Схема однополупериодного выпрямителя: Выпрямители: Трехфазный однополупериодный выпрямитель — Club155.ru

Выпрямители: Трехфазный однополупериодный выпрямитель — Club155.ru

Схемы выпрямителей, работающих от трехфазной сети переменного тока, строятся по тем же принципам, что и однофазные выпрямители. Для получения схемы трехфазного однополупериодного выпрямления необходимо использовать три однополупериодных выпрямителя, питающих единую нагрузку, но запитываемых от трех фаз источника входного напряжения со средней точкой (рис. 3.4-11). При таком включении для каждого из трех источников напряжения характерно то, что ток из него поступает в нагрузку только во время одного из двух полупериодов колебаний напряжения (точнее в течение части времени этого полупериода). Три диода выпрямителя открываются по очереди в течение одной трети периода колебаний входного напряжения каждый.

Рис. 3.4-11. Трехфазный однополупериодный выпрямитель

При рассмотрении схемы однофазного двухполупериодного выпрямителя для расчета среднего напряжения нагрузки использовалась формула:

\( U_{н ср} = \cfrac{2}{T} {\huge \int \normalsize}_{0}^{T/2} U_{вх max} \sin{(\omega t)} \operatorname{d}t = \cfrac{2}{T} {\huge \int \normalsize}_{-T/4}^{T/4} U_{вх max} \cos{(\omega t)} \operatorname{d}t\)  

Не трудно показать, что если в общем случае за период колебания входного напряжения \(T\) будут последовательно (но не одновременно) проводить ток \(n\) диодов, то:

 \( U_{н ср \Sigma} = \cfrac{n}{T} {\huge \int \normalsize}_{-T/2n}^{T/2n} U_{вх max} \cos{(\omega t)} \operatorname{d}t\) 

При этом первой из присутствующих на выходе гармоник переменного напряжения будет гармоника с номером \(n\), т. 2 — 1} = 0,25 \) 

Здесь \(U_{вх ф max}\) — амплитуда фазного напряжения на входе выпрямителя. Основная частота пульсаций выходного напряжения равна утроенной частоте входного сигнала.

Максимальное обратное напряжение на каждом диоде равно амплитуде линейного напряжения на входе выпрямителя, т.е.:

\( U_{обр max} = U_{вх л max} = \sqrt{3} \cdot U_{вх ф max} \approx 2,1 \cdot U_{н ср}\) 

К недостаткам данной схемы следует отнести плохое использование трансформатора, который работает с подмагничиванием постоянным током (это явление описывалось при рассмотрении однофазного однополупериодного выпрямителя), и повышенное обратное напряжение на диодах.

26. Однофазный однополупериодный выпрямитель. Диаграммы и принцип работы. Основные параметры схемы.

Однополупериодный
выпрямитель или четвертьмост является
простейшим выпрямителем и включает в
себя один вентиль (диод или тиристор).

Допущения:
нагрузка чисто активная, вентиль —
идеальный электрический ключ.

Напряжение
со вторичной обмотки трансформатора
проходит через вентиль на нагрузку
только в положительные полупериоды
переменного напряжения. В отрицательные
полупериоды вентиль закрыт, всё падение
напряжения происходит на вентиле, а
напряжение на нагрузке Uн равно нулю.
Среднее значение переменного тока по
отношению к подведенному действующему
составит:

Эта
величина вдвое меньше, чем в полномостовом.
Важно отметить, что среднеквадратичное
(устар. эффективное, действующее) значение
напряжения на выходе однополупериодного
выпрямителя будет в корень из 2 меньше
подведенного действующего, а потребляемая
нагрузкой мощность в 2 раза меньше (для
синусоидальной формы сигнала)

Отношение
среднего значения выпрямленного
напряжения Uн ср к действующему значению
входного переменного напряжения Uвх д
называется коэффициентом выпрямления
(Kвып). Для рассматриваемой схемы
Kвып=0,45.

Максимальное
обратное напряжение на диоде Uобр max=Uвх
max=πUн ср , т.е. более чем в три раза
превышает среднее выпрямленное напряжение
(это следует учитывать при выборе диода
для выпрямителя).

Коэффициент
пульсаций, равный отношению амплитуды
низшей (основной) гармоники пульсаций
к среднему значению выпрямленного
напряжения, для описываемой схемы
однополупериодного выпрямителя равен:

Kп=Uпульс
max01Uн ср=π2=1,57.

27. Двуполупериодный выпрямитель со средней точкой. Диаграммы работы. Принцип действия. Основные параметры.

На
интервале времени [0;T/2] под действием
напряжения Uвх1 диод VD1 смещен в прямом
направлении (диод VD2 при этом смещен в
обратном направлении) и поэтому ток в
нагрузочном резисторе определяется
только напряжением Uвх1. На интервале
[T/2;T] диод VD1 смещен в обратном направлении,
а ток нагрузки протекает через
прямосмещенный диод VD2 и определяется
напряжением Uвх2. Таким образом, средние
значения тока и напряжения на нагрузочном
резисторе в случае двухполупериодного
выпрямления будут в два раза превышать
аналогичные показатели для однополупериодной
схемы:

Uвх
max и Iвх max — максимальные амплитудные
значения входного напряжения и тока
выпрямителя (по одному из напряжений
питания),

Uвх
д и Iвх д — действующие значения входного
напряжения и тока выпрямителя .

Отрицательным
свойством двухполупериодной схемы
выпрямления со средней точкой является
то, что во время прохождения тока через
один из диодов обратное напряжение на
другом (закрытом) диоде в пике достигает
удвоенного максимального входного
напряжения: Uобр max=2Umax. Этого нельзя
забывать при выборе диодов для выпрямителя.

Основная
частота пульсаций выпрямленного
напряжения в данной схеме будет равна
удвоенной частоте входного напряжения.
Коэффициент пульсаций рассчитанный по
методике, аналогичной описанной для
схемы однофазного однополупериодного
выпрямителя (разложение в ряд Фурье и
выделение первой составляющей пульсаций)
будет равен: Kп=0,67.

параметры
смотреть в предыдущем пункте.

28.
Однофазный мостовой выпрямитель.
Диаграммы работы и принцип действия.
Основные параметры выпрямителя.

Схема:

Диаграммы
работы:

Принцип
работы:

В
однофазной мостовой схеме к одной из
диагоналей моста подключается источник
переменного напряжения (вторичная
обмотка трансформатора), а к другой –
нагрузка.

В
мостовой схеме диоды работают попарно:
в течение одной половины периода сетевого
напряжения ток протекает от вторичной
обмотки трансформатора по цепи VD1, RН,
VD2, а на втором полупериоде – по цепи
VD3, RН, VD4, причем в каждом полупериоде
через нагрузку ток проходит в одном
направлении, что и обеспечивает
выпрямление. Коммутация диодов происходит
в моменты перехода переменного напряжения
через нуль.

где
U2 ─ действующее значение переменного
напряжения на входе выпрямителя.

Параметры:

• Максимальное
  обратное напряжение на диоде в
  непроводящую часть периода

• Амплитуда
  основной гармоники выпрямленного
  напряжения с частотой 2ω

следовательно,

29.
Назначение сглаживающих фильтров. Схема
однофазного однополупериодного
выпрямителя с емкостным фильтром.
Особенности работы. Внешние характеристики
выпрямителей с фильтрами

Сглаживающий
фильтр
— устройство, предназначенное для
уменьшения переменной составляющей
выпрямленного напряжения до величины,
при которой обеспечивается нормальная
работа питаемой аппаратуры или её
каскадов.

Схема
однофазного однополупериодного
выпрямителя с емкостным фильтром.

Особенности
работы.

Для
снижения уровня пульсаций на выходе
выпрямителя включаются разнообразные
индуктивно-емкостные фильтры. Наличие
конденсаторов и индуктивностей в цепи
нагрузки оказывает значительное влияние
на работу выпрямителя. В маломощных
выпрямителях обычно применяют простейший
емкостный фильтр, который представляет
собой конденсатор, включенный параллельно
нагрузке.

В
установившемся режиме работы, когда
напряжение на входе выпрямителя Uвх больше
напряжения на нагрузке Uн и
диод выпрямителя открыт, конденсатор
будет подзаряжаться, накапливая энергию,
поступающую от внешнего источника.
Когда же напряжение на входе выпрямителя
упадет ниже уровня открывания диода и
он закроется, конденсатор начнет
разряжаться через Rн,
предотвращая при этом быстрое падение
уровня напряжения на нагрузке. Таким
образом, результирующее напряжение на
выходе выпрямителя (на нагрузке) окажется
уже не таким пульсирующим, а будет
значительно сглажено, причем тем сильнее,
чем большую емкость будет иметь
применяемый конденсатор.

Обычно,
емкость конденсатора фильтра выбирают
такой, чтобы его реактивное сопротивление
было намного меньше сопротивления
нагрузки (1/ωC ≪Rн).
В этом случае пульсации напряжения на
нагрузке малы и допустимо предполагать,
что это напряжение постоянно (Uн ≈const).

30.
Основные параметры стабилизаторов
напряжения. Параметрические стабилизаторы.

Основные
параметры стабилизатора:

1.
Коэффициент
стабилизации,
равный отношению приращений входного
и выходного напряжений. Коэффициент
стабилизации характеризует качество
работы стабилизатора.

2.
Выходное
сопротивление стабилизатора
Rвых
= Rдиф
Для
нахождения Кст и Rвых рассматривается
схема замещения стабилизатора для
приращений. Нелинейный элемент работает
на участке стабилизации, где его
сопротивление переменному току Rдиф
является параметром стабилизатора.

Дифференциальное
сопротивление Rдиф определяется из
уравнения:

Для
схемы замещения получаем коэффициент
стабилизации с учетом, что Rн >> Rдиф
и Rбал >> Rдиф,:

Параметрический
стабилизатор:

В
приведенной схеме, при изменении входного
напряжения или тока нагрузки — напряжение
на нагрузке практически не меняется
(оно остаётся таким же, как и на
стабилитроне), вместо этого изменяется
ток через стабилитрон (в случае изменения
входного напряжения и ток через балластный
резистор тоже). То есть, излишки входного
напряжения гасятся балластным резистором,
величина падения напряжения на этом
резисторе зависит от тока через него,
а ток через него зависит в том числе от
тока через стабилитрон, и таким образом,
получается, что изменение тока через
стабилитрон регулирует величину падения
напряжения на балластном резисторе.

Коэффициент
стабилизации
параметрического стабилизатора
напряжения

Кст
= 5 ÷ 30
Для получения повышения
стабилизированного напряжения применяют
последовательное включение
стабилитронов.
Параллельное включение
стабилитронов не допускается. С целью
увеличения коэффициента стабилизации
возможно каскадное включение нескольких
параметрических стабилизаторов
напряжения.

31.
Структурные схемы компенсационных
стабилизаторов. Принципиальная схема
непрерывного стабилизатора напряжения.
Получить выражение для выходного
напряжения. Недостатки таких стабилизаторов.

Компенсационный
стабилизатор напряжения, по сути,
является устройством, в котором
автоматически происходит регулирование
выходной величины, то есть он поддерживает
напряжение на нагрузке в заданных
пределах при изменении входного
напряжения и выходного тока. По сравнению
с параметрическими компенсационные
стабилизаторы отличаются большими
выходными токами, меньшими выходными
сопротивлениями, большими коэффициентами
стабилизации.

Непрерывный

Принципиальная
схема стабилизатора напряжения
непрерывного действия приведена на
рис. б.
Здесь роль ИЭ выполняет делитель
напряжения на резисторах R₁ и R₂.
Балластный резистор R_б и
стабилитрон VD представляют
собой маломощный параметрический
стабилизатор, выполняющий роль ИОН.
Операционный усилитель (ОУ) DA,
включенный по схеме дифференциального
усилителя, выполняет роль УС.
ТранзисторVT является
РЭ стабилизатора.

Выходное
напряжение стабилизатора можно
регулировать, меняя соотношение
сопротивлений делителя R₁ и R₂:

Однополупериодный выпрямитель, принцип его работы и схема

Рубрики

• 
  Автомобили
  
• 
  Бизнес
  
• 
  Дом и семья
  
• 
  Домашний уют
  
• 
  Духовное развитие
  
• 
  Еда и напитки
  
• 
  Закон
  
• 
  Здоровье
  
• 
  Интернет
  
• 
  Искусство и развлечения
  
• 
  Карьера
  
• 
  Компьютеры
  
• 
  Красота
  
• 
  Маркетинг
  
• 
  Мода
  
• 
  Новости и общество
  
• 
  Образование
  
• 
  Отношения
  
• 
  Публикации и написание статей
  
• 
  Путешествия
  
• 
  Реклама
  
• 
  Самосовершенствование
  
• 
  Спорт и Фитнес
  
• 
  Технологии
  
• 
  Финансы
  
• 
  Хобби
  

• 
  О проекте
• 
  Реклама на сайте
• 
  Условия
• 
  Конфиденциальность
• 
  Вопросы и ответы




FB

Войти


Роб Коэн (режиссер первой части «Форсажа») рассказал об ошибках в фильме Чистая лимфа — залог здоровья и крепкого иммунитета: перец и еще 6 продуктов Схема полноволнового выпрямителя

(выпрямитель с центральным ответвлением и мостовой выпрямитель)

Процесс преобразования переменного тока в постоянный — это выпрямление . Любой автономный блок питания имеет блок выпрямления, который преобразует либо источник настенной розетки переменного тока в постоянный ток высокого напряжения, либо пониженный источник настенной розетки переменного тока в постоянный ток низкого напряжения. Дальнейшим процессом будет фильтрация, преобразование постоянного тока в постоянный и т.д. Итак, в этой статье мы собираемся обсудить операции двухполупериодного выпрямителя .Двухполупериодный выпрямитель имеет более высокий КПД по сравнению с полуволновым выпрямителем.

Двухполупериодное выпрямление можно выполнить следующими способами.

1. Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом
2. Мостовой выпрямитель (с использованием четырех диодов)

Если две ветви схемы соединены третьей ветвью с образованием петли, то сеть называется мостовой схемой .Из этих двух предпочтительным типом является схема мостового выпрямителя , использующая четыре диода, поскольку для двухдиодного типа требуется трансформатор с отводом по центру и он не надежен по сравнению с мостовым типом. Также диодный мост выпускается в единой упаковке. Некоторые из примеров: DB102, GBJ1504, KBU1001 и т. Д.

Мостовой выпрямитель превосходит надежность полумостового выпрямителя с точки зрения снижения коэффициента пульсаций для той же схемы фильтра на выходе. Напряжение переменного тока имеет синусоидальную форму с частотой 50/60 Гц.Форма волны будет такой, как показано ниже.

Работа полноволнового выпрямителя:

Давайте теперь рассмотрим переменное напряжение с меньшей амплитудой 15Vrms (21Vpk-pk) и выпрямим его в постоянное напряжение с помощью диодного моста. Форма волны переменного тока может быть разделена на положительный полупериод и отрицательный полупериод. Все напряжение и ток, которые мы измеряем с помощью цифрового мультиметра, по своей природе являются среднеквадратичными. Следовательно, то же самое рассматривается ниже в моделировании Greenpoint.

Во время положительного полупериода диоды D2 и D3 будут проводить, а во время отрицательного полупериода диоды D4 и D1 будут проводить. Следовательно, в течение обоих полупериодов диод будет проводящим. Форма выходного сигнала после выпрямления будет такой, как показано ниже.

Чтобы уменьшить пульсации в форме волны или сделать ее непрерывной, мы должны добавить на выходе конденсаторный фильтр . Работа конденсатора параллельно нагрузке предназначена для поддержания постоянного напряжения на выходе.Таким образом, можно уменьшить пульсации на выходе.

С конденсатором 1 мкФ в качестве фильтра:

Выход с фильтром 1 мкФ ослабляет волну только до определенной степени, потому что емкость накопителя энергии на 1 мкФ меньше. Приведенная ниже форма волны показывает результат фильтрации.

Так как на выходе все еще присутствует пульсация, мы собираемся проверить выход с разными значениями емкости. На диаграмме ниже показано уменьшение пульсации в зависимости от значения емкости, т.е., емкость хранения заряда.

Формы выходных сигналов: зеленый — 1 мкФ, синий — 4,7 мкФ; Горчично-зеленый — 10 мкФ; Темно-зеленый — 47 мкФ

Операции с конденсатором:

Во время как положительного, так и отрицательного полупериода пара диодов будет находиться в состоянии прямого смещения, и конденсатор заряжается, а нагрузка получает питание. Интервал мгновенного напряжения, при котором запасенная энергия в конденсаторе выше, чем мгновенное напряжение, которое конденсатор подает в него запасенную энергию.Чем больше емкость накопления энергии, тем меньше пульсация формы выходного сигнала.

Коэффициент пульсации можно рассчитать теоретически по,

Рассчитаем его для любого номинала конденсатора и сравним с полученными выше осциллограммами.

R _{нагрузка} = 1кОм; f = 100 Гц; C _из = 1 мкФ; I _{постоянного тока} = 15 мА

Следовательно, Коэффициент пульсации = 5 В

Разница в коэффициенте пульсаций будет компенсирована при более высоких значениях емкости конденсатора. КПД двухполупериодного выпрямителя выше 80%, что вдвое больше, чем у полуволнового выпрямителя.

Практичный полноволновой выпрямитель:

В мостовом выпрямителе используются следующие компоненты:

1. Понижающий трансформатор 220В / 15В переменного тока.
2. 1N4007 — Диоды
3. Резисторы
4. Конденсаторы
5. MIC RB156

Здесь для среднеквадратичного напряжения 15 В пиковое напряжение будет до 21 В. Следовательно, используемые компоненты должны быть рассчитаны на 25 В и выше.

Работа контура:

Понижающий трансформатор:

Понижающий трансформатор состоит из первичной и вторичной обмоток, намотанных на многослойный железный сердечник. Количество витков первичного будет выше, чем вторичного. Каждая обмотка действует как отдельные индукторы. Когда первичная обмотка питается от переменного источника, обмотка возбуждается и создается магнитный поток. На вторичную обмотку воздействует переменный поток, создаваемый первичной обмоткой, который наводит ЭДС во вторичную обмотку.Эта наведенная ЭДС затем протекает через подключенную внешнюю цепь. Соотношение витков и индуктивность обмотки определяют величину магнитного потока, генерируемого первичной обмоткой и индуцированного во вторичной обмотке. В трансформаторе используется ниже

Напряжение питания 230 В переменного тока от настенной розетки понижается до 15 В переменного тока среднеквадратичного значения с помощью понижающего трансформатора. Затем питание подается на схему выпрямителя , как показано ниже.

Схема двухполупериодного выпрямителя без фильтра:

Соответствующее напряжение на нагрузке равно 12.43 В, потому что на цифровом мультиметре можно увидеть среднее выходное напряжение прерывистой формы волны.

Цепь полноволнового выпрямителя с фильтром:

Если добавлен конденсаторный фильтр, как показано ниже,

1. Для C _out = 4,7 мкФ, пульсации уменьшаются и, следовательно, среднее напряжение увеличивается до 15,78 В

2. Для C _out = 10 мкФ, пульсации уменьшаются и, следовательно, среднее напряжение увеличивается до 17.5В

3. Для C _out = 47 мкФ, пульсации еще больше уменьшаются, и, следовательно, среднее напряжение увеличивается до 18,92 В

4. Для C _out = 100 мкФ любое значение емкости, превышающее это, не будет иметь большого эффекта, поэтому после этого форма волны будет тонко сглажена, и, следовательно, пульсации будут низкими. Среднее напряжение увеличилось до 19,01В

Выпрямители

Выпрямители

Elliott Sound Products

Выпрямители, выбор и использование

Род Эллиотт (ESP)
© Февраль 2018 г.

верхний

---

Указатель статей

Главный указатель

---

Содержание

---

Введение

Несмотря на то, что на веб-сайте ESP есть несколько страниц, на которых описываются различные выпрямители, используемые в источниках питания, эта страница была добавлена, чтобы показать различные топологии выпрямителей, которые могут быть найдены в любом количестве продуктов. Каждый (кроме «зажима напряжения») использует одинаковый входной ток и ток нагрузки для простоты сравнения, поэтому легче увидеть взаимосвязь в «идеальном» случае.

На самом деле трансформатор будет добавлять последовательное сопротивление из-за сопротивления обмоток первичной и вторичной обмоток, но оно не было учтено, потому что это делает сравнение менее ясным. Тем не менее, он присутствует всегда, а пиковый входной ток позволяет рассчитать потери напряжения для вашего приложения. «Токен» резистор 1 Ом используется последовательно со всеми источниками напряжения, чтобы сделать сравнения более разумными.

Все показанные формы сигналов предполагают наличие сети 50 Гц, полное сопротивление источника 1 Ом и напряжение переменного тока от трансформатора пиковое 50 В (35,4 В RMS). Если трансформатор имеет двойную обмотку, каждая половина обмотки имеет одинаковое сопротивление (1 Ом) и напряжение. Резистор выходной нагрузки масштабируется по мере необходимости для выходной мощности (близкой к) 20 Вт. Например, если напряжение постоянного тока составляет 50 В, выходное сопротивление будет 125 Ом, что дает средний ток 400 мА. Емкость фильтра настраивается на такое значение, которое обеспечивает пульсацию выходного напряжения около 2 В пиковое / пиковое значение.Некоторые вариации неизбежны, особенно когда вам нужно использовать значения, которые вы можете получить, а не значения, показанные на чертежах.

Нелегко убедиться, что выходная мощность и / или пульсации соответствуют заданным, поэтому в реальной жизни будут наблюдаться небольшие отклонения. Однако это меньше ожидаемой разницы из-за напряжения сети, которое может изменяться на ± 10%, а иногда и больше. Цель обеспечения разумно постоянной мощности нагрузки — гарантировать, что сравнения будут как можно более простыми, но неизбежны конфликты, поэтому важно, чтобы читатель понимал приложение.

Хотя для каждого типа выпрямителя предоставляется простая таблица, она идеализирована и отражает только рабочие характеристики с указанным импедансом источника и нагрузки. Падение напряжения на диоде основано на «идеальном» диоде, который имеет нормальное прямое напряжение 0,65 В, но не имеет заметного внутреннего сопротивления. Входной ток для любого выпрямителя зависит от полного сопротивления источника, поэтому значения, показанные в примерах, в действительности будут другими. Фактический ток зависит от трансформатора, диодов и тока нагрузки.На отношения ввода / вывода также влияют импедансы компонентов, но показанные на рисунке дают представление о том, чего вы можете ожидать. Все показанные напряжения и токи постоянного тока являются средними, а переменный ток — среднеквадратичным (за исключением полуволны, которая показывает среднее значение переменного тока).

Обратите внимание, что 1,414 — это квадратный корень из двух (√2) и предполагает наличие неискаженной синусоиды. Реальность будет другой. «PIV» — это пиковое обратное напряжение (максимальное напряжение блокировки для диода).

Пиковое напряжение = В _{дюймов (СКЗ)} × 1. 414

На чертежах я показал источник напряжения, а не обмотку трансформатора. Это было сделано для того, чтобы рисунки были последовательными, и чтобы все было максимально понятно. Источник напряжения и сопротивление источника (Rs) рассматриваются как единое целое и поддерживаются для всех типов выпрямителей. Обмотку трансформатора можно просто использовать вместо этих двух частей в «реальной» цепи.

Если вы не уверены в трансформаторах, прочтите статью «Трансформаторы — Часть 1» (вместе с Частью 2) и / или Источники питания для более полного описания и подробного анализа.Эта статья предназначена только для ознакомления с различными типами выпрямителей, которые широко используются, и не предназначена для замены каких-либо других материалов, уже опубликованных на сайте ESP. Во всех случаях входное напряжение считается напряжением генератора (без учета последовательного сопротивления) и определяется по …

Значение «коэффициента мощности нагрузки» выводится из фактической мощности нагрузки (в нагрузочном резисторе) и входной ВА (действующее значение напряжения × действующее значение тока). Это приведено в качестве сравнительного рисунка, чтобы вы могли видеть различия в схемах, как показано (идеальный коэффициент мощности равен единице (1), но это , никогда не достигается с какой-либо простой схемой выпрямителя).В действительности цифра будет варьироваться в зависимости от фактического сопротивления / импеданса источника. Это также приведет к тому, что напряжения и токи будут отличаться от указанных. По мере увеличения импеданса источника пиковый ток (в частности) уменьшается, как и выходное напряжение.

Коэффициент мощности важен, потому что он говорит нам, что если вам нужна выходная мощность 100 Вт постоянного тока, требуется трансформатор не менее 180 ВА, независимо от типа выпрямителя, иначе он будет перегружен. Кратковременные перегрузки не вызовут проблем, но если они продолжительны, трансформатор перегреется и выйдет из строя.Если бы кто-то был достаточно глуп, чтобы использовать однополупериодный выпрямитель, трансформатор все равно перегреется из-за высокой составляющей постоянного тока в обмотках, которая вызовет насыщение, сильную перегрузку по току и гарантированный отказ.

Пиковое напряжение = _{В (среднеквадратичное значение)} × 1,414 (при условии неискаженного синусоидального сигнала на входе).

Когда любой источник питания, использующий диоды, питает конденсатор фильтра, диоды могут проводить только тогда, когда пиковое напряжение переменного тока превышает любое напряжение, остающееся на конденсаторе.Это означает, что форма волны переменного тока искажена (больше не синусоида), и пиковый ток должен быть достаточно большим, чтобы перезарядить конденсатор фильтра, и питают нагрузку. Каждый объяснение ниже указывает пиковый ток, и он всегда намного больше среднего. Это приводит к относительно плохому использованию трансформатора, поскольку ток протекает намного меньше, чем полный период полупериода (10 мс для сети 50 Гц, 8,33 мс для 60 Гц). Период проводимости диода редко превышает 2-3 мс, а обычно намного меньше. В качестве примера, если пиковый ток диода составляет 3 А, а последовательное сопротивление трансформатора и диода равно 1 Ом, пиковое напряжение уменьшается на 3 В, плюс прямое напряжение диода (0,75 В для каждого проводящего диода). Это означает, что трансформатор с пиковым выходом 50 В (35 В RMS) не может обеспечить выход 50 В постоянного тока. Для мостового выпрямителя максимальный уровень постоянного тока с пиковым выходом 3 А составляет 45,5 В, при этом среднее значение немного меньше из-за наложенной пульсации.

Имейте в виду, что приведенное выше примечание включает ряд упрощений, и в действительности это может немного отличаться.Тем не менее, в эту статью не входит вдаваться в подробности, поэтому я предлагаю вам также прочитать статьи о конструкции блоков питания и трансформаторах. Хотя процесс выпрямления переменного напряжения кажется довольно простым, на самом деле он довольно сложен при внимательном рассмотрении. Для большинства источников питания небольшая погрешность не имеет значения. Нормальное сетевое напряжение изменяется намного больше, чем любая небольшая ошибка из-за сделанных упрощений, и лишь немногие трансформаторы предоставляют свое точное напряжение «паспортной таблички», потому что оно зависит от потребляемого тока.

Обратите внимание, что фильтры на входе дросселя не включены. Это особый случай, и сегодня они редко используются для «линейных» (то есть с частотой сети) источников питания. Кроме того, имейте в виду, что термин «линейный» на самом деле неверен при описании выпрямителей. Форма волны тока не является линейной (то есть не синусоидальной) , а состоит из коротких импульсов тока, когда входное напряжение превышает напряжение на сглаживающем конденсаторе. Само собой разумеется, что ток не может течь, когда диоды смещены в обратном направлении, и это ситуация для более 70% формы волны входного напряжения.Ток обычно протекает около 15% или меньше каждого полупериода. Например, диоды могут проводить 1,5 мс за каждые 10 мс полупериода (для сети 50 Гц).

---

1 — Полуволна

Это самый простой и наименее желательный. Ни к чему не рекомендуется. Нет необходимости использовать полуволновой выпрямитель, учитывая низкую стоимость подходящих диодов, и поскольку он вводит постоянный ток через обмотку (и) трансформатора, на удивление легко вызвать насыщение трансформатора, которое может привести к выходу трансформатора из строя из-за чрезмерного -температура.

Рисунок 1 — Полуволновой выпрямитель

Ток протекает только тогда, когда вторичное напряжение трансформатора больше положительного, чем остающееся напряжение на крышке фильтра (C1). Поскольку ток является однонаправленным, это создает постоянный ток через вторичную обмотку. С тороидальным трансформатором вам может потребоваться всего несколько десятков миллиампер, чтобы вызвать серьезные проблемы.

Пульсация на выходе соответствует частоте сети. Требуемый диод PIV равен удвоенному пиковому входному напряжению, поэтому для пикового входа 50 В требуются диоды 100 В (минимум).Пиковый входной ток составляет 4,75 А, среднее значение — 444 мА постоянного тока. Среднее выходное напряжение постоянного тока составляет 44,5 В постоянного тока с 19,7 Вт при нагрузке 100 Ом. Напряжение ниже ожидаемого, поскольку высокий пиковый ток вызывает значительную потерю напряжения на сопротивлении источника 1 Ом. Ток пульсаций конденсатора составляет пиковое значение 4,3 А (среднеквадратичное значение 1,22 А).

Я рекомендую, чтобы этот выпрямитель никогда не использовался для чего-либо, что требует более (небольших) нескольких миллиампер тока нагрузки (и это имеет сомнительную ценность для всех).См. Раздел «Возвращение к полуволнам», чтобы увидеть некоторые результаты тестирования и осциллограммы.

Входной ток	445 мА в среднем (1,3 A RMS, 4,75 A пиковое)
Выходной ток	445 мА
Ток конденсатора	1,22 A RMS
Коэффициент мощности нагрузки	0,435

---

2 — полная волна

«Традиционный» двухполупериодный выпрямитель был популярен в эпоху ламповых (вакуумных) ламп, поскольку его было легко сделать с одним выпрямительным клапаном с общим катодом и двумя анодами.Однако для этого требуется больше провода на трансформаторе, который должен быть тоньше, чем хотелось бы, чтобы провод мог физически войти в окно обмотки трансформатора. Хотя он удобен, он не подходит для мостового выпрямителя, который достигает того же результата с одной обмоткой трансформатора, сопротивление которой обычно будет меньше половины сопротивления каждой показанной обмотки.

Двухполупериодные выпрямители

снова широко используются в импульсных источниках питания (SMPS), потому что количество необходимых витков невелико, и дешевле добавить несколько витков к высокочастотному трансформатору, чем покупать дополнительные высокоскоростные диоды.Он также подходит для других схем выпрямления, таких как синхронные выпрямители (использующие полевые МОП-транзисторы), которые имеют очень низкие потери.

Рисунок 2 — Полноволновой выпрямитель

В обмотках трансформатора отсутствует net DC. Каждая половина обмотки имеет значительную составляющую постоянного тока, но две обмотки имеют противоположные фазы, поэтому составляющая постоянного тока устраняется. Двухполупериодный выпрямитель обычно используется парами и используется с противоположными полярностями диода и конденсатора для одновременной генерации положительного и отрицательного напряжения питания. Затем он становится двухполупериодным (с двойным питанием) мостовым выпрямителем, который показан ниже.

Пульсации на выходе соответствуют удвоенной частоте сети, диод PIV составляет удвоенное пикового входного напряжения. Пиковый вход 50 В требует диодов 100 В (минимум).

Обратите внимание, что C1 — это почти половина значения, необходимого для полуволнового выпрямителя, при этом пиковые и средние токи существенно уменьшены.

Входной ток	2 × 230 мА (среднеквадратичное значение) (пик 3 А)
Выходной ток	460 мА
Ток конденсатора	938 мА RMS
Коэффициент мощности нагрузки	0.65

---

3 — мост

Мостовой выпрямитель является двухполупериодным и максимально использует обмотку трансформатора. Это наиболее эффективный выпрямитель из широко используемых, и легко доступны диодные мосты с множеством различных номиналов напряжения и тока, подходящие для большинства потребностей в источниках питания общего назначения. В обмотке трансформатора нет постоянного постоянного тока, поскольку ток подается симметрично через два последовательно включенных диода для каждой полярности. Это предпочтительный выпрямитель для подавляющего большинства приложений, так как его производительность, как правило, трудно превзойти с другими топологиями.Мост иногда называют цепью Гретца или мостом Гретца ^[2] .

Мостовые выпрямители

, вероятно, являются одними из самых распространенных и могут быть выполнены с дискретными диодами или приобретены в виде инкапсулированного модуля. Номинальное напряжение колеблется от 50 В до 1 кВ или более, при длительном среднем токе от 150 мА до 1000 А. Пиковый ток может быть намного выше — даже диоды на 1 А могут выдерживать неповторяющийся импульсный ток 30 А или около того (хотя и менее 10 мс).Для серьезных источников питания (усилители мощности, настольные источники питания и т. Д.) Мостовой модуль на 400 В, 35 А удобен, чрезвычайно надежен и обычно недорог. Это моя рекомендация для всех подобных приложений.

Рисунок 3 — Мостовой выпрямитель

Хотя наличие двух последовательно соединенных диодов является небольшой проблемой, потеря напряжения обычно меньше 1 В по сравнению с двухполупериодной схемой. На самом деле, это более чем компенсируется тем фактом, что обмотка трансформатора полностью используется для положительных и отрицательных полупериодов, поэтому чаще всего наблюдается чистое увеличение выходного напряжения для данного выходного напряжения и тока с любым данным трансформатором. .

Пульсации на выходе при двойной частоте сети, диод PIV — пиковое входное напряжение. Пиковый вход 50 В требует диодов 50 В (минимум).

Пиковый входной ток составляет чуть более 3 А (1,04 А RMS) для выходного тока 453 мА (20,5 Вт при нагрузке 100 Ом). Ток пульсации конденсатора составляет пиковое значение 2,6 А (938 мА RMS).

Входной ток	1,04 мА (среднеквадратичное значение) (пиковое значение 3 А)
Выходной ток	454 мА
Ток конденсатора	953 мА RMS
Коэффициент мощности нагрузки	0.57

---

4 — Полуволновой удвоитель напряжения

Это еще одна схема, которую сложно рекомендовать. Несмотря на название, в обмотке трансформатора нет , нет чистого постоянного тока , но входной ток намного выше, чем вы можете ожидать. Поскольку ввод осуществляется через конденсатор, трансформатор постоянного тока быть не может. C1 проходит положительные пики, когда напряжение больше, чем на C2, и перезаряжается во время отрицательных пиков. Номинальное напряжение для C1 такое же, как пиковое напряжение переменного тока (50 В для показанного примера).C2 должен быть рассчитан на , удвоенное на пиковое входное напряжение, потому что оно на полном выходе (примерно 92 В для показанной схемы). Источник входа и выход имеют общее соединение, которое может быть полезно. Двухполупериодный удвоитель использует такое же количество частей, но имеет меньшую пульсацию (при том же размере конденсатора), потребляет меньший пиковый ток от источника и является предпочтительным вариантом для большинства приложений.

Рисунок 4 — Полуволновой удвоитель напряжения

Пульсация на выходе соответствует частоте сети, а значение PIV на диоде удвоено на пикового входного напряжения.Пиковый вход 50 В требует диодов 100 В (минимум). Остерегайтесь пульсаций тока конденсатора, который составляет около 3 А (1 А RMS) для выходного напряжения 91 В постоянного тока (при выходном токе 227 мА).

Два конденсатора не должны быть одинакового номинала. C1 может быть меньше, чем C2, что не влияет на пульсации выходного напряжения. Однако, если C1 слишком мал, выходное напряжение будет ограничено из-за емкостного реактивного сопротивления (импеданса) конденсатора.

Полуволновой удвоитель может быть полезным дополнением к автономному (питание напрямую от сети) блоку питания, но он не может и не должен использоваться для питания чего-либо с доступными для пользователя терминалами.Этот тип источника питания описан в статье «Источники питания малой мощности» и здесь не рассматривается.

Входной ток	1,04 мА RMS (пик 3A) — Также относится к C1
Выходной ток	227 мА
Ток конденсатора	953 мА RMS
Коэффициент мощности нагрузки	0,58

---

5 — Двухполупериодный удвоитель напряжения

Это полезная схема, которая не редкость для ламповых усилителей, и это рекомендуемый выпрямитель, если вы понимаете ограничения.В обмотке трансформатора нет , нет чистого постоянного тока, но входной ток снова выше, чем вы могли ожидать. Он превосходит полуволновую версию во всех отношениях, но не имеет общего соединения между источником и выходом, что может быть важно в некоторых схемах.

Рисунок 5 — Полноволновой удвоитель напряжения

Пульсации на выходе соответствуют удвоенной частоте сети, диод PIV составляет удвоенное пикового входного напряжения. Пиковый вход 50 В требует диодов 100 В (минимум). Пиковый входной ток составляет чуть менее 3 А для выходного тока 228 мА (20.8 Вт при нагрузке 400 Ом). Такое расположение имеет то преимущество, что на центральном отводе конденсатора имеется выходное напряжение половинного напряжения (около 46 В постоянного тока), но здесь пульсация составляет , частота сети .

Пульсации напряжения 50 Гц центрального отвода составляет 2 В от пика до пика без нагрузки, и оно увеличивается (возможно, значительно), если потребляется ток. Для обеих крышек требуется рабочее напряжение, составляющее половину общего выходного напряжения (минимум 50 В постоянного тока для этого примера), поскольку они подключены последовательно. Пульсации конденсатора и пиковые токи такие же, как и для полуволнового удвоителя (711 мА RMS, 2.Пик 8А). Пиковый входной ток составляет 3 А (711 мА RMS).

Пульсация на выходе соответствует частоте сети, а значение PIV на диоде удвоено на пикового входного напряжения. Пиковый вход 50 В требует диодов 100 В (минимум).

Входной ток	1,06 A RMS (3,05 A пик)
Выходной ток	230 мА
Ток конденсатора	712 мА RMS
Коэффициент мощности нагрузки	0.56

При использовании двойного источника питания (например, ± 15 В после регулирования, имейте в виду, что пульсации на частоте сети на обоих выходах. Это означает, что конденсаторы фильтра должны быть больше, чем у двухполупериодного моста с центральным отводом (показан следующий). Хотя теперь это неизбежно проблема, вам нужно знать, что — это .

---

6 — Полноволновой мост с двойным питанием

Эта схема представляет собой просто пару двухполупериодных выпрямителей, каждый из которых имеет противоположную полярность для диодов и конденсаторов.Поскольку в нем обычно используется стандартный инкапсулированный мостовой выпрямитель, он более известен как мостовой выпрямитель с двойным питанием. Характеристики каждой полярности (почти) не зависят от другой, но потери в трансформаторе относятся к каждому выходу, даже если он не имеет нагрузки. Это не ограничение в реальных приложениях, и выходы можно рассматривать как независимые для всех практических целей.

Рисунок 6 — Полноволновой мостовой выпрямитель с двойным питанием

Пульсации на выходе в два раза превышают частоту сети на каждом выходе, а диод PIV представляет собой сумму двух обмоток (100 В для показанного примера).

Входной ток	2 × 1,06 A RMS (пиковое значение 3,05 A)
Выходной ток	2 × 460 мА
Ток конденсатора	953 мА RMS
Коэффициент мощности нагрузки	0,56

---

7 — Умножитель напряжения

Следующий класс выпрямителей — это умножители напряжения. Я решил нарисовать схему тройника в «традиционном» формате, с диодами и колпачками, образующими треугольный узор.Это было сделано для того, чтобы схема была сразу узнаваема, поскольку это наиболее распространенный способ построения схем.

Умножители

обычно используются только тогда, когда требуются особенно высокие напряжения при очень низком (или почти нулевом) токе. Хотя удвоитель напряжения технически представляет собой умножитель напряжения , он, как правило, не классифицируется как умножитель напряжения, потому что он гораздо чаще используется для силовых приложений (хотя удвоители малой мощности также распространены в схемах измерения). Чаще всего умножители напряжения использовались в схеме «тройника», которая была стандартной для всех цветных телевизоров и мониторов с ЭЛТ.Триплер генерировал ускоряющее напряжение для последнего анода электронно-лучевой трубки.

Умножители напряжения

также используются для генерации поляризующих напряжений для электростатических громкоговорителей, ламп Гейгера-Мюллера или фотоумножителей и многих других схем, которым требуется высокое напряжение при низком токе. Обычно умножитель работает от более высокой частоты, чем частота сети. В наборах CRT (система PAL) частота составляла 15 625 Гц (частота горизонтального отклонения), но более высокие частоты не редкость.Это позволяет использовать конденсаторы меньшего размера, но тогда диоды должны быть быстродействующими или сверхбыстродействующими.

Рисунок 7 — Триплер напряжения

Хотя показан тройник, любое желаемое умножение может быть создано путем добавления дополнительных диодов и конденсаторов. Напряжение на С1 такое же, как пиковое входное напряжение, но на всех остальных напряжениях вдвое больше. Все диоды подвергаются двойному пиковому входному напряжению переменного тока. Таблица условий эксплуатации не относится к умножителям напряжения, но показанная схема отображает только 1.9 мА (среднеквадратичное значение), но это для довольно мизерных 147 мкА выходного тока. Ситуация ухудшается по мере добавления новых стадий. Хотя можно потреблять больший ток, конденсаторы должны быть больше, иначе вы можете принять более низкое напряжение.

Чтобы расширить умножитель для увеличения выходного напряжения, просто продублируйте D2, C3 и D3 (одна «ступень»). Каждый дополнительный каскад увеличивает выходное напряжение на максимальное пиковое напряжение от генератора, в показанном случае добавляется 100 В с каждой новой секцией. Расширение до четырех секций даст выход, приближающийся к 250 В, но выход начинает сильно проседать при большом количестве ступеней.Например, пять ступеней должны давать 350 В, но при сохранении нагрузки 1 МОм напряжение будет только около 320 В.

Вы регулярно будете видеть эту схему, называемую умножителем напряжения «Кокрофта-Уолтона», названную так в честь джентльменов, которые изобрели ее в 1932 году ^[2] . Это неэффективный способ получения высокого напряжения, но он дешев и работает очень хорошо, если вам не нужен большой ток. Если вам – нужен значительный ток, то эту схему использовать нельзя.

При указанных значениях (включая нагрузку 1 МОм) пульсации выходного напряжения меньше 1 В (пик-пик).

Существует множество вариаций базового множителя (включая полноволновую версию), но они здесь не рассматриваются.

---

8 — Зажим напряжения

Последний выпрямитель включен, потому что он очень распространен, хотя большинству людей никогда не удастся с ним поиграть (и не рекомендуется , потому что они смертельно опасны и убили довольно много людей).«Выпрямитель» фиксаторов напряжения используется в микроволновых печах для подачи катодного напряжения для магнетрона. Анод заземлен, поэтому напряжение питания минус . В отличие от других схем, показанных здесь, напряжение и ток установлены на те, которые могут использоваться в микроволновой печи мощностью 1 кВт.

Рисунок 8 — Зажим напряжения

Зажим нельзя рассматривать как «нормальную» схему источника питания, потому что на выходе пульсирует постоянный ток с пиковым напряжением (близким к), равным полному размаху напряжения от MOT (трансформатора микроволновой печи). , с «положительными» пиками, зафиксированными на уровне нуля вольт (± несколько падений напряжения на диоде).Показаны средние выходы постоянного напряжения и тока, и стоит отметить, что номинальная входная мощность в ВА дает коэффициент выходной мощности (как показано в других примерах) 0,56 — как и для любого другого выпрямителя. Это означает, что трансформатор должен выдавать 1,96 кВА при выходной мощности 1,12 кВт.

Магнетрон здесь не моделируется, а нагрузка представляет собой просто резистор. Это не идеальная аналогия, но ее достаточно, чтобы продемонстрировать работу этой схемы. На самом деле магнетрон получает напряжение от нуля до -6.9кВ на частоте сети. Он грубый, но на самом деле работает очень хорошо, поскольку его используют бесчисленные микроволновые печи. В большинстве современных версий вместо этого используется импульсный источник питания («инвертор»), потому что он намного легче. Надежность «старого» метода очень высока, чего не всегда бывает с инверторным питанием.

---

9 — многофазный

Многофазное выпрямление на самом деле более распространено, чем вы думаете, поскольку оно стандартно для большинства автомобильных генераторов. Хотя это не то, что обычно интересует большинство конструкторов-любителей (по крайней мере, аудио), это все же важно, потому что это такая хорошо используемая техника.Три обмотки генерируют переменные напряжения, смещенные на фазовый угол 120 °, и они выпрямляются с помощью модифицированного моста. Любой, кто когда-либо разбирал автомобильный генератор переменного тока, видел шесть запрессованных диодов, встроенных в алюминиевое литье сзади генератора, и теперь вы можете точно увидеть, как они подключены. Обратите внимание, что в некоторых конструкциях может быть отдельный набор диодов для обмотки возбуждения, так что всего вы можете увидеть от шести до двенадцати диодов.

Три обмотки показаны соединенными треугольником (Δ), но также показано соединение «звезда» (также известное как «Y» или «звезда»).Соединение «звезда» имеет нейтральную точку, которая является стандартной для распределения электроэнергии, но ее не нужно использовать (она обозначена как «N.C.», что означает отсутствие соединения). Сбалансированная (равный ток в каждой фазе) 3-фазная система работает так же хорошо с нейтралью или без нее. Соединение звездой требует меньше витков, чем треугольник, поскольку требуемое напряжение ниже, но общая эффективность в целом аналогична. Когда звезда подключена, напряжение между выходами источника равно √3 × RMS напряжения относительно нейтрали.Для показанных схем каждый звездообразный генератор выдает 6,53 В RMS, а генераторы Delta — 11,31 В RMS. Пиковые напряжения показаны на рисунке.

Генератор (или трансформатор), подключенный звездой, имеет выходное напряжение, которое представляет собой комбинацию напряжений от любых двух соседних источников. Напряжения между любыми двумя выходами должны определяться векторами для соединений «звезда» из-за разности фаз 120 ° (отсюда и термин «√3»). В Дельте напряжение между любыми двумя точками — это напряжение каждого отдельного генератора, поскольку они образуют последовательную «цепочку» источников, соединенных для формирования полного Дельта-образования.

Рисунок 9 — Трехфазный мост

Напряжения и резистор нагрузки были изменены в этой цепи, чтобы соответствовать тем, которые обычно используются в электрической системе автомобиля, но нагрузка произвольно установлена ​​на 5 Ом для обеспечения разумного тока. Электрическая система автомобиля может представлять гораздо большую эквивалентную нагрузку с током зарядки аккумулятора 20 А или более. Обратите внимание, что показаны только обмотки выпрямителя и истока, поскольку обмотка возбуждения (также известная как возбудитель), контактные кольца и регулятор не являются непосредственной частью самого выпрямителя.

Для использования в автомобилях рабочая частота зависит от частоты вращения двигателя и может составлять от 8 Гц (500 об / мин) до 80 Гц (5000 об / мин) или более в зависимости от скорости вращения двигателя и относительных размеров двигателя. и шкивы генератора. Они не имеют отношения к схеме, как показано, но генератор, очевидно, должен быть спроектирован так, чтобы работать в диапазоне скоростей, встречающемся для любой данной настройки в системах транспортного средства.

Хотя на выходе нет конденсатора (или батареи), пульсация всего 2.Пик-пик 1 В (около 640 мВ RMS) из-за перекрытия между тремя фазами и двухполупериодного выпрямления. В больших системах относительно низкие пульсации напряжения означают, что фильтрация может вообще не требоваться. Частота пульсаций в шесть раз больше входной частоты, поэтому при 50 Гц (например) пульсации будут на уровне 300 Гц. В некоторых случаях может быть более трех фаз — обычно шесть, но существуют и 12-фазные системы. 6-фазная система может быть получена путем объединения обмоток звезды и треугольника с 12 диодами.Тогда пульсация на выходе составляет 600 Гц при питании 50 Гц, а для эквивалента, показанного выше, имеет пульсацию только 480 мВ пик-пик (156 мВ RMS) без фильтрации.

Многофазные выпрямители также широко используются в промышленных системах, питая все, от приводов двигателей с регулируемой скоростью, мощных радио- и телевизионных передатчиков до электрических трамваев и поездов. Таким образом, хотя это и не метод, с которым столкнутся многие аудио-люди, было бы упущением с моей стороны не включить многофазное выпрямление в статью, описывающую выпрямители в целом.

Хотя эти 3-фазные системы широко используются для распределения электроэнергии и промышленных приложений по всему миру, эта статья , а не , касается 3-фазных систем, за исключением информации, указанной выше. Если вы хотите узнать больше, существует бесчисленное количество веб-сайтов, на которых подробно описываются трехфазные системы, и это не место для расширения темы, не имеющей отношения к цели данной статьи.

---

10 — Возвращение к полуволнам

Причина повторного посещения заключается в том, что я не хотел нарушать «поток» статьи, вводя специфические особенности в этот единственный тип выпрямителя.Бесчисленные онлайн-статьи говорят, что это плохой выбор, но только в нескольких, которые я нашел, даже упоминается насыщение трансформатора (а некоторые так называемые «инженеры» даже отрицают, что это может произойти!). Это единственное наиболее важное ограничение, потому что идеально хороший трансформатор легко разрушить, попытавшись упростить конструкцию до минимума. Я тестировал трансформатор с сердечником E-I на 200 ВА с вторичными обмотками 2 × 28 В. Номинальный ток вторичной обмотки немного превышает среднеквадратичное значение 3,5 А при полной мощности. Вероятно, это не обычный трансформатор, который можно было бы использовать с полуволновым выпрямителем, но у него есть много возможностей для тестирования.Когда я проводил эти тесты, напряжение холостого хода от трансформатора составляло 62 В.

Рисунок 10 — Ток намагничивания трансформатора

Без нагрузки трансформатор потребляет ток намагничивания 66 мА (среднеквадратичное значение). Это показано выше, и это в значительной степени то, что мы ожидаем от трансформатора такого размера и конструкции. В качестве нагрузки я использовал резистор на 270 Ом, что увеличило общий ток до 112 мА. Обратите внимание, что измерение, показанное как «V RMS», на самом деле является «RMS», потому что я использую монитор тока 1A = 1V.

Затем я добавил диод последовательно с резистором 270 Ом, чтобы создать полуволновой выпрямитель. Средний выходной постоянный ток при такой схеме составляет около 102 мА. Следующая кривая показывает первичный ток трансформатора с этой довольно небольшой нагрузкой постоянного тока (в конце концов, это всего лишь 100 мА в среднем для трансформатора на 3,5 А).

Рисунок 11 — Насыщенная форма волны из-за выпрямителя (нагрузка 270 Ом)

Входной ток равен , удвоенному , увеличиваясь до 112 мА (среднеквадратичное значение), хотя выходной ток среднеквадратичного значения равен всего 0.7 из них, потребляемого только резистором на 270 Ом. Требуется немного воображения, чтобы понять, что дальнейшее увеличение постоянного тока только усугубит ситуацию, и действительно, это показано на практике. Если сопротивление нагрузки уменьшается вдвое (135 Ом), первичный ток увеличивается до довольно пугающих 172 мА.

Рисунок 12 — Форма волны насыщения из-за выпрямителя (нагрузка 135 Ом)

Окончательная форма сигнала показана выше, и насыщение трансформатора совершенно очевидно. Асимметричная форма волны является явным признаком того, что что-то не так, и это не то, что вы обычно когда-либо хотели бы видеть (и это определенно не исключение).Таким образом, использование полуволнового выпрямителя не только очень неэффективно, но и постоянная составляющая вызывает насыщение трансформатора при удивительно низком токе. На самом деле ситуация не так плоха с небольшими трансформаторами (менее 10 ВА), потому что они и так имеют очень низкий КПД (некоторые едва увеличивают свой первичный ток, если выход закорочен!).

Если бы тот же тест был проведен с трансформатором с тороидальным сердечником, результаты были бы намного хуже, потому что они совершенно не переносят асимметричные нагрузки и имеют гораздо более точный предел насыщения.Стоит отметить, что большинство электрических нормативов сейчас запрещают полуволновые выпрямители, потому что они производят ровные гармоники формы волны переменного тока и вносят асимметрию, которая создает чистую составляющую постоянного тока. Я не первый, кто сообщает об этом, но если вы не знаете, что искать, вы, вероятно, не увидите упоминания о насыщенности в большинстве объяснений.

Эффект реальный, его легко продемонстрировать (как показано выше), но о нем говорят только приглушенными голосами в конце длинных темных коридоров с табличками «Остерегайтесь львов», размещенными через регулярные промежутки времени.Хорошо, это может показаться немного надуманным, но суть вы поняли.

---

11 — Диоды

Это очень краткий обзор самого выпрямительного элемента — диода. За прошедшие годы в производстве диодов было много достижений. Самые первые диоды использовались в «кристаллических наборах» — личных радиоприемниках, причем «диод» представлял собой кристалл галенита (сульфида свинца), а также некоторых других заменителей. Они могли работать только при очень низком напряжении и токе и не могли использоваться для выпрямления мощности.

Ртутные дуговые выпрямители (1902 г.) были первыми высоковольтными сильноточными (обычно> 500 А) силовыми выпрямителями с ртутным катодом и несколькими анодами. Они использовались в первые дни электропоездов и трамваев, обычно обеспечивая 1500 В постоянного тока при сотнях ампер. Они также были распространены в промышленных приложениях. Они не подходили для работы с низким напряжением.

Клапанные выпрямители

(вакуумные трубчатые) начались с клапана Fleming (1904 г.) и были единственным удовлетворительным выпрямителем среднего / высокого напряжения и низкого тока, подходящим для потребительских товаров.Они оставались основным типом выпрямителей в радиоприемниках, телевизорах и других продуктах до 1960-х годов, когда кремниевые диоды стали доступны как в высоковольтной, так и в сильноточной версиях.

Один из первых выпрямителей, который можно было использовать при низком напряжении, был основан на оксиде меди (1927 г.). У них очень низкое обратное напряжение (~ 2,5 В макс.) И довольно низкое прямое напряжение, но они не очень эффективны. Даже при средних напряжениях требовалась стопка диодов из оксида меди, а также значительный радиатор для каждого перехода.

Выпрямители из селена

появились в 1933 году и имели много преимуществ перед оксидом меди. Они по-прежнему имеют довольно низкое напряжение (обратное напряжение 20-25 В) и не очень эффективны с падением прямого напряжения 1 В. Они также использовались в больших пакетах (и опять же с значительными выступами радиатора на каждом переходе) для зарядных устройств и других низковольтных и сильноточных приложений.

Германиевые диоды

имеют низкое прямое напряжение, но почти полностью имеют конструкцию с точечным контактом и поэтому подходят для приложений с низким током и низким прямым напряжением.Они широко использовались в качестве детекторов в ранних транзисторных AM-радиоприемниках (которые также использовали германиевые транзисторы). Они по-прежнему доступны, но поставки не очень надежны.

Кремниевые диоды составляют основную часть всех используемых сегодня выпрямителей. К ним относятся диоды Шоттки (очень высокая скорость и относительно низкое прямое напряжение, но ограниченное пиковое обратное напряжение), карбид кремния (SiC), а также многие другие разновидности (большинство из них не имеют отношения к теме выпрямления мощности). Современные кремниевые диоды доступны практически в любой конфигурации напряжение / ток, которая может вам понадобиться, от небольшого источника постоянного тока до обеспечения постоянного тока для электропоездов и других требований постоянного тока большой мощности.Получить полезную историческую информацию очень сложно, но к 1960-м годам в немногих коммерческих продуктах использовалось что-то еще, включая большинство клапанного оборудования. (Я построил свой самый первый гитарный усилитель в 1960-х годах — в нем использовались лампы, но были выпрямители на кремниевых диодах.)

На эту тему написаны целые статьи, так что поиск даст больше, если вы проявите терпение.

---

Выводы

Эта статья предназначена как введение в различные широко используемые типы выпрямителей.Исключение составляет полуволновая версия, которая, как уже отмечалось, является очень плохим выбором. Хотя многие авторы будут указывать на то, что полуволновые выпрямители — плохой выбор из-за высокой пульсации и необходимости в конденсаторе гораздо большего размера, чем обычно, немногие, кажется, заметили, что составляющая постоянного тока в трансформаторе вызовет насыщение, значительно увеличивая ток намагничивания. и перегрев трансформатора.

Остальные показанные выпрямители подходят для всего, что вам нужно, и это просто выбор, основанный на напряжении трансформатора и требованиях вашей схемы.Однако полуволновые удвоители не являются хорошим выбором, поскольку пульсации напряжения соответствуют частоте сети, а не удваивают частоту сети, как в большинстве описанных выше.

Как уже отмечалось, это , а не полное описание методов проектирования источников питания, которое описано в другом месте на веб-сайте ESP. Информация здесь предназначена для того, чтобы вы могли увидеть варианты и сравнить топологии. Чтобы помочь вам в этом, каждый источник питания настроен на выработку одинаковой мощности в нагрузочном резисторе, и вы можете увидеть требования к входному току и току конденсатора для каждого примера.При использовании они обычно будут отличаться от показанных значений не из-за какой-либо ошибки, а потому, что импеданс источника может иметь большое влияние на пиковый ток. Это особенно верно для источников питания, у которых трансформатор и конденсаторные крышки больше обычных. Средние и / или среднеквадратичные значения обычно должны масштабироваться довольно линейно, так как предложение больше или меньше, чем в примерах.

О диодах предоставлено очень мало информации, в основном с исторической точки зрения.В большинстве случаев вы будете использовать либо большой герметизированный мостовой выпрямитель, либо другие диоды, соответствующие напряжению и току питания. Конденсаторы необходимо выбирать так, чтобы они могли выдерживать ток пульсаций, но если источник питания предназначен для усилителя мощности класса AB, кратковременное отклонение от номинальных значений конденсатора не причинит вреда. Номинальный ток пульсаций становится важным для усилителей класса A и / или настольных источников питания, которые могут потреблять максимальный номинальный ток в течение длительных периодов времени.

Немного больше места, чем ожидалось, занял злой полуволновой выпрямитель и многофазные выпрямители с описанием трехфазных подключений, но (я надеюсь) достаточно, чтобы объяснить, как сконфигурирован многофазный выпрямитель.

---

Список литературы

В справочном разделе очень мало, потому что большинство схем настолько хорошо известны, что невозможно отнести их к оригинальным разработчикам. Вероятно, что большинство схем было бы разработано независимо несколькими людьми в одно и то же время или почти одновременно. Двумя исключениями являются мостовой выпрямитель (который имеет по крайней мере два заявителя на изобретение) и умножитель напряжения. Это единственные (которые я смог найти), о разработчиках которых что-то известно.

1. Диодный мост — Википедия
2. Генератор напряжения Кокрофта-Уолтона — Википедия

Некоторая информация о диодах взята из Википедии, но большая ее часть разбросана, и невозможно попытаться включить все сайты, которые я просматривал, пытаясь получить информацию.

---

---

Основной индекс

Указатель статей

Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, помимо прочего, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 2018.Воспроизведение или переиздание любыми средствами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещено международными законами об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только для личного использования, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки при построении схем. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Страница создана, авторские права © Род Эллиотт, 9 февраля 2018 г.

Полуволновой, полноволновой выпрямитель, типы и применение

В настоящее время большинство электроэнергетических компаний распределяют электроэнергию в форме переменного тока и напряжения (AC). Фактически, линии электропередачи, трансформаторы и линии обслуживания предназначены для передачи электроэнергии переменного тока и напряжения. Однако в наших домах и офисах, где потребляется эта электроэнергия, есть электрические приборы и устройства, потребляющие электроэнергию в виде постоянного тока и напряжения (DC).Таким образом, возникла потребность в промежуточном устройстве, которое помогает преобразовывать входящую мощность из линии в форму, которая может использоваться электрическими приборами в наших домах и офисах. Название этого устройства принято называть выпрямителем .

В этом контексте выпрямитель — это устройство, которое преобразует переменный ток, подаваемый из служебной линии или сетевой розетки, в постоянный ток и напряжение, которые можно использовать для питания электрических приборов, в частности, полупроводниковых устройств.

ТЕОРИЯ ВЫПРЯМИТЕЛЯ

Есть две основные теории выпрямления, которые используются для описания природы выходной волны. Они есть;

1. Теория однополупериодного выпрямителя
2. Теория двухполупериодного выпрямителя

ТЕОРИЯ ПОЛОВИННОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

Полупериодный выпрямитель, если мы рассматриваем простое синусоидальное переменное напряжение, либо отрицательный полупериод, либо положительную половину Цикл сигнала может проходить мимо выпрямительной схемы.Что даст результат, показанный ниже?

Рисунок 1 Полупериодное выпрямление

ТЕОРИЯ ПОЛНОГО ВОЛНОВОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

В двухполупериодном выпрямителе, если мы рассматриваем простое синусоидальное переменное напряжение, допускается как отрицательный полупериод, так и положительный полупериод сигнала. чтобы пройти мимо схемы выпрямителя с одной из половин, перевернутой на другую половину, так что теперь у нас есть две положительные или отрицательные половины, следующие друг за другом на выходе.

Рисунок 2 Двухполупериодное выпрямление

ТИПЫ ВЫПРЯМИТЕЛЯ

Раньше выпрямители конструировались с использованием вакуумных ламп, анодных пластин и катодных пластин, но с появлением полупроводниковых устройств выпрямители конструировались с использованием полупроводниковых компонентов. такие как диоды и транзисторы. Тем не менее, мы кратко обсудим классический выпрямитель, который использовался до того, как полупроводниковые приборы стали повсеместными, он называется ртутно-дуговым выпрямителем. Как правило, сегодня на рынке доступно семь типов выпрямителей, но мы,
, обсудим только три из них, которые в основном используются в источниках питания постоянного тока для наших электронных систем.

Типы выпрямителей классифицируются следующим образом;

1. Однофазный однополупериодный выпрямитель
2. Однофазный двухполупериодный выпрямитель
3. Двухполупериодная мостовая схема
4. Трех (3) фазный полуволновой выпрямитель
5. Трехфазный двухполупериодный выпрямитель
6. Шесть волновой полуволновой выпрямитель
7. Трехфазная мостовая схема

ДУГОВОЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ MERCURY

Этот режим работы выпрямителя зависит от создания дуги между анодом и катодом в присутствии испаренной ртути, отсюда и название ртутный дуговый выпрямитель. .Затем атом ртути ионизируется или расщепляется на положительную (протонную) и отрицательную (электронную) компоненты. Следовательно, положительный по природе анод будет притягивать электроны, а катод — протоны. Что это за концепция, если мы хотим преобразовать синусоидальный переменный ток в постоянный ток, переменное напряжение будет подаваться на анод и катод. Анод будет проводить первую половину синусоидальной волны и не проводить вторую половину синусоидальной волны. Результирующий выходной сигнал показан ниже.

ОДНОФАЗНЫЙ ПОЛОВИННЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Схема для этого выпрямителя с резистивной нагрузкой показана на рисунке 4а.Напряжение переменного тока подается на диод, последовательно включенный с нагрузкой RL.

Принцип работы:

Во время положительного полупериода входного напряжения переменного тока диод смещен в прямом направлении (ВКЛ), таким образом, он проводит. Что заставляет ток проходить через него. Хотя во время отрицательного полупериода диод будет иметь обратное смещение как таковое, он не будет проводить, а это означает, что отрицательный полупериод входного напряжения не пройдет через него. Результирующий выходной сигнал от действия диода приведет к выходному напряжению, показанному на рисунке 4b.

Рис. 4 Однофазный однополупериодный выпрямитель

ОДНОФАЗНЫЙ ПОЛНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

В выпрямителе два диода работают рука об руку, создавая двухполупериодное выпрямленное входное переменное напряжение. В основном двухполупериодные выпрямители, в которых используются два диода, всегда используются с трансформатором с центральным отводом. Принципиальная схема показана на рисунке 5а.

Принцип работы:

Когда основное питание включено, концы трансформатора M и N колеблются между положительным и отрицательным полупериодом.Во время положительного полупериода диод D1 будет смещен в прямом направлении, что означает, что положительная сторона напряжения питания пройдет, в то время как D2 будет смещена в обратном направлении. В качестве альтернативы, во время отрицательного полупериода клемма трансформатора M и N будет переключать полярность, делая диод D2 смещенным вперед, что заставляет отрицательную составляющую
напряжения питания проходить через него. Из рисунка 5b видно, что частота выходного напряжения в два раза превышает входное напряжение.

Рис. 5 Однофазный двухполупериодный выпрямитель

ПОЛНОВОЛНОВЫЙ МОСТОВЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Этот стандартный комплектный двухполупериодный выпрямитель используется в большинстве источников питания постоянного тока.Он состоит из четырех диодов, которые включаются или выключаются в зависимости от текущего полупериода питающего напряжения переменного тока. Схема показана на рисунке 6а. Трансформатор, используемый в двухполупериодном мостовом выпрямителе, не имеет центрального отвода, что делает его более эффективным, чем его 2-диодный аналог. В основном он упакован в стандартный корпус ИС с четырьмя выводами, показанными на рисунке 6с.

Принцип работы
Во время положительного полупериода на клемме M положительно, а N отрицательно, как показано на рисунке 6b, диоды D1 и D2 смещены в прямом направлении (ВКЛ), что заставляет ток течь через них.При этом диоды D3 и D4 смещены в обратном направлении, что приводит к их включению, когда эта электроэнергия потребляется, в выключенное состояние. В качестве альтернативы, в отрицательном полупериоде M становится отрицательным, а N — положительным, это новое устройство делает диоды D3 и D4 смещенными в прямом направлении, что заставляет их проводить, и ток продолжает течь через сопротивление RL n в одном направлении в обоих полупериодах. входного источника переменного тока.

Рисунок 6 Двухполупериодный мостовой выпрямитель

ПРИМЕНЕНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЯ

Выпрямители применяются в основном в источниках питания постоянного тока.Его основная функция в источнике питания заключается в преобразовании поступающего переменного тока и напряжения в постоянный ток, который затем фильтруется с помощью батареи конденсаторов и затем регулируется, например, до 5 В, 9 В, 12 В и т.д. в зависимости от спецификации.

Рис. 7 Блок-схема источника питания

ПРЕИМУЩЕСТВА ВЫПРЯМИТЕЛЯ

1. С появлением дешевых полупроводников в выпрямителях источник питания постоянного тока стал дешевле
2. Выпрямители помогут уменьшить использование трансформатора с центральным ответвлением, который означает более портативную упаковку
3.