Схемы выпрямителей: принципы работы и типы

Что такое выпрямитель и как он работает. Какие бывают типы схем выпрямителей. Как выбрать оптимальную схему выпрямителя для вашей задачи. Каковы преимущества и недостатки разных схем выпрямления.

Что такое выпрямитель и принцип его работы

Выпрямитель — это электронное устройство, которое преобразует переменный ток (AC) в постоянный ток (DC). Основная задача выпрямителя — «выпрямить» синусоидальную форму волны переменного тока, чтобы получить однонаправленный пульсирующий постоянный ток.

Принцип работы выпрямителя основан на свойстве полупроводниковых диодов пропускать электрический ток только в одном направлении. Благодаря этому, диоды «отсекают» отрицательную полуволну переменного напряжения, пропуская только положительную.

Основные компоненты типичной схемы выпрямителя:

• Трансформатор — для понижения сетевого напряжения
• Диоды — для собственно выпрямления тока
• Конденсаторы — для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения
• Резисторы — для ограничения тока и напряжения

Типы схем выпрямителей

Существует несколько основных типов схем выпрямителей, отличающихся количеством используемых диодов и принципом работы:

1. Однополупериодный выпрямитель

Самая простая схема, использующая всего один диод. Пропускает только положительную полуволну переменного напряжения. Основные недостатки — низкий КПД и большие пульсации выходного напряжения.

2. Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

Использует два диода и трансформатор со средней точкой. Выпрямляет обе полуволны переменного напряжения. Более эффективен, чем однополупериодный, но требует специального трансформатора.

3. Мостовой выпрямитель

Наиболее распространенная схема, использующая 4 диода, соединенных в мостовую схему. Выпрямляет обе полуволны и не требует трансформатора со средней точкой. Обладает высокой эффективностью и малыми пульсациями.

Сравнение эффективности разных схем выпрямителей

Рассмотрим основные характеристики описанных выше схем выпрямителей:

Тип схемы	КПД	Пульсации	Сложность
Однополупериодная	40%	Высокие	Простая
Двухполупериодная	70%	Средние	Средняя
Мостовая	80%	Низкие	Сложная

Как видно из таблицы, мостовая схема обеспечивает наилучшие характеристики при относительно невысокой сложности реализации. Именно поэтому она получила наибольшее распространение в современной электронике.

Как выбрать оптимальную схему выпрямителя

При выборе схемы выпрямителя следует учитывать следующие факторы:

• Требуемая мощность нагрузки
• Допустимый уровень пульсаций
• Стоимость компонентов
• Сложность реализации
• Требования к массогабаритным показателям

Для маломощных устройств с низкими требованиями к качеству выпрямленного напряжения вполне подойдет простая однополупериодная схема. Для более мощных нагрузок и при необходимости получения качественного постоянного напряжения оптимальным выбором будет мостовая схема.

Фильтрация выпрямленного напряжения

Даже самые эффективные схемы выпрямителей дают на выходе пульсирующее напряжение. Для получения «чистого» постоянного напряжения необходимо применять сглаживающие фильтры. Наиболее распространенные типы фильтров:

• Емкостный фильтр — простейший вариант на основе конденсатора большой емкости
• LC-фильтр — более эффективный вариант с использованием дросселя и конденсатора
• Π-образный фильтр — многозвенный фильтр для получения минимальных пульсаций

Выбор типа фильтра зависит от требований к качеству выходного напряжения и допустимым массогабаритным показателям источника питания.

Современные тенденции в схемотехнике выпрямителей

Развитие силовой электроники привело к появлению новых типов выпрямителей:

• Синхронные выпрямители на основе MOSFET-транзисторов
• Активные выпрямители с коррекцией коэффициента мощности
• Резонансные выпрямители с мягким переключением

Эти схемы позволяют существенно повысить КПД преобразования и улучшить массогабаритные показатели источников питания. Однако их применение оправдано только в специализированных устройствах из-за высокой сложности и стоимости.

Заключение

Выпрямители являются неотъемлемой частью большинства современных электронных устройств. Правильный выбор схемы выпрямителя позволяет оптимизировать характеристики источника питания под конкретную задачу. Несмотря на появление новых схемотехнических решений, классические схемы выпрямителей по-прежнему широко применяются благодаря простоте и надежности.

Схемы выпрямителей

Добавлено 4 марта 2017 в 15:10

Теперь мы подошли к наиболее популярному применению диода: выпрямлению. Упрощенно, выпрямление – это преобразование переменного напряжения в постоянное. Оно включает в себя устройство, которое позволяет протекать электронам только в одном направлении. Как мы уже видели, это именно то, что и делает полупроводниковый диод. Простейшим выпрямителем является однополупериодный выпрямитель. Он пропускает через себя на нагрузку только половину синусоиды сигнала переменного напряжения.

