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!

Все своими руками Как работает однополупериодный выпрямитель

Опубликовал admin | Дата 6 июня, 2012

     После трансформатора в сетевом источнике питания, обычно, следует выпрямитель. Выпрямитель служит для преобразования переменного напряжения на вторичной обмотке силового трансформатора в постоянное напряжение.

     Выпрямители делаются на диодах, используется свойство диода пропускать ток только в одном направлении. Существует несколько видов выпрямителей — однополупериодные, двухполупериодные с выводом средней точки, мостовые, с удвоением напряжения. Поскольку выпрямитель построен на диодах, которые пропускают ток только в одном направлении, то на его выходе получается не постоянное, а пульсирующее напряжение, т.е. напряжение постоянное по знаку, но переменное по величине, чтобы сделать его постоянным на выходе выпрямителя включают электролитический конденсатор. Он сглаживает пульсации и на нем получается уже постоянное напряжение, а не пульсирующее. В общем случае, для получения постоянного напряжения с относительно небольшими пульсациями, на один ампер потребляемого нагрузкой тока, применяют конденсатор емкостью в 4000мкф. Схема однополупериодного выпрямителя показана на рисунке 1.

     Положительные полуволны проходят через диод на конденсатор, а отрицательные не проходят, таким образом, положительные полуволны поддерживают конденсатор заряженным, а напряжение с конденсатора поступает в нагрузку. Недостаток — требуется конденсатор большей емкости. Такие выпрямители применяются, когда не требуется низкий уровень пульсаций. Обычно для питания устройств потребляющих небольшой ток или сильноточных схем, в которых уровень пульсаций большого значения не имеет. В заключении необходимо отметить, что эта схема выпрямителя имеет еще один серьезный недостаток – это присутствие постоянной составляющей тока во вторичной обмотке трансформатора, что ведет к подмагничиванию его сердечника. Следовательно, возрастает реактивная мощность, потребляемая трансформатором из первичной сети, увеличивается его рабочая температура и уменьшается его коэффициент мощности. По этим причинам трансформаторы в простых схемах зарядных устройств для автомобильных аккумуляторов, где используется однополупериодное выпрямление (обычно используется один тиристор для выпрямления и управления током заряда)сильно греются.

Просмотров:7 502

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.

 

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

однополупериодный выпрямитель — это… Что такое однополупериодный выпрямитель?

однополупериодный выпрямитель

half-wave rectifier

Большой англо-русский и русско-английский словарь. 2001.

• однополупериодный вибропреобразователь
• однополчанин

Смотреть что такое «однополупериодный выпрямитель» в других словарях:

• однополупериодный выпрямитель — — [В.А.Семенов. Англо русский словарь по релейной защите] Тематики релейная защита EN half wave rectifier …   Справочник технического переводчика

• однополупериодный выпрямитель — vienpusis lygintuvas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. half wave rectifier vok. Einweggleichrichter, m; Halbweggleichrichter, m rus. однополупериодный выпрямитель, m pranc. redresseur à une alternance, m; redresseur demi onde, m;… …   Automatikos terminų žodynas

• однополупериодный выпрямитель с удвоением напряжения — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999] Тематики электротехника, основные понятия EN half wave doubler …   Справочник технического переводчика

• однополупериодный выпрямитель с удвоением напряжения — vienpusės išlygintos įtampos dvigubintuvas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. half wave voltage doubler vok. Halbweggleichrichter, m rus. однополупериодный выпрямитель с удвоением напряжения, m pranc. redresseur doubleur de… …   Radioelektronikos terminų žodynas

• трёхфазный однополупериодный выпрямитель — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN three phase half wave rectifier …   Справочник технического переводчика

• Выпрямитель — У этого термина существуют и другие значения, см. Выпрямитель (значения) …   Википедия

• однополупериодный однофазный выпрямитель — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999] Тематики электротехника, основные понятия EN half wave single phase rectifier …   Справочник технического переводчика

• Диодный выпрямитель — Выпрямитель электрического тока механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток.[1] [2] Большинство… …   Википедия

• Вторичный источник электропитания — Пром …   Википедия

• Блок питания — Промышленные БП Siemens SITOP Power 24 В постоянного тока в качестве вторичного источника электропитания средств автоматизации технологических процессов. Блок питания (БП) устройство, предназначенное для формирования напряжения, необходимого… …   Википедия

• Электропитание — Блок питания (БП) устройство, предназначенное для формирования напряжения, необходимого системе, из напряжения электрической сети. Чаще всего блоки питания преобразуют переменный ток сети 220 В частотой 50 Гц (для России, в других странах… …   Википедия

Управляемый выпрямитель. Однополупериодный и двухполупериодный тиристорный управляемый выпрямитель

13.8. УПРАВЛЯЕМЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Как было показано в § 13.1, функции согласования уровня и частоты, а также стабилизации среднего за период значения выходного напряжения могут быть выполнены в одном устройстве. Примером такого устройства являются управляемые (регулируемые) выпрямители с применением тиристоров, транзисторов или других управляющих приборов.

Однополупериодный тиристорный управляемый выпрямитель. Сущность работы тиристорного управляемого выпрямителя рассмотрим на примере простейшей однополупериодной схемы (рис. 13.24, а). Схема управления тиристором VD формирует на его управляющем выводе импульс напряжения, сдвинутый относительно момента Uвх=0 на некоторый угол а, называемый углом включения. Этот импульс при условии Uвх больше 0 включает тиристор.

При активной нагрузке Rn тиристор VD автоматически выключается в тот момент времени, когда его напряжение приближается к нулю. Таким образом, при наличии сигнала управления длительность включенного состояния тиристора определяется выражением

(13.42)

где Т- период колебания входного напряжения Uвх.

С учетом сказанного, для среднего значения напряжения на нагрузке можно записать

(13.43)

Например, при a=0 время tи1=Т/2 и тиристор VD полностью открыт в течение положительных полуволн питающего напряжения.

Рис. 13.24. Схема управляемого однофазного однополупериодного выпрямителя на тиристоре (а) и временные диаграммы поясняющие ее работу при различных значениях угла включения a (б, в, г)

Рис. 13.25. Схема управления тирнстором (a) и временные диаграммы, поясняющие ее работу (б)

При а=л/4 tи2=(Т/2)(3/4)=3T/8, что соответствует уменьшению времени tи1 включения тиристора на 1/4, т. е. на 25% и т.д.

Работа управляемого выпрямителя поясняется временными диаграммами, приведенными на рис. 13.24,б-г. При наименьшем угле включения тиристора а=0 (рис. 13.24,б) среднее напряжение на нагрузке Uн,ср имеет максимальное для однополупериодной схемы значение, равное Uн,сро=Um/л. При а=л/2 (рис. 13.24, г) напряжение (Uн,ср)л/2=0,5(Uн,ср)о=Um/2л, Если в режиме минимальной нагрузки обеспечить, например, угол а=л (рис, 13.24, г), а затем по мере повышения нагрузки уменьшить угол а (рис. 13.24,в), то за счет увеличения tи можно компенсировать падение напряжения на выходном сопротивлении выпрямителя и получить неизменное значение Uн,ср. Такой принцип управления тиристорным выпрямителем называют фазоимпульсным (вертикальным) и широко используют в тиристорных преобразователях различного назначения.

