Для выпрямления переменного напряжения применяют. Выпрямление переменного тока диодами: принципы работы и схемы выпрямителей — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как работают выпрямители переменного тока. Какие бывают схемы выпрямителей напряжения. Для чего нужны выпрямители в электронике и электротехнике. Как выбрать подходящую схему выпрямителя.

Содержание

Принцип работы выпрямителей переменного тока

Выпрямитель — это устройство, преобразующее переменный ток в постоянный. Принцип его работы основан на свойстве односторонней проводимости полупроводниковых диодов.

Как работает простейший выпрямитель:

Диод пропускает ток только в одном направлении — от анода к катоду
При подаче переменного напряжения диод пропускает только положительные полуволны
Отрицательные полуволны диод «отсекает»
На выходе получается пульсирующее напряжение одной полярности

Для сглаживания пульсаций используются конденсаторы и дроссели. Чем сложнее схема выпрямителя, тем меньше уровень пульсаций на выходе.

Основные типы выпрямительных схем

Существует несколько базовых схем выпрямителей переменного тока:

Однополупериодный выпрямитель

Самая простая схема с одним диодом. Пропускает только положительные полуволны входного напряжения. Имеет высокий уровень пульсаций на выходе.

Двухполупериодный (мостовой) выпрямитель

Использует 4 диода, включенных по мостовой схеме. Выпрямляет обе полуволны входного напряжения. Обеспечивает более низкий уровень пульсаций.

Трехфазный выпрямитель

Применяется для выпрямления трехфазного переменного тока. Имеет очень низкий уровень пульсаций на выходе.

Выпрямитель с умножением напряжения

Позволяет получить на выходе напряжение, в несколько раз превышающее амплитуду входного. Используется для получения высоких напряжений.

Применение выпрямителей в электронике и электротехнике

Основные области применения выпрямителей:

Источники питания электронных устройств
Зарядные устройства аккумуляторов
Системы электропитания промышленного оборудования
Тяговые подстанции электротранспорта
Электролизные установки
Системы возбуждения генераторов

Выпрямители необходимы везде, где требуется преобразовать переменный ток в постоянный для питания различных устройств и систем.

Выбор схемы выпрямителя

При выборе схемы выпрямителя учитывают следующие факторы:

Требуемая мощность и ток нагрузки
Допустимый уровень пульсаций выходного напряжения
Необходимость регулирования выходного напряжения
Требования к массогабаритным показателям
Стоимость комплектующих

Для маломощных устройств часто достаточно простых однофазных схем. Мощные промышленные выпрямители строятся на базе трехфазных схем.

Однофазные выпрямители

Однофазные выпрямители применяются для преобразования однофазного переменного тока. Рассмотрим основные схемы:

Однополупериодный выпрямитель

Простейшая схема однополупериодного выпрямителя содержит всего один диод:

Пропускает только положительные полуволны входного напряжения
Отрицательные полуволны «срезаются»
Частота пульсаций равна частоте сети (50 Гц)
Уровень пульсаций очень высокий — около 120%

Недостатки: низкий КПД, большие пульсации, неполное использование трансформатора.

Двухполупериодный (мостовой) выпрямитель

Более совершенная схема на 4-х диодах:

Выпрямляет обе полуволны входного напряжения
Частота пульсаций в 2 раза выше частоты сети (100 Гц)
Уровень пульсаций около 65%
Выше КПД и коэффициент использования трансформатора

Мостовая схема обеспечивает лучшее качество выпрямления при умеренной сложности.

Трехфазные выпрямители

Трехфазные выпрямители применяются в мощных промышленных установках. Их преимущества:

Очень низкий уровень пульсаций (менее 5%)
Высокий КПД

Хорошее использование трансформатора
Высокая мощность

Основные схемы трехфазных выпрямителей:

Трехфазная однополупериодная (с нулевым выводом)
Трехфазная мостовая (схема Ларионова)

Трехфазные выпрямители обеспечивают наилучшее качество выпрямленного напряжения.

Выпрямители с умножением напряжения

Позволяют получить выпрямленное напряжение, превышающее амплитуду входного в несколько раз. Принцип работы основан на заряде конденсаторов.

Типовые схемы умножения напряжения:

Удвоитель напряжения
Утроитель напряжения
Умножитель напряжения Кокрофта-Уолтона

Применяются для получения высоких напряжений в телевизорах, осциллографах, рентгеновских аппаратах и др.

Сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения

Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения применяют сглаживающие фильтры:

Емкостные фильтры (конденсаторы)
Индуктивные фильтры (дроссели)
Индуктивно-емкостные (LC-фильтры)
Активные фильтры на транзисторах

Качество сглаживания оценивается коэффициентом пульсаций. Чем он меньше, тем лучше сглажено напряжение.

Стабилизация выпрямленного напряжения

Для получения стабильного выходного напряжения применяют стабилизаторы:

Параметрические стабилизаторы на стабилитронах
Компенсационные стабилизаторы на транзисторах
Импульсные стабилизаторы
Интегральные стабилизаторы напряжения

Стабилизаторы поддерживают постоянное выходное напряжение при изменениях входного напряжения и тока нагрузки.

Расчет и выбор элементов выпрямителя

При проектировании выпрямителя необходимо рассчитать и выбрать:

Мощность и тип трансформатора
Тип и параметры диодов
Емкость сглаживающего конденсатора
Индуктивность сглаживающего дросселя
Тип и параметры стабилизатора напряжения

Расчет проводится исходя из требуемых выходных параметров, допустимых пульсаций и условий эксплуатации выпрямителя.

Заключение

Выпрямители переменного тока широко применяются в современной электронике и электротехнике. Правильный выбор схемы и расчет параметров позволяет создать надежный источник питания с требуемыми характеристиками.

Применение диодов для выпрямления переменного тока

Применение диодов для выпрямления переменного тока

Выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный, выпрямительные схемы являются самыми простыми и наиболее распространенными диодными схемами. Простейшая выпрямительная схема показана на рис.4.4, а.

