Схема выпрямления нужна для. Схемы выпрямления: типы, принципы работы и применение в электронике — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое схема выпрямления. Какие бывают типы выпрямителей. Как работают однофазные и трехфазные схемы выпрямления. Чем отличаются однополупериодные и двухполупериодные выпрямители. Каковы преимущества и недостатки мостовых схем.

Содержание

Что такое схема выпрямления и для чего она нужна

Схема выпрямления — это электрическое устройство, преобразующее переменный ток в постоянный. Основная задача выпрямителя — преобразовать синусоидальное напряжение переменного тока электросети в однонаправленное постоянное напряжение.

Выпрямители необходимы во многих электронных устройствах и системах питания, поскольку большинство электронных схем работают от постоянного тока, в то время как электросети подают переменный ток. Типичные примеры применения выпрямителей:

Зарядные устройства для мобильных телефонов и ноутбуков
Блоки питания компьютеров и другой электроники
Системы питания промышленного оборудования
Электроприводы постоянного тока
Электрохимические процессы (например, гальваника)

Основные типы схем выпрямления

Выпрямители можно классифицировать по нескольким параметрам:

По числу фаз входного напряжения:

Однофазные выпрямители
Трехфазные выпрямители

По схеме выпрямления:

Однополупериодные
Двухполупериодные
Мостовые

По управляемости:

Неуправляемые (на диодах)
Управляемые (на тиристорах)

Рассмотрим подробнее особенности каждого типа выпрямителей.

Однофазные и трехфазные выпрямители

Однофазные выпрямители имеют один вход для однофазной сети переменного тока. Они имеют простую конструкцию и используют от одного до четырех диодов. Однако у них высокий коэффициент пульсаций из-за использования только одной фазы.

Трехфазные выпрямители подключаются к трехфазной сети и используют три или шесть диодов. Их преимущества:

Меньшие пульсации выходного напряжения

Более высокий коэффициент использования трансформатора
Возможность получения большей выходной мощности

Трехфазные схемы сложнее, но эффективнее однофазных. Они применяются в мощных промышленных выпрямителях.

Однополупериодные и двухполупериодные выпрямители

Однополупериодный выпрямитель пропускает только одну полуволну переменного напряжения, блокируя вторую. Его преимущества — простота и дешевизна. Недостатки — низкий КПД и большие пульсации.

Двухполупериодный выпрямитель использует обе полуволны входного напряжения. Его преимущества:

Более высокий КПД (до 81%)
Меньшие пульсации выходного напряжения
Лучшее использование трансформатора

Двухполупериодные схемы сложнее, но обеспечивают лучшее качество выпрямления.

Мостовые схемы выпрямления

Мостовой выпрямитель — наиболее распространенный тип выпрямителя в современной электронике. Он состоит из четырех диодов, соединенных по мостовой схеме.

Преимущества мостового выпрямителя:

Высокий КПД выпрямления (до 81%)
Низкие пульсации выходного напряжения
Возможность работы без трансформатора
Высокий коэффициент использования трансформатора

Недостатки:

Более высокая стоимость из-за использования четырех диодов
Сложность конструкции
Повышенное внутреннее сопротивление при низких напряжениях

Несмотря на недостатки, мостовые выпрямители широко применяются благодаря хорошему качеству выпрямления.

Принцип работы выпрямительных схем

Работа выпрямителя основана на свойстве диодов пропускать ток только в одном направлении. Рассмотрим принцип работы на примере однополупериодного выпрямителя:

В положительный полупериод входного напряжения диод открыт и пропускает ток в нагрузку.

В отрицательный полупериод диод закрыт и ток не проходит.
В результате на выходе формируются однополярные импульсы напряжения.

В двухполупериодных и мостовых схемах используются оба полупериода входного напряжения, что улучшает качество выпрямления.

Сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения

Выпрямленное напряжение содержит пульсации, которые нежелательны для большинства электронных устройств. Для сглаживания пульсаций применяют фильтры, чаще всего — конденсаторы большой емкости.

Принцип работы сглаживающего конденсатора:

Во время пика напряжения конденсатор заряжается
При спаде напряжения конденсатор разряжается, поддерживая напряжение на нагрузке
В результате пульсации значительно уменьшаются

Чем больше емкость конденсатора, тем лучше сглаживание пульсаций. Однако слишком большая емкость может вызвать проблемы с зарядным током.

Применение выпрямителей в современной электронике

Выпрямители широко используются в различных областях электроники и электротехники:

Источники питания бытовой и компьютерной техники
Зарядные устройства для аккумуляторов
Системы бесперебойного питания
Сварочные аппараты
Электроприводы постоянного тока
Системы электрохимической защиты

Выбор конкретной схемы выпрямления зависит от требований к качеству выпрямленного напряжения, мощности нагрузки и других факторов.

