Двухполупериодная схема выпрямления: Двухполупериодный выпрямитель: схемы, принцип работы

Двухполупериодный мостовой выпрямитель. Принцип действия, схема, расчет

Главная » Справочник » Двухполупериодный мостовой выпрямитель. Принцип действия, схема, расчет

Существует еще одна, более популярная конструкция двухполупериодного выпрямителя, построенная на основе конфигурации с четырьмя диодами. Такая конструкция известна как двухполупериодный мостовой выпрямитель или просто мостовой выпрямитель.

Преимущество этого типа выпрямителя по сравнению с версией выпрямителя с центральным отводом заключается в том, что для него не требуется сетевой трансформатор с центральным отводом во вторичной обмотке, что резко снижает его размер и стоимость.

Также эта конструкция использует полностью все вторичное напряжение в качестве входного. Используя тот же трансформатор, мы получаем вдвое больше пикового напряжения и вдвое больше постоянного напряжения с мостовым выпрямителем, чем с двухполупериодным выпрямителем с центральным отводом. Именно поэтому мостовые выпрямители используются гораздо чаще, чем двухполупериодные со средней точкой.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель

Чтобы выпрямить оба полупериода синусоидальной волны, как мы уже говорили ранее, в мостовом выпрямителе используются четыре диода, соединенных вместе в конфигурации «моста». Вторичная обмотка трансформатора подключена с одной стороны диодного моста, а нагрузка — с другой.

На следующем рисунке показана схема мостового выпрямителя.

Во время положительного полупериода переменного напряжения диоды D1 и D2 смещены в прямом направлении, в то время как диоды D3 и D4 смещены в обратном направлении. Это создает положительное напряжение на нагрузочном резисторе (обратите внимание на плюс-минус полярности на нагрузочном резисторе).

В течение следующего полупериода полярность переменного напряжения меняется на противоположную. Теперь диоды D3 и D4 смещены в прямом направлении, а диоды D1 и D2 — в обратном. Это также создает положительное напряжение на нагрузочном резисторе, как и раньше.

Обратите внимание, что независимо от полярности напряжения на входе, полярность на нагрузке постоянная, а ток в нагрузке течет в одном направлении.

Таким образом, схема преобразует входное переменное напряжение в пульсирующее постоянное напряжение.

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор

Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…

Подробнее

Если вам трудно запомнить правильное расположение диодов в схеме мостового выпрямителя, вы можете обратиться к альтернативному представлению схемы. Это точно такая же схема, за исключением того, что все диоды расположены горизонтально и направлены в одном направлении.

Значение постоянного напряжение выходного сигнала

Здесь формула для расчета среднего значения напряжения такая же, как и для двухполупериодного выпрямителя со средней точкой:

Это уравнение говорит нам, что значение постоянного напряжения составляет около 63,6 процента от пикового значения. Например, если пиковое переменное напряжение составляет 10 В, то постоянное напряжение будет 6,36 В.

Когда вы измеряете напряжение на выходе мостового выпрямителя с помощью вольтметра, показание будет равно среднему значению.

Аппроксимация второго порядка

В действительности мы не получаем идеальное  напряжение на нагрузочном резисторе. Из-за потенциального барьера, диоды не включаются, пока источник напряжение не достигнет около 0,7 В.

И поскольку в мостовом выпрямителе работают по два диода за раз, то падение напряжения составит 0,7 x 2 = 1,4 В. Таким образом, пиковое выходное напряжение определяется следующим образом:

Выходная частота

Полноволновой выпрямитель инвертирует каждый отрицательный полупериод, удваивая количество положительных полупериодов. Из-за этого у такого выпрямителя на выходе в два раза больше циклов, чем на входе. Поэтому частота полноволнового сигнала в два раза превышает входную частоту.

Например, если частота на входе составляет 50 Гц, выходная частота будет 100 Гц.

Фильтрация постоянного напряжения

Сигнал на выходе, который мы получаем от двухполупериодного мостового выпрямителя, является по сути пульсирующим постоянным напряжением, которое вырастает до максимума, а затем снижается до нуля.

Для того чтобы избавиться от пульсаций, нам необходимо отфильтровать двухволновой сигнал. Один из способов сделать это — подключить сглаживающий конденсатор.

Первоначально конденсатор разряжен. На протяжении первой четверти цикла диоды D1 и D2 смещены в прямом направлении и из-за этого сглаживающий конденсатор начинает заряжаться. Процесс заряда длится до тех пор, пока напряжение с мостового выпрямителя не достигнет своего пикового значения. В этот момент напряжение на конденсаторе будет равно Vp.

После того, как напряжение с выпрямителя достигает своего пика, оно начинает уменьшаться. Как только напряжение снизиться ниже Vp соответствующая пара диодов (D1 и D2) не будет проводить.

Когда диоды выключены, конденсатор разряжается через нагрузку, пока не будет достигнут следующий пик. Когда наступает следующий пик, конденсатор заряжается уже через диоды D3 и D4  до пикового значения.

Недостатки мостового выпрямителя

Единственным недостатком мостового выпрямителя является то, что выходное напряжение меньше, чем входное напряжение на 1,4 В, в результате падения на двух диодах.

Этот недостаток ощутим только в источниках питания с очень низким напряжением. Например, если пиковое напряжение источника составляет всего 5 В, то  напряжение нагрузки будет иметь только 3,6 В.

Но если пиковое напряжение источника составляет 100 В, напряжение нагрузки будет близко к идеальному двухполупериодному напряжению и влияние падения на диодах будет не значительным.

Блок питания 0…30В/3A

Набор для сборки регулируемого блока питания…

Подробнее

Двухполупериодный выпрямитель: схемы, принцип работы

Содержание:

Кратко об управляемых преобразователях

Нередко требуется управлять напряжением на выходе преобразователя, не изменяя входное. Для этой цели наиболее оптимальным будет применение управляемых вентилей, пример такой реализации показан ниже.

Простой тиристорный преобразователь (на управляемых вентилях)

Двухполупериодный мостовой выпрямитель

Чтобы выпрямить оба полупериода синусоидальной волны, как мы уже говорили ранее, в мостовом выпрямителе используются четыре диода, соединенных вместе в конфигурации «моста».

Вторичная обмотка трансформатора подключена с одной стороны диодного моста, а нагрузка — с другой.

На следующем рисунке показана схема мостового выпрямителя.

Во время положительного полупериода переменного напряжения диоды D1 и D2 смещены в прямом направлении, в то время как диоды D3 и D4 смещены в обратном направлении. Это создает положительное напряжение на нагрузочном резисторе (обратите внимание на плюс-минус полярности на нагрузочном резисторе).

В течение следующего полупериода полярность переменного напряжения меняется на противоположную. Теперь диоды D3 и D4 смещены в прямом направлении, а диоды D1 и D2 — в обратном. Это также создает положительное напряжение на нагрузочном резисторе, как и раньше.

Обратите внимание, что независимо от полярности напряжения на входе, полярность на нагрузке постоянная, а ток в нагрузке течет в одном направлении. Таким образом, схема преобразует входное переменное напряжение в пульсирующее постоянное напряжение.

Если вам трудно запомнить правильное расположение диодов в схеме мостового выпрямителя, вы можете обратиться к альтернативному представлению схемы. Это точно такая же схема, за исключением того, что все диоды расположены горизонтально и направлены в одном направлении.

Значение постоянного напряжение выходного сигнала

Здесь формула для расчета среднего значения напряжения такая же, как и для двухполупериодного выпрямителя со средней точкой:

Это уравнение говорит нам, что значение постоянного напряжения составляет около 63,6 процента от пикового значения. Например, если пиковое переменное напряжение составляет 10 В, то постоянное напряжение будет 6,36 В.

Когда вы измеряете напряжение на выходе мостового выпрямителя с помощью вольтметра, показание будет равно среднему значению.

Принцип действия двухполупериодного выпрямителя

В течение первой половины цикла переменного тока верхний конец вторичной обмотки положителен, а нижний конец вторичной обмотки отрицателен. Диод D1 находится в состоянии прямого подключения, а диод D2 находится в состоянии обратного подключения, поскольку средняя точка отрицательна относительно положительной стороны вторичной обмотки и положительна относительно отрицательной стороны вторичной обмотки. Ток протекает от средней точки через сопротивление нагрузки, через D1 к положительной стороне вторичной обмотки. Падение напряжения на сопротивлении RL представляет собой положительную полуволну.

Путь тока через двухполупериодный выпрямитель: D1 находится в состоянии прямого подключения

В течение второй половины цикла переменного тока верхний конец вторичной обмотки отрицателен, а нижний конец вторичной обмотки положителен. Диод D1 находится в состоянии обратного подключения, а диод D2 находится в состоянии прямого подключения. Как изображено на рисунке 3-7, ток протекает от средней точки через сопротивление нагрузки, через D2 к положительной стороне вторичной обмотки. Падение напряжения на сопротивлении RL снова представляет собой положительную полуволну.

Путь тока в двухполупериодном выпрямителе: D2 находится в состоянии прямого подключения

Поскольку ток протекает через сопротивление RL в одном и том же направлении в течение обеих половин цикла входного напряжения, через RL проходят две полуволны в течение каждого полного цикла. Тем не менее, поскольку у этого трансформатора есть средняя точка, падение напряжения на сопротивлении нагрузки представляет собой лишь

половину того, что могло бы быть, если бы нагрузка была соединена ко всей вторичной обмотке. Форма кривой выходного сигнала двухполупериодного выпрямителяЧитайте также Мостовой выпрямитель контур, проводящий ток в течение обеих половин цикла переменного тока Однополупериодный выпрямитель контур, проводящий во время одной половины цикла переменного тока Трансформатор электрическое устройство, передающее энергию переменного тока от одного контура к другому Повторитель напряжения имеет высокое входное сопротивление, низкое выходное сопротивление и коэффициент усиления равный единице Умножитель напряжения контур, способный выдать напряжение, в несколько раз превышающее полученное

Назначение

Основное назначение однофазного двухполупериодного выпрямителя – это преобразование переменного тока в постоянный. Для того чтобы понять принцип действия такого выпрямителя, необходимо разобраться, что такое однополупериодное выпрямление

Однополупериодный выпрямитель представляет собой устройство, которое состоит из трансформатора и одного диода (вентиля), подключенного ко вторичной обмотке трансформатора. Работает устройство следующим образом:

1. Синусоидальный ток представляет собой цикл из 2 периодов: положительного и отрицательного.
2. При протекании по цепи положительного полупериода, диод открывается и пропускает его дальше по цепи.
3. При протекании отрицательного полупериода, диод не открывается и обрезает этот цикл.

Таким образом по цепи пропускается только ток с высокой пульсацией. Для того чтобы сгладить этот эффект, схема дополняется конденсатором с высокой емкостью. Основной недостаток такой схемы – большая потеря тока и необходимость использования мощных сглаживающих конденсаторов. Подобное устройство применяется, например, для зарядных блоков мобильных телефонов.

Двухполупериодный однофазный выпрямитель построен примерно по схожей схеме. Главное отличие заключается в добавлении 2-х и более полупроводниковых диодов для сглаживания обоих полупериодов. Существуют следующие разновидности подобных элементов:

1. Мостовой.
2. Со средней точкой.

Каждое устройство использует различное количество преобразователей, а значит имеет различный принцип работы.

Свойства двухполупериодного выпрямителя

Основным свойством этих устройств является протекание электрического тока через нагрузку за оба полупериода в одном и том же направлении.

В приборах такого типа используются, в основном, мостовые или полумостовые схемы. В последнем случае однофазный ток выпрямляется с использованием специального трансформатора. В качестве вывода используется средняя точка вторичной обмотки, а количество элементов, выпрямляющих ток – в два раза меньше. В настоящее время полумостовая схема используется довольно редко из-за высокой металлоемкости и высокого активного внутреннего сопротивления, с большими потерями при нагревании трансформаторных обмоток.

Чаще всего используются двухполупериодные устройства, в схемах которых имеется сразу два вентиля. Электрический ток в нагрузке всегда протекает в одном и том же направлении. В результате, выпрямление тока происходит с участием двух полупериодов напряжения. Благодаря высокой частоте пульсаций, фильтрация выпрямляемого напряжения существенно облегчается.

Двухполупериодные выпрямители получили широкое распространение во многих радиоэлектронных устройствах, обеспечивая их нормальное питание. Возможность преобразования постоянного тока из одного напряжения в другое, дает возможность создавать в схемах питания различные напряжения при одном и том же источнике энергии.

Работа мостовой схемы

Разбираемся с электроизмерительными приборами

Устройство состоит из четырех полупроводниковых вентилей, объединенных в мост. В таком случае вторичная обмотка трансформирующего устройства объединяется с противоположными плечами диодного моста. Нагрузочные резисторы подключат посредством других плеч. При этом выходные характеристики значительно выше, чем у двухпериодных, из-за течения через прибор всей волны напряжений переменного тока.

Во время положительной полуволны сигнал движется от отрицательной части вторичной обмотки трансформирующего устройства через вентили и нагрузочный резистор к положительной части совокупности витков трансформирующего устройства. При негативной полуволне процесс происходит в обратном порядке.

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

Схема двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

Для этой схемы необходим трансформатор, с двумя вторичными обмотками. Напряжение на диодах в два раза выше, чем при включении схемы с однополупериодным выпрямителем или при включении мостовой схемы. В этой схеме попеременно работают оба полупериода. В течении положительного полупериода работает одна часть схемы обозначенная В1, во время отрицательного полупериода работает вторая часть схемы обозначенная В2. Эта схема является менее экономичной, чем мостовая схема, в частности у неё более низкий коэффициент использования трансформатора. В этой схеме после диодов получается также пульсирующее напряжение, но частота пульсаций в два раза выше. Что мы и можем видеть на следующем графике:

График двухполупериодного выпрямителя

Сравнение мостовой схемы и схемы со средней точкой

Относительно мостового выпрямителя двухполупериодный преобразователь со средней точкой имеет удвоенное напряжение вдвое выше. Также в работе задействованы оба полупериода переменного тока. При положительной полуволне работает верхняя часть схемы, при отрицательной – нижняя.

Главным недостатком, по сравнению с выпрямителем на диодном мосту, является низкий КПД применения трансформирующего устройства. Частота колебаний сигнала вдвое выше, чем у мостовой схемы.

Величина выходного напряжения

Поскольку двухполупериодный выпрямитель выдает выходной сигнал в течение обоих полупериодов, он имеет в два раза больше положительных циклов, чем полуволновой выпрямитель. В результате среднее значение напряжения также в два раза больше:

Среднее значение напряжения за один цикл рассчитывается по следующей формуле:

Это уравнение указывает нам на то, что значение постоянного напряжения  составляет около 63,6% от пикового значения. Например, если пиковое напряжение входного сигнала составляет 10 В, напряжение на выходе выпрямителя будет 6,36 В

Когда вы измеряете при помощи вольтметра сигнал с выхода двухполупериодного выпрямителя, показания будут равны среднему значению.

Аппроксимация второго порядка

В действительности мы не получаем идеальное двухполупериодное напряжение на нагрузочном резисторе.

Из-за потенциального барьера, диод не включается, пока напряжение источника не достигнет около 0,7 В. Таким образом, выходное напряжение на 0,7 В ниже идеального пикового выходного напряжения.

Выходная частота

Двухполупериодный выпрямитель инвертирует каждый отрицательный полупериод, удваивая количество положительных полупериодов. Из-за этого у двухполупериодного выпрямителя на выходе есть в два раза больше циклов, чем на входе.

Поэтому частота двухполупериодного сигнала в два раза превышает входную частоту:

Например, если частота источника составляет 50 Гц, выходная частота будет 100 Гц.

Фильтрация постоянного напряжения

Сигнал на выходе, который мы получаем от двухполупериодного мостового выпрямителя, является по сути пульсирующим постоянным напряжением, которое вырастает до максимума, а затем снижается до нуля.

Для того чтобы избавиться от пульсаций, нам необходимо отфильтровать двухволновой сигнал. Один из способов сделать это — подключить сглаживающий конденсатор.

Первоначально конденсатор разряжен. На протяжении первой четверти цикла диоды D1 и D2 смещены в прямом направлении и из-за этого сглаживающий конденсатор начинает заряжаться. Процесс заряда длится до тех пор, пока напряжение с мостового выпрямителя не достигнет своего пикового значения. В этот момент напряжение на конденсаторе будет равно Vp.

После того, как напряжение с выпрямителя достигает своего пика, оно начинает уменьшаться. Как только напряжение снизиться ниже Vp соответствующая пара диодов (D1 и D2) не будет проводить.

Когда диоды выключены, конденсатор разряжается через нагрузку, пока не будет достигнут следующий пик. Когда наступает следующий пик, конденсатор заряжается уже через диоды D3 и D4  до пикового значения.

Анализ двухполупериодного выпрямителя

Чтобы проанализировать схему двухполупериодного выпрямителя, предположим, что входное напряжение Vi равно

Vi=Vm sin omegat

Ток i1 через нагрузочный резистор RL определяется как

i1=Im sin omegat quadдля quad0 leq omegat leq pi

i1= quad0 quad quad quadдля quad pi leq omegat leq2 pi

куда

im= гидроразрываVmRF+RL

Rf — сопротивление диода в состоянии ВКЛ.

Аналогично, ток i2 , протекающий через диод D2 и нагрузочный резистор RL, определяется как

i2= quad0 quad quad quadдля quad0 leq omegat leq pi

i2=Im sin omegat quadдля quad pi leq omegat leq2 pi

Общий ток, протекающий через RL , является суммой двух токов i1 и i2 , т.е.

I=i1+i2

Среднее значение выходного тока, которое показывает амперметр постоянного тока, определяется как

Idc= frac12 pi int2 pi0i1d left( omegat right)+ frac12 pi int2 pi0i2d left( omegat right)

= frac12 pi int pi0Im sin omegatd left( omegat right)+0+0+

frac12 pi int2 pi0Im sin omegatd left( omegat right)

= fracIm pi+ fracIm pi= frac2Im pi=0. 636Im

Это вдвое превышает значение полуволнового выпрямителя.

Выходное напряжение постоянного тока на нагрузке определяется как

Vdc=Idc timesRL= frac2ImRL pi=0.636ImRL

Таким образом, выходное напряжение постоянного тока в два раза выше, чем у полуволнового выпрямителя.

Среднеквадратичное значение тока определяется как

Irms= left[ frac1 pi int pi0t2d left( omegat right) right] гидроразрыва12

Поскольку ток имеет две одинаковые формы в двух половинах

= left[ fracI2m pi int pi0 sin2 omegatd left( omegat right) right] frac12

= гидроразрываim SQRT2

Эффективность выпрямителя определяется как

ета= гидроразрываР−постоянногоР−ас

Сейчас,

Pdc= left(Vdc right)2/RL= left(2Vm/ pi right)2

А также,

Pac= left(Vrms right)2/RL= left(Vm/ sqrt2 right)2

Следовательно,

eta= fracPdcPac= frac left(2Vm/ pi right)2 left(Vm/ sqrt2 right)2= гидроразрыва8 р2

=0,812=81,2%

Эффективность выпрямителя можно рассчитать следующим образом:

Выходная мощность постоянного тока,

Pdc=I2dcRL= frac4I2m pi2 timesRL

Входная мощность переменного тока,

$$ P_ {ac} = I_ {rms} ^ {2} left (R_f + R_L right) = frac {I_ {m} ^ {2}} {2} left (R_f + R_L right) $ $

Следовательно,

eta= frac4I2mRL/ pi2I2m left(Rf+RL right)/2= frac8 pi2 fracRL left(Rf+RL right)

=  frac {0. 812} { left  {1+  left (R_f / R_L  right)  right }}

Следовательно, процентная эффективность

= frac0.8121+ left(Rf+RL right)

=81.2% quadifRf=0

Таким образом, двухполупериодный выпрямитель имеет эффективность, в два раза превышающую эффективность полуволнового выпрямителя.

Форм-фактор выпрямленного выходного напряжения двухполупериодного выпрямителя задается

F= гидроразрываIэффIпостоянноготока= гидроразрываim/ SQRT22Im/ р=1,11

Коэффициент пульсации  gamma определяется как (с использованием теории цепей переменного тока)

gamma= left[ left( fracIrmsIdc right)−1 right] frac12= left(F2−1 справа) frac12

= left[ left(1.11 right)2−1 right] frac12=0,48

Это значительное улучшение по сравнению с коэффициентом пульсации полуволнового выпрямителя, равным 1,21.

Выходное напряжение постоянного тока определяется как

Vdc= frac2ImRL pi= frac2VmRL pi left(Rf+RL right)

= frac2Vm pi left[1− fracRfRf+RL right]= frac2Vm pi−IdcRf

TUF полуволнового выпрямителя составляет 0,287

В выпрямителе с центральным отводом имеются две вторичные обмотки, и, следовательно, TUF двухполупериодного выпрямителя с центральным выводом

left(TUF right)avg= fracPdcVAрейтингofaтрансформатор

= frac left(TUF right)p+ left(TUF right)s+ left(TUF right)s3

= гидроразрыва0,812+0,287+0,2873=0,693

Недостатки двухполупериодного выпрямителя

Одним из недостатков двухполупериодного выпрямителя является необходимость в трансформаторе, имеющий во вторичной обмотке центральный отвод. По этой причине в мощных источниках питания размеры и стоимость таких трансформаторов существенно возрастают. Вот почему использование выпрямителя с центральным отводом оправдана только в устройствах с низким энергопотреблением.

Еще одним недостатком является то, что из-за центрального отвода для выпрямления используется только половина вторичного напряжения.

Чтобы избежать этих недостатков можно использовать мостовой двухполупериодный выпрямитель.

Преобразователь напряжения своими руками

Покупка преобразователя напряжения не всегда выглядит логичной. Стоимость устройства может быть значительной. Поэтому многие предпочитают собирать такие собственноручно. Радиоэлементы извлекаются из блоков питания компьютеров и других приборов. Однако подключать к простейшему элементу чувствительную к перепадам напряжения технику нежелательно.

Схема импульсного преобразователя

Полноволновой выпрямитель с нулевым выводом

Выпрямляющий прибор с двумя диодами конвертирует обе полуволны подающегося на него сигнала в импульсный постоянный ток. Чтобы преобразовать ток, применяется трансформирующий прибор, у которого вторичная обмотка разделяется на две половины. Центральный участок присоединен к земле.

Принцип работы:

1. При положительном полуцикле на одной части витков трансформатора возникает плюс, на второй – минус. Вентиль, который подключают к положительной части, проводит ток. Второй диод закрыт. Проходя через резистор, ток попадает на центральную точку;
2. При отрицательном полуцикле состояние обмоток меняется. Второй диод проводит ток.

В итоге электричество пропускается во время обеих полуволн, и КПД достигает 90%.

Подведем итоги

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

Предыдущая

РазноеЭлектромагнитное излучение – невидимый убийца.

Следующая

РазноеКак правильно соединить провода между собой

Двухполупериодный выпрямитель — Выпрямители — Основы электроники

Выпрямители

Двухполупериодный выпрямитель представляет собой устройство, в котором два или более диода расположены чтобы ток нагрузки протекал в одном и том же направлении в течение каждого полупериода подача переменного тока.

Обычный двухполупериодный выпрямитель

Схема базового двухполупериодного выпрямителя показана на виде А рисунка ниже. Трансформатор Tr обеспечивает питание двух диодных выпрямителей, Д ₁ и Д ₂ . Этот трансформатор имеет вторичная обмотка с отводом от середины, разделенная на две равные части (W1 и W2). W1 обеспечивает напряжение источника для D ₁ , а W2 обеспечивает напряжение источника для D ₂ . Напряжения на встречке концы вторичных обмоток сдвинуты по фазе на 180 градусов друг к другу. Например, когда напряжение в точке В положительно относительно земли, напряжение в точке А отрицательно относительно земли. Соединения с диодами расположены так, что диоды проводят на чередование полупериодов. Рассмотрим работу схемы в течение одного полного цикла.

Обычный двухполупериодный выпрямитель.

В течение первого полупериода (указано сплошными стрелками) напряжение в точке А положительно по отношению к земле, а напряжение в точке B отрицательно относительно земли. Во время этого чередования анод D ₂ становится отрицательным. и D ₂ не может проводить. За время, в течение которого анод D ₂ отрицательный, анод D ₁ это положительный, разрешающий D ₁ проводить. Как показано, ток течет из точки А трансформатор, через диод D ₁ , вниз через нагрузочный резистор ( R _L ) на массу (центральный отвод). Когда D ₁ проводит, он действует как замкнутый переключатель, так что положительный полупериод ощущается через нагрузку ( R _L ).

Во время второго полупериода (обозначено пунктирными линиями) полярность приложенное напряжение изменилось на противоположное. Теперь анод Д ₂ есть положительный относительно земли и анод D ₁ отрицательный. Теперь только D ₂ могут проводить. Ток теперь течет, как показано, от точки B трансформатора, через диод D ₂ , вниз через нагрузочный резистор ( R _L ) к заземление (центральный кран). Обратите внимание, что ток течет через нагрузочный резистор ( R _L ) в одном направлении для обоих половины входного цикла.

Вид B на приведенном выше рисунке представляет форму выходного сигнала полноволнового выпрямитель. Форма сигнала состоит из двух импульсов тока (или напряжения) для каждого цикл входного напряжения. Частота пульсаций на выходе Таким образом, двухполупериодный выпрямитель в два раза превышает частоту сети.

Более высокая частота на выходе двухполупериодного выпрямителя дает отчетливую Преимущество: из-за более высокой частоты пульсаций выход близко приближается к чистому DC. Более высокая частота также значительно упрощает фильтрацию. чем на выходе однополупериодного выпрямителя.

По пиковому значению среднее значение тока и напряжения на выходе двухполупериодного выпрямителя вдвое больше, чем на выходе полупериодный выпрямитель. Соотношение между пиковым значением и средним значение показано на рисунке ниже. Поскольку форма выходного сигнала по существу синусоидальная волна с обоими чередованиями одной и той же полярности, средний ток или напряжение составляет 63,7 процента (или 0,637) от пикового тока. I _{пиковое} или напряжение В _пик .

Пиковые и средние значения для двухполупериодного выпрямителя.

В виде уравнения:

Пример:
Общее напряжение на высоковольтной вторичной обмотке трансформатор, используемый для питания двухполупериодного выпрямителя, составляет 300 вольт. Найдите среднее напряжение нагрузки (не учитывать небольшое падение напряжения на диоде).

Решение:
Поскольку общее вторичное напряжение ( В _S ) составляет 300 вольт, каждый на диод подается половина этого значения, или 150 вольт. Потому что вторичка напряжение является среднеквадратичным значением, пиковое напряжение нагрузки равно:

Среднее напряжение нагрузки:

Каждая электрическая цепь имеет преимущества и недостатки. Полная волна выпрямитель не исключение. При изучении двухполупериодного выпрямителя у вас может возникнуть обнаружил, что при удвоении выходной частоты среднее напряжение удваивается, и результирующий сигнал намного легче фильтровать из-за высокой пульсации частота. Единственным недостатком является то, что пиковое напряжение в полной волне выпрямителя составляет только половину пикового напряжения в однополупериодном выпрямителе. Это потому что вторичная обмотка трансформатора в двухполупериодном выпрямителе центр постучал; поэтому на каждый диод поступает только половина напряжения источника.

К счастью, есть выпрямитель, который выдает такое же пиковое напряжение. как однополупериодный выпрямитель и с той же частотой пульсаций, что и двухполупериодный выпрямитель. Эта схема, известная как мостовой выпрямитель , будет предметом нашего рассмотрения. следующее обсуждение.

Мостовой выпрямитель

Когда четыре диода подключены, как показано на рисунке ниже, схема называется мостовым выпрямителем . Вход в схему подается на диагонально противоположные углы сети, а выход берется из оставшихся двух углов.

Мостовой выпрямитель.

Один полный цикл операции будет обсуждаться, чтобы помочь вам понять, как эта схема работает. Допустим, есть положительный потенциал в точке A и отрицательный потенциал в точке B. Положительный потенциал в точке A произойдет прямое смещение D ₃ и обратное смещение Д ₄ . Отрицательный потенциал в точке B вызовет смещение вперед D ₁ и обратное смещение D ₂ . В на этот раз D ₃ и D ₁ смещены вперед и позволит току проходить через них; Д ₄ и D ₂ смещены в обратном направлении и блокируют ток. путь тока течет из точки А через D ₃ , вниз через R _L , через D ₁ до точки B. Этот путь обозначен сплошными стрелками.

Через полпериода полярность на вторичной обмотке трансформатора реверс, смещение вперед Д ₂ и Д ₄ и обратное смещение D ₁ и D ₃ . Текущий поток теперь будет из точки B через D ₂ , вниз через R _L , через D ₄ до точки А. Этот путь обозначено ломаными стрелками. Вы должны были заметить, что текущий поток через R _L всегда в одном направлении. Протекая через R _L этот ток создает напряжение соответствует тому, что показано на выходном сигнале. Поскольку ток течет через нагрузку ( R _L ) в обе половины циклов приложенного напряжения, этот мостовой выпрямитель является двухполупериодным выпрямителем.

Одно из преимуществ мостового выпрямителя перед обычным двухполупериодным выпрямителем заключается в том, что с данным трансформатором мостовой выпрямитель производит выходное напряжение это почти в два раза больше, чем у обычной двухполупериодной схемы.

Двухполупериодный выпрямитель Основы, схема, работа и применение

---

Содержание

Введение

Выпрямитель, который преобразует полный цикл переменного тока (AC) в постоянный ток (DC) или пульсирующий постоянный ток, называется Full Волновой выпрямитель. В выпрямителе этого типа можно выпрямлять как положительный, так и отрицательный полупериод входного сигнала переменного тока. Во время строительства двухполупериодный выпрямитель использует несколько диодов или групп диодов для процесса выпрямления.

Работа двухполупериодного выпрямителя также основана на том факте, что диод пропускает ток в одном направлении и блокирует ток в другом направлении. В двухполупериодном выпрямителе ток протекает через нагрузку в одном и том же направлении в течение всего цикла входного источника переменного тока.

Двухполупериодный выпрямитель в основном предназначен для преодоления недостатков однополупериодного выпрямителя , таких как потери мощности, низкий КПД и более высокий коэффициент пульсаций. Он создает выходное напряжение постоянного тока, которое выше, чем у однополупериодного выпрямителя. На выходе двухполупериодного выпрямителя пульсации меньше, чем у однополупериодного выпрямителя. Следовательно, двухполупериодный выпрямитель обеспечивает более плавную форму выходного сигнала постоянного тока и более высокий КПД.

Двухполупериодный выпрямитель подразделяется на два типа. Это:

1. Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом
2. Двухполупериодный мостовой выпрямитель

---

Двухполупериодный выпрямитель с отводом от середины

Тип двухполупериодного выпрямителя, в котором используются два диода, подключенных ко вторичной обмотке трансформатора с отводом от середины, называется двухполупериодным выпрямителем с отводом от середины. Двухполупериодный выпрямитель с отводом от средней точки в основном состоит из следующих компонентов.

• Трансформатор с центральным отводом
• Два диода
• Резистивная нагрузка

Принципиальная схема двухполупериодного выпрямителя с отводом от середины показана на рисунке ниже.

В этой схеме вход переменного тока подключен к первичной обмотке трансформатора с отводом от средней точки. Во вторичной обмотке трансформатора средний отвод (дополнительный провод) подключается точно в центральной точке, так что средний отвод делит ввод на две части. Верхняя часть вторичной обмотки соединена с диодом, а нижняя часть вторичной обмотки соединена с диодом. Оба диода подключены к общей резистивной нагрузке с помощью трансформатора с центральным отводом, как показано на рисунке выше.

---

Работа двухполупериодного выпрямителя с отводом от середины

Во время положительного полупериода переменного тока клемма A становится положительной, а клемма B становится отрицательной. Центральный вывод заземлен, т. е. имеет нулевой потенциал. Здесь положительный вывод подключен к p-стороне диода, а отрицательный вывод B также подключен к p-стороне диода. Таким образом, диод находится в состоянии прямого смещения и пропускает ток. В то время как диод находится в состоянии обратного смещения и не пропускает электрический ток. Следовательно, диод подает постоянный ток на нагрузку, и он будет возвращаться на вторичную обмотку трансформатора. Ток течет по пути линейной стрелки, как показано на рисунке.

Во время отрицательного полупериода переменного тока клемма A становится отрицательной, а клемма B становится положительной. Центральный вывод заземлен, т. е. имеет нулевой потенциал. Здесь отрицательная клемма A подключена к p-стороне диода, а положительная клемма B подключена к p-стороне диода. Таким образом, диод находится в состоянии обратного смещения и не пропускает электрический ток, тогда как диод находится в состоянии прямого смещения и позволяет протекать току. Таким образом, диод подает постоянный ток на нагрузку, и он будет возвращен во вторичную обмотку трансформатор. Ток течет только в нижней части цепи. Ток течет по пути, указанному пунктирной стрелкой, как показано на рисунке.

Из обоих полупериодов переменного тока видно, что диод пропускает электрический ток во время положительного полупериода, а диод пропускает электрический ток во время отрицательного полупериода. Таким образом, входной сигнал переменного тока допускается как для положительных, так и для отрицательных полупериодов. Ток течет в одном направлении через нагрузку. Выходное постоянное напряжение почти равно входному переменному напряжению питания.

Форма входного/выходного сигнала двухполупериодного выпрямителя с отводом от середины показана на рисунке ниже:

---

Полномостовой выпрямитель

Тип двухполупериодного выпрямителя, в котором используются четыре диода в мостовой схеме, называется двухполупериодным мостовым выпрямителем. Четыре диода соединены по мостовой схеме, в которой два диода проводят один полупериод, а два других диода проводят другой полупериод.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель не требует отвода от средней точки и трансформатора с отводом от средней точки. Таким образом, он дешевле и меньше по размеру, чем двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель в основном состоит из следующих компонентов.

• Четыре диода
• Резистивная нагрузка

Принципиальная схема двухполупериодного мостового выпрямителя показана на рисунке ниже.

В этой схеме четыре диода образуют мост. Питание переменного тока или выход трансформатора на вторичной обмотке подключается к двум диаметрально противоположным точкам моста в точках А и С. Резистивная нагрузка подключается к мосту через точки В и D. Подключение питания переменного тока, диоды как мост, а сопротивление нагрузки показано на рисунке выше.

---

Работа двухполупериодного мостового выпрямителя

Во время положительного полупериода переменного тока верхняя клемма А моста положительна по отношению к нижней клемме С. Таким образом, диоды смещены в прямом направлении, и ток течет к сопротивлению нагрузки через плечо AB и возвращается обратно через плечо DC. В то время как диоды находятся в состоянии обратного смещения, и ток не может течь по плечам AD и BC.

Схема цепи во время положительного полупериода показана на рисунке ниже, а путь протекания тока указан стрелками. В этом полупериоде ток протекает по пути AB-RL-DC и замыкает цепь, как показано на рисунке.

Во время отрицательного полупериода переменного тока верхний вывод A моста отрицателен по отношению к нижнему выводу C. Таким образом, диоды находятся в состоянии обратного смещения, и ток не может течь по плечам AB и ОКРУГ КОЛУМБИЯ. Тогда как диоды смещены в прямом направлении, и ток течет к сопротивлению нагрузки через плечо CB и возвращается обратно через плечо DA.

Схема цепи во время отрицательного полупериода показана на рисунке ниже, а путь протекания тока указан стрелками. В этом полупериоде ток протекает по пути CB-RL — DA и замыкает цепь, как показано на рисунке.

Форма входного/выходного сигнала двухполупериодного мостового выпрямителя показана на рисунке ниже:

---

Коэффициент пульсации двухполупериодного выпрямителя не чистый постоянный ток, а пульсирующий постоянный ток. При преобразовании сигнала переменного тока в сигнал постоянного тока остаются некоторые компоненты переменного тока, хотя мы стараемся удалить компоненты переменного тока. Эта нежелательная составляющая переменного тока, содержащаяся на выходе выпрямителя, называется пульсацией. Пульсации выходного сигнала постоянного тока можно свести к минимуму с помощью фильтров, таких как конденсаторы и катушки индуктивности.

Коэффициент пульсаций определяет количество пульсаций в выходном сигнале постоянного тока. Он используется для измерения того, насколько хорошо однополупериодный выпрямитель может преобразовывать переменное напряжение в постоянное. Математически коэффициент пульсаций представляет собой отношение среднеквадратичного значения составляющей переменного тока выходного напряжения к составляющей постоянного тока выходного напряжения. Или это отношение пульсирующего напряжения к напряжению постоянного тока.

Для создания хорошего выпрямителя коэффициент пульсаций должен быть минимальным. Таким образом, конденсаторы и катушки индуктивности используются в качестве фильтров для уменьшения пульсаций в цепи. 92-1}
$$

Для двухполупериодного выпрямителя с отводом от середины коэффициент пульсации составляет 0,48.

$$
\text { т. е. } \gamma=0.48
$$

---

Среднеквадратичное значение

Среднеквадратичное значение тока, протекающего через сопротивление нагрузки RL для двухполупериодного выпрямителя, определяется как: {rm s}=\frac{I_m}{\sqrt{2}}
$$

Среднеквадратичное значение выходного напряжения нагрузки определяется по формуле:

$$
V_{rm s}=I_{rm s} * R_L=\ frac{I_m}{\sqrt{2}} R_L \
$$

---

Выходное напряжение постоянного тока (В постоянного тока)

Выходное постоянное напряжение (В постоянного тока) представляет собой напряжение на нагрузке RL. Это получается путем умножения выходного постоянного тока и сопротивления нагрузки RL.

Математически это можно записать как:

$$
V_{d c}=I_{d c} * R_L
$$

=\frac{2}{\pi} I_{\max } R_L
$$

---

Эффективность

Эффективность выпрямителя представляет собой отношение выходной мощности постоянного тока к входной мощности переменного тока. Он обозначается ղ и математически записывается как:

$$
\mathbf{1}=\frac{P_{d c}}{P_{a c}}
$$

Для двухполупериодного выпрямителя КПД равен до 81,2%, что вдвое превышает эффективность однополупериодного выпрямителя.

---

Пиковое обратное напряжение (PIV)

Пиковое обратное напряжение (PIV) — это максимальное обратное напряжение смещения, которое может выдержать диод. Диод будет разрушен, если приложенное напряжение больше, чем пиковое обратное напряжение (PIV).

Пиковое обратное напряжение двухполупериодного выпрямителя в два раза больше, чем у однополупериодного выпрямителя. PIV через D1 и D2 составляет 2Vmax.

---

Форм-фактор

Форм-фактор определяется как отношение среднеквадратичного значения к значению постоянного тока или среднему значению. Математически это определяется как:
$$
\mathrm{FF}=\frac{\text {RMS Value}}{\text {DC Value}}
$$

Для двухполупериодного выпрямителя форм-фактор:
$$
\mathrm{FF}=\frac{I_{r m s}}{I_{d c}}=\frac{I_{\max} / \sqrt{2}}{2 I_{\max} \sqrt{ \pi}}=\frac{\pi}{2 \sqrt{2}}=1,11
$$

---

Применения

Двухполупериодный выпрямитель в основном используется для следующих применений:

• Они используются для определения амплитуды модулирующего радиосигнала
Двухполупериодные мостовые выпрямители
• используются в цепях питания для различных приложений.