Рис.4.4. Однополупериодный выпрямитель и его временные диаграммы

Для синусоидального входного напряжения, значительно превышающего прямое напряжение диода, выходное напряжение будет иметь вид, показанный на рис.4.4, б. Представленная схема называется однополупериодным выпрямителем, так как она пропускает на выход только одну полуволну входного сигнала.

На рис.4.5, а представлена схема двухполупериодного выпрямителя, а на рис.4.5, б показан ее выходной сигнал. Из временных диаграмм видно, что входной сигнал используется при выпрямлении полностью. На графике выходного напряжения наблюдаются интервалы с нулевым значением напряжения, они обусловлены прямым напряжением диодов. В рассматриваемой схеме два диода всегда подключены последовательно к входу, это необходимо учитываться при использовании низковольтных источников питания.

Переменная составляющая является «вредной» частью выпрямленного напряжения. Для ее уменьшения на нагрузочном резисторе, т.е. для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения применяют специальные сглаживающие фильтры. В сглаживающем фильтре, изображенном на рис.4.6, применяются конденсаторы большой емкости, через которые ответвляется переменная составляющая тока, чтобы возможно меньшая ее часть проходила в нагрузку.

Рис.4.5. Двухполупериодный выпрямитель и его временные диаграммы

Рис.4.6. Однополупериодный выпрямитель с фильтром

Простейший способ выпрямления переменного напряжения состоит в том, что производят заряд конденсатора через диод по схеме, показной на рис.4.6. Если такая схема работает в режиме холостого хода, то конденсатор в течение положительной полуволны заряжается практически до амплитудного значения переменного напряжения. При отрицательной полуволне диод заперт.

При подключении нагрузки в течение всего времени, когда диод заперт, происходит разряд конденсатора через сопротивление нагрузки. Когда напряжение на вторичной обмотке трансформатора становится больше выходного напряжения, диод открывается и конденсатор вновь начинает заряжаться. Величина напряжения, до которого зарядится конденсатор, зависит от внутреннего сопротивления трансформатора и от сопротивления диода. На рис.4.7 представлена временная диаграмма выходного напряжения и тока диода в установившемся режиме.

Недостатком такой схемы является большая величина пульсаций. Соотношение между временем разряда и временем заряда конденсатора может быть значительно улучшено, если осуществлять заряд конденсатора во время как положительной, так и отрицательной полуволн переменного напряжения. Это достигается при использовании мостовой схемы выпрямителя, показанной на рис.4.8, а.

В течение всего времени заряда конденсатора диоды соединяют отрицательный вывод обмотки трансформатора с общей шиной питания, а положительной – с выходом схемы независимо от полярности напряжения на обмотке. Следует обратить внимание, что для данной схемы частота пульсаций будет в два раза выше частоты входного напряжения.

Рис.4.7. Временная диаграмма напряжения и тока для однополупериодного выпрямителя

Рис.4.8. Мостовой выпрямитель с фильтром (а) и его временные диаграммы (б)

Размах пульсаций выпрямителя с фильтром определяется выражением:

ΔU = IН / 2Cf(однополупериодное выпрямление), (4.1)

ΔU = IН / 2Cf(двухполупериодное выпрямление), (4.2)

где IН – ток нагрузки, C – емкость конденсатора фильтра, f – частота входного сигнала. Если ток нагрузки равен нулю, то конденсатор будет просто оставаться заряженным до амплитудного значения входного переменного напряжения.

Конденсатор подбирают так, чтобы выполнялось условие RНС >>1/f , (где f – частота пульсаций, в нашем случае – 100 Гц), тогда будет обеспечено ослабление пульсаций. Амплитуда пульсаций прямо пропорциональна току нагрузки и обратно пропорциональна емкости конденсатора и частоте входного сигнала.

Если требуется уменьшить пульсации, а сопротивление нагрузки мало, то необходима чрезмерно большая емкость конденсатора, т.е. сглаживание пульсаций выполнить одним конденсатором практически нельзя. Приходится включать дополнительный сглаживающий фильтр (рис.4.9), состоящий из дросселя с большим индуктивным сопротивлением и еще одного конденсатора (или еще более сложный фильтр).

Необходимо отметить, что весьма опасно короткое замыкание нагрузки, которое, в частности, получается при пробое конденсатора сглаживающего фильтра. Тогда все напряжение источника будет приложено к диоду и ток станет недопустимо большим. Происходит тепловое разрушение диода.

На базе двухполупериодных выпрямителей можно построить схемы с умножением напряжения. Схема, показанная на рис.4.10, называется удвоителем напряжения.

Рис.4.9. Сглаживающий фильтр LC-типа

Рис.4.10. Удвоитель напряжения

Нижняя обмотка трансформатора включена к точке соединения двух конденсаторов. Верхняя обмотка в первый полупериод заряжает верхний конденсатор, во второй полупериод – нижний таким образом, что каждый из них заряжается до амплитудного значения напряжения. На выход подается сумма этих напряжений. Эта схема является двухполупериодным выпрямителем, так как она работает в каждом полупериоде входного сигнала – частота пульсаций в два раза превышает частоту колебаний питающей сети 50 Гц.

Разновидности этой схемы позволяют увеличивать напряжение в 3, 4 и более раз. В частности, аналогичные схемы используются в телевизионных умножителях напряжения, позволяющих получить анодное напряжение для кинескопов, величина которого превышает 20 кВ.

Если сигналы несинусоидальны, то для их выпрямления используются более сложные схемы. Например, если сигнал имеет прямоугольную форму, то говорить о его выпрямлении не принято, хотя процесс выпрямления применим и к нему. Например, требуется получить последовательность импульсов, совпадающих с моментами нарастания прямоугольного сигнала. Для этого сначала дифференцируют прямоугольный сигнал, а затем выпрямляют его с помощью диода (рис.4.11).

Следует иметь в виду, что прямое напряжение диода составляет приблизительно 0,6 В. На выходе этой схемы сигнал будет получен лишь с том случае, когда двойная амплитуда прямоугольного входного сигнала будет не меньше 0,6 В.