Схема однополупериодного выпрямителя

Однополупериодный выпрямитель не удовлетворяет требований большинства источников питания. Содержание гармоник в выходном сигнале выпрямителя слишком велико, и, следовательно, их трудно отфильтровать. Кроме того питающий источник переменного напряжения подает питание на нагрузку во время только одной половины каждого полного периода, а это означает, что половина его возможностей не используется. Тем не менее, однополупериодный выпрямитель является очень простым способом уменьшения мощности, подводимой к активной нагрузке. Переключатели некоторых двухпозиционных ламповых диммеров подают напрямую полное переменное напряжение на лампу накаливания для «полной» яркости или через однополупериодный выпрямитель для уменьшения яркости (рисунок ниже).

Использование однополупериодного выпрямителя: двухпозиционный ламповый диммер

В положении переключателя «Тускло» лампа накаливания получает примерно половину мощности, которую она бы получала при работе с полным периодом переменного напряжения. Поскольку питание после однополупериодного выпрямителя пульсирует гораздо быстрее, чем нить накала успевает нагреться и охладиться, лампа не мигает. Вместо этого, нить накала просто работает на меньшей, чем обычно, температуре, обеспечивая менее яркий свет. Эта идея быстроты «пульсирования» питания по сравнению с медленно реагирующей нагрузкой широко используется в мире промышленной электроники для управления электроэнергией, подаваемой на нагрузку. Так как управляющее устройство (в данном случае, диод) в любой момент времени либо полностью проводит, либо полностью не проводит ток, то оно рассеивает мало тепловой энергии, контролируя при этом мощность нагрузки, что делает этот метод управления питанием очень энергоэффективным. Эта схема, возможно, является самым грубым способом подачи пульсирующего питания на нагрузку, но она достаточна в качестве применения, доказывающего правильность идеи.

Если нам нужно выпрямить питание переменным напряжением, чтобы получить полное использование обоих полупериодов синусоидального сигнала, то необходимо использовать другие схемы выпрямителей. Такие схемы называются двухполупериодными выпрямителями. Один из типов двухполупериодных выпрямителей, называемый выпрямителем со средней точкой, использует трансформатор со средней точкой во вторичной обмотке и два диода, как показано на рисунке ниже.

Двухполупериодный выпрямитель, схема со средней точкой

Понять работу данной схемы довольно легко, рассмотрев ее в разные половины периода синусоидального сигнала. Рассмотрим первую половину периода, когда полярность напряжения источника положительна (+) наверху и отрицательна внизу. В это время ток проводит только верхний диод, нижний диод блокирует протекание тока, а нагрузка «видит» первую половину синусоиды, положительную наверху и отрицательную внизу. Во время первой половины периода ток протекает только через верхнюю половину вторичной обмотки трансформатора (рисунок ниже).

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой: Верхняя половина вторичной обмотки проводит ток во время положительной полуволны на входе, доставляя положительную полуволну на нагрузку (стрелками показано направление движения потока электронов)

В течение следующего полупериода полярность переменного напряжения меняется на противоположную. Теперь другой диод и другая половина вторичной обмотки трансформатора проводят ток, а часть схемы, проводившая ток во время предыдущего полупериода, находится в ожидании. Нагрузка по-прежнему «видит» половину синусоиды, той же полярности, что и раньше: положнительная сверху и отрицательная снизу (рисунок ниже).

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой: Во время отрицательной полуволны на входе ток проводит нижняя половина вторичной обмотки, доставляя положительную полуволну на нагрузку (стрелками показано направление движения потока электронов)

Одним из недостатков этой схемы двухполупериодного выпрямителя является необходимость трансформатора со средней точкой во вторичной обмотке. Особенно сильно этот недостаток проявляется, если для схемы имеют значение высокая выходная мощность; размер и стоимость подходящего трансформатора становятся одними из определяющих факторов. Следовательно, схема выпрямителя со средней точкой используется только в приложениях с низким энергопотреблением.

Полярность на нагрузке двухполупериодного выпрямителя со средней точкой может быть изменена путем изменения направления диодов. Кроме того, перевернутые диоды могут подключены параллельно с существующим выпрямителем с положительным выходом. В результате получится двуполярный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой, показанный на рисунке ниже. Обратите внимание, что соединение диодов между собой аналогично схеме моста.

