Схема выпрямителя с удвоением напряжения: Выпрямитель с удвоением напряжения схема

Содержание

Выпрямители с удвоением и умножением напряжения — Студопедия

Рис. 3. Временные диаграммы токов в цепи при различных значениях

фазового параметра () активно-индуктивной нагрузки

При емкостном характере нагрузки большое значение играет соотношение постоянных времени цепей заряда и разряда конденсатора, что требует знания внутреннего сопротивления выпрямителя. Основные различия между конденсаторными и аккумуляторными нагрузками заключаются в величине энергии, запасенной в них, и связанной с нею инерционностью процессов энергонаполнения и энергоотдачи. С появлением так называемых молекулярных накопителей энергии емкостного типа (ионисторов) с эффективной емкостью (способных запасать энергию до 50000 Дж) различия между конденсаторными и аккумуляторными нагрузками исчезают.

 
 
Рис. 4. Работа выпрямителя при емкостной реакции нагрузки: а) – пример выпрямителя и его схема замещения; б) – временные диаграммы напряжения и тока; в) – внешняя характеристика  

Рассмотрим работу выпрямителя при постоянной времени цепи заряда конденсатора (рис. 4.а), соизмеримой с полупериодом выпрямленного напряжения. При нулевых начальных условиях (рис. 4) с появлением полуволны напряжения выпрямителя начинается заряд конденсатора (интервал времени 0-1, рис. 4.б).


В определенный момент ток id1 достигает максимального значения и затем спадает к нулю. На интервале 1-2 напряжение и поэтому диод VD1 закрыт, а ток нагрузки поддерживается разрядным током конденсатора. Следующее подключение выпрямителя к конденсатору произойдет в момент 2 при условии . Далее процесс будет повторяться, пока не достигнет квазиустановившегося режима. Скорость установления и уровень среднего напряжения зависит как от постоянной времени заряда, как и от постоянной времени заряда.

Для наглядности на рис. 4.б показаны примеры установления процесса при различных сопротивлениях нагрузки. Из рассмотренного, в частности, следует, что внешняя характеристика выпрямителя является «мягкой» и имеет значение , т.е. более чем в 1,5 раза выше, чем напряжение выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке (рис. 4.в).

Параметры выпрямителя зависят от угла отсечки . При = 0, I0 = 0, что соответствует режиму ХХ. При величины , , что соответствует току К3. Варьируя величиной , можно получить промежуточные точки внешней характеристики.

Существенным недостатком работы выпрямителя на емкостную нагрузку является бросок тока при включении выпрямителя при нулевых начальных условиях. Так как пик тока может достигать значений десятки – сотни ампер, это может служить причиной выхода из строя полупроводниковых приборов, а также является причиной помех, вызванных провалами напряжения сети в момент образования пиков тока. Для устранения этого недостатка могут быть использованы различные технические приемы, обеспечивающие «мягкий» или «плавный» пуск, т.е. запуск выпрямителя без ударных токов.


Одним из приемов может служить предварительный заряд конденсатора (при отключенном сопротивлении Rн) через ограничивающий резистор Rогр. При определенном напряжении на конденсаторе резистор Rогр закорачивается и подключается нагрузка.

Другой способ, ориентированный на применение тиристоров в схеме выпрямителя, предусматривает последовательное, от такта к такту, уменьшение угла регулирования . Ограничение пускового тока в этом случае связано с ограничением интегральной величины и времени действия импульса напряжения передаваемого конденсатору фильтра.

Выпрямитель с конденсатором может служить основой для построения схем умножения напряжения, особенно эффективных при малых токах нагрузки (при малых постоянных времени разряда).

На рис. 5.а показана схема удвоения, образованная из двух однопульсных схем с конденсаторами С1 и С2. Конденсаторы заряжаясь поочередно до среднего значения на зажимах нагрузки обеспечивают сумму , причем частота пульсаций результирующего напряжения вдвое выше частоты питающего напряжения (рис. 5.б).

Рис. 5. Схема выпрямителя с удвоением напряжения (а) и временные диаграммы, поясняющие принцип действия (б).

Другой вариант каскадного умножения показан на рис. 6. Схема применяется при токах нагрузки менее 1 мА, например, для питания анодов электроннолучевых трубок.


Рис. 6. Каскадная схема умножения напряжения

В первый такт конденсатор С1 через диод VD1 заряжается до амплитуды напряжения источника. Во второй такт под действием суммы напряжения

Uc1 и полуволны напряжения источника через диод VD2 конденсатор С2 заряжается до величины, близкой к 2U. Далее конденсатор С3, а затем С4 зарядятся до напряжения 2U. При наращивании цепи процесс передачи величины напряжения 2U следующим конденсатором может быть продолжен. Таким образом, с верхней гирлянды конденсаторов может быть получено напряжение U0=3U (или nU, где n — число каскадов умножения), а с нижней гирлянды U0=4U (или (п+1)U).

Рис. 1. Схемы удвоения напряжения: а двухтактная с трансформатором; б графики напряжений; в однотактная бестрансформаторная схема Для повышения

Лабораторная работа 5.3

Лабораторная работа 5.3 ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХПОЛУПЕРИОДНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ 5.3.1. Выпрямители Выпрямители служат для преобразования переменного напряжения питающей сети в постоянное. Основное назначение выпрямителя

Подробнее

Лекция 8 ВЫПРЯМИТЕЛИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ) План

75 Лекция 8 ВЫПРЯМИТЕЛИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ) План 1. Введение 2. Однополупериодный управляемый выпрямитель 3. Двухполупериодные управляемые выпрямители 4. Сглаживающие фильтры 5. Потери и КПД выпрямителей 6.

Подробнее

1. Назначение и устройство выпрямителей

Тема 16. Выпрямители 1. Назначение и устройство выпрямителей Выпрямители это устройства, служащие для преобразования переменного тока в постоянный. На рис. 1 представлена структурная схема выпрямителя,

Подробнее

Лекция 2 ЦЕПИ С ДИОДАМИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

109 Лекция ЦЕПИ С ДИОДАМИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ План 1. Анализ цепей с диодами.. Источники вторичного электропитания. 3. Выпрямители. 4. Сглаживающие фильтры. 5. Стабилизаторы напряжения. 6. Выводы. 1. Анализ

Подробнее

ЭЛЕКТРОННЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

1.ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ В ы п р я м и т е л я м и называют электронные устройства, предназначенные для преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока. Выпрямители

Подробнее

КАСКАДНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

КАСКАДНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ Каскадный генератор устройство, преобразующее низкое переменное напряжение в высокое постоянное. В каждом отдельном каскаде переменное напряжение выпрямляется, а выпрямленные напряжения

Подробнее

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 7

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра прикладной химии

Подробнее

ИЗУЧЕНИЕ ОДНОФАЗНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

Министерство образования и науки Российской Федерации Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина ИЗУЧЕНИЕ ОДНОФАЗНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ Методические указания по выполнению

Подробнее

ОДНОФАЗНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

ОДНОФАЗНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению лабораторной работы 2 по дисциплинам: «Электроника и электронные устройства управления», «Радиотехника и электроника» СОДЕРЖАНИЕ 1. Цель работы……

Подробнее

Выпрямители синусоидального тока

1 Лекции профессора Полевского В.И. Выпрямители синусоидального тока Вольтамперная характеристика электропреобразовательного диода На рис. 1.1. представлена вольтамперная характеристика (ВАХ) электропреобразовательного

Подробнее

Исследование однофазных выпрямителей

63. Исследование однофазных выпрямителей Цель работы:. Изучение устройства и принципа работы однофазных выпрямителей. 2. Определение внешних характеристик выпрямителей. Требуемое оборудование: Модульный

Подробнее

idt sin tdt 0,32I T R R R R

Лабораторная работа 1 Выпрямитель переменного тока Цель: изучение работы однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей и их характеристик. Выпрямителем называется устройство для преобразования напряжения

Подробнее

Лекция 7 ВЫПРЯМИТЕЛИ

Лекция 7 ВЫПРЯМИТЕЛИ План 1. Источники вторичного электропитания 2. Однополупериодный выпрямитель 3. Двухполупериодные выпрямители 4. Трехфазные выпрямители 67 1. Источники вторичного электропитания Источники

Подробнее

6.3. ДВУХТАКТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ

6.3. ДВУХТАКТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ Двухтактные УМ могут быть трансформаторными и бестрансформаторными. Двухтактный трансформаторный УМ представляет собой два однотактных каскада с общими цепями нулевого

Подробнее

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

ФИЗИКА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ Лектор:. преподаватель Баевич Г.А. Лекция 5 ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ 1. Последовательное и параллельное соединение диодов. 2. Выпрямитель переменного тока на одном диоде.

Подробнее

RU (11) (51) МПК H03K 17/00 ( )

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ (19) RU (11) (51) МПК H03K 17/00 (2006.01) 167 664 (13) U1 R U 1 6 7 6 6 4 U 1 ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ (12) ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ (21)(22)

Подробнее

СВАТРОННЫЕ ГИТ, ВЕДОМЫЕ СЕТЬЮ, ДЛЯ АДСН

УДК 621.21 В.А. Обрубов К.т.н., доцент, Российская академия народного хозяйства и государственной службы при Президенте РФ, Тольяттинский филиал г. Тольятти, Российская федерация СВАТРОННЫЕ ГИТ, ВЕДОМЫЕ

Подробнее

15.4. СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ

15.4. СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ Сглаживающие фильтры предназначены для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. Их основным параметром является коэффициент сглаживания равный отношению коэффициента пульсаций

Подробнее

ИЛТ1-1-12, ИЛТ модули управления тиристорами

ИЛТ, ИЛТ модули управления тиристорами Схемы преобразователей на тиристорах требуют управления мощным сигналом, изолированным от схемы управления. Модули ИЛТ и ИЛТ с выходом на высоковольтном транзисторе

Подробнее

ПЭР УЛ ПЗ

Государственное бюджетное образовательное учреждение начального профессионального образования Профессиональное училище 1 30.4 Помощник машиниста электровоза Слесарь по ремонту подвижного состава К защите

Подробнее

ПРИНЦИП РАБОТЫ ЭЛЕКТРОННОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный

Подробнее

1 Цель работы. 2 Ключевые положения

Лабораторная работа 1.1а Исследование работы выпрямительного устройства 1 Цель работы 1. Изучение принципов структурного, функционального, схемотехнического построения и функционирования выпрямительных

Подробнее

1.1 Усилители мощности (выходные каскады)

Лекция 7 Тема: Специальные усилители 1.1 Усилители мощности (выходные каскады) Каскады усиления мощности обычно являются выходными (оконечными) каскадами, к которым подключается внешняя нагрузка, и предназначены

Подробнее

Одновибраторы на дискретных элементах.

