Site Loader

Содержание

Russian HamRadio — Выпрямители, достоинства и недостатки.

Выпрямители используются в блоках питания радиоэлектронных устройств для преобразования переменного напряжения в постоянное. Схема любого выпрямителя содержит 3 основных элемента:

Силовой трансформатор – устройство для понижения или повышения напряжения питающей сети и гальванической развязки сети с аппаратурой.

Выпрямительный элемент (вентиль), имеющий одностороннюю проводимость – для преобразования переменного напряжения в пульсирующее.

Фильтр – для сглаживания пульсирующего напряжения.

Выпрямители могут быть классифицированы по ряду признаков: по схеме выпрямления – однополупериодные, двухполупериодные, мостовые, с удвоением (умножением) напряжения, многофазные и др.

По типу выпрямительного элемента – ламповые (кенотронные), полупроводниковые, газотронные и др.

По величине выпрямленного напряжения – низкого напряжения и высокого.

По назначению –для питания анодных цепей, цепей экранирующих сеток, цепей управляющих сеток, коллекторных цепей транзисторов, для зарядки аккумуляторов и др.

Основные характеристики выпрямителей:

Основными характеристиками выпрямителей являются:

Номинальное напряжение постоянного тока – среднее значение выпрямленного напряжения, заданное техническими требованиями. Обычно указывается напряжение до фильтра U0 и напряжение после фильтра (или отдельных его звеньев – U. Определяется значением напряжения, необходимым для питаемых выпрямителем

устройств.

Номинальный выпрямленный ток I0 – среднее значение выпрямленного тока, т.е. его постоянная составляющая, заданная техническими требованиями. Определяется результирующим током всех цепей питаемых выпрямителем.

Напряжение сети Uсети – напряжение сети переменного тока, питающей выпрямитель. Стандартное значение этого напряжения для бытовой сети –220 вольт с допускаемыми отклонениями не более 10 %.

Пульсация – переменная составляющая напряжения или тока на выходе выпрямителя. Это качественный показатель выпрямителя.

Частота пульсаций – частота наиболее резко выраженной гармонической составляющей напряжения или тока на выходе выпрямителя. Для самой простой однополупериодной схемы выпрямителя частота пульсаций равна частоте питающей сети. Двухполупериодные, мостовые схемы и схемы удвоения напряжения дают пульсации, частота которых равна удвоенной частоте питающей сети. Многофазные схемы выпрямления имеют частоту пульсаций, зависящую от схемы выпрямителя и числа фаз.

Коэффициент пульсаций – отношение амплитуды наиболее резко выраженной гармонической составляющей напряжения или тока на выходе выпрямителя к среднему значению напряжения или тока. Различают коэффициент пульсаций на входе фильтра (p0 %) и коэффициент пульсаций на выходе фильтра (p %). Допускаемые значения коэффициента пульсаций на выходе фильтра определяются характером нагрузки.

Коэффициент фильтрации (коэффициент сглаживания) – отношение коэффициента пульсаций на входе фильтра к коэффициенту пульсаций на выходе фильтра k с = p0 / p. Для многозвенных фильтров коэффициент фильтрации равен произведению коэффициентов фильтрации отдельных звеньев.

Колебания (нестабильность) напряжения на выходе выпрямителя –изменение напряжения постоянного тока относительно номинального. При отсутствии стабилизаторов напряжения определяются отклонениями напряжения сети.

Схемы выпрямителей.

Выпрямители, применяемые для однофазной бытовой сети выполняются по 4 основным схемам: однополупериодной, двухполупериодной с нулевой точкой (или просто- двухполупериодной), двухполупериодной мостовой(или просто –мостовой, реже называется как “схема Герца”), и схема удвоения(умножения) напряжения(схема Латура). Для многофазных промышленных сетей применяются две разновидности схем: Однополупериодная многофазная и схема Ларионова.

Чаще всего используются трехфазные схемы выпрямителей. Основные показатели, характеризующие схемы выпрямителей могут быть разбиты на 3 группы:

Относящиеся ко всему выпрямителю в целом: U0 -напряжение постоянного тока до фильтра, I0 – среднее значение выпрямленного тока, p0 – коэффициент пульсаций на входе фильтра.

Определяющие выбор выпрямительного элемента (вентиля): Uобр – обратное напряжение (напряжение на выпрямительном элементе (вентиле) в непроводящую часть периода), Iмакс – максимальный ток проходящий через выпрямительный элемент (вентиль) в проводящую часть периода.

Определяющие выбор трансформатора: U2 – действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора, I2 – действующее значение тока во вторичной обмотке трансформатора, Pтр – расчетная мощность трансформатора.

Основные характеристики различных схем выпрямления.

Сравнение схем выпрямления и ориентировочный расчет выпрямителя можно сделать, используя данные из таблицы.

Тип схемы

Uобр

I макс

I 2

U 2

C 0 *

P0 %

U C0

Однополупериодная

3 U0

7 I 0

2 I 0

0,75U0

60 I 0/U0

600 I

0
——
U0 *C0

1,2U0

Двухполупериодная

3 U0

3,5 I 0

I 0

0,75U0

30 I 0/U0

300 I

0
——
U0 *C0

1,2U0

Мостовая

1,5 U0

3,5 I 0

1,41 I 0

0,75U0

30 I 0/U0

300 I

0
——
U0 *C0

1. 2U0

Удвоения напряжения

1,5 U0

7 I 0

2,8 I 0

0,38U0

125 I 0/U0

1250 I

0
——
U0 *C0

0,6U0

* Значение емкости конденсатора рассчитано для P0 % = 10 %

Задавшись значением напряжения на выходе выпрямителя U0 и значением номинального тока в нагрузке (среднего значения выпрямленного тока) I 0, можно без труда определить напряжение вторичной обмотки трансформатора, ток во вторичной обмотке, максимально допустимый ток вентилей, обратное напряжение на вентилях, а также рабочее напряжение конденсатора фильтра.

Задавшись необходимым коэффициентом пульсаций, можно рассчитать значение емкости на выходе выпрямителя.

Однополупериодный выпрямитель.

Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.

U2 — Напряжение на вторичной обмотке трансформатора

Uн – Напряжение на нагрузке.

Uн0 – Напряжение на нагрузке при отсутствии конденсатора.

Как видно на осциллограммах напряжение со вторичной обмотки трансформатора проходит через вентиль на нагрузку только в положительные полупериоды переменного напряжения. В отрицательные полупериоды вентиль закрыт и напряжение в нагрузку подается только с заряженного в предыдущий полупериод конденсатора. При отсутствии конденсатора пульсации выпрямленного напряжения довольно значительны.

Недостатками такой схемы выпрямления являются: Высокий уровень пульсации выпрямленного напряжения, низкий КПД, значительно больший, чем в других схемах, вес трансформатора и нерациональное использование в трансформаторе меди и стали.

Данная схема выпрямителя применяется крайне редко и только в тех случаях, когда выпрямитель используется для питания цепей с низким током потребления.

Двухполупериодный выпрямитель с нулевой точкой.

Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.

U2 — Напряжение на одной половине вторичной обмотки трансформатора

Uн – Напряжение на нагрузке

.

Uн0 – Напряжение на нагрузке при отсутствии конденсатора.

В этом выпрямителе используются два вентиля, имеющие общую нагрузку и две одинаковые вторичные обмотки трансформатора (или одну со средней точкой). Практически схема представляет собой два однополупериодных выпрямителя, имеющих два разных источника и общую нагрузку. В одном полупериоде переменного напряжения ток в нагрузку проходит с одной половины вторичной обмотки через один вентиль, в другом полупериоде — с другой половины обмотки, через другой вентиль.

Преимущество: Эта схема выпрямителя имеет в 2 раза меньше пульсации по сравнению с однополупериодной схемой выпрямления. Емкость конденсатора при одинаковом с однополупериодной схемой коэффициенте пульсаций может быть в 2 раза меньше.

Недостатки: Более сложная конструкция трансформатора и нерациональное использование в трансформаторе меди и стали.

Мостовая схема выпрямителя.

Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.

U2 — Напряжение вторичной обмотки трансформатора

Uн – Напряжение на нагрузке.

Uн0 – Напряжение на нагрузке при отсутствии конденсатора.

Основная особенность данной схемы – использование одной обмотки трансформатора при выпрямлении обоих полупериодов переменного напряжения.

При выпрямлении положительного полупериода переменного напряжения ток проходит по следующей цепи: Верхний вывод вторичной обмотки – вентиль V2 – верхний вывод нагрузки – нагрузка — нижний вывод нагрузки — вентиль V3 – нижний вывод вторичной обмотки – обмотка.

При выпрямлении отрицательного полупериода переменного напряжения ток проходит по следующей цепи: Нижний вывод вторичной обмотки – вентиль V4 – верхний вывод нагрузки — нагрузка – нижний вывод нагрузки – вентиль V1 – верхний вывод вторичной обмотки – обмотка. Как мы видим, в обоих случаях направление тока через нагрузку (выделено курсивом) одинаково.

Преимущества: По сравнению с однополупериодной схемой мостовая схема имеет в 2 раза меньший уровень пульсаций, более высокий КПД, более рациональное использование трансформатора и уменьшение его расчетной мощности. По сравнению с двухполупериодной схемой мостовая имеет более простую конструкцию трансформатора при таком же уровне

пульсаций. Обратное напряжение вентилей может быть значительно ниже, чем в первых двух схемах.

Недостатки: Увеличение числа вентилей и необходимость шунтирования вентилей для выравнивания обратного напряжения на каждом из них.

Эта схема выпрямителя наиболее часто применяется в самых различных устройствах. На основе этой схемы, при наличии среднего вывода с вторичной обмотки трансформатора можно получить еще два варианта схем выпрямления:

На левой схеме отвод от средины вторичной обмотки позволяет получить еще одно напряжение, меньше основного в 2 раза. Таким образом основное напряжение получается с мостовой схемы выпрямления, дополнительное – с двухполупериодной.

На правой схеме получается двуполярное напряжение амплитудой в 2 раза меньше чем получаемое в основной схеме. Оба напряжения получаются с помощью двуполупериодных схем выпрямления.

Схема удвоения напряжения.

Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.

U2 — Напряжение вторичной обмотки трансформатора

Uн – Напряжение на нагрузке.

Отличительной особенностью данной схемы является то, что в одном полупериоде переменного напряжения от вторичной обмотки трансформатора “заряжается” один конденсатор, а во втором полупериоде от той же обмотки– другой. Поскольку конденсаторы включены последовательно, то результирующее напряжение на обоих конденсаторах (на нагрузке) в два раза выше, чем можно получить от той же вторичной обмотки в схеме с однополупериодным выпрямителем.

Преимущества: Вторичную обмотку трансформатора можно рассчитывать на значительно меньшее напряжение.

Недостатки: Значительные токи через вентили выпрямителя, Уровень пульсаций значительно выше, чем в схемах двуполупериодных выпрямителей.

Эта же схема может использоваться еще в двух вариантах:

Левая схема предназначена для получения двух напряжений питания одной полярности, правая – для получения двуполярного напряжения с общей точкой.

Во втором варианте схемы характеристики выпрямителя соответствуют характеристикам однополупериодного выпрямителя.

Многофазные выпрямители.

Многофазные выпрямители применяются, как правило только в промышленной и специальной аппаратуре. Обычно в промышленной аппаратуре применяются трехфазные выпрямители двух типов – трехфазный выпрямитель и выпрямитель Ларионова.

Трехфазный выпрямитель.

Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.

ФА, ФС, ФВ – напряжения на вторичных обмотках трехфазного трансформатора.

U va, Uvb, Uvc напряжение на нагрузке получаемое с соответствующего вентиля.

Uн – Суммарное напряжение на нагрузке.

Выпрямитель представляет собой однополупериодный выпрямитель для каждой из трех фазных вторичных обмоток. Все три вентиля имеют общую нагрузку. Если рассмотреть осциллограммы напряжения на нагрузке при отключенном конденсаторе для каждой из трех фаз, то можно заметить, что напряжение на нагрузке имеет такой же уровень пульсаций, как и в схеме однополупериодного выпрямления. Сдвиг фаз (т.е. сдвиг по времени) напряжений выпрямителей между собой в результате даст в 3 раза меньший уровень пульсаций, чем в однофазной однополупериодной схеме выпрямления.

Достоинства: Низкий уровень пульсаций выпрямленного напряжения.

Недостатки: Так же как и в однофазной однополупериодной схеме выпрямления, низкий КПД, нерациональное использование трансформатора. Данный выпрямитель неприменим для обычной однофазной сети.

Схема Ларионова.

Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.

Этот выпрямитель представляет собой мостовые выпрямители для каждой пары трехфазных обмоток, работающие на общую нагрузку.

Соединяя в себе достоинства мостового выпрямителя и трехфазного питания, он имеет настолько низкий уровень пульсаций, что позволяет работать почти без сглаживающего конденсатора или с небольшой его емкостью.

Недостатки: Увеличенное количество вентилей. Выпрямитель также не может быть применен для работы в однофазной бытовой сети.

Выпрямители для бестрансформаторного питания аппаратуры.

Бестрансформаторные выпрямители являются простейшими неавтономными источниками постоянного тока. Они применяются при напряжениях близких к напряжению сети или превышающих его в 1,5 – 2,5 раза и токах до нескольких десятков миллиампер.

Ограниченное применение бестрансформаторных выпрямителей объясняется в первую очередь требованиями техники безопасности, так как оба полюса выпрямленного напряжения гальванически связаны с сетью.

Второй недостаток таких выпрямителей – отсутствие гибкости при выборе выпрямленного напряжения. Для радиоаппаратуры можно использовать в качестве безтрансформаторных выпрямители: Однополупериодный, мостовой, удвоения напряжения. Основные характеристики такие же как и в случае с трансформаторным питанием. Сетевое напряжение подключают к точкам подключения вторичных обмоток трансформаторов (вместо трансформатора).

Безтрансформаторные схемы опасны для использования!

Для питания малогабаритной портативной аппаратуры с токами до 15-20 миллиампер можно применять однополупериодные или мостовые схемы с гасящими конденсаторами. В этой схеме конденсатор Сгас выполняет роль “безваттного” реактивного сопротивления, образующий с активным сопротивлением нагрузки своеобразный делитель напряжения.

 

Реактивное сопротивление гасящего конденсатора указано в формуле.

Данная схема может найти применение для заряда малогабаритных аккумуляторов радиоприемников, радиостанций и радиотелефонов.

При конструировании и эксплуатации выпрямителя также необходимо соблюдать осторожность!