Еще одна область применения диодов основана на способности пропускать большее из двух напряжений, не оказывая влияния на меньшее. Схемы, в которых используется это свойство, объединены в семейство логических схем. Рассмотрим схему резервной батареи питания – она используется в устройствах, которые должны работать непрерывно даже при отключениях питания (например, электронные часы). Схема, показанная на рис.4.12, включает как раз такую батарею.

Рис.4.11. Выпрямление прямоугольных сигналов

В отсутствие сбоев питания батарея не работает, при возникновении сбоя питания на схему начинает поступать от батареи, при этом перерыва в подаче питания не происходит.

Рис.4.12. Схема резервного питания.

Что такое выпрямитель напряжения и для чего нужен: типовые схемы выпрямителей

ТовароманияСтатьиЧто такое выпрямитель напряжения и для чего нужен: типовые схемы выпрямителей

Электрическую энергию удобно транспортировать и преобразовывать по величине в виде переменного напряжения. Именно в таком виде она подается к конечному потребителю. Но для питания многих устройств нужно все-таки постоянное напряжение.

Для чего нужен выпрямитель в электротехнике

Задача преобразования переменного напряжения в постоянное возложена на выпрямители. Это устройство широко применяется, и главные сферы использования выпрямляющих устройств в радио- и электротехнике:

формирование постоянного тока для силовых электроустановок (тяговые подстанции, электролизные установки, системы возбуждения синхронных генераторов) и мощных двигателей постоянного тока;
источники питания для электронных приборов;
детектирование модулированных радиосигналов;

формирование постоянного напряжения, пропорционального уровню входного сигнала, для построения систем автоматической регулировки усиления.

Полная область применения выпрямителей обширна, и перечислить её в рамках одного обзора невозможно.

Принципы работы выпрямителей

В основу работы выпрямительных устройств положено свойство односторонней проводимости элементов. Делать это можно разными способами. Многие пути для промышленного применения отошли в прошлое – например, применение механических синхронных машин или электровакуумных приборов. Сейчас применяются вентили, проводящие ток в одну сторону. Не так давно для мощных выпрямителей применялись ртутные устройства. На сегодняшний момент они практически вытеснены полупроводниковыми (кремниевыми) элементами.

Типовые схемы выпрямителей

Выпрямляющее устройство может быть построено по различным принципам. Анализируя схемы устройств, надо помнить, постоянным напряжение на выходе любого выпрямителя можно назвать лишь условно. Этот узел выдает пульсирующее однонаправленное напряжение, которое в большинстве случаев надо сглаживать фильтрами. Часть потребителей требует еще и стабилизации выпрямленного напряжения.

Однофазные выпрямители

Самым простым выпрямителем переменного напряжения служит одиночный диод.

Он пропускает к потребителю положительные полуволны синусоиды и «срезает» отрицательные.

Область применения такого устройства невелика – в основном, выпрямители импульсных блоков питания, работающих на относительно высоких частотах. Хотя оно и выдает ток, текущий в одном направлении, у него есть существенные недостатки:

высокий уровень пульсаций – для сглаживания и получения постоянного тока потребуется большой и громоздкий конденсатор;
неполное использование мощности понижающего (или повышающего) трансформатора, ведущее к увеличению потребных массогабаритных показателей;
средняя ЭДС на выходе составляет меньше половины подведенной ЭДС;
повышенные требования к диоду (с другой стороны – нужен всего один вентиль).

Поэтому большее распространение получила двухполупериодная (мостовая) схема.

Здесь ток через нагрузку течёт дважды за период в одном направлении:

положительная полуволна по пути, обозначенному красными стрелками;
отрицательная полуволна по пути, обозначенному зелеными стрелками.

Отрицательная волна не пропадает, а также используется, поэтому мощность входного трансформатора используется полнее. Средняя ЭДС в два раза больше, чем у однополупериодного варианта. Форма пульсирующего тока гораздо ближе к прямой, но сглаживающий конденсатор все же потребуется. Его ёмкость и габариты будут меньше, чем в предыдущем случае, потому что частота пульсаций составляет удвоенную частоту сетевого напряжения.

Если есть трансформатор с двумя одинаковыми обмотками, которые можно соединить последовательно или с обмоткой, имеющей отвод от середины, двухполупериодный выпрямитель можно построить по другой схеме.

Этот вариант фактически является удвоенной схемой однополупериодного выпрямителя, но обладает всеми достоинствами двухполупериодного. Недостатком является необходимость применения трансформатора специфической конструкции.

Выпрямитель Irit IR-3186, 20 Вт, керамическое покрытие, 160°С, оранжевый.

-33%

264₽ 395₽

Цена по акции 212₽

Оптовая цена 212₽

Выпрямитель BaByliss BAB2072EPE, 45Вт,230°C, керамические пластины с нанотитановым покрытием 20465

-34%

org/Offer»>

12 847₽ 19 466₽

Цена по акции 11 485₽

Оптовая цена 11 485₽

Выпрямитель для волос LW-37, 45 Вт, керамическое покрытие, до 230°C, розовый

-23%

1 318₽ 1 712₽

Цена по акции 920₽

Оптовая цена 920₽

Выпрямитель Artero Nikita Titanium XS, до 200°, титановые пластины, фиолетовый

-33%

org/Offer»>

4 055₽ 6 053₽

Цена по акции 3 571₽

Оптовая цена 3 571₽

Если трансформатор изготавливается в любительских условиях, нет препятствий намотать вторичную обмотку так, как требуется, но придется применить железо несколько увеличенных размеров. Зато вместо 4 диодов используется только 2. Это позволит скомпенсировать проигрыш в массогабаритных показателях, и даже выиграть.

Если выпрямитель рассчитан на большой ток и вентили надо устанавливать на радиаторах, то установка в два раза меньшего количества диодов дает существенную экономию. Ещё надо учитывать, что такой выпрямитель имеет вдвое большее внутреннее сопротивление, по сравнению с собранным по мостовой схеме, поэтому нагрев обмоток трансформатора и связанные с этим потери также будут выше.

Трёхфазные выпрямители

От предыдущей схемы логично перейти к выпрямителю трехфазного напряжения, собранного по подобному принципу.

Форма выходного напряжения гораздо ближе к прямой линии, уровень пульсаций всего 14%, а частота равна утроенной частоте сетевого напряжения.

И все же исходник этой схемы – однополупериодный выпрямитель, поэтому многие недостатки не удается изжить даже с помощью трехфазного источника напряжения. Главным из них является не полное использование мощности трансформатора, и средняя ЭДС равна 1,17⋅E_2eff (эффективное значение ЭДС вторичной обмотки трансформатора).

Лучшие параметры имеет мостовая трёхфазная схема.

Здесь амплитуда пульсаций выходного напряжения составляет те же 14%, но частота равна ушестеренной частоте входного переменного напряжения, поэтому ёмкость фильтрующего конденсатора будет наименьшей из всех представленных вариантов. А выходная ЭДС будет вдвое выше, чем в предыдущей схеме.

Этот выпрямитель применен с выходным трансформатором, имеющим вторичную обмотку по схеме «звезда», но тот же самый узел вентилей будет гораздо менее эффективен при использовании совместно с трансформатором, выход которого включен по схеме «треугольника».

Здесь амплитуда и частота пульсаций такая же, как в предыдущей схеме. Но средняя ЭДС меньше, чем в предыдущей схеме в раз. Поэтому такое включение используется редко.

Выпрямители с умножением напряжения

Можно построить выпрямитель, выходное напряжение которого будет кратно больше входного. Например, существуют схемы с удвоением напряжения:

Здесь конденсатор С1 заряжается во время отрицательного полупериода и включается последовательно с положительной волной входной синусоиды. Недостатком такого построения является невысокая нагрузочная способность выпрямителя, а также то, что конденсатор С2 находится под удвоенным значением напряжения. Поэтому такую схему используют в радиотехнике для выпрямления с удвоением маломощных сигналов для амплитудных детекторов, в качестве измеряющего органа в схемах автоматической регулировки усиления и т.д.

В электротехнике и силовой электронике применяют другой вариант схемы удвоения.

Щипцы — выпрямитель мини You are a star, 17 х 2 см

-34%

org/Offer»>

547₽ 829₽

Цена по акции 445₽

Оптовая цена 445₽

Выпрямитель Harizma GP Designer h20313GP, 32 Вт, до 200˚С, гальваническое покрытие

-36%

1 781₽ 2 783₽

Цена по акции 1 642₽

Оптовая цена 1 642₽

Выпрямитель Pioneer HS-1014R, керамика, до 200°С, 12 Вт, фиолетовый

-24%

org/Offer»>

823₽ 1 084₽

Цена по акции 639₽

Оптовая цена 639₽

Выпрямитель FIRST 5668-2, 42 Вт, 6 режимовимов нагрева от 120°C до 220°C.

-39%

1 573₽ 2 579₽

Цена по акции 1 522₽

Оптовая цена 1 522₽

Удвоитель, собранный по схеме Латура, имеет большую нагрузочную способность. Каждый из конденсаторов находится под входным напряжением, поэтому по массогабаритным показателям этот вариант также выигрывает у предыдущего. Во время положительного полупериода заряжается конденсатор С1, во время отрицательного – С2. Ёмкости включены последовательно, а по отношению к нагрузке – параллельно, поэтому напряжение на нагрузке равно сумме напряжений заряженных конденсаторов. Частота пульсаций равна удвоенной частоте сетевого напряжения, а величина зависит от значения емкостей. Чем они больше, тем меньше пульсации. И здесь надо найти разумный компромисс.

Недостатком схемы считается запрет на заземление одного из выводов нагрузки – один из диодов или конденсаторов в этом случае окажется закороченным.

Эту схему можно каскадировать любое число раз. Так, повторив принцип включения дважды, можно получить схему с учетверением напряжения и т.д.

Первый по схеме конденсатор должен выдерживать напряжение источника питания, остальные – удвоенное напряжение питания. Все вентили должны быть рассчитаны на двойное обратное напряжение. Разумеется, для надежной работы схемы все параметры должны иметь запас не менее 20%.

Если нет подходящих диодов, их можно соединять последовательно — при этом максимально допустимое напряжение кратно увеличится. Но параллельно каждому диоду надо включить выравнивающие резисторы. Это необходимо сделать, потому что в противном случае из-за разброса параметров вентилей обратное напряжение может распределиться между диодами неравномерно. Итогом может стать превышение наибольшего значения для одного из диодов. А если каждый элемент цепочки зашунтировать резистором (их номинал должен быть одинаковым), то и обратное напряжение распределится строго одинаково. Сопротивление каждого резистора должно быть примерно в 10 раз меньше обратного сопротивления диода. В этом случае действие дополнительных элементов на работу схемы будет минимизировано.

Параллельное соединение диодов в этой схеме вряд ли понадобится, токи здесь невелики. Но может пригодиться в других схемах выпрямителей, где нагрузка потребляет серьезную мощность. Параллельное соединение кратно увеличивает допустимый ток через вентиль, но всё портит отклонение параметров. В итоге один диод может взять на себя наибольший ток и не выдержать его. Чтобы этого избежать, последовательно с каждым диодом ставят резистор.

Номинал сопротивления выбирают так, чтобы при максимальном токе падение напряжения на нём составило 1 вольт. Так, при токе в 1 А сопротивление должно быть 1 Ом. Мощность в этом случае должна быть не менее 1 Вт.

В теории увеличивать кратность напряжения можно до бесконечности. На практике следует помнить, что нагрузочная способность таких выпрямителей резко падает с каждым дополнительным каскадом. В итоге можно прийти к ситуации, когда просадка напряжения на нагрузке превысит кратность умножения и сделает работу выпрямителя бессмысленной. Этот недостаток свойственен всем подобным схемам.

Часто такие умножители напряжения выпускаются единым модулем в хорошей изоляции. Подобные приборы применялись, например, для создания высокого напряжения в телевизорах или осциллографах с электронно-лучевой трубкой в качестве монитора. Также известны схемы удвоения с использованием дросселей, но распространения они не получили – намоточные детали сложны в изготовлении и не очень надежны в эксплуатации.

Схем выпрямителей существует достаточно много. Учитывая широкую сферу применения данного узла, важно подойти к выбору схемы и расчету элементов осознанно. Только в этом случае гарантируется долгая и надежная работа.

Выпрямление переменного тока

Преобразование переменного тока в постоянный

Выпрямление переменного тока

Цель: Цель этого эксперимента состоит в том, чтобы проиллюстрировать как диод можно использовать для выпрямления переменного тока. Студент будет использовать а гальванометр для определения направления тока, когда переменный ток или постоянный ток напряжение подается на цепь, содержащую диод, включенный последовательно с резистор и гальванометр.

Обзор научных принципов:

Чтобы через диод протекал ток, электроны должны двигаться вверх энергетический холм и через p-n переход. При подаче напряжения в прямом предвзятость, размер холма уменьшается, поэтому больше электронов имеют энергию необходимо двигаться вверх по холму и через перекресток (чтобы течь). Однако, если напряжение подается в обратном смещении, холм становится больше, поэтому очень мало электроны имеют энергию, необходимую для движения в гору. Таким образом, диод вообще проводит ток только в одном направлении.

Приложения:

Когда вы включаете электрическое устройство или прибор в обычную стена розетке в вашем доме, вы используете 110 вольт переменного тока (переменный текущий). электричество, вероятно, производилось на электростанции с использованием топлива производить пар, крутить турбину, крутить электрогенератор. Генератор вращается со скоростью 3600 об/мин, что составляет 60 оборотов в секунду (60 Гц). Многие бытовые элементы предназначены для работы от сети переменного тока, однако некоторые элементы, такие как батарея зарядные устройства, электропоезда и другие игрушки предназначены для работы на ДК. Диоды используются в качестве выпрямителей для преобразования переменного тока в постоянный.

Время: 20-30 минут

Материалы и расходные материалы:

Блок питания переменного/постоянного тока

Отводящие провода

Гальванометр

1 — резистор 1 кОм

Диод (германиевый, стабилитрон или светодиод)

Общие правила техники безопасности:

*Убедитесь, что циферблаты питания установлены на ноль при строительстве или корректировка схема.

*Держите руки и рабочую зону сухими, чтобы избежать удара током.

Экспериментальная установка:

Процедура:

1. Соберите схему, показанную в экспериментальной установке, и убедитесь, что подключить положительный

клемма диода к плюсовой клемме питания поставлять.

2. Используйте клеммы постоянного тока источника питания.

3. Убедитесь, что регулятор напряжения на блоке питания установлен на нуль.

4. Включите питание.

5. Медленно вращайте диск напряжения по часовой стрелке и следите за игла гальванометра. Не

закопать иглу.

6. Запишите направление движения иглы.

7. Снова поверните напряжение до нуля.

8. Измените направление диода и повторите шаги 5-7. Не увеличивать напряжение выше 2В.

9. Отсоедините провода от клемм постоянного тока и подключите их в AC терминал

на блоке питания.

10. Повторите шаги 5-8.

Данные и анализ:

88

900898

9008

9008

Type of Current

Direction of Current

Direction of Galvanometer

Вопросы:

1. Будет ли ток течь через диод в обоих направлениях?

2. Как следует включить диод в цепь, чтобы ток протекать это?

3. Как диод влияет на переменный ток?

4. Нарисуйте график зависимости тока (вертикальная ось) от времени (горизонтальная ось). ось) для переменного тока текущий.

5. Учитывая, как диод влияет на переменный ток, нарисуйте, что думаете график текущий

против времени должно выглядеть для схемы, которую вы построили с использованием переменного тока текущий и диод.

6. Нарисуйте график зависимости тока от времени для постоянного тока, например произведено батарея.

7. Чем отличается ток, вырабатываемый цепью переменный ток — диод из округа Колумбия текущий

производится аккумулятором?

8. Как увеличение напряжения влияет на способность диода разрешить ток течь?

9. Почему диод при подаче напряжения обратного смещения ограничить ток поток?

10. Преобразует ли диод переменный ток в постоянный (например, электрический ток производства

батарея)?

Добавочный номер:

1. Используйте ручной генератор, резистор и гальванометр, чтобы показать движение иглы с

переменный ток. Используйте резистор 1K, чтобы защитить в гальванометр.

2. Используйте диод генератора частоты и осциллограф, чтобы показать волновая форма

переменного тока и выпрямленного переменного тока.

3. Получите схему двухполупериодного выпрямителя, в котором используются диоды. и конденсаторы к

дают приблизительно постоянный постоянный ток. Проконсультируйтесь с электроника справочник для

подробности.

Примечания учителя:

*Время подготовки учителя составляет примерно 30 минут.

*Если диод подключен неправильно, результаты быть обращенным.

*Учитель должен продемонстрировать правильную работу источник питания.

*Если используется цифровой мультиметр, используйте миллиамперметр. или шкала микроампер. студент должен записать знак (+,-) текущего значения.

Ответы на вопросы:

1. №

2. Положительный вывод диода к положительному выводу власть поставлять.

3. Диод будет выпрямлять переменный ток, а значит, вырабатываемый ток будет пульсирующий

постоянный ток. Он будет пульсировать с той же частотой, что и частота чередование

текущий.

4. График будет представлять собой синусоиду.

7. Ток, вырабатываемый батареей, постоянен, в то время как произведено действие

диод на переменном токе пульсирует. Постоянный ток 5 ампер больше мощный чем ректифицированный

Переменный ток варьируется от 0-5-0 ампер.

8. Увеличение напряжения уменьшает размер энергетического холма. что электроны должны

двигаться вверх, так что больше электронов может двигаться вверх по холму и через р-н развязка, позволяющая

больше ток течет.

9. Обратное напряжение увеличивает размер холма, поэтому мало электроны имеют необходимая энергия

двигаться в гору. Большинство счетчиков не покажут, что ток течет в обратное направление.

10. Нет, только при добавлении конденсатора ток начать выравнивать выключенный.

Sample Data Table:

Type of Current	Direction of Current	Direction of Galvanometer
DC	+ to —	right
DC	— to +	none
AC	+ к —	справа
AC	— к +	слева

AC
Следующая лаборатория
Состав полупроводников
Домашняя страница MAST
Урок Видео: Выпрямление тока | Nagwa
Стенограмма видео
В этом видео мы будем учиться о процессе, известном как исправление тока, и о том, как это достигается в упражняться.
Теперь давайте начнем с представления простая схема, состоящая из источника переменного тока и резистора. Теперь источник переменного тока будет производить изменяющаяся во времени синусоидальная разность потенциалов. Другими словами, если бы мы просто подключите вольтметр параллельно резистору, чтобы измерить потенциал разница на резисторе, с течением времени вольтметр будет показывать синусоидальная разность потенциалов на резисторе. И поэтому известен источник как источник переменного тока или источник переменного тока, потому что он выдает синусоидальный переменная разность потенциалов. И поэтому всякий раз, когда его потенциал разностный выход положительный, есть результирующий ток, протекающий в одном направлении в схема; скажем в этом направлении. И тогда, как только потенциал разностный выход становится отрицательным, ток начинает течь в противоположном направлении. направление. И так, что мы имеем, это возвратно-поступательное движение заряда в этой цепи в зависимости от того, в какой момент цикла выходная разность потенциалов.
Теперь источники переменного тока отлично. Их можно использовать в сочетании с трансформаторами для повышения или понижения их напряжения. И этот факт позволяет нам большое дело гибкости. Однако иногда у нас компоненты в цепях, которые нуждаются в постоянном токе. Например, некоторые из наших ноутбуков или лампочки будут работать от постоянного тока. Но, как мы помним, сеть электричество переменного тока. В этой ситуации, что нам нужно сделать, это взять переменный ток из сети, который выглядит немного похоже на это и как-то превратить его в постоянный ток, если мы хотим питать эти приборы. Кстати, стоит напомнить переменный ток определяется как электрический ток, который периодически через равные промежутки времени меняет свое направление. Однако постоянный ток ток, который течет только в одном направлении.
Итак, возвращаемся к нашей схеме. диаграмме здесь у нас есть переменная разность потенциалов, которая приводит к переменного тока в этой цепи. И этот переменный потенциал разница аналогична тому, что генерируется в сети. Итак, если у нас есть устройство, которое работает на постоянном токе, то надо как-то преобразовать этот переменный потенциал разность в прямой источник разности потенциалов. Теперь есть два способа сделать этот.
Первый способ — взять все отрицательные части этой кривой разности потенциалов и избавиться от них полностью. Другими словами, если у нас все еще есть источник разности потенциалов, который действует как синусоида в течение первой половины цикла, а затем для половины цикла, где он должен быть отрицательным, на самом деле становится нулем, а затем цикл повторяется снова, так что положительная часть остается неизменной а отрицательная часть фактически становится нулем, то технически мы имеем прямое источник разности потенциалов. Это уже не чередование источник разности потенциалов, потому что в некоторых точках разность потенциалов равна нулю а в остальных точках разность потенциалов положительна. Но ни в коем случае потенциал разница отрицательная. И поэтому, если положительный разность потенциалов создает ток в цепи в этом направлении в течение например, то он ни в коем случае не будет генерировать ток в этом направлении, потому что нет отрицательной разности потенциалов в любой точке.
Теперь процесс преобразования этого вид разности потенциалов на компоненте в цепи к этому виду разность потенциалов называется выпрямлением. А точнее, такого рода выпрямление известно как однополупериодное выпрямление, потому что первоначально напряжение источник выдает синусоидальное напряжение. И после исправления мы можем видеть что половина синусоидального напряжения воспроизводится, тогда как в течение другой половины цикл, напряжение равно нулю. И так, только половина начального в этом случае воспроизводится синусоида. Отсюда и название полуволны. исправление. И дело в том, что если это разность потенциалов на компоненте в цепи, затем график, показывающий ток для этого компонента будет иметь аналогичную форму.
Итак, если мы сейчас подключим ток для этого компонента в зависимости от времени, то форма этой кривой будет такой же, как форму этой кривой. Поскольку, если принять компонент ток, через который мы измеряем, ведет себя как резистор, мы можем использовать сопротивление Ома. закон, чтобы напомнить нам, что напряжение на компоненте прямо пропорционально ток через этот компонент. Отсюда и форма тока кривая будет такой же, как форма кривой напряжения. А поскольку ток для этого компонента всегда либо положительна, либо равна нулю, положительна или равна нулю, положительна или равна нулю, и так далее и тому подобное, ток для этого компонента является постоянным током, потому что не реверс в направлении этого тока.
Итак, как мы видели, мы можем использовать однополупериодное выпрямление, чтобы взять синусоидальное колебательное напряжение и превратить его в источник постоянного напряжения. Это приводит к прямому текущий. Но как именно мы поступим делая это? Ну, что мы можем сделать, так это взять наши схему и воткнуть диод последовательно с источником тока и резистором. Итак, диод — это электрический компонент, который позволяет току проходить через него только в одном направлении и не позволяют любому току проходить в другом направлении. Следовательно, если диод не присутствует в цепи, то ток в цепи будет выглядеть как-то как это, тогда как когда мы помещаем диод в цепь, он не допускает никаких ток в отрицательном направлении.
Другими словами, ток не может течь Сюда. Но даже несмотря на потенциал другой источник излучает синусоидальное напряжение, диод предотвращает любой ток в негативное направление. Итак, если мы измерим потенциал разница на резисторе в этой схеме, то это будет выглядеть примерно так это потому, что ток через резистор выглядит примерно так, выпрямленный переменный ток. И так, ставя диод последовательно с компонентом схемы приводит к однополупериодному выпрямлению. Однако полуволновое выпрямление не единственный способ перейти от переменного тока к постоянному. Есть что-то известное как двухполупериодное выпрямление, которое использует источник синусоидальной разности потенциалов и меняет полярность всех отрицательных частей цикла.
Другими словами, цикл, который должен делали это, теперь вместо этого делают это. И мы видим, что это называется двухполупериодное выпрямление, потому что на этот раз даже изначально отрицательные части цикла присутствуют в выпрямленном напряжении так же, как положительные части цикла. У нас больше нет возможности разница через половину цикла равна нулю. Итак, как нам достичь двухполупериодное выпрямление? Ну, как мы можем догадаться, диоды участвует еще раз. И действительно, есть способ добиться двухполупериодного выпрямления двумя диодами в схеме. Но это немного больше сложный. Метод, который мы будем искать at использует мостовую схему. И эта мостовая схема будет состоят из четырех диодов.
Теперь рассматриваемая схема выглядит что-то вроде этого. А на схеме мы видим одну, два, три и четыре диода, соединенных по так называемой мостовой схеме. Теперь эта схема поможет нам добиться двухполупериодного выпрямления. И вот как. Давайте представим, что наш источник переменного тока выдавая синусоидально изменяющуюся разность потенциалов, как мы и ожидали. к. Теперь, в течение первой половины синусоидальный цикл, мы можем видеть, что разность потенциалов положительна. И поэтому пойдем по принято считать, что положительная разность потенциалов индуцирует ток в по часовой стрелке в этой цепи.
Ну в таком случае тогда видно что ток течет в этом направлении в цепи. И так до тех пор, пока не достигнет эта точка разветвления здесь. Теперь, когда он достигает этой ветки точки, он может легко двигаться в этом направлении. Однако ток не может двигаться в этом направлении, потому что этот диод предотвращает это. Помните, что направление стрелка в символе диодной цепи показывает направление, в котором условный ток может протекать через этот диод. Но в любом случае, так что ток может течь через эту ветку, но не через эту ветку. И снова ток достигает точки разветвления. В этот момент ток может легко течь в этом направлении, но не может течь в этом направлении, потому что еще один диод мешает ему двигаться в этом направлении. И так, то, что мы имеем, актуально течет в этом направлении через наш резистор и возвращается в этом направлении.
Теперь, кстати, стоит отметить что эта низкая изогнутая часть схемы показывает, что оранжевый провод и синий провод не связаны друг с другом. Оранжевый провод проходит через синий провод. А это значит, что текущий продолжает течь в этом направлении по контуру. А потом, достигнув этого точка разветвления, ток теперь собирается течь и в этом направлении, и в этом направление. Глядя на текущий поток в этом направлении, мы видим, что он снова достигает этой точки ветвления. И мы видели, что происходит при этом точка разветвления уже.
Глядя на текущий поток в этом направление через диод, мы видим, что он затем достигает этой точки разветвления, в в какой точке ток снова течет по часовой стрелке, вокруг этой оранжевой части схема. И в этот момент мы посмотрели на полная схема. Но нужно иметь в виду, что что в течение первой половины цикла ток через резистор находится в этом направление. Сохраним текущее направление в уме и подумайте о том, что произойдет, если мы теперь посмотрим на отрицательную часть цикл. это разность потенциалов мы попробуем индуцировать ток в цепи в противоположном направлении. Ну в таком случае ток поток через цепь теперь будет против часовой стрелки. Итак, то, что у нас есть, актуально течет таким образом по цепи вверх и по оранжевому проводу, после чего достигает точки разветвления.
Теперь в этой точке разветвления ток может пойти в этом направлении, потому что направление диода позволяет это, но не в этом направление. Так вот, по этому течет ток ветви и достигает другой точки ветвления. В этой точке разветвления ток равен разрешено течь в этом направлении, но не вдоль этого диода. Так вот, по этому течет ток синий провод через резистор и вниз через резистор, как мы его нарисовали и возвращается в эту сторону. Затем ток продолжает течь и достигает точки разветвления. В этой точке разветвления ток разрешено разделяться и течь по обеим ветвям, потому что это разрешено теми, диоды. Теперь ток в этой ветке достигает здесь точки разветвления, а затем пропускает через этот диод, а также в этом направлении, и в этот момент мы еще раз рассмотрели всю схему.
Но вот что интересно часть. Во время положительной части цикла мы увидели, что ток через резистор протекал в этом направление. И, как мы только что видели, во время отрицательную часть цикла, ток снова течет в этом направлении через резистор. И так, что у нас получилось удалось сделать, это создать цепь, в которой ток всегда течет в одном и том же направление через резистор. Теперь величина этого тока будет меняться со временем в зависимости от величины разности потенциалов генерируемого источником переменного тока в любой заданный момент времени.
Так, например, в этот момент в время величина генерируемой разности потенциалов не совсем максимальна. Итак, текущее значение не будет вполне максимальным. Однако на данный момент времени значение разности потенциалов максимальное. Итак, ток через схема также будет максимальной. Теперь конечный результат всего этого заключается в том, что если мы поместим амперметр последовательно с резистором и получим амперметр измеряет ток через резистор, то, что мы увидим по прошествии времени, что у нас есть двухполупериодный выпрямленный ток через резистор. И снова используя закон Ома, мы можно видеть, что, поскольку резистор будет иметь постоянное значение сопротивления, разность потенциалов на этом резисторе будет прямо пропорциональна ток через этот резистор. И поэтому, если мы наклеим вольтметр параллельно резистору для измерения разности потенциалов на нем, то, что мы увидели бы, это: двухполупериодная выпрямленная разность потенциалов. И это еще один способ, которым мы можем преобразовать переменный ток в постоянный, источник переменного тока приводит к прямому ток через резистор.
Проблемы с оба этих метода, однополупериодное выпрямление и двухполупериодное выпрямление, как хорошо. Во-первых, обычно напряжение постоянного тока будет плавная ровная линия. Однако выпрямленный потенциал различия определенно не гладкая прямая линия. И есть способы обойти это с использованием конденсаторов, например. Однако мы не будем рассматривать что здесь. Вместо этого давайте попрактикуемся в понять текущее исправление, посмотрев на пример вопроса.
На схеме (а) показана цепь, можно использовать для выпрямления переменного тока. Если входное напряжение соответствует показанному на диаграмме (b), какой из следующих графиков показывает выходное напряжение, измеренное по вольтметру на схеме? [A] Диаграмма 1 [B] Диаграмма 2 [C] Диаграмма 3 [D] Диаграмма 4
Итак, в этом вопросе мы получили диаграмму а, на которой показана рассматриваемая нами схема, и диаграмму б, на которой входное напряжение, создаваемое источником переменного тока в этой цепи. Кроме того, мы были сказано, что схема на схеме а может быть использована для выпрямления переменного текущий. Теперь на основе этой информации мы нужно выяснить, какой из этих четырех графиков показывает выходное напряжение как измеряется вольтметром в цепи.
Итак, чтобы ответить на этот вопрос, давайте сначала рассмотрим, что у нас есть на принципиальной схеме на диаграмме а. У нас есть источник переменного тока, диод, резистор и вольтметр. Теперь источник переменного тока, диод и резистор включен последовательно. А вольтметр измеряет разность потенциалов на резисторе. Теперь источник переменного тока производит синусоидальная разность потенциалов в цепи. И если бы у нас была схема, где есть диода не было, вместо него у нас был только источник переменного тока, резистор и вольтметр, тогда синусоидально изменяющаяся разность потенциалов, создаваемая источником переменного тока, будет быть такой же, как разность потенциалов на резисторе. В такой ситуации мы имели бы синусоидально изменяющийся ток через резистор.
Однако, возвращаясь к схеме на диаграмме а это не то, что мы увидим, потому что помните, что у нас есть диод. Теперь диод является компонентом схемы что позволяет току течь через него только в одном направлении. Теперь мы можем сказать, что каждый раз, когда разность потенциалов, создаваемая источником переменного тока, положительна, т. е. будет генерировать ток в этом направлении по часовой стрелке вокруг схема. И тогда мы можем видеть, что это поток тока фактически может поддерживаться, потому что ток может течь в этом направление через диод. Мы можем видеть, в каком направлении диод пропускает ток через него, глядя на стрелку на этой принципиальной схеме.
Итак, в любое время потенциал разница положительна, создаваемая источником переменного тока, в по часовой стрелке в цепи. Следовательно, существует ток через резистор в этом направлении в цепи. И тогда для резистора мы можем Напомним, что разность потенциалов на резисторе, которая измеряется значением по вольтметру равен току через этот резистор, умноженному на сопротивление самого резистора. Итак, дело в том, что в любое время разность потенциалов от источника положительна, ток течет по часовой стрелке через цепь, которая может течь из-за диода. Итак, имеется ненулевой ток для резистора. А если есть ненулевой ток через резистор, то и разность потенциалов отлична от нуля, где то разность потенциалов – это напряжение, измеряемое вольтметром. И это потому, что мы ищем по закону Ома только для резистора, а сопротивление резистора равно постоянный.
Таким образом, мы можем сказать, что вольтметр будет измерять ту же самую разность потенциалов на резисторе, что и производится источником всякий раз, когда источник фактически производит положительное Напряжение. Однако, как только мы посмотрим на отрицательный участок кривой, то это совсем другая история, потому что когда напряжение от источника переменного тока становится отрицательным, это отрицательное напряжение пытается генерировать ток в цепи в направлении, противоположном предыдущему. Другими словами, этот источник переменного тока теперь пытаюсь настроить ток в направлении против часовой стрелки, что было бы хорошо, если бы не диод, потому что диод не пропускает ток это в обратном направлении. А значит тока нет эту цепь, потому что нет никаких других ветвей, по которым протекал бы ток которые не заканчиваются на диоде в какой-то момент.
Итак, всякий раз, когда потенциал отличие от источника отрицательное, тока в цепи нет. Итак, ток резистора нуль. И снова возвращаясь к закону Ома еще раз, если ток равен нулю, то разность потенциалов на цепь, которая, как мы помним, измерялась вольтметром, также будет нуль. То есть, другими словами, для всего времени, в течение которого источник разности потенциалов создает отрицательное напряжение, напряжение, измеренное самим вольтметром, будет равно нулю, потому что нулевая разность потенциалов на резисторе.
Затем снова возвращаемся к Положительная часть цикла. И в этой ситуации, еще раз, мы будем иметь положительную разность потенциалов, измеренную вольтметром. И эта разность потенциалов будет следите за напряжением, создаваемым источником переменного тока. И снова мы возвращаемся к отрицательная часть, которая приведет к нулевому напряжению, измеренному вольтметр. И так, в общем, что мы ожидаем видеть примерно так, когда дело доходит до разности потенциалов, измеряемой вольтметр. И в этот момент мы можем определить это как полуволновая выпрямленная разность потенциалов.
Но что более важно, из четыре диаграммы, из которых мы должны выбрать, мы можем видеть, что первая из этих диаграммы правильно соответствуют тому, что мы ожидаем увидеть с точки зрения напряжения измеряется вольтметром по схеме а.
Итак, теперь, когда мы рассмотрели пример вопроса, давайте подытожим то, о чем мы говорили в этом уроке.
Сначала мы вспомнили, что диоды компоненты цепи, обеспечивающие поток заряда. То есть может быть течение через них в одном направлении, но не в обратном. А это схема диаграмма. Во-вторых, мы увидели, что диоды могут быть используется в выпрямительных цепях для преобразования переменного тока в постоянный. И, наконец, мы рассмотрели два различные типы выпрямления, может быть полуволновое выпрямление, где синусоидальное источник напряжения преобразуется в имеющий положительные пики, но затем нулевое напряжение, где в противном случае была бы отрицательная половина цикла. И полуволновое выпрямление может быть Это делается путем включения одного диода последовательно с источником переменного тока.
Мы также рассматривали полноволновые выпрямления, когда синусоидально изменяющийся источник переменного тока модифицируется таким образом, чтобы положительные пики остаются точно такими же, но отрицательные пики зеркально отображаются в Горизонтальная ось.