11.3. ОДНОВИБРАТОРЫ Одновибраторы используются для получения прямоугольных импульсов напряжения большой длительности (от десятков микросекунд до сотен миллисекунд), в качестве устройств задержки, делителей

Подробнее

Рис. 2 Схема однофазного выпрямителя

ЧТО ТАКОЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ? Применение преобразователей энергии в электроприводе обусловлено в основном необходимостью регулирования скорости вращения электродвигателей. У большинства первичных

Подробнее

Электромагнитный источник энергии (

Линевич Э. И. [email protected] Приморский край, г. Артём Электромагнитный источник энергии (физические основы принципа действия) Предлагается генератор электрической энергии, который может быть использован

Подробнее

С.А. Иванская ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ ГОУ СПО «Минераловодский колледж железнодорожного транспорта» С.А. Иванская ЭЛЕКТРОТЕХНИКА Методические рекомендации по освоению теоретического материала и

Подробнее

RU (11) (51) МПК H03K 17/00 ( )

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ (19) RU (11) (51) МПК H03K 17/00 (2006.01) 168 443 (13) U1 R U 1 6 8 4 4 3 U 1 ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ (12) ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ (21)(22)

Подробнее

3 Моноблок MB Общие сведенья

3.1 Общие сведенья 3 Моноблок MB01 В состав рентгеновского питающего устройства IEC-F7 входит моноблок, включающий в себя высоковольтный трансформаторно-выпрямительный блок, накальный трансформатор и рентгеновскую

Подробнее

ЦЕПИ С ВЫПРЯМИТЕЛЯМИ

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЦЕПИ С ВЫПРЯМИТЕЛЯМИ Методические указания

Подробнее

1.1 Усилители мощности (выходные каскады)

Лекция 9 Тема 9 Выходные каскады 1.1 Усилители мощности (выходные каскады) Каскады усиления мощности обычно являются выходными (оконечными) каскадами, к которым подключается внешняя нагрузка, и предназначены

Подробнее

Элементарнаябазаэлектронных устройств

Элементарнаябазаэлектронных устройств Диоды, стабилитроны, транзисторыи тиристоры Электронными называют устройства, в которых преобразование электроэнергии и сигналов реализуется с помощью электронных

Подробнее

ИМПУЛЬСНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

95 Лекция 0 ИМПУЛЬСНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ План. Введение. Понижающие импульсные регуляторы 3. Повышающие импульсные регуляторы 4. Инвертирующий импульсный регулятор 5. Потери и КПД импульсных регуляторов

Подробнее

ИЛТ Драйвер управления тиристором

ИЛТ Драйвер управления тиристором Схемы преобразователей на тиристорах требуют изолированного управления. Логические изоляторы потенциала типа ИЛТ совместно с диодным распределителем допускают простое

Подробнее

Амплитудные детекторы

1 Искажения при детектировании амплитудно-модулированных колебаний Кафедра РЭИС. Доцент Никитин Никита Петрович. 2009 2 Нелинейные искажения при детектировании амплитудномодулированных колебаний Пусть

Подробнее

1. Организационно методические указания

1. Организационно методические указания 1.1. Цели и задачи изучения дисциплины Дисциплина «Электропитание и элементы электромеханики» является общеинженерной и является теоретической основой, на которой

Подробнее

Усилители мощности (УПТ)

Электроника и МПТ Усилители мощности (УПТ) Усилитель мощности усилительный каскад, предназначенный для передачи в нагрузку заданной либо максимально возможной мощности при максимально возможном КПД и минимальных

Подробнее

Лекция 12 ИНВЕРТОРЫ. План

5 Лекция 2 ИНВЕРТОРЫ План. Введение 2. Двухтактный инвертор 3. Мостовой инвертор 4. Способы формирования напряжения синусоидальной формы 5. Трехфазные инверторы 6. Выводы. Введение Инверторы устройства,

Подробнее

Основи промислової електроніки

Завдання до контрольної роботи з дисципліни Основи промислової електроніки для спеціальності 5.969 «Монтаж і експлуатація електроустаткування підприємств і цивільних споруд» 1. Задание по курсовой работе

Подробнее

Инвертор реактивной мощности

Инвертор реактивной мощности Устройство предназначено для питания бытовых потребителей переменным током. Номинальное напряжение 220 В, мощность потребления 1-5 квт. Устройство может использоваться с любыми

Подробнее

Russian HamRadio — Выпрямители, достоинства и недостатки.

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

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

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

Фильтр – для сглаживания пульсирующего напряжения.

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

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

По величине выпрямленного напряжения – низкого напряжения и высокого.

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

Основные характеристики выпрямителей:

Основными характеристиками выпрямителей являются:

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

устройств.

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

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

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

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

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

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

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

Схемы выпрямителей.

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

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

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

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

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

Основные характеристики различных схем выпрямления.

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

Тип схемы

Uобр

I макс

I 2

U 2

C 0 *

P0 %

U C0

Однополупериодная

3 U0

7 I 0

2 I 0

0,75U0

60 I 0/U0

600 I

0
——
U0 *C0

1,2U0

Двухполупериодная

3 U0

3,5 I 0

I 0

0,75U0

30 I 0/U0

300 I

0
——
U0 *C0

1,2U0

Мостовая

1,5 U0

3,5 I 0

1,41 I 0

0,75U0

30 I 0/U0

300 I

0
——
U0 *C0

1.2U0

Удвоения напряжения

1,5 U0

7 I 0

2,8 I 0

0,38U0

125 I 0/U0

1250 I

0
——
U0 *C0

0,6U0

* Значение емкости конденсатора рассчитано для P0 % = 10 %

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

Однополупериодный выпрямитель.

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

U2 — Напряжение на вторичной обмотке трансформатора

Uн – Напряжение на нагрузке.

Uн0 – Напряжение на нагрузке при отсутствии конденсатора.

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

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

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

Двухполупериодный выпрямитель с нулевой точкой.

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

U2 — Напряжение на одной половине вторичной обмотки трансформатора

Uн – Напряжение на нагрузке

.

Uн0 – Напряжение на нагрузке при отсутствии конденсатора.

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

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

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

Мостовая схема выпрямителя.

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

U2 — Напряжение вторичной обмотки трансформатора

Uн – Напряжение на нагрузке.

Uн0 – Напряжение на нагрузке при отсутствии конденсатора.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Схема удвоения напряжения.

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

U2 — Напряжение вторичной обмотки трансформатора

Uн – Напряжение на нагрузке.

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

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

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

Эта же схема может использоваться еще в двух вариантах:

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

Во втором варианте схемы характеристики выпрямителя соответствуют характеристикам однополупериодного выпрямителя.

Многофазные выпрямители.

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

Трехфазный выпрямитель.

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

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

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

Uн – Суммарное напряжение на нагрузке.

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

Достоинства: Низкий уровень пульсаций выпрямленного напряжения.

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

Схема Ларионова.

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

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

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

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

Выпрямители для бестрансформаторного питания аппаратуры.

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

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

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

Безтрансформаторные схемы опасны для использования!

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

 

Реактивное сопротивление гасящего конденсатора указано в формуле.

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

При конструировании и эксплуатации выпрямителя также необходимо соблюдать осторожность!

Некоторые рекомендации по работе с выпрямителями.

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

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

Что при этом нужно помнить?

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

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

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

Или

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

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

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

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

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

При подготовке статьи использована литература:

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

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

Всего вам доброго!

4. Схемы выпрямителей с умножением напряжения

Схемы с умножением напряжения целесообразно применять для получения достаточно высоких выпрямленных напряжений при малых токах нагрузки. Эти схемы применяют для питания электронно-лучевых трубок, фотоумножителей, в установках для испытания электрической прочности.

Схемы выпрямителей, работающих с умножением напряжения, содержат несколько выпрямителей с емкостным фильтром, выходные напряжения которых суммируются.

4.1. Однофазная несимметричная схема удвоения напряжения

Схема на рис.5 представляет собой два однофазных однополупериодных выпрямителя. Первый выпрямитель VD1, C1 является однополупериодным выпрямителем с параллельно включенным диодом. За счет его работы конденсатор C1 заряжается до амплитудного напряжения U2. На нем образуется постоянное напряжение UC1=U2m. На диоде VD1 образуется пульсирующее напряжение. Максимальное значение напряжения на нем

UVD1,MAX=UC1+U2m .

Это пульсирующее напряжение окончательно выпрямляется и сглаживается обычным выпрямителем с емкостной нагрузкой VD2, C2. В итоге получаем выходное напряжение U0 примерно равное удвоенному значению амплитуды напряжения вторичной обмотки трансформатора.

Рис. 5. Несимметричная схема удвоения напряжения.

Частота пульсации выпрямленного напряжения на нагрузке равна частоте сети.

Обратное напряжение на диодах равно удвоенной амплитуде напряжения вторичной обмотки трансформатора.

