Выпрямители

Назад

Содержание

Вперед

 

4.3. Выпрямители

 

Из курса физики Вам известно, что выпрямитель представляет собой прибор, преобразующий переменный по величине и направлению ток в ток одного направления. Выпрямители относятся к вторичным источникам электропитания.

Простейший выпрямитель переменного тока состоит из трансформатора и полупроводникового диода (рис. 4.11 а). Для простоты будем считать трансформатор и диод идеальными, то есть у трансформатора активное сопротивление обмоток равно нулю, прямое сопротивление диода также равно нулю, а обратное сопротивление диода равно бесконечности (обратным током можно пренебречь).

На вход выпрямителя со вторичной обмотки трансформатора подается синусоидальное напряжение (рис.

4.11 б). В первый полупериод, когда на верхней (по схеме) точке обмотки положительный потенциал относительно нижней точки, диод открыт и через нагрузочный резистор протекает ток. Во второй полупериод (полярность напряжения указана в скобках) диод закрыт и ток в резисторе отсутствует. Таким образом, выходное напряжение (оно снимается с нагрузочного резистора) имеет форму половинок синусоиды (рис. 4.11в). Оно называется пульсирующим.

Рассмотренный выпрямитель называется однополупериодным, поскольку в нем используются только половины каждого из периодов сетевого напряжения. Схема однополупериодного выпрямителя в практике применяется очень редко, поскольку получается большой коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения (по сравнению с двухполупериодным выпрямителем при одинаковых сопротивлениях нагрузки).

В практике применяются двухполупериодные выпрямители. Они бывают мостовыми и с выводом от средней точки вторичной обмотки трансформатора. В двухполупериодных выпрямителях используются оба полупериода напряжения сети, поэтому они являются более эффективными, чем однополупериодные.

Рассмотрим работу двухполупериодного выпрямителя с двумя диодами и выводом от средней точки вторичной обмотки трансформатора (рис.

4.12а). Его можно рассматривать как совокупность двух однополупериодных выпрямителей, к которым подсоединен один и тот же резистор нагрузки.

Пусть в первый полупериод на верхней (по схеме) точке обмотки трансформатора оказался положительный потенциал относительно нижней точки и, соответственно, относительно средней точки. Тогда ток будет протекать от верхней точки обмотки через диод VD1 к выводу “+”, через резистор нагрузки к выводу “-” и средней точке обмотки. Во второй полупериод на нижней (по схеме) точке обмотки окажется положительный потенциал относительно средней и верхней точки. Ток в этом случае будет протекать от нижней точки обмотки через диод VD2 к выводу “+”, через резистор нагрузки к выводу “-” и средней точке вторичной обмотки трансформатора.

Таким образом, ток через резистор все время протекает в одном направлении и на выходе получается форма напряжения, изображенная на рисунке 4.12 в.

Недостатком рассмотренного выпрямителя является то, что в каждый из полупериодов напряжение снимается только с половины вторичной обмотки трансформатора. Более экономичным является двухполупериодный выпрямитель, собранный на четырех диодах (рис.

4.13 а). Эта схема называется мостовой, поскольку в ней применен диодный мост. К одной из диагоналей моста присоединяют вторичную обмотку трансформатора, а к другой — нагрузочный резистор. Иногда на схемах диодный мост изображают с помощью одного диода (рис. 4.13 б).

В положительный полупериод сетевого напряжения (сверху по схеме на обмотке “+”, снизу “-”) ток протекает от верхней точки обмотки через диод VD2 к клемме “+”, через резистор нагрузки к клемме “-”, через  диод VD4  к

нижней точке обмотки. В отрицательный полупериод сетевого напряжения (полярность показана в скобках) ток протекает от нижней точки обмотки через диод VD3 к клемме “+”, через резистор нагрузки к клемме “-”, через диод VD1 к верхней точке обмотки. Таким образом, каждая пара диодов работает поочередно и оба полупериода ток через резистор нагрузки имеет одно и то же направление.

Для питания операционных усилителей необходимо иметь два источника питания разной полярности, имеющих общую точку. На рисунке 4.13в показана схема выпрямителя, обеспечивающего двухполупериодное выпрямление каждого из напряжений на резисторах R_Н1, R_Н2

 Выпрямленное напряжение, получаемое на выходе всех рассмотренных типов выпрямителей, является пульсирующим; в нем можно выделить постоянную и переменную составляющие.

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения — это среднее значение напряжения за период. Коэффициент пульсаций — это отношение амплитуды первой гармоники выпрямленного напряжения к постоянной составляющей выпрямленного напряжения. Для нормальной работы большинства электронных устройств необходимо, чтобы пульсации напряжения были как можно меньше. Поэтому на выходе выпрямителей достаточно часто устанавливают сглаживающие фильтры, уменьшающие пульсации выпрямленного напряжения.

Основными элементами фильтров служат конденсаторы, катушки индуктивности и транзисторы, сопротивления которых различны для постоянного и переменного токов. В зависимости от используемых элементов различают емкостные, индуктивные и электронные фильтры.

Простейшим емкостным фильтром служит конденсатор, включаемый параллельно резистору нагрузки. Рассмотрим, как изменится выходное напряжение при использовании такого фильтра в однополупериодном выпрямителе (рис. 4.14а). В интервал времени Dt положительного полупериода сетевого напряжения конденсатор через открытый диод заряжается в полярности, указанной на схеме. Когда напряжение на вторичной обмотке трансформатора становится меньше напряжения, до которого зарядился конденсатор, он начинает разряжаться через нагрузочный резистор.

Причем направление разрядного тока совпадает с направлением тока, протекающего в резисторе через открытый диод. В следующий положительный полупериод конденсатор через открытый диод снова заряжается и процессы разрядки повторяются. Тем самым заполняются паузы в токе, протекающем через резистор, и пульсации выпрямленного напряжения сглаживаются (рис. 4.14 в).

В выпрямителях применяются емкостно — индуктивные, емкостно — резистивные и электронные фильтры. Простейшие варианты схем таких фильтров приведены на рисунках

4.15 а, б, в соответственно. Емкостно-резистивные фильтры в настоящее время применяются очень редко и при очень небольших токах нагрузки. Для фильтрации выпрямленного напряжения достаточно часто используются электронные фильтры. В качестве примера на рисунке 4.16 приведена схема электронного фильтра, примененного в экономичном импульсном стабилизаторе напряжения [42]. Ток базы транзистора VT2 протекает по цепи: плюс источника, резистор R2, переход баз-эмиттер транзистора, резистор нагрузки, минус источника. Ток базы транзистора VT1 протекает по цепи: плюс источника питания, переход эмиттер-база  транзистора VT1, выводы коллектор-эмиттер транзистора VT2, резистор нагрузки, минус источника питания. Напряжение на конденсаторе С₂ изменяется в основном за счет изменения силы тока базы транзистора VT2, а ток базы этого транзистора существенно меньше тока нагрузки (транзисторы должны иметь большой коэффициент усиления по  току).

Для получения высоких напряжений обычно используют схемы умножения напряжения. На рисунке 4.17а приведена схема умножителя напряжения. Умножители напряжения позволяют получить большое значение выпрямленного напряжения при не очень больших обратных напряжениях, приложенных к диодам. Выпрямители по схеме умножения напряжения используют для питания электронно-лучевых трубок осциллографов и телевизоров.

Если в распоряжении пользователя нет полупроводниковых диодов с необходимым обратным напряжением, то диоды можно включать последовательно для повышения допустимого обратного напряжения. Чтобы диоды не вышли из строя из-за разброса их обратных сопротивлений параллельно каждому диоду подключают резисторы сопротивлением 30-100 кОм (рис. 4.17 б). Сопротивление резисторов должно быть одинаковым и меньше наименьшего из обратных сопротивлений диодов. Тогда к каждому из диодов будут приложены примерно одинаковые обратные напряжения.

Если нужно получить прямой ток, больший предельного тока одного диода, используют параллельное соединение диодов (рис. 4.17в). Чтобы диоды не вышли из строя из-за разброса прямых токов (даже у однотипных диодов разброс может составлять десятки процентов) последовательно с диодами включают уравнительные резисторы сопротивлением десятые доли ома или единицы ом. Сопротивления резисторов подбирают экспериментально, чтобы токи через диоды были одинаковыми.

 

Назад

Содержание

Вперед

 

Постоянная составляющая — выпрямленный ток

Cтраница 3

Схемы сглаживающих филы-ров.  [31]

Основным требованием, предъявляемым к сглаживающему фильтру, является максимально возможное уменьшение переменных составляющих выпрямленного тока и напряжения в сопротивлении нагрузки. Вместе с тем при построении схем сглаживающих фильтров следует стремиться к тому, чтобы постоянная составляющая выпрямленного тока полностью прошла через сопротивление нагрузки, а потери постоянной составляющей выпрямленного напряжения в элементах фильтра были минимальными.  [32]

Необходимо отметить, что при значительном увеличении рабочего напряжения по сравнению с напряжением срабатывания реле начинает зуммировать. Объясняется это тем, что при больших напряжениях сильно возрастает обратный ток выпрямителя и уменьшается постоянная составляющая выпрямленного тока.  [33]

Значения коэффициента пульсаций nt — фазнога выпрямителя.  [34]

Каждый дроссель обладает по переменной составляющей выпрямленного напряжения большим индуктивным сопротивлением XL InftnL, поэтому он почти не пропускает в цепь нагрузки переменную составляющую выпрямленного тока. В то же время по постоянной составляющей выпрямленного тока дроссели обладают небольшим сопротивлением, следовательно, постоянная составляющая выпрямленного тока вызывает сравнительно небольшое падение напряжения на индуктивных элементах фильтра.  [35]

Вместе с тем мгновенное значение выпрямленного тока и не дает оценки той главной величины, которая нужна для практики. В стационарных режимах постоянного угла открывания такой главной величиной, характеризующей номинальный режим выпрямителя, является постоянная составляющая выпрямленного тока. Именно постоянная составляющая определяет полезный эффект выпрямителя. Наложенные же на нее пульсации носят вредный характер, так как они только увеличивают потери энергии.  [36]

Расчетные величины мощности трансформатора полностью не определяются величиной Р0 и в большой мере зависят от схемы выпрямления. Такая зависимость величин Рт от Рд и схемы выпрямления обусловлена тем, что в ряде схем по вторичной обмотке протекают постоянная составляющая выпрямленного тока и все гармоники тока переменных составляющих.  [37]

Преобразователь работает на принципе трехфазных счетчиков энергии. Перемещение выреза изменяет связь между обмотками 4 и таким образом управляет амплитудой высокочастотного генератора; эта амплитуда в свою очередь управляет током двухполупериодного выпрямителя. Постоянная составляющая выпрямленного тока через фильтр 9 проходит в линию.  [38]

В радиоприемных устройствах между нагрузкой детектора и входом усилителя низкой частоты включается разделительный конденсатор Ср ( рис. 11.19), который не пропускает на вход усилителя постоянную составляющую выпрямленного детектором напряжения сигнала. При этом сопротивления нагрузки детектора постоянному току и току звуковой частоты оказываются различными. Действительно, постоянная составляющая выпрямленного тока протекает только через сопротивление R, в то время как для тока звуковой частоты нагрузкой является параллельная цепь из R и Rsx транзистора. Указанное обстоятельство, как будет показано далее, может стать причиной появления нелинейных искажений сигнала, если соотношение сопротивлений R и Явх выбрано неправильно.  [39]

Если принять ток холостого хода трансформатора равным нулю, то сумма ампер-витков в сердечнике по замкнутому пути должна быть равна нулю. Из этого предположения обычно исходят, определяя ток первичной обмотки трансформатора. В таких схемах выпрямления по вторичной обмотке трансформатора не протекает постоянная составляющая выпрямленного тока. Обычно это имеет место в двух-полупериодных схемах выпрямления с активной нагрузкой. Этот ток создает постоянную составляющую магнитного потока Ф0, не компенсируемую током первичной обмотки, так как последний не содержит постоянной составляющей тока. Схема образования постоянного магнитного потока в трехфазном одно-полупериодном выпрямителе показана на рис. 2 — 8, а. Здесь каждый стержень магнитопровода находится под воздействием намагничивающей силы AW0 I0wjm, направленной в одну сторону.  [40]

Принцип сглаживания пульсаций с помощью индуктивности заключается в том, что дроссель оказывает большое сопротивление переменной составляющей выпрямленного тока, вследствие чего переменная составляющая выпрямленного напряжения выделяется на индуктивном сопротивлении дросселя, а на нагрузочном резисторе Rd ее величина становится незначительной. При холостом ходе этот фильтр не оказывает сглаживающего действия. Особенностью работы дросселя фильтра является то, что по его обмотке протекает постоянная составляющая выпрямленного тока, изменяющаяся в очень широких пределах, с увеличением которой происходит насыщение магнитопровода дросселя. Чтобы избежать насыщения магнитопровода, в его магнитную цепь вводится воздушный зазор, имеющий оптимальную величину, при которой индуктивность дросселя фильтра получается максимальной как при максимальном, так и при минимальном выпрямленном токе.  [41]

На низкой частоте импульс обратного тока весьма мал и его длительность во много раз меньше полупериода. А на некоторой высокой частоте импульс обратного тока может иметь примерно такую же амплитуду, как импульс прямого тока, и длится он в течение всего полупериода. Практически диоды рекомендуется применять для выпрямления только до такой предельной высокой частоты, при которой постоянная составляющая выпрямленного тока снижается не более чем на 30 % по сравнению с ее значением на низкой частоте.  [42]

Таким образом, по мере повышения частоты положительный импульс тока становится более узким и высоким, а отрицательный импульс тока более широким и высоким. Постоянная составляющая выпрямленного тока пропорциональна количеству электричества, прошедшего через диод за период переменного напряжения. Количество электричества пропорционально площади, ограничиваемой импульсом тока; положительный импульс характеризует количество электричества, проходящего в прямом направлении, а отрицательный — в обратном. Постоянная составляющая выпрямленного тока равна разности площадей, ограничиваемых положительным и отрицательным импульсами. По мере роста частоты площадь положительного импульса уменьшается, а отрицательного увеличивается, следовательно, постоянная составляющая выпрямленного тока уменьшается.  [43]

В общем случае действие любого выпрямительного устройства, имеющего вентиль и сглаживающий фильтр, сводится к следующему. Ток, пройдя через вентиль, приобретает непосредственно за ним импульсный характер, причем частота повторения импульсов определяется частотой входного тока, а форма импульса и его длительность — режимом работы вентиля. Выпрямленный ток одного направления, меняющийся по величине, подобно всякому периодически повторяющемуся импульсу тока, может быть рассмотрен как суммарный ток, состоящий из постоянной составляющей / и составляющих гармоник переменного тока. Задачей сглаживающего фильтра является фильтрация отдельных гармоник переменного тока с тем, чтобы в предельном случае через сопротивление нагрузки протекала только постоянная составляющая выпрямленного тока.  [44]

Таким образом, по мере повышения частоты положительный импульс тока становится более узким и высоким, а отрицательный импульс тока более широким и высоким. Постоянная составляющая выпрямленного тока пропорциональна количеству электричества, прошедшего через диод за период переменного напряжения. Количество электричества пропорционально площади, ограничиваемой импульсом тока; положительный импульс характеризует количество электричества, проходящего в прямом направлении, а отрицательный — в обратном. Постоянная составляющая выпрямленного тока равна разности площадей, ограничиваемых положительным и отрицательным импульсами. По мере роста частоты площадь положительного импульса уменьшается, а отрицательного увеличивается, следовательно, постоянная составляющая выпрямленного тока уменьшается.  [45]

Страницы:      1    2    3

какова постоянная составляющая на выходе схемы диодного однополупериодного выпрямителя, будет ли это среднее значение или среднеквадратичное значение формы выходного сигнала?

спросил 5 лет, 11 месяцев назад

Изменено 5 лет, 11 месяцев назад

Просмотрено 9к раз

\$\начало группы\$

В книге указано среднее значение, но поскольку это составляющая постоянного тока, я думаю, что это должно быть среднеквадратичное значение? На вход подается синусоида амплитудой 10В.

• схема-анализ
• диоды
• аналог

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Для синусоидального входа: —

Идеальный однополупериодный выпрямитель обеспечивает только половину мощности нагрузки (по сравнению с прямым подключением нагрузки), поэтому возведите среднеквадратичное значение синусоидального сигнала в квадрат, разделите его на 2 и затем возьмите квадрат корень. Среднеквадратичное значение (половина волны) = \$\dfrac{V_{PEAK}}{2}\$.

Среднее значение необходимо интегрировать следующим образом: —

Как видите, среднеквадратичное значение и среднее значение для синусоиды математически не совпадают.

Для других входных сигналов может быть равенство между среднеквадратичным значением и средним или большим неравенством.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Форма выходного сигнала \$v_0\$ однополупериодного выпрямителя состоит из положительных импульсов входного сигнала, немного меньше падения диода.

Постоянная составляющая этого числа определена как среднее значение . Это значение DC, которое появится через некоторое время на выходе фильтра нижних частот, подключенного к \$v_0\$.

Среднеквадратичное значение \$v_0\$ равно , определяемому как значение постоянного тока, которое дает эквивалентный нагрев нагрузочного резистора.

Разница невелика, но значительна для таких умеренно волнистых волн. Нет никакой разницы, если \$v_0\$ — DC. Разница увеличивается по мере того, как форма волны становится более остроконечной.

Один из способов увидеть, что происходит, который, как я понимаю, не каждый поймет, заключается в том, что среднеквадратичное значение сигнала измеряет общую мощность, доступную во всех его компонентах, переменном и постоянном токе. Среднее значение измеряет мощность только составляющей постоянного тока. Таким образом, разница между значением постоянного тока и среднеквадратичным значением будет мерой мощности, доступной в компонентах без постоянного тока, то есть мощности переменного тока сигнала. Это означает, что мы всегда можем сказать, что \$ RMS \ge mediumDC\$.

Если бы вы подключили конденсатор к выходному резистору, он удержал бы пиковое напряжение \$v_0\$, которое больше, чем среднеквадратичное значение входного напряжения \$v_I\$, факт, который часто сбивает с толку непосвященных. .

\$\конечная группа\$

0

Зарегистрируйтесь или войдите

Зарегистрироваться через Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания и подтверждаете, что прочитали и поняли нашу политику конфиденциальности и кодекс поведения.

Анализ

— Найдите составляющую постоянного тока двухполупериодного выпрямителя (источник питания постоянного тока)

спросил 10 лет, 5 месяцев назад

Изменено 6 лет, 2 месяца назад

Просмотрено 7к раз

\$\начало группы\$

Меня спросили: Найдите постоянную составляющую

—|Full Wave rect| — Vr(t) —|Фильтр| — Vo(t)

$$ V_r(t), V_{dc} = ?$$

Где $$ V_r(t) = |V_m sin(\omega_o t)|$$

Я знаю, что Постоянная составляющая #$V_r(t)#$ — это среднее значение волны, которое, как я считаю, является интегралом, но я точно не знаю, и мне трудно найти прямой ответ на вопрос. 9T = \frac{V_m}{T\omega_0}\cdot\Bigg(1-cos(\omega_0T)\Bigg) = \frac{V_m\omega_0}{\pi\omega_0}\cdot\Bigg(1-cos( \omega_0\cdot\frac{\pi}{\omega_0})\Bigg) = 2\cdot\frac{V_m}{\pi} $$

Вот и все.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Извините, что поднимаю такой старый пост, но я считаю полезным предложить другой подход к решению этой проблемы.

Выход схемы двухполупериодного выпрямителя представляет собой абсолютное значение синусоиды. Другими словами, это новый периодический сигнал. 9\Пи \\ &= \frac{1}{\pi} (V_m + V_m) \\ &= \frac{2}{\pi}V_m \end{выравнивание} $$

\$\конечная группа\$

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания и подтверждаете, что прочитали и поняли нашу политику конфиденциальности и кодекс поведения.