Выпрямитель с удвоением напряжения: что это такое, типовые схемы

Обе полуволны переменного напряжения можно использовать двумя способами:

Полупроводниковые схемы

Каждый выпрямитель представляет собой схему. Он состоит из вторичной обмотки трансформатора, выпрямительного элемента, электрического фильтра и нагрузки. Возможно умножение напряжения. Выпрямленное напряжение представляет собой сумму постоянного и переменного напряжений. Компонент переменного тока – это нежелательный компонент, который уменьшается тем или иным способом. Но поскольку используются полуволны переменного напряжения, иначе и быть не может.

Его можно уменьшить двумя способами:

• повышение эффективности электрического фильтра;
• улучшение параметров выпрямленного переменного напряжения.

Простейшим выпрямителем является однополупериодный выпрямитель. Он отсекает одну из полуволн переменного напряжения. Поэтому коэффициент пульсации в этой схеме самый высокий. Но если мы выпрямим трехфазное напряжение с одним диодом в каждой фазе и тем же фильтром, мы получим в три раза меньшие пульсации. Однако наилучшие характеристики достигаются при использовании двойных полуволновых выпрямителей.

Обе полуволны переменного напряжения могут быть использованы двумя способами:

• мостовая схема;
• Обмотка центральной точки (схема Миткевича).

Давайте сравним эти две схемы для одного и того же выпрямленного напряжения. В мостовой схеме используется меньше вторичных обмоток трансформатора, что является преимуществом. Но в однофазном мостовом выпрямителе требуется четыре диода. Схема со средней точкой требует вдвое больше вторичных обмоток в средней точке, что является недостатком. Другим недостатком такого расположения является то, что часть обмотки должна быть симметричной относительно центральной точки.

Асимметрия будет дополнительным источником пульсаций. Однако в этой схеме требуется только два диода, что является преимуществом. Во время выпрямления на диоде появляется напряжение. Его значение почти не меняется в зависимости от тока, протекающего через диод. Поэтому мощность, рассеиваемая полупроводниковым диодом, увеличивается по мере увеличения выпрямленного тока.

При выпрямлении больших токов два диода в средней цепи будут более экономичными и компактными по сравнению с четырьмя диодами в мостовом выпрямителе. Схемы выпрямителей не появились из ниоткуда. Они были изобретены инженерами. Поэтому в литературе схемы выпрямителей иногда называют по именам их первооткрывателей. Мостовая схема называется “полный мост Гретца”. Схема со средней точкой называется “выпрямителем Миткевича”.

Силовой трансформатор

Это устройство используется для согласования входного и выходного напряжения выпрямительного устройства. Другими словами, трансформатор используется для отделения цепи нагрузки от цепи питания. Существуют различные способы соединения обмоток этого трансформатора, выбор которых зависит от типа схемы выпрямления устройства. Выходное напряжение трансформатора U₂ зависит от выходного напряжения мостового выпрямителя U_н.

Трансформатор способен гальванически развязать частоту f₁ с сетью U₁, I₁и цепь нагрузки с U_н, I_н в одно и то же время. В настоящее время возможно проектирование и производство высоковольтных инверторов, которые работают на более высокой частоте и выпрямляют напряжение. Для этого используются бестрансформаторные выпрямительные системы, в которых вентильный блок подключается непосредственно к первичной питающей сети.

Диодный мост

Это основная функция выпрямительного устройства – преобразование переменного тока в постоянный. Наиболее распространенными элементами, используемыми в устройстве, являются диоды. На выходе диодного моста генерируется постоянное напряжение с более высоким уровнем импульсов, который зависит от количества фаз в электросети и выпрямительной схемы.

Фильтрующее устройство

Фильтрующая часть выпрямителя обеспечивает необходимый уровень пульсаций напряжения на выходе выпрямителя в зависимости от требований нагрузки. В схеме устройства фильтрации используется сглаживающий дроссель или резистор, подключенный последовательно, и конденсаторы, подключенные параллельно к выходу питания.

Чаще, однако, фильтры строятся по несколько более сложным схемам. В выпрямителях малой мощности нет необходимости в дросселе и резисторе. В схемах выпрямителей для трехфазных сетей импульсы меньше, что упрощает условия работы фильтра.

Коэффициент мощности трансформатора оказывает большое влияние на расчет выпрямителя. Этот параметр рассчитывается по формуле:

Для сглаживания получаемых импульсов выпрямленного напряжения после выхода выпрямителя подключается сглаживающий фильтр, состоящий из конденсаторов, дросселей и резисторов. К выходу сглаживающего фильтра подключена схема стабилизатора для выравнивания и регулирования результирующего тока и напряжения. Такие устройства часто также подключаются к входу переменного тока устройства.

Режимы работы и характеристики отдельных компонентов выпрямителя, стабилизатора, регулятора и фильтра адаптированы к конкретным условиям эксплуатации потребительской нагрузки. Поэтому основной задачей при проектировании выпрямительных устройств является расчет коэффициентов для определения электрических свойств и параметров компонентов стабилизатора и других деталей из условий работы потребителя. Затем необходимо рассчитать эти компоненты и выбрать их из каталога в торговой сети.

Рис. 1

Выпрямители в общем виде можно представить структурной схемой (рис. 2), состоящей из:

1 – Силовой трансформатор.
2 – Диодный мост, состоящий из диодов.
3 – Фильтрующее устройство.
4 – Схема нагрузки со стабилизатором.

Рис. 2

Силовой трансформатор

Назначение этого устройства – согласование входного и выходного напряжений выпрямителя (рис. 1 – а). Другими словами, трансформатор отделяет цепь нагрузки от цепи питания. Обмотки этого трансформатора могут быть соединены по-разному, в зависимости от типа схемы выпрямителя устройства. Для выходного напряжения трансформатора U₂ зависит от выходного напряжения мостового выпрямителя U_н.

Трансформатор способен гальванически развязать частоту f₁ с сетью U₁, I₁и цепь нагрузки с U_н, I_нв одно и то же время. В настоящее время возможно проектирование и производство высоковольтных инверторов, которые работают на более высокой частоте и выпрямляют напряжение. Для этого используются бестрансформаторные выпрямительные системы, в которых вентильный блок подключается непосредственно к первичному питанию.

Это основная функция выпрямителя, преобразование переменного тока в постоянный (рис. 1 – б). Чаще всего в блоке используются элементы в виде диодов.

На выходе выпрямительного блока образуется постоянное напряжение, которое имеет высокий импульсный уровень, зависящий от количества фаз сети и схемы выпрямителя.

Фильтрующая часть выпрямителя обеспечивает необходимый уровень пульсаций напряжения на выходе выпрямителя в зависимости от требований нагрузки (рис. 1-c). В схеме фильтра используется последовательно соединенный сглаживающий дроссель или резистор и конденсаторы, подключенные параллельно к выходу питания.

Однако большинство фильтров выполнены по несколько более сложным схемам. В выпрямителях малой мощности нет необходимости использовать дроссель и резистор. В схемах выпрямителей для трехфазных сетей размер импульсов меньше, что упрощает условия работы фильтра.

Регулятор напряжения предназначен для уменьшения внешнего воздействия на выходное напряжение. На него могут влиять колебания частоты тока, температура, колебания напряжения и другие факторы. В конструкции стабилизатора используются полупроводниковые элементы в виде стабилитронов, тиристоров, симисторов и других полупроводниковых приборов, устройство и работа которых будут рассмотрены отдельно.

Выпрямители на основе полупроводниковых элементов классифицируются различными способами.

С точки зрения выходной мощности:

• Большая мощность – более 100 киловатт.
• Средняя мощность – менее 100 киловатт.
• Низкая мощность – менее 0,6 киловатт.

Фаза сети:

• Однофазный.
• Трехфазный.

Количество импульсов одного полюса выпрямленного напряжения U

• Однополюсные (имеют один полупериод).
• Биполярные (имеют два полупериода).

Выпрямители в зависимости от типа управления клапаном делятся на:

• Контролируется. Это транзисторы или тиристоры, которые используются в схеме.
• Выпрямители делятся на следующие диапазоны: управляемые – транзисторы, тиристоры. В этих схемах используются диоды.

Выпрямители делятся на следующие типы нагрузок:

• Активный конденсатор.
• Активно-индуктивный.
• Активный.

Тип нагрузки и форма потребляемого тока влияют на расчет выпрямителя и существенно различаются. Расчет выпрямителя производится путем выбора схемы выпрямителя, типа вентилей, определения нагрузки трансформатора, фильтра и диодов, мощности и электрических параметров.

На выбор схемы устройства влияет ряд факторов. Эти факторы должны учитываться в зависимости от требований зарядного устройства.

К таким факторам относятся:

• Мощность и напряжение.
• Пульсация и частота выходного напряжения.
• Значение обратного напряжения на диодах и количество диодов.
• Коэффициент мощности и другие параметры.
• ЭФФЕКТИВНОСТЬ.

Коэффициент мощности трансформатора оказывает большое влияние на расчет выпрямителя. Этот параметр рассчитывается по формуле:

Где I_d, U_d, – средние значения выпрямленного тока и напряжения, I₁, U₁ – рабочие ток и напряжение первичной обмотки, I₂, U₂ – рабочее значение вторичного тока и напряжения.

По мере увеличения коэффициента использования трансформатора размер блока обычно уменьшается, а эффективность увеличивается.

Однофазные выпрямительные цепи чаще всего используются в бытовых электроприборах. В них используются однофазные трансформаторы, работающие с фазой и нулем. Обе обмотки трансформатора в таких устройствах однофазные.

Однофазная однополупериодная схема чаще всего используется для выравнивания тока малой мощности (несколько миллиампер), когда нет необходимости в идеальном выравнивании напряжения на выходе выпрямителя. Он характеризуется высокой пульсацией выходного напряжения и низким коэффициентом использования трансформатора.

На схеме показана работа одноциклового выпрямителя для активной нагрузки.

Ток нагрузки i_d под воздействием ЭДС вторичной стороны (e₂) может проходить только через те полупериоды, в которых анод диода имеет положительный потенциал относительно катода. В первом полуцикле диод проводит ток i_vd, а во втором полуцикле ток становится равным нулю (при отрицательном потенциале анода).

Напряжение на выходе выпрямителя u_d всегда ниже, чем ЭДС для e₂Из-за того, что теряется определенное количество напряжения. Наибольшее сопротивление обратного хода клапана U_obmax достигает амплитуды ЭДС вторичной обмотки.

Диаграммы токов обеих обмоток трансформатора похожи, если пренебречь намагничивающим током и удалить I_dпоскольку он не преобразуется в первичной обмотке. Благодаря этому значению в сердечнике трансформатора возникает вспомогательный магнитный поток, который вызывает насыщение сердечника.

Этот эффект называется принудительным смещением. Это можно считать главным недостатком системы. После насыщения ток намагничивания трансформатора увеличивается по сравнению с нормальной работой. Увеличение этого тока создает условия для увеличения поперечного сечения первичного проводника. Это приводит к увеличению размеров трансформатора.

Вход переменного тока используется для получения постоянного электрического тока на выходе таких устройств. Этот процесс называется ректификацией.

• В источниках питания для радио- и электрооборудования, как промышленного, так и бытового;
• В источниках питания для бортовых электронных систем автомобилей;
• в источниках питания для автомобильного, железнодорожного, морского, авиационного и т.д. оборудования
• в сварочных аппаратах;
• Подстанции для энергосистем и т.д.

Если выпрямитель предназначен только для преобразования тока, то он опирается на неуправляемые затворы, т.е. диоды.

Если выпрямитель должен регулировать уровень напряжения, то используются управляемые вентили – тиристоры.

Однако большинство электроники, не только бытовой, но и промышленной, питается постоянным напряжением, что привело к созданию целой отрасли электротехники – преобразованию (выпрямлению) переменного тока. После ухода в небытие электронной лампы основным компонентом любого выпрямителя стал полупроводниковый диод.

Типы выпрямителей переменного тока

В начале 20-го века между специалистами в области электротехники возник очень принципиальный спор. Какой ток более рентабелен для передачи потребителю на большие расстояния: постоянный или переменный? Научный спор выиграли сторонники передачи переменного тока по высоковольтным линейным проводам от трансформаторной подстанции к потребителю. Эта система была принята во всем мире и используется до сих пор.

Однако большинство электроники, не только бытовой, питается постоянным током, что привело к появлению целой отрасли электротехники – преобразованию (выпрямлению) переменного тока. После того, как электронная лампа ушла в прошлое, основным компонентом любого выпрямителя стал полупроводниковый диод.

Схемы выпрямителей очень широки, но самыми простыми являются Однополупериодный выпрямитель.

Однополупериодный выпрямитель.

Напряжение со вторичной обмотки силового трансформатора подается на один диод. Вот принципиальная схема.

Поэтому его называют выпрямителем с одним напряжением. Она только исправляет один полупериод а на выходе – импульсное напряжение. Его форма показана на рисунке.

Схема проста и не требует большого количества компонентов. Это влияет на качество выпрямленного напряжения. При низких частотах переменного напряжения (например, сетевое напряжение 50 Гц) выпрямленное напряжение является сильно импульсным. Это очень плохо.

Чтобы уменьшить пульсации выпрямленного напряжения, приходится использовать очень большой конденсатор C1, около 2000-5000 микрофарад, что увеличивает размеры источника питания, так как электролиты на 2000-5000 мкФ довольно большие. Поэтому эта схема редко используется на низких частотах. Вместо этого однополупериодные выпрямители отлично зарекомендовали себя в импульсных источниках питания, работающих на частотах порядка 10 – 15 кГц (килогерц). На этих частотах емкость фильтра может быть очень мала, и простота схемы меньше влияет на качество выпрямленного напряжения.

Примером однополупериодного выпрямителя может служить простое зарядное устройство для мобильного телефона. Поскольку само зарядное устройство является маломощным, в нем используется однополупериодная схема, как во входном выпрямителе сети 220 В (50 Гц), так и в выходном выпрямителе, который требует выпрямления переменного напряжения высокой частоты от вторичной обмотки импульсного трансформатора.

Несомненным преимуществом этого выпрямителя является минимум деталей, низкая стоимость и простые схемные решения. В обычных (неимпульсных) источниках питания двойные полупериодные выпрямители успешно используются на протяжении многих десятилетий.

Двойные полупериодные выпрямители.

Они бывают двух видов: выпрямитель со средней точкой и мостовая схема, известная как схема Гретца. Выпрямитель со средней точкой требует более сложного силового трансформатора, хотя в нем используется вдвое меньше диодов, чем в мостовой схеме. Недостатком полуточечного выпрямителя является то, что для получения того же напряжения количество витков на вторичной обмотке трансформатора должно быть в два раза больше, чем в мостовой схеме. Это не совсем экономичное использование медной проволоки.

На диаграмме ниже показан типичный полупериодного выпрямителя.

Пульсация выпрямленного напряжения меньше, чем у полуволнового выпрямителя, и значение конденсатора фильтра также может быть значительно меньше. Как работает схема с двойным полупериодом, можно увидеть на рисунке.

Как видим, на выходе выпрямителя мы уже имеем вдвое меньшие “просадки” напряжения, то есть как раз эти пульсации.

Схема выпрямителя со средней точкой активно используется в выходных выпрямителях импульсных источников питания для ПК. Поскольку для вторичной обмотки ВЧ-трансформатора требуется меньше витков медного провода, использование этой схемы намного эффективнее. Используются двойные диоды, т.е. диоды с общим корпусом и тремя выводами (два диода внутри). Один из выходов является общим (обычно катод). Двоичный диод внешне очень похож на транзистор.

Наиболее популярными в потребительском и промышленном применении являются мостовая схема. Взгляните на это.

Не будет преувеличением сказать, что это самая распространенная схема. Вы не раз столкнетесь с этой схемой на практике. Он содержит четыре полупроводниковых диода, а на выходе обычно имеется RC-фильтр или просто электролитический конденсатор для сглаживания пульсаций напряжения.

Эта схема уже была описана на странице “Диодный мост”. Стоит отметить, что мостовая схема также имеет недостатки. Как известно, каждый полупроводниковый диод имеет так называемое прямое падение напряжения (Прямое падение напряжения – V_F). Для обычных выпрямительных диодов этот показатель может составлять 1 – 1,2 В (в зависимости от типа диода). Теперь, используя мостовую схему, напряжение, равное 2 x V_Fт.е. приблизительно 2 В. Это происходит потому, что в выпрямлении одной полуволны переменного тока участвуют 2 диода (затем 2 других). Получается, что диодный мост теряет часть напряжения, которое мы берем со вторичной обмотки трансформатора, что является очевидной потерей. Поэтому в некоторых случаях Диоды Шоттки, которые имеют небольшое прямое падение напряжения (около 0,5 В), используются как часть диодного моста. Однако диод Шоттки не рассчитан на высокое обратное напряжение и очень чувствителен к превышению этого напряжения.

Большой интерес представляют Выпрямитель с удвоением напряжения.

Выпрямитель с удвоением напряжения.

Принцип работы удвоителя напряжения Латура-Делона-Гренашера основан на попеременной зарядке-разрядке конденсаторов C1 и C2 полуволнами входного напряжения разной полярности. В результате напряжение между катодом одного диода и анодом другого диода в два раза превышает входное напряжение. Схема:)

Стоит отметить, что эта схема не часто используется в источниках питания. Но его можно использовать, если мы хотим удвоить напряжение, снимаемое со вторичной обмотки трансформатора. Это было бы более логично и правильно, чем перемотка вторичной обмотки трансформатора для удвоения выходного напряжения на вторичной обмотке (потому что вторичная обмотка должна быть намотана в два раза большим количеством витков). Поэтому, если вы не можете найти подходящий трансформатор, вы можете смело использовать эту схему.

Расширением этой схемы стало создание твердотельного диодного умножителя.

Умножитель напряжения.

Каждый диод и конденсатор образуют “ячейку”, и эти ячейки могут быть соединены последовательно для получения напряжения в несколько десятков киловольт. Конечно, для этого входное напряжение должно быть достаточно большим.

На рисунке показано четырехкратный множитель а на выходе мы имеем напряжение, в четыре раза превышающее входное (U). Эти выпрямители стали очень популярны в тех случаях, когда требуется высокое напряжение при относительно низком токе. Например, в старых телевизорах и осциллографах эта схема использовалась для подачи высокого напряжения на анод ЭЛТ.

Сегодня такие источники питания используются в научных лабораториях, детекторах элементарных частиц, медицинском оборудовании (люстра Чижевского) и оружии самообороны (электрошокер). При воспроизведении таких конструкций и выборе деталей важно рабочее напряжениеВесь умножитель обычно заключен в специальный компаунд или эпоксидную смолу, чтобы избежать пробоя высокого напряжения между элементами схемы. Весь умножитель обычно заполняется специальным компаундом или эпоксидной смолой, чтобы избежать пробоя высокого напряжения между компонентами схемы.

Некоторые приборы, например, люстры Чижевского, требуют довольно высокого напряжения для нормальной работы. По мнению экспертов, излучатель отрицательных ионов эффективен только при напряжении не менее 60 киловольт.

Трехфазные выпрямители.

Устройства, которые используются для получения постоянного тока из трехфазного переменного тока, называются трехфазными выпрямителями. Трехфазные выпрямители, очевидно, не используются в бытовых приборах. Единственное устройство, которое можно использовать в бытовой технике, – это сварочный аппарат. Трехфазные выпрямители основаны на работах двух известных инженеров-электриков Миткевича и Ларионова. Простейшая схема Миткевича называется “параллельный мост 3/4”, который представляет собой три силовых диода, соединенных параллельно через вторичные обмотки трехфазного трансформатора. Схема.

Коэффициент пульсаций на нагрузке очень мал, что позволяет использовать конденсаторы фильтра с малой емкостью и небольшими размерами.

Более сложной является схема Ларионова, которую называют “три полумоста в параллель”, что хорошо видно на рисунке.

В этой схеме используется шесть диодов и немного другая схема. Существует довольно много схем трехфазных выпрямителей, и самой совершенной, хотя и редко используемой, является схема “шесть мостов в параллель”, а это уже 24 диода! Однако эта схема может производить высокое напряжение при высокой мощности.

Трехфазные выпрямители используются в электровозах, в городском электротранспорте (трамваи, троллейбусы, метро) и в промышленных электролизных установках. В промышленных системах очистки газа, буровом и сварочном оборудовании также используются трехфазные выпрямители.

Теперь вы знаете, что такое выпрямители переменного тока, и сможете легко найти их на схеме или печатной плате любого устройства. А тем, кто хочет узнать больше, мы рекомендуем прочитать книгу “Твердотельные выпрямители”.

Читайте далее:

• Расчет понижающего конденсатора.
• Полупроводниковые диоды.
• Основные параметры выпрямительных диодов; Школа для инженеров-электриков: Электротехника и электроника.
• Шаговые двигатели: свойства и практические схемы управления. Часть 2.
• Выпрямительные диоды; Школа для электриков: Электротехника и электроника.
• Обратный ток. Что такое возвратный ток?.
• Стабилизатор – это стабилизатор. Что такое стабилизатор?.

Более дешевая и легкая альтернатива трансформаторно-выпрямительным схемам

Вы думаете о создании испытательного оборудования высокого постоянного напряжения? Такое устройство необходимо для тестирования или создания электроники и устройств, требующих высокого постоянного напряжения, таких как микроволновые печи и электронно-лучевые трубки. Хотя для этой задачи можно использовать повышающий трансформатор и выпрямитель, трансформаторы являются тяжелыми и дорогими компонентами. Как таковые, они не обеспечивают лучшее решение. Двойник напряжения — лучшая альтернатива, для сборки которой требуется всего несколько компонентов. Мы изложили все детали, если вы хотите построить его для своего проекта. Но сначала давайте разберемся с определением и типами удвоителей напряжения.

Удвоитель напряжения представляет собой схему умножения напряжения с коэффициентом умножения, равным двум. Он принимает переменное напряжение в качестве входного, а затем выдает постоянное напряжение, эквивалентное удвоенному пиковому входному напряжению.

При этом схема делает две вещи. Он берет на себя роль повышающего трансформатора, повышая пиковое напряжение переменного тока, и выпрямителя, поскольку он преобразует переменный ток в постоянный.

Конструкция удвоителя напряжения

Источник: Викисклад.

Поскольку они являются умножителями напряжения, удвоители составляют основные строительные блоки или отдельные ступени схем более высокого порядка.

Четверное напряжение (обратите внимание на четыре диода и конденсаторы)

Источник: Wikimedia Commons.

Вы можете каскадировать аналогичные ступени для создания тройников напряжения, четверок и т. д. У тройного напряжения три диода и конденсатора, а у четверного – по четыре. Схема может масштабироваться вверх, чтобы достичь любого напряжения, необходимого для проекта.

Удвоитель напряжения состоит из четырех дискретных компонентов, которые усиливают напряжение и направляют ток в одном направлении. Это два диода и два конденсатора.

Цепь удвоителя напряжения

Источник: Wikimedia Commons.

Компоненты схемы расположены так, что один из диодов становится проводником во время каждого цикла переменного напряжения. В положительный полупериод второй диод остается выключенным, поэтому только один конденсатор заряжается до пикового входного напряжения переменного тока.

Первый диод выключается во время отрицательного пика, но второй диод проводит ток и заряжает второй конденсатор. Однако в предыдущем цикле в схеме уже был заряжен конденсатор номер один. Следовательно, это напряжение добавляется к входящему напряжению переменного тока.

Результатом является удвоение пикового источника переменного напряжения на втором конденсаторе, но на этот раз постоянного, поскольку ток будет течь в одном направлении.

Таким образом, удвоитель действует как зарядный насос, выдавая 2Vin.

• Полупериодный удвоитель напряжения
• Полупериодный удвоитель напряжения

• Более дешевая и легкая альтернатива трансформаторам.
• Может создавать отрицательное напряжение, меняя полярность подключенных диодов и конденсаторов.
• Простота увеличения коэффициента умножения напряжения за счет каскадного включения одинаковых удвоителей напряжения в цепи.

А вот и самое интересное. Если вы хотите построить схему удвоения постоянного напряжения (половину или полную волну), вам потребуются следующие компоненты:

• Печатная плата (или макет и соединительные провода)
• Два диода
• Два конденсатора

Итак, как схема работает? Подробно рассмотрим схемы полуволнового и двухполупериодного удвоителей постоянного напряжения. Но сначала, вот как поступают входные данные.

Поскольку форма волны переменного тока имеет положительные и отрицательные полупериоды, в приведенном ниже объяснении описывается, что происходит только в этих двух циклах. Удвоение происходит многократно, когда мощность поступает в цепь.

Форма волны переменного тока, показывающая непрерывные положительные и отрицательные полупериоды

Vm — пиковое напряжение, а Vin — входное напряжение. Vm = Vin при пиковом напряжении, поэтому в уравнениях будем использовать Vm.

При полярности, показанной на схеме ниже, входное напряжение смещает диод D2 в обратном направлении. Его сторона N подключается к положительной клемме, а сторона P подключается к отрицательной клемме источника переменного тока.

Полярность цепи удвоителя полупериодного постоянного напряжения во время положительного полупериода

С другой стороны, D1 смещен в прямом направлении, поскольку его стороны P и N подключены к положительной и отрицательной клеммам соответственно.

Таким образом, вы можете переосмыслить схему так, чтобы диод D1 образовывал короткое замыкание (проводящее соединение), а D2 — разомкнутую цепь. Вы можете использовать закон напряжения Кирхгофа, чтобы получить напряжение на конденсаторе C1 (Vc1).

Vm – Vc1 = 0

Итак, Vc1 = Vm

Во время отрицательного полупериода полярность меняется, как показано ниже.

Полярность цепи удвоителя напряжения полупериода постоянного тока во время отрицательного полупериода

Во время этой волны Vin смещает диод D2 в прямом направлении. Его стороны N и P подключаются к отрицательной и положительной клеммам соответственно. Однако D1 получает обратное смещение.

Таким образом, вы можете перерисовать диаграмму, где D1 образует разомкнутую цепь, а D2 образует короткое замыкание.

Используя закон напряжения Кирхгофа, мы можем определить напряжение на конденсаторе C2 по этой формуле.

-Vm – Vm + Vc2 = 0

-Vm – входное напряжение (при отрицательной полярности)

Второй Vm – это напряжение на конденсаторе C1, который зарядился во время предыдущего цикла.

Следовательно, Vc2 = Vm + Vm, что эквивалентно 2Vm.

Если вы подключите нагрузку к конденсатору C2, вы получите удвоенное пиковое входное напряжение, создавая эффект удвоения.

C1 действует как запоминающее устройство, потому что у него нет обратного пути к разрядке. Но во время отрицательного полупериода он последовательно подключается к источнику напряжения, поэтому напряжение двух источников суммируется.

Имея дело с двухполупериодным удвоителем, мы измеряем напряжение на обоих конденсаторах C1 и C2. Во время положительного цикла Vin смещает D1 вперед, а D2 — обратно.

Полярность цепи удвоителя напряжения двухполупериодного постоянного тока во время положительного полупериода

В этот период на D1 нет сопротивления, поэтому происходит короткое замыкание и зарядка конденсатора C1. Однако D2 действует как разомкнутая цепь из-за высокого сопротивления. Следовательно, C2 не заряжается.

Используя закон Кирхгофа,

Vm – Vc1 = 0

Следовательно, Vc1 = Vm

В отрицательный полупериод D1 смещается в обратном направлении, но полярность смещает D2 вперед.

Полярность цепи удвоителя напряжения двухполупериодного постоянного тока во время отрицательного полупериода

Применяя закон Кирхгофа,

-Vm + Vc2 = 0

Таким образом, Vc2 = Vm

Помните, что C1 был заряжен в предыдущем цикле, поэтому оба имеют пиковое напряжение Vm. Следовательно, если вы подключите нагрузку к обоим конденсаторам, вы получите 2 Вм.

В чем разница?

Если вы посмотрите на уравнения, они чем-то похожи, так в чем же разница между полуволновым и двухполупериодным удвоителями напряжения?

Первый заряжает конденсатор C1 во время первого цикла, затем разряжает его во время второго цикла. Это создает проблему создания напряжения пульсаций, равного частоте питания, что затрудняет сглаживание частоты пульсаций. Поэтому кривая выходного напряжения не очень гладкая.

Диаграмма пульсаций напряжения до и после сглаживания

Источник: Википедия

Однако двухполупериодный удвоитель напряжения действует скорее как два однополупериодных выпрямителя. Поэтому кривая выходного напряжения более плавная.

Стоит отметить, что как для полуволновых, так и для двухполупериодных цепей мы должны исходить из того, что конденсаторы C1 и C2 изначально не имеют заряда.

• Ионные насосы
• Телевизионная CRT
• рентгеновских систем
• Копировая машина
• Рало радарные оборудование
• Трубки верующих волн
• Microwave Ovens
• . потому что они дешевы в изготовлении и весят меньше, чем трансформаторы.

  Тем не менее, схемы трансформатор-выпрямитель обеспечивают гораздо более плавные кривые выходного напряжения постоянного тока, но, учитывая плюсы и минусы каждой из них, удвоители напряжения имеют преимущество.

  Кроме того, к удвоителю можно добавить схемы фильтров, чтобы сгладить выходной сигнал, чтобы он соответствовал комбинации трансформатор-выпрямитель.

  Если вам нужны компоненты для изготовления этих схем, свяжитесь с нами, чтобы получить их по непревзойденным и доступным ценам.

  Цепи умножителя напряжения, удвоитель, тройник, четырехкратное напряжение

  5 ноября 2022 г.

  Схемы умножителя напряжения

  В некоторых приложениях требуемое постоянное выходное напряжение может быть намного больше, чем может быть получено от 230 В. Источник 50 Гц с одним преобразователем. Во многих случаях переменное напряжение может быть соответствующим образом усилено трансформатором, а затем выпрямлено для получения требуемого постоянного выходного напряжения. Сын увеличить стоимость схемы.

  Умножитель напряжения можно разделить на два типа

  1. Удвоитель напряжения Выпрямитель
  2. Удвоители напряжения Цепь
  3. Умножитель напряжения

  Выпрямитель с удвоением напряжения

  Выпрямитель с удвоением напряжения обеспечивает выходное напряжение, в два раза превышающее входное напряжение. Эту операцию можно выполнить с диодами D1, D2 и зарядно-разрядным конденсатором (C1 и C2).

  Клемма A источника входного сигнала подключена к положительной клемме, а клемма B подключена к отрицательной клемме. При положительном цикле входа через клемму А на диод D1 получают прямое смещение и подключенный конденсатор С1 к пиковому напряжению при ωt = π/2 заряжается положительно. И еще один отрицательный цикл через клемму B к диоду 2 и соответствующему конденсатору C2 к пиковому напряжению V _м при ωt = 3π/2 положительно. Поскольку удвоенное пиковое значение напряжения источника переменного тока появляется на клеммах нагрузки как постоянное напряжение с положительной верхней клеммой и отрицательной нижней клеммой. Конденсаторы C1 и C2 должны быть достаточно большими, чтобы обеспечить стабильное выходное напряжение. Выходное постоянное напряжение 2В _м доступно только при идеальных элементах схемы. Фактически выходное постоянное напряжение будет меньше 2В _м из-за падения напряжения в элементах схемы.

  Выпрямитель с удвоением напряжения

  Схема удвоения напряжения

  Схема удвоения напряжения с двумя диодами D1 и D2 и двумя конденсаторами C1 и C2 и однофазным источником переменного напряжения. Когда клемма A положительного полупериода, D1 смещен в прямом направлении, и ток течет через источник C1 и D1, следовательно, заряд до пикового значения V 90 255 м 90 256 напряжения источника при ωt = π/2 сразу после ωt = π/2 диода D1 смещен в обратном направлении, поэтому в цепи, образованной источником, отсутствует ток. Конденсатор С1 в любом случае резервирует напряжение В _м .

  Во время отрицательного полупериода полярность заряда обратная D2 меняется на противоположную при ωt = π/2 направление тока – C1 и исток и C2 и диод D2.