Основным недостатком схемы является то, что основная частота пульсации выпрямленного напряжения, равна частоте сети.

Для увеличения кратности выпрямленного напряжения увеличивают число диодов и конденсаторов, включая их аналогично описанной схеме. На рис. 6, а показана схема умножения напряжения, где в целях получения различной кратности умножения напряжения предусмотрены соответствующие варианты подключения нагрузки к схеме (показаны пунктиром), а именно: присоединяя нагрузку к точкам б, в и г схемы, получим умножение напряжения соответственно в 2, 3 и 4 раза. В этой схеме все конденсаторы с нечетными номерами (С1, С3) заряжаются в один полупериод напряжения и2, а с четными номерами (С2, С4) — в другой полупериод.

Чем выше кратность умножения напряжения, тем большими будут пульсации выпрямленного напряжения при одинаковой емкости конденсаторов, так как для зарядного и разрядного токов они включены последовательно.

Рис.6. Несимметричная схема умножения напряжения в 4 раза

Недостатки таких выпрямителей аналогичны недостаткам однополупериодного однофазного выпрямителя с емкостной нагрузкой. Кроме того, они обладают увеличенным внутренним сопротивлением из-за последовательного включения диодов.

4.2. Двухфазные симметричные схемы

Двухфазные симметричные схемы умножения можно; получить соединением нескольких несимметричных схем. На рис.7 показана двухфазная схема выпрямления с умножением напряжения в 6 раз.

Рис. 7. Симметричная схема умножения напряжения

Конденсаторы с нечетными номерами (С1, С3, С5, C1, С3’, С5’) заряжаются токами соответствующих диодов один раз в период напряжения вторичной обмотки, конденсаторы с четными номерами (С2, С4, С6) — дважды, поэтому частота пульсации выпрямленного напряжения в 2 раза больше частоты сети.

РадиоКот :: Выпрямители. Как и почему.

РадиоКот >Обучалка >Аналоговая техника >Основы — слишком просто? Вам сюда. Продолжаем. >

Выпрямители. Как и почему.

Итак, дорогие мои, мы собрали нашу схемку и пришло время ее проверить, испытать и нарадоваться сему щастью. На очереди у нас — подключение схемы к источнику питания. Приступим. На батарейках, аккумуляторах и прочих прибамбасах питания мы останавливаться не будем, перейдем сразу к сетевым источникам питания. Здесь рассмотрим существующие схемы выпрямления, как они работают и что умеют. Для опытов нам потребуется однофазное (дома из розетки) напряжение и соответствующие детальки. Трехфазные выпрямители используются в промышленности, мы их рассматривать также не будем. Вот электриками вырастете — тогда пжалста.

Источник питания состоит из нескольких самых важных деталей: Сетевой трансформатор — на схеме обозначается похожим как на рисунке,

Выпрямитель — его обозначение может быть различным. Выпрямитель состоит из одного, двух или четырех диодов, смотря какой выпрямитель. Сейчас будем разбираться.

а) — простой диод.
б) — диодный мост. Состоит из четырех диодов, включенных как на рисунке.
в) — тот же диодный мост, только для краткости нарисован попроще. Назначения контактов такие же, как у моста под буквой б).

Конденсатор фильтра. Эта штука неизменна и во времени, и в пространстве, обозначается так:

Обозначений у конденсатора много, столько же, сколько в мире систем обозначений. Но в общем они все похожи. Не запутаемся. И для понятности нарисуем нагрузку, обозначим ее как Rl — сопротивление нагрузки. Это и есть наша схема. Также будем обрисовывать контакты источника питания, к которым эту нагрузку мы будем подключать.

Далее — пара-тройка постулатов.
— Выходное напряжение определяется как Uпост = U*1.41. То есть если на обмотке мы имеем 10вольт переменного напряжения, то на конденсаторе и на нагрузке мы получим 14,1В. Примерно так.
— Под нагрузкой напряжение немного проседает, а насколько — зависит от конструкции трансформатора, его мощности и емкости конденсатора.
— Выпрямительные диоды должны быть на ток в 1,5-2 раза больше необходимого. Для запаса. Если диод предназначен для установки на радиатор (с гайкой или отверстие под болт), то на токе более 2-3А его нужно ставить на радиатор.

Так же напомню, что же такое двуполярное напряжение. Если кто-то подзабыл. Берем две батарейки и соединяем их последовательно. Среднюю точку, то есть точку соединения батареек, назовем общей точкой. В народе она известна так же как масса, земля, корпус, общий провод. Буржуи ее называют GND (ground — земля), часто ее обозначают как 0V (ноль вольт). К этому проводу подключаются вольтметры и осциллографы, относительно нее на схемы подаются входные сигналы и снимаются выходные. Потому и название ее — общий провод. Так вот, если подключим тестер черным проводом в эту точку и будем мерить напряжение на батарейках, то на одной батарейке тестер покажет плюс1,5вольта, а на другой — минус1,5вольта. Вот это напряжение +/-1,5В и называется двуполярным. Обе полярности, то есть и плюс, и минус, обязательно должны быть равными. То есть +/-12, +/-36В, +/-50 и т.д. Признак двуполярного напряжения — если от схемы к блоку питания идут три провода (плюс, общий, минус). Но не всегда так — если мы видим, что схема питается напряжением +12 и -5, то такое питание называется двухуровневым, но проводов к блоку питания будет все равно три. Ну и если на схему идут целых четыре напряжения, например +/-15 и +/-36, то это питание назовем просто — двуполярным двухуровневым.

Ну а теперь к делу.

1. Мостовая схема выпрямления.
Самая распространенная схема. Позволяет получить однополярное напряжение с одной обмотки трансформатора. Схема обладает минимальными пульсациями напряжения и несложная в конструкции.

2. Однополупериодная схема.
Так же, как и мостовая, готовит нам однополярное напряжение с одной обмотки трансформатора. Разница лишь в том, что у этой схемы удвоенные пульсации по сравнению с мостовой, но один диод вместо четырех сильно упрощает схему. Используется при небольших токах нагрузки, и только с трансформатором, много большим мощности нагрузки, т.к. такой выпрямитель вызывает одностороннее перемагничивание трансформатора.

3. Двухполупериодная со средней точкой.
Два диода и две обмотки (или одна обмотка со средней точкой) будут питать нас малопульсирующим напряжением, плюс ко всему мы получим меньшие потери в сравнении с мостовой схемой, потому что у нас 2 диода вместо четырех.

4. Мостовая схема двуполярного выпрямителя.
Для многих — наболевшая тема. У нас есть две обмотки (или одна со средней точкой), мы с них снимаем два одинаковых напряжения. Они будут равны, пульсации будут малыми, так как схема мостовая, напряжения на каждом конденсаторе считается как напряжение на каждой обмотке помножить на корень из двух — всё, как обычно. Провод от средней точки обмоток выравнивает напряжения на конденсаторах, если нагрузки по плюсу и по минусу будут разными.

5. Схема с удвоением напряжения.
Это две однополупериодные схемы, но с диодами, включенными по разному. Применяется, если нам надо получить удвоенное напряжение. Напряжение на каждом конденсаторе будет определяться по нашей формуле, а суммарное напряжение на них будет удвоенным. Как и у однополупериодной схемы, у этой так же большие пульсации. В ней можно усмотреть двуполярный выход — если среднюю точку конденсаторов назвать землей, то получается как в случае с батарейками, присмотритесь. Но много мощности с такой схемы не снять.

6. Получение разнополярного напряжения из двух выпрямителей.
Совсем не обязательно, чтобы это были одинаковые блоки питания — они могут быть как разными по напряжению, так и разными по мощности. Например, если наша схема по +12вольтам потребляет 1А, а по -5вольтам — 0,5А, то нам и нужны два блока питания — +12В 1А и -5В 0,5А. Так же можно соединить два одинаковых выпрямителя, чтобы получить двуполярное напряжение, например, для питания усилителя.

7. Параллельное соединение одинаковых выпрямителей.
Оно нам дает то же самое напряжение, только с удвоенным током. Если мы соединим два выпрямителя, то у нас будет двойное увеличение тока, три — тройное и т.д.

Ну а если вам, дорогие мои, всё понятно, то задам, пожалуй, домашнее задание. Формула для расчета емкости конденсатора фильтра для двухполупериодного выпрямителя:

Для однополупериодного выпрямителя формула несколько отличается:

Двойка в знаменателе — число «тактов» выпрямления. Для трехфазного выпрямителя в знаменателе будет стоять тройка.

Во всех формулах переменные обзываются так:
Cф — емкость конденсатора фильтра, мкФ
Ро — выходная мощность, Вт
U — выходное выпрямленное напряжение, В
f — частота переменного напряжения, Гц
dU — размах пульсаций, В

Для справки — допустимые пульсации:
Микрофонные усилители — 0,001…0,01%
Цифровая техника — пульсации 0,1…1%
Усилители мощности — пульсации нагруженного блока питания 1…10% в зависимости от качества усилителя.

Эти две формулы справедливы для выпрямителей напряжения частотой до 30кГц. На бОльших частотах электролитические конденсаторы теряют свою эффективность, и выпрямитель рассчитывается немного не так. Но это уже другая тема.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

StudyPort.Ru — Выпрямители

Содержание

Задание …………………………………………………………………………………3

Введение ……………………………………………………………………………….4

Выпрямитель с удвоением напряжения ………………………………5

Расчет диодов ……………………………………………………………………….5

Параметры трансформатора ………………………………………………..5

Расчет конденсаторов …………………………………………………………..7

Список литературы ……………………………………………………………….8

Задание

Рассчитать выпрямитель

RН=100 Ом

UH=24 В

U1=220 В (сеть)

Указать параметры трансформатора.

Рис. 1

Данная схема является двухполупериодным выпрямителем с удвоением напряжения.

Введение.

Питание радиоаппаратуры от электросетей переменного тока – наиболее экономичный, удобный и надежный способ электропитания. Но для питания для питания цепей требуется постоянный ток, для этого переменный ток электросети преобразуют в пульсирующий (ток постоянного напряжения, периодически изменяющийся по величине), уменьшая затем пульсации до столь малой величины, что он не создает заметных помех (фона) в громкоговорителе, телефоне, на экране и т. п.

Преобразование переменного тока в пульсирующий называется выпрямлением, а сами преобразователи–выпрямителями.

Процесс уменьшения пульсаций называется сглаживанием пульсаций и осуществляется сглаживающими фильтрами. Выпрямителем часто называют весь комплекс, в который входят как собственно выпрямитель, так и сглаживающий фильтр.

Необходимыми частями выпрямителей являются электрические вентили – приборы, хорошо пропускающие ток в одном направлении и не пропускающие его (или плохо пропускающие) – в другом.

В настоящее время используются полупроводниковые выпрямители, где в качестве вентилей применены германиевые или кремниевые диоды.

Для питания радиоприемников, телевизоров и усилителей низкой частоты, применяют выпрямители нескольких типов:

  • Однополупериодный выпрямитель.
  • Используется там, где требуется ток не более нескольких десятков миллиампер.
  • Двухполупериодный выпрямитель.
  • Используется для получения выпрямленного тока более10 миллиампер.
  • Мостовой выпрямитель.
  • Является также двухполупериодным, применяется там, где нужно получить еще большую мощность.
  • Выпрямитель с удвоением напряжения.
  • Выгоден тем, что с его помощью можно получать выпрямленные напряжения, значения которых существенно больше действующего значения переменного напряжения на вторичной обмотке трансформатора питания.

Выпрямитель с удвоением напряжения.

Выпрямитель состоит из двух диодов, которые работают поочередно; во время полупериодов питающего напряжения одного знака импульсами прямого тока через диод VD1 заряжается конденсатор С1 (Рис.1), а во время полупериодов обратного знака через диод VD2 заряжается конденсатор С2. Так как эти конденсаторы по отношению к нагрузке выпрямителя соединены между собой последовательно, на ней получается удвоенное напряжение.

Расчет

1. Диоды. Выбор типа диодов производят исходя из следующих соображений: обратное напряжение на каждом из диодов не должно превышать максимально допустимого значения даже при наибольшем значении напряжения питающей электросети и при наибольшем выпрямленном напряжении, которое получается при отключении нагрузки от выпрямителя. В нашем случае это условие выполняется, когда Uобр. и макс³ 1,7U0

U0=UH=24 ВUобр. и макс³ 40,8 B

В месте с тем диоды должны удовлетворять условию: Iвп. ср. макс³ 1,6I0 ,где Iвп. ср. максэто средний за период ток через диод, при котором обеспечивается его надежная, длительная работа.

I0– ток через нагрузку:

U0=24 B

R0=100 Om

Полученные параметры диодов

Средний за период ток через диод: Iвп. ср. макс³ 0,383 A;

Обратное напряжение на диоде: Uобр. и макс³ 40,8 B.

Рассчитаем прямое сопротивление диода в омах по формуле:

, где U – падение напряжения на диоде, равное 0,15 В для выпрямителей выполненных с использованием в них германиевых диодов, и 0,25 В при использовании кремниевых диодов. В нашем случае используются кремниевые диоды, значит U=0,25 B. Получаем rд » 0,25/0,24 » 1,04 Ом.

Рассчитаем значение мощности тока на входе сглаживающего фильтра Ро : Ро=UoIo=24´0,24=5,76 Вт

2. Параметры трансформатора. Найдем приведенное сопротивление трансформатора , поформуле:

rт=К1R0, где R0 – сопротивление нагрузки, К1 – коэффициент из номограммы на Рис.2

Рис.2

Для нашей схемы Р0=5,76 Вт, значит коэффициент К1»0,022. Получаем: rд=100´0,022=2,2 Ом.

Сопротивление диодов переменному току вычисляют по формуле: r~= rт+rд=2,2+1,04=3,24 Ом

По отношению с помощью графика на рис. 3, найдем

Рис. 3 вспомогательный коэффициент К3 и определим по формуле: Е11=К3´U0 э. д. с. вторичной обмотки трансформатора:

По графику находим К3 » 0,5,

Вычислим Е11=0,5´24=12 В, следовательно для того что бы на нагрузке было 24 В, нужен трансформатор, с напряжением вторичной обмотки 12 В.

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора определим по формуле:

;

Полученные параметры трансформатора:

Приведенное сопротивление трансформатора rт=2,2 Ом;

Э. д. с. вторичной обмотки трансформатора Е11=12 В;

Действующее значение тока вторичной обмотки I11=0,8 A.

Расчет конденсаторов. Номинальное напряжение электролитических конденсаторов С1 и С2 должно быть не менее вычисленного по формуле: UНОМ³K4´E11. При использовании конденсаторов К50-7 с UНОМ£ 400 В принимаем в этой формуле коэффициент K4 равным 1,3 , а при использовании конденсаторов всех других типов и номинальных напряжений K4=1,5.

Возьмём конденсатор типа К50-7 , тогда UНОМдолжно быть ³1,3´12=15,6 В.

Чтобы коэффициент пульсации напряжения не превышал значения РН=0,05, он должен иметь ёмкость не менее вычисленной по формуле:

Полученные параметры конденсаторов:

Номинальное напряжение UНОМ=15,6 В;

Нужная емкость С=3000 мкФ.

Данным условиям удовлетворяет электролитические конденсаторы К50-7 3300 Мкф номинальным напряжением 25 В.

Подбор элементов:

  1. Диоды – должны удовлетворять следующим условиям:
  2. Iвп. ср. макс³ 0,383 A и Uобр. и макс³ 40,8; этим двум условиям удовлетворяет диод типа КД204В, у которого Iвп. ср. макс=0,6 А, а Uобр. и макс=50 В.

  3. Конденсаторы должны удовлетворять условиям:
  4. Ёмкость С=3000 мкФ:

    Номинальное напряжение UНОМ=15,6 В. Этим условиям удовлетворяют электролитические конденсаторы С номинальным напряжением больше 16 В и ёмкостью больше 3000 МкФ.

    Данным условиям удовлетворяет электролитические конденсаторы К50-7 3300 Мкф номинальным напряжением 25 В.

  5. Используемый трансформатор должен иметь параметры:

Напряжение вторичной обмотки 12 В;

Сопротивление вторичной обмотки 2,2 Ома;

Ток вторичной обмотки 0,8 А.

Результаты расчетов.

Схема:

Удовлетворяет заданным параметрам т. е. имеет коэффициент пульсации меньше 0,05, выходное напряжение 24 В, если взять элементы: диоды VD1-VD2 — КД204В, у которого Iвп. ср. макс=0,6 А, а Uобр. и макс=50 В. Конденсаторы С1-С2 К50-7 емкостью 3300 Мкф и напряжением 25 В.

Трансформатор должен удовлетворять следующим условиям: напряжение на вторичной обмотке – 12В, сопротивление вторичной обмотки 2,2 Ома, ток вторичной обмотки 0,8 А.

Список используемой литературы

  1. Малинин Р. М. Справочник радиолюбителя конструктора. Москва “Энергия”, 1978г.
  2. Касаткин С. А. Электротехника. Москва “Энергоатомиздат”, 1983г.
  3. Берг А. И. Справочник начинающего радиолюбителя Москва, 1965г.

Выпрямители с умножением (умножители) напряжения

До сих пор рассматривались процессы выпрямления и сглаживания напряжений с целью получить источник выпрямленного напряжения, способный обеспечивать питание потребителей значительными по величине токами с минимальными уровнями шумов.

С другой стороны, иногда необходимо в определенной точке схемы иметь высоковольтное постоянное напряжение, при этом величина тока потребления может потребоваться очень малой, или уровень шумов не будет иметь особого значения. Типичными примерами могут служить оконечные каскады формирования сверхвысокого напряжения, используемые в кинескопах телевизоров (напряжения порядка 10 — 25 кВ), аналоговых осциллографов (порядка 10 кВ), либо напряжения смещения поляризации, используемые в электростатических громкоговорителях (порядка 5 кВ).

Впервые умножители напряжения понадобились физикам для создания ускоряющего напряжения 800 кВ, для проверки гипотезы, что столкновение ускоренных ионов водорода с мишенью способно на практике генерировать мягкое рентгеновское излучение. Многозвенная схема выпрямления Коккрофта-Уолтона (Cockcrofl-Walton), или схема умножителя напряжения (рис. 6.24), могла быть продолжена до бесконечности, при этом каждая ступень теоретически добавляла к выходному напряжению величину, равную √2Vm(RMS)однако стабилизация выходного напряжения оставляла желать лучшего. Каждый диод должен был иметь рабочее напряжение, превышающее значение √2Vm(RMS). К сожалению, все конденсаторы, за исключением самого нижнего, должны иметь рабочие напряжения, превышающие значение 2√2Vm(RMS). Дополнительно к этому существует еще одна проблема: так как последующие конденсаторы заряжаются переключением выпрямителя, что приводит к частичному разряду самого нижнего конденсатора, то величина емкости этого конденсатора должна быть увеличена, чтобы компенсировать падение напряжения.

Рис. 6.24 Схема умножителя напряжения

Несмотря на то, что умножители напряжения были разработаны для получения сверхвысоких напряжений, они могут с успехом использоваться, например, для создания отрицательного смещения на сетках, а, например, в схеме стереофонического усилителя мощности Roger Cadet с номинальной мощностью 6 Вт используется схема удвоителя напряжения для получения основного высоковольтного напряжения. Существует два основных варианта схемы выпрямления с удвоением напряжения, показанных на рис. 6.25.

Рис. 6.25 Разновидности выпрямителей с удвоением напряжения

Стандартная схема удвоителя напряжения представляет усеченный вариант схемы лестничного типа Коккрофта-Уолтона (рис. 6.24). Она может подключаться параллельно к самой обычной схеме выпрямителя с трансформатором, имеющим отвод от средней точки, и позволяет получить дополнительное (более высокое по значению) высоковольтное напряжение, например, для поляризации специализированного высокочастотного электростатического громкоговорителя.

Преимущество так называемого «плавающего» удвоителя напряжения заключается в том, что в схеме используются два совершенно идентичных конденсатора, номинальное напряжение которых рассчитано на половину выходного напряжения, однако, рабочие напряжения диодов должны иметь значения, превышающие 2√2Vm(RMS).Так как каждый из конденсаторов заряжается попеременно только в течение одного полупериода, напряжение пульсаций вдвое превышает значение соответствующего выпрямленного напряжения. Так как напряжения пульсаций двух конденсаторов оказываются включенными последовательно, происходит суммирование и удвоение напряжений пульсаций. Таким образом, для данного значения напряжения пульсаций, в плавающей схеме удвоения напряжения необходимо, чтобы каждый из конденсаторов имел вчетверо большее значение емкости по сравнению со стандартной схемой двухполупериодного выпрямления.

 

Удвоитель напряжения: что это такое? (Принципиальная схема, полноволновые и полуволновые удвоители)

Что такое удвоитель напряжения?

Удвоитель напряжения — это электронная схема, вырабатывающая выходное напряжение, вдвое превышающее входное. Это умножитель напряжения с коэффициентом умножения напряжения, равным 2. Схема образована колеблющимся входным переменным напряжением, двумя конденсаторами и двумя диодами. Входное напряжение — переменное, а выходное — постоянное, с удвоенным пиковым значением входного переменного напряжения.

В некоторых случаях тяжелые и дорогие повышающие трансформаторы можно заменить удвоителями напряжения.

Существует два основных типа удвоителей напряжения: полуволновые удвоители напряжения и полноволновые удвоители напряжения.

Типы удвоителя напряжения

Полуволновой удвоитель напряжения

На рисунке ниже показана простая схема удвоителя напряжения постоянного тока. Здесь ясно, что и конденсаторы, и диоды работают вместе, создавая двойное выходное напряжение.

Теперь мы можем перейти к работе полуволнового удвоителя напряжения постоянного тока.На протяжении всего положительного полупериода синусоидальной волны переменного тока первый диод (D 1 ) является проводящим.

Это состояние с прямым смещением, и оно заряжает подключенный конденсатор (C 1 ) равным пиковому значению вторичного переменного напряжения трансформатора (V SMAX ).

Этот конденсатор не может разрядиться из-за недоступности пути. Таким образом, он останется полностью заряженным.

Затем на протяжении всего отрицательного полупериода второй диод (D 2 ) находится в проводящем или смещенном в прямом направлении состоянии, а первый диод (D 1 ) является непроводящим или находится в состоянии обратного смещения.

Диод с обратным смещением (D 1 ) будет блокировать разряд подключенного конденсатора (C 1 ), а диод с прямым смещением (D 2 ) будет заряжать подключенный конденсатор (C 2 ) .

Здесь мы можем применить закон напряжения Кирхгофа к внешнему контуру, который начинается с нижней части вторичной обмотки трансформатора (нижний конец имеет отрицательную полярность, а верхний конец имеет положительную полярность) по часовой стрелке.

Это напряжение на конденсаторе; C 2 будет равно удвоенному пиковому значению вторичного напряжения входного трансформатора (2V SMAX ).

В течение следующего положительного полупериода входа переменного тока второй диод (D 2 ) будет открыт из-за состояния обратного смещения. Таким образом, второй конденсатор (C 2 ) будет разряжаться через нагрузку и выходное напряжение (V out ) <2V S MAX .

В противном случае два конденсатора будут в заряженном состоянии, как указано выше. Если есть нагрузка, то в следующем цикле C 2 снова будет заряжен.

Двухполупериодный удвоитель напряжения

В двухполупериодном удвоителе напряжения компоненты такие же, как и у полуволнового удвоителя напряжения.Но разница в схеме, как показано ниже.


В этом удвоителе на протяжении всего положительного цикла входного переменного напряжения первый диод (D 1 ) находится в проводящем состоянии.

Это состояние с прямым смещением, и оно заряжает подключенный конденсатор (C 1 ) равным пиковому значению вторичного переменного напряжения трансформатора (V SMAX ).

В это время D 2 будет в состоянии обратного смещения или непроводящем состоянии.На протяжении всего отрицательного цикла входного переменного напряжения второй диод (D 2 ) будет находиться в смещенном в прямом направлении состоянии, а второй конденсатор (C 2 ) будет заряжаться.

В состоянии холостого хода все напряжения двух конденсаторов передаются как выходное напряжение.

Если к выходным клеммам подключена нагрузка, то выходное напряжение (В из ) <2 В S MAX . Форма выходного сигнала показана ниже.

Мы можем заметить, что оба удвоителя напряжения будут обеспечивать на выходе 2 В S MAX .Нет необходимости в трансформаторе с центральным отводом. 2V S MAX будет пиковым значением обратного напряжения диодов схемы.

Преимущества удвоителя напряжения

К преимуществам удвоителя напряжения относятся:

  • Может заменить дорогие и тяжелые трансформаторы.
  • Отрицательное напряжение также можно создать, изменив полярность подключенных диодов и конденсаторов.
  • Можно увеличить коэффициент умножения напряжения путем каскадного подключения аналогичных умножителей напряжения.

Применение удвоителя напряжения

Применение удвоителей напряжения включает:

  • Ионные насосы
  • Телевизионный ЭЛТ
  • Рентгеновские системы
  • Копировальный аппарат
  • Радарное оборудование
  • Двойные трубки бегущей волны и т. Д.

| Engineering Center

Цепь удвоителя напряжения выдает напряжение постоянного тока, которое в два раза превышает пиковое значение входного переменного напряжения, без использования трансформатора. Существует множество конструктивных электрических ситуаций, когда сигнал переменного напряжения доступен (или может быть создан), но для схемы требуется большее постоянное напряжение.Эти ситуации включают сбор энергии, высоковольтные мигалки или ионные генераторы. Инженеры, сталкивающиеся с необходимостью умножения напряжения, часто в первую очередь думают о трансформаторах, но во многих случаях лучшим решением может быть хорошо спроектированная схема удвоителя напряжения.

Как работает схема удвоителя напряжения?

Самая простая схема удвоителя напряжения — это однополупериодный удвоитель, представляющий собой не что иное, как последовательный конденсатор с диодом, смещенным в обратном направлении на GND.Это также называют схемой Виллара, названной в честь ее изобретателя.

Рисунок 1 : Схема полуволнового удвоителя напряжения (Изображение: Википедия) (https://en.wikipedia.org/wiki/Voltage_doubler)

Конденсатор пропускает через себя переменный ток, а диод пропускает ток только в одном направлении. Это создает пиковое выходное напряжение на диоде 2 * Vpk. Эта чрезвычайно простая схема иллюстрирует концепцию, но она не очень хорошо регулирует выходное напряжение постоянного тока:

Рисунок 2 : Входные и выходные напряжения полуволнового удвоителя напряжения (Изображение: KEMET)

Также следует отметить, что удвоитель напряжения — это форма умножителя напряжения первого порядка.Умножители напряжения можно складывать вместе, чтобы утроить напряжение, в четыре раза увеличить напряжение и т. Д.

Полноволновой удвоитель напряжения

Более распространенной и сложной схемой удвоения напряжения является двухполупериодный удвоитель напряжения, или схема Делона, в которой используются два диода и два конденсатора для обеспечения удвоенного выходного напряжения постоянного тока.

Рисунок 3 : Схема удвоителя напряжения Делона (Изображение: KEMET)

Эта схема, по сути, представляет собой две уложенные друг на друга схемы пикового детектора, каждая из которых заряжает свои соответствующие конденсаторы во время противоположных половин входящего сигнала переменного напряжения.

Рис. 4 : Двухполупериодные удвоители: (a) пара удвоителей, (b) перерисована, (c) используется совместно с землей, (d) используется один и тот же источник напряжения. (e) переместите точку на земле. (Изображение: Все о схемах) (https://www.allaboutcircuits.com/textbook/semiconductors/chpt-3/voltage-multipliers/)

Выходное напряжение тогда представляет собой напряжение постоянного тока, приблизительно равное размаху входящего напряжения переменного тока, или 2 * Vpk, или 2 * Vin * √2:

Рисунок 5 : Формы сигналов входного / выходного напряжения удвоителя напряжения (Изображение: KEMET)

На этом графике синяя линия — это входящее напряжение переменного тока, черная линия — это выходное заземление (-), а желтая линия — это выходное напряжение Vout (+).В течение самого первого полупериода входящей синусоидальной волны переменного напряжения C1 заряжается от тока, проходящего через D1. В течение следующего полупериода C2 заряжается в обратном направлении, а C1 разряжается. В третьем полупериоде C1 снова заряжается до пикового напряжения, в то время как C2 разряжается, и схема достигла установившегося режима работы.

Пульсации выходного напряжения в первую очередь зависят от характеристик используемых конденсаторов и нагрузки на выходе. Таким образом, выбор конденсатора является важнейшей задачей при проектировании схем удвоителя напряжения.

Выбор конденсаторов

Выбранные конденсаторы должны иметь хорошую плотность энергии и емкость-напряжение (CV), оставаясь при этом рентабельными. Конденсаторы должны быть выбраны таким образом, чтобы обеспечивать ток, необходимый для нагрузки.

Алюминиевые электролитические конденсаторы

— очевидный выбор, поскольку они обеспечивают отличную удельную энергию, постоянную мощность и стоимость. Электролитические компоненты, такие как серия KEMET ALC40, имеют длительный срок службы при повышенных температурах, что делает их идеальными для приложений с удвоением напряжения. Тем не менее, существует ряд факторов, которые инженеры должны тщательно учитывать при разработке таких конструкций:

1.Частота, ток и ESR

Идеальный конденсатор обеспечивает нулевое сопротивление в цепи. Однако реальные конденсаторы не идеальны и содержат резистивные компоненты. Наиболее важным из этих эффектов является эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Этот резистивный компонент в первую очередь заставляет конденсатор рассеивать мощность, что создает тепло и сокращает срок его службы.

Рисунок 6 : Идеальный конденсатор (Изображение: All About Circuits) (https: // www.allaboutcircuits.com/textbook/alternating-current/chpt-4/capacitor-quirks/)

Переменный ток через конденсатор преобладает над теплом, выделяемым конденсатором. В случае удвоителя напряжения переменная составляющая напряжения на конденсаторе представляет собой пульсирующее напряжение. Частота сигнала переменного тока — еще один фактор, при котором более высокая частота будет выделять больше тепла. И, наконец, часть тока, который конденсатор передает из своей накопленной энергии в нагрузку, также теряется на тепло, поэтому приложения с более высокой токовой нагрузкой выделяют больше тепла.

Максимальное значение ESR для алюминиевых электролитических конденсаторов серии ALC40 составляет от 6 мОм до 1000 мОм в зависимости от напряжения, емкости и размера конденсатора. Всегда рекомендуется минимизировать СОЭ до самого низкого значения СОЭ, поддерживаемого конструкцией.

2. Соображения по нагрузке

Нагрузка на выходе — еще один важный элемент для удвоителя напряжения, потому что выход плохо регулируется. При резистивной нагрузке более высокий ток вызывает больший спад напряжения между пиками напряжения, в результате чего напряжение постоянного тока падает, а пульсирующее напряжение увеличивается.Выходная мощность удвоителя напряжения ограничена входной мощностью и эффективностью схемы. Таким образом, максимальный теоретический выходной ток удвоителя напряжения составляет половину входного тока. Из-за этого удвоители напряжения не идеальны для приложений с высокой продолжительной мощностью. Скорее они хороши для нагрузок, требующих заряда высокого напряжения, но не большой мощности.

В случае индуктивной нагрузки реактивные характеристики нагрузки могут вызывать обратную связь напряжения смещения с удвоителем напряжения.Алюминиевые электролитические конденсаторы поляризованы и могут потерпеть катастрофический отказ при обратном смещении, что часто вызывает беспокойство, когда они используются для управления индуктивными нагрузками. Большинство электролитических конденсаторов могут выдерживать небольшое обратное напряжение до -1,5 В или -2,0 В в течение короткого периода времени. Например, серия ALC40 от KEMET может выдерживать обратное напряжение смещения -2,0 В до того, как начнется катодное окисление. Представленная здесь схема удвоителя напряжения изначально защищена от повреждения конденсатора из-за обратного смещения двумя диодами, которые ограничивают обратное напряжение максимум до двух диодных падений, или приблизительно -1.4В.

3. Расчет срока службы

Когда для хранения и подачи энергии используются алюминиевые электролитические конденсаторы, расчет ожидаемого срока службы имеет решающее значение. Основным фактором при расчете срока службы электролитических конденсаторов является температура, и многие факторы влияют на температуру конденсатора. Важную роль играют рабочая температура, ток пульсаций, постоянное напряжение, ток нагрузки и частота. KEMET предлагает простой онлайн-инструмент под названием «Калькулятор ожидаемого срока службы алюминиевых электролитических конденсаторов», который поможет в этих расчетах.Этот инструмент выполняет расчет срока службы на основе метода рабочей температуры или метода пульсирующего тока, а также рассчитывает температуры и ожидаемый срок службы для конкретных условий.

Рис. 7 : Калькулятор ожидаемого срока службы алюминиево-электролитического конденсатора KEMET (Изображение: KEMET)

4. Индивидуальные решения

Инженерам не нужно проектировать удвоители напряжения с нуля. У KEMET есть инженеры, готовые разработать индивидуальные решения для любого приложения и помочь с расчетами нагрузки, ожидаемым сроком службы и выбором конденсаторов.Посетите elc.kemet.com для получения дополнительной информации.

Полноволновой удвоитель, тройник и учетверитель напряжения

Заменяя два диода в мостовом выпрямителе конденсаторами, мы получаем двухполупериодный удвоитель напряжения, показанный на рисунке ниже.



Схема представляет собой пару однополупериодных выпрямителей противоположной полярности с выходом между ними. Один конденсатор заряжается до пикового напряжения переменного тока в положительном полупериоде, а другой — до пикового напряжения переменного тока в отрицательном полупериоде.Так как нагрузка подключена между этими двумя конденсаторами, она получает разность, равную 2 Vpeak. Поскольку C1 и C2 являются частью общей емкости резервуара и каждый заряжается за альтернативные полупериоды, весь резервуар получает зарядный импульс дважды за каждый цикл сети, так что это полноволновая схема. Два конденсатора на рисунке выше должны иметь удвоенную номинальную емкость конденсатора, используемого в традиционной мостовой схеме двухполупериодного выпрямителя, в которой используются четыре диода, соединенные мостом.Два конденсатора на рисунке выше также должны выдерживать в два раза больший пиковый ток пульсации, чем конденсатор, используемый в обычном двухполупериодном мостовом выпрямителе. Однако два конденсатора должны иметь только половину номинального напряжения, поскольку общее выходное напряжение делится между ними поровну. Для заданного тока нагрузки трансформаторы должны иметь одинаковую номинальную мощность в ВА или, другими словами, трансформатор, используемый для удвоителя напряжения, должен быть рассчитан на половину переменного напряжения, но в два раза больше тока, чем у эквивалентной схемы традиционного мостового выпрямителя.

Взяв полуволновый удвоитель напряжения и добавив еще один полуволновой выпрямитель, мы получим полнополупериодный утроитель напряжения, изображенный на рисунке ниже. Если мы возьмем выходы между двумя выпрямителями, то мы получим 3 Vpeak. Поскольку C2 и C3 являются каждой частью общей емкости резервуара и каждый заряжается в течение чередующихся полупериодов, это теперь квалифицируется как схема двухполупериодного выпрямителя.



Соединяя два полуволновых удвоителя напряжения параллельно, как показано на рисунке ниже, мы получаем полнополупериодный удвоитель напряжения.

При использовании трансформатора с центральным ответвлением можно получить несколько шин с различным напряжением. Пример такой топологии показан на рисунке ниже.

Умножитель напряжения — удвоитель напряжения, утроитель напряжения, учетверитель напряжения

Напряжение определение множителя

Умножитель напряжения представляет собой электронную схему, которая обеспечивает выходное напряжение чья амплитуда (пиковое значение) составляет два, три или более раз больше, чем амплитуда (пиковое значение) входного сигнала Напряжение.

или

Умножитель напряжения — это электронная схема, преобразующая низкое напряжение переменного тока в высокое напряжение постоянного тока.

или

Умножитель напряжения представляет собой преобразователь переменного тока в постоянный, состоящий из диодов. и конденсаторы которые производят высоковольтный выход постоянного тока из низкого напряжение переменного тока на входе.

Что такое умножитель напряжения?

Напряжение множитель блоки питания используются уже много лет. Уолтон и Кокрофт построил источник питания 800 кВ для ионного ускорителя в г. 1932. С тех пор используется умножитель напряжения. в первую очередь, когда требуются высокие напряжения и малые токи. Использование схем умножения напряжения уменьшает размер трансформатор высокого напряжения и, в некоторых случаях, делает его можно устранить трансформатор.

последние технологические разработки сделали возможным разработать умножитель напряжения, который эффективно преобразует низкое напряжение переменного тока в высокое напряжение постоянного тока, сравнимое с напряжением более обычная схема трансформатора-выпрямителя-фильтра.

Умножитель напряжения состоит из конденсаторов и диодов, которые подключаются в разных конфигурациях.Напряжение мультипликатор имеет разные этапы. Каждый этап состоит из один диод и один конденсатор. Эти схемы диодов и конденсаторы позволяют производить выпрямленные и фильтрованные выходное напряжение, амплитуда которого (пиковое значение) равна больше входного переменного напряжения.

Типы умножители напряжения

Напряжение множители делятся на четыре типа:

  • Полуволна удвоитель напряжения
  • Двухполупериодный удвоитель напряжения
  • Напряжение тройник
  • Напряжение четверной
  • полуволна удвоитель напряжения

Как Судя по названию, полуволновой удвоитель напряжения — это напряжение схема умножителя с удвоенной амплитудой выходного напряжения амплитуды входного напряжения.Полуволновое напряжение удвоитель подает напряжение на выход во время положительный или отрицательный полупериод. Полуволновое напряжение Схема удвоителя состоит из двух диодов, двух конденсаторов и Источник входного напряжения переменного тока.

Во время положительного полупериод:

Принципиальная схема полуволнового удвоителя напряжения приведена на рисунок ниже.Во время положительного полупериода диод D 1 вперед пристрастный. Таким образом, это позволяет электрическому ток через него. Этот ток будет течь к конденсатор С 1 и заряжает его до пикового значения входного напряжения, т.е. V м .

Однако ток не течет к конденсатору C 2 , потому что диод D 2 обратный пристрастный.Так диод D 2 блокирует электрическую ток течет к конденсатору C 2 . Следовательно, в течение положительного полупериода конденсатор С 1 заряжен, а конденсатор C 2 не заряжен.

Во время отрицательного полупериод:

Во время отрицательный полупериод, диод D 1 обратный пристрастный.Так что диод D 1 не позволит электрическому ток через него. Следовательно, во время отрицательной половины цикла, конденсатор С 1 заряжаться не будет. Однако обвинение (В м ) хранится в конденсаторе С 1 разряжается (отпускается).

Вкл. с другой стороны, диод D 2 смещен в прямом направлении во время отрицательного полупериода.Итак диод D 2 пропускает через него электрический ток. Этот ток будет течь к конденсатору С 2 и заряжает его. Конденсатор C 2 заряжается до значения 2V m , поскольку входное напряжение В м и конденсатор С 1 напряжение В м добавляется к Конденсатор С 2 . Следовательно, в отрицательной половине цикла, конденсатор С 2 заряжается обоими входными напряжение питания В м и конденсатор С 1 напряжение В м .Следовательно, конденсатор С 2 начисляется на 2В м .

Если нагрузка подключена к цепи на выходной стороне, заряд (2В м ) хранится в конденсаторе С 2 разряжается и поступает на выход.

Во время следующий положительный полупериод, диод D 1 идет вперед смещен, а диод D 2 смещен в обратном направлении.Так что конденсатор C 1 заряжается до V m , тогда как конденсатор С 2 заряжаться не будет. Тем не менее заряд (2В м ) хранится в конденсаторе С 2 будет разряжаться и течет к выходной нагрузке. Таким образом полуволновой удвоитель напряжения управляет напряжением 2В м до выходная нагрузка.

конденсатор C 2 снова заряжается в следующем полупериоде.

напряжение (2В м ), полученное на выходной стороне, составляет вдвое больше входного напряжения (В м ).

конденсаторы C 1 и C 2 в полуволновом удвоителе напряжения заряжается в чередующихся полупериодах.

форма выходного сигнала полуволнового удвоителя напряжения почти похож на половину волновой выпрямитель с фильтром.Единственная разница в том, что Амплитуда выходного напряжения полуволнового удвоителя напряжения составляет вдвое больше амплитуды входного напряжения, но в полуволне выпрямитель с фильтром, амплитуда выходного напряжения такая же как амплитуда входного напряжения.

полуволна Удвоитель напряжения подает напряжение на выходную нагрузку в один цикл (положительный или отрицательный полупериод).В нашем полуволновой удвоитель напряжения подает напряжение на выходная нагрузка во время положительных полупериодов. Следовательно, регулировка выходного сигнала полуволнового напряжения удвоитель плохой.

Преимущества полуволновой удвоитель напряжения

Высокая напряжения производятся от источника низкого входного напряжения без использования дорогие трансформаторы высокого напряжения.

Недостатки полуволновой удвоитель напряжения

Большой рябь (нежелательные колебания) присутствует на выходе сигнал.

  • полнополупериодный удвоитель напряжения

The полноволновой Удвоитель напряжения состоит из двух диодов, двух конденсаторов и источник входного переменного напряжения.

Во время положительного полупериод:

Во время положительный полупериод входного сигнала переменного тока, диод D 1 смещен вперед. Значит диод D 1 позволяет электрический ток через него. Этот ток будет течь к конденсатор С 1 и заряжает его до пикового значения входное напряжение I.е V м .

Вкл. с другой стороны, диод D 2 имеет обратное смещение во время положительный полупериод. Значит диод D 2 не работает. пропустить через него электрический ток. Следовательно, конденсатор C 2 не заряжена.

Во время отрицательного полупериод:

Во время отрицательный полупериод входного сигнала переменного тока, диод D 2 смещен вперед.Значит диод D 2 позволяет электрический ток через него. Этот ток будет течь к конденсатор С 2 и заряжает его до пикового значения входное напряжение I.e. V м .

Вкл. с другой стороны, диод D 1 имеет обратное смещение во время отрицательный полупериод. Значит диод D 1 не работает. пропустить через него электрический ток.

Таким образом, конденсатор С 1 и конденсатор C 2 заряжаются во время чередования полупериоды.

выходное напряжение снимается между двумя последовательно соединенными конденсаторы С 1 и С 2 .

Если нагрузка не подключена, выходное напряжение равно сумме конденсатора C 1 напряжения и конденсатора C 2 напряжение I.е. C 1 + C 2 = V м + V м = 2V м . Когда нагрузка подключена к на выходных клеммах выходное напряжение V o будет быть несколько меньше 2V м .

цепь называется двухполупериодным удвоителем напряжения, потому что одна из выходные конденсаторы заряжаются каждую половину цикл входного напряжения.

утроитель напряжения можно получить, добавив еще один диодно-конденсаторный каскад на полуволновой удвоитель напряжения схема.

Во время первого положительный полупериод:

Во время первый положительный полупериод входного сигнала переменного тока, диод D 1 смещен в прямом направлении, тогда как диоды D 2 и D 3 имеют обратное смещение.Следовательно, диод D 1 пропускает через него электрический ток. Этот ток будет течь к конденсатору С 1 и заряжает его до пика значение входного напряжения, т.е. V м .

Во время отрицательного полупериод:

Во время отрицательный полупериод, диод D 2 вперед смещены, тогда как диоды D 1 и D 3 являются обратный смещенный.Следовательно, диод D 2 позволяет электрический ток через него. Этот ток будет течь к конденсатор С 2 и заряжает его. Конденсатор С 2 заряжается до удвоенного пикового напряжения на входе сигнал (2В м ). Это потому, что заряд (V m ) хранится в конденсаторе С 1 разряжается во время отрицательный полупериод.

Следовательно, в конденсатор С 1 напряжение (В м ) и входное напряжение ( В, В) добавлено к конденсатору С 2 Т.е. напряжение конденсатора + входное напряжение = В м + В м = 2V м . В итоге конденсатор С 2 зарядов до 2В м .

В течение секунды положительный полупериод:

Во время второй положительный полупериод, диод D 3 является смещены вперед, тогда как диоды D 1 и D 2 имеют обратное смещение.Диод D 1 имеет обратное смещение. потому что напряжение на X отрицательное из-за заряженного напряжения V м , по C 1 и диод D 2 имеет обратное смещение из-за его ориентация. В итоге напряжение (2В м ) через конденсатор С 2 разряжается. Это обвинение потечет к конденсатору C 3 и зарядит его до то же напряжение 2В м .

конденсаторы C 1 и C 3 идут последовательно, а выход напряжение снимается на двух последовательно соединенных конденсаторах C 1 и C 3 . Напряжение на конденсатор С 1 — В м и конденсатор С 3 м . Таким образом, полное выходное напряжение равно сумма конденсатора C 1 напряжения и конденсатора C 3 напряжение I.е. C 1 + C 3 = V м + 2V м = 3V м .

Следовательно, в полное выходное напряжение, полученное в утроителе напряжения, составляет 3В м что в три раза больше подаваемого входного напряжения.

учетверитель напряжения можно получить, добавив еще один диодно-конденсаторный каскад в цепь утроителя напряжения.

Во время первого положительный полупериод:

Во время первый положительный полупериод входного сигнала переменного тока, диод D 1 смещен в прямом направлении, тогда как диоды D 2 , D 3 и D4 имеют обратное смещение. Следовательно, диод D 1 пропускает через него электрический ток. Этот ток будет течь к конденсатору С 1 и заряжает его до пика значение входного напряжения I.е. V м .

Во время первого отрицательный полупериод:

Во время первый отрицательный полупериод, диод D 2 является прямое смещение и диоды D 1 , D 3 и D 4 имеют обратное смещение. Следовательно, диод D 2 пропускает через него электрический ток. Этот ток будет течь к конденсатору С 2 и заряжает его.Конденсатор C 2 заряжается до удвоенного пикового напряжения входной сигнал (2В м ). Это потому, что заряд (V m ) хранится в конденсаторе С 1 разряжается во время отрицательный полупериод.

Следовательно, в конденсатор С 1 напряжение (В м ) и входное напряжение ( В, В) добавлено к конденсатору С 2 Я.e Напряжение конденсатора + входное напряжение = В м + В м = 2V м . В итоге конденсатор С 2 зарядов до 2В м .

В течение секунды положительный полупериод:

Во время второй положительный полупериод, диод D 3 является прямое смещение и диоды D 1 , D 2 и D 4 имеют обратное смещение.Диод D 1 есть обратное смещение, потому что напряжение на X отрицательное из-за заряженное напряжение В м , через C 1 а, диод D 2 и D 4 являются обратное смещение из-за их ориентации. Как результат, напряжение (2В м ) на конденсаторе С 2 разряжается. Этот заряд потечет на конденсатор С 3 и заряжает его таким же напряжением 2В м .

В течение секунды отрицательный полупериод:

Во время второй отрицательный полупериод, диоды D 2 и D 4 имеют прямое смещение, тогда как диоды D 1 и D 3 имеют обратное смещение. В итоге заряд (2В м ) хранится в конденсаторе С 3 разряжается. Этот заряд потечет на конденсатор C 4 и зарядит он на такое же напряжение (2В м ).

конденсаторы C 2 и C 4 идут последовательно, а выход напряжение снимается на двух последовательно соединенных конденсаторах C 2 и C 4 . Напряжение на конденсатор C 2 составляет 2 В м и конденсатор C 4 м . Таким образом, полное выходное напряжение равно сумма конденсатора C 2 напряжения и конденсатора C 4 напряжение I.е. C 2 + C 4 = 2V м + 2V м = 4V м .

Следовательно, в Суммарное выходное напряжение, полученное в счетчике напряжения, составляет 4В м что в четыре раза больше, чем приложенное входное напряжение.

Приложения умножителей напряжения

Напряжение множители используются в:

  • Катод Рентгеновские трубки (ЭЛТ)
  • Путешествие волновые трубки
  • Лазер системы
  • Рентген системы
  • ЖК-дисплей подсветка
  • вольт мощность расходные материалы
  • Мощность расходные материалы
  • Осциллографы
  • Частица ускорители
  • Ионные насосы
  • Копировать станки

Что такое удвоитель напряжения? Как работает схема удвоителя напряжения

Общие сведения об удвоителе напряжения

Управление напряжением во время выпрямления переменного тока для D.Требование C чрезвычайно важно. Фактически, контроль и стабилизация напряжения являются неотъемлемой частью любого электрического процесса.

Несколько типов стабилизаторов напряжения используются для поддержания постоянного напряжения в процессе преобразования переменного тока в постоянный. Например, если в систему подается питание от набора батарей, напряжение будет снижаться при разряде батарей, и, следовательно, для этого должна быть предусмотрена система резервных батарей. Величина напряжения, требуемого во время фазы низкого напряжения, зависит от мощности оборудования.Есть вероятность, что напряжение, необходимое для конкретного приложения, выше, чем подаваемое напряжение. Для таких случаев используется удвоитель напряжения. Также следует отметить, что для всего электрического оборудования требуется уровень напряжения немного выше нормального. Это помогает поддерживать эффективность и стабильность оборудования.

Удвоитель напряжения является неотъемлемой частью процесса выпрямления переменного тока и помогает увеличить напряжение в системе. Как следует из названия, он выдает напряжение, которое почти в два раза превышает входное.Это означает, что напряжение, создаваемое удвоителем, в два раза превышает пиковое значение переменного входного тока. Однако учтите, что это возможно только в том случае, если ток нагрузки очень мал.

Конструкция и работа

Удвоитель напряжения представляет собой схему, состоящую из двух полупроводниковых PN-диодов (выпрямителей) и двух конденсаторов, расположенных в виде мостовой конструкции. Конденсаторы и выпрямители расположены, как показано на рисунке.

Два конденсатора C1 и C2 соединены последовательно друг с другом, а также с нагрузкой.В схеме удвоителя напряжения переменный ток сначала будет течь по часовой стрелке, а затем против часовой стрелки (обозначено стрелками на схеме). Когда ток течет по часовой стрелке, выпрямитель R1 заряжает конденсатор C1 до тех пор, пока напряжение не достигнет пика положительной волны напряжения. Аналогичным образом, ток течет против часовой стрелки, выпрямитель R2 заряжает конденсатор C2, пока напряжение не достигнет пика волны отрицательного напряжения.

Поскольку оба конденсатора включены последовательно друг с другом и с нагрузкой, противоположные напряжения, генерируемые в обоих из них, складываются и разряжаются в нагрузке. Таким образом, будет произведен эффект удвоения, обеспечивающий напряжение, вдвое превышающее входное. Однако следует отметить, что система будет работать, только если нагрузка очень мала. В случае увеличения нагрузки эффект удвоения не возникает.

Подобные схемы используются для увеличения напряжения почти в четыре раза по сравнению с входным напряжением, но только если ток нагрузки очень мал.Во многих приложениях также используются трансформаторы. Однако они дорогие и не обеспечивают должного качества тока.

Приложение

Удвоители напряжения широко используются в телевизионном и радиолокационном оборудовании в качестве альтернативы более тяжелым, большим и дорогим трансформаторам и выпрямителям, которые также выполняют ту же функцию, что и удвоители напряжения.

Ссылки и изображения

Судовое электрическое оборудование и практика, HD McGeorge

Полуволновой и полноволновой удвоитель напряжения: рабочая и электрическая схема

Предполагается, что источником питания является 117-вольтный переменный ток, который можно найти в домах и школы.Трансформатор используется для повышения или понижения напряжений, необходимых для электронных схем. Поскольку трансформаторы тяжелые и дорогие, были разработаны схемы умножения напряжения (удвоители напряжения) для повышения напряжения без использования трансформаторов.

Работа полуволнового удвоителя напряжения

Исследование Рис. 1. На нем показано действие в цепи полуволнового удвоителя напряжения. В , часть A, на рис. 1 входное переменное напряжение находится в отрицательном полупериоде.В результате точка A отрицательная. Ток течет из точки A через выпрямитель D 1 и заряжает конденсатор C 1 до указанной полярности.

Рисунок 1. Схема полуволнового удвоителя напряжения

A — В течение первого полупериода C 1 заряжается через проводимость выпрямителя D 1 .

B – Во время второго полупериода приложенное линейное напряжение последовательно с зарядом на C 1 .Ток протекает через D 2 . C 2 получает сумму линейного напряжения и напряжения C 1 .

Во время положительного полупериода , точка A положительна. Приложенное пиковое напряжение 165 вольт последовательно с заряженным конденсатором C 1 . При последовательном соединении напряжения складываются. Итак, выход удвоителя — это приложенное напряжение плюс напряжение C 1 .

Ток не может протекать через выпрямитель D 1 из-за его односторонней проводимости.Форма выходного сигнала показывает полуволновое выпрямление с амплитудой, примерно в два раза превышающей входное напряжение. Выпрямитель D 2 позволяет току течь только в одном направлении к нагрузке.

Работа двухполупериодного удвоителя напряжения

Двухполупериодный удвоитель напряжения показан на рисунке 2. Во время положительного пика на входе переменного тока точка A положительна. Ток течет из точки B, заряжая C1 с указанной полярностью, через D1 в точку A.

Рисунок 2.Схема подключения двухполупериодного удвоителя напряжения

A– C 1 заряжается в течение первого полупериода.

B –C 1 + C 2 последовательно.

Во время отрицательного цикла входа точка A отрицательная. Ток течет через D 2 к C 2 , заряжая его до указанной полярности до точки B.

Обратите внимание, что во время одного цикла входа переменного тока конденсаторы C 1 и C 2 были заряжены, так что напряжения на C 1 и C 2 включены последовательно.Выходной сигнал снимается последовательно через эти конденсаторы. Выходное напряжение — это сумма обоих напряжений или удвоенного входного напряжения.

Цепи удвоителя напряжения обеспечивают полезное высокое напряжение для цепей, требующих низкого тока. Поскольку выходное напряжение зависит от заряженных конденсаторов, регулировка напряжения плохая. Обычные схемы фильтров добавлены для сглаживания напряжения, как в схемах трансформаторного выпрямителя.

Извлечение дополнительных напряжений источника питания

В первой половине цикла конденсатор, подключенный к вторичной обмотке трансформатора, заряжается, а выходной конденсатор не заряжается.На второй половине оба конденсатора заряжаются одновременно. Таким образом, вторичная обмотка трансформатора проходит через обе половины цикла и, таким образом, , а не , подвержена намагничиванию сердечника.
Двухполупериодная схема удвоителя напряжения, хотя и проводит через обе половины цикла, работает иначе, чем полуволновая версия. Обычно он заряжает один конденсатор в течение одной половины цикла, а затем, во второй половине цикла, он заряжает второй конденсатор.Поскольку эти конденсаторы включены последовательно друг с другом, напряжение и частота шума удваиваются.
Двухполупериодная схема удвоителя напряжения сводится к двум последовательным схемам однополупериодного выпрямителя. Теперь, если два полуволновых удвоителя напряжения соединить последовательно, в результате получится двухполупериодный удвоитель напряжения. Для этого потребуются еще три конденсатора и еще четыре диода. Все конденсаторы должны быть рассчитаны, по крайней мере, на удвоенное напряжение шины полного напряжения, и 150% от этого значения будет более безопасным. Так что диоды должны быть рассчитаны как минимум на полное удвоенное напряжение.(Не забывайте, что эта схема работает только с трансформатором с центральным отводом.)

Схема однополупериодного выпрямителя

Но в простом источнике питания с полуволновым выпрямленным напряжением, показанном выше, ток будет течь через вторичную обмотку в одном направлении в одной половине цикла переменного тока, а затем он не будет течь в другой половине цикла: вверх, выключено, вверх, выкл.Эти повторяющиеся однонаправленные циклы проводимости аналогичны по действию подключению источника постоянного напряжения ко вторичной обмотке трансформатора, что определенно сработает для намагничивания сердечника трансформатора.
Однако принцип работы полуволнового удвоителя напряжения отличается от принципа действия простого полуволнового выпрямленного источника питания, поскольку он намного ближе к схеме двухполупериодного выпрямителя. Они разделяют название «полуволны» из-за частоты шума и полупериодной зарядки конденсатора, к которому подключается нагрузка, но не из-за цикла проводимости через вторичную обмотку.Трансформатор полуволнового удвоителя напряжения проводит через обе половины цикла переменного тока так же, как и двухполупериодная мостовая схема выпрямителя.

Что не так с намагничиванием сердечника?
Трансформаторы способны совершить довольно удивительный подвиг: они в небольшом корпусе могут преобразовывать одно переменное напряжение в другое.Этот подвиг работает за счет использования магнитного поля, которое возникает из-за того, что ток, протекающий через индуктивность (первичная), охватывает другую индуктивность (вторичную), так что напряжение переменного тока будет развиваться во второй индуктивности (вторичной). Хотя для этого процесса не обязательно требуется ядро, использование ядра значительно выигрывает. Сердечник концентрирует магнитное поле, поэтому он более эффективно взаимодействует с вторичной обмоткой и значительно увеличивает индуктивность как первичной, так и вторичной обмотки.Но когда сердечник насыщается (намагничивается), он не может хорошо справиться ни с тем, ни с другим.
Тороидальный трансформатор особенно чувствителен к насыщению сердечника, так как его сердечник сделан очень плотно. С другой стороны, сердечник обычного трансформатора со стековой рамой не может быть так легко герметичен, и эта небрежность создает в трансформаторе незапланированный воздушный зазор, который будет служить для уменьшения тенденции к насыщению сердечником. Поскольку в тороидальном трансформаторе отсутствует этот небольшой воздушный зазор, он не выдерживает значительного однонаправленного потока тока до насыщения.

www.tubecad.com © GlassWare, 2000. Все права защищены.
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *