Выпрямительные схемы для источников питания: типы, принцип работы, характеристики

Какие бывают типы выпрямительных схем. Как работают однополупериодные и двухполупериодные выпрямители. Каковы основные характеристики мостовых и умножительных схем. Как выбрать оптимальную схему выпрямления для источника питания.

Основные типы выпрямительных схем

Выпрямительные схемы являются важнейшим элементом источников питания, преобразующим переменное напряжение сети в постоянное напряжение для питания электронных устройств. Существует несколько основных типов выпрямительных схем:

• Однополупериодные
• Двухполупериодные со средней точкой
• Мостовые (схема Греца)
• Умножители напряжения

Выбор конкретной схемы зависит от требуемых параметров выпрямленного напряжения и особенностей применения.

Однополупериодный выпрямитель

Однополупериодный выпрямитель — простейшая схема, содержащая один диод. Как работает такой выпрямитель?

• В положительный полупериод диод открыт и пропускает ток в нагрузку
• В отрицательный полупериод диод закрыт и ток не протекает
• На выходе получается пульсирующее напряжение одной полярности

Недостатки: большая пульсация выходного напряжения, низкий КПД. Применяется только в маломощных устройствах.

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

Двухполупериодная схема содержит два диода и трансформатор со средней точкой. Принцип работы:

• В один полупериод открыт первый диод, во второй — второй диод
• Ток всегда протекает через нагрузку в одном направлении
• Пульсации выходного напряжения вдвое меньше, чем у однополупериодной схемы

Преимущества: более высокий КПД, меньшие пульсации. Недостаток — необходимость трансформатора со средней точкой.

Мостовая схема выпрямления

Мостовой выпрямитель (схема Греца) — наиболее распространенный тип. Особенности:

• Содержит 4 диода, включенных по мостовой схеме
• Не требует трансформатора со средней точкой
• Обеспечивает двухполупериодное выпрямление
• Имеет высокий КПД и малые пульсации выходного напряжения

Мостовая схема оптимальна для большинства источников питания средней и большой мощности.

Умножители напряжения

Умножители напряжения позволяют получить выпрямленное напряжение, превышающее амплитуду входного переменного напряжения. Основные типы:

• Схема удвоения напряжения
• Схема утроения напряжения
• Схема учетверения напряжения

Применяются для получения высоких напряжений при малых токах нагрузки, например в высоковольтных источниках питания.

Выбор оптимальной схемы выпрямления

При выборе схемы выпрямления для конкретного источника питания необходимо учитывать следующие факторы:

• Требуемая мощность нагрузки
• Допустимый уровень пульсаций выходного напряжения
• Требуемый КПД
• Сложность и стоимость реализации

Для маломощных устройств может подойти однополупериодная схема. Для средних и больших мощностей оптимальна мостовая схема. При необходимости получения высоких напряжений применяют умножители.

Основные параметры выпрямительных схем

Важнейшими характеристиками выпрямителей являются:

• Среднее значение выпрямленного напряжения
• Коэффициент пульсаций
• КПД схемы
• Максимальный выпрямленный ток
• Обратное напряжение на диодах

Эти параметры необходимо учитывать при расчете и выборе элементов выпрямителя.

Сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения

Для уменьшения пульсаций выходного напряжения применяют сглаживающие фильтры. Основные типы:

• Емкостной фильтр
• Индуктивный фильтр
• LC-фильтр
• Π-образный фильтр

Выбор типа фильтра зависит от требуемого коэффициента сглаживания и особенностей нагрузки.

Стабилизация выпрямленного напряжения

Для получения стабильного выходного напряжения применяют стабилизаторы. Основные типы:

• Параметрические стабилизаторы на стабилитронах
• Компенсационные стабилизаторы
• Импульсные стабилизаторы

Стабилизаторы обеспечивают поддержание постоянного выходного напряжения при изменениях входного напряжения и тока нагрузки.

Заключение

Выпрямительные схемы являются важнейшим элементом источников питания. Правильный выбор типа выпрямителя и его параметров позволяет обеспечить требуемые характеристики выходного напряжения. Современные источники питания часто строятся по импульсному принципу, но и в них используются схемы выпрямления.

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

Приложение ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ . В помощь радиолюбителю. Выпуск 9

Нормальная работа всех активных элементов радиоэлектронной аппаратуры — транзисторов, тиристоров и микросхем — рассчитана на питание постоянным напряжением. Но такие источники тока, как батареи сухих элементов и аккумуляторы, недолговечны, расходуют запасенную ими электрическую энергию и поэтому нуждаются в периодической замене или подзаряде. Отсюда химические источники электрической энергии могут считаться приемлемыми исключительно для питания носимой аппаратуры или аппаратуры, эксплуатируемой в условиях отсутствия постоянных источников тока. Питание стационарной профессиональной и бытовой аппаратуры удобнее осуществлять от сети переменного тока, используя для этого преобразователь переменного напряжения в постоянное. Таким преобразователем и является выпрямитель.

Различные транзисторы, микросхемы и другие приборы рассчитаны на питание разными напряжениями, поэтому наличие в электросети именно переменного напряжения оказывается очень удобным, так как при помощи трансформатора на его вторичных обмотках из стандартного напряжения сети 220 В легко можно получить любые другие значения напряжений. Получить же различные напряжения при наличии сети постоянного тока оказалось бы значительно сложнее.

Простейшим выпрямительным устройством является однополупериодный выпрямитель, схема которого приведенная на рис. 35.

Рис. 35. Схема однополупериодного выпрямителя и форма напряжений

Ее отличительной особенностью является то, что диод пропускает ток только в течение одной половины периода переменного напряжения, когда оно положительно на верхнем по схеме выводе вторичной обмотки трансформатора. Поэтому схема и называется однополупериодной.

Если бы параллельно нагрузке R не был подключен конденсатор С, форма напряжения на нагрузке была бы такой, как показано штриховой линией, и напряжение вместо постоянного на нагрузке было бы пульсирующим.

Конденсатор сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. После включения при первом же положительном полупериоде конденсатор быстро заряжается. Ток заряда течет по вторичной обмотке трансформатора через открытый диод, конденсатор и обратно к вторичной обмотке. Сопротивление этой цепи мало и определяется сопротивлением обмотки и открытого диода. Поэтому заряд конденсатора происходит быстро.

В точке А напряжение заряженного конденсатора почти равно напряжению на обмотке, а в дальнейшем оказывается больше его, из-за чего диод запирается и заряд конденсатора прекращается. Теперь начинается разряд конденсатора на нагрузку R. Сопротивление нагрузки значительно больше, чем сопротивление цепи заряда. Поэтому разряд конденсатора происходит медленно, до точки Б, когда напряжение на обмотке трансформатора вновь становится больше напряжения на конденсаторе, и вновь начинается его заряд. Результирующее напряжение на конденсаторе и нагрузке показано сплошной линией.

Оно содержит постоянную составляющую (собственно выпрямленное напряжение) и переменную составляющую, которая называется напряжением пульсаций. Очевидно, что чем меньше сопротивление нагрузки (или чем больше потребляемый нагрузкой от выпрямителя ток), тем больше амплитуда пульсаций и меньше выпрямленное напряжение, так как в таком режиме точка Б будет располагаться ниже. Чем больше емкость конденсатора, тем медленнее он станет разряжаться и тем меньше будет амплитуда пульсаций и больше выпрямленное напряжение. Поэтому в схемах выпрямителей используют электролитические конденсаторы большой емкости.

Наибольшее выпрямленное напряжение определяется амплитудой переменного напряжения на вторичной обмотке трансформатора. По этой причине рабочее напряжение конденсатора должно быть не менее этого значения напряжения.

Выбор диода в этой схеме связан со следующими требованиями. Средний выпрямленный ток диода равен току нагрузки. Прямой импульсный ток диода равен отношению амплитуды напряжения на вторичной обмотке трансформатора к сопротивлению этой обмотки. Наконец, во время отрицательного полупериода к диоду прикладывается обратное напряжение, равное удвоенной амплитуде напряжения на вторичной обмотке.

Недостаток однополупериодной схемы выпрямления очевиден: из-за большого промежутка времени между моментами А и Б, который несколько превышает половину периода, конденсатор успевает заметно разрядиться, что приводит к повышенной амплитуде пульсаций выпрямленного напряжения. Дальнейшее сглаживание этих пульсаций затруднено тем, что частота пульсаций равна частоте сети питающего напряжения 50 Гц. В связи с этим выпрямители, собранные по однополупериодной схеме, используются лишь при больших сопротивлениях нагрузки, то есть при малом токе потребления, когда постоянная времени разряда конденсатора велика и он не успевает заметно разряжаться за время отрицательных полупериодов напряжения.

Указанные недостатки выражены слабее в двухполупериодной схеме выпрямления, которая показана на рис. 36.

Рис.  36. Схема двухполупериодного выпрямителя и форм напряжений

Здесь используются два диода и вдвое увеличена вторичная обмотка трансформатора, оснащенная средней точкой. В течение одного полупериода конденсатор заряжается через один диод, а второй в это время заперт, в течение второго полупериода второй диод отпирается, а первый заперт. Форма напряжения на нагрузке при отсутствии конденсатора показана штриховой линией, а при наличии конденсатора — сплошной. Время, в течение которого конденсатор разряжается, уменьшено в этой схеме более чем вдвое. По этой причине выпрямленное напряжение получается больше, а амплитуда пульсаций значительно меньше, чем при использовании однополупериодного выпрямителя. Существенно также и то, что частота пульсаций вдвое превышает частоту питающей сети и составляет 100 Гц, что значительно облегчает последующее их сглаживание.

Несмотря на указанные преимущества, двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой обладает и недостатками, к которым относятся усложнение трансформатора, а также невозможность создания двух совершенно одинаковых половин вторичной обмотки. Это приводит к тому, что амплитуды напряжений на половинах вторичной обмотки оказываются разными. В связи с тем, что конденсатор заряжается попеременно от каждой из половин вторичной обмотки, в составе пульсаций выпрямленного напряжения появляется составляющая с частотой 50 Гц, хотя она и меньше, чем при однополупериодном выпрямлении. Двухполупериодная схема выпрямителей широко использовалась в эпоху ламповой техники, когда применялись двуханодные кенотроны с общим катодом. Их оказывалось удобно применять в такой схеме, где катоды диодов соединены и для обоих диодов можно использовать одну обмотку накала. У полупроводниковых диодов отсутствует подогреватель и с их внедрением двухполупериодная схема со средней точкой вторичной обмотки трансформатора, потеряв указанное преимущество, оказалась полностью вытесненной мостовой схемой выпрямления, которая в устаревшей литературе называется схемой Греца.

Мостовая схема выпрямителя показана на рис. 37.

Рис.  37. Мостовая схема выпрямления

Вместо двух диодов она содержит четыре, но зато не нуждается в удвоении вторичной обмотки трансформатора. В течение одной половины периода переменного тока ток проходит от верхнего по схеме вывода вторичной обмотки через диод VD2, нагрузку, через диод VD3 к нижнему выводу вторичной обмотки. В течение следующей половины периода ток проходит от нижнего вывода обмотки через диод VD4, нагрузку, через диод VD1 к верхнему выводу вторичной обмотки трансформатора. Таким образом, в течение обоих полупериодов в нагрузке протекает ток одного и того же направления и диодами выпрямляется одно и то же переменное напряжение вторичной обмотки. Благодаря этому в составе пульсации составляющая с частотой 50 Гц отсутствует.

Мостовая схема выпрямления также является двухполупериодной. Форма напряжения на нагрузке в этой схеме оказывается такой же, как и в двухполупериодной схеме со средней точкой. Рабочее напряжение конденсатора также равняется амплитуде переменного напряжения на вторичной обмотке. Однако требования к диодам в обеих двухполупериодных схемах отличаются от требований в однополупериодной схеме.

В связи с тем, что ток нагрузки проходит через диоды поочередно, средний выпрямленный ток каждого диода равен половине тока нагрузки.

Обратные напряжения на диодах мостовой схемы равны не удвоенной, а одинарной амплитуде напряжения вторичной обмотки. Обратные напряжения на диодах двухполупериодной схемы со средней точкой и значения импульсных токов обеих схем такие же, как и в однополупериодной схеме. Однако ток вторичной обмотки трансформатора в мостовой схеме равен по своему эффективному значению току нагрузки, что вдвое больше, чем в однополупериодной схеме и в схеме со средней точкой. Поэтому сечение провода вторичной обмотки трансформатора в мостовой схеме должно быть в два раза больше, чем в двух других (диаметр провода — в 1,41 раз больше).

Удвоение количества диодов в мостовой схеме с лихвой окупается вдвое уменьшенным количеством витков вторичной обмотки трансформатора и уменьшением пульсаций выпрямленного напряжения. Для упрощения монтажа мостовых схем промышленностью выпускаются готовые сборки из четырех одинаковых диодов в одном корпусе, которые уже соединены между собой по схеме моста. К таким сборкам, например, относятся сборки типа КД906 со средним выпрямленным током до 400 мА и обратным напряжением до 75 В.

Недостатком мостовой схемы является прохождение выпрямленного тока последовательно через два диода. Падение напряжения на открытом кремниевом диоде достигает 1 В, а на двух последовательно включенных диодах падение напряжения при максимальном прямом токе составляет 2 В. Если выпрямитель рассчитан на низкое выпрямленное напряжение, которое соизмеримо с падением напряжения на диодах, требуется увеличение напряжения на вторичной обмотке трансформатора. Это необходимо учитывать при расчете выпрямителя.

Если необходимо получить выпрямленное напряжение, которое превышает амплитудное значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора, можно использовать однополупериодную схему удвоения выпрямленного напряжения, приведенную на рис.  38.

Рис. 38. Схема однополупериодного удвоения напряжения

В течение первого полупериода, когда ток вторичной обмотки направлен по схеме сверху вниз, открыт диод VD1 и заряжается конденсатор С1, как в схеме однополупериодного выпрямителя. В течение второго полупериода ток вторичной обмотки протекает снизу вверх. Диод VD1 заперт, и отпирается диод VD2. Теперь конденсатор С2 заряжается суммарным напряжением вторичной обмотки трансформатора и напряжением заряженного конденсатора С1, которые соединены согласно. Благодаря этому на конденсаторе С2 образуется удвоенное напряжение. Рабочее напряжение конденсатора С1 равно амплитуде, а рабочее напряжение конденсатора С2 — удвоенной амплитуде напряжения вторичной обмотки трансформатора. Обратные напряжения обоих диодов равны удвоенной амплитуде напряжения вторичной обмотки. Частота пульсаций равна частоте сети — 50 Гц.

Удвоенное напряжение на конденсаторе С2 и низкая частота пульсаций являются недостатком данной схемы. Кроме того, во время заряда конденсатора С2 конденсатор С1 быстро разряжается током заряда конденсатора С2. Во избежание резкого увеличения пульсаций и уменьшения выпрямленного напряжения приходится выбирать емкость С1 значительно больше емкости С2. Поэтому, если использование этой схемы не диктуется построением остальной схемы блока питания, лучше приме нять другую схему удвоения напряжения, показанную на рис. 39.

Рис. 39. Схема двухполупериодного удвоения напряжения

Здесь за один полупериод заряжается через диод один конденсатор, а в течение второго полупериода через второй диод заряжается второй конденсатор. Выходное выпрямленное напряжение снимается с обоих конденсаторов, включенных последовательно и согласно. Каждый конденсатор заряжается по схеме однополупериодного выпрямителя, но суммарное напряжение оказывается двухполупериодным, разряд конденсаторов происходит только через нагрузку, поэтому частота пульсаций вдвое больше частоты питающей сети, а форма выходного напряжения аналогична форме у двухполупериодного выпрямителя. Выходное напряжение почти равно удвоенной амплитуде напряжения вторичной обмотки. Рабочее напряжение обоих конденсаторов равно амплитуде этого напряжения. Обратное напряжение на каждом диоде равно удвоенной амплитуде. Таким образом, использование этой схемы выгоднее, чем схемы, показанной на рис. 38.

Интересно заметить, что при постоянном значении напряжения на вторичной обмотке трансформатора мостовая схема обеспечивает получение выпрямленного напряжения в два раза большего, а схема удвоения напряжения (см. рис. 39) — в четыре раза большего, чем двухполупериодная схема со средней точкой. Следует упомянуть, что в устаревшей литературе схема удвоения напряжения, приведенная на рис. 39, называется схемой Латура.

Рассмотрим еще две схемы выпрямителей с умножением напряжения. На рис. 40 приведена схема выпрямителя с учетверением напряжения, построенная по тому же принципу, что и схема, приведенная на рис. 38.

Рис. 40. Схема однополупериодного умножения напряжения

В течение одного полупериода заряжаются конденсаторы С1 напряжением обмотки и С3 суммой напряжения обмотки и заряженного конденсатора С2 минус напряжение на С1; при этом С2 разряжается. Конденсатор C1 заряжается до амплитуды, а С3 — до удвоенной амплитуды напряжения на обмотке. В течение следующего полупериода заряжаются С2 суммарным напряжением на обмотке и на С1, а также С4 суммой напряжений на обмотке, на С1 и на С3 минус напряжение на С2; при этом С1 и С3 разряжаются. Оба конденсатора С2 и С4 заряжаются до удвоенной амплитуды напряжения на обмотке. Результирующее напряжение снимается с соединенных последовательно и согласно конденсаторов С2 и С4. Частота пульсаций выпрямленного напряжения в этой схеме составляет, как и в схеме на рис. 38, 50 Гц.

На рис. 41 показана двухполупериодная схема учетверения напряжения, подобная схеме, приведенной на рис. 39.

Рис. 41. Схема двухполупериодного умножения напряжения

Принцип ее действия читатель может рассмотреть самостоятельно по аналогии с предыдущими схемами. Здесь частота пульсаций составляет 100 Гц, и два конденсатора С1 и С3 работают при напряжении, равном одинарной амплитуде напряжения вторичной обмотки трансформатора вместо одного конденсатора С1 в схеме на рис.  40. При одинаковом количестве элементов эта схема выгоднее предыдущей.

Достоинством схемы, изображенной на рис. 40, является возможность умножения напряжения в нечетное число раз.

Так, если удалить конденсатор С4 и подключенный к нему диод, а выпрямленное напряжение снимать с конденсаторов С1 и С3, получится утроенное напряжение. Схема же, показанная на рис. 41, позволяет получать только выпрямленное напряжение в четное число раз большее напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

Выпрямление с умножением напряжения не ограничивается его учетверением; подключая дополнительные цепочки, состоящие из диода и конденсатора, можно увеличивать коэффициент умножения. Часто требуется получить высокое выпрямленное напряжение, измеряемое киловольтами. Для достижения этой цели имеются два пути: либо намотать высоковольтную вторичную обмотку трансформатора и выпрямить полученное с нее высокое напряжение простым выпрямителем, либо использовать схему умножения. Второй способ целесообразнее. Высоковольтные обмотки трансформаторов имеют низкую надежность, так как необходимо тщательно изолировать их от других обмоток и от сердечника, а также хорошо изолировать слои этой обмотки один от другого. Кроме того, сама намотка высоковольтных обмоток весьма трудоемка: приходится наматывать тысячи витков очень тонким проводом, который при малейшем натяжении легко рвется. Наконец, выпрямитель требует применения высоковольтных конденсаторов и диодов с очень большим допустимым обратным напряжением. Выход находят путем последовательного соединения нескольких конденсаторов и нескольких диодов. Но тогда при том же количестве конденсаторов и диодов целесообразнее собрать выпрямитель с умножением напряжения, одновременно избавившись от необходимости намотки высоковольтной обмотки трансформатора.

Схема выпрямителя

: определение, типы [Примечания GATE] сигнал 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.

Прочитать статью полностью

Определение схемы выпрямителя

Процесс преобразования переменного (синусоидального) сигнала в постоянный 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 цикле 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 со средним отводом
• Двухполупериодный мостовой выпрямитель

Двухполупериодный выпрямитель со средним 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 смещен в прямом направлении 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 во время 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, называется схемой 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. Это мощность постоянного тока и мощность переменного тока. Всего мы получим четыре преобразования мощности, поскольку у нас есть два типа мощностей. Это преобразование постоянного тока в переменный, переменного в постоянный, постоянного в постоянный и переменного в переменный.

ESE & GATE EC

Electronic & Comm.gategate Eceseese Ecother Series

Избранные статьи

Следите0032

BYJU’S Exam Prep: приложение для подготовки к экзамену

GradeStack Learning Pvt. Ltd.Windsor IT Park, Tower — A, 2nd Floor,

Sector 125, Noida,

Uttar Pradesh 201303

[email protected]

Схема двухполупериодного выпрямителя » Electronics Notes

Мостовой выпрямитель обеспечивает значительные преимущества по сравнению с однополупериодным выпрямителем, обеспечивая лучшее сглаживание и более высокий КПД.

---

Цепи диодного выпрямителя Включают:
Цепи диодного выпрямителя Полупериодный выпрямитель Двухполупериодный выпрямитель Двухдиодный двухполупериодный выпрямитель Двухполупериодный мостовой выпрямитель Синхронный выпрямитель

---

Хотя однополупериодный выпрямитель находит применение для обнаружения сигналов и пиковых значений, он не нашел широкого применения в выпрямлении мощности. Именно в области выпрямления мощности мостовой выпрямитель является наиболее распространенной формой выпрямителя.

Двухполупериодный выпрямитель более сложен, чем двухполупериодный, но двухполупериодный выпрямитель обладает некоторыми значительными преимуществами, в результате чего он почти исключительно используется в этой области.

Двухполупериодный выпрямитель: основы

Концепция двухполупериодного выпрямителя заключается в том, что он использует обе половины формы волны для обеспечения выходного сигнала, что значительно повышает его эффективность.

Сравнение работы однополупериодного и двухполупериодного выпрямителя

Еще одним преимуществом при использовании в источнике питания является то, что результирующий выходной сигнал намного легче сгладить. При использовании сглаживающего конденсатора время между пиками для однополупериодного выпрямителя намного больше, чем для двухполупериодного выпрямителя.

Двухполупериодный выпрямитель обеспечивает лучшее сглаживание

Из принципиальной схемы видно, что основная частота в выпрямленном сигнале в два раза больше частоты исходного сигнала — пиков в выпрямленном сигнале вдвое больше. Это часто можно услышать, когда в аудиоцепи присутствует небольшой фоновый шум.

Преимущества и недостатки двухполупериодного выпрямителя

Хотя схема двухполупериодного выпрямителя требует большего количества диодов, чем схема однополупериодного выпрямителя, она имеет преимущества с точки зрения использования обеих половин альтернативной формы волны для обеспечения выходного сигнала.

Преимущества двухполупериодного выпрямителя

• Использует обе половины формы волны переменного тока
• Легче обеспечить сглаживание за счет частоты пульсаций

Недостатки двухполупериодного выпрямителя

• Более сложный, чем двухполупериодный выпрямитель
• Двухчастотный гул в звуковой цепи может быть более слышимым

Типы схемы двухполупериодного выпрямителя

Существуют две основные формы схемы двухполупериодного выпрямителя, которые можно использовать. Каждый тип имеет свои особенности и подходит для различных приложений.

• Схема двухполупериодного двухполупериодного выпрямителя: Схема двухдиодного двухполупериодного выпрямителя не так широко используется с полупроводниковыми диодами, поскольку требует использования трансформатора с центральным отводом. Однако эта схема выпрямителя широко использовалась во времена термоэлектронных ламп/вакуумных ламп. Поскольку схема выпрямителя с четырьмя лампами была бы большой, вариант с двумя диодами был гораздо предпочтительнее.
  Двухполупериодный выпрямитель с двумя диодами и трансформатором с отводом от середины
• Схема мостового выпрямителя:  В настоящее время конфигурация двухполупериодного мостового выпрямителя используется гораздо шире. Он предлагает более эффективное использование трансформатора, а также не требует трансформатора с центральным отводом. Дополнительными затратами являются два дополнительных диода — не такое уж дорогое дополнение в наши дни.