Некоторые рекомендации по работе с выпрямителями.

Вторичные обмотки трансформаторов необходимо всегда защищать плавкими предохранителями. В этом случае короткое замыкание в цепи нагрузки не приведет к таким последствиям как выход из строя трансформатора и тем более не приведет к возгоранию аппаратуры.

Часто при конструировании выпрямителей оказывается, что нет нужных вентилей (диодов) или конденсаторов. с нужными характеристиками. В таком случае можно применить параллельное или последовательное соединение вентилей или конденсаторов.

Что при этом нужно помнить?

Если имеющиеся вентили (диоды) по допустимому току меньше расчетного максимального тока, можно применить параллельное соединение таких диодов, умножив их допустимый ток на количество диодов в “связке”.

В случае если допустимое обратное напряжение вентилей (диодов) меньше рассчитанного значения, можно применить их последовательное соединение, включив параллельно каждому диоду шунтирующие резисторы, которые выровняют обратное напряжение между диодами. Величину сопротивления шунта рассчитывают по формуле:

Rш = 700 * Uобр / N для диодов с Uобр меньше 200 В и Iмакс = 1 – 10 Ампер

Или

Rш = 150 * Uобр / N для диодов с Uобр более 200 В и Iмакс менее 0,3 Ампер

В случае если емкость конденсатора меньше расчетной, можно применить параллельное включение нескольких конденсаторов, имеющих рабочее напряжение не меньше расчетного.

В случае если рабочее напряжение конденсаторов меньше допустимого для конкретной схемы, можно применить последовательное включение конденсаторов, не забывая, что общая емкость в этом случае уменьшится во столько раз, сколько конденсаторов будет включено в последовательную цепь.

Такую схему применять можно только в крайнем случае, поскольку в такой схеме пробой (короткое замыкание) одного конденсатора вызовет “цепную реакцию”, так как на оставшиеся в работе конденсаторы будет приложено большее напряжение, чем было до замыкания одного из них. Шунтирование конденсаторов резисторами в этом случае не спасает аппаратуру от последовательного выхода из строя конденсаторов во всей цепочке. Лучше применить последовательное соединение нескольких выпрямителей, рассчитанных на более низкое напряжение. Тогда при пробое одного из конденсаторов выходное напряжение просто снизится.

В этой статье приведена только краткая информация по схемам выпрямителей. Более подробно о расчете выпрямителей можно прочесть в самой различной литературе.

При подготовке статьи использована литература:

В.Я. Брускин “Номограммы для радиолюбителей” МРБ 1972 год.

Б.Богданович, Э.Ваксер “Краткий радиотехнический справочник” Беларусь 1968 год.

Всего вам доброго!

материал подготовил Н.Филенко (UA9XBI).

Выпрямители тока.Схемы выпрямителей. — Elektrolife

Выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный; выпрямительные схемы являются самыми простыми и наиболее полезными в практическом отношении диодными схемами (иногда диоды даже называют выпрямителями).

Однополупериодный выпрямитель

Символ «Перем» используется для обозначения источника переменного напряжения; в электронных схемах он обычно используется с трансформатором, питающимся от силовой линии переменного тока. Для синусоидального входного напряжения, значительно превышающего прямое напряжение диода (обычно в выпрямителях используют кремниевые диоды, для которых прямое напряжение составляет 0,6 В). Если  вспомнить, что диод – это проводник, пропускающий ток только в одном направлении, то нетрудно понять, как работает схема выпрямителя.
Представленная схема называется
однополупериодным выпрямителем, так как она использует только половину входного сигнала (половину периода).

  Схема двухполупериодного выпрямителя    

Двухполупериодный мостовой выпрямительВыходной сигнал схемы двухполупериодного выпрямителя

Из графика видно, что входной сигнал используется при выпрямлении полностью. На графике выходного напряжения наблюдаются интервалы с нулевым значением напряжения, они обусловлены прямым напряжением диодов.
В рассматриваемой схеме два диода всегда подключены последовательно к входу; об этом следует помнить при разработке низковольтных источников питания.

Фильтрация в источниках питания

Выпрямленные сигналы еще не могут быть использованы как сигналы постоянного тока. Дело в том, что их можно считать сигналами постоянного тока только в том отношении, что они не изменяют свою полярность. На самом деле в них присутствует большое количество «пульсаций» (периодических колебаний напряжения относительно постоянного значения), которые необходимо сгладить для того, чтобы получить настоящее напряжение постоянного тока. Для этого схему выпрямителя нужно дополнить фильтром низких частот.

Вообще говоря, последовательный резистор здесь не нужен, и его, как правило, не включают в схему (если же резистор присутствует, то он имеет очень маленькое сопротивление и служит для ограничения пикового тока выпрямителя). Дело в том, что диоды предотвращают протекание тока разряда конденсаторов, и последние служат скорее как накопители энергии, а не как элементы классического фильтра низких частот.
Энергия, накопленная конденсатором, определяется выражением W  = 1/2CU 2. Если емкость С измеряется в фарадах, а напряжение U – в вольтах, то энергия W будет измеряться в джоулях (в ваттах в 1 с).
Конденсатор подбирают так, чтобы выполнялось условие
RнC  >> 1/f  (где f  – частота пульсаций, в нашем случае 100 Гц). При этом происходит ослабление пульсаций за счет того, что постоянная времени для разрядки конденсатора существенно превышает время между перезагрузками.

Определение напряжения пульсаций.  Приблизительно определить напряжение пульсаций нетрудно, особенно если оно невелико по сравнению с напряжением постоянного тока

Определение напряжения пульсаций источника

Нагрузка вызывает разряд конденсатора, который происходит в промежутке между циклами (или половинами циклов для двухполупериодного выпрямления) выходного сигнала.
Если предположить, что ток через нагрузку остается постоянным (это справедливо для небольших пульсаций), то ΔU = (I /C) Δt (напомним, что I = C (dU /dt). Подставим значение 1/f (или 1/2f для двухполупериодного выпрямления) вместо Δt  (такая замена допустима, так как конденсатор начинает снова заряжаться меньше, чем через половину цикла). Получим
ΔU = Iнагр /fC
(однополупериодное выпрямление),
ΔU = Iнагр /2fC
(двухполупериодное выпрямление).
Если воспользоваться экспоненциальной функцией, определяющей изменение напряжения на конденсаторе при его разряде, то результат получим неправильным по следующим причинам:
Разряд конденсатора описывается экспоненциальной зависимостью только в том случае, если нагрузка резистивна; в большинстве случаев это не так.
Часто на выходе выпрямителя устанавливают стабилизатор напряжения, который обеспечивает постоянство выпрямленного напряжения – он выступает в роли нагрузки, через которую протекает постоянный ток.
Для источников питания используют, как правило, конденсаторы с точностью 20 % и более. При разработке схем следует учитывать разброс параметров компонентов и для страховки производить расчет для наиболее неблагоприятного сочетания их значений. В таком случае, если считать, что в начальный момент разряд конденсаторов происходит по линейному закону, приближение будет весьма точным, особенно если пульсации невелики. Неточности приближения приводят лишь к некоторой перестраховке – они проявляются в завышении расчетного напряжения пульсаций по сравнению с его истинным значением.

Схемы выпрямителей для источников питания

Двухполупериодная мостовая схема. На рисунке показана схема источника питания постоянного тока с мостовым выпрямителем

Схема мостового выпрямителя. Значок полярности и электрод в виде дуги служат для обозначения поляризованного конденсатора, заряжать его с другой полярностью недопустимо

Двухполупериодный однофазный выпрямитель.  Схема двухполупериодного однофазного выпрямителя приведена на рисунке ниже

Двухполупериодный выпрямитель на основе трансформатора со средней точкой

Выходное напряжение здесь в 2 раза меньше, чем в схеме мостового выпрямителя. Схема двухполупериодного однофазного выпрямителя не является эффективной с точки зрения использования трансформатора, так как каждая половина вторичной обмотки используется только в одном полупериоде. В связи с этим ток в обмотке за этот интервал времени в 2 раза больше, чем в простой двухполупериодной схеме. Согласно закону Ома, температура нагрева обмотки пропорциональна произведению
I2R , значит, за время в 2 раза меньшее нагрев будет в 4 раза больше или в среднем больше по сравнению с эквивалентной двухполупериодной схемой.
Трансформатор для этой схемы следует выбирать так, чтобы его предельный ток был в 1,4 (в √2) раз больше, чем у трансформатора мостовой схемы, в противном случае такой выпрямитель будет более дорогим и более громоздким, чем мостовой.

Расщепление напряжения питания. Широко распространена мостовая однофазная двухполупериодная схема выпрямителя

Формирование двухполярного (расщепленного) напряжения питания.

Она позволяет расщеплять напряжение питания (получать на выходе одинаковые напряжения положительной и отрицательной полярности).
Эта схема эффективна, так как в каждом полупериоде входного сигнала используются обе половины вторичной обмотки.

Умножители напряжения или выпрямители с умножением напряжения. Схема, показанная на рисунке называется удвоителем напряжения.

Удвоитель напряжения

Для того чтобы понять, как работает эта схема, представьте, что она состоит из двух последовательно соединенных выпрямителей. Фактически эта схема является двухполупериодным выпрямителем, так как она работает в каждом полупериоде входного сигнала – частота пульсаций в 2 раза превышает частоту колебаний питающей сети. Разновидности этой схемы позволяют увеличивать напряжение в 3, 4 и более раз.
На рисунках  показаны схемы выпрямителей, обеспечивающие увеличение напряжения в 2, 3 и 4 раза, в которых один конец обмотки трансформатора заземлен.

Схемы умножения напряжения

Мостовой выпрямитель, схема, формула, 7 важных факторов

Список тем
  • Ректификация и выпрямитель
  • Типы выпрямителя
  • Мостовой выпрямитель
  • Схема и схема мостового выпрямителя
  • Работа мостового выпрямителя
  • Различия между мостовым выпрямителем и полноволновым выпрямителем
  • Математические проблемы

коррекция

Выпрямление: процесс, посредством которого переменное напряжение преобразуется в постоянное, называется выпрямлением. Выпрямитель — это электронное устройство для выполнения выпрямления.

Типы выпрямителей

Выпрямители в основном бывают трех типов. Они есть —

  1. Полуволновые выпрямители (HWR)
  2. Полноволновые выпрямители (FWR)
  3. Мостовой выпрямитель (BR)

Мостовые выпрямители

Мостовые выпрямители — это выпрямители, которые преобразуют переменный ток в постоянный, то есть переменный ток в постоянный. Этот тип выпрямителя позволяет обеим половинам входного переменного напряжения проходить через цепь. Для изготовления мостового выпрямителя необходимо четыре диода.

Работа и схема мостовых выпрямителей

Мостовой выпрямитель показан на схеме ниже.

Схема мостового выпрямителя, источник изображения — Пользователь: Wykis, Диодный мост alt 1, помечено как общественное достояние, подробнее на Wikimedia Commons

Двухполупериодное выпрямление также может быть реализовано с помощью выпрямителя, в состав которого входят четыре диода. Как показано на схеме, два диода противоположных плеч проводят ток одновременно, в то время как два других диода остаются в выключенном состоянии. На данный момент ток течет через диоды D1 и D3, но не течет через диоды D2 и D4. Это происходит из-за мгновенной полярности вторичных обмоток трансформатора. Таким образом, ток I проходит через сопротивление нагрузки RL в показанном направлении.

Теперь наступает следующая половина цикла. На этот раз полярность трансформатора меняется. Ток течет через диод D2 и диод D4, а через диоды D1 и D3 ток не течет. Направление тока остается таким же, как и в предыдущей половине цикла.

Узнайте о том, как работает трансформатор!

Формула и уравнения мостового выпрямителя

От стандартной схемы мостового выпрямителя,

Vi — входное напряжение; Vb — напряжение на диоде, rd — динамическое сопротивление, R — сопротивление нагрузки, Vo — выходное напряжение.

Среднее напряжение O / p:

Vo V =mСинωт; 0 ≤ ωt ≤ π

Vav = 1 / π * ∫02pVo d (ωt)

Или, Vav = 1 / π * ∫02pVmSinωt d (ωt)

Или, Vav = (Vm/ π) [- Cosωt]0π

Или, Vav = (Vm / π) * [- (- 1) — (- (1))]

Или, Vav = (Vm/ π) * 2

Или, Vav = 2 Вm / π = 0. 64 Вm

Средний ток нагрузки (Iav) = 2 * Im/ π

Среднеквадратичное значение тока:

IRMS = [1 / π * ∫ 02p I2  d (ωt)]1/2

Я = яmСинωт; 0 ≤ ωt ≤ π

Или яRMS = [1 / π * ∫ 02p Im2  Грех2ωt d (ωt)]1/2

Или яRMS = [Яm2/ π * ∫ 02p Грех2ωt d (ωt)]1/2

Теперь грех2ωt = ½ (1 — Cos2ωt)

Или яRMS = [Яm2/ π * ∫ 02p (1 — Cos2ωt) d (ωt)]1/2

Или яRMS = [Яm2/ 2] ½   Или яRMS = Яm/ √2

Среднеквадратичное напряжение = ВRMS V =m/ √2.

Значение среднеквадратичного значения в том, что оно эквивалентно значению постоянного тока.

При условии, что среднеквадратичное значение ≤ пикового значения

Пиковое обратное напряжение (PIV):

Пиковое обратное напряжение или PIV — это максимально допустимое напряжение, которое может быть приложено к диоду до его пробоя.

Пиковое обратное напряжение мостового выпрямителя рассчитывается как PIV> = Vm

Приложение большего напряжения, чем пиковое обратное напряжение, повредит диод и повлияет на другие элементы схемы, если они связаны.

График мостового выпрямителя

На следующем графике показан входной выходной сигнал мостового выпрямителя. Это то же самое, что и мостовой выпрямитель.

График мостового выпрямителя, показывающий входной сигнал (верхний) и выходной сигнал (нижний), Источник изображения — Кришнаведала, 3-х фазное выпрямление 2, CC BY-SA 3.0

Форм-фактор

Игровой автомат форм-фактор мостового выпрямителя аналогичен двухполупериодному выпрямителю и определяется как отношение RMS (среднеквадратичное значение) значения напряжения нагрузки к среднему значению напряжения нагрузки.

Форм-фактор = VRMS / Вav

VRMS V =m/2

Vav V =m / п

Форм-фактор = (Vm/ √2) / (2 * Vm/ π) = π / 2√2 = 1.11

Итак, мы можем написать, VRMS = 1.11 * Вав.

Фактор пульсации

Коэффициент пульсации мостового выпрямителя — это процентная составляющая переменного тока, присутствующая на выходе мостового выпрямителя.

«Γ» представляет коэффициент пульсации.

Io = Яac + Яdc

Или яac = Яo — Яdc

Или яac = [1 / (2π) * ∫02p(I-IDC)2d (ωt)]1/2

Или яac = [ЯRMS2 + Яdc2— 2 яdc2] 1/2

Или яac = [ЯRMS2 — Яdc2] 1/2

Итак, фактор пульсации,

у = яRMS2 — Яdc2 / Яdc2

или γ = [(IRMS2 — Яdc2) — 1] 1/2

γFWR = 0. 482

Коэффициент использования трансформатора

Отношение мощности постоянного тока к номинальной мощности переменного тока известно как Коэффициент использования трансформатора или TUF.

ТУФ = Рdc/ Пac(оценено)

Vs / √2 — номинальное напряжение вторичной обмотки, а Im/ 2 — ток, протекающий по обмотке.

Итак, TUF = Idc2 RL / (Вs/ √2) * (яm / √2)

ТУФ = (2Im/ п)2RL / (Im2 (Rf +RL) / (2√2) = 2√2 / π 2 * (1 / (1 + Рf/RL))

Если Rf << RL, затем,

ТУФ = 8/π 2 = 0.812

Чем больше TUF, тем лучше производительность.

КПД мостового выпрямителя

КПД мостового выпрямителя определяется как отношение мощности постоянного тока, подаваемой на нагрузку, к входной мощности переменного тока. Обозначается символом — η

η = Рзагрузка / Пin * 100

или, η = Idc2 * R / IRMS2 * R, поскольку P = VI, & V = IR

Сейчас яRMS = Яm/ √2 и Idc = 2 * Im/ π

Итак, η = (4Im2/ п2) / (яm2/ 2)

η = 8 / π2 * 100% = 81.2%

Эффективность идеальной схемы мостового выпрямителя составляет = 81.2%

Укажите разницу между мостовым и полноволновым выпрямителем
Предмет сравненияМостовой выпрямительПолноволновой выпрямитель
Кол-во используемых диодовИспользуются четыре диодаИспользуются два диода
Текущий потокТок течет в цепи только в течение положительной половины входного цикла. Ток течет в цепи всю половину входного цикла.
Требуется трансформаторЛюбой маленький Шаг вниз or повышающий трансформаторТрансформаторы с центральным ответвлением — это центр, необходимый для двухполупериодных выпрямителей. Также требуется трансформатор большего размера, чем мостовой выпрямитель.
Пиковое обратное напряжениеДля мостового выпрямителя пиковое обратное напряжение — это максимальное напряжение на вторичной обмотке трансформатора.Для двухполупериодного выпрямителя пиковое обратное напряжение каждого диода в два раза больше максимального напряжения между центральным выводом и любым другим концом вторичной обмотки трансформатора.
Доступность Мостовой выпрямитель доступен на рынке в одной упаковке.  Готовых двухполупериодных выпрямителей на рынке нет.
ЦенаДешевле двухполупериодных выпрямителей.Дороже, чем мостовой выпрямитель.
Коэффициенты использования трансформатораКоэффициент использования трансформатора составляет 0.812.Для двухполупериодного трансформатора TUF = 0.693
Эффективность при низких напряженияхТок протекает через два последовательно соединенных диода в мостовом выпрямителе, и на диодах рассеивается огромная мощность. Следовательно, КПД ниже в условиях низкого напряжения.На двухполупериодных выпрямителях такого эффекта нет. КПД в таком состоянии больше, чем у мостового выпрямителя.

Некоторые проблемы с мостовыми выпрямителями

1. Мостовой выпрямитель имеет нагрузку 1 кОм. Приложенное переменное напряжение составляет 220 В (среднеквадратичное значение). Если пренебречь внутренним сопротивлением диодов, каким будет пульсация напряжения на сопротивлении нагрузки?

а. 0.542 В

б. 0.585 В

c. 0.919 В

d. 0.945 В

Напряжение пульсаций = γ * Vdc / 100

Vdc = 0.636 * Vrms * √2 = 0.636 * 220 * √2 = 198 В.

Коэффициент пульсации идеального двухполупериодного выпрямителя составляет 0.482

Следовательно, пульсации напряжения = 0.482 * 198/100 = 0.945 В

2. Если пиковое напряжение схемы мостового выпрямителя составляет 10 В, а диод представляет собой кремниевый диод, каким будет пиковое обратное напряжение на диоде?

Пиковое обратное напряжение — важный параметр, определяемый как максимальное обратное напряжение смещения, приложенное к диоду перед входом в область пробоя. Если пиковое значение обратного напряжения меньше указанного значения, может произойти пробой. Для двухполупериодного выпрямителя пиковое обратное напряжение диода равно пиковому напряжению = Vm. Итак, пиковое обратное напряжение = 5 вольт.

3. На двухполупериодный выпрямитель подается вход 100Sin 100 πtV. Какая частота пульсаций на выходе?

V = VmSinωt

Здесь ω = 100

Частота задается как — ω / 2 = 100/2 = 50 Гц.

Таким образом, выходная частота = 50 * 2 = 100 Гц.

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

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

5. Для мостового выпрямителя приложенное входное напряжение составляет 20Sin100 π t. Какое будет среднее выходное напряжение?

Теперь мы знаем, что V = VmSinωt

Vm = 20

Итак, выходное напряжение = 2Вm / π = 2 * 20 / π = 12.73 вольт

Выходное напряжение = 12. 73 вольт.

9 фактов о повышающем трансформаторе: конструкция, работа, использование

Вопросы для обсуждения:
  • Определение
  • Строительство
  • Работы
  • Приложения
  • Часто задаваемые вопросы по повышающим трансформаторам.

Определение повышающего трансформатора

A трансформатор передает электрическую энергию. Повышающий трансформатор — это один из типов электрических трансформаторов. Шаг вперед трансформатор увеличивает входное напряжение и обеспечивает повышенное напряжение на выходе. В процессе передачи мощности мощность и частота мощности остаются постоянными.

Кредит изображения:! Оригинал:Constant314Вектор: Викимпан, Идеальный трансформатор, CC0 1.0

Строительство повышающего трансформатора

Под конструкцией повышающего трансформатора понимается конструкция сердечника и конструкция обмоток.

Основная конструкция:

Сердечник трансформатора — это особая деталь, созданная из губчатого металла. Причина выбора губчатых металлов для сердечника заключается в том, что магнитный поток может проходить через эти типы металлов. Сердечник окружен катушками. Тип упаковки определяет тип сердечника.

Сердечник трансформатора будет называться трансформатором с закрытым сердечником, если сердечник ограничен катушками снаружи.

Трансформатор называется трансформатором с сердечником оболочки, если сердечник окружен катушками изнутри.

Для промышленных целей сердечник с оболочкой выбирается по сравнению с типом сердечника, поскольку тип сердечника имеет недостаток «поток утечки».

Обмотки:

Обмотки — еще одна важная часть трансформатора, которая в основном представляет собой катушку с проводом и проводит ток. Первичная и вторичная обмотки изготовлены из меди и алюминия. Первичные обмотки принимают входное напряжение, а вторичное напряжение обеспечивает выходное напряжение. Здесь выполняется классификация повышающих и понижающих. Теперь для повышающего трансформатора количество витков во вторичных обмотках больше, чем количество витков во вторичных обмотках.

Принцип работы повышающего трансформатора

Повышающий трансформатор работает по тому же принципу, что и обычный трансформатор. Повышающие трансформаторы потребляют более низкое напряжение и обеспечивают более высокое напряжение. Их работа основана на законах Фарадея и теории коэффициента поворота.  

Внутри повышающего трансформатора ток течет из-за входного напряжения. Протекание тока индуцирует магнитный поток вокруг обмоток, и этот поток проходит через сердечник трансформатора.

Напряжение во вторичных обмотках индуцируется вторичной обмоткой.

Следующий принцип работы — коэффициент поворота. Передаточное число выражается как отношение числа витков первичной обмотки к коэффициенту витков вторичной обмотки. Он также описывается как отношение входного напряжения к выходному напряжению.

Коэффициент оборотов = Nпервичный/Nвторичный =Vпервичный/Vвторичный ———————- (я)

Или, Vsecondary = Vprimary * (Nsecondary / Nprimary) ——————— (ii)

Здесь Nprimary = количество витков первичной обмотки.

Nsecondary = Количество витков вторичной обмотки

Vprimary = напряжение первичной стороны

Vsecondary = Напряжение вторичной стороны

Используя отмеченное уравнение (ii), мы пытаемся вычислить вторичное напряжение. Понятно, что входное напряжение постоянно. Теперь, изменив коэффициент трансформации, мы можем получить желаемое выходное напряжение. Повышающий трансформатор используется для создания более высокого напряжения на выходе. Вот почему соотношение (Nsecondary / Nprimary) установлено больше 1.

Теперь из уравнений мы можем заметить, что вторичный N будет больше в отличие от понижающего трансформатора. Поэтому повышающий трансформатор имеет большее количество витков во вторичных обмотках.

Узнайте, как работает трансформатор. Щелкните здесь для навигации!

Применение повышающего трансформатора

Повышающий трансформатор имеет несколько применений. Большинство приложений очень специфичны и относятся к разным областям.

Изображение Фото: Трамп16, Трансформер подстанции, CC BY-SA 4.0
  • Приложения в энергосистемах: шаг вперед трансформатор является одной из наиболее важных частей системы распределения электроэнергии. Повышающий трансформатор помогает повышать подаваемое напряжение в соответствии с потребностью.  
  • Электронное устройство и инструменты: Step-up трансформеры используется внутри многочисленных электронных устройств и инструментов. Такие устройства, как выпрямители, преобразователи АЦП и ЦАП, используют этот тип трансформатора.
  • Электродвигатели и генераторы, микроволновая печь печи, рентгеновские аппараты и различные бытовые приборы используют для повышения трансформаторов.

Часто задаваемые вопросы о повышающих трансформаторах

1. Как определить повышающий и понижающий трансформаторы?

Повышающий трансформатор обеспечивает повышенное напряжение на нагрузке, тогда как понижающий трансформатор обеспечивает пониженное напряжение на нагрузке. Измеряя входное напряжение на первичной обмотке и выходное напряжение на вторичных обмотках, можно определить тип трансформатора. Также можно проверить текущее значение входа и выхода. Если текущее значение больше, чем предоставленное, то это тип шага вверх, иначе — шаг вниз. Это был процесс. Другой процесс будет заключаться в проверке передаточного числа. Если передаточное число меньше единицы, то это повышающий, иначе понижающий трансформатор. 

Другим способом будет проверка типов провода. Для повышающих трансформаторов плотность провода первичной обмотки больше, чем плотность провода вторичной обмотки.

Небольшой повышающий трансформатор

2. Зачем нужен повышающий трансформатор?

Повышающий трансформатор подает на нагрузку повышенное подаваемое напряжение. Итак, если есть необходимость повысить или увеличить подаваемое напряжение для наших работ, рекомендуется использовать повышающий трансформатор. Но при этом текущая стоимость уменьшается. Поэтому, если нам нужен источник более высокого напряжения с тем же током, то повышающий трансформатор не будет служить нашим целям.

3. Для чего нужен повышающий трансформатор?

Повышающий трансформатор помогает повысить напряжение. Итак, цель относительно прямая, то есть повысить подаваемое на него напряжение.

4. Какое передаточное число у повышающего трансформатора?

Коэффициент трансформации — важный параметр электрических трансформаторов. Он определяется отношением числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки.

Коэффициент оборотов = Nпервичный/Nвторичный

Nprimary — это количество витков первичной обмотки, а Nsecondary — это количество витков вторичной обмотки.  

Повышающий трансформатор не имеет идеального коэффициента трансформации. Но в целом коэффициент трансформации меньше 1 в случае повышающего трансформатора.

5. Напишите о практическом значении повышающих трансформаторов.

Повышающие трансформаторы очень важны для нашей повседневной жизни. Подача электричества без повышающих трансформаторов совершенно невозможна. В системе распределения электроэнергии, когда питание подается от электростанций, подаваемое напряжение уменьшается из-за сопротивления питающих проводников. В настоящее время требуются повышающие трансформаторы для увеличения напряжение снова сохраняет мощность постоянный. В этом практическое значение повышающего трансформатора.

Увеличьте автотрансформатор, Изображение предоставлено:
КРЦК 2014 03 07 15”(CC BY-NC 2.0) от Дэвидсейболд

6. Различия между повышающим трансформатором и понижающим трансформатором?

Задача повышающего и понижающего трансформатора различает трансформаторы. Задача повышающего трансформатора состоит в том, чтобы повышать подаваемое напряжение, а понижающий трансформатор обеспечивает пониженное подаваемое напряжение. Некоторые другие отличия приведены ниже.

7. Повышает ли ток повышающий трансформатор?

Нет, повышающий трансформатор не увеличивает ток. Вместо этого он увеличивает напряжение и уменьшает ток. Однако мощность сигнала остается постоянной.

8. Число витков обмотки электрического трансформатора — 3000. Другая обмотка имеет число витков = 1500, где приложено переменное напряжение 50 вольт. Узнайте напряжение при меньшем количестве витков. Узнайте тип трансформатора.

Напряжение подается со стороны 1500 витков. Итак, это первичная обмотка, а количество витков провода = 1500. Допустим, это Np.

Сторона поворота 3000 — вторичная сторона. Это вторичная обмотка, а количество витков провода = 3000. Допустим, это нс.

На первичной стороне подается 50 вольт, так что это первичное напряжение, и скажем, что = Vp

Нам нужно рассчитать напряжение на вторичной стороне; скажем, что = Vs.

Мы знаем, что коэффициент поворота = Np / Ns

Это также = Vp / Vs

Итак, Np / Ns = Vp / Vs

Или Vs = (Ns / Np) * Vp

Подставляя значения, получаем:

Вс = (3000/1500) * 50

Или, Vs = 100 вольт

Напряжение на вторичной стороне будет = 100 вольт.

Теперь, как мы видим, напряжение выше подаваемого напряжения, поэтому это повышающий трансформатор.

функции и принцип работы устройства

  • Какие бывают выпрямители: типы выпрямителей переменного тока
  • Однополупериодный выпрямитель
  • Двухполупериодные выпрямители
  • Выпрямитель с удвоением напряжения
  • Умножитель (удвоитель) напряжения
  • Трёхфазные выпрямители
  • Видео: выпрямитель- особенности простых схем

Выпрямители напряжения широко используются в устройствах электропитания и обнаружения радиосигналов. Приобрести такое устройство можно на сайте компании newet.ru. ООО «Новые энергетические технологии» занимается поставками источников питания и преобразователей напряжения промышленного назначения, а также специализированного оборудования для защиты потребителей электроэнергии.

Выпрямитель напряжения.

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

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

Преобразователь напряжения: отзывы, какой выбрать стабилизатор (прочитать подробнее)


Выпрямитель напряжения.

В этой статье мы поговорим с вами о выпрямителях. Рассмотрим несколько вариантов конструкций выпрямителей, а также, как можно удвоить и умножить напряжение без переделки трансформатора.

Какие бывают выпрямители: типы выпрямителей переменного тока

Большинству радиосхем требуется источник питания постоянного напряжения. Чтобы электронный аппарат мог питаться от сети переменного напряжения, он должен иметь выпрямитель, который преобразует переменное напряжение в постоянное. После выпрямителя получается пульсирующий ток, который течет в одном направлении, изменяя свою величину от нуля до амплитудного значения. Чтобы из пульсирующего напряжения получить постоянное, после выпрямителя ставится сглаживающий фильтр.

На рис.1 показана схема однополупериодного выпрямителя. Она состоит из одного диода (D), который пропускает ток только в одном направлении. Достоинством его является простота схемного исполнения, к недостаткам можно отнести низкое использование трансформатора по мощности и большие пульсации, так как используется только один полупериод.


Выпрямитель-однополупериодный. Двухполупериодный-выпрямитель.

Наиболее часто применяется мостовая схема двухполупериодного выпрямителя.

В этой схеме в течении каждого полупериода работают попарно два диода – VD1VD4, VD2VD3, пропуская ток только в одном направлении.

Сглаживающие фильтры обычно выполняются из относительно больших емкостей и индуктивностей. Пульсирующее напряжение заряжает емкость до амплитудного значения, которое разряжается в промежутках между амплитудами, поддерживая постоянным напряжение на нагрузке. Индуктивность для пульсирующей составляющей представляет большое реактивное сопротивление, а емкость – малое, поэтому фильтр не пропускает ее в нагрузку. Качество выпрямленного постоянного напряжения оценивается коэффициентом пульсаций: K=U˜/U0, где U˜ — пульсирующее напряжение, U0 – постоянное напряжение.

Мостовой-выпрямитель. Параллельное-удвоение.

В маломощных выпрямителях иногда используются фильтры из сопротивлений и емкости. К их достоинствам можно отнести простоту схемы, к недостаткам – большой коэффициент пульсаций и малый КПД.

Принцип работы выпрямителя

Структурная схема выпрямителя показана ниже:

Главною его частью является выпрямляющее устройство В, образованное из диодов, объединенных особым образом. Именно здесь и происходит преобразование переменного тока в пульсирующий постоянный. Переменное напряжение подается на выпрямляющее устройство через трансформатор Тр. В некоторых случаях трансформатора может и не быть (если напряжение силовой сети отвечает той, которая необходима для работы выпрямителя). Трансформатор(если он есть) в большинстве также имеет особенности в соединении его обмоток. Пульсирующий ток , как правило не является постоянным по величине в каждое мгновение времени, и когда необходимо иметь более сглаженное его значение, чем полученный после выпрямляющего устройства, применяют фильтры Ф. В случае необходимости выпрямитель дополняют стабилизатором напряжения или тока Ст, который поддерживает их на постоянном уровне, если параметры силовой сети изменяется по разным причинам. Структурную схему завершает нагрузка Н, которая значительно влияет на работу всего устройства и поэтому считается составляющей частью всего преобразователя.

Собственно выпрямителем является та его часть, которая обведена на рисунке выше пунктиром и состоит из трансформатора и выпрямительного устройства.

В этом подразделе рассматриваются выпрямители малой мощности, которые необходимы для обеспечения постоянным напряжением всяких устройств в областях управления, регулирования, усилителях тока, генераторах малой мощности и так далее. Как правило, они питаются от однофазного переменного напряжения 220 или 380 В частотою 50 Гц.

Однополупериодный выпрямитель

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

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

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

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

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

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


Зарядник сотового телефона. Мостовая схема.

Что такое диоды

Схема диодной сборки Из приведенного выше рисунка видно, что в мостовую схему входят четыре полупроводниковых элемента диода , порядок соединения которых соответствует встречно-параллельному принципу. Любое преобразование напряжения требует применения диодных мостов.

Избыток заряда одного знака заставляет носителей отталкиваться друг от друга, в то время как область с противоположным зарядом стремится притянуть их к себе. В электронике данная схема применяется в настоящее время повсеместно.

Более мощные выпрямительные диодные мосты требуют охлаждения, так как при работе они сильно нагреваются. Во время положительного полупериода положительное напряжение приложено к аноду VD1, а отрицательное — к катоду VD3. В обычной осветительной цепи течет переменный ток, который 50 раз в течение одной секунды меняет свою величину и направление.

Схема диодного моста Это так называемый однофазный выпрямительный мост, один из нескольких типов выпрямителей , которые активно применяются в электронике. Его превращение в постоянный — достаточно часто встречающаяся необходимость. В области соединения материала n- и p-типа существует потенциальный барьер.

Физические свойства p-n перехода

Также в нем будет рассмотрен вопрос, касающийся того, как сделать диодный мост своими руками. Образованный избыток электронов формирует отрицательный заряд, а дырок — положительный. Но самое интересное, что два типа проводимости могут существовать в одном куске полупроводника. Пару слов о том, как работает диодный мост.

Схема и принцип работы диодного моста На данной схеме 4 диода соединенных по мостовой схеме подключены к источнику переменного напряжения В. Диод Раньше, в эпоху стеклянных электронных вакуумных ламп, это была самая простая из ламп.

Если взглянуть на принципиальные схемы блоков питания, как трансформаторных, так и импульсных, то после выпрямителя всегда стоит электролитический конденсатор, который сглаживает пульсации тока

Важно отметить, что ток Iн протекающий через нагрузку Rн, не изменяется по направлению, то есть является постоянным

Выпрямлению подвергается напряжение, снимаемое со вторичной понижающей обмотки трансформатора Т. При загорании включенного через ограничивающий резистор светодиода можно быть уверенным в том, что на выходе появился постоянный потенциал. В данной схеме, ток протекает от фазы с наибольшим потенциалом, через нагрузку к фазе с наименьшем потенциалом. Потому что анод холодный, а к катоду теперь приложен положительный потенциал, который возвращает выброшенные накалом катода электроны обратно. Однако отдельные образцы современных электронных устройств ваш мобильный, например нуждаются в постоянном или выпрямленном напряжении. Способы соединения диодных мостов, выпрямителей для увеличения их максимального тока и напряжения

Преобразовать переменный ток в постоянный поможет диодный мост – схема и принцип действия этого устройства приводятся ниже. В обычной осветительной цепи течет переменный ток, который 50 раз в течение одной секунды меняет свою величину и направление. Его превращение в постоянный – достаточно часто встречающаяся необходимость.

Двухполупериодные выпрямители

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

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

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

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

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

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

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

О данной схеме уже рассказывалось на странице про диодный мост. Стоит отметить, что и у мостовой схемы есть недостатки. Как известно, у любого полупроводникового диода есть так называемое прямое падение напряжения (Forward voltage dropVF). Для обычных выпрямительных диодов оно может быть 1 — 1,2 V (зависит от типа диода). Так вот, при использовании мостовой схемы на диодах теряется напряжение, равное 2 x VF, т. е. около 2 вольт. Это происходит потому, что в выпрямлении одной полуволны переменного тока участвуют 2 диода (затем другие 2). Получается, что на диодном мосте теряется часть напряжения, которое мы снимаем со вторичной обмотки трансформатора, а это явные потери. Поэтому в некоторых случаях в составе диодного моста применяются диоды Шоттки, у которых прямое падение напряжения невелико (около 0,5 вольта). Правда, стоит учесть, что диод Шоттки не рассчитан на большое обратное напряжение и очень чувствителен к его превышению.

Большой интерес вызывает выпрямитель с удвоением напряжения.

Неисправности выпрямителя

Поскольку узел выпрямителя генератора состоит из нескольких полупроводниковых приборов, в 90% случаев защищен крышкой, для диагностики понадобятся электроприборы и частичная разборка генератора. Однако в некоторых случаях признаки неисправности диодного моста водитель может услышать:

  • при появлении пульсаций (в бортовую сеть подается переменное напряжение вместо постоянного) электродвигатели некоторых потребителей могут воспроизводить звуки по аналогии с динамиком;
  • чаще всего «пищит» привод стеклоподъемников и печки, причем тональность изменяется при изменении оборотов этих приборов, а не частоты вращения коленвала.

Во всех остальных случаях неисправности генератора автомобиля в узле выпрямителя диагностируются исключительно приборами. Для этого потребуется схема подключения диодного моста в конкретной модификации генератора, так как симптомы нарушения механической части полностью аналогичны поломке электрических деталей.

Диагностика поломок

Узел выпрямителя собирается по различным технологиям – часть деталей крепится механическим способом, мелкие диоды впаиваются в схему, крупногабаритные обычно запрессовываются. Поэтому потребоваться ремонт выпрямителя может, не только при выходе из строя полупроводниковых элементов, но и при некорректной их установке на «подкове» теплоотводящей пластины.

Перед тем, как прозвонить схему или отдельный полупроводник, следует визуально осмотреть конструкцию. Даже в отсутствие тестера, омметра, вольтметра можно использовать лампочку и специальную схему подключения АКБ, чтобы понять, неисправен диод или работает корректно.

Методика диагностики выглядит следующим образом:

  • с генератора снимается задняя крышка для обеспечения доступа к диодам;
  • на пластину подается проводом «–» от АКБ, она прижимается к корпусу на генераторе, один провод лампы касается к диоду в месте присоединения статорной обмотки, второй – к «+» аккумулятора, при пробое лампочка загорится;
  • тестер выставляется в режим омметра на 1 кОм, если поменять местами щупы мультиметра, показания должны измениться с 0 на 400 – 800 Ом в разных направлениях.

Это интересно: Мнение законодателя о ГБО


Рис. 10 Диагностика выпрямителя лампой


Рис. 11 Диагностика мультиметром

В большинстве случаев горит диодный мост при проникновении влаги.

Выпрямитель с удвоением напряжения

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

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

Развитием схемы стало создание умножителя на полупроводниковых диодах.

Умножитель (удвоитель) напряжения

В тех случаях, когда нецелесообразно повышать напряжение при помощи трансформатора, применяют удвоители и умножители напряжения. В схеме параллельного удвоения в течении каждого полупериода заряжается один из конденсаторов до амплитудного значения. Так как конденсаторы соединены последовательно, то снимаемое с них постоянное напряжение будет равно двойному амплитудному значению:

В последовательной схеме удвоения в течение одного полупериода заряжается конденсатор С1 через диод VD2 до амплитудного значения. В течение следующего полупериода напряжение обмотки, складываясь с напряжением конденсатора С1, через диод VD1 заряжает конденсатор С2 до двойного амплитудного значения:

Увеличивая количество звеньев в такой схеме, можно получить умножение напряжения любой кратности.


Последовательное-удвоение.


Четырёхзвенный умножитель.

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

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

Сейчас такие источники питания используются в научных лабораториях, в детекторах элементарных частиц, в медицинской аппаратуре (люстра Чижевского) и в оружии самообороны (электрошокер). При повторении подобных конструкций и подборе деталей, следует учитывать рабочее напряжение, как диодов, так и конденсаторов исходя из напряжения, которое вы хотите получить. Весь умножитель, как правило, заливается специальным компаундом или эпоксидной смолой во избежание высоковольтных пробоев между элементами схемы.

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

Трёхфазные выпрямители

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

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

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

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

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

Ну вот, в общем-то, и все! Теперь вы знаете, какие бывают выпрямители переменного тока и сможете легко обнаружить их на принципиальной схеме или печатной плате любого прибора.

Все вопросы, пожелания и предложения вы можете оставить в комментариях.

Выпрямители с умножением напряжения

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

ВВЕДЕНИЕ

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

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

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

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

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

СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ С УМНОЖЕНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Фиг. 3. Принципиальная схема выпрямителя с утроением напряжения.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Фиг. 5. Симметричная схема выпрямителя с учетверением напряжения.

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

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

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

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

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

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

Фиг. 7. Несимметричная схема выпрямителя с учетверением напряжения.

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

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

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

Таблица 1

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

Примечание. Напряжение питающей сети 120 в.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Фиг. 11. Схема умножения напряжения с сопротивлениями.

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

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

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

Продолжение. ВЫПРЯМЛЯЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

BACK MAIN PAGE

Введение в схемы выпрямителей

Важным применением диода является то, что оно имеет место в конструкции схемы выпрямителя. Проще говоря, эта схема преобразует переменный ток (AC) в постоянный ток (DC). Это важная схема в конструкции источника питания переменного тока в постоянный.

Цепь выпрямителя

Для питания любой цепи необходим источник питания; и если вы хотите питать электронные устройства от сети переменного тока, необходим выпрямитель.

Рисунок 1.1 иллюстрирует принципиальную схему источника питания постоянного тока. Имеется линия переменного тока 120 В (среднеквадратичное значение) 60 Гц, питающая блок питания, который подает напряжение В O на электронную схему (блок нагрузки). В O должно быть стабильное постоянное напряжение, чтобы обеспечить правильную работу электронной схемы.

 

Рисунок 1.1

 

Глядя на схему, сначала мы видим трансформатор. Этот трансформатор представляет собой понижающий трансформатор, который «понижает» высокое входное напряжение переменного тока до более низкого напряжения переменного тока для ввода в выпрямитель. Этот трансформатор состоит из двух отдельных витков (первичная и вторичная обмотки), которые имеют разное число витков, N 1 для основного и N 2 для дополнительного. Таким образом, переменное напряжение v S может быть записано как 120 (N 2 /N 1 ) В (среднеквадратичное значение) и измеряется между двумя выводами вторичной обмотки.

Затем диодный выпрямитель преобразует переменное напряжение v S в постоянное напряжение. Это напряжение будет демонстрировать большие колебания и, следовательно, не подходит для электронных схем. Для сглаживания этих вариаций используется фильтр.

Однако даже после фильтрации напряжение будет демонстрировать небольшие колебания, известные как пульсации. Следовательно, регулятор напряжения используется для значительного уменьшения пульсаций и создания надежной шины питания постоянного тока.

Схема однополупериодного выпрямителя

Однополупериодный выпрямитель устраняет отрицательные составляющие входной синусоиды. На рисунке 1.2 (А) показан однополупериодный выпрямитель. В этой статье мы будем использовать модель диода с постоянным падением напряжения (CVD) из-за ее простоты. Из этой модели нам предоставляется

 

$$v_{0}=0$$  когда  $$v_{S}< V_{D}$$    

Уравнение 1.1 (A)

 

$$v_{0}=v_{0}=v_ S}-V_{D}$$  когда  $$v_{S}\geq V_{D}$$    

Уравнение 1.1 (B)

 

где V D .  ≈. уравнения приводят к передаточной характеристике, показанной на рисунке 1.2 (B). Рисунок 1.2 (C) иллюстрирует выходное напряжение, которое обеспечивается при входном напряжении v S  является синусоидальным.

 

Figure 1. 2 (A) The half-wave rectifier

 

 

Figure 1.2 (B) Transfer characteristics of the rectifier circuit

 

Figure 1.2 (C ) Формы входных и выходных сигналов

 

При определении того, какие диоды использовать в цепи выпрямителя, необходимо учитывать две вещи: 1) способность диода выдерживать ток, который должен выбираться на основе ожидается, что диод будет проводить, и 2) пиковое обратное напряжение (PIV), которое является самым высоким обратным напряжением, которому будет подвергаться диод; диод должен выдерживать PIV. Глядя на рисунок 1.2 (А), мы можем заметить, что при напряжении  v S  отрицательно, диод будет отключен, и напряжение v O будет иметь нулевое значение, что приведет к обратному напряжению на диоде величиной v S . Таким образом, PIV — это пик V S :

PIV = V S

Уравнение 1,2

, где V S (с An -Ante Ante Antaincasta Crackcy v) v). представляет пиковую амплитуду входной синусоиды.

Стоит отметить, что схема явно не будет работать эффективно, если пиковая амплитуда входной синусоиды незначительно превышает В D . Например, синусоидальный вход с пиковой амплитудой 200 мВ вообще не будет выпрямлен, потому что диод никогда не «включится», т. Е. Он никогда не будет проводить значительный ток.

Цепь двухполупериодного выпрямителя

В отличие от однополупериодного выпрямителя, двухполупериодный выпрямитель может использовать как отрицательную, так и положительную части входного напряжения переменного тока. Чтобы получить однополярный выходной сигнал, необходимо инвертировать отрицательную часть синусоидального сигнала. Этого можно добиться, используя схему, показанную на рис. 1.3 (А).

 

РИСУНОК 1.3 (A) Схема двухполупериодного выпрямителя; трансформатор имеет вторичную обмотку с отводом от середины

 

В этой конфигурации вторичная обмотка понижающего трансформатора это то, что называется «отводом от середины». Центральный ответвитель, или ТТ, представляет собой электрический контакт, расположенный посередине обмотки. Этот ТТ используется для подачи двух одинаковых напряжений v S на две половины вторичной обмотки трансформатора. Когда входное напряжение положительное, оба v S  сигналы также будут положительными, и когда входное напряжение станет больше В D , диод D 1  будет проводящим, а диод 2 D 2 . Ток, протекающий через диод D 1 , также будет протекать через резистор R и затем обратно в ТТ. Схема ведет себя точно так же, как однополупериодный выпрямитель во время положительного полупериода входной синусоиды.

Во время отрицательного полупериода оба напряжения v S будут отрицательными. Теперь диод D 1 имеет обратное смещение, а диод D 2 проводит. Ток, протекающий через D 2 , затем пройдет через резистор R и вернется к ТТ.

Таким образом, ток течет в течение обоих полупериодов, и, кроме того, ток через резистор всегда будет течь в одном направлении. Результатом является однополярное выходное напряжение, как показано на рисунке 1.3 (C).

 

РИСУНОК 1.3 (B) Передаточная характеристика двухполупериодного выпрямителя

v S V D ) и напряжение на аноде D 2 равно — v S . Таким образом, PIV равен ( V S V D ) — (- V S ):

PIV = 2 V S  —  V D

Equation 1.3

 

Note that this PIV is примерно вдвое больше, чем у однополупериодного выпрямителя.

 

Рисунок 1.3 (C) Входные и выходные сигналы

Заключение

двухполупериодный выпрямитель. Выпрямители — это важные цепи для источников питания, которые преобразуют входное напряжение переменного тока в источник постоянного напряжения, который можно использовать для питания электронных схем. Мы видели, что однополупериодный выпрямитель использует чередующиеся полупериоды входной синусоиды, тогда как двухполупериодный выпрямитель использует как положительные, так и отрицательные полупериоды.

Спасибо, что прочитали. Если у вас есть какие-либо вопросы или комментарии, пожалуйста, оставьте их ниже!

Чтобы узнать больше о схемах выпрямителей, ознакомьтесь со статьей учебника AAC здесь.

Выпрямительный диод: функция и схема такие материалы, как полупроводниковый германий или кремний. Эта статья дает вам краткое введение в выпрямительные диоды.

Введение в схемы диодного выпрямителя

Каталог

 

I Выбор диода выпрямителя

Диоды выпрямителя обычно представляют собой плоские кремниевые диоды, которые используются в силовых схемах.

При выборе выпрямительного диода следует учитывать такие параметры, как максимальный ток выпрямителя, максимальный обратный рабочий ток, частота среза и время обратного восстановления.

Выпрямительный диод, используемый в схеме последовательного стабилизированного питания, не предъявляет высоких требований к времени обратного восстановления частоты среза. Если максимальный ток выпрямления и максимальный обратный рабочий ток соответствуют требованиям схемы, выбирается выпрямительный диод. Например, серия 1N, серия 2CZ, серия RLR и т. д.

Рис. более высокая рабочая частота и более короткое время обратного восстановления (например, серия RU, серия EU, серия V, серия 1SR и т. д.). Или мы можем выбрать диод с быстрым восстановлением или выпрямительный диод Шоттки.

II Параметры диода выпрямителя

1. Максимум A Verage R .

Ток определяется площадью перехода и условиями рассеивания тепла PN-перехода. Средний ток через диод не может быть больше этого значения и должен удовлетворять условиям отвода тепла. Например, ПЧ выпрямленного последовательного диода 1N4000 составляет 1А.

2. Максимальное рабочее r обратное v oltage VR : максимально допустимое обратное напряжение на диоде. Если это значение будет превышено, обратный ток (IR) резко возрастет и однонаправленная проводимость диода будет нарушена, что приведет к обратному пробою.

Обычно за (VR) принимают половину обратного напряжения пробоя (VB). Например:

Параметр

1N4001

1N4002

1N4003

1N4004

1N4005

1N4006

1N4007

VR

50V

100V

200V

400V

600V

800V

900V

800V

9 Максимальный обратный ток IR : обратный ток, протекающий через диод при максимальном обратном рабочем напряжении. Этот параметр отражает однонаправленную проводимость диода. Следовательно, чем меньше значение тока, тем лучше качество диода.

4. Напряжение пробоя VB : значение выпрямительного напряжения в точке резкого изгиба обратной вольт-амперной характеристики диода. Когда реверс является мягкой характеристикой, он относится к значению напряжения при заданном обратном токе утечки.

5.   Максимальная рабочая частота fm : максимальная рабочая частота диода при нормальных условиях. Это в основном определяется емкостью перехода и диффузионной емкостью PN-перехода. Если рабочая частота превышает fm, однонаправленная проводимость диода не будет хорошо отражаться.

Например, fm диода серии 1N4000 составляет 3 кГц. Также быстровосстанавливающиеся диоды используются для выпрямления высокочастотных переменных токов, например, в импульсных источниках питания.

6. Время обратного восстановления trr : относится к времени обратного восстановления при указанной нагрузке, прямом токе и максимальном обратном переходном напряжении.

7. Емкость при нулевом смещении ance  CO : сумма диффузионной емкости и емкости перехода при нулевом напряжении на диоде.

Из-за ограничения технологического процесса даже для однотипных диодов их параметры имеют большой разброс. Параметры, указанные в руководстве, часто находятся в пределах допустимого диапазона. При изменении условий испытаний соответствующие параметры также изменятся.

Например, IR кремниевого выпрямительного диода серии 1N5200 с пластмассовым корпусом при 25°C составляет менее 10 мкА, а при 100°C становится менее 500 мкА.

III Причина повреждения

1. Неадекватная защита от молнии и перенапряжения . Даже если есть устройства молниезащиты и защиты от перенапряжения, при ненадежной работе диод выпрямителя выходит из строя из-за ударов молнии или перенапряжения.

2. Плохие условия эксплуатации.  В генераторной установке непрямого действия из-за неправильного расчета передаточного отношения или соотношения диаметров двух ременных шкивов не соответствует требованиям передаточного числа, генератор работает на высокой скорости в течение длительного времени. Также выпрямитель длительное время работает при повышенном напряжении, ускоряя старение и вызывая поломку.

3. Плохое управление операциями . Операторы безответственны и не понимают изменения внешней нагрузки (особенно между полуночью и 6 утра следующего дня). Или на улице неисправность нагрузки, и оператор вовремя не принял меры. Это вызовет перенапряжение, а выпрямительный диод выйдет из строя и повредится.

4.   Неправильная установка или изготовление . Поскольку генераторная установка долгое время работала в условиях сильной вибрации, выпрямительный диод также подвергается этим помехам. Кроме того, генераторная установка работает неравномерно, поэтому рабочее напряжение выпрямительного диода также колеблется. Это значительно ускоряет старение и выход из строя выпрямительного диода.

5.   Неправильные характеристики и модели диодов . Если параметры замененного выпрямительного диода не соответствуют требованиям, или проводка выполнена неправильно, выпрямительный диод выйдет из строя и выйдет из строя.

6. Запас прочности выпрямительного диода слишком мал . Запас прочности по перенапряжению и перегрузке по току выпрямительного диода слишком мал, поэтому он не может выдержать пиковую атаку в цепи возбуждения.

IV Что делает выпрямитель?

Выпрямительный диод имеет очевидную однонаправленную проводимость. Он может быть изготовлен из таких материалов, как , полупроводник, , германий или кремний. Функция выпрямительного диода заключается в использовании однонаправленной проводимости PN-перехода для преобразования переменного тока в пульсирующий постоянный ток. Итак, каковы основные функции выпрямительного диода? Ниже приводится подробное введение:

1. Прямая характеристика

Наиболее заметной характеристикой выпрямительного диода является его прямонаправленная характеристика. Когда прямое напряжение подается на выпрямительный диод, начальная часть прямого напряжения очень мала, и оно не может эффективно преодолеть блокирующий эффект электрического поля в PN-переходе.

Когда прямой ток почти равен нулю, прямое напряжение не может проводить диод, что называется напряжением мертвой зоны .

Когда прямое напряжение превышает напряжение мертвой зоны, электрическое поле эффективно преодолевается, диод выпрямителя включается, и ток быстро растет по мере увеличения напряжения. В нормальном диапазоне токов напряжение на клеммах выпрямительного диода остается практически неизменным при его включении.

Рисунок 2. Прямая и обратная характеристики выпрямителя

2. Обратная характеристика из числа миноритарных перевозчиков. Поскольку обратный ток очень мал, диод выпрямителя находится в выключенном состоянии.

На обратный ток насыщения выпрямительного диода влияет температура. Как правило, обратный ток кремниевых выпрямительных диодов намного меньше, чем у германиевых выпрямительных диодов. Обратный ток насыщения маломощных кремниевых выпрямительных диодов порядка нА, а маломощных германиевых выпрямительных диодов порядка мкА.

При повышении температуры выпрямительного диода полупроводник возбуждается, и количество неосновных носителей увеличивается.

3. Обратный пробой

Обратный пробой выпрямительного диода делится на два типа: стабилитрон и лавинный пробой .

При высокой концентрации легирования из-за малой ширины барьерной области обратное напряжение разрушит структуру ковалентной связи, поэтому электроны будут отрываться от ковалентной связи, и будут генерироваться электронные дырки. Это называется пробой Зенера.

Еще один вид поломки – лавинный. По мере увеличения обратного напряжения выпрямительного диода внешнее электрическое поле будет увеличивать скорость дрейфа электронов, поэтому валентные электроны будут сталкиваться друг с другом вне ковалентной связи, создавая новые электронно-дырочные пары.

Рисунок 3. Пробой стабилитрона и лавинный пробой

В Что такое схема выпрямителя?

Схема выпрямителя относится к преобразованию переменного тока в постоянный. Как правило, он состоит из трансформатора, основной цепи выпрямителя и схемы фильтра. Если вы хотите получить постоянное значение напряжения, вам нужно добавить схему регулятора напряжения. Здесь мы будем говорить только о схеме главного выпрямителя.

1. Схема однополупериодного выпрямителя    

Структура этой схемы однополупериодного выпрямителя очень проста. Основным компонентом является диод, как показано на схеме ниже.

Рис. 4. Принципиальная схема однополупериодного выпрямителя

Входное напряжение 220 В представляет собой синусоидальный переменный ток. Он проходит через трансформатор и уменьшается после трансформатора, но в конце концов это все еще синусоидальный сигнал переменного тока.

Типичным признаком диодов является однонаправленная проводимость . Если напряжение анода диода больше, чем напряжение катода диода, диод будет включен. В обратной ситуации диод будет выключен.

Этот процесс показан на следующем рисунке. На рисунке а показан выход переменного тока трансформатора. Когда выходное напряжение находится в положительном полупериоде, напряжение в точке a выше, чем напряжение в точке b, и диод будет включен. А напряжение на нагрузке RL примерно равно выходному напряжению трансформатора.

Когда выходное напряжение находится в отрицательном полупериоде, напряжение в точке b выше, чем напряжение в точке a, тогда диод отключается. Соответствующий ток не может протекать в нагрузку, поэтому на рисунке б отсутствует половина цикла.

Рисунок 5. Полуволновая схема выпрямителя Форма волны до и после фильтрации

2. Полновоночная прямая схема

, так как половина цикла утеряется в полувот, рекстрация, выпрямитель, в рецидивации, в рецидивации, в цепной волне. эффективность ограничена. Двухполупериодный мостовой выпрямитель может решить эту проблему.

По сравнению с однополупериодным выпрямлением, двухполупериодное выпрямление использует на один диод больше. Однако трансформатор здесь с центральной осью , в которой используется однонаправленная проводимость диода.

Рис. 6. Схема двухполупериодного выпрямителя

Проанализируем этот принцип. Если переменный ток находится в положительном полупериоде, напряжение в точке а выше, чем напряжение в точке b, то диод D1 будет включен, а диод D2 закроется. Таким образом, ток будет течь только из точки а, через диод D1 и резистор RL и, наконец, к центральной оси трансформатора.

Если переменный ток находится в отрицательном полупериоде, напряжение в точке b выше, чем напряжение в точке a, диод D2 включится, а диод D1 отключится. Таким образом, ток будет течь только из точки b и через диод D2 и резистор RL, наконец, к центральной оси трансформатора.

Повторение этих циклов обеспечивает фильтрацию. На следующем рисунке показана форма сигнала до и после фильтрации.

Рис. 7. Форма сигнала двухполупериодного выпрямителя до и после фильтрации

3. Схема мостового выпрямителя

Схема мостового выпрямителя сложнее двух предыдущих. Схематическая диаграмма выглядит следующим образом. Схема простого мостового выпрямителя состоит из  трансформатора  и основного выпрямительного моста  , а также  нагрузки .

Рисунок 8 . Мост Схема выпрямителя -1

Если выходной сигнал переменного тока находится в положительном полупериоде, при нормальных условиях ток течет к точке A, обращенной к диоду 2 и диоду 1.

Рис. 9. Принципиальная схема мостового выпрямителя-2

Однако из-за высокого напряжения в точке A диод 1 находится в выключенном состоянии, а диод 2 — во включенном состоянии. Таким образом, ток будет течь через диод 2, затем вытекать из точки B и затем достигать точки D через нагрузку.

Рисунок 10 . Мост Схема цепи выпрямителя 3

На первый взгляд, и диод 1, и диод 4 могут быть включены, но ток течет из точки А в выпрямительный мост и далее через нагрузку. Напряжение будет уменьшаться после прохождения тока через нагрузку, поэтому напряжение в точке D намного ниже, чем напряжение в точке A, и диод 4 включен, а диод 1 выключен. Наконец, ток течет в нижний конец трансформатора.

Рисунок 11. Принципиальная схема мостового выпрямителя-4

Когда напряжение на нижнем конце выше, чем напряжение на верхнем конце, ток достигает точки C.

Рис. Принципиальная схема мостового выпрямителя — 5

Кроме того, поскольку напряжение в точке C высокое, диод 4 находится в выключенном состоянии, а диод 3 — во включенном состоянии. Ток будет течь через диод 3 из точки В, а затем доходить до точки D через нагрузку.

Рисунок 13. Принципиальная схема мостового выпрямителя-6

Подобно положительному полупериоду, на первый взгляд, диод 1 и диод 4 могут быть включены. Но поскольку ток течет из точки C в выпрямительный мост, а затем через нагрузку, напряжение в точке D намного ниже, чем в точке C, поэтому диод 1 включен, а диод 4 выключен. Наконец, ток течет в верхнюю часть трансформатора.

Рис. 14. Принципиальная схема мостового выпрямителя-7

Преимущества мостового выпрямления

По сравнению с двухполупериодным выпрямлением мостовое выпрямление имеет много преимуществ.

Для двухполупериодного выпрямления требуется трансформатор с центральной осью, а для мостового выпрямления это требование отсутствует.

Когда диод находится в выключенном состоянии, напряжение на двух концах диода мостового выпрямителя меньше половины напряжения двухполупериодного выпрямления. Таким образом, требования к характеристикам мостового выпрямительного диода не так высоки.

VI Замена выпрямительного диода и Осмотр

1. Замена

После повреждения выпрямительного диода его можно заменить выпрямительным диодом той же модели или другой модели с параметрами.

Как правило, выпрямительные диоды с высоким выдерживаемым напряжением (обратным напряжением) могут заменить выпрямительные диоды с низким выдерживаемым напряжением. А выпрямительные диоды с низким выдерживаемым напряжением не могут заменить диоды с высоким выдерживаемым напряжением.

Диод с большим током выпрямления может заменить диод с малым током выпрямления, а диод с малым током выпрямления не может заменить диод с большим током выпрямления.

2. Как проверить мостовой выпрямитель

(1)  Удалите все выпрямительные диоды в выпрямителе.

(2)  Используйте мультиметр с диапазоном 100×R или 1000×R Ом для измерения двух проводов выпрямительного диода. Затем поменяйте местами голову и хвост и повторите попытку.

(3)  Если значение сопротивления, измеренное дважды, имеет большую разницу, это означает, что диод исправен (кроме диодов с мягким пробоем).

Если значение сопротивления, измеренное дважды, мало и почти одинаково, это означает, что диод вышел из строя и не может быть использован.

Если значение сопротивления, измеренное дважды, равно бесконечности, это означает, что диод внутренне отключен и его нельзя использовать.

 

Рекомендуемые статьи:

Как работает фотодиод?

Что такое лавинные диоды?

Что такое лазерные диоды?

Поделиться этой публикацией

Часто задаваемые вопросы

  • 1. Что такое выпрямительный диод?

     Выпрямительный диод представляет собой двухпроводный полупроводник, пропускающий ток только в одном направлении.  Выпрямительные диоды являются жизненно важным компонентом в источниках питания, где они используются для преобразования переменного напряжения в постоянное. 
  • 2. Как работает выпрямительный диод?

     Диод пропускает ток в условиях прямого смещения и блокирует ток в условиях обратного смещения. Проще говоря, диод пропускает ток только в одном направлении. Это уникальное свойство диода позволяет ему действовать как выпрямитель, преобразовывая переменный ток в источник постоянного тока. 
  • 3.Как работают выпрямители?

     Выпрямитель представляет собой электрическое устройство, которое преобразует переменный ток (AC), который периодически меняет направление, в постоянный ток (DC), который течет только в одном направлении. Обратную операцию выполняет инвертор. Этот процесс известен как выпрямление, поскольку он «выпрямляет» направление тока. 
  • 4. В чем разница между диодом и выпрямителем?

     Диод является переключающим устройством, а выпрямитель обычно используется для преобразования переменного напряжения в постоянное.  Диод пропускает ток только тогда, когда он смещен в прямом направлении. Диод блокирует обратный ток. Выпрямитель, с другой стороны, состоит из трансформатора, диода и схемы фильтра. 
  • 5. Какие существуют три типа выпрямителей?

     Однофазные и трехфазные выпрямители.
    Полупериодные и двухполупериодные выпрямители.
    Мостовые выпрямители.
    Неуправляемые и управляемые выпрямители. 

Посмотреть больше

Цепи выпрямителя переменного тока » Примечания по электронике

Основы схем выпрямителей переменного тока, используемых в цепях питания электроники, с подробной информацией о диодных выпрямителях, включая схемы однополупериодных и двухполупериодных выпрямителей, включая мостовой выпрямитель.


Схемы источника питания. Учебное пособие. Включает:
Обзор электроники источника питания. Линейный источник питания Импульсный источник питания Сглаживание конденсатора Защита от перенапряжения Характеристики блока питания Цифровая мощность Шина управления питанием: PMbus Бесперебойный источник питания


Первым элементом блока питания электроники, которому будет соответствовать любая входящая мощность, являются цепи трансформатора и выпрямителя переменного тока. Этот элемент любого источника питания электроники преобразует поступающую мощность в форму, приемлемую для цепей сглаживания и регулирования.

При работе от источника переменного тока трансформатор используется для преобразования входного сетевого напряжения в правильное значение, необходимое для электронной схемы источника питания. Результирующая форма волны напряжения представляет собой переменный ток. Это должно быть исправлено, чтобы мощность могла быть сглажена и отрегулирована для использования электронными схемами. Для этого используется схема выпрямителя переменного тока. Хотя на первый взгляд схема выпрямителя может показаться очень простой, существует несколько различных форм схемы выпрямителя переменного тока, которые можно использовать. Выбор фактической схемы выпрямителя переменного тока будет зависеть от ряда факторов, а также может повлиять на тип используемого трансформатора.

Схемы однополупериодного и двухполупериодного выпрямителя

В схемах выпрямителей переменного тока

могут использоваться диоды в различных конфигурациях цепей. Используя диоды по-разному, можно достичь разных уровней производительности. Существует два основных типа цепей выпрямителя переменного тока:

  • Цепи однополупериодного выпрямителя
  • Цепи двухполупериодного выпрямителя

Из двух форм схемы выпрямителя переменного тока чаще используется схема двухполупериодного выпрямителя, особенно в приложениях, где требуется производительность. Полупериодный выпрямитель обычно используется в приложениях, где требуется мощность для небольшой вспомогательной цепи и где потребляется меньший ток.

Схемы однополупериодного выпрямителя

Как следует из названия, в схемах однополупериодного выпрямителя переменного тока в процессе выпрямления используется только половина формы волны переменного тока. Другими словами, они пропускают одну половину цикла и блокируют другую половину. Это означает, что питание подается на выход схемы выпрямителя — часто сглаживающая схема только в течение половины цикла, и это оставляет половину цикла, когда питание не подается. Соответственно, напряжение на любом сглаживающем конденсаторе падает в течение этого периода, поскольку заряд снимается со сглаживающего конденсатора цепью нагрузки. Соответственно уровни пульсаций выше, чем при двухполупериодном выпрямлении, как будет показано ниже.

Схемы однополупериодных выпрямителей относительно просты. Процесс выпрямления можно осуществить с помощью одного диода. Именно простота схемы делает схему однополупериодного выпрямителя привлекательной для многих приложений. В нем используется минимум компонентов, и он способен обеспечить достаточное напряжение для многих применений.

При выборе диодов для использования в цепях выпрямителей переменного тока важным параметром является номинальное обратное напряжение. Это называется пиковым обратным напряжением, PIV. Для однополупериодного выпрямителя PIV для диода должно быть как минимум в два раза больше пикового напряжения формы волны переменного тока. Причина этого в том, что следует исходить из того, что сглаживающий конденсатор будет удерживать пиковое напряжение формы волны переменного тока. Затем, когда диод находится в непроводящей части сигнала, сигнал переменного тока достигает своего пика, диодный выпрямитель увидит этот пик поверх пикового напряжения, удерживаемого конденсатором, то есть вдвое превышающего пиковое значение сигнала. Стоит отметить, что пиковое значение синусоиды в 1,414 раза превышает среднеквадратичное значение. Таким образом, номинал PIV для диода должен быть в 2 раза больше среднеквадратичного значения сигнала переменного тока в 1,414 раза. Вдобавок к этому стоит оставить достаточный запас для компенсации любых всплесков, которые могут появиться на линии предложения.

Цепи двухполупериодного выпрямителя

Схемы двухполупериодных выпрямителей

могут использовать обе половины входящего сигнала, и в этом смысле они более эффективны, чем однополупериодные варианты. Однако для достижения этого в этих схемах выпрямителя требуется использование большего количества диодов.

Цепь двухполупериодного выпрямителя переменного тока обеспечивает два различных пути, по одному для каждой половины цикла. Таким образом, один диод из набора диодов проводит одну половину цикла, тогда как другой диод из набора диодов проводит другую половину цикла.

Мостовые выпрямители

Схема мостового выпрямителя используется во многих схемах двухполупериодного выпрямителя. Состоит из четырех диодов и представляет собой эффективную форму выпрямления. Ввиду этого многие производители изготавливают блоки мостовых выпрямителей, содержащие четыре диода. Часто, когда эти мостовые выпрямители пропускают значительные уровни тока, они рассеивают некоторую мощность и нагреваются. Чтобы предотвратить их перегрев, эти мостовые выпрямители часто изготавливаются в формате, позволяющем прикрепить их болтами к радиатору той или иной формы.

Резюме

Цепи выпрямителя переменного тока

широко используются во всех видах электронного оборудования. Везде, где используется источник питания переменного тока, будет включена схема выпрямителя, потому что схемы электроники используют постоянный ток для питания для своей работы. Хотя источники питания могут не являться непосредственной частью работы оборудования, они необходимы, поскольку без какой-либо формы источника питания вся схема не будет работать. Поскольку в сетях питания используется переменный ток из-за характеристик передачи, а также необходимо использовать переменный ток, чтобы можно было использовать трансформаторы, всегда можно найти цепи выпрямителя переменного тока. В этих схемах мостовые выпрямители также очень распространены, потому что они представляют собой дешевую и эффективную форму компонента для использования в этих схемах.

Дополнительные схемы и схемы:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Транзисторная конструкция Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы схемы полевых транзисторов Символы цепи
    Вернитесь в меню проектирования схем . . .

Объяснение общих основ, работы и требований

Обычно электронные устройства имеют схему выпрямителя, которая обеспечивает преобразование переменного тока в постоянный в системах электропитания. Эта схема используется в устройствах малой мощности, таких как зарядные устройства, для выпрямления низкого напряжения, возникающего при выпрямлении.

Чтобы понять схему выпрямителя, мы должны узнать о процессе выпрямления. Выпрямление отвечает за преобразование отрицательных битов переменного тока из сети в положительные напряжения постоянного тока. При настройке идеальной системы вам нужен правильный выпрямитель. Поэтому понимание выпрямителя и конфигурации диодов будет важно для вас при настройке вашей системы.

(Электронные компоненты)

1. Что такое схема выпрямителя?

Выпрямитель представляет собой электрическое устройство, преобразующее переменный ток из сетевого напряжения в однонаправленный постоянный ток. Это работает проще всего путем изменения напряжения переменного тока основного питания от электросетей на напряжение постоянного тока. Самое главное, многие устройства, на которые мы полагаемся, требуют постоянного тока.

Термин «выпрямитель» связан с тем, что устройство выпрямляет направленный поток тока. Использование электронных фильтров для сглаживания выходного сигнала выпрямителя является растущей тенденцией. Следовательно, современные кремниевые полупроводниковые выпрямители привели к выходу выпрямителей на основе селена, механических выпрямителей, выпрямителей на основе оксида меди и ламповых выпрямителей.

Механические и ламповые выпрямители (используемые в электронно-лучевых трубках) были неэффективны из-за высокого внутреннего сопротивления. Однако выпрямители на основе оксида меди и селена имеют лучшую устойчивость к кратковременному напряжению, чем SCR (кремниевый управляемый выпрямитель). Это огромное преимущество перед кремниевыми диодами.

(Преобразователь переменного тока в постоянный с диодным мостом и конденсатором)

2. Типы выпрямителей

Однофазные и трехфазные выпрямители.

Как в однофазных, так и в трехфазных выпрямителях они подвергаются однополупериодному и двухполупериодному выпрямлению.

Однофазные выпрямители имеют вход для однофазной сети переменного тока. Структуры очень простые. Им нужен один, два или четыре диода (в зависимости от типа системы).

Для однофазного переменного тока возникает высокий коэффициент пульсации. Это связано с тем, что его диоды подключены ко вторичной обмотке однофазного трансформатора. Кроме того, для выпрямления используется только одна фаза вторичной обмотки трансформатора.

С другой стороны, в трехфазных выпрямителях требуется три или шесть диодов. Уменьшение напряжения пульсаций происходит за счет подключения всех диодов к каждой фазе вторичной обмотки трансформатора. Кроме того, это создает высокий коэффициент использования трансформатора.

Преимущества однофазного выпрямителя

  • Подходит для простых конструкций

Преимущества трехфазного выпрямителя

  • Во-первых, он наиболее предпочтителен при использовании больших систем
  • 1 мощность
  • Кроме того, не требует дополнительных фильтрующих элементов для снижения ВЧ
  • Эффективен и имеет больше ТЮФ

Недостатки однофазных выпрямителей

  • Начнем с того, что он обеспечивает небольшое количество энергии.
  • Кроме того, имеет меньший коэффициент использования трансформатора (TUF). сигнал. Затем поставляет только одну половину в каждом полном цикле. Это означает, что половина источника питания переменного тока тратится впустую.

    Для однополупериодного выпрямления требуется один диод для однофазного питания или три диода для трехфазного питания. Средний уровень выпрямленного напряжения составляет половину уровня входного напряжения. Однако положительное напряжение имеет тот же пиковый уровень входного напряжения переменного тока, что и входное напряжение.

    Существует два способа создания однополупериодного выпрямителя. Например, в первой модели источник переменного тока подключается напрямую к отрицательной клемме выхода. В следующей конструкции источник переменного тока подключен непосредственно к положительной клемме выхода.

    Преимущества

    • Во-первых, он имеет высоковольтный выход
    • Кроме того, он дешев, так как использует только один диод для выпрямления мощности.

    Наконец, не требует питающего трансформатора

    Двухполупериодный выпрямитель

    Этот выпрямитель инвертирует потерянный или заблокированный отрицательный входной сигнал источника переменного тока. В результате улучшается среднее значение выходного сигнала. Он также удваивает частоту входного переменного напряжения, что не может выполнять полумостовой выпрямитель. И в полученной форме сигнала входные пики и выходные пики равны.

    Два широко используемых метода проектирования двухполупериодных выпрямителей: схема трансформатора с отводом от средней точки и диодного моста. Он также работает как активный регулятор, пропуская большую часть тока в цепь нагрузки.

    Преимущества
    • Сначала и, в первую очередь, имеет высокую эффективность выпрямления (81,2%)
    • Второе, он имеет более низкий RF (0,48)
    • Кроме того
    • Во-первых, для работы требуется трансформатор
    • К сожалению, он испытывает довольно большое внутреннее сопротивление от сети переменного тока
    • Наконец, в нем используются двойные диоды, которые могут быть дорогими

    Форм-фактор:

    Форм-фактор — это отношение среднеквадратичного значения тока к выходному постоянному току.

    FormFactor=среднеквадратичное значение постоянного тока на выходе Форм-фактор тока= среднеквадратичное значение постоянного тока на выходе.

    Форм-фактор двухполупериодного выпрямителя равен 1,11.

    (Изображение схемы однополупериодного выпрямителя)

    Мостовой выпрямитель

    Мостовой выпрямитель представляет собой преобразователь переменного тока в постоянный, который преобразует основной вход переменного тока в постоянный на выходе. Мостовая схема представляет собой выпрямитель, используемый в источниках питания, которые подают постоянное напряжение для электрических устройств и электронных компонентов. В простом мостовом выпрямителе обычно используется нагрузочный резистор. В результате это гарантирует, что ток, протекающий через него, будет одинаковым как в отрицательных, так и в положительных полупериодах. Мостовой выпрямитель является одной из наиболее распространенных частей электронных источников питания.

    Схема мостового выпрямителя состоит из четырех смежных диодов, также известных как диодные мосты. Пиковое обратное напряжение — это максимальное зарегистрированное напряжение от диода при подключении с обратным смещением в отрицательный полупериод. Во время положительного полупериода в проводящем пятне находятся два диода. Оставшаяся пара находится в непроводящем положении мостового выпрямления. Записи на выходе выпрямителя происходят через нагрузочный резистор.

    Преимущества мостового выпрямителя
    • Во-первых, он имеет более высокий КПД выпрямления (81,2%)
    • Кроме того, он имеет пониженное напряжение пульсаций
    • Не требует трансформатора в режиме мостового выпрямителя
    • Кроме того, имеет высокое значение TUF при взвешивании с выпрямителем с центральным отводом
    • Наконец, он достигает высоких частот с помощью простой фильтрации

    Недостатки
    • Во-первых, имеет более высокую стоимость конструкции мостового выпрямителя, поскольку он использует четыре диода
    • Имеет пониженное выходное напряжение из-за падения напряжения в системе.
    • Опять же, конфигурация системы довольно сложна.
    • Наконец, он испытывает большое внутреннее сопротивление при работе с более низкими напряжениями.

    Мостовой выпрямитель исправен. В первом цикле переменного тока диоды D2 и D4 смещены в прямом направлении, поэтому они проводят ток. Положительное напряжение находится на аноде D2, в то время как катодный вывод D4 имеет отрицательное напряжение. Через эти два диода проходит первая половина сигнала. Во второй половине цикла диоды D1 и D3 смещены в прямом направлении, поэтому они проводят ток. Общий эффект заключается в том, что две половины переменного тока могут пройти. После этого отрицательная половина инвертируется и становится положительной.

    (Мостовой выпрямитель)

    Неуправляемые выпрямители и управляемые выпрямители

    Неуправляемые выпрямители

    Название неуправляемых выпрямителей относится к типу выпрямителя, который обеспечивает фиксированное выходное напряжение постоянного тока для определенного источника переменного тока. В неуправляемых выпрямителях используются только диоды, и они могут быть любыми; двухполупериодный управляемый или двухполупериодный выпрямитель. Однако они менее эффективны, поскольку диоды могут быть либо включены, либо выключены.

    Управляемые выпрямители

    Эта схема преобразует переменный ток в постоянный, используя тиристоры для управления питанием нагрузки. Однополупериодный управляемый выпрямитель состоит из одного SCR (Silicon Controlled Rectifier). Они имеют ту же конструкцию, что и неуправляемые выпрямители, но вместо них используют SCR. Выпрямители с однополупериодным управлением ограничивают потери мощности, поскольку они обеспечивают постоянный контроль мощности.

    3. Как работают схемы выпрямителей в электронике

    Принцип работы выпрямительных цепей

    Выпрямительные цепи работают просто путем преобразования источника переменного тока в источник постоянного тока. Он состоит из диодов, заблокированных по всей системе, чтобы создать прямое движение электронов для питания устройств. Когда переменный ток проходит через цепь выпрямителя, диоды устраняют отрицательные колебания напряжения от источника переменного тока. Поэтому он оставляет только положительное напряжение. Простой диод позволяет току течь только в одном направлении, блокируя ток в обратном направлении.

    На этом изображении показана кривая напряжения переменного тока от выпрямительного диода. Форма волны тока имеет чередующиеся интервалы между короткими повышениями напряжения, а также периоды отсутствия напряжения. Это постоянный ток, поскольку он имеет только положительное напряжение.

    (Схема диодного моста)

    4. Меры предосторожности при проектировании схемы выпрямителя

    Существуют меры предосторожности, которые необходимо учитывать при проектировании схемы выпрямителя в любом электрическом устройстве. Чтобы внести ясность, мы обсудим наиболее важные меры предосторожности, которые повлияют на выбор конструкции выпрямителя.

    Положительный полупериод

    Во время положительного полупериода напряжение на аноде и катоде положительное. Это означает, что диод смещен в прямом направлении. Предположим, что схема подключена к идеальному диоду, а номинальная мощность постоянна. Пиковое напряжение равно Vm, называемому пиковым значением напряжения без падений напряжения.

    Однако падение напряжения на некоторых диодах следует рассматривать как кремниевый диод с 0,7 В (падение напряжения). Он смещается в прямом направлении только тогда, когда приложенное входное напряжение превышает пороговое напряжение (0,7 В). Следовательно, цепь начинает проводить.

    Пиковое напряжение = Vm – 0,7 В (падение напряжения)

    Отрицательный полупериод

    Отличается отрицательным полупериодом, поскольку напряжение на аноде и катоде отрицательное. Диод в цепи выпрямителя смещается в обратном направлении и действует как разомкнутый переключатель. Это приводит к отсутствию тока. Это приводит к нулевому показанию напряжения на выходе.

    Более того, в отрицательный полупериод, даже с учетом используемого диода, напряжение на диоде отрицательное. Это означает, что показания на выходе по-прежнему будут 0 В.

    Падение напряжения:

    Напряжение в сети обычно имеет большую мощность. Частичная потеря мощности электрического потенциала тока при движении по цепи называется падением напряжения.

    VD= ( 2*L*R*I) / 1000

    Расчет тепла, рассеиваемого в выпрямителе:

    Обычно это тепло, потерянное в процессе выпрямления, когда падает напряжение и возникает сопротивление внутри диодов. Поэтому важно знать падение напряжения на конкретных диодах, используемых в схеме.

    Pheat (Потери мощности) = Pmax (Максимальная выходная мощность системы) / Eff (КПД модуля выпрямителя) – Pmax (Максимальная выходная мощность системы.

    Пиковое обратное напряжение:

    PIV относится к максимальное напряжение, которое диод может выдержать при обратном смещении. Следовательно, при превышении этого значения диоды могут выйти из строя. Пиковое обратное напряжение равно входному напряжению

    Пиковое обратное напряжение (PIV) = 2Vs max = 2V smax

    5. Сглаживающий конденсатор

    Сглаживающий конденсатор — это система, которая сглаживает колебания подачи сигнала. В основном они применяются после выпрямителя или источника питания. Во время полупериодов создаются плавные переходы при зарядке и разрядке конденсатора. Процесс зарядки происходит, когда ток протекает через положительные полупериоды.

    Двухполупериодный выпрямитель со сглаживающим конденсатором

    Сглаживающий конденсатор помогает уменьшить неполные выходные пульсации на диодах. Таким образом, сглаживающий конденсатор подключается параллельно диодам для поддержания постоянного напряжения в цепи нагрузки.

    Нагрузка приходится на выход двухполупериодного мостового выпрямителя. Затем конденсатор увеличивает выход постоянного тока. В результате сглаживающий конденсатор преобразует пульсирующий выходной сигнал выпрямителя в более плавный выходной сигнал постоянного тока.

    Напряжение пульсаций обратно пропорционально величине сглаживающего конденсатора. Эти два значения связаны соотношением

    В пульсация = I нагрузка /(fxC)

    В качестве альтернативы можно использовать интегральную схему регулятора напряжения для постоянного источника питания.

    Сглаживающий конденсатор 5 мкФ

    Заряд и емкость сглаживающего конденсатора 5 мкФ варьируются в зависимости от соединения в цепи. Эквивалентная емкость будет суммой всех конденсаторов, включенных в цепь для конденсатора при параллельном соединении.

    Сглаживающий конденсатор 50 мкФ

    Аналогично, тот же принцип применяется здесь для сглаживающего конденсатора 50 мкФ. Напряжение при параллельном включении цепи одинаково для всех конденсаторов. Однако конденсатор 50 мкФ является более сильным сглаживающим конденсатором по сравнению с конденсатором 5 мкФ.

    (Изображение конденсаторов)

    6. Заключение

    В этой статье собран широкий спектр устройств, в которых используются схемы выпрямителей. Одним из применений являются регуляторы напряжения, а другим распространенным применением являются компоненты источников питания и детекторы амплитудной модуляции (AMD), используемые для радиосигналов. Устройство также когда-то было широко известно как кристаллический детектор в первых радиоприемниках.

    Мы надеемся, что эта статья ответит на все ваши вопросы о схемах выпрямителей. Не стесняйтесь обращаться к нам за основными компонентами для создания схемы выпрямителя. Ждем помощи в ваших проектах.

    мостовой выпрямитель, схема, формула, 7 важных факторов — гибки Lambda

    Список тем
    • ПЕРЕКРИФИКАЯ И ПЕРЕКРИФИР
    • Типы
    • ПЕРЕКТОР
    • Типы
    • RISTIFIER
    • Типы
    • RISTIFIER
    • TISES
    • RISTIFIE мостовой выпрямитель
    • Различия между мостовым выпрямителем и двухполупериодным выпрямителем
    • Математические задачи

    Выпрямление

    Выпрямление: Процесс преобразования переменного напряжения в постоянное называется выпрямлением. Выпрямитель представляет собой электронное устройство для выполнения выпрямления.

    Типы выпрямителей

    Выпрямители в основном бывают трех типов. Это –

    1. Однополупериодные выпрямители (HWR)
    2. Двухполупериодные выпрямители (FWR)
    3. Мостовой выпрямитель (BR)

    Мостовые выпрямители

    Мостовые выпрямители представляют собой выпрямители, которые преобразуют переменный ток в постоянный, то есть переменный ток в постоянный. Этот тип выпрямителя позволяет обеим половинам входного переменного напряжения проходить через цепь. Для мостового выпрямителя необходимо четыре диода.

    Мостовые выпрямители Работа и схема

    Мостовой выпрямитель показан на схеме ниже. Схема мостового выпрямителя

    , источник изображения — пользователь: Wykis, диодный мост, вариант 1, помечен как общественное достояние, подробнее на Wikimedia Commons

    Двухполупериодное выпрямление также может быть реализовано с помощью выпрямителя, включающего четыре диода. Как показано на схеме, два диода противоположных плеч проводят ток одновременно, в то время как два других диода оставались в выключенном состоянии. Пока ток течет через диоды D1 и D3, но ток не течет через диоды D2 и D4. Происходит это из-за мгновенной полярности вторичных обмоток трансформатора. Таким образом, ток I проходит через сопротивление нагрузки RL в указанном направлении.

    Наступает следующая половина цикла. На этот раз меняется полярность трансформатора. Ток течет через диод D2 и диод D4, а через диоды D1 и D3 ток не течет. Направление тока остается таким же, как и в предыдущей половине цикла.

    Узнайте о том, как работает трансформатор!

    Формула и уравнения мостового выпрямителя

    Из стандартной схемы мостового выпрямителя,

    Vi — входное напряжение; Vb — напряжение на диоде, rd — динамическое сопротивление, R — сопротивление нагрузки, Vo — выходное напряжение.

    Среднее напряжение O/p:

    В o = В м Sinωt; 0 ≤ ωt ≤ π

    V av = 1/π * ∫ 0 Vo d(ωt)

    Or, V av = 1/π * ∫ 0 V m Sinωt d(ωt)

    Или, V av = (V m /π) [- Cosωt] 0 π

    Или, V av = (V m / π) * [-(-1) – (-(1))]

    Или, V av = (1V m / π) * 2

    Или, В av = 2В m / π = 0,64 В m

    Среднеквадратичное значение тока:

    I rms = [1/π * ∫ 0 I 2   d(ωt)] 1/2

    I = I м Sinωt; 0 ≤ ωt ≤ π

    или I RMS = [1/π * ∫ 0 I M 2 SIN 2 ωt D (ωt)] 1345 2 ωt d (ωt)] 1345 2 ωt d (ωt)] 1345 ωt d (ωt)] 1345 ωt d (ωt)] 1345 ωt d (ωt)] 1345 ωt d (ωt)] 1345 ωt d (ωt)] 1/29134 Или I RMS = [I M 2 /π *∫ 0 SIN 2 ωt D (ωt)] 1/2

    Теперь, SIN)] 1/2

    . ½ (1 – Cos2ωt)

    Или, I СКЗ = [I м 2 /π *∫ 0 (1 – Cos2ωt)d(ωt)] 1/2

    Or, I rms = [I m 2 /2] ½   Or, I rms = I м /√2

    Среднеквадратичное значение напряжения = В действующее значение = В м /√2.

    Значение среднеквадратичного значения состоит в том, что оно эквивалентно значению постоянного тока.

    При условии, что среднеквадратичное значение ≤ пикового значения

    Пиковое обратное напряжение (PIV):

    Пиковое обратное напряжение или PIV относится к максимально допустимому напряжению, которое может быть приложено к диоду до его пробоя.

    Пиковое обратное напряжение мостового выпрямителя рассчитывается как PIV >= В м

    Применение напряжения, превышающего пиковое обратное напряжение, повредит диод и повлияет на другие элементы схемы, если они связаны.

    График мостового выпрямителя

    На следующем графике показан входной выходной сигнал мостового выпрямителя. Это то же самое, что и мостовой выпрямитель.

    Диаграмма мостового выпрямителя, показывающая входной сигнал (верхний) и выходной сигнал (нижний), источник изображения — Кришнаведала, 3-фазное выпрямление 2, CC BY-SA 3.0

    Форм-фактор

    Форм-фактор мостового выпрямителя такой же, как у двухполупериодного выпрямителя и определяется как отношение среднеквадратичного значения напряжения нагрузки к среднему значению нагрузки Напряжение.

    Формульный фактор = V Стопись / V AV

    V ОБЗОР = V M /2

    V AV = V M / π

    ФОРМА ФЛАКТА = V = V M / π

    . м /√2) / (2*В м / π) = π/2√2=1,11

    Итак, мы можем написать, В среднеквадратичное значение = 1,11 * Вср.

    Коэффициент пульсаций

    Коэффициент пульсаций мостового выпрямителя представляет собой процент составляющей переменного тока на выходе мостового выпрямителя.

    «γ» обозначает коэффициент пульсации.

    I o = I ac + I dc

    Или, I ac = I o – I dc

    Или, I ac = [1/(2π) * ∫ 0 (I-Idc) 2 54 53 2

    или I AC = [I ОБЗОР 2 + I DC 2 — 2 I DC 2 ] 1/2

    или, I . I rms 2 – I dc 2 ]1/2

    Итак, коэффициент пульсаций,

    γ = I rms 2 — I DC 2 / I DC 2

    OR, γ = [I RMS 2 — I DC 2 ) —14444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444454

    γ FWR = 0,482

    Коэффициент использования трансформатора

    Отношение мощности постоянного тока к номинальной мощности переменного тока известно как коэффициент использования трансформатора или TUF.

    TUF = P постоянный ток / P переменный ток (номинальное)

    В с / √2 — номинальное напряжение вторичной обмотки, а I м /2 — ток, протекающий через обмотку.

    SO, TUF = I DC 2 R L / (V S / √2) * (I M / √2)

    TUF = (2I M / π) 4444444444444444444444444 2 R L / ( I m 2 (R f + R L )/(2√2) = 2√2/ π 2 * (1 / (1 + R 901 ф /Р L ))

    Если R f << R L , то

    TUF = 8 / π 2 = 0,812

    Чем больше TUF, тем лучше производительность.

    КПД мостового выпрямителя

    КПД мостового выпрямителя определяется как отношение мощности постоянного тока, подаваемой на нагрузку, к входной мощности переменного тока. Обозначается символом – η

    η = P нагрузка / P в *100

    или, η = I dc 2 * R/ I действ. m /√2 и I dc = 2*I m

    Итак, η = (4I m 2 / π 2 ) / (I 9 м )

    η = 8 / π 2 * 100% = 81,2%

    КПД идеальной схемы мостового выпрямителя = 81,2%

    Specify Difference Between Bridge and Full Wave Rectifier
    Subject of Comparison Bridge Rectifier Full Wave Rectifier
    No. диодов Четыре диода Два диода
    Ток Ток протекает в цепи только в течение положительной половины входного цикла. Ток протекает в цепи всю половину входного периода.
    Трансформатор Требуется Любое маленькое . Повышение или Съемник Центр Trapped Transformers-Центр. Он также нуждается в более мощном трансформаторе, чем мостовой выпрямитель.
    Пиковое обратное напряжение Для мостового выпрямителя пиковое обратное напряжение — это максимальное напряжение на вторичной обмотке трансформатора. Для двухполупериодного выпрямителя пиковое обратное напряжение каждого диода в два раза превышает максимальное напряжение между центральным отводом и любым другим концом вторичной обмотки трансформатора.
    Доступность Мостовой волновой выпрямитель доступен на рынке в одной упаковке. Готовые двухполупериодные выпрямители отсутствуют на рынке.
    Стоимость Дешевле двухполупериодных выпрямителей. Дороже мостового выпрямителя.
    Transformer Utilization Factors Transformer Utilization Factor is 0.812 For a full-wave transformer, TUF is = 0.693
    Efficiency for low voltages Ток протекает через два последовательно включенных диода в мостовом выпрямителе, и на диодах рассеивается огромная мощность. Следовательно, эффективность ниже в условиях низкого напряжения. На двухполупериодных выпрямителях такого эффекта нет. КПД в таких условиях больше, чем у мостового выпрямителя.

    Некоторые проблемы с мостовыми выпрямителями

    1. Мостовой выпрямитель имеет нагрузку 1 кОм. Приложенное переменное напряжение составляет 220 В (среднеквадратичное значение). Если пренебречь внутренними сопротивлениями диодов, каково будет напряжение пульсаций на сопротивлении нагрузки?

    а. 0,542 В

    б. 0,585 В

    в. 0,919 В

    г. 0,945 В

    Напряжение пульсаций = γ * В пост. тока / 100

    В пост. тока = 0,636 * Вэфф * √2 = 0,636*220*√2 = 198 В.

    Следовательно, напряжение пульсаций = 0,482*198/100 = 0,945 В

    2. Если пиковое напряжение схемы мостового выпрямителя составляет 10 В, а диод кремниевый, то каким будет пиковое обратное напряжение на диоде?

    Пиковое обратное напряжение является важным параметром, определяемым как максимальное обратное напряжение смещения, прикладываемое к диоду перед входом в область пробоя. Если номинальное пиковое обратное напряжение меньше указанного значения, может произойти пробой. Для двухполупериодного выпрямителя пиковое обратное напряжение диода такое же, как пиковое напряжение = Vm. Итак, пиковое обратное напряжение = 5 вольт.

    3. На двухполупериодный выпрямитель подается вход 100Sin 100 мВт. Какая частота пульсаций на выходе?

    V= V м Sinωt

    Здесь ω= 100

    Частота определяется как – ω/2 = 100/2 = 50 Гц.

    Таким образом, выходная частота = 50*2 = 100 Гц.

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

    Выпрямитель преобразует напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока. Генератор преобразует постоянное напряжение в переменное.

    5. Для мостового выпрямителя входное напряжение составляет 20Sin100 π t. Какое среднее выходное напряжение будет?

    Теперь мы знаем, что V= V м Sinωt

    V м = 20

    Итак, выходное напряжение = 2 В м / π = 2*20 вольт / π = 12,7030 напряжение = 12,73 вольта.

    Рабочие диодные выпрямители (неуправляемые выпрямители)

    Введение

    Цепи, которые используются для преобразования входной мощности переменного тока (AC) в выходную мощность Direct Current (DC), называются цепями выпрямителя. Выпрямители можно найти почти во всем оборудовании, от зарядного устройства для аккумуляторов низкого напряжения до систем передачи постоянного тока высокого напряжения. В основном выпрямители подразделяются на управляемые выпрямители и неуправляемые выпрямители. В управляемых выпрямителях используются полупроводниковые переключатели, такие как тиристоры, BJT, MOSFET, IGBT и т. д. Выходными параметрами управляемого выпрямителя можно легко управлять с помощью полупроводниковых ключей. В этой статье обсуждаются только неуправляемые выпрямители. Как видно из названия, эти выпрямители не могут управляться извне. Управляемые выпрямители состоят из нескольких диодов и элементов кондиционирования, таких как конденсаторы.

    Классификация неуправляемых выпрямителей

    Неуправляемые выпрямители можно классифицировать следующим образом:

    1. Однополупериодный выпрямитель
    2. Двухполупериодный выпрямитель
    3. Мостовой выпрямитель.

    Из этих трех типов неуправляемых выпрямителей наиболее часто используется мостовой выпрямитель. Мостовой выпрямитель является наиболее эффективным из трех. Итак, давайте сначала обсудим мостовой выпрямитель.

    1. Двухполупериодный мостовой выпрямитель

    На схеме показан двухполупериодный мостовой выпрямитель. Однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов, соединенных в замкнутый контур, называемый «мостом». Выходная мощность двухполупериодного мостового выпрямителя такая же, как и у обычного двухполупериодного выпрямителя, но преимущество состоит в том, что он не требует трансформатора с центральным отводом. Поэтому стоимость и размер схемы снижены.

    Двухполупериодный мостовой выпрямитель

     

    Положительный полупериод

    В двухполупериодном мостовом выпрямителе два диода будут проводить каждый полупериод. Остальные диоды будут смещены в обратном направлении. Во время положительного полупериода питания диоды D1 и D2 смещены в прямом направлении и будут проводить ток. Диоды D3 и D4 смещены в обратном направлении и не будут проводить ток.

    Двухполупериодный мостовой выпрямитель

    Отрицательный полупериод

    Во время отрицательного полупериода питающих диодов D3 и D4 смещены в прямом направлении и будут проводить ток. Диоды D1 и D2 смещены в обратном направлении и не будут проводить ток.
    В течение обоих полупериодов ток, протекающий через нагрузку, является однонаправленным. Следовательно, напряжение, развиваемое на нагрузке, также является однонаправленным. Выходное напряжение содержит пульсации напряжения, которыми можно управлять, подключив конденсатор параллельно нагрузке.

     

    Двухполупериодный мостовой выпрямитель

     

    2. Однополупериодный выпрямитель

    Однополупериодный выпрямитель состоит из одного диода, включенного последовательно с нагрузкой. При однополупериодном выпрямлении, когда однофазный источник переменного тока подключен к однополупериодному выпрямителю, диод пропускает только положительный полупериод питания и блокирует отрицательный полупериод. Поскольку выпрямитель пропускает только половину источника питания, он называется однополупериодным выпрямителем.

    Цепь однополупериодного выпрямителя

    Однополупериодный выпрямитель

    Во время каждого положительного полупериода синусоиды переменного тока анод положителен по отношению к катоду. Следовательно, диод смещен в прямом направлении. При прямом смещении диод действует как замкнутый переключатель, в результате чего через диод протекает ток. Во время каждого «отрицательного» полупериода синусоиды переменного тока анод отрицателен по отношению к катоду. Следовательно, диод имеет обратное смещение и действует как разомкнутый переключатель. Через диод или цепь ток не течет.

    3. Двухполупериодный выпрямитель

    Двухполупериодный выпрямитель

    Однополупериодные выпрямители производят слишком много пульсаций, и выходной ток не является непрерывным. Эти недостатки делают его непригодным для многих приложений, особенно в схемах, требующих «стабильного и плавного» напряжения питания постоянного тока. Пульсации и КПД можно улучшить с помощью двухполупериодных выпрямителей.
    В двухполупериодных выпрямителях мы можем получить выходное напряжение во время положительных и отрицательных полупериодов. Поэтому он обеспечивает более высокий КПД, чем однополупериодные выпрямители. Он производит выходное напряжение, которое является чисто постоянным. Для двухполупериодных выпрямителей среднее выходное напряжение постоянного тока выше, чем у однополупериодного, выход двухполупериодного выпрямителя имеет гораздо меньшую пульсацию, чем у двухполупериодного выпрямителя, обеспечивающего более плавную форму выходного сигнала.
    В однофазной цепи неуправляемого выпрямителя Full Wave теперь используются два диода. Только один диод будет смещен в прямом направлении и проводит ток в течение каждого полупериода. Трансформатор с центральным отводом используется в двухполупериодном выпрямителе, как показано на рисунке.

    Уменьшение пульсаций в мостовых выпрямителях с помощью сглаживающего конденсатора

    Мостовой выпрямитель с фильтром

    Как упоминалось ранее, пульсации напряжения можно контролировать, подключив сглаживающий конденсатор параллельно нагрузке. Он преобразует двухполупериодный пульсирующий выходной сигнал выпрямителя в плавное выходное напряжение постоянного тока. Но использование конденсатора в схеме ограничено факторами стоимости и размером схемы. Сглаживающий конденсатор регулирует пульсации следующим образом:

    Обычно используются сглаживающие конденсаторы емкостью 100 мкФ или выше алюминиевого электролитического типа. Параметрами, учитываемыми при выборе подходящего значения емкости, являются ее рабочее напряжение и значение емкости, определяющее количество пульсаций, возникающих на выходе.

    Уменьшение пульсаций в однополупериодном выпрямителе с помощью сглаживающего конденсатора

    Постоянное напряжение, полученное после выпрямления, содержит определенное количество пульсаций напряжения, которые можно уменьшить, используя большое значение емкости. Для однополупериодных выпрямителей в этом нет необходимости. Это связано с тем, что в однополупериодном выпрямителе пульсации будут увеличиваться, а не уменьшаться.

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.