Заключение

Схемы выпрямления — важный элемент современной электроники, позволяющий преобразовывать переменный ток электросети в постоянный ток, необходимый для работы большинства электронных устройств. Существует множество типов выпрямителей, каждый со своими преимуществами и недостатками. Правильный выбор схемы выпрямления позволяет обеспечить оптимальное питание электронных устройств и систем.

Выпрямители. Как и почему?

Итак, дорогие мои, мы собрали нашу схемку и пришло время ее проверить, испытать и нарадоваться сему счастью. 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 пожалуйста.

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, намного 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.

Источник: www.radiokot.ru

4.Однофазная нулевая схема выпрямления

Рассмотрим случай При построении диаграмм для вторичных ЭДС и выпрямленного напряжения потенциал нулевого вывода трансформатора принят за 0. На вторичной стороне трансформатора действуют противофазные напряжения. Когда напряжение в точке a положительно по отношению к точке 0, то в точке b оно отрицательно. При этом проводит вентиль V1, а V2 заперт. Напряжение на нагрузке u_d при поочередной проводимости вентилей показано на рис. 4.5 б. Ток через нагрузку i_d в соответствии с законом Ома повторяет форму напряжения на нагрузке. При построении диаграммы для напряжения на вентиле потенциал катода принят за 0. Когда один из вентилей проводит, напряжение на нем равно нулю. К запертому вентилю через проводящий вентиль прикладывается двойное напряжение. Токи через вентиль

i_a₁ и вторичную обмотку трансформатора i₂_a на участке проводимости повторяют ток нагрузки i_d. Первичный ток i₁ складывается из двух вторичных i₂_a и i₂_b.

Если , то форма напряжения на нагрузке сохраняется. Выпрямленное напряжение содержит постоянную составляющую и гармоники, но т.к. , то ток от гармоник равен нулю, и i_d строго постоянен. Поэтому токи через вентили и обмотки трансформаторов превращаются в прямоугольники

Среднее значение идеального выпрямленного напряжения

Среднее значение выпрямленного тока

амплитудные значения выпрямленного напряжения и выпрямленного тока

Коэффициент при P_d показывает, во сколько раз можно было бы увеличить мощность, пропускаемую через обмотки трансформатора, если бы он работал не на выпрямитель, а на активную нагрузку при синусоидальном токе.

Увеличение расчетной мощности трансформатора вызвано:

1) плохим использованием вторичных обмоток трансформатора, пропускающих ток не все время;

загрузкой трансформатора гармониками тока, которые не используются. На выходе выпрямителя нужна только постоянная составляющая.

Когда напряжение на верхнем выводе вторичной обмотки положительно, ток проходит от этого вывода через вентиль V1, нагрузку, вентиль V2 на нижний вывод. Когда напряжение на нижнем выводе вторичной обмотки положительно ток проходит от этого вывода через вентиль

V3, нагрузку, вентиль V4 на верхний вывод. При этом ток через нагрузку всегда идет в одном направлении.

Большинство диаграмм в однофазной нулевой и мостовой схемах одинаково. Только амплитуда обратного напряжения на вентиле в мостовой схеме вдвое меньше, и по вторичной обмотке протекает переменный ток. Поэтому формулы для , , , , , полученные для однофазной нулевой схемы, справедливы и для однофазной мостовой схемы.

6. . Сравнение однофазных схем выпрямления

Преимущество однофазной однополупериодной схемы – простота, недостаток – очень низкое качество выпрямленного напряжения.

Преимущества однофазной мостовой схемы:

меньше амплитуда обратного напряжения на вентилях;
меньше расчетная мощность трансформатора и проще его изготовление;
схема может работать без трансформатора.

Преимущества однофазной нулевой схемы:

меньше падение напряжения на вентилях, что особо важно при низких напряжениях;
меньше вентилей (но они более высоковольтные).

Однофазные схемы выпрямления находят применение в выпрямителях малой мощности, а также там, где нет многофазного напряжения.

Однофазная однополупериодная схема применяется в выпрямителях самой малой мощности (ватты).

При сравнительно низких выходных напряжениях, когда важен КПД схемы, а обратное напряжение, прикладываемое к вентилям, несущественно, целесообразно использовать однофазную нулевую схему, в которой ток нагрузки протекает через один вентиль, и потери в вентилях оказываются в 2 раза меньше. Правда, при этом растут потери в трансформаторе.

Указанные выше преимущества однофазной мостовой схемы компенсируют ее недостаток, заключающийся в большем числе диодов. Поэтому однофазная мостовая схема нашла преобладающее применение в выпрямителях однофазного тока небольшой и средней мощности.