Схемы управления тиристором должны формировать управляющие импульсы в заданные моменты времени, соответствующие требуемым значениям угла а. При этом для надежной работы тиристора необходимы кратковременные импульсы с большой крутизной фронта. Наиболее просто эта задача решается, например, с использованием пик-генераторов на динисторе.

Простейшая схема пик-генераторного управления тиристором приведена на рис. 13.25, а. Она состоит из динисторного автогенератора релаксационных колебаний (параллельно включенные конденсатор Су и динистор VD2), служащего одновременно и формирователем кратковременных импульсов управления тиристором VD1.

В момент положительных полуволн питающего напряжения Uвх под действием тока управления iyпp начинается заряд конденсатора Су. Этот процесс продолжается до тех пор, пока напряжение Uс на конденсаторе не достигнет значения Uvd2,вкл, достаточного для переключения динистора VD2. С этого момента t=t1 (рис. 13.25,б) динистор .переходит в проводящее состояние, характеризующееся чрезвычайно низким выходным сопротивлением. В результате этого конденсатор Су разряжается через динистор VD2 на резистор Rу и управляющий переход тиристора VD1 (рис. 13.25,6). Окончание времени разряда обусловливается снижением тока динистора до величины Iвыкл. В этот момент происходит обратное переключение диистора в состояние отсечки. Конденса тор Су вновь получает возможность заряжаться током iyпp.

При изменении тока iупр (рис. 13.25,б) изменяется время заряда конденсатора Су до напряжения Uvd2,вкл и потому наблюдается сдвиг импульсов управления по времени (рис, 13.25 б). Это позволяет менять угол включения а тиристора, обеспечивая фазоимпульсный способ управления выходным напряжением.

Рассмотренный принцип управления тнристором можно использовать как для однофазных, так и многофазных выпрямительных устройств.

Рис. 13.26. Схема однофазного управляемого двухполупериодного выпрямителя на тиристорах с CLC-фильтром (а) и временные диаграммы, поясняющие ее работу (б)

Двухполупериодный тиристорный управляемый выпрямитель. Схема двухполупериодного тиристорного выпрямителя, построенная на основе двухполупериодной схемы выпрямителя со средней точкой, приведена на рис. 13.26, а. Суть регулирования в данной схеме заключается в следующем. Если на управляющие входы тиристоров постоянно подано отпирающее напряжение, то поведение схемы ничем не отличается от работы обычного двухполупериодного выпрямителя со средней точкой и среднее выходное напряжение будет определяться полученным ранее выражением (13.12): Uo=Um/л.

Если же в каждый из полупериодов управляющее напряжение будет подаваться на соответствующие тиристоры с задержкой на угол а, ко входу фильтра будет прикладываться только часть входного напряжения (рис. 13.26,6). Определим для данного случая зависимость Uи,сp=F(a):

(13.44)

Очевидно, что при изменении а от 0 до л среднее значение выходного напряжения такого выпрямителя будет соответственно изменяться от Uср,макс=2Um/л до Uср,мин=0.

В выпрямителях с трансформаторами на входе регулирование напряжения на нагрузке можно осуществлять, как показано на рис. 13.27, тиристорами, включенными в цепь переменного тока. Такие схемы весьма перспективны для выпрямителей, использующих понижающие трансформаторы, поскольку при U1 больше U2 имеем I1 меньше I2, а потому тиристорное управляющее звено VD1, рассчитанное на пониженные токи I1, получается малогабаритным, а неуправляемое диодное звено VD2 легко реализуется на практике с использованием диодов Шотки. Такое решение позволяет упростить схему и повысить КПД ИВП.

Рис. 13.27. Схема однофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя с тиристорным ключом в первичной обмотке трансформатора

Выпрямители. Однополупериодный выпрямитель — презентация онлайн

Выпрямители
Выпрямители преобразуют переменное напряжение
питающей сети в пульсирующее однополярное.
Основными компонентами выпрямителей служат
вентили – элементы с явно выраженной нелинейной ВАХ.
В качестве таких элементов используют кремниевые
диоды.
Однополупериодный выпрямитель
1
Выпрямители
Напряжения на входе и выходе однополупериодного
выпрямителя
Среднее значение
выпрямленного напряжения
U ср
U вх m
2 U вх
0.45U вх
Максимальное обратное
напряжение на диоде
U обрmax 2U вх U ср
2
Выпрямители
Двухполупериодный выпрямитель с выводом от
средней точки вторичной обмотки трансформатора
u1
VD2
Диоды проводят ток поочередно, каждый в течение
полупериода.
В положительный полупериод открыт диод VD1, а в
отрицательный – диод VD2.
3
Выпрямители
Напряжение на нагрузке
Средние значения тока и напряжения нагрузки
2U 2 m
2
2U 2
I н I 2m ; U н
0.9U 2
4
Выпрямители
Мостовая схема двухполупериодного выпрямителя
Tp
VD1
u1
VD2
u2
VD3
VD4
R
uн
5
Выпрямители
Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения
используют специальные устройства – сглаживающие фильтры
Емкостный фильтр (С-фильтр) в схеме
однополупериодного выпрямителя
Сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения
происходит за счет периодической зарядки конденсатора С
(когда напряжение на вторичной обмотке трансформатора
превышает напряжение на нагрузке) и последующей его
разрядки на сопротивление нагрузки
6
Выпрямители
Временные диаграммы напряжений и токов выпрямителя
7
Выпрямители
На интервале времени t1 – t2 диод открыт и
конденсатор заряжается.
На интервале t2 – t3 диод закрыт и конденсатор
разряжается через сопротивление Rн
Амплитуда пульсаций выпрямленного напряжения
Um
Ur
fRнС
f — частота входного напряжения
Амплитуда пульсаций напряжения на выходе
двухполупериодного выпрямителя
Um
Ur
2 fRнС
8
Биполярные транзисторы
Предназначены для усиления сигналов и управления
током в схемах полупроводниковой электроники.
Представляют из себя трехслойную структуру с
чередующимися слоями проводимости, имеют три
вывода для подключения к внешней цепи.
В этой трёхслойной структуре имеются два p-n
перехода.
Термин «биполярные» подчеркивает то, что у таких
транзисторов используется оба типа носителей
зарядов (электроны и дырки).
Существует два типа транзисторов:
1. С прямой проводимостью (p-n-p)
2. С обратной проводимостью (n-p-n)
Э-Б – эмиттерный переход.
Б-К – коллекторный переход.
Крайние слои называются
эмиттером и коллектором.
Между ними – база.
Особенности конструкции:
1. Толщина базы должна быть малой по сравнению с длиной
свободного пробега носителей зарядов (примерно 20-30 мкм).
2. Концентрация примесей и основных носителей в
эмиттере должна быть много больше, чем в базе.
Биполярные транзисторы
Биполярный транзистор – трёхполюсный
полупроводниковый прибор с двумя p–n-переходами
n–p–n- транзистор
11
Биполярные транзисторы
p–n–p- транзистор
12
Так для p-n-p транзистора должны соблюдаться условия :
N a» N д, p p» n
n.
Здесь N a – концентрация акцепторной примеси,
N д – концентрация донорной примеси,
p p – концентрация дырок, n n — концентрация электронов.
Эмиттерный переход смещен в прямом направлении,
коллекторный в обратном.
Схемы с общим эмиттером (ОЭ):
Схема с общим эмиттером называется так потому, что
входная и выходная цепь имеют общую точку на
эмиттере.
Принцип действия транзистора
При U БЭ =0 и U КЭ =0
Рассмотрим на примере p-n-p транзистора.
происходит диффузия
дырок из эмиттера в
базу, т.к.
IК
К
RК
концентрация дырок
в эмиттере много
Р
больше, чем
электронов в базе.
Перейдя под
действием сил
RБ I
n
Б
диффузии
I РЕК
U КЭ
металлургическую
Е _К
_
границу, дырки
ЕБ
рекомбинируют с
+
+
U БЭ
основными
носителями базы.
Р
Рекомбинация – это
Э
встреча электронов
с дырками.
Рекомбинация – это встреча электронов с дырками. При этом
происходит возврат электронов из зоны проводимости в
валентную зону. Также исчезают свободные заряды.
За счет ухода основных носителей из одного слоя и их
рекомбинации в другом, вблизи металлургической границы
возникает область, обеднённая подвижными носителями заряда и
имеющая высокое сопротивление (запирающий слой).
В запирающем слое нарушается баланс положительных и
отрицательных зарядов, т.к. при уменьшении концентрации
подвижных носителей оказывается нескомпенсированным
объёмный заряд неподвижных ионов примесей : в p-слое –
отрицательных, а в n- слое – положительных ионов.
Этот двойной электрический слой создает электрическое поле
с напряженностью Е о , и возникает потенциальный барьер φ о .
Электрическое поле, возникшее внутри запирающего слоя,
вызывает направленное движение носителей через переход –
дрейфовый ток, направленный навстречу току диффузии через
переход.
Рост двойного электрического слоя прекращается тогда,
когда суммарный ток через переход равен нулю, т.е.
I
диф
=-I
дрейфа
.
Такой режим соответствует равновесному состоянию
р – n перехода.
Включим источники ЭДС
и
.
Потенциальный барьер на эмиттерном переходе
уменьшится, так как полярность приложенного к нему
напряжения – прямая
ток диффузии через
эмиттерный переход увеличится.
На коллекторном переходе полярность обратная
потенциальный барьер коллекторного перехода
увеличится.
Т.к. база тонкая, почти все дырки подойдут к
коллекторному переходу, не попадая в центры
рекомбинаций.
Центры рекомбинаций – это дефекты кристаллической
решетки (нарушения кристаллической структуры,
случайные примеси, трещины, дефекты в поверхностных
слоях).
Центры рекомбинаций – это дефекты кристаллической решетки
(нарушения кристаллической структуры, случайные примеси,
трещины, дефекты в поверхностных слоях).
Дырки, подошедшие к коллекторному переходу будут втягиваться
в коллектор (так как напряженность электрического поля
коллекторного перехода будет «втягивающей» для неосновных
носителей – дырок в базе n – типа).
Ток дырок, попавших из эмиттера в коллектор будет замыкаться
через внешнюю цепь.
При этом приращение тока эмиттера ΔI э вызовет приращение
тока коллектора Δ I К .
Iк I Э
здесь
α – коэффициент передачи тока эмиттера. α = 0,9-0,99.
α
рекомбинирует с электронами в базе.
База была электрически нейтральна, т.к. избыточный заряд
подвижных носителей – электронов компенсировался
зарядом положительных неподвижных ионов примесей.
Т.к. небольшая часть дырок из эмиттера всё же
рекомбинирует с электронами в базе, нейтральность базы
нарушится и для её восстановления из внешней цепи за счет
U БЭ будут поступать электроны.
Основные соотношения между токами в
транзисторе.
Iк I Э
0 ,9 0 ,99
Через коллекторный переход кроме движения основных
носителей есть ещё движение неосновных
носителей. Этот ток мал.
P
Дырки (не основные) из Б
К.
e Электроны (не основные) из К Б
-обратный (тепловой)
ток
Полный ток через коллекторный переход, обусловленный и основными и неосновными носителями :
Характеристики биполярных транзисторов
Входная характеристика
Выходные характеристики
Iк, мА
Iб
Iб = 40 мкА
Iб = 20 мкА
Iб = 0
Uбэ
Uкэ, В
21
Работа транзистора в режиме переключения
Основой схем импульсной и цифровой техники
является транзисторный ключ, т.е. каскад на
транзисторе, работающем в двух режимах: насыщенный
(ключ открыт) и отсечки (ключ закрыт). Транзисторный
ключ может быть построен по схемам с ОБ, ОЭ и ОК,
однако, наибольшее распространение нашел ключ по
схеме с ОЭ.
Имея малое сопротивление во включенном состоянии
и большое — в выключенном, биполярный транзистор
достаточно
полно
удовлетворяет
требованиям,
предъявляемым к ключевым элементам.
22
Рис. 3. Схема транзисторного ключа.
23
Резистор Rб ограничивает ток базы транзистора, чтобы
он не превышал максимально допустимого значения. В
промежуток времени от 0 до t1 входное напряжение и
ток базы близки к нулю, и транзистор находится в
режиме отсечки. Напряжение Uкэ, является выходным и
будет близко к Eк. В промежуток времени от t1 до t2
входное напряжение и ток базы транзистора становятся
максимальными, и транзистор перейдёт в режим
насыщения. После момента времени t2 транзистор
переходит в режим отсечки. Вывод: транзисторный
ключ является инвертором, т. е. изменяет фазу сигнала
на 180 градусов.
24
Нагрузочная характеристика транзисторного ключа.
25
Когда нет импульса на входе, транзистор находится в
режиме отсечки и ток коллектора практически
отсутствует IК»IКБ0 (точка отс. на выходных
характеристиках (рис.78).
Напряжение на выходе
транзистора uКЭ= ЕКЭ-IК *RК ≈ ЕКЭ.
При подаче на вход транзистора импульсов прямого
тока iБ=(UВХ)/RБ=IБ НАС, транзистор открывается,
рабочая точка перемещается в точку нас. (режим
насыщения рис.78) и напряжение на коллекторе падает
до значения uКЭ= ЕКЭ-IК НАС× RК=UКЭ ОСТ. При
дальнейшем увеличении тока базы ток коллектора не
увеличивается (рис.78) и напряжение на коллекторе не
изменяется.
26
Ключевым режимом работы транзистора называется
такой режим, при котором рабочая точка транзистора
скачкообразно переходит из режима отсечки в режим
насыщения и наоборот, минуя линейный режим.
При практическом использовании транзистора большое
значение
имеет
скорость
переключения,
обуславливающая
быстродействие
аппаратуры.
Скорость переключения определяется процессами
накопления и рассасывания неравновесного заряда
в базе и коллекторе транзистора, эмиттерном и
коллекторном переходах.
В
эмиттерном
и
коллекторном
переходах
находятся нескомпенсированные заряды неподвижных
ионизированных атомов примеси- доноров и
акцепторов; неравновесный заряд отсечки в базе можно
27
считать равным нулю.
При переходе к режиму насыщения эмиттерный переход
открывается,
толщина
перехода
и
его нескомпенсированный заряд уменьшаются, происходит
как
бы
разряд
ёмкости эмиттерного перехода. Вследствии понижения
напряжения на коллекторе, уменьшается его толщина и заряд
в нем, т.е. происходит разряд ёмкости коллекторного
перехода, открывается коллекторный переход и в области
базы за счет инжекции электронов из эмиттерного и
коллекторного
переходах
накапливается
большой
неравновесный заряд насыщения. В транзисторах,
имеющих высокоомный коллектор носители заряда
инжектируют и
в область коллектора, где так же
накапливается неравновесный заряд.
Графики напряжений и токов транзистора при переключении
даны на рисунке 4. На базу транзистора подается
28
прямоугольный импульс напряжения UВХ
Рис. 4 Переходные процессы
при переключении БТ.
29
При прямоугольной форме импульса входного тока импульс
выходного тока iК (рис. 4) появляется с задержкой tЗ, которая
определяется
главным
образом
скоростью
нарастания
напряжения эмиттерного перехода, зависящей от величин ёмкости
перехода
и
прямого
тока
базы,
т.е.
скоростью
разряда эмиттерного перехода.
После того как транзистор перейдет из режима отсечки в
активный режим, коллекторный ток начинает постепенно
нарастать, достигая установившегося значения а время tн. Это
время определяется скоростью накопления неравновесного заряда
в базе и скоростью разряда емкости коллектора. Таким образом,
полное время включения транзистора состоит из времени
задержки и времени нарастания:
30
После
подачи
в
цепь
базы
запирающего
тока IБ ОБР=EБЭ/RБ выходной коллекторный ток прекращается не
сразу. На протяжении некоторого времени рассасывания tp он
практически сохраняет свою величину, так как концентрация
носителей заряда в базе у коллекторного перехода еще остается
выше равновесной и коллекторный переход благодаря этому
оказывается открытым.
Лишь после того как неравновесный заряд у коллекторного
перехода рассосется за счет ухода электронов из базы и
рекомбинации, ток коллектора начинает постепенно спадать,
достигая время спада tС установившегося значения IKЭ0. В
течении
этого
времени
продолжается
рассасывание
неравновесного заряда базы и происходит перезаряд емкости
коллекторного перехода. Заметим, что эмиттерный переход при
этом может закрыться раньше или позже коллекторного в
зависимости от скорости рассасывания неравновесного заряда,
сосредоточенного поблизости от него.
31
Схема полуволнового выпрямителя

со схемой

Принципиальная схема полуволнового выпрямителя

Простой полуволновой выпрямитель — это не что иное, как диод с одним 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.Выход 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.Следовательно, если в цепи нет индуктивности или батареи, ток будет нулевым 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, не представлена ​​на рисунке. 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 , т. Е. , когда нижний конец вторичной обмотки положительный относительно 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), развиваемое на сопротивлении нагрузки R _L , представляет собой серию положительных полупериодов переменного напряжения с промежуточными очень небольшими постоянными отрицательными уровнями 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 полуволновым 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. Из этого рассказа 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 пульсаций.

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 с основной частотой, 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

Выход полуволнового выпрямителя не является постоянным напряжением постоянного тока. На выходной диаграмме видно, что это пульсирующее постоянное напряжение с пульсациями 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 индукционный фильтр) на диоде. В некоторых случаях также используется резистивно-конденсаторный фильтр (RC). На схеме ниже показан полуволновой 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 относительно 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 ток постоянного тока

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

.

В _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 пульсации 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 = 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 полупериодного 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.

Что такое полуволновой выпрямитель? — Работа, эффективность выпрямления, преимущества и недостатки

Определение: Полупериодный выпрямитель — это тот, в котором полупериод переменного напряжения преобразуется в пульсирующее напряжение постоянного тока .Оставшийся полупериод переменного тока подавляется схемой выпрямителя, или выходной постоянный ток для оставшегося полупериода равен нулю.

Схема

полуволнового выпрямителя

Входной сигнал переменного тока сначала проходит через трансформатор, потому что сигнал переменного тока обычно подается с высоким напряжением, поскольку подавать переменный ток высокого напряжения экономично. Трансформатор, присутствующий в полуволновом выпрямителе, является понижающим трансформатором, который преобразует высокое напряжение переменного тока в низкое напряжение постоянного тока.

За трансформатором следует диод и нагрузочный резистор . Выходной ток зависит от величины нагрузочного резистора.

Работа выпрямителя

Когда переменный ток высокого напряжения проходит от понижающего трансформатора, он преобразуется в переменный ток низкого напряжения.

Когда положительный полупериод низкого напряжения переменного тока проходит от диода, он смещает диод в прямом направлении. Это происходит потому, что положительный сигнал попадает на P-вывод диода и вызывает прямое смещение диода. Таким образом, при прохождении положительной половины сигнала переменного тока диоды замыкаются.Таким образом, ток проходит через нагрузочный резистор, и на нагрузочном резисторе можно увидеть падение напряжения.

Когда отрицательный полупериод переменного тока проходит через понижающий трансформатор, то из-за явления взаимной индуктивности он преобразует его в переменный ток низкого напряжения. После этого проходит через диод. Когда эта отрицательная половина проходит через диод, p-вывод диода становится отрицательным по отношению к n-выводу. Таким образом, диоды становятся обрывом.И выходной ток на нагрузке становится равным нулю, из-за чего выходное напряжение также становится равным нулю.

Таким образом, во время положительной половины переменного тока на нагрузке генерируется выходное напряжение постоянного тока, а во время отрицательной половины переменного тока выпрямитель переключается в состояние ВЫКЛ. Таким образом, отрицательный полупериод сигнала подавляется наполовину выпрямителем. Он использует только полупериод переменного тока. Таким образом, он получил название однополупериодного выпрямителя .

Анализ полуволнового выпрямителя

1. Пиковое обратное напряжение: Максимальное напряжение, которое диод может выдерживать в режиме обратного смещения, называется его пиковым обратным напряжением.Это решающий фактор, который необходимо учитывать при проектировании выпрямительной системы.

2. Пиковый ток: Максимальный ток, который диод может выдержать в состоянии обратного смещения, называется пиковым током диода.

3. Выходной ток постоянного тока и выходное напряжение постоянного тока: Среднее значение или значение постоянного тока выходного тока и выходного напряжения постоянного тока на нагрузочном резисторе можно определить с помощью следующего уравнения, приведенного ниже.

4. Форм-фактор и пик-фактор: Форм-фактор полуволнового выпрямителя определяется соотношением действующего значения тока и среднего значения тока.

Пик-фактор определяется как отношение пикового значения тока к среднеквадратичному значению тока.

5. Выходная частота: Выходная частота выпрямителя совпадает с частотой входного сигнала.

f _выход = f _дюйм

6. Эффективность выпрямления: Эффективность выпрямления выпрямителя — это отношение выходной мощности постоянного тока к входной мощности переменного тока .

Величина РФ мала. Таким образом, им можно пренебречь. Следовательно, эффективность выпрямления будет 0,406. В процентном отношении это можно записать как 40,6%. Таким образом, 40,6% считается максимально возможным КПД полуволнового выпрямителя.

Преимущества полуволнового выпрямителя

1. Экономичный: Недорогой.
2. Простая схема: Схема однополупериодного выпрямителя проста в конструкции.