Двуполярный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

Существует еще одна популярная схема двухполупериодного выпрямителя, она построена на базе схемы четырехдиодного моста. По очевыдным причинам эта схема называется двухполупериодным мостовым выпрямителем.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель

Направления потоков электронов в двухполупериодном мостовом выпрямителе показано на рисунках ниже для положительной и отрицательной полуволн синусоиды переменного напряжения источника. Обратите внимание, что независимо от полярности на входе, ток через нагрузку протекает в одном и том же направлении. То есть, отрицательная полуволна на источнике соответствует положительной полуволне на нагрузке. Ток протекает через два диода, соединенных последовательно для обеих полярностей. Таким образом, из-за падения напряжения на двух диодах теряется (0.7 x 2 = 1.4В для кремниевых диодов). Это является недостатком по сравнению с двухполупериодным выпрямителем со средней точкой. Этот недостаток является проблемой только для очень низковольтных источников питания.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель. Поток электронов для положительных полупериодовДвухполупериодный мостовой выпрямитель. Поток электронов для отрицательных полупериодов

Запоминание правильного соединения диодов схемы мостового выпрямителя иногда может вызвать проблемы у новичка. Альтернативное представление этой схемы может облегчить запоминание и понимание. Это точно такая же схема, за исключением того, что все диоды нарисованы в горизонтальном положении и указывают в одном направлении (рисунок ниже).

Альтернативное представление схемы двухполупериодного мостового выпрямителя

Одним из преимуществ такого представления схемы мостового выпрямителя является то, что она легко расширяется до многофазной версии (рисунок ниже).

Схема трехфазного мостового выпрямителя

Линия каждой из фаз подключается между парой диодов: один ведет к положительному (+) выводу нагрузки, а второй – к отрицательному. Многофазные системы с количеством фаз, более трех, так же могут быть легко использованы в схеме мостового выпрямителя. Возьмем, например, схему шестифазного мостового выпрямителя (рисунок ниже).

Схема шестифазного мостового выпрямителя

При выпрямлении многофазного переменного напряжения сдвинутые по фазе импульсы накладываются друг на друга создавая выходное постоянное напряжение, которое более «гладкое» (имеет меньше переменных составляющих), чем при выпрямлении однофазного переменного напряжения. Это преимущество является решающим в схемах выпрямителей высокой мощности, где физический размер фильтрующих компонентов будет чрезмерно большим, но при этом необходимо получить постоянное напряжение с низким уровнем шумов. Диаграмма на рисунке ниже показывает двухполупериодное выпрямление трехфазного напряжения.

Трехфазное переменное напряжение и выходное напряжение трехфазного двухполупериодного выпрямителя

В любом случае выпрямления (однофазном или многофазном) количество переменного напряжения, смешанного с выходным постоянным напряжением выпрямителя, называется напряжением пульсаций. В большинстве случаев напряжение пульсаций нежелательно, так как целью выпрямления является «чистое» постоянное напряжение. Если уровни мощности не слишком велики, для уменьшения пульсаций в выходном напряжении могут быть использованы схемы фильтрации.

Иногда метод выпрямления классифицируется путем подсчета количества «импульсов» постоянного напряжения на выходе каждые 360° синусоиды входного напряжения. Однофазная однополупериодная схема выпрямителя тогда будет называться 1-импульсным выпрямителем, поскольку он дает один импульс во время полного периода (360°) сигнала переменного напряжения. Однофазный двухполупериодный выпрямитель (независимо от схемы, со средней точкой или мостовой) будет называться 2-импульсным выпрямителем, поскольку он выдает 2 импульса постоянного напряжения за один период переменного напряжения. Трехфазный двухполупериодный выпрямитель будет называться 6-импульсным.

Современное соглашение в электротехнике описывает работу схемы выпрямителя с помощью трехпозиционной записи фаз, путей и количества импульсов. Схема однофазного однополупериодного выпрямителя в данном зашифрованном обозначении будет следующей 1Ph2W1P (1 фаза, 1 путь, 1 импульс), а это означает, что питающее переменное напряжение однофазно, ток каждой фазы источника переменного напряжения протекает только в одном направлении (пути), и, что в постоянном напряжении создается один импульс каждые 360° входной синусоиды. Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой в этой системе записи будет обозначаться, как 1Ph2W2P: 1 фаза, 1 путь или направление протекания тока в каждой половине обмотки, и 2 импульса в выходном напряжении за период. Однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель будет обозначаться, как 1Ph3W2P: так же, как и схема со средней точкой, за исключением того, что ток может протекать двумя путями через линии переменного напряжения, вместо только одного пути. Трехфазный мостовой выпрямитель, показанный ранее, будет называться выпрямителем 3Ph3W6P.

