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!

Однополупериодный выпрямитель Принцип работы выпрямителя кра…

Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про однополупериодный выпрямитель, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое однополупериодный выпрямитель , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

Считается, что трансформатор и выпрямительный диод — идеальны, то есть у трансформатора активное сопротивление обмоток равно нулю, у диода Rпр = 0 и Rобр = ∞.

Рис.2 Схема однополупериодного выпрямителя

Принцип работы выпрямителя

Рассмотрим временные диаграммы однополупериодного выпрямителя (рис.3) в интервале времени 0 — T/2 диод VD1 открыт φА > φВ, в нагрузке течет ток iн .

В интервале времени T/2 — T диод закрыт φА < φВ, к диоду приложено U2m.

Рис.3 . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Временные диаграммы однополупериодного выпрямителя
Ток и напряжение в нагрузке имеют пульсирующий характер и как следствие значительно отличаются от постоянных составляющих

Основные электрические параметры выпрямителя

Диод в выпрямителях является основным элементом и во многом определяет основные показатели выпрямителей.
1. Uнср и Iнср – средние значения выпрямленных напряжения и тока в нагрузочном устройстве

2. Мощность нагрузочного устройства Pнср = Uнср•Iнср
3. Амплитуда основной гармоники Uоснг
4. Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения

5. КПД выпрямителя
6. Обратное максимально напряжение на запертом диоде Uобрmax
Определим среднее значение выпрямленного напряжения и тока в нагрузке.
В однополупериодном выпрямителе теряется больше половины входного напряжения!

Входное напряжение (напряжение на вторичной обмотке трансформатора):

Среднее значение выпрямленного тока, средневыпрямленный ток равен току через диод:

Частота пульсаций выпрямленного напряжения равна частоте сетевого напряжения:
fп = fосн
Выпрямленное напряжение имеет несинусоидальную форму сигнала, поэтому может быть разложено в ряд Фурье:

Так как частота пульсаций выпрямленного напряжения равна частоте сети, то при расчете коэффициента пульсаций берут напряжение основной первой гармоники:

р = 1,57 — очень большой коэффициент пульсаций – это является недостатком схемы.
Обратное максимальное напряжение на запертом диоде равно амплитуде входного напряжения:

При выборе выпрямительных диодов используются максимально допустимые параметры: ток прямой максимально допустимый и напряжение обратное максимально допустимое: Iпрmax, Uобрmax.

Диод в выпрямителях является основным элементом, и его параметры во многом определяют основные параметры выпрямителей

См. также

А как ты думаешь, при улучшении однополупериодный выпрямитель, будет лучше нам? Надеюсь, что теперь ты понял что такое однополупериодный выпрямитель и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

Однополупериодный выпрямитель: принцип работы и применение

Однополупериодный выпрямитель – это самый простой вид выпрямителя напряжения. Он берет на себя ровно половину от синусоидального переменного напряжения. По своим техническим характеристикам и принципам работы такой тип выпрямителя не подходит для очень многих сфер электрики и электроники.

В сигнале на выходе слишком много гармоник, которые трудно технически и практически отфильтровать. В настоящей статье будет рассмотрено строение, структура этого типы выпрямителя, а также где они могут быть использованы. Дополнением служат два ролика по данной теме, а также она подробная техническая лекция по данным типам выпрямления напряжения.

Как устроен выпрямитель тока

Схема однополупериодного выпрямителя

При подаче переменного sin-идального напряжения на первичную обмотку трансформатора напряжение на зажимах вторичной его обмотки также будет переменным синусоидальным и будет равноU₂=U_2msinwt. Диод проводит электрический ток только в том случае, когда его анод относительно катода будет иметь положительный потенциал. Поэтому ток в цепи – вторичная обмотка, диод и нагрузка – будет протекать только в одном направлении, то есть в течение одной половины периода переменного напряженияU₂. В результате этого ток, протекающий в цепи нагрузки, оказывается пульсирующим. Максимальное значение тока:

I_m=U_2m/R_H, гдеR_H– сопротивление потребителя постоянного тока.

Кривая получаемого в процессе однополупериодного выпрямления пульсирующего тока может быть разложена в гармонический ряд Фурье:

i=I_m(1/π+1/2 sinwt-2/3π∙1 cos2wt-…).

Пульсирующий ток, как видно из выражения, кроме переменных составляющих содержит также и постоянную I_{=Im/π. Отсюда постоянная составляющая напряжения}

U_{=IRH=Im/π∙RH=U2m/π.}

Через действующее значение напряжения: U_{=√2 ∙U2/π.}

Переменные составляющие характеризуют величину пульсаций тока и напряжения.

График работы однополупериодного выпрямителя

Для оценки пульсаций при какой-либо схеме выпрямления вводится понятие коэффициента пульсаций q, под которым понимается отношение амплитуды A_m наиболее резко выраженной гармонической составляющей, входящей в кривые выпрямленного тока или напряжения, к постоянной составляющей A_в тока\напряжения в выходной цепи выпрямителя:q=A_m/A_B.

Для схемы однополупериодного выпрямителя: q=0.5I_m/(1/π ∙I_m)=π/2. В течение половины периода, когда анод диода имеет отрицательный относительно катода потенциал, диод тока не проводит. Напряжение, воспринимаемое диодом в непроводящий полупериод, называется обратным напряжением U_обр. Обратное напряжение на диоде будет определяться напряжением на вторичной обмотке. Максимальное значение напряженияU_обрm=U_2m. Значит, вентиль надо выбирать так, чтобы [U_max обр]>=U_2m.

Недостатки такой схемы выпрямления: большие пульсации выпрямленного тока и напряжения, а также плохое использование трансформатора, поскольку по его вторичной обмотке протекает ток только в течение половины периода. Такую установку используют в маломощных системах, когда выпрямленный ток мал.

Как устроен выпрямитель

Напряжение с вторичной обмотки силового трансформатора подаётся на один единственный диод. Поэтому выпрямитель и назван однополупериодным. Выпрямляется только один полупериод и на выходе получается импульсное напряжение. 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. Как видим, на выходе выпрямителя уже в два раза меньше “провалов” напряжения – тех самых пульсаций.

Интересно почитать: что такое клистроны.

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.

Выпрямитель напряжения

Наибольшую популярность приобрела в бытовой и промышленной аппаратуре мостовая схема. 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 drop – V_F).

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 V_F, 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.

Трансформатор с однополупериодным выпрямителем

Наиболее распространенные схемы

Выпрямителем называется электронное устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии переменного тока в постоянный. В основе выпрямителей лежат полупроводниковые приборы с односторонней проводимостью – диоды и тиристоры. При небольшой мощности нагрузки (до нескольких сотен ватт) преобразование переменного тока в постоянный осуществляют с помощью однофазных выпрямителей. Такие выпрямители предназначены для питания постоянным током различных электронных устройств, обмоток возбуждения двигателей постоянного тока небольшой и средней мощности и т.д.

Это интересно! Все о полупроводниковых диодах.

Для упрощения понимания работы схем выпрямления будем исходить из расчета, что выпрямитель работает на активную нагрузку. Схема содержит один выпрямительный диод, включенный между вторичной обмоткой трансформатора и нагрузкой. Напряжение u2 изменяется по синусоидальному закону, т.е. содержит положительные и отрицательные полуволны (полупериоды). Ток в цепи нагрузки проходит только в положительные полупериоды, когда к аноду диода VD прикладывается положительный потенциал. При обратной полярности напряжения u2 диод закрыт, ток в нагрузке не протекает, но к диоду прикладывается обратное напряжение Uобр.

Т.о. на нагрузке выделяется только одна полуволна напряжения вторичной обмотки. Ток в нагрузке протекает только в одном направлении и представляет собой выпрямленный ток, хотя носит пульсирующий характер. Такую форму напряжения (тока) называют постоянно-импульсная.

Выпрямленные напряжения и ток содержат постоянную (полезную) составляющую и переменную составляющую (пульсации). Качественная сторона работы выпрямителя оценивается соотношениями между полезной составляющей и пульсациями напряжения и тока. Коэффициент пульсаций данной схемы составляет 1,57. Среднее за период значение выпрямленного напряжения Uн = 0,45U2. Максимальное значение обратного напряжения на диоде Uобр.max = 3,14Uн.

Достоинством данной схемы является простота, недостатки: плохое использование трансформатора, большое обратное напряжение на диоде, большой коэффициент пульсации выпрямленного напряжения. Состоит из четырех диодов, включенных по мостовой схеме. В одну диагональ моста включается вторичная обмотка трансформатора, в другую – нагрузка. Общая точка катодов диодов VD2, VD4 является положительным полюсом выпрямителя, общая точка анодов диодов VD1, VD3 – отрицательным полюсом.

Выпрямитель электрического тока

Его электронная схема, предназначенная для преобразования переменного электрического тока в постоянный (одно полярный) электрический ток. В полупроводниковой аппаратуре выпрямители исполняются на полупроводниковых диодах. В более старой и высоковольтной аппаратуре выпрямители исполняются на электровакуумных приборах – кенотронах. Раньше широко использовались – селеновые выпрямители.

Для начала вспомним, что собой представляет переменный электрический ток. Это гармонический сигнал, меняющий свою амплитуду и полярность по синусоидальному закону. В переменном электрическом токе можно условно выделить положительные и отрицательные полупериоды. Всё то, что больше нулевого значения относится к положительным полупериодам (положительная полуволна – красным цветом), а всё, что меньше (ниже) нулевого значения – к отрицательным полупериодам (отрицательная полуволна – синим цветом).

Выпрямитель, в зависимости от его конструкции «отсекает», или «переворачивает» одну из полуволн переменного тока, делая направление тока односторонним. Схемы построения выпрямителей сетевого напряжения можно поделить на однофазные и трёхфазные, однополупериодные и двухполупериодные.

Однофазная мостовая схема выпрямления

Для удобства мы будем считать, что выпрямляемый переменный электрический ток поступает с вторичной обмотки трансформатора. Это соответствует истине и потому, что даже электрический ток в домашние розетки квартир домов приходит с трансформатора понижающей подстанции. Кроме того, поскольку сила тока – величина, напрямую зависящая от нагрузки, то при рассмотрении схем выпрямления мы будем оперировать не понятием силы тока, а понятием – напряжение, амплитуда которого напрямую не зависит от нагрузки.

Из сземы видно, что диод отсекает отрицательную полуволну. Если мы перевернём диод, поменяв его выводы – анод и катод местами, то на выходе окажется, что отсечена не отрицательная, а положительная полуволна. Среднее значение напряжения на выходе однополупериодного выпрямителя соответствует значению:

Uср = Umax / π = 0,318 Umax

где: π — константа равная 3,14.

Однополупериодные выпрямители используются в качестве выпрямителей сетевого напряжения в схемах, потребляющих слабый ток, а также в качестве выпрямителей импульсных источников питания. Они абсолютно не годятся в качестве выпрямителей сетевого напряжения синусоидальной формы для устройств, потребляющих большой ток. Наиболее распространёнными являются однофазные двухполупериодные выпрямители. Существуют две схемы таких выпрямителей – мостовая схема и балансная.

Работа выпрямительного диода

Заключение

Рейтинг автора

Автор статьи

Инженер по специальности «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», МИФИ, 2005–2010 гг.

Написано статей

Более подробно о том, что однополупериодный выпрямитель, рассказано в исследовательской работе по выпрямителям.  Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. А также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов. Для этого приглашаем читателей подписаться и вступить в группу.

В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию во время подготовки материала:

www.meanders.ru

www.electricalschool.info

www.radioprog.ru

www.go-radio.ru

www.studfile.net

Предыдущая

ТеорияКак работает выпрямитель напряжения

Следующая

ТеорияЧто такое мостовой выпрямитель и как он устроен

Как работает однополупериодный выпрямитель | Volt-info

Однополупериодный выпрямитель, это примитивная схема, имеющая всего один ключевой элемент – выпрямительный диод, предназначенная для выделения из переменного тока постоянной составляющей одного направления.

Зная, как работает выпрямительный диод, разбираться в работе выпрямителя уже не придётся, поскольку вся схема и есть этот самый диод. Но если Вы новичок – добро пожаловать в тему!

Рисунок 1. Схема включения выпрямительного диода в цепь.

Обратим внимание на рисунок 1. Генератор G1 вырабатывает прямоугольные импульсы различной полярности. Между импульсами сформированы промежутки, когда напряжение генератора равно нулю. Импульсы с напряжением выше нуля Вольт условно назовём положительными и на диаграммах будем выделять красным цветом, ниже нуля – отрицательными и покажем их синим цветом.

 

В период действия «положительного» импульса верхний вывод генератора по схеме имеет положительную полярность (плюс), нижний – отрицательную. В период действия «отрицательного» импульса на верхнем вводе генератора по схеме возникает «плюс», на нижнем – «минус».

Рисунок 2. Схема измерения напряжений элементов схемы.

Для лучшего понимания поясняющих диаграмм обратимся к рисунку 2. Здесь мы выделили отдельные узлы, имеющие логические обозначения: Ф и Н соответственно фаза и нейтраль генератора G1, а Ср – средняя точка, или точка соединения диода с лампой. Эти узлы отделяют все три элемента схемы, благодаря чему мы можем измерить напряжение в процессе работы схемы на каждом элементе в отдельности, подключая вольтметры к этим узлам.

 

Чтобы ещё лучше понять схему, рассматривайте цепочку диод-лампа VD1-HL1 как резистивный делитель напряжения, один из резисторов которого (диод) имеет несимметричную нелинейную вольтамперную характеристику, или упрощённо – при прямом напряжении сопротивление минимально, а при обратном напряжении – бесконечно велико.

Рисунок 3. Диаграмма, поясняю-щая работу однополупериодного выпрямителя.

Представим, что у нас есть три вольтметра с двусторонней симметричной шкалой, по которой мы можем определить и величину напряжения, и полярность по направлению отклонения стрелки. Те, кто уже знаком с осциллографом, представьте, что вместо вольтметров подключены осциллографы, а рассматриваемые далее диаграммы ни что иное, как осциллограммы напряжений на элементах схемы.

Вольтметр (осциллограф) UG1 показывает напряжение на выводах генератора G1. UVD1 измеряет падение напряжения на диоде VD1, а UHL1 напряжение на лампе HL1.

Начнём. Процесс работы цепи отображает диаграмма на рисунке 3. В первоначальный момент времени на выводах генератора нет напряжения, т.е. ноль, который мы наблюдаем до первого импульса. Первый импульс напряжения генератора UG1 положительный и имеет величину 10 В (значения даны для примера). При его появлении диод оказывается под прямым напряжением, его сопротивление становится очень малым, он открывается, проводя ток, который будет зависеть от суммы сопротивлений диода и лампы. Поскольку прямое напряжение диода почти не зависит от тока, на нём будет наблюдаться падение напряжение UVD1, приблизительно равное 0,6 В (справочная величина для каждого диода), а на лампе возникнет разность напряжений UHL1=UG1-UVD1=10-0,6=9,4 В.

Рисунок 4. Диаграмма, поясня-ющая работу однополупериод-ного выпрямителя.

По завершению импульса напряжение ан генераторе снова упадёт до нуля. Эта пауза продлится до следующего импульса, имеющего отрицательную полярность. При импульсе напряжения на генераторе отрицательной полярности диод оказывается под обратным напряжением, при котором его сопротивление становится бесконечно большим. В результате на диоде возникает падение напряжения, практически равное по величине напряжению генератора, а на лампе – ноль (в идеальном случае, реально на лампе будут микровольты, обусловленные токами утечки диода, которыми в данном случае пренебрегаем).

Рисунок 5. Анимация.

Так, рассматривая диаграмму напряжения на нагрузке HL1, мы можем отметить, что нагрузка всегда оказывается включенной на напряжение положительной полярности генератора, и отключена при появлении напряжения отрицательной полярности. Т.е. через лампу будет протекать ток только одного направления (оного полупериода), имея такой же импульсный характер, как и напряжение на лампе.

Собственно, так и работает однополупериодный выпрямитель, роль которого в нашем случае выполняет диод VD1.

Что касается рассмотрения работы выпрямителя при синусоидальной форме кривой переменного напряжения генератора, то принцип по сути тот же самый, только форма кривой напряжения на элементах будет пропорционально повторять форму синусоидальной кривой напряжения генератора (рисунок 4).

На рисунке 5 представлена анимация процесса работы однополупериодного выпрямителя.

 

Выпрямители: Однофазный однополупериодный выпрямитель — Club155.ru

 

Простейшим выпрямителем является схема однофазного однополупериодного выпрямителя (рис. 3.4-1а). Графики, поясняющие его работу при синусоидальном входном напряжении \(U_{вх} = U_{вх max} \sin{\left( \omega t \right)}\) , представлены на рис. 3.4-1б.

 

Рис. 3.4-1. Однофазный однополупериодный выпрямитель (а) и временные диаграммы, поясняющие его работу (б)

 

На интервале времени \(\left[ {0;} T/2 \right]\) полупроводниковый диод выпрямителя смещен в прямом направлении и напряжение, а следовательно, и ток в нагрузочном резисторе повторяют форму входного сигнала. На интервале \(\left[ T/2 {;} T \right]\) диод смещен в обратном направлении и напряжение (ток) на нагрузке равно нулю. Таким образом, среднее значение напряжения на нагрузочном резисторе будет равно:

\(U_{н ср} = \cfrac{1}{T} {\huge \int \normalsize}_{0}^{T} U_н \operatorname{d}t = \cfrac{1}{T} {\huge \int \normalsize}_{0}^{T/2} U_{вх max} \sin{\left( \omega t \right)} \operatorname{d}t = \)

\(= — \cfrac{U_{вх max}}{T \omega} \cos{\left( \omega t \right)}{\huge \vert \normalsize}_{0}^{T/2} \approx \cfrac{U_{вх max}}{\pi} = \sqrt{2} \cfrac{U_{вх д}}{\pi}\),

где \(U_{вх д}\) — действующее значение переменного напряжения на входе выпрямителя. 2 \operatorname{d} t} = \cfrac{I_{max}}{2} = {0,5} \cdot I_{max} \) 

 

Отношение среднего значения выпрямленного напряжения \(U_{н ср}\) к действующему значению входного переменного напряжения \(U_{вх д}\) называется коэффициентом выпрямления (\(K_{вып}\)). Для рассматриваемой схемы \(K_{вып} = {0,45}\).

Максимальное обратное напряжение на диоде \(U_{обр max} = U_{вх max} = \pi U_{н ср}\) , т.е. более чем в три раза превышает среднее выпрямленное напряжение (это следует учитывать при выборе диода для выпрямителя).

Спектральный состав выпрямленного напряжения имеет вид (разложение в ряд Фурье):

\(U_н = \cfrac{1}{\pi} U_{вх max} + \cfrac{1}{2} U_{вх max} \sin{\left( \omega t \right)} — \cfrac{2}{3 \pi} \cos{\left( 2 \omega t \right)} — \)

\( — \cfrac{2}{15 \pi} U_{вх max} \cos{\left( 4 \omega t \right)} — {…} \)

 

Коэффициент пульсаций, равный отношению амплитуды низшей (основной) гармоники пульсаций к среднему значению выпрямленного напряжения, для описываемой схемы однополупериодного выпрямителя равен:

\(K_п = \cfrac{U_{пульс max 01}}{U_{н ср}} = \cfrac{\pi}{2} = {1,57}\).  

Как видно, однополупериодное выпрямление имеет низкую эффективность из-за высокой пульсации выпрямленного напряжения.

 

Еще один отрицательный аспект однополупериодного выпрямления связан с неэффективным использованием силового трансформатора, с которого берется переменное напряжение. Это обусловлено тем, что в токе вторичной обмотки трансформатора существует постоянная составляющая, равная среднему значению выпрямленного тока. Такая составляющая не трансформируется, т.е.:

\(I_1 \cdot w_1 = \left( I_2 – I_{н ср} \right) w_2\) ,

где \(I_1\), \(I_2\) — токи первичной и вторичной обмоток, а \(w_1\), \(w_2\) — число витков первичной и вторичной обмоток трансформатора.

 

Временнáя диаграмма тока первичной обмотки трансформатора (рис. 3.4-2) подобна диаграмме тока вторичной обмотки, но смещена на величину \(I_{н ср} \cfrac{w_2}{w_1}\).

 

Рис. 3.4-2. Временная диаграмма токов в первичной и вторичной обмотках силового трансформатора, нагруженного на схему однофазного однополупериодного выпрямителя

 

В сердечнике трансформатора за счет постоянной составляющей тока вторичной обмотки создается постоянный магнитный поток \(\Phi_0 = w_2 \cdot I_0\). Это явление принято называть вынужденным намагничиванием сердечника трансформатора. Оно может вызвать насыщение магнитной системы трансформатора, т.е. увеличение тока холостого хода, действующего значения первичного тока и следовательно, расчетной мощности первичной обмотки трансформатора, что обусловливает увеличение необходимых размеров трансформатора в целом.

Дополнительный минус однополупериодного выпрямления состоит в наличии участка стабильного тока, что также снижает эффективность использования трансформатора по мощности. Максимальный коэффициент использования трансформатора по мощности для такой схемы не превышает \(k_{тр P} \approx {0,48}\).

Для снижения уровня пульсаций на выходе выпрямителя включаются разнообразные индуктивно-емкостные фильтры. Наличие конденсаторов и индуктивностей в цепи нагрузки оказывает значительное влияние на работу выпрямителя.

В маломощных выпрямителях обычно применяют простейший емкостный фильтр, который представляет собой конденсатор, включенный параллельно нагрузке (рис. 3.4-3).

 

Рис. 3.4-3. Схема однофазного однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром (а) и временные диаграммы, поясняющие его работу (б)

 

В установившемся режиме работы, когда напряжение на входе выпрямителя \(U_{вх}\) больше напряжения на нагрузке \(U_н\) и диод выпрямителя открыт, конденсатор будет подзаряжаться, накапливая энергию, поступающую от внешнего источника. Когда же напряжение на входе выпрямителя упадет ниже уровня открывания диода и он закроется, конденсатор начнет разряжаться через \(R_н\), предотвращая при этом быстрое падение уровня напряжения на нагрузке. Таким образом, результирующее напряжение на выходе выпрямителя (на нагрузке) окажется уже не таким пульсирующим, а будет значительно сглажено, причем тем сильнее, чем большую емкость будет иметь применяемый конденсатор.

Обычно, емкость конденсатора фильтра выбирают такой, чтобы его реактивное сопротивление было намного меньше сопротивления нагрузки (\(1/ \omega C \ll R_н\)). В этом случае пульсации напряжения на нагрузке малы и допустимо предполагать, что это напряжение постоянно (\(U_н \approx {const}\)). Примем: \(U_н = U_{вх max} \cos{\beta}\), где \(\beta\) — некоторая константа, определяющая значение напряжения на нагрузке. Очевидно, что в общем случае \(\beta\) зависит от емкости конденсатора, сопротивления нагрузки, частоты входного напряжения и т.п. Физический смысл этой величины можно понять из временных диаграмм, приведенных на рис. 3.4-4. Как видно, \(\beta\) отражает длительность временного интервала в одном периоде колебаний внешнего напряжения, когда диод выпрямителя находится в открытом состоянии (\(\beta = \omega \cdot t_{откр}/2\)). Угол \( \beta\) принято называть углом отсечки.

 

Рис. 3.4-4. График зависимости \(A(\beta)\)

 

Для тока, протекающего через диод в открытом состоянии, можно записать:

\( I_д = \cfrac{U_{вх} — U_н}{r} \) , 

где \(r\) — активное сопротивление, обусловленное сопротивлением диода в открытом состоянии и сопротивлением вторичной обмотки трансформатора (иногда его называют сопротивлением фазы выпрямителя).

 

Учитывая, что \(U_{вх} = U_{вх max} \sin{\left( \omega t \right)} \):

\(I_д = \cfrac{U_{вх max}}{r} \left( \sin{\left( \omega t \right)} — \cos{\left( \beta \right)} \right) = \cfrac{U_{вх max}}{r} \left(\sin{\left(\varphi \right)} — \cos{\left( \beta \right)} \right)\)   (3.4.1)

Среднее за период значение выпрямленного тока диода (учитывая, что диод открыт только на участке \(\varphi = \left[\pi/2 – \beta ; \pi/2 + \beta \right]\):

\(I_{д ср} =\cfrac{1}{2 \pi} {\huge \int \normalsize}_{\frac{\pi}{2} — \beta}^{\frac{\pi}{2} + \beta} \cfrac{U_{вх max}}{r} \left( \sin{ \left( \varphi \right)} — \cos{\left( \beta \right)} \right) \operatorname{d} \varphi =\)

\(= \cfrac{U_{вх max}}{\pi r} \left( \sin{\left( \beta \right)} — \beta \cos{\left( \beta \right)} \right) \)  

 

Поскольку \(U_{вх max} = \cfrac{U_н}{\cos{\left( \beta \right)}} \):

\(I_{д ср} =\cfrac{U_н}{\pi r} \cdot \cfrac{\sin{\left( \beta \right)} — \beta \cos{\left( \beta \right)}}{\cos{\left( \beta \right)} } = \cfrac{U_н}{\pi r} A \left( \beta \right) \),

где \( A \left( \beta \right) = \cfrac{\sin{\left( \beta \right)} — \beta \cos{\left( \beta \right)}}{\cos{\left( \beta \right)}} = \operatorname{tg} \left( \beta \right) — \beta \)    (3. 4.2)

 

Формула (3.4.2) очень важна при расчете выпрямителя. Ведь угол отсечки \(\beta\) не является заранее известным исходным параметром, как правило, его приходится вычислять на основании заданных выходного напряжения (\(U_н\)), сопротивления (\(R_н\)) или тока нагрузки (\(I_н\)), а также параметров применяемого диода и трансформатора (которые определяют сопротивление фазы \(r\)). Располагая этими данными и учитывая (3.4.2) можно определить значение коэффициента \(A\):

\(A \left( \beta \right) = \cfrac{I_{д ср} \pi r}{U_н} \)

Средний ток через диод \(I_{д ср}\) равен среднему току нагрузки \(I_{н ср}\), а учитывая, что напряжение на нагрузке предполагается неизменным, то и мгновенное значение тока через нагрузку равно току диода: \(I_н = I_{д ср}\). Таким образом:

\(A \left( \beta \right) = \cfrac{I_{н} \pi r}{U_н} = \cfrac{\pi r}{R_н} \)

 

Для нахождения угла отсечки \(\beta\) при известном коэффициенте \(A(\beta)\) на практике обычно пользуются графиком (рис. 3.4-4).

Максимальное значение тока диода достигается при \(U_{вх} = U_{вх max}\) в момент времени, когда \(\varphi = \pi/2 \), т.е. согласно выражения (3.4.1):

\( I_{д max} = \cfrac{U_{вх max}}{r} \left( 1 — \cos{\left( \beta \right)} \right) = \cfrac{U_н}{r} \cdot \cfrac{\pi \left( 1 — \cos{\left( \beta \right)} \right)}{\cos{\left( \beta \right)}} \)

 

И далее, учитывая (3.4.2) получим:

\( I_{д max} = \cfrac{I_{д ср} \cdot \pi}{A \left( \beta \right)} \cdot \cfrac{1- \cos{\left( \beta \right)}}{\cos{\left( \beta \right)}}\), где \(F \left( \beta \right) = \cfrac{\pi \cdot \left( 1 — \cos{\left( \beta \right)} \right)}{\sin{\left( \beta \right)} — \beta \cos{\left( \beta \right)}}\)

 

График функции \(F(\beta)\) представлен на рис. 3.4-5. Из него видно, что с уменьшением угла отсечки \(\beta\) существенно увеличивается амплитуда тока через вентили.

 

Рис. 3.4-5. График зависимости \(F(\beta)\)

 

Таким образом, емкостный характер нагрузки выпрямителя приводит к тому, что выпрямительный диод оказывается открытым в течение меньшего промежутка времени, а амплитуда тока, проходящего в это время через диод, оказывается больше, чем в аналогичной схеме, работающей на чисто активную нагрузку. Этот факт необходимо учитывать при выборе диода, который должен выдерживать повторяющийся ток соответствующей амплитуды и более того, нормально переносить первоначальный всплеск тока при включении, когда происходит первоначальная зарядка конденсатора.

Указанная закономерность справедлива не только для описываемой схемы однофазного однополупериодного выпрямления. Аналогичным образом будет происходить работа и других рассматриваемых далее схем, имеющих нагрузку емкостного характера.

Требуемый коэффициент пульсаций на выходе однофазного однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром \(K_п\) может быть получен при правильном выборе емкости сглаживающего конденсатора. Для ее нахождения используется следующая формула:

\( С = \cfrac{H(\beta)}{r \cdot K_п}\),

где \(H(\beta)\) — это еще один вспомогательный коэффициент, значение которого находится по графику (рис. 3.4-6).

 

Рис. 3.4-6. График зависимости \(H(\beta)\)

 

Емкостный фильтр характерен для выпрямителей, рассчитанных на малые токи нагрузки. При больших токах обычно применяют индуктивные фильтры. Такой фильтр представляет собой катушку индуктивности (обычно с ферромагнитным сердечником), включенную последовательно с нагрузкой (рис. 3.4-7). Наличие индуктивности в цепи нагрузки также как и емкость оказывает значительное влияние на режим работы вентилей выпрямителя.

 

Рис. 3.4-7. Схема однофазного однополупериодного выпрямителя с индуктивным фильтром (а) и временные диаграммы, поясняющие его работу (б)

 

Работа схемы на рис. {- \cfrac{R_н t}{L}} \sin{( \theta )} \right) \),

где \( \theta = \operatorname{arctg} \left( \cfrac{\omega L}{R_н} \right) \)

 

Временная диаграмма, отражающая эту зависимость приведена на рис. 3.4-7(б). По ней хорошо виден физический смысл константы \(\theta\). Она представляет собой угол, на который запаздывает основной всплеск тока в нагрузке относительно инициирующего его всплеска напряжения на входе выпрямителя.

Если проанализировать зависимость тока нагрузки \(I_н(t)\), можно заметить, что его амплитуда с увеличением индуктивности катушки падает (соответственно падает и его среднее значение). Т.е. среднее значение напряжения на нагрузке оказывается меньшим, чем в случае отсутствия индуктивности, уменьшаются также пульсации выходного напряжения. Сами колебания тока оказываются сдвинутыми относительно колебаний входного напряжения на угол \(\theta\). Это является причиной скачкообразного приложения к диоду в момент его запирания отрицательного обратного напряжения величиною до \(U_{обр} = U_{вх max}\).

Описанный режим работы вентилей (затягивание тока, уменьшение его амплитуды, скачкообразное приложение обратного напряжения) при наличии индуктивного фильтра характерен для всех схем выпрямителей. Индуктивный фильтр обычно применяют в схемах мощных выпрямителей, поскольку в этом случае требуемая для существенного изменения параметров выходного напряжения индуктивность оказывается незначительной.

Наиболее эффективно сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения осуществляется с помощью сложных многозвенных фильтров, в состав которых входят и катушки индуктивности и конденсаторы (основой таких фильтров являются т.н. Г- или П-образные звенья).

 

 

< Предыдущая		Следующая >

принцип работы, типы и схемы

Принцип работы

Видя, что 3-фазный источник питания — это просто три однофазные комбинации, мы можем использовать это многофазное свойство для создания 3-фазных цепей выпрямителя.

Как и в случае однофазного выпрямления, в трехфазном выпрямлении используются диоды, тиристоры, транзисторы или преобразователи для создания полуволновых, двухволновых, неконтролируемых и полностью управляемых выпрямительных цепей, преобразующих данный трехфазный источник питания в постоянный выходной уровень постоянного тока. В большинстве случаев трехфазный выпрямитель подается напрямую от электросети или от трехфазного трансформатора, если подключенная нагрузка требует другого уровня выхода постоянного тока.

Как и в случае предыдущего однофазного выпрямителя, наиболее простой трехфазной выпрямительной схемой является схема неуправляемого полуволнового выпрямителя, в которой используются три полупроводниковых диода, по одному диоду на фазу, как показано ниже.

Принцип работы диодного моста

Диод в цепи переменного напряжения

Итак, в статье про диод мы рассматривал, что будет на выходе диода, если подать на него переменный ток. Для этого мы даже собирали вот такую схему, где G – это синусоидальный генератор. С клемм X1 и X2 уже снимали сигнал.

Мы на диод подавали переменное напряжение.

А на выходе после диода получали уже вот такой сигнал.

То есть у нас получилось вот так.

Да, мы получили постоянный ток из переменного, но стоило ли это того? В этом случае у нас получился постоянный пульсирующий ток, где половина мощности сигнала была вообще вырезана.

Как работает диодный мост в теории

Как вы знаете, переменный ток меняет свое направление несколько раз в секунду. Поэтому, его можно разбить на положительные полуволны и отрицательные полуволны. Положительные полуволны я пометил красным, а отрицательные – синим.

Для того, чтобы диодный мост работал, ему нужна какая-либо нагрузка. Пусть это будет резистор. Следовательно, когда на диодный мост приходит положительная полуволна, протекание тока через него будет выглядеть вот так.

Как вы видите, при положительной полуволне не задействованы диоды, которые я показал штриховой линией.

После положительной полуволны приходит отрицательная полуволна, и в этом случае протекание тока в диодном мосте выглядит так.

В этом случае, диоды, которые работали при положительной полуволне, при отрицательной полуволне они отдыхают). Эстафету принимает на себя другая пара диодов. Можно даже сказать, что в диодном мосте они работают попарно. Одна пара диодов работает на положительную полуволну, а другая пара – на отрицательную.

Обратите внимание на нагрузку. На нее всегда приходит одна и та же полярность тока при любом стечении обстоятельств

Работа диодного моста на практике

Давайте и мы посмотрим, что получается на выходе диодного моста, если подать на него переменное напряжение. Для этого возьмем 4 простых кремниевых диода и соединим их в диодный мост

Важно, чтобы диоды были одной марки

На вход диодного моста будем подавать переменное напряжение, и посмотрим, что у нас получается на выходе.

Итак, на вход я подаю вот такой сигнал.

На выходе получаю постоянное пульсирующее напряжение.

Здесь мы видим, что отрицательная полуволна в диодном мосте не срезается, а превращается в положительную. Мощность сигнала при этом не теряется, так как отрицательная полуволна просто инвертируется в положительную полуволну. Ну разве не чудо?

Наблюдательный читатель также может заметить, что амплитуда сигнала чуть-чуть просела. Если мы на вход подавали синусоидальный сигнал с амплитудой в 6 Вольт, то на выходе диодного моста имеем чуть меньше 6 Вольт, а точнее где-то 4,8 Вольта. Почему так произошло? Дело все в том, что на кремниевом диоде падает напряжение 0,6-0,7 Вольт. Так как переменное напряжение проходит через 2 диода при каждой полуволне, то на каждом диоде падает по 0,6 Вольт. 2×0,6=1,2 Вольта. 6-1,2=4,8 Вольта.

Теперь можно с гордостью нарисовать рисунок.

Однофазный однополупериодный выпрямитель

Однофазный однополупериодный выпрямитель, схема которого приведена на рис. 30.2 а, является простейшим.
 

Схема однофазного двух-полупериодного выпрямителя.| Эпюры напряжений и токов выпрямителя.

Однофазный однополупериодный выпрямитель имеет ограниченное применение. Он используется главным образом в маломощных усилителях и в измерительных схемах при условии применения фильтра для сглаживания пульсаций. Основными недостатками этой схемы являются следующие: высокий уровень пульсаций тока, низкий коэффициент использования трансформатора; значительное изменение выходного напряжения при большом внутреннем сопротивлении вентиля, большое обратное напряжение; малый КПД выпрямителя из-за больших потерь на внутреннем сопротивлении вентиля.
 

Благодаря простоте устройства однофазные однополупериодные выпрямители часто применяются в маломощных цепях измерительных приборов, в радий — и телевизионной технике.
 

Таким образом, для однофазного однополупериодного выпрямителя следует выбирать анод, у которого максимально допустимое обратное напряжение больше или равно амплитудному значению напряжения на вторичной обмотке трансформатора.
 

Схема использования заряд.

Так как УЗ-400 и УЗ-401 имеют однофазные однополупериодные выпрямители, то для сглаживания выходного напряжения необходим конденсатор в 50 — 100 мкф. Чтобы конденсатор успевал зарядиться и обеспечить достаточное сглаживание напряжения на обмотке реле, изменять напряжение на входе УЗ-400 необходимо очень медленно. После каждого срабатывания проверяемого реле необходимо снизить входное напряжение до нуля и обождать некоторое время, чтобы конденсатор разрядился на реле. Необходимо помнить, что проверять от УЗ-400 или УЗ-401 можно только аппаратуру с номинальным током, не превышающим номинальный ток диодов в выпрямителях зарядного устройства.
 

На рис. 14.6, а изображена схема простейшего однофазного однополупериодного выпрямителя на ТИ-рИСТОре VS. Управление выпрямленным напряжением в управляемых выпрямителях сводится к задержке во времени момента включения тиристора по отношению к моменту его естественного включения. Это осуществляется за счет сдвига фаз между анодным напряжением и напряжением, подаваемым на управляющий электрод тиристора. Такой сдвиг фаз называют углом управления а. В зависимости от сопротивления переменного резистора R1 угол управления а может изменяться от 0 до 90, что позволяет плавно регулировать выпрямленное напряжение от наибольшей величины до ее половины. Зависимость среднего значения выпрямленного напряжения Ua от угла управления а называют характеристикой управления. Для однофазного двухполупериодного выпрямителя эта характеристика представлена на рис. 14.7, где максимальное значение угла управления атахл.
 

Схема трехфазного выпрямителя с отводом от нулевой точки ( а и мостового.

Однофазный выпрямитель с удвоением напряжения ( рис. 30.2 г) представляет собой последовательное соединение двух однофазных однополупериодных выпрямителей. В первом полупериоде при положительном напряжении на аноде диода VD заряжается конденсатор Сь а во втором полупериоде проводит диод VD2 и конденсатор С2 заряжается напряжением противоположной полярности. Так как эти конденсаторы включены последовательно, то выходное напряжение почти удваивается. Конденсаторы С ] и С2 могут использоваться как элементы фильтра. Трансформатор в этой схеме используется так же полно, как и в мостовой. В связи с этим такой выпрямитель часто называют полумостовым.
 

Основным элементом современных управляемых выпрямителей является тиристор. На рис. 9.30, а представлена схема простейшего однофазного однополупериодного выпрямителя на тиристоре.
 

Емкостный фильтр ( рис. 5.5 о) состоит из конденсатора, подключаемого параллельно нагрузке; применяется в маломощных цепях. Процесс сглаживания пульсаций емкостным фильтром показан на рис. 5.6. Положительные полуволны напряжения, выпрямленного однофазным однополупериодным выпрямителем, разделены паузами.
 

Расчет основан на допущении, что R — С Rn. Это допущение почти всегда соблюдается, давая основание считать, что переходные процессы в схеме выпрямления весьма быстро проходят, и время установления режима работы вентиля меньше времени протекания тока через него. Переходные процессы снова возникают при повторном включении вентиля, в результате чего форма кривой напряжения на конденсаторе несколько отличается от формы кривых, ранее изображенных на графиках. Чтобы учесть потери в схеме однофазного однополупериодного выпрямителя, на рис. 3 — 12, а показано сопротивление R, включенное последовательно с нагрузкой.
 

Назначение и практическое использование

Область использования моста, набранного из диодов, довольно широка. Это могут быть блоки питания и узлы управления. Он стоит во всех устройствах, питающихся от промышленной сети 220 вольт. Например, телевизоры, приёмники, зарядки, посудомоечные машины, светодиодные лампы.

Не обходятся без него и автомобили. После запуска двигателя начинает работать генератор, вырабатывающий переменный ток. Так как бортовая сеть вся питается от постоянного напряжения, ставится выпрямительный мост, через который происходит подача выпрямленного напряжения. Этим же постоянным сигналом происходит и подзарядка аккумуляторной батареи.

Выпрямительное устройство используется для работы сварочного аппарата. Правда, для него применяются мощные устройства, способные выдерживать ток более 200 ампер. Использование в устройствах диодной сборки даёт ряд преимуществ по сравнению с простым диодом. Такое выпрямление позволяет:

• увеличить частоту пульсаций, которую затем просто сгладить, используя электролитический конденсатор;
• при совместной работе с трансформатором избавиться от тока подмагничивания, что даёт возможность эффективнее использовать габаритную мощность преобразователя;
• пропустить большую мощность с меньшим нагревом, тем самым увеличивая коэффициент полезного действия.

Но также стоит отметить и недостаток, из-за которого в некоторых случаях мост не используют. Прежде всего, это двойное падение напряжения, что особенно чувствительно в низковольтных схемах. А также при перегорании части диодов устройство начинает работать в однополупериодном режиме, из-за чего в схему проникают паразитные гармоники, способные вывести из строя чувствительные радиоэлементы.

Блок питания

Ни один современный блок питания не обходится без выпрямительного устройства. Качественные источники изготавливаются с использованием мостовых выпрямителей. Классическая схема состоит всего из трёх частей:

1. Понижающий трансформатор.
2. Выпрямительный мост.
3. Фильтр.

Синусоидальный сигнал с амплитудой 220 вольт подаётся на первичную обмотку трансформатора. Из-за явления электромагнитной индукции во вторичной его обмотке наводится электродвижущая сила, начинает течь ток. В зависимости от вида трансформатора величина напряжения за счёт коэффициента трансформации снижается на определённое значение.

Между выводами вторичной обмотки возникает переменный сигнал с пониженной амплитудой. В соответствии со схемой подключения диодного моста это напряжение подаётся на его вход. Проходя через диодную сборку, переменный сигнал преобразуется в пульсирующий.

Такая форма часто считается неприемлемой, например, для звукотехнической аппаратуры или источников освещения. Поэтому для сглаживания используется конденсатор, подключённый параллельно выходу выпрямителя.

Трёхфазный выпрямитель

На производствах и в местах, где используется трёхфазная сеть, применяют трёхфазный выпрямитель. Состоит он из шести диодов, по одной паре на каждую фазу. Использование такого рода устройства позволяет получить большее значение тока с малой пульсацией. А это, в свою очередь, снижает требования к выходному фильтру.

Наиболее популярными вариантами включения трёхфазных выпрямителей являются схемы Миткевича и Ларионова. При этом одновременно могут использоваться не только шесть диодов, но и 12 или даже 24. Трёхфазные мосты используются в тепловозах, электротранспорте, на буровых вышках, в промышленных установках очистки газов и воды.

15.3 Стабилизаторы напряжения и тока

Этим устройством называют электрический прибор, автоматически обеспечивающий поддержание напряжения (тока) нагрузки с заданной точностью. Электронные приборы могут нормально работать при вариации питающего напряжения 0,1 – 3,0%, а иногда и того меньше.

Стабилизаторы классифицируют по ряду признаков:

1. По роду стабилизируемой величины – стабилизаторы напряжения и тока.
2. По способу стабилизации – параметрические и компенсационные стабилизаторы.

Широкое применение получили компенсационные стабилизаторы, которые подразделяются на стабилизаторы непрерывного и импульсного регулирования. Стабилизация достигается за счет введения отрицательной обратной связи между выходом и регулирующим элементом, который изменяет свое сопротивление так, что компенсирует возникшее отклонение выходной величины.

Параметрические стабилизаторы напряжения и тока. Схема такого устройства имеет вид:

Рисунок 15. 14 — Схема параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне (а) и вольт — амперные характеристики R_б при ?U_вх параметрического стабилизатора (б).

С помощью такого простейшего стабилизатора, в котором применяется полупроводниковый стабилитрон VD, можно обеспечить стабилизацию напряжения от единиц до нескольких сотен вольт при токах от единиц мА до одного ампера. Если необходимо стабилизировать U<3В, то вместо стабилитрона используют стабисторы.

Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне примерно равен 30 — 50. Его К.П.Д. не превышает 0,3; а диапазон стабилизируемого напряжения узок и не регулируется.

В параметрических стабилизаторах тока нелинейный элемент включается последовательно с нагрузкой.

Рисунок 15.14 — Схема (а) и объяснение принципа действия (б) параметрического стабилизатора тока.

В качестве нелинейного элемента используют биполярные и полевые транзисторы. Рабочая точка на вольт-амперной характеристике параметрического стабилизатора тока выбирается таким образом, чтобы при изменении питающего напряжения нагрузочный ток практически не изменялся. Коэффициент стабилизации тока в таком стабилизаторе составляет несколько десятков.

Рисунок 15.15 — Схемапараметрического стабилизатора тока на полевом транзисторе

Компенсационные стабилизаторы постоянного напряжения и тока являются АСР с отрицательной обратной связью, но их достоинства достигнуты усложнением схем. К > 1000, η = 0,5 – 0,6. Аналогично параметрическому стабилизатору, компенсационный стабилизатор включают между сглаживающим фильтром и нагрузочным резистором.

Рисунок 15.16-Схемы компенсационного стабилизатора напряжения на биполярных

транзисторах (а) и операционном усилителе (б).

Рисунок 15.17 — Схема компенсационного стабилизатора тока на биполярных транзисторах.

Компенсационные стабилизаторы непрерывного действия выпускаются в виде ИМС и применяются в качестве индивидуальных стабилизаторов отдельных блоков. В то же время общие источники ВП выполняют нестабилизированными.

Импульсные стабилизаторы постоянного напряжения (ИСПН) имеют η = 0,80 – 0, 85, меньше габариты и массу. Это достигается использованием транзистора в режиме ключа, что позволяет получить прямоугольные импульсы, которые затем сглаживаются фильтром. Мощность потерь на транзисторе стремится к нулю и получают высокий К.П.Д. Изменение длительности импульсов или частоты их следования позволяет поддерживать U_вых = const.

Импульсные стабилизаторы постоянного напряжения по способу управления регулирующим элементом разделяют на релейные (двухпозиционные) и с широтно–импульсной модуляцией (ШИМ). Частоты переключений регулирующего транзистора равны 2 – 50 кГц.

Рисунок 15.18 — Принципиальная электрическая схема релейного импульсного стабилизатора постоянного напряжения.

Что такое стабилизатор и для чего он нужен?

На сегодняшний день, рынок электроприборов предлагает большой выбор выпрямителей. Устройства можно подобрать по техническим характеристикам, которые будут подходить определенной электросети.

Но для начала нужно разобраться, что же такое трансформатор переменного тока. Если его правильно подобрать, он будет служить долгие годы. Устройство, как уже говорилось ранее, защищает электроприборы от перепада переменного тока.

С помощью выпрямителя тока, все электроприборы работают в щадящем режиме. Это позволяет сэкономить на электроэнергии и продлить эксплуатацию бытовой техники. Если подробно разобраться, то вся электротехника изготавливается со специальной программой и рассчитана на определенное напряжение в сети.

Если все условия соблюдены, бытовые приборы будут работать с высокой производительностью и минимальной затратой энергии. Переменный ток электрической сети часто меняется, поэтому выпрямитель выравнивает его.

Еще применяют трансформаторы напряжения для двигателей автомобилей. Они нужны для того, чтобы двигатель мог завестись без перегрузок с низкого напряжения. Пример двигателя автомобиля, можно взять мотор стиральной машины. При постоянных перепадах без стабилизатора тока, двигатель испытывает большие перегрузки, как следствие может сгореть.

Практическое применение

На практике диодный мост имеет довольно широкий спектр применения – это и цифровая техника, блоки питания в персональных компьютерах, ноутбуках, различных устройствах, автомобильных генераторах, питающихся от низкого постоянного напряжения. Помимо этого их можно встретить в системах звуковоспроизведения, измерительной техники, теле- радиовещания, они устанавливаются в ряде различных устройств по всему дому. Для лучшего понимания роли диодного моста в этих приборах мы рассмотрим несколько конкретных схем, в которых он применяется.

Примеры схем с диодным мостом и их описание

Одна из наиболее простых схем с применением диодного моста – это зарядное устройство, применяемое для оборудования, питаемого низким напряжением. Один из таких вариантов рассмотрим на следующем примере

Как видите на рисунке, от понижающего трансформатора Т1 напряжение из переменного 220В преобразуется в переменное на уровне 7 – 9В. После этого пониженное напряжение подается на диодный мост VD, от которого выпрямленное через сглаживающий конденсатор С1 на микросхему КР. От микросхемы выпрямленное напряжение стабилизируется и выдается на клеммы разъема.

На рисунке выше приведен пример схемы карманного фонаря, данная модель подключается к бытовой сети 220В через розетку, что представлено соединением разъема Х1 и Х2. Далее напряжение подается на мост VD, а с него уже на микросхему DA1, которая при наличии входного питания сигнализирует об этом через светодиод HL1. После этого напряжение питания приходит на аккумулятор GB, который заряжается и затем используется в качестве основного источника питания для лампы фонарика.

Здесь представлен пример схемы сварочного агрегата, в котором диодный мост устанавливается сразу после понижающего трансформатора для выпрямления электрического тока. Из-за сложности схемы дальнейшее рассмотрение работы устройства нецелесообразно. Стоит отметить, что существуют и другие устройства с еще более сложным принципом работы – импульсные блоки питания, ШИМ модуляторы, преобразователи и т.д.

Оцените статью:

Назначение, схема и принцип работы однополупериодного выпрямителя

Рис.1. Схема однополупериодного выпрямителя.

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][2]

Большинство выпрямителей создаёт не постоянные, а пульсирующие однонаправленные напряжение и ток, для сглаживания пульсаций которых применяют фильтры.

Устройство, выполняющее обратную функцию — преобразование постоянных напряжения и тока в переменные напряжение и ток — называется инвертором.

Из-за принципа обратимости электрических машин выпрямитель и инвертор являются двумя разновидностями одной и той же электрической машины (справедливо только для инвертора на базе электрической машины).

Данные выпрямители применяются также для обеспеченияпитанием в системах наблюдения и сигнализации. В области малыхмощностей они находят применение для заряда стартерных батарейдизельных двигателей и газовых турбин.

Принцип действия выпрямителя очевиден из приведенного рисунка. Схема с самозапуском – операционный усилитель (ОУ) питается от выпрямленного напряжения.

 

 

24.Назначение, схема и принцип работы двухполупериодного выпрямителя со средней точкой

В том случае если при выпрямлении переменного тока необходимо использовать оба полупериода, то нам потребуется выпрямитель совершенного иного типа. Такая схема называется двухполупериодным выпрямителем. В одной разновидности двухполупериодного выпрямителя, называемой выпрямителем со средней точкой, используется трансформатор с отводом от средней точки вторичной обмотки и два диода, как показано на рисунке ниже.

Выпрямитель Миткевича «два четвертьмоста параллельно» на двуханодной лампе. Здесь вторичная обмотка Н служит для накала катода лампы.

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

Принцип работы этой схемы нетрудно понять путём анализа по отдельности каждого полупериода. Сначала рассмотрим первый полупериод, когда напряжение источника будет положительным (+) сверху и отрицательным (-) снизу. В этот момент проводит только верхний диод, а нижний блокирует ток, и, следовательно, нагрузка «видит» только первый полупериод синусоиды. В этой части цикла ток протекает только по верхней половине вторичной обмотки трансформатора (см. рисунок ниже).

в этом выпрямителе выпрямленные полупериоды имеют колоколообразную форму, то есть форму близкую к функции .

Площадь под интегральной кривой равна:

Относительное эквивалентное активное внутреннее сопротивление равно , то есть вдвое больше, чем в однофазном полномостовом, следовательно больше потери энергии на нагрев меди обмоток трансформатора (или расход меди).

 

25.Назначение, схема и принцип работы двухполупериодного мостового выпрямителя

Принцип работы двухполупериодного мостового выпрямителя Двухполупериодный мостовой выпрямитель состоит из трансформатора Тр и четырх диодов, подключенных к вторичной обмотке трансформатора по мостовой схеме. К одной из диагоналей моста подсоединяется вторичная обмотка трансформатора, а к другой нагрузочный резистор Rн. Каждая пара диодов Д1, Д3 и Д2, Д4 работает поочередно.

В течение положительной полуволны входного напряжения открываются диоды VD₁ и VD₃, и в цепи нагрузки возникает импульс тока. Отрицательная волна напряжения открывает диоды VD₂ и VD₄, что также приводит к протеканию импульса тока через нагрузку. Мостовая схема имеет характеристики, аналогичные предыдущей схеме. Достоинством мостовой схемы является меньшее число витков вторичной обмотки, чем в предыдущей схеме. В настоящее время в схемах выпрямителя наиболее часто используют не отдельные диоды, а диодные сборки (КЦ 402, КД 405 и т.д.), состоящие из 4-х диодов, образующих мостовую схему

Схема работы и ее характеристики

В период 1880-х годов началась идентификация и уникальность выпрямителей. Развитие выпрямителей привело к появлению различных подходов в области силовой электроники. Первоначальный диод, который использовался в выпрямителе, был разработан в 1883 году. С развитием вакуумных диодов, впервые появившихся в начале 1900-х годов, возникли ограничения на выпрямители. В то время как с модификациями ртутных дуговых трубок использование выпрямителей было расширено до различных мегаваттных диапазонов.И один из типов выпрямителя — это полупериодный выпрямитель.

Усовершенствование вакуумных диодов показало эволюцию ртутных дуговых трубок, и эти ртутные дуговые трубки были названы выпрямительными трубками. С развитием выпрямителей были впервые применены многие другие материалы. Итак, это краткое объяснение того, как развивались выпрямители и как они развивались. Давайте иметь четкое и подробное объяснение того, что такое полуволновой выпрямитель, его схема, принцип работы и характеристики.

Что такое полуволновой выпрямитель?

Выпрямитель — это электронное устройство, преобразующее переменное напряжение в постоянное. Другими словами, он преобразует переменный ток в постоянный. Выпрямитель используется практически во всех электронных устройствах. В основном он используется для преобразования сетевого напряжения в постоянное напряжение в блоке питания. При питании от постоянного тока работают электронные устройства. В зависимости от периода проводимости выпрямители подразделяются на две категории: полуволновой выпрямитель и полнополупериодный выпрямитель.

Конструкция

По сравнению с двухполупериодным выпрямителем, HWR является самым простым выпрямителем в конструкции.Только с одним диодом можно построить устройство.

Конструкция HWR

Полупериодный выпрямитель состоит из следующих компонентов:

• Источник переменного тока
• Резистор в секции нагрузки
• А диод
• А понижающий трансформатор

Источник переменного тока

Это источник тока подает переменный ток на всю цепь. Этот переменный ток обычно представляется как синусоидальный сигнал.

Понижающий трансформатор

Для увеличения или уменьшения переменного напряжения обычно используется трансформатор.Поскольку здесь используется понижающий трансформатор, он снижает напряжение переменного тока, а когда используется повышающий трансформатор, он увеличивает напряжение переменного тока с минимального уровня до высокого уровня. В HWR в основном используется понижающий трансформатор, поскольку необходимое напряжение для диода очень минимально. Когда трансформатор не используется, большое количество переменного напряжения вызовет повреждение диода. В некоторых случаях также можно использовать повышающий трансформатор.

В понижающем устройстве вторичная обмотка имеет минимальное количество витков, чем первичная обмотка.Из-за этого понижающий трансформатор снижает уровень напряжения от первичной до вторичной обмотки.

Диод

Использование диода в полуволновом выпрямителе позволяет току течь только в одном направлении, тогда как он останавливает ток в другом направлении.

Резистор

Это устройство, которое блокирует прохождение электрического тока только до определенного уровня.

Это конструкция однополупериодного выпрямителя модели .

Работа полуволнового выпрямителя

Во время положительного полупериода диод находится в состоянии прямого смещения и проводит ток к RL (сопротивление нагрузки).На нагрузке возникает напряжение, такое же, как входной сигнал переменного тока положительного полупериода.

В качестве альтернативы, во время отрицательного полупериода диод находится в состоянии обратного смещения, и через диод не протекает ток. На нагрузке появляется только входное напряжение переменного тока, и это общий результат, который возможен в течение положительного полупериода. Выходное напряжение пульсирует постоянным напряжением.

Цепи выпрямителя

Однофазные цепи или многофазные цепи входят в состав цепей выпрямителя.Для бытовых применений используются однофазные выпрямительные схемы малой мощности, а для промышленных применений HVDC требуется трехфазное выпрямление. Наиболее важным применением диодов с PN переходом является выпрямление, и это процесс преобразования переменного тока в постоянный.

Полупериодное выпрямление

В однофазном полуволновом выпрямителе течет либо отрицательная, либо положительная половина переменного напряжения, а другая половина переменного напряжения блокируется. Следовательно, выход принимает только половину волны переменного тока.Один диод требуется для однофазного полуволнового выпрямления и три диода для трехфазного питания. Полупериодный выпрямитель создает большее количество пульсаций, чем двухполупериодный выпрямитель, и для устранения гармоник он требует гораздо большей фильтрации.

Однофазный однополупериодный выпрямитель

Для синусоидального входного напряжения выходное постоянное напряжение холостого хода для идеального полуволнового выпрямителя составляет

В среднеквадратичное значение = Vpeak / 2

В постоянного тока = Vpeak / ᴨ

Где

• Vdc, Vav — выходное напряжение постоянного тока или среднее выходное напряжение
• Vpeak — пиковое значение входного фазного напряжения
• Vrms — выходное напряжение среднеквадратичного значения

Работа полуволнового выпрямителя

PN переход диод проводит только при прямом смещении.Полупериодный выпрямитель использует тот же принцип, что и диод с PN переходом, и, таким образом, преобразует переменный ток в постоянный. В схеме однополупериодного выпрямителя сопротивление нагрузки включено последовательно с диодом с PN переходом. Переменный ток — это вход однополупериодного выпрямителя. Понижающий трансформатор принимает входное напряжение, а выходной сигнал трансформатора передается на нагрузочный резистор и диод.

Работа HWR объясняется в двух фазах:

• Процесс положительной полуволны
• Процесс отрицательной полуволны

Положительный полуволны

Когда частота 60 Гц в качестве входного переменного напряжения, шаг трансформатор понижает это напряжение до минимального.Таким образом, на вторичной обмотке трансформатора создается минимальное напряжение. Это напряжение на вторичной обмотке называется вторичным напряжением (Vs). Минимальное напряжение подается как входное напряжение на диод.

Когда входное напряжение достигает диода, во время положительного полупериода диод переходит в состояние прямого смещения и пропускает электрический ток, тогда как во время отрицательного полупериода диод переходит в отрицательное состояние смещения и препятствует прохождению электрического тока.Положительная сторона входного сигнала, который подается на диод, совпадает с прямым напряжением постоянного тока, которое подается на диод P-N. Таким же образом, отрицательная сторона входного сигнала, который подается на диод, совпадает с обратным постоянным напряжением, которое прикладывается к PN-диоду

Итак, было известно, что диод проводит ток в смещенном вперед состоянии и препятствует протекание тока в обратном смещенном состоянии. Таким же образом в цепи переменного тока диод пропускает ток в течение цикла + ve и блокирует ток во время цикла -ve.Что касается + ve HWR, он не будет полностью блокировать -ve полупериодов, он допускает несколько сегментов -ve полупериодов или допускает минимальный отрицательный ток. Это генерация тока из-за неосновных носителей заряда, находящихся в диоде.

Генерация тока через эти неосновные носители заряда очень минимальна, поэтому им можно пренебречь. Эту минимальную часть полупериодов -ve невозможно наблюдать в секции нагрузки. В практических диодах считается, что отрицательный ток равен «0».

Резистор в секции нагрузки использует постоянный ток, который вырабатывается диодом. Таким образом, резистор называется резистором электрической нагрузки, где напряжение / ток постоянного тока рассчитываются на этом резисторе (R _L ). Электрическая мощность считается электрическим коэффициентом схемы, в которой используется электрический ток. В HWR резистор использует ток, производимый диодом. Из-за этого резистор называют нагрузочным резистором. R _L в HWR используется для ограничения или ограничения дополнительного постоянного тока, генерируемого диодом.

Таким образом, был сделан вывод, что выходной сигнал в полуволновом выпрямителе представляет собой непрерывные полупериоды + ve синусоидальной формы.

Негативная полуволна

Работа и конструкция полуволнового выпрямителя в отрицательном направлении почти идентична положительной полуволновой выпрямителю. Единственный сценарий, который здесь будет изменен, — это направление диода.

Если входное напряжение переменного тока составляет 60 Гц, понижающий трансформатор снижает его до минимального напряжения.Таким образом, на вторичной обмотке трансформатора создается минимальное напряжение. Это напряжение на вторичной обмотке называется вторичным напряжением (Vs). Минимальное напряжение подается как входное напряжение на диод.

Когда входное напряжение достигает диода, во время отрицательного полупериода диод переходит в состояние прямого смещения и пропускает электрический ток, тогда как во время положительного полупериода диод переходит в отрицательное состояние смещения и препятствует прохождению электрического тока.Отрицательная сторона входного сигнала, который подается на диод, совпадает с прямым напряжением постоянного тока, которое подается на диод P-N. Таким же образом, положительная сторона входного сигнала, который подается на диод, совпадает с обратным постоянным напряжением, которое прикладывается к PN-диоду

Итак, было известно, что диод проводит ток в обратном смещенном состоянии и препятствует протекание тока в прямом смещенном состоянии. Таким же образом в цепи переменного тока диод пропускает ток в течение цикла -ve и блокирует прохождение тока во время цикла + ve.Переходя к -ve HWR, он не будет полностью препятствовать положительным полупериодам, он допускает несколько сегментов положительных полупериодов или допускает минимальный положительный ток. Это генерация тока из-за неосновных носителей заряда, находящихся в диоде.

Генерация тока через эти неосновные носители заряда очень минимальна, поэтому им можно пренебречь. Эту минимальную часть положительных полупериодов невозможно наблюдать в секции нагрузки. В практических диодах считается, что положительный ток равен «0».

Резистор в секции нагрузки использует постоянный ток, который вырабатывается диодом. Таким образом, резистор называется резистором электрической нагрузки, где напряжение / ток постоянного тока рассчитываются на этом резисторе (R _L ). Электрическая мощность считается электрическим коэффициентом схемы, в которой используется электрический ток. В HWR резистор использует ток, производимый диодом. Из-за этого резистор называют нагрузочным резистором. R _L в HWR используется для ограничения или ограничения дополнительного постоянного тока, генерируемого диодом.

В идеальном диоде полупериоды + ve и -ve на выходе кажутся похожими на полупериоды + ve и -ve Но в практических сценариях полупериоды + ve и -ve несколько отличаются от полупериодов + ve и -ve. циклы ввода, и это незначительно.

Итак, был сделан вывод, что выходной сигнал в однополупериодном выпрямителе представляет собой непрерывные полупериоды, которые имеют синусоидальную форму. Таким образом, выходной сигнал полуволнового выпрямителя представляет собой непрерывные синусоидальные сигналы с положительной и отрицательной полярностью, но не чистый сигнал постоянного тока и в пульсирующей форме.

Работа полуволнового выпрямителя

Это пульсирующее значение постоянного тока изменяется в течение короткого периода времени.

Работа полуволнового выпрямителя

Во время положительного полупериода, когда вторичная обмотка верхнего конца положительна относительно нижнего конца, диод находится в состоянии прямого смещения и проводит ток. Во время положительных полупериодов входное напряжение прикладывается непосредственно к сопротивлению нагрузки, когда прямое сопротивление диода предполагается равным нулю.Формы выходного напряжения и выходного тока такие же, как у входного переменного напряжения.

Во время отрицательного полупериода, когда вторичная обмотка нижнего конца положительна относительно верхнего конца, диод находится в состоянии обратного смещения и не проводит ток. Во время отрицательного полупериода напряжение и ток на нагрузке остаются равными нулю. Величина обратного тока очень мала и им пренебрегают. Таким образом, во время отрицательного полупериода мощность не передается.

Серия положительных полупериодов — это выходное напряжение, возникающее на сопротивлении нагрузки. Выходной сигнал представляет собой пульсирующую волну постоянного тока, и для создания плавных выходных волновых фильтров используются фильтры, которые должны проходить через нагрузку. Если входная волна имеет полупериод, то он известен как полуволновой выпрямитель.

Схемы трехфазного полуволнового выпрямителя

Трехфазный полуволновой неуправляемый выпрямитель требует трех диодов, каждый из которых подключен к одной фазе. Схема трехфазного выпрямителя страдает от высокого уровня гармонических искажений как в цепях постоянного, так и переменного тока.Выходное напряжение на стороне постоянного тока выдает три различных импульса за цикл.

Трехфазный HWR в основном используется для преобразования трехфазной мощности переменного тока в трехфазную мощность постоянного тока. При этом вместо диодов используются переключаемые, которые называются неуправляемыми переключателями. Здесь неуправляемые переключатели соответствуют тому, что не существует подхода к регулированию времени включения и выключения переключателей. Это устройство построено с использованием трехфазного источника питания, подключенного к трехфазному трансформатору, причем вторичная обмотка трансформатора всегда соединена звездой.

Здесь используется только соединение звездой по той причине, что нейтральная точка необходима для повторного подключения нагрузки ко вторичной обмотке трансформатора, обеспечивая, таким образом, обратное направление для потока мощности.

Общая конструкция трехфазного HWR, обеспечивающего чисто резистивную нагрузку, показана на рисунке ниже. Конструктивно каждая фаза трансформатора обозначена как отдельный источник переменного тока.

Коэффициент полезного действия трехфазного трансформатора составляет почти 96.8%. Хотя эффективность трехфазного HWR больше, чем у однофазного HWR, она меньше, чем эффективность трехфазного двухполупериодного выпрямителя.

Трехфазный HWR

Характеристики полуволнового выпрямителя

Характеристики полуволнового выпрямителя для следующих параметров

PIV (Peak Inverse Voltage)

В условиях обратного смещения диод должен выдерживать максимальное напряжение. Во время отрицательного полупериода ток через нагрузку не протекает.Таким образом, полное напряжение появляется на диоде, потому что нет падения напряжения через сопротивление нагрузки.

PIV полуволнового выпрямителя = V _SMAX

Это PIV полуволнового выпрямителя .

Средние и пиковые токи в диоде

Предположим, что напряжение на вторичной обмотке трансформатора синусоидально, а его пиковое значение равно V _SMAX . Мгновенное напряжение, которое подается на однополупериодный выпрямитель, составляет

Vs = V _SMAX Sin wt

Ток, протекающий через сопротивление нагрузки, составляет

I _MAX = V _SMAX / (R _F + R _L )

Регулировка

Регулировка — это разница между напряжением холостого хода и напряжением полной нагрузки по отношению к напряжению полной нагрузки, а регулирование напряжения в процентах дается как

% Регулирование = {(Vno-load — Vfull-load) / Vfull-load} * 100

КПД

Отношение входного переменного тока к выходному постоянному току известно как КПД (?).

? = Pdc / Pac

Мощность постоянного тока, подаваемая на нагрузку, составляет

Pdc = I ² _dc R _L = (I _MAX / ᴨ) ² R _L

Входная мощность переменного тока трансформатора,

Pac = Рассеиваемая мощность в сопротивлении нагрузки + рассеиваемая мощность в переходном диоде

= I ² _{действующее значение} R _F + I ² _{действующее значение} R _L = {I ² _MAX /4} [R _F + R _L ]

? = Pdc / Pac = 0.406 / {1 + R _F / R _L }

КПД однополупериодного выпрямителя составляет 40,6%, если пренебречь R _F .

Коэффициент пульсации (γ)

Содержание пульсаций определяется как количество переменного тока, присутствующего в выходном постоянном токе. Если коэффициент пульсаций меньше, производительность выпрямителя будет больше. Значение коэффициента пульсаций для полуволнового выпрямителя составляет 1,21.

Мощность постоянного тока, генерируемая HWR, является не точным сигналом постоянного тока, а пульсирующим сигналом постоянного тока, а в форме пульсирующего постоянного тока существуют пульсации.Эти колебания можно уменьшить, используя фильтрующие устройства, такие как катушки индуктивности и конденсаторы.

Для вычисления количества пульсаций в сигнале постоянного тока используется коэффициент, который называется коэффициентом пульсаций и обозначается как γ . Когда коэффициент пульсации высокий, он показывает расширенную пульсирующую волну постоянного тока, тогда как минимальный коэффициент пульсации показывает минимальную пульсирующую волну постоянного тока.

Когда значение γ очень минимально, это означает, что выходной постоянный ток почти такой же, как чистый сигнал постоянного тока.Таким образом, можно утверждать, что чем ниже коэффициент пульсаций, тем более плавный сигнал постоянного тока.

В математической форме этот коэффициент пульсации обозначается как пропорция среднеквадратичного значения участка переменного тока к участку постоянного тока выходного напряжения.

Коэффициент пульсаций = среднеквадратичное значение секции переменного тока / среднеквадратичное значение секции постоянного тока

I ² = I ² _dc + I ² ₁ + I ² ₂ + I ² ₄ = I ² _dc + I ² _ac

γ = I _ac / I _dc = (I ² — I ^{2 2 ) / I _dc = {(I _rms / I 2 _dc ) / Idc = {(I _rms / I 2 _dc ) -1} = k _f 2 -1)}

Где kf — форм-фактор

kf = Irms / Iavg = (Imax / 2) / (Imax / ᴨ) = ᴨ / 2 = 1.57

Итак, γ = (1,572 — 1) = 1,21

Коэффициент использования трансформатора (TUF)

Он определяется как отношение мощности переменного тока, подаваемой на нагрузку, и номинальных значений переменного тока вторичной обмотки трансформатора. TUF однополупериодного выпрямителя составляет около 0,287.

HWR с конденсаторным фильтром

Согласно общей теории, которая обсуждалась выше, выход полуволнового выпрямителя представляет собой пульсирующий сигнал постоянного тока. Это получается, когда HWR работает без фильтра.Фильтры — это устройство, которое используется для преобразования пульсирующего сигнала постоянного тока в устойчивые сигналы постоянного тока, что означает (преобразование пульсирующего сигнала в плавный сигнал). Это может быть достигнуто путем подавления пульсаций постоянного тока, которые возникают в сигнале.

Хотя эти устройства теоретически можно использовать без фильтров, но предполагается, что они будут реализованы для любых практических приложений. Поскольку устройству постоянного тока потребуется устойчивый сигнал, пульсирующий сигнал должен быть преобразован в плавный, чтобы его можно было использовать в реальных приложениях.Это причина того, что HWR используется с фильтром в практических сценариях. Вместо фильтра можно использовать катушку индуктивности или конденсатор, но чаще всего используется HWR с конденсатором.

На рисунке ниже поясняется принципиальная схема конструкции полуволнового выпрямителя с конденсаторным фильтром и то, как он сглаживает пульсирующий сигнал постоянного тока.

Преимущества и недостатки

По сравнению с двухполупериодным выпрямителем, однополупериодный выпрямитель не так часто используется в приложениях.Хотя у этого устройства мало преимуществ. Преимущества полуволнового выпрямителя : :

• Дешево — Поскольку используется минимальное количество компонентов
• Простота — Из-за того, что конструкция схемы полностью проста
• Простота в использовании — Поскольку конструкция проста, использование устройства также будет оптимизировано.
• Небольшое количество компонентов

Недостатки полуволнового выпрямителя :

• В секции нагрузки выходная мощность включается в компоненты как постоянного, так и переменного тока, где базовый частотный уровень аналогичен частотному уровню входного напряжения.Кроме того, будет увеличиваться коэффициент пульсации, что означает, что шум будет высоким, и потребуется расширенная фильтрация для обеспечения постоянного выходного сигнала постоянного тока.
• Поскольку подача мощности будет только во время одного полупериода входного переменного напряжения, их выпрямительная характеристика минимальна, а также будет меньше выходная мощность.
• Полупериодный выпрямитель имеет минимальный коэффициент использования трансформатора.
• В сердечнике трансформатора происходит насыщение по постоянному току, которое приводит к току намагничивания, гистерезисным потерям, а также к развитию гармоник.
• Величина мощности постоянного тока, которая поступает от полуволнового выпрямителя, недостаточна для генерации даже общего количества энергии. Принимая во внимание, что это может быть использовано для нескольких приложений, таких как зарядка аккумулятора.

Приложения

Основное применение однополупериодного выпрямителя — получение мощности переменного тока от источника постоянного тока. Выпрямители в основном используются для внутренних цепей источников питания почти в каждом электронном устройстве. В источниках питания выпрямитель обычно размещается последовательно, таким образом, он состоит из трансформатора, сглаживающего фильтра и регулятора напряжения.Некоторые другие применения HWR:

• Использование выпрямителя в блоке питания позволяет преобразовывать переменный ток в постоянный. Мостовые выпрямители широко используются в огромных приложениях, где они обладают способностью преобразовывать высокое переменное напряжение в минимальное постоянное напряжение.
• Реализация HWR помогает получить необходимый уровень постоянного напряжения через понижающие или повышающие трансформаторы.
• Это устройство также используется для сварки железных цепей, а также в репеллентах от комаров, чтобы выталкивать провод для паров.
• Используется в радиоустройстве AM для целей обнаружения.
• Используется в качестве схемы запуска и генерации импульсов.
• Применяется в усилителях напряжения и устройствах модуляции.

Речь идет о схеме полуволнового выпрямителя и работе с ее характеристиками. Мы считаем, что информация, представленная в этой статье, поможет вам лучше понять этот проект. Кроме того, по любым вопросам, касающимся этой статьи, или любой помощи в реализации проектов в области электротехники и электроники, вы можете свободно обращаться к нам, оставляя комментарии в разделе комментариев ниже.Вот вам вопрос, какова основная функция однополупериодного выпрямителя? Схема полуволнового выпрямителя

со схемой

Принципиальная схема полуволнового выпрямителя

Простой полуволновой выпрямитель — это не что иное, как диод с одинарным pn-переходом, подключенный последовательно к нагрузочному резистору. Как вы знаете, диод относится к электрическому току, как односторонний клапан — к воде, он позволяет электрическому току течь только в одном направлении. Это свойство диода очень полезно при создании простых выпрямителей, которые используются для преобразования переменного тока в постоянный.

Если вы посмотрите на диаграмму выше, мы подаем переменный ток в качестве входа. Входное напряжение подается на понижающий трансформатор, а результирующее уменьшенное выходное напряжение трансформатора передается на диод «D» и нагрузочный резистор RL. Выходное напряжение измеряется на нагрузочном резисторе RL.

В рамках серии «Учебное пособие по базовой электронике» мы увидели, что выпрямление является наиболее важным применением диода с PN переходом. Процесс выпрямления — это преобразование переменного тока (AC) в постоянный (DC).

Работа полуволнового выпрямителя

Проще говоря, полуволновой выпрямитель удаляет отрицательный полупериод переменного тока на входе и позволяет проходить только положительным циклам, создавая поток постоянного тока.

Чтобы полностью понять принцип работы полуволнового выпрямителя, вы должны хорошо знать теоретическую часть . Если вы плохо знакомы с концепцией PN-перехода и его характеристиками, я рекомендую вам сначала прочитать часть теории полуволнового выпрямителя.

Работа полуволнового выпрямителя довольно проста.С теоретической части вы должны знать, что диод с pn переходом проводит ток только в одном направлении. Другими словами, диод с pn переходом проводит ток только тогда, когда он смещен в прямом направлении. Тот же принцип используется в полуволновом выпрямителе для преобразования переменного тока в постоянный. Здесь вводится переменный ток. Это входное напряжение понижается с помощью трансформатора. Пониженное напряжение подается на диод «D» и сопротивление нагрузки RL. Во время положительных полупериодов входной волны диод «D» будет смещен в прямом направлении, а во время отрицательных полупериодов входной волны диод «D» будет смещен в обратном направлении.Возьмем выход через резистор нагрузки RL. Поскольку диод пропускает ток только в течение половины периода входной волны, мы получаем выходной сигнал, как показано на диаграмме. Выходной сигнал является положительным и значительным во время положительных полупериодов входной волны. При этом выход равен нулю или незначителен во время отрицательных полупериодов входной волны. Это называется полуволновым выпрямлением .

Объяснение полуволнового выпрямления академическими словами!

Когда одиночный выпрямительный диодный блок включен последовательно с нагрузкой на источник переменного тока, он преобразует переменное напряжение в однонаправленное пульсирующее напряжение, используя половину цикла приложенного напряжения, а другой полупериод подавляется, потому что он проводит только в одном направлении.Если в цепи нет индуктивности или батареи, ток будет равен нулю в течение половины времени. Это называется полуволновым выпрямлением . Как уже говорилось, диод — это электронное устройство, состоящее из двух элементов, известных как катод и анод. Поскольку в диоде электроны могут течь только в одном направлении , то есть от катода к аноду, диод обеспечивает одностороннюю проводимость, необходимую для выпрямления. Это справедливо для диодов всех типов — вакуумных, газонаполненных, кристаллических или полупроводниковых, металлических (типа оксида меди и селена) диодов. Полупроводниковые диоды, из-за присущих им преимуществ обычно используются в качестве выпрямительного устройства. Однако для очень высоких напряжений можно использовать вакуумные диоды.

Работа однополупериодного выпрямителя

Схема однополупериодного выпрямителя с полупроводниковым диодом (D) с сопротивлением нагрузки R _L , но без сглаживающего фильтра, на рисунке не показана. Диод включен последовательно с вторичной обмоткой трансформатора и сопротивлением нагрузки R _L. Первичная обмотка трансформатора подключается к сети переменного тока.

Переменное напряжение на вторичной обмотке меняет полярность после каждого полупериода входной волны. Во время положительных полупериодов входного переменного напряжения , то есть , когда верхний конец вторичной обмотки положительный относительно нижний конец диода смещен в прямом направлении и, следовательно, проводит ток. Если прямое сопротивление диода предполагается равным нулю (на практике, однако, существует небольшое сопротивление), входное напряжение во время положительных полупериодов прикладывается непосредственно к сопротивлению нагрузки R _L , делая его верхний конец положительным. ш.r.t. его нижний конец. Формы сигналов выходного тока и выходного напряжения имеют ту же форму, что и входное переменное напряжение.

Во время отрицательных полупериодов входного переменного напряжения , то есть , когда нижний конец вторичной обмотки положителен по отношению к его верхний конец диод имеет обратное смещение и поэтому не проводит. Таким образом, во время отрицательных полупериодов входного переменного напряжения ток и напряжение на нагрузке остаются равными нулю. Обратный ток, будучи очень малым по величине, не учитывается.Таким образом, в течение отрицательных полупериодов питание на нагрузку не подается.

Таким образом, выходное напряжение (VL), возникающее на сопротивлении нагрузки R _L , представляет собой серию положительных полупериодов переменного напряжения с промежуточными очень небольшими постоянными уровнями отрицательного напряжения. Из рисунка очевидно, что выход не является постоянным постоянным током. , но только пульсирующая волна постоянного тока. Чтобы сделать выходную волну гладкой и полезной в источнике питания постоянного тока, мы должны использовать фильтр поперек нагрузки.Поскольку используются только полупериоды входной волны, он называется полупериодным выпрямителем .

Теория полуволнового выпрямителя

Выпрямление — это применение диода с pn переходом. Полуволновой выпрямитель — это устройство, в котором используются основные свойства диода с pn переходом. Итак, чтобы понять основную теорию, лежащую в основе полуволнового выпрямителя, вам необходимо понять pn-переход и характеристики диода pn-перехода. Мы разработали две статьи, чтобы помочь вам понять их обе.

1) Понимание PN-перехода — Эта статья поможет вам понять pn-переход и основную теорию, лежащую в основе использования PN-перехода в качестве выпрямителя.

2) Характеристики диода с pn переходом — Эта статья поможет вам разобраться в характеристиках диода с pn переходом с помощью графиков. Вы можете понять поведение диода при различных уровнях напряжения и его проводимость.

Примечание: — За изобретением диода с PN переходом стоит интересная история .История вращается вокруг настойчивости молодого ученого из Bell Laboratories в США, г-на Рассела Ола. В этом рассказе вы узнаете, как происходят великие изобретения и как некоторые яркие умы 1930-х годов, такие как Уолтер Браттейн (один из трех изобретателей транзисторов), работали вместе, чтобы воплотить великие изобретения в нашу жизнь

Характеристики блока питания выпрямителя

Наиболее важными характеристиками, которые необходимо указать для источника питания, являются требуемое выходное постоянное напряжение, средний и пиковый токи в диоде, пиковое обратное напряжение (PIV) диода, регулирование и коэффициент пульсации.

Преимущества и недостатки однополупериодного выпрямителя:

Однополупериодный выпрямитель на практике используется редко. Его никогда не используют в качестве источника питания аудиосхемы из-за очень высокого коэффициента пульсаций. Высокий коэффициент пульсации приведет к появлению шумов во входном аудиосигнале, что, в свою очередь, повлияет на качество звука.

Преимущество полуволнового выпрямителя только в том, что он дешев, прост и прост в изготовлении. Это дешево из-за небольшого количества задействованных компонентов.Просто благодаря прямолинейности схемотехники. Кроме того, у однополупериодного выпрямителя больше недостатков, чем достоинств!

Недостатки однополупериодного выпрямителя

1. Выходной ток в нагрузке содержит, помимо постоянной составляющей, составляющие переменного тока основной частоты, равной частоте входного напряжения. Коэффициент пульсаций высок, поэтому для обеспечения стабильного выхода постоянного тока требуется сложная фильтрация.

2.Выходная мощность и, следовательно, эффективность выпрямления довольно низкие. Это связано с тем, что мощность подается только в течение половины цикла входного переменного напряжения.

3. Низкий коэффициент использования трансформатора.

4. Насыщение сердечника трансформатора постоянным током, приводящее к току намагничивания, гистерезисным потерям и генерации гармоник.

Выход постоянного тока от однополупериодного выпрямителя не подходит для обычного источника питания. Однако его можно использовать для некоторых приложений, например для зарядки аккумулятора.

Полуволновой выпрямитель с конденсаторным фильтром

Выходное напряжение полуволнового выпрямителя не является постоянным напряжением постоянного тока. Из выходной диаграммы видно, что это пульсирующее постоянное напряжение с колебаниями переменного тока. В реальных приложениях нам нужен источник питания с плавной формой волны. Другими словами, нам нужен источник питания постоянного тока с постоянным выходным напряжением. Постоянное выходное напряжение от источника постоянного тока очень важно, поскольку оно напрямую влияет на надежность электронного устройства, которое мы подключаем к источнику питания.

Мы можем сделать выход полуволнового выпрямителя плавным, используя фильтр (конденсаторный фильтр или индуктивный фильтр) на диоде. В некоторых случаях также используется резистивно-конденсаторный фильтр (RC). На приведенной ниже схеме показан однополупериодный выпрямитель с конденсаторным фильтром.

Полуволновой выпрямитель с конденсаторным фильтром — принципиальная схема и форма выходного сигнала

Анализ полуволнового выпрямителя

Следующие параметры будут объяснены для анализа полуволнового выпрямителя: —

1. Пиковое обратное напряжение (PIV)

Пиковое обратное напряжение (PIV) диода важно на этапах его проектирования. Это максимальное напряжение, которое выпрямительный диод должен выдерживать в течение периода обратного смещения.

Когда диод смещен в обратном направлении, в течение отрицательного полупериода ток через нагрузочный резистор RL не протекает. Следовательно, на сопротивлении нагрузки RL не будет падения напряжения, которое приведет к появлению всего входного напряжения на диоде.Таким образом, V _SMAX , пиковое вторичное напряжение, появляется на диоде. Следовательно,

Пиковое обратное напряжение (PIV) однополупериодного выпрямителя = В _SMAX

2. Средние и пиковые токи в диоде

Если предположить, что напряжение на вторичной обмотке трансформатора синусоидально пиковых значений V _SMAX , мгновенное значение напряжения, подаваемого на выпрямитель, может быть записано как

Мгновенное значение напряжения, приложенного к полуволновому выпрямителю

Предполагая, что диод имеет прямое сопротивление ВЧ Ом и бесконечное значение обратного сопротивления, ток, протекающий через выходное сопротивление нагрузки RL, равен

. Ток, протекающий через диод

I _MAX = V _SMAX / (R _F + R _L )

3. Выходной постоянный ток

Выходной постоянный ток равен

. Выходной постоянный ток полуволнового выпрямителя

Подстановка значения I _MAX для уравнения I _MAX = V _SMAX / (R _F + R _L ), имеем

I _dc = V _SMAX / = V _SMAX / R _L если R _L >> R _F

4. Выходное напряжение постоянного тока

Значение постоянного напряжения на нагрузке равно

.

В _{постоянного тока} = I _{постоянного тока} R _L = В _SMAX / pi (R _F + R _L) XR _L = V _SMAX / {1 + R _{F / R L} }

Если R _L >> R _F , V _dc = V _SMAX / pi

5. Среднеквадратичное значение тока

Действующее значение тока, протекающего через диод, равно

. Среднеквадратичное значение тока, протекающего через диод в полуволновом выпрямителе

6. Среднеквадратичное значение выходного напряжения

Действующее значение напряжения на нагрузке равно

.

V _Lrms = I _rms R _L = V _SMAX R _L /2 (R _F + R _L ) = V _SMAX /2 {1 + R _{F / R L} }

Если R _L >> R _F , V _Lrms = V _SMAX /2

7. Эффективность выпрямления

Эффективность выпрямления определяется как отношение выходной мощности к входной мощности переменного тока.

КПД, Ƞ = мощность постоянного тока, подаваемая на нагрузку / мощность переменного тока на входе от трансформатора = P _{постоянного тока} / P _{переменного тока}

Мощность постоянного тока, подаваемая на нагрузку, P _dc = I ² _dc R _L = (I _{max / pi} ) ² R _л

Входная мощность переменного тока на трансформатор, P _ac = мощность, рассеиваемая на диодном переходе + мощность, рассеиваемая в сопротивлении нагрузки R _L

= I ² _rms R _F + I ² _rms R _L = {I ² _MAX /4} R _F + R _L ]

Итак, эффективность выпрямления, Ƞ = P _dc / P _ac = {4/ ² } [ R _L / (R _F + R _L ) ] = 0.406/ {1+ R _{F / R L} }

Максимальный КПД, который может быть получен с помощью полуволнового выпрямителя, составляет 40,6%. Это получается, если пренебречь R _F .

8. Коэффициент пульсации

Фактически коэффициент пульсаций является мерой оставшихся переменных компонентов на выходе выпрямителя с фильтром. Это отношение действующего значения составляющих переменного тока напряжения (или тока), присутствующих на выходе выпрямителя, к составляющей постоянного тока в выходном напряжении (или токе).

Действующее значение тока нагрузки равно

.

I ² = I ² _dc + I ² ₁ + I ² ₂ + I ² _{4 9029 = I ² постоянного тока + I ² ac}

Где, I ₁ , I ₂ , I ₄ и т. Д. — среднеквадратичные значения основной, второй, четвертой и т. Д. Гармоник и I ² _ac — это сумма квадратов среднеквадратичных значений компонентов переменного тока.

Итак, коэффициент пульсации, γ = I _ac / I _dc = I ² — I ² _dc ) / I _dc = {(I _rms / I _dc ² ) -1} = K _f ² — 1)

Где K _f — форм-фактор входного напряжения. Для однополупериодного выпрямителя форм-фактор равен

.

K _f = I _rms / I _avg = (I _max / ₂ ) / (I _max / pi) = pi / 2 = 1.57

Итак, коэффициент пульсации, γ = (1,57 ² — 1) = 1,21

9. Постановление

Изменение выходного напряжения в зависимости от постоянного тока нагрузки называется регулированием. Регулирование в процентах составляет

.

% Регулировка = {(Vno-load — Vfull-load) / Vfull-load} * 100

В случае идеального источника питания выходное напряжение не должно зависеть от тока нагрузки, а регулировка в процентах должна быть равна нулю.

Применение однополупериодного выпрямителя

Для построения источников постоянного тока используется любой выпрямитель.Практическое применение любого выпрямителя (будь то полуволновой или двухполупериодный) должно использоваться в качестве компонента в источниках питания постоянного тока. Полупериодный выпрямитель ничем не отличается от двухполупериодного выпрямителя. Для создания эффективного и бесперебойного источника питания постоянного тока всегда предпочтительнее двухполупериодный выпрямитель. Однако для приложений, в которых постоянное напряжение постоянного тока не очень важно, вы можете использовать блоки питания с полуволновым выпрямителем.

полуволновой и полноволновой выпрямитель | Принцип работы | Принципиальная схема

Выпрямитель — это устройство для преобразования переменного тока в постоянный.За исключением батарей , которые являются небольшими источниками постоянного тока или аккумуляторных батарей, в которых накапливается электричество, большинство бытовых 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 изделий и небольших приложений достаточно однофазных выпрямителей, но для больших нагрузок на промышленном уровне, таких как гальваника, электролитическое рафинирование металла 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 также можно использовать двухполупериодные выпрямители и полуволновые 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 однополупериодного выпрямителя, в котором только половина каждого цикла достигает выхода.

Однополупериодный 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 рисунке Рисунок 1c , который представляет собой напряжение постоянного тока, видимое нагрузкой.

Характеристики однополупериодного выпрямителя очень плохие, 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 Рисунок 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 к положительному и отрицательному полюсам 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 ненулевым положительным значением. 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 выходного напряжения

Как также можно увидеть 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 во 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 = 108 В $

Практически, 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. Он использует четыре диода, как показано на Рисунок 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, какая сторона трансформатора находится под более высоким напряжением, 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 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), как может быть определено 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 с постоянным током, 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.

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 до высокого, тогда как понижающий трансформатор используется для понижения напряжения переменного тока с высокого до низкого, то есть, наоборот, от 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 во время 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

Принцип полуволнового выпрямителя

— Inst Tools

Полуволновой выпрямитель:

Работа полуволнового выпрямителя

На рисунке ниже показан процесс, называемый полуволновым выпрямлением. Диод подключен к источнику переменного тока и нагрузочному резистору RL, образуя полуволновой выпрямитель.Имейте в виду, что все символы заземления электрически представляют одну и ту же точку. Давайте посмотрим, что происходит в течение одного цикла входного напряжения, используя идеальную модель диода. Когда синусоидальное входное напряжение (Vin) становится положительным, диод смещен в прямом направлении и проводит ток через нагрузочный резистор, как показано в части (a). Ток создает выходное напряжение на нагрузке RL, которое имеет ту же форму, что и положительный полупериод входного напряжения.

(a) Во время положительного изменения входного напряжения переменного тока выходное напряжение выглядит как положительная половина входного напряжения.Путь тока через землю обратно к источнику.

(b) Во время отрицательного изменения входного напряжения ток равен 0, поэтому выходное напряжение также равно 0.

Когда входное напряжение становится отрицательным во второй половине своего цикла, диод имеет обратное смещение. Ток отсутствует, поэтому напряжение на нагрузочном резисторе равно 0 В, как показано на рисунке (b). В результате на нагрузке появляются только положительные полупериоды входного переменного напряжения.Поскольку выход не меняет полярность, это выход пульсирующего постоянного напряжения, как показано на рисунке выше.

Среднее значение выходного полуволнового напряжения

Среднее значение полуволнового выпрямленного выходного напряжения — это значение, которое вы бы измерили с помощью вольтметра постоянного тока. Математически это определяется путем нахождения площади под кривой в течение полного цикла, как показано на рисунке ниже, а затем деления на 2p, количество радианов в полном цикле. Результат этого выражен в приведенном ниже уравнении, где Vp — пиковое значение напряжения.Это уравнение показывает, что VAVG равен

.

Влияние барьерного потенциала на выход полуволнового выпрямителя

При использовании практической модели диода с учетом барьерного потенциала 0,7 В происходит следующее. Во время положительного полупериода входное напряжение должно преодолеть барьерный потенциал, прежде чем диод станет смещенным в прямом направлении. Это приводит к полуволновому выходу с пиковым значением, которое на 0,7 В меньше пикового значения входа.Выражение для пикового выходного напряжения

Пиковое обратное напряжение (PIV)

Пиковое обратное напряжение (PIV) равно пиковому значению входного напряжения, и диод должен выдерживать такое количество повторяющихся обратных напряжений. Для диода максимальное значение обратного напряжения, обозначенное как PIV, возникает на пике каждого отрицательного изменения входного напряжения, когда диод имеет обратное смещение. Диод должен быть по крайней мере на 20% выше, чем PIV.

Схема полупериодного выпрямителя

, работа, работа и характеристики — Analyze A Meter

Мы рассмотрели основы выпрямителя и его типов в нашей предыдущей статье. Теперь мы узнаем о каждом типе выпрямителя индивидуально. В этой статье мы расскажем обо всем, что касается полупериодного выпрямителя .

Как мы уже читали, есть в основном три типа выпрямителей: полуволновые, двухполупериодные и с отводом по центру. Эта классификация выполняется с учетом того, использует ли она полную форму волны переменного напряжения или половину.Помните об этом при чтении остальной части статьи.

Из этой статьи вы узнаете:

Что такое полуволновой выпрямитель?

Полупериодный выпрямитель Определение может быть дано как:

Полупериодный выпрямитель — это тип преобразователя переменного тока в постоянный, который выпрямляет только половину периода входного сигнала переменного тока, то есть либо положительный, либо отрицательный период.

Это не что иное, как диод с одинарным pn переходом, подключенный последовательно к нагрузочному резистору.Эти выпрямители используются в радиоприемниках AM для выпрямления сигнала.

Чтобы понять основную теорию однополупериодного выпрямителя, вы должны знать работу выпрямителя, схему и т. Д. Здесь мы вкратце обсудим один за другим.

Схема однополупериодного выпрямителя

Схема показана на рисунке ниже. В однополупериодном выпрямителе для выпрямления переменного напряжения используются трансформатор и единственный диод.

Для полуволнового выпрямления используется только один кристаллический диод.

Как показано на рисунке выше, мы подаем на вход переменный ток, который обычно выпрямляется через трансформатор. Трансформатор используется для повышения или понижения сетевого напряжения в соответствии с требованиями.

На анодной стороне диода подключен трансформатор , а на катодной стороне подключено сопротивление нагрузки.

Основное назначение трансформатора — изолировать схему выпрямителя от линий электропередачи для получения желаемого уровня постоянного напряжения и снижения риска поражения электрическим током.

Окончательный полученный сигнал напряжения постоянного тока показан на рисунке ниже.

Принцип работы

Принцип работы полуволнового выпрямителя довольно прост: преобразование переменного тока в постоянный.

Пониженное напряжение подается на диод и сопротивление нагрузки, а входное напряжение понижается с помощью трансформатора.

Диод будет смещен в прямом направлении в течение положительного полупериода входной волны, в то время как он будет смещен в обратном направлении в течение отрицательного полупериода входной волны.

Выходной сигнал через резистор нагрузки отключен, это означает, что диод пропускает ток только в течение половины периода входной волны. Во время положительного полупериода выход является положительным и значимым, в то время как во время отрицательного полупериода выход равен нулю и незначителен.

Полупериодный выпрямитель Работа

Как показано на рисунке выше, схема полуволнового выпрямителя состоит из полупроводникового диода с сопротивлением нагрузки RL.Диод соединен последовательно с вторичной обмоткой трансформатора и сопротивлением нагрузки, а сеть переменного тока соединена с первичной обмоткой трансформатора. В основном это работает в двух циклах; положительный и отрицательный цикл переменного напряжения.

Давайте посмотрим, как это работает в обоих циклах.

Положительный полупериод:

При включении источника переменного тока переменное напряжение V _в начинает появляться на клеммах AB вторичной обмотки трансформатора.

Во время положительного полупериода кварцевый диод смещен в прямом направлении, делая вывод A положительным по отношению к выводу B. Следовательно, он проводит ток, и ток течет через нагрузочный резистор.

Как показано на диаграмме формы сигнала, ток изменяется по величине и показывает выходной сигнал в течение положительного полупериода.

Отрицательный полупериод

Во время отрицательного полупериода кварцевый диод смещен в обратном направлении, делая вывод A отрицательным w.r.t клемма B. В этом случае диод не проводит ток и по цепи не течет ток.

Следовательно, в отрицательном полупериоде входного напряжения напряжение на нагрузочном резисторе отсутствует.

Характеристики и свойства

Для анализа полуволнового выпрямителя рассматриваются следующие параметры или свойства.

Коэффициент пульсаций полуволнового выпрямителя:

Коэффициент пульсаций определяется как отношение действующего значения составляющих переменного тока тока или напряжения, присутствующих на выходе выпрямителя, к составляющей постоянного тока в выходном напряжении.Проще говоря, это мера оставшихся переменных компонентов, присутствующих на выходе выпрямителя.

Расчет коэффициента пульсаций:

Эффективное значение коэффициента пульсаций можно рассчитать, как указано ниже. Эффективный ток нагрузки определяется как:

I ² = I ² _dc + I ² ₁ + I ² ₂ + I ² ₄

= I ² _dc + I ² _ac

Где I _1, I _2, I ₄ — среднеквадратичные значения второй, четвертой и т. Д. Гармоник.

Коэффициент пульсации (γ) определяется следующим образом;

γ = I _ac / I _dc

= (I ² — I ² _dc ) / I _dc

= {(I _rms c / I _dc ² ) -1}

= K _f ² — 1

, где K _f — форм-фактор входного напряжения. Для полуволнового выпрямителя форм-фактор рассчитывается как:

K _f = I _rms / I _avg

= (I _max /2) / (I _max / π)

= π / 2 = 1.57 (π = 3,14)

Как известно,

Коэффициент пульсации = K _f ² — 1

= (1,57 * 1,57) — 1

= 1,21

Пиковое обратное напряжение

Обратное пиковое напряжение Напряжение определяется как максимальное значение напряжения, выходящего из диода при обратном смещении в течение отрицательного полупериода. Используемый диод должен иметь более высокий номинал PIV , чем напряжение, которое на нем проходит.

Коэффициент использования трансформатора

Он определяется как отношение мощности, передаваемой к нагрузке, и номинальной мощности трансформатора в ВА. Полупериодный выпрямитель имеет TUF около 0,287.

Примечание: 1 / TUF означает, что трансформатор должен быть в 1,23 раза выше, чем когда он используется для подачи питания от чистого переменного напряжения.

Регулирование

Регулирование определяется как отношение процентной доли разницы между напряжением холостого хода и напряжением полной нагрузки к напряжению полной нагрузки.Он задается как:

% Регулировка = {(V _{без нагрузки} — V _{при полной нагрузке} ) / V _{при полной нагрузке} } * 100

Примечание: для идеального источника питания, выходное напряжение не должно зависеть от тока нагрузки, а процент регулирования равен нулю.

КПД

Определяется как отношение выходной мощности постоянного тока к входной мощности переменного тока. Математически это определяется как:

η = выходная мощность постоянного тока / входная мощность переменного тока

, где η = КПД выпрямителя.

КПД полуволнового выпрямителя составляет 40,6% только из-за того, что он выпрямляет или преобразует только один цикл входной формы волны.

Вы также можете посмотреть видео на сайте All About Circuits

Преимущества полуволнового выпрямителя:

• Он дешев, потому что требует меньшего количества компонентов.
• Конструкция проста и удобна.

Примечание: из-за высокого коэффициента пульсаций однополупериодный выпрямитель на практике используется редко, поскольку высокий коэффициент пульсаций приводит к шумам во входном аудиосигнале.

Недостатки однополупериодного выпрямителя:

• Выход низкий, потому что источник переменного тока выдает мощность только в половине случаев.
• Выходной сигнал содержит больше переменных компонентов, поэтому для сглаживания выходного сигнала требуется усиленная схема фильтра.
• Имеет низкий коэффициент использования трансформатора.
• Гистерезисные потери и гармоники возникают из-за насыщения сердечника трансформатора постоянным током.

Надеюсь, вам всем понравится эта статья.Для любых предложений, пожалуйста, оставьте комментарий ниже. Мы всегда ценим ваши предложения.

Половина | Принцип работы полноволнового выпрямителя

Привет, друзья, в этой статье я собираюсь описать принцип работы полуволнового выпрямителя и принцип работы полнополупериодного выпрямителя , если вам интересно, продолжайте читать.

Электроэнергия доступна в домах и на производстве в виде переменного напряжения. Но для работы большинства устройств в электронном оборудовании требуется постоянное напряжение.Поэтому почти все электронное оборудование состоит из схемы, преобразующей переменное напряжение сети в постоянное. Эта часть оборудования называется источником питания.

Процесс получения однонаправленных токов и напряжений из переменных токов и напряжений известен как выпрямление. Эта функция выполняется схемой, называемой схемой выпрямителя . Свойство диода однонаправленной проводимости находит широкое применение в выпрямительных схемах.

В этой схеме выпрямление достигается за счет использования одного диода D, как показано на рис.
Трансформатор используется для изменения уровня напряжения в сети. Он также обеспечивает изоляцию от линии питания и снижает риск поражения электрическим током.

Когда цепь подключена к электросети, на вторичной обмотке трансформатора индуцируется переменное напряжение. Он имеет чередующиеся положительные и отрицательные полупериоды.

Во время положительного полупериода напряжения A положительно по отношению к B

• диод включен (из-за прямого смещения)
• текущий i потоков.

Во время отрицательного полупериода напряжения A отрицательно по отношению к B

• диод D выключен (из-за обратного смещения)
• нет тока через резистор нагрузки R _L .

Таким образом, переменный синусоидальный сигнал, подаваемый на первичную обмотку трансформатора, выпрямляется в однонаправленный сигнал. Очевидно, что отрицательный полупериод на входе подавляется, то есть он не используется для подачи мощности на нагрузку.

Как видно, на выходе не постоянный постоянный ток, а только пульсирующая волна постоянного тока с частотой пульсаций, равной частоте входного напряжения.

Эту волну можно наблюдать с помощью осциллографа, подключенного к R _L . При измерении вольтметром постоянного тока он покажет некоторое среднее положительное значение напряжения (примерно , половина входного напряжения ). Поскольку используется только один полупериод входной волны, он называется полуволновым выпрямителем .

Четыре диода используются в схеме полного мостового выпрямителя , как показано на рис. Для получения выходного сигнала. Входной сигнал применяется к двум противоположным углам, а выходной — к двум оставшимся углам этой схемы.



Во время положительного полупериода входа клемма A вторичной обмотки является положительной, а C — отрицательной, как показано на рисунке. Чтобы сделать концепцию понятной, на рисунке

опущены диоды с обратным смещением (OFF).

• диоды D ₂ и D ₄ становятся смещенными в прямом направлении (ВКЛ)
• , тогда как D ₁ и D ₃ имеют обратное смещение (ВЫКЛ)
Ток
• течет по ABEDC, образуя падение на R _L .

Во время полупериода отрицательного входа вторичная клемма C становится положительной, а отрицательная.

• диоды D ₂ и D ₄ имеют обратное смещение (ВЫКЛ)
• D ₁ и D ₃ с прямым смещением (ВКЛ)
Ток в цепи
• протекает по CBEDA.

Следовательно, ток продолжает течь через сопротивление нагрузки R _L в том же направлении BE в течение обоих полупериодов входного переменного тока. Точка B полного мостового выпрямителя действует как анод, а точка D как катод . Выходное напряжение на R _L равно входному напряжению.Его частота вдвое больше, чем частота питания.



Пульсирующие выходы, полученные от схем полуволнового и двухполупериодного выпрямителей, не подходят для работы электронных устройств. Чтобы получить стабильное постоянное напряжение, мы должны отфильтровать или сгладить изменение переменного тока выпрямленного напряжения.

Обычно для этой цели к выходу выпрямителя подключают конденсатор C. Этот конденсатор улучшает волновые формы выпрямителя.

Когда выходное напряжение выпрямителя увеличивается, конденсатор заряжается до пикового напряжения V _m , а когда выходное напряжение выпрямителя уменьшается, конденсатор начинает разряжаться через нагрузку.Этот процесс продолжается. Таким образом, он сглаживает пульсации выпрямителя.

Коэффициент пульсации и эффективность выпрямления выпрямителя

Насколько эффективно выпрямитель преобразует мощность переменного тока в мощность постоянного тока, описывается коэффициентом пульсаций и эффективностью выпрямления.

Коэффициент пульсаций (r) — это мера чистоты выхода постоянного тока выпрямителя.

r = среднеквадратичное значение составляющей волны / среднее значение или значение постоянного тока

Это 1.21 для однополупериодного выпрямителя и 0,482 для полного мостового выпрямителя.