Недостатки полуволнового выпрямителя

1. Низкая эффективность выпрямления: Эффективность выпрямления полуволнового выпрямителя довольно низкая, т.е.е. 40,6%. Основная причина этого заключается в том, что мощность, передаваемая цепью однополупериодного выпрямителя, предоставляется только в течение положительной половины цикла переменного тока.
2. Высокий коэффициент пульсаций: Коэффициент пульсаций определяется соотношением значения переменного тока, присутствующего в выходном токе выпрямителя, и выходного постоянного тока выпрямителя. Коэффициент пульсации в случае полуволнового выпрямителя довольно высок, что нежелательно.
3. Ток намагничивания и гистерезисные потери: Ток намагничивания и гистерезисные потери возникают из-за насыщения сердечника трансформатора постоянным током.Из-за этого возникают гармоники тока намагничивания, что нежелательно для бесперебойной работы полуволнового выпрямителя.

Полуволновые выпрямители преобразуют только полуволны переменного тока, положительную или отрицательную половину, в постоянный ток. Если мы хотим преобразовать весь цикл переменного тока в постоянный, нам понадобится двухполупериодный выпрямитель.

Персонализированная обучающая платформа для студентов K6-K12

Бесплатная Персонализированная обучающая платформа для студентов

Simply Science — это бесплатная персонализированная платформа для обучения детей в возрасте от 6 до 12 классов на основе STEM.Мы — веб-сайт открытого обучения, который побуждает детей понимать концепции и логику в удобном для них темпе, предлагая помощь с помощью интерактивной навигации. Развивайте способности решения проблем, творческий подход к дизайну, логику и наблюдательность, не выходя из дома, бесплатно!

Обучение на основе тем

Наш контент создан специально для привлечения маленьких умов и их любопытства. Разделенные на темы, вы можете выбрать интересующую вас тему и просто узнать все, что вы хотели знать о ней.Упрощенный, умный и интерактивный с помощью примеров, аналогий и симуляций, Simply Science гарантирует, что вы приложите максимум усилий для мышления!

Знайте свой IQ и SQ

Оцените свою способность обрабатывать информацию. Применяйте рассуждения и науку с помощью быстрого бесплатного теста IQ и SQ. Определите свои сильные и слабые стороны и сосредоточьтесь на своих интересах, чтобы построить свой научный коэффициент, который пробуждает ваше любопытство и облегчает изучение STEM. Наши IQ и SQ указывают на формирующую оценку по естествознанию и математике, которая может продвинуть вас вперед и раскрыть новый потенциал.

Технологии позволяют обучаться

Раскройте науку, математику и их загадки с помощью наших уникальных технологий, основанных на исследованиях на основе тем. Отправьтесь в новый мир с нашими темами полного погружения, наполненными забавными, увлекательными видео, викторинами и персонализированной лентой контента.

Лучшая платформа для внеклассных занятий STEM для учащихся

В то время как формальное школьное и институциональное обучение фокусируется на языках, когнитивном развитии и многих других вещах, Simply Science является вспомогательной идеей учебной программы, обучая учащихся в 6 и 12 классах в области естественных наук, технологий, инженерии. и математика.Благодаря междисциплинарному подходу, мероприятиям и ресурсам, ориентированным на воздействие, это идеальное занятие для молодых умов после школы.

Комплексные темы обучения для детей от 9 до 18 лет

Узнавайте что-то новое каждый день, занимайтесь интересами и отвечайте на вопросы, которые всегда заставляли вас задуматься! Педагогика Simply Science поощряет вас исследовать, вводить новшества и применять полученные концепции в повседневной жизни, от базовых концепций до подробных бесед. Наша модель на основе темы гарантирует, что тема охватывает все темы в дисциплинах, которые она затрагивает — математику, науку и технологии, биологию и химию и все, что между ними.

Интерактивный и увлекательный контент и виртуальная помощь

Межотраслевое обучение с сокровищницей ресурсов — мы считаем, что каждый молодой ум должен иметь доступ к связанным и равным возможностям обучения. Наука формирует мир, она всепроникающая и преобразующая. Наши материалы мирового уровня, методология и ресурсы идут рука об руку с учебной программой учебного заведения. Наши виртуальные помощники направляют студентов к ключевым навыкам в темах, чтобы развивать критическое мышление, рассуждение и дизайн.

Однополупериодный выпрямитель — Javatpoint

Полупериодный выпрямитель — это простой диод с p-n переходом, включенный последовательно с нагрузочным резистором. Схема однополупериодного выпрямителя состоит из первичной и вторичной обмоток, образующих трансформатор, диода с p-n переходом и сопротивления нагрузки RL, как показано ниже:

На однополупериодный выпрямитель подается переменный ток (переменный ток). Выходное напряжение измеряется через нагрузочный резистор RL.

Как следует из названия, однополупериодный выпрямитель производит полупериод входной волны.Это связано с наличием диода с p-n переходом, который проводит ток только в одном направлении. Это означает, что выходной импульс производит выход только для положительного входного цикла, как показано ниже:

Области применения однополупериодных выпрямителей включают схемы генератора импульсов, схемы амплитудной модуляции и т. Д. Здесь мы подробно обсудим работу однополупериодного выпрямителя, применения, преимущества и недостатки.

Однополупериодный выпрямитель Работа

В однополупериодном выпрямителе используется понижающий трансформатор.Он используется для преобразования переменного тока (переменного тока) в постоянный ток. Он имеет две обмотки, а именно первичную обмотку и вторичную обмотку. Первичная подключена к входному источнику питания, а вторичная обмотка подключена к диоду p-n-перехода и нагрузочному резистору.

Входное напряжение сначала понижается трансформатором, а затем подается на диод. Диод представляет собой диод с p-n переходом, который проводит ток только при прямом смещении.

Рассмотрим изображение ниже, которое показывает полярность диода при прямом смещении.

Прямое смещение позволяет току течь через выводы диода. Во время положительного полупериода положительное напряжение подается на положительный конец диода. Диод становится смещенным в прямом направлении и выдает выходной сигнал. Точно так же во время отрицательного полупериода отрицательное напряжение прикладывается к положительному концу диода с p-n переходом. Диод становится смещенным в обратном направлении и не проводит ток.

Следовательно, мы можем сказать, что диод с p-n переходом выдает выходной сигнал только в положительной половине входного цикла.Такой процесс называется полуволновым выпрямлением .

Работа однополупериодного выпрямителя

Переменное напряжение на вторичной обмотке цепи меняет полярность после каждого полупериода. В течение первого полупериода верхний предел входа положителен по отношению к нижнему концу. Диод в этом случае смещен в прямом направлении и, следовательно, проводит ток. Если прямое сопротивление диода равно нулю, входное напряжение будет подаваться непосредственно на нагрузочный резистор.Практически сопротивление диода может быть минимальным, но не нулевым. Форма волны выходного тока и напряжения аналогична форме волны входного переменного тока.

Аналогично, во время отрицательной половины нижний предел отрицательный для верхнего. Диод в этом случае становится смещенным в обратном направлении и, следовательно, не проводит ток. Следовательно, напряжение на нагрузочном резисторе остается нулевым. Обратный ток очень мал, что считается равным нулю. Таким образом, для каждого отрицательного полупериода выходной сигнал на нагрузочный резистор не поступает.

Форма входного и выходного сигнала для положительной половины входного цикла выглядит следующим образом:

Форма входного и выходного сигнала для следующей половины (отрицательного) входного цикла выглядит следующим образом:

Форма входного и выходного сигнала для последующих входных циклов выглядит следующим образом:

Полупериодный выпрямитель назван потому, что он выдает полупериоды на выходе. Мы также можем использовать фильтр по нагрузке, чтобы сделать выходную волну плавной.

Анализ однополупериодных выпрямителей

Здесь мы обсудим различные параметры полуволнового выпрямителя.

1. Пиковое обратное напряжение

Это важный параметр при проектировании выпрямителя.

В состоянии обратного смещения ток через нагрузочный резистор не протекает. Следовательно, все выходное напряжение появляется на диоде с p-n переходом.

Таким образом, PIV (пиковое обратное напряжение) полуволнового выпрямителя составляет: Вм .

2. Средние и пиковые токи в диоде

Рассмотрим напряжение на трансформаторе как вторичное напряжение Vs.Значение, данное выпрямителю, может быть представлено как:

Мгновенное значение напряжения подается на полуволновой выпрямитель. Предположим, что прямое сопротивление между резистором и диодом равно RF и RL.

Ток, протекающий через нагрузочный резистор:

Ток, протекающий через диод, можно представить как:

3. Выходной постоянный ток

Выходной постоянный ток определяется как:

Подставляя значение Im в приведенное выше уравнение, получаем:

4.Среднеквадратичное значение текущего

Среднеквадратичное значение тока, протекающего через диод, может быть представлено как:

Подставляя значение Im в приведенное выше уравнение, получаем:

5. Выходное напряжение постоянного тока

Выходное напряжение постоянного тока может быть представлено как:

6. Действующее значение выходного напряжения

Среднеквадратичное значение нагрузки определяется как:

7. Эффективность выпрямления

КПД = мощность постоянного (постоянного тока), подаваемая на нагрузку / переменный ток (переменный ток), входящая мощность от трансформатора.

Максимальный КПД однополупериодного выпрямителя составляет 40,6%.

8. Коэффициент пульсации

Это отношение действующего значения компонентов переменного тока и компонентов постоянного тока (напряжения или тока).

Выдается как:

9. Положение

Его можно представить как:

Приложения

Выпрямители обычно используются для создания источников питания постоянного тока. Выпрямитель может быть однополупериодным или двухполупериодным, в зависимости от требований.Оба выпрямителя используются в качестве компонента в источниках питания постоянного тока. Двухполупериодные выпрямители предназначены для бесперебойного питания постоянного тока. В приложениях, где нет требований к плавному или постоянному источнику питания постоянного тока, мы можем использовать однополупериодный выпрямитель.

Другие области применения полуволнового выпрямителя включают схемы паяльника, небольшие аккумуляторные элементы, радиосхемы AM (амплитудной модуляции), схемы запуска и т. Д.

Преимущества однополупериодного выпрямителя

Схема однополупериодного выпрямителя проста и дешева.Легко построить. Обсудим преимущества однополупериодных выпрямителей.

• Недорого
  Однополупериодные выпрямители недороги по сравнению с другими типами выпрямителей. Это связано с меньшим количеством компонентов в цепи.
• Простая конструкция
  Схема не требует сложной системы электропроводки или более сложных компонентов.
• Easy to Construct
  Полуволновой выпрямитель состоит всего из четырех основных компонентов, называемых источником питания, первичной и вторичной обмотками, диодом с p-n переходом и нагрузочным резистором.Подключение всех этих компонентов простое. Следовательно, схему легко построить.

Недостатки

Недостатки однополупериодного выпрямителя следующие:

• Высокий коэффициент пульсаций
  Однополупериодный выпрямитель имеет высокий коэффициент пульсаций, из-за чего он не является предпочтительным в качестве входного источника питания аудиосхем. Это приводит к появлению шумов во входном сигнале. Это также влияет на качество звука аудиосигнала.
• Низкая выходная мощность и КПД
  Выходная мощность и КПД полуволнового выпрямителя низкие.Это связано с тем, что выпрямитель выдает мощность только в течение положительной половины переменного входного напряжения.
• Потери на гистерезис
  Насыщение сердечника трансформатора постоянным током может привести к потерям на гистерезис и току намагничивания. Это также может привести к генерации гармоник.
• Низкий коэффициент использования трансформатора.
  Он определяется как отношение выходной мощности постоянного тока к эффективной мощности переменного тока трансформатора.

Следовательно, однополупериодный выпрямитель не рекомендуется для общего источника питания из-за всех вышеперечисленных недостатков.Он используется для некоторых приложений, таких как цепи паяльника, батареи малой мощности, схемы генератора импульсов и т. Д.

---

Работа двухполупериодной схемы выпрямителя во время отрицательного полупериода

Контекст 1

… AITM, KIST, NCIT, MAMTS Во время отрицательного полупериода (рисунок 13) полярность меняется на противоположную. Диод D2 смещен в прямом направлении, а диод D1 — в обратном. Обратите внимание, что направление тока через нагрузку не изменилось даже при изменении полярности вторичного напряжения.Таким образом, через нагрузку создается еще один положительный полупериод. . í µí ± í …

Context 2

… один из диодов двухполупериодного выпрямителя имеет обратное смещение, пиковое напряжение на этом диоде будет примерно равно Vm. Эта точка проиллюстрирована на рисунке 13. При указанной полярности D1 является проводящим, а D2 имеет обратное смещение. Таким образом, катод D1 будет на Vm. Поскольку эта точка подключена непосредственно к катоду D2, его катод также будет иметь Vm.Когда -Vm подается на анод D2, полное напряжение на диоде D2 составляет 2Vm. Следовательно, максимальное обратное напряжение на любом диоде будет в два раза больше пиковой нагрузки …

Контекст 3

… один из диодов в двухполупериодном выпрямителе имеет обратное смещение, пиковое напряжение на этом диоде будет быть примерно равным Vm. Эта точка проиллюстрирована на рисунке 13. При указанной полярности D1 является проводящим, а D2 имеет обратное смещение. Таким образом, катод D1 будет на Vm.Поскольку эта точка подключена непосредственно к катоду D2, его катод также будет иметь Vm. Когда -Vm подается на анод D2, полное напряжение на диоде D2 составляет 2Vm. Следовательно, максимальное обратное напряжение на любом диоде будет в два раза больше пиковой нагрузки …

Контекст 4

… AITM, KIST, NCIT, MAMTS Во время отрицательного полупериода (рисунок 13) полярность меняется на противоположную. Диод D2 смещен в прямом направлении, а диод D1 — в обратном. Обратите внимание, что направление тока через нагрузку не изменилось даже при изменении полярности вторичного напряжения.Таким образом, через нагрузку создается еще один положительный полупериод. . í µí ± í …

Полуволновой выпрямитель | Это работает

Изображение Автор: RJB1, FRec var, CC BY-SA 4.0

Содержимое

Исправление

Исправление — это способ изменить переменный ток на постоянный ток.

Выпрямитель: Выпрямители выполняют операцию выпрямления.

Выпрямитель

Выпрямитель: Выпрямители выполняют операцию выпрямления.

Типы выпрямителей

Выпрямители бывают трех типов в зависимости от их целей. Они перечислены ниже.

1. Полуволновые выпрямители
2. Полноволновые выпрямители
3. Мостовые выпрямители

Полуволновые выпрямители

Полуволновые выпрямители выполняют операцию выпрямления, при которой одна половина переменного напряжения может проходить, а другая половина ограничивается . Для создания однополупериодного выпрямителя достаточно одного диода.

Работа и схема полуволнового выпрямителя

Полуволновой трансформатор показан на схеме ниже —

Трансформатор T размещен на стороне входа. Это помогает уменьшить или увеличить входное напряжение по мере необходимости. Теперь подается входное напряжение (должно быть переменного тока). Допустим, приложенное напряжение равно V = nV0sinwt. Здесь «n» представляет собой коэффициент трансформации трансформатора. Теперь ток начинает течь через диод из-за приложенного напряжения.Первую половину цикла диод находится в прямом смещении. Итак, ток проходит через диод.

В течение следующей половины входного цикла диод находится в режиме обратной дискриминации. Таким образом, через диод не проходит ток. На схематическом изображении показан результат. На выходе идет только половина цикла из двух. Вот почему эта схема известна как «полуволновой выпрямитель»

Формула и уравнения полуволнового выпрямителя

Чтобы получить формулы и уравнения HWR, внимательно наблюдайте за схемой.Здесь Vinput — входное напряжение, а Vdiode — напряжение диода. «Нагрузка R» — это сопротивление нагрузки. Voutput представляет собой выходное напряжение.

В _вход — В _диод — I * r _диод — IR = 0

I = (В _вход — В _диод ) / (r _диод + R)

В _{o выход} = IR

Или, V _o = (V _i — V _b ) / (r _d + R) * R

Или, V _o = (R * V _i ) / (R _d + R) — (R _b * V _b ) / (R _d + R)

V _o = V _i — V _b

Теперь V _o = 0 для условия обратного смещения.

Среднее напряжение O / p:

В _o = В _м Sinωt; 0 ≤ ωt ≤ π

В _o = 0; π ≤ ωt ≤ 2 * π

В _ср = 1 / (2π-0) * ∫ ₀ ^2π Vo d (ωt)

Или, В _ср = 1 / (2π) * ∫ ₀ ^2π V _м Sinωt d (ωt)

Or, V _av = 1 / (2π) * ∫ ₀ ^π V _м Sinωt d (ωt) + 1 / ( 2π) * ∫ ^{_π 2π} V _m Sinωt d (ωt)

Or, V _av = (V _m / 2π) [- Cosωt] ₀ ^{2 π} + 0

Или, V _ср. = (V _м / 2π) * [- (- 1) — (- (1))]

Или, V _ср. = (V _м /2 π ) * 2

Или, V _ср. = V _м / π = 0.318 В _м

Расчетный средний ток нагрузки (I _av ) равен = I _м / π

Среднеквадратичное значение тока (среднеквадратичное значение):

I _{действующее значение} = [1 / (2π) * ∫ ₀ ^2π I ² d (ωt)] ^1/2

I = I _м Sinωt; 0 ≤ ωt ≤ π

I = 0; π ≤ ωt ≤ 2 * π

Или, I _rms = [1 / (2π) * ∫ ₀ ^2π I _m ² Sin ² ωt d (ωt)] ^{1 / 2}

Или, I _rms = [I _m ² / (2π) * ∫ ₀ ^2π Sin ² ωt d (ωt)] ^1/2 + 0

Теперь Sin ² ωt = ½ (1 — Cos2ωt)

Или, I _rms = [I _m ² / (2π) * ∫ ₀ ^2π (1 — Cos2ωt) d ( ωt)] ^1/2

Или, I _rms = [I _m ² /4] ^½ Или, I _rms = I _m /2

Расчетное среднеквадратичное напряжение is — V _rms = V _м /2.

Пиковое обратное напряжение (PIV):

PIV или пиковое обратное напряжение определяется как максимальное значение напряжения, которое может быть приложено к диоду в состоянии обратного смещения. Напряжение больше PIV приведет к пробою диода по Ценнеру. Это один из важнейших параметров диода.

PIV полуволнового выпрямителя: PIV> = V _м

Для полуволнового выпрямителя. Пиковое обратное напряжение определяется как PIV> = V _m

Если в любой момент PIV m , диод будет поврежден.

Ток нагрузки в цепи выпрямителя колеблется и однонаправлен. Выход является периодической функцией времени. Используя теорему Фурье, можно сделать вывод, что ток нагрузки имеет среднее значение, на которое накладываются синусоидальные токи с гармонически связанными частотами. Среднее значение постоянного тока нагрузки составляет — I _dc = 1 / 2π * ∫ ₀ ^2π I _load d (ωt)

I _load — мгновенный ток нагрузки в момент времени t , — угловая частота синусоидального напряжения источника.Более высокое значение I _dc означает лучшую производительность схемы выпрямителя.

График полуволнового выпрямителя

Графическое изображение ниже показывает вход, а также соответствующий выход для полуволнового выпрямителя —

Вход и выход HWR

Форм-фактор

Форм-фактор половинного- Волновой выпрямитель определяется как отношение среднеквадратичного значения напряжения нагрузки к среднему значению напряжения нагрузки.

Форм-фактор = V _rms / V _av

V _rms = V _m /2

V _av = V _m / π

Форм-фактор = (V _m /2) / (V _m / π) = 1,57> 1

Итак, мы можем написать, V _rms = 1,57 * _Vav.

Коэффициент пульсаций

Коэффициент пульсаций определяется как отношение среднеквадратичного значения переменного напряжения к среднему выходному значению. Выход полуволнового выпрямителя имеет как переменную, так и постоянную часть тока.Коэффициент пульсаций помогает нам определить процентное значение коэффициента пульсаций на выходе.

I _o = I _ac + I _dc

Или, I _ac = I _o — I _dc

I _ac = [1 / (2π) * ∫ ₀ ^2π (I-Idc) ² d (ωt)] ^1/2

Или, I _ac = [I _rms ² + I _dc ² — 2 I _dc ² ] 1/2

Или, I _ac = [I _rms ² — I _dc ² ] 1/2

Итак, коэффициент пульсации,

γ = I _rms ² — I _dc ² / I _dc ²

или, γ = [(I _rms ² — I _dc ² ) — 1] 1/2

γ _HWR = 1.21

Коэффициент использования трансформатора полуволнового выпрямителя

Коэффициент использования трансформатора определяется как отношение мощности постоянного тока, подаваемой на нагрузку, к номинальной мощности переменного тока трансформатора.

TUF = P _dc / P _ac (номинальное)

Теперь, чтобы найти коэффициент использования трансформатора, нам нужно номинальное вторичное напряжение. Допустим, V _s . / √2. Среднеквадратичный ток через обмотку I _м /2.

Итак, TUF = I _dc ² R _L / (V _с / √2) * (I _м /2)

TUF = (I _м / π) ² R _L / (I _m 2 (R _f + R _L ) / (2r2) = 2√2 / π ² * (1 / (1 + R _f / R _{) L} ))

Если R _f << R _L , то

TUF = 2√2 / π ² = 0.287 Более низкое значение TUF предполагает, что мощность постоянного тока, подаваемая на нагрузку в однополупериодном выпрямителе, намного меньше номинальной мощности трансформатора переменного тока.

КПД полуволнового выпрямителя

КПД полуволнового выпрямителя определяется как отношение мощности постоянного тока, доступной на нагрузке, к входной мощности переменного тока. Обозначается символом — η

η = P _{нагрузка} / P _дюйм * 100

или, η = I _dc ² * R / I _rms ² * R , поскольку P = VI, & V = IR

Теперь, I _rms = I _m /2 и I _dc = I _m / π

Итак, η = (I _m ² /2) / (I _м ² / π)

Или, η = (I _m ² /4) / (I _m ² / π ² )

η = 4 / π ² * 100% = 40.56%

КПД идеальной схемы полуволнового выпрямителя = 40,56%

Укажите разницу между полуволновым и полноволновым выпрямителем

Некоторые проблемы полуволновых выпрямителей

1. Если входная частота равна 60 Гц, то частота пульсаций схемы однополупериодного выпрямителя равна —

а. 40 Гц

б. 50 Гц

c. 60 Гц

г. 70 Гц

В однополупериодном выпрямителе частота выходной нагрузки совпадает с входной частотой.Таким образом, выходная частота составляет 60 Гц.

2. Если пиковое напряжение в цепи однополупериодного выпрямителя составляет 5 В, а диод представляет собой кремниевый диод, каким будет пиковое обратное напряжение на диоде?

PIV или пиковое обратное напряжение определяется как максимальное значение напряжения, которое может быть приложено к диоду в состоянии обратного смещения. Напряжение больше PIV приведет к пробою диода по Ценнеру. Это один из важнейших параметров диода.

Итак, для полуволнового выпрямителя пиковое обратное напряжение диода равно пиковому напряжению = Vm.Итак, пиковое обратное напряжение = 5 вольт.

3. Вход 200Sin 100 πtV подается на полуволновой выпрямитель. Какое среднее выходное напряжение?

В = В _м Синωt

Здесь, В _м = 200

Таким образом, выходное напряжение составляет В _м / π

Таким образом, В _o = 200 / π вольт

Или, В _o = 63,6619 В.

4. Для однополупериодного выпрямителя входное напряжение составляет 200Sin100 πt Volts. Сопротивление нагрузки 10 кОм.Какой будет выходная мощность постоянного тока у однополупериодного выпрямителя?

В _м = 200 В

Выходная мощность постоянного тока будет = В _м ² / (π ² * 1000) = 200 * 200 /( 3,14 * 3,14 * 1000) = 4,05 Вт

5. Каково основное применение выпрямителя? Какое устройство выполняет обратную операцию?

Выпрямитель преобразует переменное напряжение в постоянное. Генератор преобразует постоянное напряжение в переменное.

Фотография на обложке Автор: Tumblr

О Sudipta Roy

Я энтузиаст электроники и в настоящее время занимаюсь электроникой и коммуникациями.
Я очень заинтересован в изучении современных технологий, таких как искусственный интеллект и машинное обучение.
Мои работы посвящены предоставлению точных и обновленных данных всем учащимся.
Мне доставляет огромное удовольствие помогать кому-то в получении знаний.

Давайте подключимся через LinkedIn — https://www.linkedin.com/in/sr-sudipta/

Полупериодный и полнополупериодный выпрямители | Принцип, работа, ограничения

Что такое выпрямитель?

А выпрямитель устройство, которое преобразует переменное (AC) входное напряжение в постоянное (DC) выходное напряжение.Любое электрическое устройство, которое имеет высокое сопротивление току в в одном направлении и низкое сопротивление току в обратном направлении обладает возможность преобразовывать переменный ток в постоянный.

Принцип

Диод p-n-перехода предлагает очень низкое сопротивление при прямом смещении и чрезвычайно высокое сопротивление при обратном смещении. Благодаря этому свойству диод с p-n переходом в первую очередь пропускает ток только в одном направлении. Итак, если на диод подается переменное напряжение, ток протекает только в той части циклов, когда диод направлен вперед пристрастный.Это свойство диода с p-n переходом используется для выпрямления переменного тока. напряжения и схема, используемая для этой цели, называется выпрямителем . п-п переходной диод может использоваться как (а) однополупериодный выпрямитель, либо (б) как двухполупериодный выпрямитель.

(a) Однополупериодный выпрямитель

Строительство

Аранжировка для полуволны Выпрямитель показан на рис. Входное переменное напряжение подается на первичную обмотку. P подходящего понижающего трансформатора. Вторичная обмотка S трансформатора подключен к полупроводниковому диоду p-n перехода D и нагрузке сопротивление R _L .

Однополупериодный выпрямитель

Метод работы

Пусть в течение первой половины входного цикла переменного тока конец A вторичной обмотки S трансформатора имеет положительный потенциал, а конец B — отрицательный потенциал. В этой ситуации диод смещен в прямом направлении, и в цепи течет ток. Следовательно, получается выходное напряжение на нагрузке R _L .

Во время второй половины входного переменного тока конец A вторичной обмотки S трансформатора находится под отрицательным потенциалом, а диод D находится под обратным смещением.Таким образом, ток не течет через нагрузку R _L , и нет выходного напряжения на R _L .

В следующем положительном полупериоде входа переменного тока мы снова получаем выход и так далее. Таким образом, мы получаем выходное напряжение как показано на рис. Здесь выходное напряжение, хотя и изменяется по величине, ограничивается только одним направлением и считается исправленным. Поскольку выпрямленный выход схемы получается только для половины входного переменного тока. волна, устройство называется однополупериодный выпрямитель .

(б) Двухполупериодный выпрямитель

Двухполупериодный выпрямитель — это выпрямитель, выпрямляет обе половины каждого входного цикла переменного тока и дает однонаправленный выходное напряжение постоянно.

Строительство

В двухполупериодном выпрямителе мы используйте два полупроводниковых диода, которые работают в дополнительном режиме. AC входное питание подается через первичную обмотку P трансформатора с центральным ответвлением. Два конца A и B второго S трансформатора подключены к p-концы диодов D1 и D2 соответственно.Нагрузка сопротивление R _L подключено между n-клеммой как диоды, так и центральный отвод O второго трансформатора. DC выходная мощность достигается через положение нагрузки R _L .

Двухполупериодный выпрямитель

Метод работы

Во время первый полупериод входного напряжения, клемма A является положительной с относительно O, в то время как B отрицательно относительно O.Диод сначала прямое смещение и проводит, в то время как второй диод имеет обратное смещение и не провести, ток протекает через R _L от D до O. Во время второй полупериод, A отрицателен, а B положителен по отношению к O, таким образом, первый диод имеет обратное смещение, а второй диод — прямое смещение. В ток через R _L в том же направлении, что и во время первая половина цикла. Результирующий выходной ток представляет собой непрерывную серию.

Поскольку мы получаем вывод в положительная половина, а также отрицательная половина входного цикла переменного тока, выпрямитель называется двухполупериодным выпрямителем.Очевидно, это более эффективная схема для получение выпрямленного напряжения или тока, чем у полуволнового выпрямителя .

Ограничение выпрямителя

Хотя двухполупериодный выпрямитель обеспечивает непрерывное выходное напряжение / ток в одном направлении, выпрямленное напряжение имеет форму импульсов половинной формы.