Вожможно ли получить количество импульсов больше, чем удвоенное количество фаз в схеме выпрямителя? Ответ на этот вопрос, да: особенно в многофазных цепях. При помощи творческого использования трансформаторов наборы двухполупериодных выпрямителей могут быть соединены параллельно таким образом, что на выходе для трехфазного переменного напряжения может быть получено более шести импульсов постоянного напряжения. Когда схемы соединения обмоток трансформатора не одинаковы, из первичной во вторичную цепь трехфазного трансформатора вводится 30° фазовый сдвиг. Другими словами, трансформатор подключенный по схеме либо Y-Δ, либо Δ-Y будет давать сдвиг фазы на 30°; в то время, как подкючение трансформатора по схеме Y-Y или Δ-Δ такого эффекта не даст. Это явление может быть использовано при наличии одного трансформатора, подключенного по схеме Y-Y к одному мостовому выпрямителю, и другого трансформатора, подключенного по схеме Y-Δ к другому мостовому выпрямителю, а затем параллельном соединению выходов постоянного напряжения обоих выпрямителей (рисунок ниже). Поскольку формы напряжений пульсаций на выходах двух выпрямителей смещены по фазе на 30° относительно друг друга, в результате сложения они дадут меньшие пульсации, чем каждый выпрямитель по отдельности: 12 импульсов каждые 360° вместо шести:

Схема многофазного выпрямителя: 3 фазы, 2 пути, 12 импульсов (3Ph3W12P)

Подведем итоги

• Выпрямление – это преобразование переменного напряжения в постоянное.
• Однополупериодный выпрямитель – это схема, которая позволяет только одной половине синусоиды переменного напряжения достичь нагрузки, давая на ней в результате неизменяющуюся полярность. Полученное постоянное напряжение, приложенное к нагрузке, значительно «пульсирует».
• Двухполупериодный выпрямитель – это схема, которая преобразует обе половины периода синусоиды переменного напряжения в непрерывную последовательность импульсов одной полярности. Полученное постоянное напряжение, приложенное к нагрузке, «пульсирует» не так сильно.
• Многофазное переменное напряжении при выпрямлении дает более «гладкую» форму постоянного напряжения (меньшее напряжение пульсаций) по сравнению с выпрямленным однофазным напряжением.

Оригинал статьи:

• Rectifier Circuits

Теги

ВыпрямительДиод Источник питанияОбучениеЭлектроника

Назад

Оглавление

Вперед

1.

28. Схемы выпрямителей для источников питания

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

Диоды и диодные схемы

Подразделы: 1.25 1.26 1.27 1.28 1.29 1.30 1.31

Двухполупериодная мостовая схема. На рис. 1.74 показана схема источника питания постоянного тока с мостовым выпрямителем, который мы только что рассмотрели. Промышленность изготавливает мостовые схемы в виде функциональных модулей. Маленькие мостовые модули рассчитаны на предельный ток 1 А и напряжение пробоя от 100 до 600 В. а иногда до 1000 В. Для больших мостовых выпрямителей предельный ток равен 25 А и выше.

Рис. 1.74. Схема мостового выпрямителя. Значок полярности и электрод в виде дуги служат для обозначения поляризованного конденсатора, заряжать его с другой полярностью недопустимо.

Двухлолупериодный однофазный выпрямитель. Схема двухполупериодного однофазного выпрямителя приведена на рис. 1.75. Выходное напряжение здесь в 2 раза меньше, чем в схеме мостового выпрямителя. Схема двухполупериодного однофазного выпрямителя не является эффективной с точки зрения использования трансформатора, так как каждая половина вторичной обмотки используется только в одном полупериоде. В связи с этим ток в обмотке за этот интервал времени в 2 раза больше, чем в простой двухполупериодной схеме. Согласно закону Ома, температура нагрева обмотки пропорциональна произведению I²R, значит, за время в 2 раза меньшее нагрев будет в 4 раза больше или в среднем больше по сравнению с эквивалентной двухполупериодной схемой. Трансформатор для этой схемы следует выбирать так, чтобы его предельный ток был в 1,4 (в √2) раз больше, чем у трансформатора мостовой схемы, в противном случае такой выпрямитель будет более дорогим и более громоздким, чем мостовой.

Рис. 1.75. Двухполупериодный выпрямитель на основе трансформатора со средней точкой.

Рис. 1.76.

Упражнение 1.28. Это упражнение поможет вам разобраться в механизме нагрева обмотки, пропорционального I²R, и понять, в чем проявляется недостаток однофазного выпрямителя. На какое предельное минимальное значение тока должен быть расчитан плавкий предохранитель, чтобы в цепи мог протекать ток, изменяющийся согласно графику, показанному на рис. 1.76, и имеющий среднюю амплитуду 1 А? Подсказка: предохранитель «перегорает», когда в цепи начинает протекать ток, превышающий предельное значение тока предохранителя. При этом в предохранителе расплавляется металлический проводник (температура его нагрева пропорциональна I²R). Допустим, что и в нашем случае температурная постоянная времени для плавкого предохранителя значительно больше, чем период прямоугольных колебаний, т. е. предохранитель реагирует на значение I², осредненное за несколько периодов входного сигнала.

