинает проводить — через него начинает течь ток нагрузки, как показано на пути красной линии на диаграмме ниже.

    Работа схемы

    Во время отрицательного полупериода входного сигнала переменного тока диоды D3 и D4 смещены в прямом направлении, а D1 и D2 — в обратном направлении.Ток нагрузки начинает течь через диоды D3 и D4, когда эти диоды начинают проводить, как показано на рисунке.

    Мы можем заметить, что в обоих случаях направление тока нагрузки одинаково, то есть вверх-вниз, как показано на рисунке — так однонаправлено, что означает постоянный ток. Таким образом, с помощью мостового выпрямителя входной переменный ток преобразуется в постоянный. Выход на нагрузке с этим мостовым выпрямителем имеет пульсирующий характер, но для получения чистого постоянного тока требуется дополнительный фильтр, такой как конденсатор.Такая же операция применима для разных мостовых выпрямителей, но в случае управляемых выпрямителей срабатывание тиристоров необходимо для подачи тока на нагрузку.

    Типы мостовых выпрямителей

    Выпрямители

    Bride подразделяются на несколько типов в зависимости от следующих факторов: типа источника питания, возможностей управления, конфигураций схемы подключения и т. Д. Мостовые выпрямители в основном подразделяются на однофазные и трехфазные. Оба эти типа далее подразделяются на неуправляемые, полууправляемые и полностью управляемые выпрямители.Некоторые из этих типов выпрямителей описаны ниже.

    Однофазные и трехфазные выпрямители

    Тип питания, то есть однофазное или трехфазное питание, определяет эти выпрямители. Однофазный мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов для преобразования переменного тока в постоянный, тогда как трехфазный выпрямитель использует шесть диодов, как показано на рисунке. Это могут быть неуправляемые или управляемые выпрямители, в зависимости от компонентов схемы, таких как диоды, тиристоры и т. Д.

    Однофазные и трехфазные выпрямители

    Неуправляемые мостовые выпрямители

    Этот мостовой выпрямитель использует диоды для выпрямления входа, как показано на рисунке. Поскольку диод — это однонаправленное устройство, которое позволяет току течь только в одном направлении. Такая конфигурация диодов в выпрямителе не позволяет мощности изменяться в зависимости от требований к нагрузке. Таким образом, этот тип выпрямителя используется в постоянных или фиксированных источниках питания.

    Неуправляемые мостовые выпрямители

    Управляемые мостовые выпрямители

    В этом типе выпрямителя, преобразователя переменного тока в постоянный или выпрямителя — вместо неуправляемых диодов используются управляемые твердотельные устройства, такие как тиристоры, полевые МОП-транзисторы, IGBT и т. Д.используются для изменения выходной мощности при разных напряжениях. Посредством срабатывания этих устройств в различные моменты времени выходная мощность на нагрузке изменяется соответствующим образом.

    Управляемый мостовой выпрямитель

    Мостовой выпрямитель IC

    Мостовой выпрямитель, как и конфигурация выводов IC RB-156, обсуждается ниже.

    Контакт-1 (фаза / линия): Это входной контакт переменного тока, где можно подключить фазный провод от источника переменного тока к этому фазному контакту.

    Контакт 2 (нейтраль): Это контакт входа переменного тока, на котором можно подключить нейтральный провод от источника переменного тока к этому нейтральному контакту.

    Контакт 3 (положительный): Это выходной контакт постоянного тока, на котором положительное напряжение постоянного тока выпрямителя получается с этого положительного контакта

    .

    Контакт 4 (отрицательный / заземление): Это выходной контакт постоянного тока, на котором напряжение заземления выпрямителя получается с этого отрицательного контакта

    .

    Технические характеристики

    Подкатегории этого мостового выпрямителя RB-15 варьируются от RB15 до RB158. Из этих выпрямителей наиболее часто используется RB156.Технические характеристики мостового выпрямителя РБ-156 включают следующее.

    • Выходной постоянный ток 1,5 А
    • Максимальное пиковое обратное напряжение 800 В
    • Выходное напряжение: (√2 × VRMS) — 2 В
    • Максимальное входное напряжение 560 В
    • Падение напряжения для каждого моста составляет 1 В при 1 А
    • Импульсный ток 50А

    RB-156 — наиболее часто используемый компактный недорогой однофазный мостовой выпрямитель. Эта ИС имеет самое высокое напряжение переменного тока i / p, например 560 В, поэтому ее можно использовать для однофазной сети питания во всех странах.Максимальный постоянный ток этого выпрямителя — 1,5 А. Эта микросхема — лучший выбор в проектах для преобразования переменного тока в постоянный и обеспечивает до 1,5 А.

    Мостовой выпрямитель Характеристики

    Характеристики мостового выпрямителя включают следующие

    • Коэффициент пульсации
    • Пиковое обратное напряжение (PIV)
    • КПД
    Коэффициент пульсации

    Измерение плавности выходного сигнала постоянного тока с использованием коэффициента называется коэффициентом пульсаций.Здесь плавный сигнал постоянного тока можно рассматривать как сигнал постоянного тока o / p, включающий небольшое количество пульсаций, тогда как сигнал постоянного тока с высокой пульсацией можно рассматривать как сигнал постоянного тока с высокой частотой, включающий высокие пульсации. Математически его можно определить как долю пульсационного напряжения и чистого постоянного напряжения.

    Для мостового выпрямителя коэффициент пульсаций может быть равен

    .

    Γ = √ (Vrms2 / VDC) -1

    Значение коэффициента пульсаций мостового выпрямителя составляет 0,48

    PIV (Пиковое обратное напряжение)

    Пиковое обратное напряжение или PIV может быть определено как максимальное значение напряжения, которое исходит от диода, когда он подключен в состоянии обратного смещения в течение отрицательного полупериода.Мостовая схема включает четыре диода типа D1, D2, D3 и D4.

    В положительном полупериоде два диода, такие как D1 и D3, находятся в проводящем положении, тогда как оба диода D2 и D4 находятся в непроводящем положении. Аналогичным образом, в отрицательном полупериоде диоды, подобные D2 и D4, находятся в проводящем положении, тогда как диоды, подобные D1 и D3, находятся в непроводящем положении.

    КПД

    Эффективность выпрямителя в основном определяет, насколько правильно выпрямитель преобразует переменный ток (переменный ток) в постоянный (постоянный ток).КПД выпрямителя можно определить как; это соотношение мощности постоянного тока и мощности переменного тока. Максимальный КПД мостового выпрямителя составляет 81,2%.

    η = DC o / p Питание / AC i / p Питание

    Форма волны мостового выпрямителя

    Из принципиальной схемы мостового выпрямителя можно сделать вывод, что ток через резистор нагрузки одинаков на протяжении положительного и отрицательного полупериодов. Полярность сигнала постоянного тока o / p может быть либо полностью положительной, либо отрицательной.В данном случае это абсолютно положительно. Когда направление диода меняется на противоположное, может быть достигнуто полное отрицательное напряжение постоянного тока.

    Таким образом, этот выпрямитель позволяет протекать току в течение как положительных, так и отрицательных циклов сигнала переменного тока i / p. Формы выходных сигналов мостового выпрямителя показаны ниже.

    Почему он называется мостовым выпрямителем?

    По сравнению с другими выпрямителями, это наиболее эффективный тип выпрямительной схемы. Это тип двухполупериодного выпрямителя, как следует из названия, в нем используются четыре диода, которые соединены в виде моста.Поэтому такой выпрямитель называется мостовым выпрямителем.

    Почему мы используем 4 диода в мостовом выпрямителе?

    В мостовом выпрямителе четыре диода используются для создания схемы, которая обеспечивает двухполупериодное выпрямление без использования трансформатора с центральным отводом. Этот выпрямитель в основном используется для обеспечения двухполупериодного выпрямления в большинстве приложений.

    Расположение четырех диодов может быть выполнено в замкнутом контуре для эффективного преобразования переменного тока в постоянный.Основным преимуществом такой схемы является отсутствие трансформатора с центральным отводом, поэтому размер и стоимость будут уменьшены.

    Преимущества

    К преимуществам мостового выпрямителя можно отнести следующее.

    • Эффективность выпрямления двухполупериодного выпрямителя в два раза выше, чем у полуволнового выпрямителя.
    • Более высокое выходное напряжение, более высокая выходная мощность и более высокий коэффициент использования трансформатора в случае двухполупериодного выпрямителя.
    • Пульсации напряжения низкие и имеют более высокую частоту, в случае двухполупериодного выпрямителя требуется простая схема фильтрации.
    • Во вторичной обмотке трансформатора не требуется центральный отвод, поэтому в случае мостового выпрямителя требуемый трансформатор проще.Если повышение или понижение напряжения не требуется, можно даже отказаться от трансформатора.
    • Для заданной выходной мощности в случае мостового выпрямителя можно использовать силовой трансформатор меньшего размера, поскольку ток как в первичной, так и во вторичной обмотке трансформатора питания течет в течение всего цикла переменного тока.
    • Эффективность выпрямления вдвое больше по сравнению с однополупериодным выпрямителем
    • В нем используются простые схемы фильтров для высокой частоты и низкого напряжения пульсаций
    • TUF выше по сравнению с выпрямителем с центральным отводом
    • Трансформатор центрального отвода не нужен

    Недостатки

    К недостаткам мостового выпрямителя можно отнести следующее.

    • Требуется четыре диода.
    • Использование двух дополнительных диодов вызывает дополнительное падение напряжения, тем самым уменьшая выходное напряжение.
    • Для этого выпрямителя требуется четыре диода, поэтому стоимость выпрямителя будет высокой.
    • Схема не подходит, если необходимо выпрямить небольшое напряжение, потому что соединение двух диодов может быть выполнено последовательно, что обеспечивает двойное падение напряжения из-за их внутреннего сопротивления.
    • Эти схемы очень сложные
    • По сравнению с выпрямителем с центральным отводом мостовой выпрямитель имеет большие потери мощности.

    Приложение — преобразование переменного тока в постоянный с помощью мостового выпрямителя

    Источник питания постоянного тока часто требуется для многих электронных приложений. Один из самых надежных и удобных способов — преобразовать имеющийся источник питания переменного тока в источник постоянного тока. Это преобразование сигнала переменного тока в сигнал постоянного тока выполняется с помощью выпрямителя, который представляет собой систему диодов. Это может быть однополупериодный выпрямитель, который выпрямляет только половину сигнала переменного тока, или двухполупериодный выпрямитель, выпрямляющий оба цикла сигнала переменного тока.Двухполупериодный выпрямитель может быть выпрямителем с центральным отводом, состоящим из двух диодов, или мостовым выпрямителем, состоящим из 4 диодов.

    Здесь демонстрируется мостовой выпрямитель. Устройство состоит из 4 диодов, расположенных таким образом, что аноды двух соседних диодов соединены для обеспечения положительного питания на выходе, а катоды двух других соседних диодов соединены для подачи отрицательного питания на выход. Анод и катод двух других соседних диодов подключены к плюсу источника переменного тока, тогда как анод и катод двух других соседних диодов подключены к минусу источника переменного тока.Таким образом, 4 диода расположены в виде моста, так что в каждом полупериоде два чередующихся диода проводят ток, создавая постоянное напряжение с отталкиванием.

    Данная схема состоит из мостового выпрямителя, чей нерегулируемый выход постоянного тока подается на электролитический конденсатор через токоограничивающий резистор. Напряжение на конденсаторе контролируется с помощью вольтметра и продолжает увеличиваться по мере заряда конденсатора, пока не будет достигнут предел напряжения. Когда нагрузка подключается к конденсатору, конденсатор разряжается, чтобы обеспечить необходимый входной ток для нагрузки.В этом случае в качестве нагрузки подключается лампа.