Общие основы, принципы работы и требования

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

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

(Электронные компоненты)

1. Что такое схема выпрямителя?

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

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

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

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

2. Типы выпрямителей

Однофазные и трехфазные выпрямители.

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

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

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

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

Преимущества однофазного выпрямителя

Подходит для простых конструкций

Преимущества трехфазного выпрямителя

Во-первых, он наиболее предпочтителен при использовании больших систем
Во-вторых, выдает большую мощность
Кроме того, не требует дополнительных фильтрующих компонентов для снижения ВЧ
Эффективен и имеет больше TUF

Недостатки однофазных выпрямителей

Для начала , он обеспечивает небольшое количество энергии.
Кроме того, имеет меньший коэффициент использования трансформатора (TUF)

(Диоды)

Однополупериодные и двухполупериодные выпрямители

При однополупериодном выпрямлении выпрямитель полностью блокирует половину пульсирующего входного сигнала. Затем поставляет только одну половину в каждом полном цикле. Это означает, что половина источника питания переменного тока тратится впустую.

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

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

Преимущества

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

Наконец, не требует питающего трансформатора

Двухполупериодный выпрямитель

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

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

Преимущества

Во-первых, имеет высокий КПД выпрямления (81,2%)
Во-вторых, имеет более низкий КФ (0,48)
Кроме того, имеет относительно высокий КТУ

9002 4 Недостатки

Во-первых, для работы требуется трансформатор
К сожалению, он испытывает довольно большое внутреннее сопротивление от сети переменного тока
Наконец, в нем используются двойные диоды, которые могут быть дорогими

Форм-фактор:

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

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

Форм-фактор двухполупериодного выпрямителя равен 1,11.

(Изображение схемы однополупериодного выпрямителя)

Мостовой выпрямитель

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

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

Преимущества мостового выпрямителя

Во-первых, он имеет более высокий КПД выпрямления (81,2%)
Кроме того, он имеет пониженное напряжение пульсаций
Не требует трансформатора при работе мостового выпрямителя
Кроме того, имеет высокий TUF при взвешивании с выпрямителем с центральным отводом
Наконец, он достигает высоких частот за счет простой фильтрации

Недостатки

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

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

(мостовой выпрямитель)

Неуправляемые выпрямители и управляемые выпрямители

Неуправляемые выпрямители

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

Управляемые выпрямители

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

3. Как работают схемы выпрямителей в электронике

Принцип работы выпрямительных цепей

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

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

(Схема диодного моста)

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

Положительный полупериод

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

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

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

Отрицательный полупериод

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

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

Падение напряжения:

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

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

Расчет тепла, рассеиваемого в выпрямителе:

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

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

Пиковое обратное напряжение:

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

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

5. Сглаживающий конденсатор

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

Двухполупериодный выпрямитель со сглаживающим конденсатором

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

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

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

В _{пульсация} = I _{нагрузка} /(fxC)

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

Сглаживающий конденсатор 5 мкФ

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

Сглаживающий конденсатор 50 мкФ

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

(Изображение конденсаторов)

6. Заключение

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

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

Цепи выпрямителя переменного тока » Примечания по электронике

Основы схем выпрямителей переменного тока, используемых в цепях питания электроники, с подробным описанием диодных выпрямителей, включая схемы однополупериодных и двухполупериодных выпрямителей, включая мостовой выпрямитель.

Схемы источника питания. Учебное пособие. Включает:
Обзор цепей источника питания. Линейный источник питания Импульсный источник питания Сглаживание конденсатора Схемы выпрямителя переменного тока Схемы регулятора напряжения Схема стабилизатора напряжения стабилитрона Защита от перенапряжения Характеристики блока питания Цифровая мощность Шина управления питанием: PMbus Бесперебойный источник питания

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

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

Схемы однополупериодных и двухполупериодных выпрямителей

В схемах выпрямителя переменного тока

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

Цепи однополупериодного выпрямителя
Цепи двухполупериодного выпрямителя

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

Цепи однополупериодного выпрямителя

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

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

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

Цепи двухполупериодного выпрямителя

Схемы двухполупериодных выпрямителей

могут использовать обе половины входящей формы волны, и, таким образом, они более эффективны, чем однополупериодные разновидности. Однако для достижения этого в этих схемах выпрямителя требуется использование большего количества диодов.

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

Мостовые выпрямители

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

Резюме

Цепи выпрямителя переменного тока

широко используются во всех видах электронного оборудования. Везде, где используется источник питания переменного тока, будет включена схема выпрямителя, потому что схемы электроники используют постоянный ток для питания для своей работы.