Расщепление напряжения питания. Широко распространена мостовая однофазная двухполупериодная схема выпрямителя, показанная на рис. 1.77. Она позволяет рсщеплять напряжение питания (получать на выходе одинаковые напряжения положительной и отрицательной полярности). Эта схема эффективна, так как в каждом полупериоде входного сигнала используются обе половины вторичной обмотки.

Рис. 1.77. Формирование двухполярного (расщепленного) напряжения питания.

Рис. 1.78. Удвоитель напряжения.

Выпрямители с умножением напряжения. Схема, показанная на рис. 1.78, называется удвоителем напряжения. Для того чтобы понять, как работает эта схема, представьте, что она состоит из двух последовательно соединенных выпрямителей. Фактически эта схема является двухполупериодным выпрямителем, так как она работает в каждом полупериоде входного сигнала — частота пульсаций в 2 раза превышает частоту колебаний питающей сети (для сети с частотой 60 Гц, как в США, частота пульсаций составляет 120 Гц). Разновидности этой схемы позволяют увеличивать напряжение в 3, 4 и более раз. На рис. 1.79 показаны схемы выпрямителей, обеспечивающие увеличение напряжения в 2, 3 и 4 раза, в которых один конец обмотки трансформатора заземлен.

РРис. 1.79. Схемы умножения напряжения; наличие источника с плавающим напряжением в представленных схемах не обязательно.

Подразделы: 1.25 1.26 1.27 1.28 1.29 1.30 1.31

Другие пассивные компоненты

https://filfar-technology.by/g6617789-puls

Все, что вам нужно знать о цепи выпрямителя

Цепь выпрямителя — это цепь, которая преобразует мощность переменного тока в мощность постоянного тока. Большинство цепей выпрямителей состоят из трансформаторов, главных цепей выпрямителя и фильтров.

 

Ⅰ Что такое  схема выпрямителя ?

Функция схемы выпрямителя заключается в преобразовании низковольтной выходной мощности переменного тока с помощью понижающей схемы переменного тока в однонаправленную пульсирующую мощность постоянного тока. это процесс исправления питания переменного тока. Цепь выпрямителя в основном состоит из выпрямительных диодов. Напряжение после прохождения через цепь выпрямителя больше не является напряжением переменного тока, а представляет собой смешанное напряжение, содержащее напряжение постоянного и переменного тока. Его принято называть однонаправленным пульсирующим постоянным напряжением.

Большинство выпрямительных цепей состоят из трансформаторов, главных цепей выпрямителя и фильтров. Он широко используется в области регулирования скорости двигателя постоянного тока, регулирования возбуждения генератора, электролиза, гальваники и так далее. После 1970-х, основная цепь в основном состоит из кремниевых выпрямительных диодов и тиристоров. Фильтр подключается между главной цепью и нагрузкой для фильтрации компонентов переменного тока в пульсирующем постоянном напряжении. Настройка трансформатора зависит от конкретной ситуации. Функция трансформатора заключается в достижении согласования между входным напряжением переменного тока и выходным напряжением постоянного тока, а также в гальванической развязке между электросетью переменного тока и цепью выпрямителя.

Ⅱ Классификация схемы выпрямителя

Обычно в стабилизированном источнике питания постоянного тока используется силовой трансформатор для изменения входного напряжения на следующую цепь. Силовой трансформатор состоит из первичной обмотки, вторичной обмотки и стального сердечника. Первичная обмотка используется для ввода напряжения переменного тока источника питания, а вторичная обмотка выводит необходимое напряжение переменного тока. Силовой трансформатор представляет собой электрическое → магнитное → электрическое преобразовательное устройство. То есть первичный переменный ток преобразуется в замкнутое переменное магнитное поле железного сердечника, а силовые линии магнитного поля пересекают вторичную катушку, создавая переменную электродвижущую силу. Когда вторичная обмотка подключена к нагрузке, цепь замыкается и по вторичной цепи протекает переменный ток.

Переменный ток по-прежнему остается переменным после преобразования трансформатором, и его необходимо преобразовать в постоянный ток, прежде чем его можно будет подать в следующую цепь. Эта схема преобразования является схемой выпрямителя. Схема выпрямителя использует единую характеристику проводимости диода в стабилизированном источнике питания постоянного тока для выпрямления переменного тока, который меняет направление на постоянный ток.

1. Схема однополупериодного выпрямителя

Схема однополупериодного выпрямителя показана на рисунке 1. Среди них B1 — силовой трансформатор, D1 — выпрямительный диод, а R1 — нагрузка. Рисунок 1. Схема однополупериодного выпрямителя Период от 0 до π – это положительный полупериод этого напряжения. В это время верхний конец вторичной обмотки B1 положительный, а нижний конец отрицательный. Диод D1 находится в режиме прямой проводимости, и напряжение источника питания приложено к нагрузке R1, и через нагрузку R1 протекает ток. Период от π до 2π – это отрицательный полупериод напряжения. Верхний конец вторичной обмотки B1 отрицательный, а нижний плюсовой, диод D1 обратно заперт. На нагрузку R1 не подается напряжение, и ток в нагрузке R1 не течет. 9Рис. 2. Форма сигнала однополупериодного выпрямителя «отрезается», и получается однонаправленное напряжение. Форма волны показана на рисунке 2(b). Поскольку размер полученной таким образом формы волны напряжения изменяется со временем, мы называем его пульсирующим постоянным током.

Предположим, вторичное напряжение B1 равно E, а напряжение на нагрузке R1 в идеальном состоянии можно рассчитать по следующей формуле:

диод

Поскольку схема однополупериодного выпрямителя использует только положительный полупериод источника питания, эффективность использования источника питания очень низкая, поэтому схема с однополупериодным выпрямителем используется только в нескольких случаях, например, при высоких напряжением и малым током и редко используется в общих силовых цепях.

2. Цепь двухполупериодного выпрямителя

Поскольку эффективность схемы однополупериодного выпрямителя низка, люди, естественно, думают об использовании отрицательного полупериода источника питания, поэтому существует схема двухполупериодного выпрямителя .  Схема двухполупериодного выпрямителя показана на рисунке 5.

в схеме двухполупериодного выпрямителя используется выпрямительный диод D2, а на вторичной обмотке трансформатора B1 также добавляется центральный отвод. Эта схема по существу объединяет две схемы однополупериодного выпрямителя. В течение периода от 0 до π верхний конец вторичной обмотки B1 положительный, а нижний конец отрицательный. D1 является проводником в прямом направлении, и напряжение питания подается на R1. Верхний конец напряжения на R1 положительный, а нижний конец отрицательный. Форма волны показана на рисунке 6(b), ток показан на рисунке 7.

Рисунок 6. Полноволновая форма выпрямительной формы

Рисунок 7. Принцип полноволновой схемы выпрямителя 1

Рисунок 8. Принцип полно-волны.

В течение периода π～2π верхний конец вторичной обмотки B1 отрицательный, а нижний конец положительный. D2 имеет прямую проводимость, и напряжение питания подается на R1. Напряжение на обоих концах R1 по-прежнему положительное, а на нижнем конце отрицательное. Форма сигнала показана на рисунке 6 (c), протекание тока показано на рисунке 8. Повторите описанный выше процесс в последующих циклах 2π～3π, 3π～4π и т.  д., чтобы положительное и отрицательное напряжения двух полупериоды источника питания выпрямляются D1 и D2, а затем подаются на оба конца R1. Напряжение, полученное на R1, всегда положительное и отрицательное. Форма сигнала показана на рисунке 6 (d).

Предположим, вторичное напряжение B1 равно E, а напряжение на нагрузке R1 в идеальном состоянии можно рассчитать по следующей формуле:

Обратное пиковое напряжение выпрямительных диодов D1 и D2:

Схема волнового выпрямителя составляет лишь половину тока нагрузки, что в два раза меньше, чем у однополупериодного выпрямителя.

3. Схема мостового выпрямителя

Поскольку схема двухполупериодного выпрямителя требует специального трансформатора, его изготовление более хлопотно, поэтому появляется схема мостового выпрямителя. В этой схеме выпрямителя используется обычный трансформатор, но на два выпрямительных диода больше, чем в двухполупериодном выпрямлении. Поскольку четыре диода выпрямителя соединены в виде моста, эта схема выпрямителя называется мостовой схемой выпрямителя .

Рисунок 11. Схема мостового выпрямителя

Из рисунка 12 видно, что во время положительного полупериода источника питания верхний конец вторичной обмотки B1 положительный, а нижний конец отрицательный. Диоды выпрямителя D4 и D2 проводят ток. Ток течет от верхнего конца вторичной обмотки трансформатора B1 через D4, R1, D2 и возвращается к нижнему концу вторичной обмотки трансформатора B1.

Рисунок 12. Принципиальный анализ схемы мостового выпрямителя 1

Рисунок 13. Принципиальный анализ схемы мостового выпрямителя 2

Из рисунка 13 видно, что во время отрицательного полупериода источника питания нижний конец вторичной обмотки B1 положительный, а верхний конец отрицательный. Диоды выпрямителя D1 и D3 проводят ток, и ток возвращается от нижнего конца вторичной обмотки трансформатора B1 к верхней вторичной обмотке трансформатора B1 через D1, R1 и D3. Напряжение на резисторе R1 всегда бывает положительным и отрицательным, а его форма соответствует форме двухполупериодного выпрямления.

Предположим, вторичное напряжение B1 равно E, а напряжение на нагрузке R1 в идеальном состоянии можно рассчитать по следующей формуле:

напряжение выпрямительных диодов D1 и D2 составляет:

Рисунок 15. Формула для расчета обратного пикового напряжения диодов мостового выпрямителя

ток, который аналогичен двухполупериодному выпрямлению.

В нормальных условиях схема мостового выпрямителя упрощена до формы, показанной на рисунке 16.

Рисунок 16. Упрощенная схема мостового выпрямителя трех цепей выпрямителя, представленных выше, меньше, чем действующее значение входного переменного напряжения. Если требуется, чтобы выходное напряжение было больше, чем действующее значение входного напряжения переменного тока, voltage doubler circuit can be used, as shown in Figure 17.

Figure 17. Double voltage rectifier circuit

Figure 18.   Principle analysis of double voltage rectifier circuit 1

Рисунок 19. Принципиальный анализ схемы выпрямителя двойного напряжения 2

Из рисунка 18 видно, что в положительный полупериод источника питания верхний конец вторичной обмотки трансформатора B1 положителен а нижний конец отрицательный, D1 включен, D2 выключен, а C1 заряжается через D1. После зарядки напряжение на C1 близко к пиковому значению вторичного напряжения B1. Направление положительное слева и отрицательное справа.

Из рисунка 19 видно, что в отрицательный полупериод источника питания верхний конец вторичной обмотки трансформатора B1 отрицательный, а нижний конец положительный, D1 выключен, D2 включен, а C2 заряжается через Д1. После зарядки напряжение на C2 близко к напряжению на C1. Сумма пиковых значений вторичного напряжения B1, направление нижнего конца положительное, а верхнего конца отрицательное. Поскольку нагрузка R1 подключена параллельно C1, когда R1 достаточно велико, напряжение на R1 близко к удвоенному вторичному напряжению B1.

Рисунок 20. Другая форма схемы выпрямителя с двойным напряжением

Существует другой способ рисования схемы выпрямителя с двойным напряжением . Как показано на рисунке 20. Принцип точно такой же, как на рисунке 17, но форма выражения другая.

Рисунок 21. N-схема выпрямителя с двойным напряжением

Схема с двойным напряжением также может быть легко преобразована в схему с двойным напряжением n. Конкретная схема показана на рисунке 21.

Цепь выпрямителя: определение, типы [Примечания GATE]

Серия испытаний

Автор: Мохит Униял|Обновлено: 26 августа 2022 г. преобразование сигнала переменного тока в сигнал постоянного тока. Исходя из требования, мы будем использовать соответствующую схему выпрямителя. Диоды с p-n переходом имеют множество применений. Схемы выпрямителя — одна из них. В этой статье вы получите обзор выпрямителей и их классификацию.

Раньше мы получали электрический сигнал в форме переменного тока (синусоидальная форма) в дома. Но мы можем работать со многими электронными устройствами и ИС только с питанием от постоянного тока. Соответственно, мы будем использовать соответствующую электронную схему для преобразования входного переменного тока в выходной постоянный. Мы можем сделать это преобразование, используя схему выпрямителя. Здесь мы прочитаем об определении цепи выпрямителя, схеме и различных типах приемников, используемых в цепи выпрямителя.

Загрузить полные примечания к формуле электронных устройств PDF

Прочитать статью полностью

Определение схемы выпрямителя

Процесс преобразования переменного (синусоидального) сигнала в сигнал постоянного тока называется выпрямлением. Электронная схема, которая выполняет выпрямление, известна как схема выпрямителя. Короче говоря, мы можем назвать это выпрямителем. Итак, используя эту схему, мы можем преобразовать электрический сигнал синусоидальной (переменной) формы в форму постоянного тока.

Схема цепи выпрямителя

Вот схема часто используемой схемы выпрямителя:

В сигнале переменного тока ток течет в одном направлении в течение одной половины периода и в противоположном направлении в течение другой половины периода. В то время как в сигнале постоянного тока ток течет только в одном направлении. Мы знаем, что диод с p-n переходом является односторонним элементом. Следовательно, диод с p-n переходом является основным электронным компонентом в схеме выпрямителя.

Типы выпрямителей в цепи выпрямителя

В этой статье мы сосредоточимся на одном из важных применений диодов. т. е. выпрямители. Мы предполагаем, что все диоды, которые мы используем в принципиальных схемах, идеальны. Выпрямители можно классифицировать на основе части (частей) входного сигнала переменного тока (положительный полупериод, отрицательный полупериод), выпрямляемой на выходе с размещением диода в цепи. Теперь давайте обсудим следующие типы выпрямителей, используемых в приведенной ниже схеме выпрямителя:

• Однополупериодный выпрямитель
• Двухполупериодный выпрямитель

Однополупериодный выпрямитель в цепи выпрямителя

В схеме выпрямителя выпрямитель называется однополупериодным, если он выпрямляет только половину периода в каждом полном периоде входного сигнала переменного тока. Он состоит в основном из трех компонентов: трансформатора, диода и резистора. Принципиальная схема однополупериодного выпрямителя, используемого в схеме выпрямителя, и соответствующие входные и выходные сигналы показаны на следующих рисунках.

• Диод будет находиться в прямом смещении в течение положительного полупериода входного сигнала переменного тока. Следовательно, ток будет протекать через нагрузочный резистор (R), и мы получим выходное напряжение на R такое же, как и входное напряжение.
• Диод будет находиться в обратном смещении в течение отрицательного полупериода входного сигнала переменного тока. Следовательно, через нагрузочный резистор (R) не будет протекать ток, и мы получим нулевое выходное напряжение на резисторе R.

Двухполупериодный выпрямитель в цепи выпрямителя

В схеме выпрямителя выпрямитель называется двухполупериодным, если он выпрямляет оба полупериода в каждом полном периоде входного сигнала переменного тока. Мы можем разделить двухполупериодные выпрямители на два типа в зависимости от количества используемых диодов и их конфигурации. Теперь давайте обсудим следующие два типа двухполупериодных выпрямителей.

• Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом
• Двухполупериодный мостовой выпрямитель

Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом

Этот двухполупериодный выпрямитель состоит из источника переменного напряжения, последовательно соединенного с резистором (R _s ), трансформатор с центральным отводом, два диода (D ₁ , D ₂ ) и нагрузочный резистор (R). Принципиальная схема двухполупериодного выпрямителя с трансформатором с отводом от средней точки и соответствующие входные и выходные сигналы показаны на следующих рисунках.

• Диод D _1, будет находиться в прямом смещении в течение положительного полупериода входного сигнала переменного тока. Следовательно, ток будет протекать через нагрузочный резистор (R), и мы получим, что выходное напряжение на резисторе R будет таким же, как и входное напряжение.
• Диод D _2, будет находиться в прямом смещении в течение отрицательного полупериода входного сигнала переменного тока. Следовательно, ток будет протекать через нагрузочный резистор (R), и мы получим выходное напряжение на резисторе R как инвертированную версию входного напряжения.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель

Этот двухполупериодный выпрямитель состоит из источника переменного напряжения, трансформатора, четырех диодов (D ₁ , D ₂ , D ₃ , D ₄ ) и нагрузочного резистора. (Р). Принципиальная схема двухполупериодного мостового выпрямителя и соответствующие входные и выходные сигналы показаны на следующих рисунках.

• Диоды D ₁ и D ₂ будут находиться в прямом смещении в течение положительного полупериода входного сигнала переменного тока. Следовательно, ток будет протекать через нагрузочный резистор (R), а выходное напряжение на резисторе R будет таким же, как и входное напряжение.

Диоды D ₃ и D ₄ будут находиться в прямом смещении во время отрицательного полупериода входного сигнала переменного тока. Следовательно, ток будет протекать через нагрузочный резистор (R), и мы получим выходное напряжение на резисторе R как инвертированную версию входного напряжения.

Часто задаваемые вопросы о цепи выпрямителя

• Что такое цепи выпрямителя?

  Цепи выпрямителей также известны как выпрямители , сокращенно. Мы будем использовать выпрямители во многих приложениях. Это демодуляторы, детектор в цепях AM-радио, цепи бесперебойного питания (ИБП), бытовые инверторы, зарядные устройства для мобильных телефонов и ноутбуков и т. д.

  Преимущества однополупериодных выпрямителей заключаются в простоте схемы и, следовательно, низкой стоимости схемы. Недостатками однополупериодного выпрямителя являются высокий коэффициент пульсаций, низкий коэффициент использования трансформатора, низкая выходная мощность и, следовательно, низкая эффективность выпрямления.

• Каковы преимущества и недостатки двухполупериодных мостовых выпрямителей?

  Преимуществами двухполупериодных выпрямителей являются низкий коэффициент пульсаций, высокий коэффициент использования трансформатора, высокая выходная мощность и, следовательно, высокая эффективность выпрямления, которая вдвое выше, чем у однополупериодных выпрямителей. Недостатком двухполупериодных мостовых выпрямителей является падение выходного напряжения из-за наличия в схеме двух дополнительных диодов.

• Какие типы выпрямительных цепей в основном доступны?

  Электронная схема, которая преобразует сигнал переменного тока в сигнал постоянного тока, известна как схема выпрямителя. Мы можем классифицировать эти схемы выпрямителей в основном на два типа в зависимости от части (частей) входного сигнала, которая выпрямляется на выходе. Это полупериодные выпрямители и двухполупериодные выпрямители.

• Какие существуют различные преобразователи мощности, в которых можно использовать схему выпрямителя?

  В основном у нас есть два типа способностей.