    A Регулируемый источник питания постоянного тока

    Стабилизированный источник питания постоянного тока состоит из следующих компонентов:

    • Понижающий трансформатор для преобразования переменного тока высокого напряжения в переменный ток низкого напряжения.
    • Мостовой выпрямитель для преобразования переменного тока в пульсирующий постоянный ток.
    • Схема фильтра, состоящая из конденсатора для удаления пульсаций переменного тока.
    • Регулятор IC 7805 для получения регулируемого постоянного напряжения 5 В.

    Понижающий трансформатор преобразует сеть переменного тока 230 В в 12 В переменного тока.Это 12 В переменного тока подается на схему мостового выпрямителя, так что чередующиеся диоды проводят в течение каждого полупериода, создавая пульсирующее напряжение постоянного тока, состоящее из пульсаций переменного тока. Конденсатор, подключенный к выходу, позволяет сигналу переменного тока проходить через него и блокирует сигнал постоянного тока, тем самым действуя как фильтр верхних частот. Таким образом, выходной сигнал через конденсатор представляет собой нерегулируемый отфильтрованный сигнал постоянного тока. Этот выход может использоваться для управления электрическими компонентами, такими как реле, двигатели и т. Д. Регулятор IC 7805 подключен к выходу фильтра.Он дает постоянный регулируемый выход 5 В, который можно использовать для ввода многих электронных схем и устройств, таких как транзисторы, микроконтроллеры и т. Д. Здесь 5 В используется для смещения светодиода через резистор.

    Это все о теории мостового выпрямителя, его типах, схемах и принципах работы. Мы надеемся, что этот полезный материал по этой теме будет полезен при создании студентами электронных или электрических проектов, а также при наблюдении за различными электронными устройствами или приборами.Благодарим вас за внимание и сосредоточенность на этой статье. И поэтому, пожалуйста, напишите нам для выбора требуемых характеристик компонентов в этом мостовом выпрямителе для вашего приложения и для любых других технических рекомендаций.

    Теперь мы надеемся, что вы получили представление о концепции мостового выпрямителя и его применениях, если какие-либо дополнительные вопросы по этой теме или концепции электрических и электронных проектов оставляют комментарии в разделе ниже.

    Фото:

    Описание схемы полуволнового выпрямителя

    : работа, параметры и применение

    Введение

    Схема однополупериодного выпрямителя — это обычная схема, которая использует характеристики однонаправленной проводимости диодов для выполнения выпрямления, а метод выпрямления, который удаляет половину цикла и оставляет половину цикла, называется полуволновым выпрямлением.Его функция — преобразование переменного тока в постоянный, то есть выпрямление.

    Описание полуволнового выпрямителя

    Каталог

    I Принцип работы и принципиальная схема однополупериодного выпрямителя

    1.1 Введение в схему полуволнового выпрямителя

    Электросеть (сеть переменного тока) должна пройти четыре процесса преобразования напряжения. выпрямление, фильтрация и стабилизация для получения стабильной мощности постоянного тока.

    Используя однонаправленную проводимость диода, процесс преобразования переменного тока промышленной частоты, размер и направление которого меняются со временем, в однонаправленный пульсирующий постоянный ток называется выпрямлением.После полуволнового выпрямления, поскольку половина мощности переменного тока отбрасывается, выходное напряжение составляет примерно половину исходного напряжения. Например, на входе напряжение 24 В переменного тока. После полуволнового выпрямления выходное напряжение постоянного тока составляет около 12 В.

    Иногда трансформатор, схема выпрямителя и схема фильтра вместе именуются выпрямителем.

    Полупериодное выпрямление : Вторичная обмотка трансформатора подключена к нагрузке, а выпрямительный диод включен последовательно, что является полуволновым выпрямлением.Используя однонаправленную проводимость диода, только половина цикла имеет ток, протекающий через нагрузку, а другая половина цикла блокируется диодом без тока. В этой схеме есть постоянная составляющая тока, протекающая через трансформатор, что снижает эффективность трансформатора; пульсирующая составляющая выпрямленного тока слишком велика, а требования к схеме фильтра высоки. Подходит только для схем выпрямителей малого тока.

    Рисунок 1.Схема однополупериодного выпрямителя

    1.2 Как работает схема однополупериодного выпрямителя

    Давайте посмотрим, как выпрямляется диод, по диаграмме формы волны на рисунке ниже.

    Рисунок 2. Форма волны полуволнового выпрямления

    Напряжение вторичной обмотки трансформатора e2 представляет собой синусоидальное напряжение, направление и величина которого меняются со временем. Его форма сигнала показана на Рисунке 5-2 (а). В промежутке между 0 и K, e2 является положительным полупериодом, то есть верхний конец трансформатора положительный, а нижний — отрицательный.В это время на диод включается положительное напряжение, и через него к сопротивлению нагрузки Rfz добавляется e2. В пределах π ~ 2π, e2 представляет собой отрицательный полупериод, нижний конец вторичной обмотки трансформатора является положительным, а верхний конец — отрицательным.

    В это время D имеет обратное напряжение и не проводит, и на Rfz нет напряжения. За время π ~ 2π повторите процесс 0 ~ π; времени, и за время 3π ~ 4π повторите процесс π ~ 2π time. При повторении этого способа отрицательный полупериод переменного тока «отсекается», и только положительный полупериод проходит через Rfz, и одно направленное вправо (верхнее положительное и нижнее отрицательное) напряжение получается на Rfz, как показано на рисунке ( б).Однако цель выпрямления — напряжение нагрузки Usc и величина тока нагрузки также меняются со временем, поэтому его обычно называют пульсирующим постоянным током.

    Этот метод выпрямления, при котором удаляются полупериод и нижняя половина диаграммы, называется полуволновым выпрямлением. Нетрудно видеть, что теория полуволнового выпрямления осуществляется за счет «принесения в жертву» половины переменного тока в обмен на эффект выпрямления, а коэффициент использования тока очень низок (расчет показывает, что среднее значение половины -волновое напряжение, полученное выпрямлением за весь цикл, то есть на нагрузке Напряжение постоянного тока Usc = 0.45e2), поэтому обычно используется в высоковольтных, слаботочных случаях, но редко используется в обычных радиоустройствах.

    1,3 Форма сигнала

    Рисунок 3. Схема полуволнового выпрямителя

    В отрицательном полупериоде u2 (ωt = π ~ 2π) диод D отключен из-за приложения обратного напряжения, ток не течет на RL, и напряжение на RL равно uL = 0. Выпрямленный сигнал можно нарисовать, как показано на рисунке.

    Видно, что из-за эффекта однонаправленной проводимости диода ток, протекающий через сопротивление нагрузки, представляет собой пульсирующий ток, а напряжение также является однонаправленным пульсирующим напряжением, и среднее значение напряжения (выходная составляющая постоянного тока) это

    Средний ток, протекающий через нагрузку, составляет

    .

    Средний ток, протекающий через диод D (т.е. прямой ток), составляет

    Наибольшее обратное напряжение, приложенное к диоду, равно

    .

    1.4 Характеристики и применение

    Схема однополупериодного выпрямителя проста, с небольшим количеством компонентов, но выходное напряжение имеет небольшую составляющую постоянного тока (только полуволна), большие пульсации и низкую эффективность выпрямления. Он подходит только для случаев с небольшим выходным током, большой допустимой пульсацией и низкими требованиями.

    II Параметры

    2.1 Обратное пиковое напряжение (PIV) мостового выпрямительного диода

    (1) В положительном полупериоде ток начинается с верхнего конца Vs1 и течет обратно к нижнему концу Vs1 (центр кран) после D1 для потребления нагрузки.D1 имеет прямое напряжение Vs1 (MAX). Выходное напряжение постоянного тока приблизительно равно 0,45 Vs1 (однополупериодное выпрямление).

    (2) В отрицательном полупериоде ток начинается с нижнего конца Vs2 и течет обратно к верхнему концу Vs2 (центральный ответвитель) после D2 для потребления нагрузки. D2 имеет положительное напряжение Vs2 (MAX). Выходное напряжение постоянного тока примерно равно 0,45 Vs2 (полуволновое выпрямление).

    (3) Для полного цикла выхода постоянного тока Vs положительный полупериод обеспечивается Vs1, а отрицательный полупериод обеспечивается Vs2.Два однополупериодных выпрямителя перекрывают друг друга для достижения эффекта двухполупериодного выпрямления. Конечный выход постоянного тока = 0,9 раз Vs.

    (4) Обратите внимание на отметку на конце вторичной симметричной обмотки с тем же именем. Предполагая, что отмеченная точка положительная, мы смотрим на Vs1 и Vs2, они похожи на две последовательно соединенные сухие батареи, объединенные в источник питания большего напряжения, этот источник питания в два раза превышает напряжение одной сухой батареи. В положительном полупериоде обратное напряжение D2 равно Vs1 + Vs2, а обратное напряжение D1 во время отрицательного полупериода также равно Vs1 + Vs2.Поскольку материал диода вызывает падение напряжения, напряжение, приложенное к диоду после устранения этого падения напряжения в расчетах, является значением обратного напряжения диода. Итак, здесь PIV = VR (max) = 2Vs (max) -Vr.

    2.2 Функции и параметры силового диода

    Принцип работы PN перехода и силового диода

    Основная структура и принцип работы такие же, как у диода в информационной электронной схеме. Он состоит из PN-перехода большей площади, выводов на обоих концах и корпуса.С точки зрения внешнего вида, в основном существует два типа пакетов: болтовой и плоский.

    Обратный пробой PN перехода (две формы)

    (1) Лавина

    (2) Стабилитрон

    (3) Оба могут вызвать тепловой пробой

    Влияние емкости PN-перехода

    (1) Величина заряда PN-перехода изменяется в зависимости от приложенного напряжения, представляя эффект емкости, который называется емкостью перехода CJ, также называемой дифференциальной емкостью.

    (2) Емкость перехода подразделяется на барьерную емкость CB и диффузионную емкость CD в соответствии с различиями в механизме и функции ее генерации.

    (3) Емкость влияет на рабочую частоту PN перехода, особенно на состояние высокоскоростного переключения.

    Средний ток в прямом направлении IF (AV)

    Номинальный ток: Среднее значение максимального синусоидального полуволнового тока промышленной частоты, допустимого для протекания при указанной температуре корпуса (называемой температурой корпуса, выражаемой TC) и условиях рассеивания тепла.

    Средний прямой ток определяется в соответствии с тепловым эффектом тока, поэтому номинальный ток следует выбирать в соответствии с принципом равного эффективного значения при его использовании, и следует оставить определенный запас.

    Отношение преобразования:

    При использовании в высокочастотных приложениях нагрев, вызванный потерями при переключении, часто нельзя игнорировать.

    Когда используется силовой диод с большим обратным током утечки, эффект нагрева, вызванный его потерей в закрытом состоянии, не мал.

    Однако в реальной схеме преобразователя ток, протекающий через устройство, не может быть точно синусоидальным полуволновым током.Следовательно, при проектировании схемы и выборе устройства эффективное значение тока в реальной цепи должно быть равно действующему значению синусоидальной полуволны. В принципе, номинальный ток устройства рассчитывается путем преобразования его в среднее значение.

    Форма волны синусоидальной полуволны синусоидального тока промышленной частоты за один цикл показана на рисунке ниже:

    Рисунок 4. Форма волны синусоидального полуволнового тока с удельной частотой мощности

    Выражение этой формы волны за один цикл:

    Рисунок 5.Выражение

    Падение давления в прямом направлении UF

    Относится к прямому падению напряжения, соответствующему заданному установившемуся прямому току силового диода при заданной температуре.

    Иногда таблица параметров также дает максимальное мгновенное прямое падение напряжения устройства, когда определенный переходный прямой ток течет при заданной температуре.

    Повторяющееся пиковое обратное напряжение URRM

    Относится к самому высокому пиковому обратному напряжению, которое может многократно подаваться на силовой диод.

    Обычно 2/3 его напряжения лавинного пробоя UB.

    При использовании его часто выбирают в соответствии с удвоенным максимальным обратным пиковым напряжением, которое может выдержать силовой диод в цепи.

    Максимальная рабочая температура перехода TJM

    Температура перехода — это средняя температура PN перехода матрицы, выраженная в ТДж.

    Максимальная рабочая температура перехода — это максимальная средняя температура, которую PN-переход может выдержать без повреждений

    TJM обычно находится в диапазоне 125 ~ 175ºC

    Время обратного восстановления trr

    trr = td + tf, во время процесса выключения ток падает до 0, чтобы восстановить время блокировки ответа.

    Пусковой ток IFSM

    Относится к максимальной продолжительной перегрузке по току одного или нескольких циклов промышленной частоты, которую может выдержать силовой диод.

    2.3 Фильтр коэффициента пульсаций и выпрямления

    Коэффициент пульсаций (также известный как коэффициент пульсаций) является важным параметром для измерения производительности выпрямителя мощности. В настоящее время для многих электронных устройств, в которых используется источник питания переменного тока, требуется преобразование переменного тока в постоянный через выпрямитель.Пульсирующее выходное напряжение постоянного тока после преобразования содержит компоненты постоянного и переменного тока.

    Поэтому люди часто называют переменную составляющую в этой колеблющейся мощности постоянного тока «пульсацией». Степень флуктуации пульсаций обычно выражается коэффициентом пульсаций acr, 1 = эффективное значение составляющей переменного тока выходного напряжения / составляющей постоянного тока выходного напряжения. Видно, что чем меньше значение 1, тем меньше пульсация и более плавное выходное напряжение постоянного тока.Обычно коэффициент пульсаций однофазной полуволновой резистивной схемы выпрямителя нагрузки составляет 1,21; коэффициент пульсаций однофазной двухполупериодной схемы резистивного выпрямителя нагрузки составляет 0,48, а его выходное постоянное напряжение в два раза выше прежнего, а частота пульсаций также в два раза выше.

    Например, когда частота входного переменного тока составляет 50 Гц, частота пульсаций после полуволнового выпрямления по-прежнему составляет 50 Гц, а частота пульсаций после двухполупериодного выпрямления составляет 100 Гц.Метод добавления фильтра обычно используется для уменьшения коэффициента пульсации. Наиболее распространенные схемы силового выпрямителя и фильтра следующие:

    (1) Схема однополупериодного выпрямителя

    Это простейшая выпрямительная схема. Пульсации выходного пульсирующего постоянного тока относительно велики. Как правило, он не подходит для аудиовизуальных продуктов и цепей линейного усиления, которые требуют плавности высокого напряжения, но он идеально подходит для процессов зарядки и гальваники, а также может использоваться для нагрузок.Цепь с током ниже 10 мА.

    (2) Мостовой выпрямительный контур

    Положительные и отрицательные полупериоды переменного тока выпрямляются соответственно четырьмя диодами для синтеза пульсирующего постоянного тока с более высоким содержанием постоянного тока. Его коэффициент пульсаций и частота пульсаций такие же, как у двухполупериодного выпрямителя, как показано на рисунке ниже.

    Рисунок 6. Схема мостового выпрямителя

    (3) Схема двухполупериодного выпрямителя

    Он может исправлять положительные и отрицательные полупериоды переменного тока на выходе трансформатора с центральным отводом и выводить пульсирующий постоянный ток, в свою очередь, для уменьшения коэффициента пульсаций постоянного тока, как показано на рисунке ниже.

    Рисунок7. Схема двухполупериодного выпрямителя

    (4) Фильтр конденсатора

    Используйте характеристики заряда и разряда конденсаторов для параллельного подключения конденсаторов в выходной цепи выпрямителя для фильтрации содержащей пульсации мощности постоянного тока и сглаживания выходной мощности постоянного тока. Чем больше емкость конденсатора схемы фильтра выпрямителя с той же частотой пульсации, тем лучше эффект фильтрации; чем выше частота пульсации в цепи с той же мощностью, тем лучше эффект фильтрации.

    (5) Индуктивный фильтр

    Используя характеристику индуктивности по отношению к переменному току, в выходную цепь выпрямителя последовательно подключают катушку индуктивности, чтобы заблокировать прохождение компонентов переменного тока и сделать выходной постоянный ток более плавным. Чем больше индуктивность, тем лучше эффективность фильтрации и чем выше частота пульсаций, тем лучше фильтрующий эффект катушки индуктивности с такой же индуктивностью.

    (6) π-фильтр

    Фильтр π-типа является разновидностью «LC-фильтра», который использует соответствующие фильтрующие характеристики конденсаторов и катушек индуктивности для формирования нескольких фильтров.Преимущества этого фильтра — многократная фильтрация, малое сопротивление постоянному току и низкие потери. Обычно он подходит для больших токовых нагрузок. И выпрямитель с большим коэффициентом пульсаций.

    (7) RC фильтр

    Фильтр этого типа состоит из двух конденсаторов и резистора. Он использует быструю зарядку и медленную разрядку C1 для поддержания определенного падения напряжения на положительном выводе C1, так что выходное напряжение становится плавным и стабильным. Относительно нагрузки RL, R1 и C2 в цепи становятся делителями напряжения пульсаций напряжения, так что пульсации на верхнем конце нагрузки коротко замыкаются (поглощаются) C2, и напряжение постоянного тока, прикладываемое нагрузкой становится более гладким.RC-фильтр имеет преимущества небольшого размера, легкости, экономичности и удобства, поэтому он широко используется в выпрямителях с малым током нагрузки.

    III Проиллюстрируйте структуру и принцип прецизионной схемы полуволнового выпрямителя со схемами

    Использование характеристик однонаправленной проводимости диода (переключающего устройства) и отличных характеристик усиления усилителя можно использовать для точного выпрямления входного переменного сигнала ( особенно сигнал напряжения малой амплитуды), тем самым формируя прецизионную схему полуволнового выпрямления.Если это добавить простую схему, можно построить точную схему двухполупериодного выпрямителя.

    Падение напряжения включения диода составляет около 0,6 В. Это падение напряжения включения также называется пороговым напряжением диода, что означает, что диод переходит из выключенного состояния во включенное состояние после порогового значения 0,6 В. В традиционной схеме выпрямителя, поскольку амплитуда выпрямленного напряжения намного выше, чем падение напряжения проводимости диода, существованием этого порогового напряжения можно почти пренебречь.Но при обработке переменных сигналов малой амплитуды, если амплитуда сигнала даже меньше 0,6 В, даже если диод имеет возможность выпрямления, это совершенно бесполезно.

    Когда диод осмотрелся в потере, своевременно появился его помощник, операционный усилитель с отличными характеристиками усиления, который изменил этот исход. Эти двое нашли общий язык, и вот-вот дебютирует прецизионная схема полуволнового выпрямителя с малым сигналом. См. Картинку ниже.

    Рисунок 8. Схемы и форма сигнала прецизионного однополупериодного выпрямителя

    Схема на приведенном выше рисунке игнорирует положительную полуволну входного сигнала, выпрямляет только отрицательную полуволну входного сигнала и выводит ее после инверсии фазы.

    (1) В положительном полупериоде входного сигнала (момент 0 ~ t1) D1 включен, а D2 выключен, схема эквивалентна повторителю напряжения (схема b на рисунке):

    Перед включением D1 и D2 схема находится в состоянии разомкнутого контура, при котором коэффициент усиления напряжения чрезвычайно велик.В это время (период входа положительной полуволны входного сигнала), даже если вход усилителя становится отрицательным, диод D1 включается. (Эквивалент короткого замыкания) обратное смещение D2 отключается (эквивалентно разомкнутой цепи), образуя режим повторителя напряжения. Поскольку неинвертирующий терминал заземлен, схема превращается в повторитель напряжения, который следует за уровнем земли, а выходной терминал все еще может поддерживать нулевой потенциал.

    (2) В отрицательном полупериоде входного сигнала (в t1 ~ t2) D1 выключен, D2 включен, и схема эквивалентна инвертору (схема c на рисунке):

    Во время периода отрицательной полуволны входного сигнала (до включения D1 и D2), даже если выходной конец крошечного входного сигнала становится положительным, диод D1 смещен в обратном направлении, а D2 смещен в прямом направлении, образуя инвертирующий Схема (усилитель) схема.Отрицательный полуволновой сигнал инвертируется и выводится.

    В процессе работы два диода неявно взаимодействуют друг с другом, один включен, а другой выключен, а входной положительный полуволновой сигнал подключается к внешней стороне двери, сохраняя исходное состояние выхода неизменным; для входного отрицательного полуволнового сигнала он помещается в дверь, чтобы помочь ему выполнить сальто (перевернутая фаза), после чего отправить наружу. Искреннее сотрудничество двух диодов в сочетании с превосходными усилительными характеристиками операционного усилителя, достаточным количеством ингредиентов и подлинным качеством изготовления сделали «большую еду» прецизионного полуволнового выпрямления.

    Если значение сопротивления резистора обратной связи R2 отрегулировано так, чтобы R2 = 2R1, а затем смешано с входным сигналом, образуется схема двухполупериодного прецизионного выпрямителя, как показано на рисунке ниже.

    Рисунок 9. Схема и форма сигнала

    Увеличьте сопротивление обратной связи R2 усилителя N1, чтобы R2 = 2R1, так что выпрямленный сигнал инвертируется и усиливается дважды, а затем выводится, а затем добавляется к входному сигналу. Выпрямленное + 10 В добавляется к входу отрицательной полуволны -5 В, 10 + (- 5) = 5, просто можно «устранить» отрицательную полуволну и получить двухполупериодное выпрямленное напряжение.

    Так называемое магическое электричество (модульное электричество), если вы можете увидеть его технику трансформации, осталась только одна модель схемы, тогда почему магия?

    Предварительным условием для обнаружения неисправностей прецизионных схем является то, что все операционные усилители являются усилителями постоянного тока, и даже сигналы напряжения постоянного тока могут применяться для определения того, является ли схема хорошей или плохой.

    (1) Когда напряжение входного сигнала равно нулю, выходная клемма (отрицательная клемма D2 является выходной клеммой), выходное напряжение также равно 0 В;

    (2) Когда на входе подается положительный сигнал напряжения, на выходной клемме сохраняется 0 В;

    (3) Когда сигнал отрицательного напряжения является входом, IN = -OUT.

    IV Введение в схему однофазного однополупериодного выпрямителя

    При работе с электронными схемами большинство из них используют источник питания постоянного тока. Принцип работы выпрямительной схемы заключается в использовании однонаправленной проводимости электронных компонентов для преобразования переменного тока положительной и отрицательной полярностей в постоянный ток только одной полярности. Выпрямительные схемы бывают двух типов: однофазные и трехфазные. Здесь мы познакомим вас с некоторыми базовыми знаниями схем однофазного выпрямителя.

    Схема однофазного выпрямителя

    в основном включает однофазное однополупериодное выпрямление, однофазное двухполупериодное выпрямление и однофазное мостовое выпрямление. Далее в основном описывается однофазное полуволновое выпрямление.

    Схема однофазного однополупериодного выпрямителя состоит из трансформатора T, выпрямительного диода D и сопротивления нагрузки RL. Как показано на рисунке 1. Трансформатор T снижает переменный ток u2 промышленной частоты 220 В до нескольких вольт или более десяти вольт переменного тока, что является выходным напряжением вторичной обмотки трансформатора T.

    Рисунок 10. Схема и форма волны однофазного однополупериодного выпрямителя

    Схема использует однонаправленную проводимость диода для выпрямления. Во время положительного полупериода U2 диод D проводит вперед. Ток течет от верхнего конца вторичной обмотки трансформатора через диод D, проходит через сопротивление нагрузки RL и возвращается к нижнему концу вторичной обмотки трансформатора. Выходное напряжение UL — это положительный полупериод синусоиды.

    В отрицательном полупериоде U2 диод D блокируется в обратном направлении. В цепи выпрямителя нет тока, а выходное напряжение UL равно нулю.

    Форма выходного сигнала uL показана на рисунке 1 (b). Из рисунка видно, что выходной сигнал UL представляет собой полуволновой пульсирующий сигнал постоянного тока. Если не учитывать прямое падение напряжения на диоде и внутреннее сопротивление трансформатора, то его среднее значение за один цикл составляет

    .

    В формуле U2 — эффективное значение напряжения U2 на вторичной обмотке трансформатора.Среднее значение тока нагрузки iL

    Преимущества схемы однофазного однополупериодного выпрямителя заключаются в простой конструкции и меньшем количестве компонентов. Однако выходное напряжение имеет большую составляющую пульсаций, и используется только половина волны. Поэтому он подходит только для некоторых случаев с более низкими требованиями.

    В Применение полуволнового выпрямления

    Подключите диод и электрические приборы последовательно (электрические приборы здесь, как правило, электрические нагревательные приборы, такие как электрические паяльники, электрические плиты, рисоварки, электрические сковороды, электрические одеяла и т. Д. лампочки, фены и т. д.), а затем добавьте напряжение переменного тока, это наиболее часто используемая схема диодного полуволнового выпрямителя.

    Если переключатель K подключен параллельно к обоим концам диода, когда переключатель замкнут, электроприбор возвращается в исходное состояние. Это не только расширяет функции этих электроприборов, но и продлевает срок их службы, что имеет большое практическое значение.

    (1) Если электрическое устройство представляет собой электрический паяльник, замыкание K может привести к быстрому нагреву паяльника, а отключение K может сыграть роль в сохранении тепла, что может предотвратить «горение» паяльника во время непрерывного использования, а затем закройте K. при его использовании.Электрический паяльник быстро нагревается и очень удобен в использовании.

    (2) Если электрический прибор представляет собой электрическую рисоварку (или электрическую сковороду), это эквивалентно добавлению приспособлений в кастрюлю. Могут быть предоставлены две температуры. Сначала закройте K и переключитесь на низкую передачу после того, как вода закипит. ), используемый для каши, может предотвратить переливание супа из каши; используется для варки риса, может сделать рис мягким.

    (3) Если электрическое устройство представляет собой электрическую лампочку, яркость лампочки может быть уменьшена при отключении K, что существенно влияет на продление срока службы лампочки.

    (4) Если электрический прибор представляет собой фен, на основе исходного холодного и горячего воздуха предусмотрены два вида горячего и холодного бриза, и в то же время он может эффективно избежать повреждения током. ограничивающий резистор, уязвимая часть в фене. Фактически, это также принцип регулирования температуры нашего обычного электрического одеяла с регулировкой температуры.

    После установки диода фактическая мощность электрического прибора становится половиной от первоначальной мощности.

    VI FAQ

    1. Как работает схема однополупериодного выпрямителя?

    Работа полуволнового выпрямителя. Проще говоря, полуволновой выпрямитель удаляет отрицательный полупериод переменного тока на входе и позволяет проходить только положительным циклам, создавая поток постоянного тока. … Это входное напряжение понижается с помощью трансформатора. Пониженное напряжение подается на диод D и сопротивление нагрузки RL.

    2. Что такое однополупериодный выпрямитель, объяснив подходящую принципиальную схему?

    Полупериодный выпрямитель определяется как тип выпрямителя, который пропускает только один полупериод формы волны переменного напряжения, блокируя другой полупериод.Полупериодные выпрямители используются для преобразования переменного напряжения в постоянное, и для их создания требуется только один диод.

    3. Каков выход в схеме однополупериодного выпрямителя?

    Выход, который мы получаем от полуволнового выпрямителя, представляет собой пульсирующее напряжение постоянного тока, которое увеличивается до максимума, а затем уменьшается до нуля. Нам не нужно такое постоянное напряжение.

    4. Для чего нужен однополупериодный выпрямитель?

    Полупериодный выпрямитель — это схема, преобразующая переменное напряжение в постоянное.В схеме полуволнового выпрямителя, показанной выше, трансформатор служит двум целям. Его можно использовать для получения желаемого уровня постоянного напряжения (с помощью повышающих или понижающих трансформаторов). Обеспечивает изоляцию от линии электропередачи.

    5. Каково среднеквадратичное значение однополупериодного выпрямителя?

    Отношение среднеквадратичного значения к среднему значению переменной величины известно как его форм-фактор. Действующее значение напряжения однополупериодного выпрямителя, VRMS = Vm / 2 и среднее напряжение VAVG = Vm / π, Vm — пиковое напряжение.

    6. Каков КПД однополупериодного выпрямителя?

    Эффективность выпрямителя — это отношение выходной мощности постоянного тока к входной мощности переменного тока. Для однополупериодного выпрямителя КПД выпрямителя составляет 40,6%.

    7. Что такое TUF однополупериодного выпрямителя?

    Коэффициент использования трансформатора (TUF) схемы выпрямителя определяется как отношение мощности постоянного тока, доступной на нагрузочном резисторе, к номинальному значению переменного тока вторичной обмотки трансформатора.

    8. Какое среднее значение у однополупериодного выпрямителя?

    Полупериодный выпрямитель фильтрует отрицательный период входа переменного тока и разрешает только сгенерированный выход как положительный полупериод переменного тока. Среднее значение выходного постоянного тока в однополупериодном выпрямителе дается как площадь под кривой полного цикла входного переменного тока, деленная на базу.

    9. Почему он называется двухполупериодным выпрямителем?

    Следовательно, в двухполупериодных выпрямителях постоянное напряжение получается как для положительной половины переменного тока, так и для отрицательной половины переменного тока.Таким образом, название выпрямителя — двухполупериодный выпрямитель — двухполупериодный выпрямитель, поскольку он дает выход для полной волны переменного тока.

    10. Зачем нужен двухполупериодный выпрямитель?

    Двухполупериодные выпрямители используются для преобразования переменного напряжения в постоянное, для чего требуется несколько диодов. Двухполупериодное выпрямление — это процесс преобразования сигнала переменного тока в сигнал постоянного тока. Цепи, которые преобразуют переменный ток (AC) в постоянный (DC), известны как выпрямители.

    Полуполупериодный и полнополупериодный выпрямители | Преобразование переменного тока в постоянный ток

    Преобразование мощности очень распространено в современной электронике. Мы постоянно переключаемся с переменного тока на постоянный и наоборот. Обычным источником переменного тока является источник питания, тогда как батареи используются для питания постоянного тока по мере необходимости. Однако преобразование переменного тока в постоянный — это более простой способ вместо того, чтобы покупать новую батарею каждый раз, когда вам нужен постоянный ток. Выпрямитель — это электрическое устройство, которое преобразует переменный ток в постоянный, и часто используется во многих устройствах, используемых вокруг нас.Однако одноступенчатый выпрямитель не создает плавного постоянного тока, который можно было бы использовать. Многоступенчатое выпрямление и дополнительные схемы необходимы для более плавного или пригодного для использования постоянного тока. Посмотрим, как это происходит.

    Основы полуволнового и полноволнового выпрямления

    Самый простой выпрямитель — диод, подключенный к источнику переменного тока. Это также известно как полуволновой выпрямитель. Простой однополупериодный выпрямитель представляет собой одиночный диод с p-n переходом, подключенный последовательно к нагрузочному резистору. Работу полуволнового выпрямителя легко понять: диод с p-n переходом проводит ток только тогда, когда он смещен в прямом направлении.

    Этот принцип используется в полуволновом выпрямителе для преобразования переменного тока в постоянный. Здесь предусмотрен входной цикл переменного тока. Это входное напряжение понижается с помощью трансформатора. Диод с p-n переходом проводит ток только при прямом смещении. Тот же принцип используется в полуволновом выпрямителе для преобразования переменного тока в постоянный. Вход здесь — переменный ток. Это входное напряжение понижается с помощью трансформатора. Поскольку диод смещен в прямом направлении в течение полупериода переменного тока, выход доступен только в течение этого полупериода.

    Для уменьшения пульсаций в цепи выпрямителя с конденсаторным фильтром:

    • RL следует увеличить.
    • Входная частота
    • должна быть уменьшена.
    • Необходимо увеличить входную частоту
    • .
    • Следует использовать конденсаторы
    • с высокой емкостью.
    Схема однополупериодного выпрямителя Выход полуволнового выпрямителя

    Двухполупериодный выпрямитель

    Подобно полуволновой схеме, двухполупериодная схема выпрямителя вырабатывает выходное напряжение или ток, которые являются чисто постоянным током или имеют определенную составляющую постоянного тока.Двухполупериодные выпрямители имеют некоторые фундаментальные преимущества перед своими полуволновыми выпрямителями. Среднее выходное напряжение постоянного тока выше, чем для полуволны, выход двухполупериодного выпрямителя имеет меньшую пульсацию, чем у полуволнового выпрямителя, что дает относительно более гладкую форму выходного сигнала.

    Часто используются два основных типа двухполупериодных выпрямителей. В меньшей конструкции используются два диода вместо одного диода, используемого в полуволновом диоде, то есть по одному на каждую половину цикла.Многообмоточный трансформатор используется там, где вторичная обмотка разделена поровну на две половины с центральным ответвленным соединением. Подключение двухполупериодного выпрямителя с отводом по центру показано ниже.

    Схема двухполупериодного выпрямителя с центральным ответвлением Схема двухполупериодного выпрямителя с диодным мостом Полная форма сигнала синусоидального выпрямителя

    Для другой конфигурации требуется четыре диода, подключенные по схеме Н-моста. Четыре диода, обозначенные от D1 до D4, расположены в «последовательных парах», при этом только два диода проводят ток в течение каждого полупериода.Во время положительного полупериода питания диоды D1 и D2 проходят последовательно, в то время как диоды D3 и D4 смещены в обратном направлении, и ток течет через нагрузку. Во время отрицательного полупериода питания диоды D3 и D4 проходят последовательно, но диоды D1 и D2 выключаются, поскольку теперь они смещены в обратном направлении. Ток, протекающий через нагрузку, имеет то же направление, что и раньше.

    Фильтрация выпрямленного напряжения

    Выходной сигнал через диоды в вышеуказанных шагах не является ни полным, ни полностью постоянным током.Выходной сигнал не является постоянным постоянным током и его нецелесообразно использовать с цепями. Схема фильтра, также известная как сглаживающий конденсатор, добавляется к схеме выпрямителя для улучшения выходного сигнала. Сглаживающие конденсаторы подключаются параллельно нагрузке на выходе двухполупериодного мостового выпрямителя. Эта схема фильтра увеличивает средний выходной уровень постоянного тока, поскольку конденсатор действует как запоминающее устройство. Сглаживающий конденсатор преобразует пульсирующий выход выпрямителя в более плавный выход постоянного тока.

    Конденсаторный выход

    Тем не менее, на выходе все еще есть небольшая пульсация, которую можно сгладить путем изменения номиналов конденсатора.Напряжение пульсаций обратно пропорционально величине сглаживающего конденсатора. Эти два связаны следующей формулой:

    В пульсации = I нагрузка / (fxC)

    Альтернативой является использование ИС регулятора напряжения для постоянного источника питания постоянного тока.

    Вы можете ознакомиться с конструкцией мостового выпрямителя здесь с видеоуроком:

    Любезно предоставлено видео:
    ElectroBOOM
    Эта статья была впервые опубликована 8 августа 2017 г.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *