Однополупериодный выпрямитель тока. Схема и принцип работы.

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

Однополупериодный выпрямитель.

Схема однополупериодного выпрямителя выглядит следующим образом:

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

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

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

И в результате сигнал на нагрузке будет выглядеть так:

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

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

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

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

Проверяем напряжение на нагрузке для этой схемы:

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

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

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

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

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

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

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

Рассмотрим преимущества и недостатки однополупериодного выпрямителя

:

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

Основных недостатков также можно выделить несколько:

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

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

Однополупериодный выпрямитель Принцип работы выпрямителя Эле…

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

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

Рис.2 Схема однополупериодного выпрямителя

Принцип работы выпрямителя

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

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

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

Основные электрические параметры выпрямителя

Диод в выпрямителях является основным элементом и во многом определяет основные показатели выпрямителей.
1. Uнср и Iнср – средние значения выпрямленных напряжения и тока в нагрузочном устройстве
2. Мощность нагрузочного устройства Pнср = Uнср•Iнср
3. Амплитуда основной гармоники Uоснг
4. Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения

5. КПД выпрямителя

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

Входное напряжение (напряжение на вторичной обмотке трансформатора):

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

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

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

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

При выборе выпрямительных диодов используются максимально допустимые параметры: ток прямой максимально допустимый и напряжение обратное максимально допустимое: Iпрmax, Uобрmax.
Диод в выпрямителях является основным элементом, и его параметры во многом определяют основные параметры выпрямителей

См. также

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

принцип работы, схемы и т.д.

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

Схема двухполупериодного выпрямителя

Обратите внимание на основы электричества и на приборы электроники.

Принцип действия двухполупериодного выпрямителя

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

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

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

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

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

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

принцип работы, схемы и т.д.

Однополупериодный выпрямитель — это устройство или контур, проводящее во время одной половины цикла переменного тока. Однополупериодный выпрямитель состоит из трансформатора, полупроводникового диода (D1) и сопротивления (RL).

Обратите внимание на основы электричества и на приборы электроники.

Принцип действия однополупериодного выпрямителя

В этом примере сопротивление RL представляет нагрузку, хотя, на самом деле, нагрузкой может быть любой элемент или группа элементов, которая может вызвать падение напряжения.

Схема однополупериодного выпрямителя

В течение первой половины цикла переменного тока диод D1 находится в состоянии прямого подключения — положительный электрический потенциал воздействует на его анод, а отрицательный потенциал воздействует на его катод. Когда D1 находится в состоянии прямого подключения, ток протекает от отрицательной стороны вторичной обмотки трансформатора, через сопротивление нагрузки, через диод, обратно к положительной стороне вторичной обмотки. Поскольку ток протекает через сопротивление нагрузки, в нём происходит падение напряжения; ток, выходящий из выпрямительного контура появляется в виде положительной полуволны на сопротивлении нагрузки.

Путь тока через однополупериодный находится в состоянии прямого подключения D1

В течение второй половины цикла переменного тока диод D1 находится в состоянии обратного подключения — на его анод воздействует отрицательный электрический потенциал, а положительный электрический потенциал воздействует на его катод. Этот диод не проводит, поэтому в сопротивлении нагрузки RL никакое напряжение не присутствует.

Однополупериодный выпрямитель в состоянии обратной проводимости D1

Как видно по форме кривой, у однополупериодных выпрямителей только одна полуволна постоянного тока на выходе при каждом полном цикле переменного тока на входе. По этой причине в оборудованиях обычно не применяются однополупериодные выпрямители; когда они используются, они обычно устанавливаются в оборудовании или контурах, где требуется ток невысокого напряжения и где колебания напряжения не бывают причиной для беспокойства.

Форма кривой выходного сигнала однополупериодного выпрямителя

Однофазный мостовой выпрямитель, принцип работы, описание

Рассматриваемый выпрямитель (рис. 4.21) широко используется в самых различных устройствах сравнительно малой мощности (до сотен ватт и, иногда, единиц киловатт).

Опишем работу выпрямителя для двух характерных видов нагрузки: активной (рис. 4.21, а) и активноиндуктивной (рис. 4.21, б).

Работа выпрямителя на активную нагрузку при нулевом угле управления.
Для рассматриваемого выпрямителя углом управления называют угол а сдвига по фазе между началом каждой положительной полуволны напряжения питания ивх и со ответствующим моментом включения тиристоров Т, и Т4, а также равный ему угол сдвига между началом каждой отрицательной полуволны напряжения ивх и соответствующим моментом включения тиристоров Т2 и Т3 (тиристоры включаются парами).

При а = О электрические процессы в управляемом выпрямителе совпадают с процессами в рассмотренном выше неуправляемом выпрямителе. Естественно, остаются прежними и математические выражения, характеризующие выпрямитель.

Работа выпрямителя на активную нагрузку при угле управления я/2 рад (90 эл. град.) (рис. 4.22).

Анализ процессов в выпрямителе при ненулевом угле управления а усложняется, так как на некоторых отрезках оси абсцисс (и на некоторых отрезках времени) все тиристоры схемы выключены и приходится решать задачу распределения на них напряжения ивх. При этом два тиристора находятся под прямым, а другие два — под обратным напряжением.

Предполагаем (это общепринято), что эквивалентные сопротивления всех выключенных тиристоров одинаковы и не зависят от полярности напряжения. В этом случае напряжение на каждой паре тиристоров, один из которых находится под прямым, а второй — под обратным напряжением, делится поровну {это легко понять, если мысленно заменить все четыре выключенные тиристоры резисторами с одинаковыми сопротивлениями). Именно так временные диаграммы изображены на отрезках оси абсцисс 0…Я/2, л..!(3/2)я, и т. д.

При w*t=п/2 включаются тиристоры Т3 и Т4. При этом на тиристорах Т2 и Т3 скачкообразно возрастает в два раза обратное напряжение.

Аналогично после включения тиристоров Т2 и Т4 увеличивается обратное напряжение на тиристорах Т1 и Т4. Тиристоры Т2 и Т3 выключаются при соonst = 2п.

Анализ схемы с включенными тиристорами несложен.

Как и прерыватель переменного тока, при а О выпрямитель потребляет из питающей сети ток с формой, сильно отличающейся от синусоидальной.

Регулировочная характеристика управляемого выпрямителя — это зависимость среднего значения Ucp выпрямленного напряжения от угла управления. Регулировочной характеристикой называют и график этой зависимости.

Регулировочная характеристика выпрямителя, работающего на активную нагрузку, имеет вид

Изобразим соответствующий график (рис. 4.23, сплошная линия).Работа выпрямителя на активноиндуктивную нагрузку при нулевом угле управления (рис. 4.24).

Предполагаем (как общепринято), что индуктивность нагрузки LH очень велика, так что ток нагрузки ieblx практически постоянный. Это допущение можно использовать, если постоянная времени нагрузки хн значительно больше периода напряжения сети.

Работа выпрямителя на активноиндуктивную нагрузку при угле управления я/4 рад (45 эл. град.) (рис. 4.25).

При принятом условии о существенном влиянии индуктивности одна пара тиристоров в каждый момент времени открыта (электродвижущая сила самоиндукции препятствует выключению некоторой пары тиристоров до включения следующей пары). Это упрощает анализ схемы.

Временная диаграмма входного тока iex смещена относительно диаграммы напряжения ивх и, следовательно, основная гармоника входного тока отстаёт по фазе от напряжения питания.

Из изложенного следует, что в рассматриваемом режиме выпрямитель загружает питающую сеть реактивной мощностью и это, безусловно, является отрицательным фактором.

Регулировочная характеристика выпрямителя, работающего на активноиндуктивную нагрузку, определяется выражением,так как среднее значение напряжения на идеальной катушке индуктивности равно нулю (иначе ее ток возрастал бы до бесконечности). Мощность Рн, потребляемая резистором RH активноиндуктивной нагрузки, вычисляется по формуле (тах как ток ieblx — постоянный, его действующее и среднее значения совпадают).

Назначение, схема и принцип работы однополупериодного выпрямителя

Рис.1. Схема однополупериодного выпрямителя.

Выпрямитель (электрического тока) — преобразователь электрической энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток.^[1][2]

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

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

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

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

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

 

 

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

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

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

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

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

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

Площадь под интегральной кривой равна:

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

 

25.Назначение, схема и принцип работы двухполупериодного мостового выпрямителя

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

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

Выпрямители тока: принцип действия, схема

Выпрямитель — это устройство, которое создано для преобразования тока. Многие модели устанавливаются с фильтрами. Сфера применения выпрямителей очень широкая. Они активно используются в блоках питания, подстанциях, а также сварочных аппаратах.

В первую очередь модели делятся по фазам. Существуют двухфазные, а также трехфазные модификации. Мостовые устройства изготавливаются исключительно для преобразователей. По мощности выделяют силовые элементы, а также модели сигналов. По наличию устройств стабилизации они делятся на полноволновые, неполноволновые, двухпериодные и трансформаторные модификации. Для того чтобы разобраться в выпрямителях, необходимо рассмотреть схему обычной модели.

Схема выпрямителя

Схема выпрямителя тока включает в себя проводники с различной проводимостью тока. Также в устройствах используются каналы. Электронные вентили устанавливаются различной чувствительности. Если рассматривать мостовые модификации, то у них применяются стабилитроны. Также на рынке представлены диодные устройства.

Принцип действия

Принцип работы выпрямителя основывается на преобразовании тока. Осуществляется данный процесс за счет изменения частоты. Для этого в устройстве имеется электронный вентиль. Для стабилизации процесса преобразования используются каналы. Чтобы избежать проблем с отрицательной полярностью, устанавливаются стабилитроны. Непосредственно подключение устройства осуществляется через проводники.

Силовые устройства

Выпрямители тока данного типа используются в различных блоках питания. Наиболее часто их можно встретить в персональных компьютерах. Схема устройства предполагает использование векторного транзистора. Если рассматривать двухканальную модификацию, то подключение осуществляется через расширитель.

В некоторых устройствах используются тетроды. Если рассматривать трехканальные элементы, то они рассчитаны для блоков питания на 20 В. В данном случае тетроды никогда не применяются. Принцип работы выпрямителей построен на изменении частоты. Многие модификации продаются с электронными вентилями. Если говорить про параметры, то чувствительность устройства колеблется в районе 23 мВ. Непосредственно проводимость тока у моделей не превышает 2 мк.

Принцип работы выпрямителей сигналов

Выпрямители сигналов работают от обратной связи. Использоваться модели могут только в сети с переменным током. Если рассматривать устройства на 12 Вт, то следует отметить, что фильтры применяются только полудуплексного типа. Также стандартная схема выпрямителя подразумевает использование транзистора с ресивером.

У моделей на три канала обязательно используются триггеры. Данные устройства устанавливаются через изоляторы. Выходное напряжение у моделей, как правило, не превышает 20 В. Силовая электроника у выпрямителей позволила решить проблему с перепадами напряжения за счет установки диодных мостов.

Мостовые устройства

Мостовые выпрямители продаются для блоков питания и преобразователей. Действуют устройства в сети с переменным током. Непосредственно изменение частоты осуществляется за счет работы расширителя. Указанный элемент в выпрямителе играет роль проводника. В некоторых случаях он устанавливается с изоляторами. По системе защиты мостовые выпрямители довольно сильно отличаются.

Если рассматривать модификации на три канала, то у них используются триггеры. Данные элементы могут устанавливаться с обкладкой и без нее. Модификации на четыре канала встречаются очень редко. Показатель проводимости тока у выпрямителей не превышает 40 мк. В данном случае чувствительность устройства равняется 2,5 мк.

Двухфазные модификации

Двухфазные выпрямители тока производятся для транспортных средств. Работают модели по принципу изменения частоты. Осуществляться этот процесс может за счет расширителя либо триггера. Наиболее часто модели встречаются без тетродов. Параметр предельной перегрузки у модификаций не превышает 6 А. Фильтры используются, как правило, проводного типа.

Если рассматривать модификации на три канала, то у них есть двухразрядный триггер. Показатель его чувствительности составляет не более 3 мк. В свою очередь, выходное напряжение максимум равняется 35 В. Силовая электроника у двухфазных устройств дала возможность решить проблему с перегрузками напряжения благодаря использованию диодных мотов.

Трехфазные модели

Трехфазный выпрямитель встретить можно только в трансформаторных подстанциях. Работают устройства от высоковольтной чети. В данном случае принцип работы модели построен то резком увеличении частоты. Параметр выходного напряжения при этом остается неизменными. Выпускаются модели на три и четыре канала. Подсоединение у них происходит через проводники.

Трехфазный выпрямитель на три канала выпускается с тетродами. В некоторых случаях для стабилизации процесса преобразования применяются расширители. Если говорить про выпрямители на четыре канала, то важно отметить, что они производятся всегда с усилителями. В данном случае показатель проводимости тока лежит в пределах 70 мк. Чувствительность выпрямителя равняется не более 4,2 мВ.

Полноволновые устройства

Полноволновый выпрямитель напряжения тока работает за счет смены полярности на расширителях. Транзисторы, как правило, используются открытого типа. Подходят данные устройства для преобразователей на 20 и 30 В. Непосредственно параметр чувствительности у них равняется 3 мВ. В свою очередь, проводимость тока находится в районе 4,5 мк.

Если говорить про модификации на три канала, то они устанавливаются только в блоки питания с усилителями. Фильтры для выпрямителей подходят в основном расширительного типа. Если говорить про устройства на четыре канала, то у них показатель проводимости тока лежит в районе 3 мк. Для трансформаторных подстанций модели не подходят.

Неполноволновые модификации

Неполноволновые выпрямители тока отличаются отсутствием электронного вентиля. Выпускаются элементы только с двумя каналами. Непосредственно подсоединение модификации осуществляется через контакты. Изоляторы используются как с обкладкой, так и без нее. В некоторых случаях применяются усилители.

Также важно отметить, что устанавливаются выпрямители данного типа в контроллерах. Параметр выходного напряжения у них, как правило, не превышает 30 В. В среднем чувствительность устройств составляет 75 мВ. В данном случае проводимость тока зависит от типа используемых фильтров.

Однопериодные модификации

Однопериодные выпрямители тока производятся для различных ресиверов. Отличительной чертой элементов принято считать высокий параметр проводимости тока. Работают устройства от обратной полярности. Выпускаются модели на два и три канала. Если рассматривать первый вариант, то важно отметить, что проводники используются с обкладкой. В данном случае расширители устанавливаются редко. Параметр проводимости тока у выпрямителей колеблется в районе 3 мк.

Если говорить про устройства на три канала, то они всегда выпускаются с тетродами. Также схема модификации подразумевает использование модуляторов. Для низкочастотных ресиверов указанные выпрямители подходят идеально. В данном случае чувствительность составляет не более 60 мВ.

Схема двухпериодных устройств

Двухпериодный выпрямитель тока 220 В производится для преобразования тока от приводных устройств. В данном случае процесс происходит за счет изменения частоты напряжения. Расширители у моделей используются, как правило, отрытого типа. Если говорить про модификации на два канала, то у них применяются распределительные фильтры. В некоторых случаях устанавливаются триггеры. Для подключения устройств к приводным установкам необходимы транзисторы полевого типа. Выпускаются они с различной емкостью. Как правило, на рынке представлены модификации на 20 пФ.

Особенности трансформаторных устройств

Трансформаторный выпрямитель (преобразователь электрической энергии) способен работать в сети с постоянным и переменным током. В данном случае триггеры используются трехразрядного типа. Для подключения устройств применяются проводники. Встретить трансформаторные выпрямители можно на подстанциях. Данные устройства рассчитаны на высокое выходное напряжение.

Система защиты у них устанавливается с хроматическими фильтрами. В данном случае параметр чувствительности лежит в пределах 80 мВ. Для приводных механизмов указанные устройства не подходят однозначно. Показатель приводимости тока у них равняется 20 мк. Триггеры для цепей подбираются как открытого, так и закрытого типа. В среднем параметр пороговой перегрузки находится на уровне 5 А.

Модели с умножением напряжения

Выпрямители данного типа на сегодняшний день активно используются в преобразователях. Стандартная схема модификации включает в себя вентиль, а также транзисторы. В среднем показатель их емкости равняется 2 пФ. Непосредственно проводимость тока составляет не более 3 мк.

Если говорить про модификации на два канала, то у них используются расширители. Устанавливаются они как открытого, так и закрытого типа. Во многих моделях есть регуляторы. Если говорить про выпрямители на четыре канала, то они производятся с модуляторами. Для их работы используются различные триггеры. Чаще всего они встречаются трехразрядного типа.

Модификации с гальванической развязкой

Устройства с гальванической развязкой работают по принципу понижения частоты. Подключаются они только от сети с переменным током. В данном случае транзисторы устанавливаются на 20 пФ. Непосредственно показатель чувствительности равняется 88 мВ. Если говорить про модификации на три канала, то у них применяются импульсные модуляторы. Во многих моделях есть защитные системы, которые помогают справляться с перегрузами. Фильтры используются с лучевыми тетродами.

полуволновой и полноволновой выпрямитель | Принцип работы | Принципиальная схема

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

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

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

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

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

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

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

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

Полупериодный выпрямитель

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Полнополупериодный выпрямитель

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

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

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

Рисунок 3 Принципиальная схема двухполупериодного выпрямителя и его выходное напряжение

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Мостовой выпрямитель

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

Таким образом, в дополнение к соотношению напряжений другим преимуществом является отсутствие необходимости в центральной точке отвода. Он использует четыре диода, как показано на Рисунок 4 .

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

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

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

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

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

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

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

. Рис. 4 Схема мостового выпрямителя и его выходное напряжение

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

Где R — сопротивление нагрузки, C — емкость фильтра, а f — частота пульсаций.Это уравнение показывает, что больший конденсатор или большая нагрузка дают гораздо более плавное напряжение постоянного тока; это также указывает на то, что с тем же конденсатором лучший результат получается, если частота пульсаций выше. нефильтрованное напряжение для конкретного случая. Эти цифры соответствуют эффективному напряжению 14 В переменного тока (размах напряжения 40 В), показанному на осциллографе .

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

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

Рисунок 5 Нефильтрованный выход мостового выпрямителя.

Рисунок 6 Отфильтрованный выход выхода постоянного тока, показанный на Рисунок 5 .

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

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

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

Рисунок 8 Интегральные схемы мостового выпрямителя .

Половина | Принцип работы полноволнового выпрямителя

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

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

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

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

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

Во время положительного полупериода напряжения A положительно по отношению к B

• диод включен (за счет прямого смещения)
• текущие i потоки.

Во время отрицательного полупериода напряжения A отрицательно по отношению к B

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

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

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

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

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



Во время полупериода положительного входа клемма A вторичной обмотки является положительной, а C — отрицательной, как показано на рис.

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

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

• диоды D ₂ и D ₄ имеют обратное смещение (ВЫКЛ)
• D ₁ и D ₃ с прямым смещением (ВКЛ)
Цепь
• течет по CBEDA.

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



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

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

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

Коэффициент пульсации и эффективность выпрямления выпрямителя

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

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

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

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

Эффективность выпрямления (ȵ) сообщает нам, какой процент от общей входной мощности переменного тока преобразуется в полезную выходную мощность постоянного тока.

ȵ = мощность постоянного тока, подаваемая на нагрузку / мощность переменного тока на входе выпрямителя

Это 40,6% для однополупериодного выпрямителя и 81,2% для полного мостового выпрямителя.

Спасибо, что прочитали о принципе работы полуволнового выпрямителя и Принцип работы двухполупериодного выпрямителя .

Электроника | Все сообщения

© https://yourelectricalguide.com/ Принцип работы полуволнового выпрямителя и принцип работы двухполупериодного выпрямителя.

Принцип работы, принципиальная схема, типы и преимущества

Как мы все знаем, насколько важные электронные схемы используются в наши дни. Мы можем сказать, что весь спектр программного обеспечения, промышленности, машиностроения, медицины и сельского хозяйства либо каким-то образом связан с этими электрическими цепями.Итак, двигаясь в этом сценарии, выпрямители — это схемы, которые появились как наиболее распространенные электронные блоки питания. Какому-то количеству цепей требуется источник питания постоянного тока для питания многих электрических компонентов. Итак, устройство, которое подходит для этой операции, — это «Выпрямитель». Итак, давайте обсудим концепцию того, что такое мостовой выпрямитель, его схему и как он работает?

Что такое мостовой выпрямитель?

Одна специальная схема, которая дает выходной сигнал, аналогичный выходному сигналу двухполупериодного выпрямителя, — это мостовой выпрямитель, где в этой схеме используются четыре диода для формирования замкнутого контура.С помощью этих диодов переменный ток преобразуется в постоянный. Поставляемый выход имеет аналогичную полярность независимо от данного входа. Выбор мостовых выпрямителей основан на нескольких параметрах, таких как уровни мощности, напряжение пробоя, температурные диапазоны и другие. Преимущество этой схемы заключается в том, что нет необходимости в трансформаторе с центральным отводом, поэтому цена минимальна, и даже размер небольшой, когда одна сторона мостовой петли подключена к вторичной обмотке, а другая сторона подключена к нагрузке. .На приведенной ниже схеме показана схема мостового выпрямителя

Схема моста-выпрямителя

Схема и конструкция мостового выпрямителя

Как мы уже обсуждали, уникальность этой схемы заключается в ее соединенной петле через четыре диода с именами D1, D2, D3 и D4 вместе с нагрузочным резистором RL. Образованный контур обеспечивает повышенную эффективность преобразования переменного тока в постоянный. Данная волна переменного тока подается через клеммы A и B, а выходной сигнал в форме постоянного тока принимается через RL, и он проходит через C и D.

Мостовой выпрямитель работает

Четыре диода включены последовательно, и это позволяет только двум из диодов пропускать электрический ток за каждый полупериод. Для положительного полупериода D1 и D3 пропускают электрический ток, тогда как во время отрицательного полупериода D2 и D4 пропускают электрический ток через них. Это означает, что во время положительного полупериода D1 и D3 находятся в состоянии смещения вперед, а D2 и D4 находятся в состоянии смещения в обратном направлении.

Таким образом, ток будет проходить по пути, создаваемому D1 и D3, а выходное напряжение положительно на C и D.Таким же образом, когда применяется отрицательный импульс, D1 и D3 находятся в состоянии обратного смещения, а D2 и D4 находятся в состоянии прямого смещения. Таким образом, ток будет проходить по пути, создаваемому D2 и D4, а выходное напряжение будет положительным между C и D.

Здесь следует отметить, что выходное напряжение имеет положительную полярность независимо от применяемой входной полярности. . Но полученный выходной сигнал будет пульсирующим, и это можно устранить, используя конденсатор в конструкции схемы.Итак, это работа мостового выпрямителя. Формы выходных сигналов показаны ниже:

формы сигналов мостового выпрямителя

Эффективность мостового выпрямителя

Эффективность выпрямителя соответствует известной производительности мостового выпрямителя, что означает, насколько эффективно переменное напряжение преобразуется в постоянное. Высокий КПД указывает на то, что выпрямитель работает хорошо, тогда как низкий КПД указывает на низкую производительность. Он обозначается как отношение выходного постоянного тока к соответствующему входному переменному току.Он обозначается знаком «».

Где ŋ = выход постоянного тока / вход переменного тока = P _D / P _A

Максимальный КПД выпрямителя составляет 81,1%.

Типы мостовых выпрямителей

Существуют различные классификации мостовых выпрямителей, и эти классификации основаны на таких параметрах, как конфигурация схемы, возможности обращения, тип питания и многие другие. Основная классификация — однофазные и трехфазные выпрямители, в зависимости от типа входной работы.Давайте кратко обсудим классификацию.

Однофазные и трехфазные выпрямители

Само название почти определяет тип выпрямителя. Когда применяемый вход однофазный, он называется однофазным выпрямителем, тогда как когда применяемый вход состоит из трех фаз, он называется трехфазным выпрямителем. Первоначальный состоит из 4 диодов, а трехфазный — из 6 диодов для генерации постоянного напряжения. Кроме того, они классифицируются как неуправляемый и управляемый тип на основе коммутационного оборудования, такого как тиристоры и диоды.

Управляемый мостовой выпрямитель

Они снова подразделяются на управляемые полуволновые и двухполупериодные выпрямители. Название определяет, что выходное напряжение можно изменять. Поскольку у неуправляемого мостового выпрямителя мало недостатков, их можно устранить с помощью регулируемых. Этот выпрямитель состоит из полевых МОП-транзисторов, IGBT-транзисторов и резисторов с кремниевым управлением. Это означает, что можно иметь полный контроль, когда тиристоры могут переключаться между состояниями ВКЛ и ВЫКЛ в зависимости от применяемых импульсов затвора.Это связано с тем, что, когда SCR является проводником прямого смещения, он будет проводить электричество, а в обратном состоянии он блокирует ток. Итак, будет контролируемый выход.

Опять же, это однополупериодные и двухполупериодные управляемые центрально-отводные и мостовые выпрямители.

Неуправляемый мостовой выпрямитель

Название определяет, что выходное напряжение не может быть изменено. Этот выпрямитель состоит из переключателей, состоящих из управляемых и неуправляемых переключателей. Поскольку диод допускает протекание тока только в одиночном.Работа диода не ограничивается до тех пор, пока он не будет смещен в обратном направлении. Таким образом, с комбинацией диодов и выпрямителей не будет управления работой, и поэтому они называются неуправляемыми мостовыми выпрямителями. В зависимости от потребности в нагрузке они не допускают колебаний мощности.

Опять же, это однополупериодные и двухполупериодные неуправляемые выпрямители с центральным отводом и мостовые выпрямители.

Коэффициент пульсаций

Коэффициент пульсаций мостового выпрямителя определяется как уровень плавности генерируемого выхода постоянного тока.Сигнал с меньшим количеством пульсаций имеет максимальный коэффициент пульсаций и плавный, тогда как сигнал с большим количеством пульсаций имеет минимальный коэффициент пульсаций и пульсации.

Представляется как отношение уровня пульсаций напряжения к уровню постоянного напряжения.

Он задается формулой

γ = sqrt [(Vrms / v _DC ) ² -1]

Преимущества

Преимущества мостового выпрямителя заключаются в следующем:

• При сравнении с однополупериодным выпрямителем выходной сигнал менее пульсирующий и имеет большую плавность.Это означает, что он имеет максимальный коэффициент пульсации.
• Повышенный КПД выпрямителя
• Минимальные потери мощности и пространства, поскольку схема состоит только из резистора, диодов и источника входного сигнала

Применения

В целом, из-за выпрямления выпрямители используются в выпрямлении мощности и во многих электронных устройствах. устройств.

Мостовой выпрямитель применяет , как показано ниже:

• Используется для преобразования переменного напряжения в постоянное
• Для генерации поляризованных напряжений они реализованы в электросварочных аппаратах
• Применяются в подвижном составе, опорных и трехфазных двигатели для работы поездов
• В основном мостовые выпрямители используются в модуляциях, умножителях и демодуляционном оборудовании.
• Используется для служб обнаружения пикового сигнала, а также в радиоприемниках AM.

Часто задаваемые вопросы

1). Как протекает ток в мостовом выпрямителе?

Для отрицательного и положительного полупериодов ток будет проходить в прямом направлении через контур.

2). Является ли мостовой выпрямитель двухполупериодным выпрямителем?

Он считается своего рода двухполупериодным выпрямителем, который обеспечивает эффективность преобразования входного переменного тока в выход постоянного тока.

3).Почему мы используем 4 диода в мостовом выпрямителе?

Без использования трансформатора с центральным отводом, использование четырех диодов позволяет выполнить полное выпрямление.

4). Какой диод используется в мостовом выпрямителе?

В большинстве мостовых выпрямителей используются кремниевые диоды, потому что там меньше падение напряжения, а также обеспечивается максимальная выходная мощность.

5). Почему конденсатор используется в мостовом выпрямителе?

Для устранения любых пульсирующих волн, присутствующих в сигнале постоянного тока, в мостовых выпрямителях используются конденсаторы.

Это все о детальной концепции мостового выпрямителя. Уникальность конструкции позволяет использовать это устройство в различных отраслях промышленности и в различных устройствах. Итак, узнайте больше о мостовых выпрямителях и знаете, каковы точные функции и как они работают?

Как работает выпрямитель?

Обновлено 28 декабря 2020 г.

Автор: S. Hussain Ather

Вы можете задаться вопросом, как линии электропередач посылают электрические токи на большие расстояния для различных целей.И есть разные «виды» электричества. Электроэнергия, питающая электрические железнодорожные системы, может не подходить для бытовых приборов, таких как телефоны и телевизоры. Выпрямители помогают, преобразуя эти разные типы электричества.

Мостовой выпрямитель и выпрямительный диод

Выпрямители позволяют преобразовывать переменный ток (AC) в постоянный (DC). Переменный ток — это ток, который переключается между течением вперед и назад через равные промежутки времени, в то время как постоянный ток течет в одном направлении.Обычно они используют мостовой выпрямитель или выпрямительный диод.

Все выпрямители используют P-N переходов , полупроводниковые устройства, которые пропускают электрический ток только в одном направлении от образования полупроводников p-типа с полупроводниками n-типа. Сторона «p» имеет избыток дырок (места, где нет электронов), поэтому она заряжена положительно. Сторона «n» отрицательно заряжена электронами в их внешних оболочках.

Многие схемы с этой технологией построены с мостовым выпрямителем .Мостовые выпрямители преобразуют переменный ток в постоянный, используя систему диодов, изготовленных из полупроводникового материала, либо полуволновым методом, который выпрямляет одно направление переменного сигнала, либо полноволновым методом, который выпрямляет оба направления входного переменного тока.

Полупроводники — это материалы, которые пропускают ток, потому что они сделаны из металлов, таких как галлий, или металлоидов, таких как кремний, которые загрязнены такими материалами, как фосфор, в качестве средства контроля тока. Вы можете использовать мостовой выпрямитель для различных применений в широком диапазоне токов.

Мостовые выпрямители также имеют то преимущество, что они выдают больше напряжения и мощности, чем другие выпрямители. Несмотря на эти преимущества, мостовые выпрямители страдают от необходимости использовать четыре диода с дополнительными диодами по сравнению с другими выпрямителями, что вызывает падение напряжения, которое снижает выходное напряжение.

Кремниевые и германиевые диоды

Ученые и инженеры обычно используют кремний при создании диодов чаще, чем германий. Кремниевые p-n-переходы работают более эффективно при более высоких температурах, чем германиевые.Кремниевые полупроводники облегчают прохождение электрического тока и могут быть созданы с меньшими затратами.

Эти диоды используют p-n переход для преобразования переменного тока в постоянный как своего рода электрический «переключатель», который позволяет току течь в прямом или обратном направлении в зависимости от направления p-n перехода. Диоды с прямым смещением позволяют току продолжать течь, в то время как диоды с обратным смещением блокируют его. Это то, что заставляет кремниевые диоды иметь прямое напряжение около 0,7 вольт, так что они пропускают ток, только если он превышает вольт.Для германиевых диодов прямое напряжение составляет 0,3 В.

Анодный вывод батареи, электрода или другого источника напряжения, где в цепи происходит окисление, снабжает отверстия катодом диода при формировании p-n перехода. Напротив, катод источника напряжения, где происходит восстановление, обеспечивает электроны, которые отправляются на анод диода.

Схема полуволнового выпрямителя

Вы можете изучить, как полуволновые выпрямители соединены в схемах, чтобы понять, как они работают.Полупериодные выпрямители переключаются между прямым и обратным смещением в зависимости от положительного или отрицательного полупериода входной волны переменного тока. Он отправляет этот сигнал на нагрузочный резистор, так что ток, протекающий через резистор, пропорционален напряжению. Это происходит из-за закона Ома, который представляет напряжение В как произведение тока I и сопротивления R в

В = IR

Напряжение на нагрузочном резисторе можно измерить как напряжение питания В _с , что равно выходному постоянному напряжению В _{на выходе} .Сопротивление, связанное с этим напряжением, также зависит от диода самой схемы. Затем схема выпрямителя переключается на обратное смещение, в котором она принимает отрицательный полупериод входного сигнала переменного тока. В этом случае ток не течет через диод или цепь, и выходное напряжение падает до 0. Таким образом, выходной ток является однонаправленным.

Схема двухполупериодного выпрямителя

••• Syed Hussain Ather

Двухполупериодные выпрямители, напротив, используют полный цикл (с положительными и отрицательными полупериодами) входного сигнала переменного тока.Четыре диода в схеме двухполупериодного выпрямителя расположены так, что, когда входной сигнал переменного тока является положительным, ток течет через диод от D ₁ к сопротивлению нагрузки и обратно к источнику переменного тока через Д ₂ . Когда сигнал переменного тока отрицательный, ток принимает вместо этого путь D ₃ -load- D ₄ . Сопротивление нагрузки также выводит напряжение постоянного тока от двухполупериодного выпрямителя.

Среднее значение напряжения двухполупериодного выпрямителя вдвое больше, чем у полуволнового выпрямителя, а среднеквадратичное значение напряжения , метод измерения переменного напряжения, двухполупериодного выпрямителя в √2 раза больше, чем у двухполупериодного выпрямителя однополупериодный выпрямитель.

Компоненты и приложения выпрямителя

Большинство электронных устройств в вашем доме используют переменный ток, но некоторые устройства, такие как ноутбуки, перед использованием преобразуют этот ток в постоянный. В большинстве ноутбуков используется источник питания с переключаемым режимом (SMPS), который позволяет выходному напряжению постоянного тока больше мощности для размера, стоимости и веса адаптера.

SMPS работают с использованием выпрямителя, генератора и фильтра, которые управляют широтно-импульсной модуляцией (метод уменьшения мощности электрического сигнала), напряжением и током.Генератор — это источник сигнала переменного тока, по которому вы можете определить амплитуду тока и направление, в котором он течет. Затем адаптер переменного тока ноутбука использует это для подключения к источнику переменного тока и преобразует высокое напряжение переменного тока в низкое напряжение постоянного тока, форму, которую он может использовать для питания самого себя во время зарядки.

В некоторых выпрямительных системах также используется сглаживающая цепь или конденсатор, который позволяет им выдавать постоянное напряжение, а не то, которое изменяется во времени. Электролитический конденсатор сглаживающих конденсаторов может достигать емкости от 10 до тысяч микрофарад (мкФ).Для большего входного напряжения требуется большая емкость.

В других выпрямителях используются трансформаторы, которые изменяют напряжение с использованием четырехслойных полупроводников, известных как тиристоры , и диоды. Выпрямитель с кремниевым управлением , другое название тиристора, использует катод и анод, разделенные затвором и его четырьмя слоями, для создания двух p-n-переходов, расположенных один поверх другого.

Использование выпрямительных систем

Типы выпрямительных систем различаются в зависимости от приложений, в которых необходимо изменять напряжение или ток.Помимо уже рассмотренных приложений, выпрямители находят применение в паяльном оборудовании, электросварке, радиосигналах AM, генераторах импульсов, умножителях напряжения и схемах питания.

Паяльники, которые используются для соединения частей электрических цепей, используют полуволновые выпрямители для одного направления входного переменного тока. Методы электросварки, в которых используются мостовые выпрямительные схемы, являются идеальными кандидатами для обеспечения стабильного поляризованного постоянного напряжения.

AM-радио, модулирующее амплитуду, может использовать полуволновые выпрямители для обнаружения изменений входящего электрического сигнала.В схемах генерации импульсов, которые генерируют прямоугольные импульсы для цифровых схем, используются полуволновые выпрямители для изменения входного сигнала.

Выпрямители в цепях питания преобразуют переменный ток в постоянный от различных источников питания. Это полезно, поскольку постоянный ток обычно передается на большие расстояния, прежде чем он будет преобразован в переменный ток для бытовой электроэнергии и электронных устройств. В этих технологиях широко используется мостовой выпрямитель, который может справляться с изменением напряжения. Схема полуволнового выпрямителя

со схемой

Принципиальная схема полуволнового выпрямителя

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

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

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

Работа полуволнового выпрямителя

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

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

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

Объяснение полуволнового выпрямления академическими словами!

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

Работа однополупериодного выпрямителя

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

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

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

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

Теория полуволнового выпрямителя

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

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

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

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

Характеристики блока питания выпрямителя

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

Преимущества и недостатки однополупериодного выпрямителя:

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

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

Недостатки однополупериодного выпрямителя

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

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

3. Низкий коэффициент использования трансформатора.

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

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

Полуволновой выпрямитель с конденсаторным фильтром

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

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

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

Анализ полуволнового выпрямителя

Следующие параметры будут объяснены для анализа полуволнового выпрямителя: —

1. Пиковое обратное напряжение (PIV)

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

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

Пиковое обратное напряжение (PIV) однополупериодного выпрямителя = В _SMAX

2. Средние и пиковые токи в диоде

Если предположить, что напряжение на вторичной обмотке трансформатора синусоидально пиковым значениям V _SMAX , мгновенное значение напряжения, подаваемого на выпрямитель, можно записать как

Мгновенное значение напряжения, приложенного к полуволновому выпрямителю

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

. Ток, протекающий через диод

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

3. Выходной постоянный ток

Выходной постоянный ток равен

. Выходной постоянный ток полуволнового выпрямителя

Подставив значение I _MAX в уравнение I _MAX = V _SMAX / (R _F + R ), имеем

I _пост.

4. Выходное напряжение постоянного тока

Значение постоянного напряжения на нагрузке равно

.

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

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

5. Среднеквадратичное значение тока

Действующее значение тока, протекающего через диод, равно

. Среднеквадратичное значение тока, протекающего через диод в полуволновом выпрямителе

6. Среднеквадратичное значение выходного напряжения

Действующее значение напряжения на нагрузке равно

.

В _Lrms = I _RMS R _L = V _SMAX R _L /2 (R _{4 F} ) + = V _SMAX /2 {1 + R _{F / R L} }

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

7. Эффективность выпрямления

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

КПД, Ƞ = мощность постоянного тока, подаваемая на нагрузку / мощность переменного тока на входе от трансформатора = P _dc / P _ac

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

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

= I ² _{среднеквадратичное значение} R _F + I ² _{среднеквадратичное значение} R _L = {I ² } макс. Р _ф + р _л ]

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

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

8. Коэффициент пульсации

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

Действующее значение тока нагрузки равно

.

I ² = I ² _{постоянного тока} + I ² ₁ + I ² ₂ + I

3 I ² _{постоянного тока} + I ² _ac

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

Таким образом, коэффициент пульсации, γ = I _ac / I _dc = I ² — I ² _dc ) / I _dc4 I = _dc4 I = _rms / I _dc ² ) -1} = K _f ² — 1)

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

.

K _f = I _{среднеквадратичное значение} / I _{среднее значение} = (I _макс / ₂ ) / (I _макс / pi) = pi / 2 = 1.57

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

9. Постановление

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

.

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

В случае идеального источника питания выходное напряжение не должно зависеть от тока нагрузки, а процентное регулирование должно быть равно нулю.

Применение полупериодного выпрямителя

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

Схема полнополупериодного выпрямителя-мостового выпрямителя

, конструкция и теория

Двухполупериодный выпрямитель — это схема, которая использует оба полупериода входного переменного тока (AC) и преобразует их в постоянный ток (DC).В нашем руководстве по полуволновым выпрямителям мы видели, что полуволновый выпрямитель использует только половину цикла входного переменного тока. Таким образом, двухполупериодный выпрямитель намного эффективнее (двойной +), чем полуволновой выпрямитель. Этот процесс преобразования обоих полупериодов входного питания (переменного тока) в постоянный ток (DC) называется двухполупериодным выпрямлением.

Двухполупериодный выпрямитель

может быть сконструирован двумя способами. В первом методе используется трансформатор с отводом от центра и 2 диода.Это устройство известно как полноволновой выпрямитель с центральным отводом .

Во втором методе используется обычный трансформатор с 4 диодами, расположенными в виде моста. Это устройство известно как мостовой выпрямитель.

Теория полноволнового выпрямителя

Чтобы понять, что такое двухполупериодный мостовой выпрямитель , теория , вам нужно сначала изучить полуволновой выпрямитель. В руководстве по полуволновому выпрямителю мы четко объяснили основы работы выпрямителя.Кроме того, мы также объяснили теорию , лежащую в основе pn-перехода , и характеристики диода с pn-переходом .

Полноволновой выпрямитель — Работа и эксплуатация

Работа и эксплуатация двухполупериодного мостового выпрямителя довольно проста. Приведенные ниже принципиальные схемы и формы сигналов помогут вам в совершенстве понять принцип работы мостового выпрямителя. На принципиальной схеме 4 диода расположены в виде моста. Вторичная обмотка трансформатора подключается к двум диаметрально противоположным точкам моста в точках A и C.Сопротивление нагрузки R _L подключено к мосту через точки B и D.

Полноволновой мостовой выпрямитель — принципиальная схема с формами входной и выходной волны

В течение первой половины цикла

Во время первого полупериода входного напряжения верхний конец вторичной обмотки трансформатора является положительным по отношению к нижнему концу. Таким образом, в течение первого полупериода диоды D1 и D ₃ смещены в прямом направлении, и ток течет через плечо AB, входит в сопротивление нагрузки R _L и возвращается обратно, протекая через плечо DC.В течение этой половины каждого входного цикла диоды D ₂ и D ₄ смещены в обратном направлении, и ток не может течь в плечах AD и BC. На рисунке выше поток тока обозначен сплошными стрелками. Ниже мы разработали еще одну диаграмму, которая поможет вам быстро понять текущий поток. См. Схему ниже — зеленые стрелки указывают начало протекания тока от источника (вторичной обмотки трансформатора) до сопротивления нагрузки. Красные стрелки указывают обратный путь тока от сопротивления нагрузки к источнику, таким образом замыкая цепь.

Протекание тока в мостовом выпрямителе

Во время второго полупериода

Во время второго полупериода входного напряжения нижний конец вторичной обмотки трансформатора является положительным по отношению к верхнему концу. Таким образом, диоды D ₂ и D ₄ становятся смещенными в прямом направлении, и ток течет через плечо CB, входит в сопротивление нагрузки R _L и возвращается обратно к источнику, протекая через плечо DA. Течение тока показано на рисунке пунктирными стрелками.Таким образом, направление протекания тока через сопротивление нагрузки R _L остается неизменным в течение обоих полупериодов входного напряжения питания. См. Схему ниже — зеленые стрелки указывают начало протекания тока от источника (вторичной обмотки трансформатора) до сопротивления нагрузки. Красные стрелки указывают обратный путь тока от сопротивления нагрузки к источнику, таким образом замыкая цепь.

Путь тока во 2-м полупериоде

Пиковое обратное напряжение двухполупериодного мостового выпрямителя:

Давайте проанализируем пиковое обратное напряжение (PIV) двухполупериодного мостового выпрямителя, используя принципиальную схему.В любой момент, когда вторичное напряжение трансформатора достигает положительного пикового значения Vmax, диоды D1 и D3 будут смещены в прямом направлении (проводящие), а диоды D2 и D4 будут смещены в обратном направлении (непроводящие). Если рассматривать идеальные диоды в мосте, то смещенные в прямом направлении диоды D1 и D3 будут иметь нулевое сопротивление. Это означает, что падение напряжения на проводящих диодах будет нулевым. Это приведет к тому, что все вторичное напряжение трансформатора будет развиваться через сопротивление нагрузки RL.

Таким образом, PIV мостового выпрямителя = Vmax (макс. Вторичное напряжение)

Анализ схемы мостового выпрямителя

Единственная разница в анализе между двухполупериодным и центральным выпрямителями состоит в том, что

1. В схеме мостового выпрямителя два диода проводят в течение каждого полупериода, и прямое сопротивление становится двойным (2R _F ).
2. В схеме мостового выпрямителя Vsmax — это максимальное напряжение на вторичной обмотке трансформатора, тогда как в выпрямителе с центральным ответвлением Vsmax представляет это максимальное напряжение на каждой половине вторичной обмотки.

Различные параметры объясняются уравнениями ниже:

1. Пиковый ток

Мгновенное значение напряжения, подаваемого на выпрямитель, равно

.

vs = Vsmax Sin wt

Если предполагается, что диод имеет прямое сопротивление R _F Ом и обратное сопротивление, равное бесконечности, ток, протекающий через сопротивление нагрузки, определяется как

i1 = Imax Sin wt и i2 = 0 для первого полупериода

и i1 = 0 и i2 = Imax Sin wt для второго полупериода

Полный ток, протекающий через сопротивление нагрузки R _L , где является суммой токов i1 и i2, дается как

i = i1 + i2 = Imax Sin wt для всего цикла.

Где пиковое значение тока, протекающего через сопротивление нагрузки R _L , задается как

Imax = Vsmax / (2R _F + R _L )

2. Выходной ток

Поскольку ток через сопротивление нагрузки RL в двух половинах цикла переменного тока одинаков, величина od постоянного тока Idc, которая равна среднему значению переменного тока, может быть получена путем интегрирования тока i1 между 0 и pi. или текущий i2 между пи и 2пи.

Выходной ток полноволнового выпрямителя

3. Выходное напряжение постоянного тока

Среднее или постоянное значение напряжения на нагрузке задается как

. Выходное напряжение постоянного тока полноволнового выпрямителя

4. Среднеквадратичное значение тока

Действующее значение или эффективное значение тока, протекающего через сопротивление нагрузки R _L задается как

Среднеквадратичное значение тока полнополупериодного выпрямителя

5. Среднеквадратичное значение выходного напряжения

Действующее значение напряжения на нагрузке равно

. Действующее значение выходного напряжения двухполупериодного выпрямителя

6.Эффективность выпрямления

Мощность, передаваемая на нагрузку,

Эффективность выпрямления полноволнового выпрямителя

7. Коэффициент пульсации

Форм-фактор выпрямленного выходного напряжения двухполупериодного выпрямителя равен

. Коэффициент пульсаций полноволнового выпрямителя

Итак, коэффициент пульсаций, γ = 1,11 ² — 1) = 0,482

8. Постановление

Выходное напряжение постоянного тока равно

. Регулировка полнополупериодного выпрямителя

Достоинства и недостатки двухполупериодного выпрямителя над полуволновым выпрямителем

Достоинства — позвольте нам сначала поговорить о преимуществах двухполупериодного мостового выпрямителя перед полуволновой версией.На данный момент я могу выделить 4 конкретных достоинства.

• Для двухполупериодного мостового выпрямителя КПД увеличен вдвое. Причина в том, что полуволновой выпрямитель использует только половину входного сигнала. Мостовой выпрямитель использует обе половины и, следовательно, имеет двойной КПД
• Остаточные пульсации переменного тока (до фильтрации) очень низкие на выходе мостового выпрямителя. Такой же процент пульсаций очень высок у полуволнового выпрямителя. Достаточно простого фильтра, чтобы получить постоянное напряжение от мостового выпрямителя.
• Мы знаем, что эффективность моста FW в два раза выше, чем у выпрямителя HW. Это означает более высокое выходное напряжение, более высокий коэффициент использования трансформатора (TUF) и более высокую выходную мощность.

Недостатки — Двухполупериодный выпрямитель требует большего количества элементов схемы и является более дорогим.

Достоинства и недостатки мостового выпрямителя над выпрямителем с центральным отводом.

Выпрямитель с центральным ответвлением всегда сложно реализовать из-за использования специального трансформатора. Трансформатор с центральным ответвлением также является дорогостоящим.Одно из ключевых различий между центральным отводом и мостовым выпрямителем заключается в количестве диодов, задействованных в конструкции. Двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением требует всего 2 диода, тогда как мостовой выпрямитель требует 4 диода. Но кремниевые диоды дешевле, чем трансформатор с центральным ответвлением, поэтому мостовой выпрямитель является более предпочтительным решением в источниках питания постоянного тока. Ниже приведены преимущества мостового выпрямителя по сравнению с выпрямителем с центральным отводом.

• Мостовой выпрямитель может быть сконструирован с трансформатором или без него.Если задействован трансформатор, с этим справится любой обычный понижающий / повышающий трансформатор. Эта роскошь недоступна для выпрямителя с центральным отводом. Здесь конструкция выпрямителя зависит от трансформатора с центральным ответвлением, который не подлежит замене.
• Мостовой выпрямитель подходит для высоковольтных систем. Причина в высоком пиковом обратном напряжении (PIV) мостового выпрямителя по сравнению с PIV выпрямителя с центральным ответвлением.
• Коэффициент использования трансформатора (TUF) выше для мостового выпрямителя.

Недостатки мостового выпрямителя над выпрямителем с центральным ответвлением

Существенным недостатком мостового выпрямителя над центральным ответвлением является использование 4 диодов в конструкции мостового выпрямителя. В мостовом выпрямителе 2 диода проводят одновременно на полупериоде входного сигнала. Выпрямитель с центральным ответвлением имеет только 1 диод, проводящий за половину цикла. Это увеличивает чистое падение напряжения на диодах в мостовом выпрямителе (оно вдвое превышает значение центрального отвода).

Применение двухполупериодного мостового выпрямителя

Двухполупериодный выпрямитель находит применение в источниках питания постоянного постоянного напряжения, особенно в источниках питания общего назначения. Мостовой выпрямитель с эффективным фильтром идеально подходит для любого типа общих источников питания, таких как зарядка аккумулятора, питание устройства постоянного тока (например, двигателя, светодиода и т. Д.) И т. Д. Однако для аудиоприложения общий источник питания может не подходить. достаточно. Это связано с остаточным коэффициентом пульсаций в мостовом выпрямителе.Есть ограничения на фильтрацию ряби. Для аудиоприложений могут быть идеальными специально сконструированные блоки питания (использующие регуляторы IC).

Полноволновой мостовой выпрямитель с конденсаторным фильтром

Выходное напряжение двухполупериодного выпрямителя непостоянно, оно всегда пульсирует. Но это не может быть использовано в реальных приложениях. Другими словами, нам нужен источник постоянного тока с постоянным выходным напряжением. Чтобы добиться плавного и постоянного напряжения, используется фильтр с конденсатором или катушкой индуктивности.На схеме ниже показан полуволновой выпрямитель с конденсаторным фильтром.

Полнополупериодный выпрямитель — с конденсаторным фильтром

Коэффициент пульсаций мостового выпрямителя

Коэффициент пульсации — это отношение остаточной составляющей переменного тока к составляющей постоянного тока в выходном напряжении. Коэффициент пульсаций мостового выпрямителя вдвое меньше, чем у полуволнового выпрямителя.

Список литературы

2. Чтобы создать простые для понимания изображения, мы сослались на эту статью .Схема полупериодного выпрямителя

, работа, работа и характеристики — Analyze A Meter

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

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

В этой статье вы узнаете:

Что такое полуволновой выпрямитель?

Полуволновой выпрямитель

Определение может быть дано как:

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

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

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

Схема однополупериодного выпрямителя

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

Для полуволнового выпрямления используется только один кристаллический диод.

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

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

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

Окончательный полученный сигнал напряжения постоянного тока показан на рисунке ниже.

Принцип работы

Принцип работы полуволнового выпрямителя довольно прост — он преобразует переменный ток в постоянный.

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

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

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

Однополупериодный выпрямитель Работа

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

Давайте посмотрим, как это работает в обоих циклах.

Положительный полупериод:

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

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

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

Отрицательный полупериод

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

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

Характеристики и свойства

Для анализа полуволнового выпрямителя рассматриваются следующие параметры или свойства.

Коэффициент пульсации полуволнового выпрямителя:

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

Расчет коэффициента пульсации:

Эффективное значение коэффициента пульсации можно рассчитать, как указано ниже. Действующий ток нагрузки определяется как

.

I ² = I ² _dc + I ² ₁ + I ² ₂ + I ² ₄

= I ² _{постоянного тока} + I ² _{переменного тока}

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

Коэффициент пульсации (γ) определяется следующим образом;

γ = I _{переменного тока} / I _{постоянного тока}

= (I ² — I ² _dc ) / I _dc

= {(I _rms / I _dc ² ) -1}

= К _f ² — 1

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

K _f = I _rms / I _avg

= (I _макс /2) / (I _макс / π)

= π / 2 = 1.57 (π = 3,14)

Как известно,

Коэффициент пульсации = K _f ² — 1

= (1,57 * 1,57) — 1

= 1,21

Пиковое обратное напряжение

Пиковое обратное напряжение определяется как максимальное значение напряжения, выходящего из диода, когда он смещен в обратном направлении в течение отрицательного полупериода. Используемый диод должен иметь более высокий номинал PIV , чем напряжение, которое проходит через него.

Коэффициент использования трансформатора

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

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

Постановление

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

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

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

КПД

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

η = выходная мощность постоянного тока / входная мощность переменного тока

, где η = КПД выпрямителя.

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

Вы также можете посмотреть видео на сайте All About Circuits

Преимущества полуволнового выпрямителя:

• Это дешево, потому что требует меньшего количества компонентов.
• Это просто и легко построить.