Схема двухполупериодного выпрямителя
К категории выпрямителей относятся различные устройства, с помощью которых переменный входной электрический ток преобразуется на выходе в постоянный ток. В большинстве таких приборов невозможно создать постоянный ток и напряжение. В них осуществляется создание однонаправленного пульсирующего напряжения и тока, где сглаживание пульсаций выполняется с помощью специальных фильтров. Среди множества подобных приборов, наиболее эффективной считается схема двухполупериодного выпрямителя.
Содержание
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.
Распространенные схемы двухполупериодных выпрямителей
Данные схемы лежат в основе многих источников питания, применяемых в радиоэлектронике и других технических областях.
Таким образом, обеспечивается постоянное напряжение питания электронных устройств, технологических процессов, электромашинных приводов механизмов. Чтобы правильно эксплуатировать выпрямители, необходимо хорошо знать их основные свойства.
Двухполупериодный однофазный выпрямитель с выводом от средней точки
Основными преимуществами данной схемы считается более высокий коэффициент эксплуатации вентилей по току, сниженная расчетная мощность трансформатора, низкий коэффициент, определяющий пульсацию выпрямленного напряжения.
Однако в этой схеме вентили недостаточно используются по напряжению. Само устройство обладает высоким обратным напряжением, поступающим на выпрямительные диоды. В схеме используется более сложная конструкция трансформатора.
Двухполупериодный однофазный мостовой выпрямитель
Главным преимуществом мостового выпрямителя считается повышенный коэффициент применения вентилей по напряжению. В схеме используется трансформатор с меньшей расчетной мощностью и очень простой конструкцией.
Данные выпрямители нашли широкое применение в установках малой и средней мощности.
Главным недостатком мостовой схемы является необходимость строгой симметрии напряжений на каждой обмотке и применение двух обмоток вместо одной. На диодах возникает большое обратное напряжение. В сравнении с предыдущей схемой выпрямителя, требуется в два раза больше диодов, однако значение общего сопротивления постоянному току во многих случаях оказывается меньше, чем сопротивление выпрямителя со средней точкой.
Двухполупериодный выпрямитель с удвоением напряжения
Данная схема используется в случае возникновения проблем с намоткой вторичной обмотки, состоящей из множества витков, или при обмотке действующего трансформатора с недостаточным напряжением. В схеме удвоения применяется нагрузочная характеристика с круто падающим графиком. Пульсации выпрямленного тока сглаживаются конденсаторами.
Серьезным недостатком считается возможный взрыв электролитического конденсатора под действием переменного напряжения в случае пробоя одного из диодов.
Представленная схема не может быть использована для получения напряжения на выходе более 200-300В из-за возможного пробоя изоляции между нитью накала и катодами в кенотроне.
Двухполупериодный выпрямитель с умножением напряжения
Представленная схема дает возможность получать высокое напряжение без использования высоковольтного трансформатора. В ней используются конденсаторы с рабочим напряжением 2Ет, независимо от того, во сколько раз умножилось значение напряжения.
Данная схема двухполупериодного выпрямителя имеет недостаток в виде разрядки конденсаторов при включении нагрузочного сопротивления. С уменьшением сопротивления нагрузки увеличивается скорость разрядки конденсаторов, снижается их напряжение. Использование этой схемы нерационально при незначительных сопротивлениях нагрузок.
Выпрямительные схемы
Электронные устройства автоматики
Электронные устройства автоматики
ОглавлениеПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮРАЗДЕЛ I. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ И РЕЛЕЙНЫЕ СХЕМЫ ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ УСИЛИТЕЛЕЙ § 1.2. Коэффициент усиления. Линейные и нелинейные искажения § 1.3. Эквивалентная схема усилителя. Входное и выходное сопротивления § 1.4. Показатели многокаскадных усилителей § 1.5. Шумы в усилителях Вопросы и задачи для самопроверки ГЛАВА 2. ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ В УСИЛИТЕЛЯХ § 2.  1. Виды обратных связей§ 2.2. Влияние обратной связи на коэффициент усиления и искажения сигнала § 2.3. Влияние отрицательной обратной связи на входное сопротивление усилителя § 2.4. Влияние отрицательной обратной связи на выходное сопротивление усилителя Вопросы и задачи для самопроверки ГЛАВА 3. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ НА ТРАНЗИСТОРАХ § 3.1. Включение транзистора в схему усилительного каскада. Графический анализ работы каскада § 3.2. Режимы работы транзистора в схеме усилительного каскада. Однотактные и двухтактные схемы усилительных каскадов Вопросы и задачи для самопроверки ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ НА ТРАНЗИСТОРАХ § 4.1. Каскад с общим эмиттером § 4.2. Схемы с общим эмиттером с термокомпенсацией рабочей точки покоя § 4.3. Частотные искажения в схеме с общим эмиттером. Область низких частот § 4.4. Широкополосные каскады с общим эмиттером § 4.5. Каскад с общей базой (повторитель тока) § 4.  6. Каскад с общим коллектором (повторитель напряжения)§ 4.7. Каскад с общим истоком § 4.8. Каскад с общим стоком (истоковыб повторитель) § 4.9. Выходные каскады (усилители мощности) Расчет бестрансформаторного двухтактного усилителя мощности Вопросы и задачи для самопроверки ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ МНОГОКАСКАДНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ § 5.2. Усилители с непосредственной связью (усилители постоянного тока) § 5.3. Дифференциальные усилители § 5.4. Усилители постоянного тока с преобразованием сигнала § 5.5. Регулировка усиления сигнала в усилителях низкой частоты Вопросы и задачи для самопроверки ГЛАВА 6. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ § 6.2. Эквивалентная схема и основные параметры Области применения операционных усилителей § 6.3. Линейные схемы на операционных усилителях § 6.4. Устойчисвость и частотная коррекция операционных усилителей § 6.5. Работа операционного усилителя на низкоомную нагрузку Вопросы и задачи для самопроверки ГЛАВА 7.  РЕЛЕЙНЫЕ СХЕМЫ§ 7.1. Электромагнитные контактные реле. Общие сведения и основные параметры § 7.2. Электронные реле § 7.3. Электронные реле времени § 7.4. Фотоэлектронные реле § 7.5. Электронные реле на тиристорах РАЗДЕЛ II. ВЫПРЯМИТЕЛИ И СТАБИЛИЗАТОРЫ § 8.1. Определение и параметры выпрямителя § 8.2. Схемы выпрямителей § 8.3. Сглаживающие фильтры § 8.4. Фазочувстительные выпрямители и усилители § 8.5. Управляемые выпрямители и инверторы Вопросы и задачи для самопроверки ГЛАВА 9. СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА § 9.1. Параметрические стабилизаторы § 9.2. Компенсационные стабилизаторы Расчет компенсационного стабилизатора непрерывного действия Вопросы и задачи для самопроверки РАЗДЕЛ III. ПРИНЦИП РАДИОСВЯЗИ. ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ § 10.1. Основные параметры радиопередающих и радиоприемных устройств § 10.2. Радиоприемник супергетеродинного типа Вопросы и задачи для самопроверки ГЛАВА 11. КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ КОНТУРЫ § 11.  1. Свободные колебания в контуре§ 11.3. Вынужденные колебания в параллельном контуре § 11.4. Вынужденные колебания в связанных контурах Вопросы и задачи для самопроверки ГЛАВА 12. ГЕНЕРАТОРЫ СИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ § 12.1. Принципы построения генераторов § 12.2. Генератор с фазовращающей RC-цепью Расчет генератора низкой частоты § 12.3. Генератор с мостом Вина в цепи обратной связи § 12.4. Генераторы с колебательными контурами § 12.5. Стабилизация частоты LC-генераторов. Кварцевые генераторы ГЛАВА 13. ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ § 13.1. Узкополосные RC-усилители § 13.2. Резонансные усилители напряжения высокой частоты § 13.3. Резонансные усилители мощности высокой частоты (генераторы с независимым возбуждением) § 13.4. Модуляция высокочастотного сигнала ЛИТЕРАТУРА |
В. Электронные устройства автоматики: Учеб. пособие. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк.— 1991. — 256 с.
Схема двухполупериодного мостового выпрямителя
Двухполупериодный мостовой выпрямитель представляет собой схему, состоящую из четырех диодов, расположенных по схеме мостового типа, как показано на рисунке.
Эта схема обеспечивает двухполупериодное выпрямление, а также экономична, поэтому используется во многих приложениях.
Конструкция двухполупериодного выпрямителя
Двухполупериодный мостовой выпрямитель
В мостовом выпрямителе используются четыре диода. Все четыре диода подключены в форме ромба к трансформатору и нагрузке, как показано на схеме.
Работа двухполупериодного выпрямителяРабота двухполупериодного выпрямителя проста. Первичная обмотка трансформатора питается синусоидальным напряжением. Принимая во внимание, что вторичная обмотка трансформатора диаметрально соединена с двумя диаметрально противоположными точками. Нагрузка R , нагрузка подключена к оставшимся двум точкам моста.
Теперь, когда подается вход переменного тока, в течение первого полупериода верхняя часть трансформатора становится положительной по сравнению с нижней его половиной. Таким образом, в течение первой половины диоды D4 и D1 смещены в прямом направлении.
Токи идут по пути 1-2 и входят в нагрузку. При возвращении путь 4-3. Точно так же диоды D2 и D3 смещены в обратном направлении. Таким образом, по пути 2-3 и 1-4 ток не течет.
Во время отрицательного полупериода, т. е. в следующем цикле, верхняя часть преобразователя становится отрицательной по сравнению с нижней его частью. Таким образом, диоды D2 и D3 смещены в прямом направлении, и токи следуют по пути 3-2-4-1. Два других, то есть D1 и D4, имеют обратное смещение для этого цикла. Таким образом, по путям 1-2 и 3-4 ток не течет. Следовательно, отрицательный цикл выпрямляется, когда он появляется на нагрузке.
Форма сигнала выпрямленного входа будет выглядеть как
Максимальное вторичное напряжение = Пиковое обратное напряжение (PIV) мостового выпрямителя то есть 2РФ.
Пиковый ток двухполупериодного выпрямителяЗначение мгновенного напряжения, подаваемого на выпрямитель, определяется как
В с = В smax sin wt
Предположим, что диод имеет прямое сопротивление R f Ом, а обратное сопротивление равно бесконечности, поэтому ток через нагрузку R L можно определить как:
- I1 = I max Sin wt и I 2 = 0 для первого полупериода и
- I1 = 0 и I 2 = I max Sin wt для второго полупериода.
Сумма токов I 1 и I 2 протекает через сопротивление нагрузки R L , который задается как:
I = I 1 + I 2 = I макс. Sin wt для полного цикла
I max = V smax /(2R F + R L )
Выходной ток двухполупериодного выпрямителяциклы переменного тока. Величина постоянного тока Idc равна среднему значению переменного тока и получается путем интегрирования тока I1 между 0 и Π или тока I2 между Π и 2Π.
I DC = 1 / π ∫ ∫ 0 π I 1 D (WT)
= 1 / π ∫ ∫ 0 π I MAX SIN WT) SIN WT WT).
= 2I max / Π
DC Выходное напряжениеDC или среднее значение напряжения на нагрузке определяется как L )
Среднеквадратичное (RMS) значение токаДействующее или среднеквадратичное значение тока, протекающего через сопротивление нагрузки RL, может быть задано как:
I 2 RMS = 1/ Π ∫ ∫ 0 Π I1 d (wt) = I 2 max / 2
I RMS = Imax / √2
Эффективность выпрямления двухполупериодного выпрямителяТеперь количество мощности, отдаваемой в нагрузку
Pdc = I 2 dc R L = 2Im/Π = RLoad
= (4) 1/Π = RLoad I 2 m RLПеременный ток (AC) на входе трансформатора = мощность, рассеиваемая на диоде + мощность, рассеиваемая на сопротивлении нагрузки RL
I 2 RMS R f + I 2 RMS R Load = (I 2 m /2) (R f + R Load )
Эффективность выпрямления,
N = P DC / P AC = ((4 / π 2 ) I 2 M R Нагрузка ) / (I 2 M /2 /2 /2) / 2) / (I 2 M /2) / 2) / (I 2 M /2) / (I 2 M /2) / (I 2 M /2) / (I 2 M ) / (I 2 M ) / ) (R f + R Нагрузка )
= 0,812(1+R f / R Нагрузка )
Коэффициент пульсаций двухполупериодного выпрямителяВыпрямленное выходное напряжение, коэффициент формы задается как: / (2I m / Π) = 1,11
Таким образом, коэффициент пульсаций γ = √(1,11 2 – 1) = 0,482
В пост.
ток = I пост. ток R L = 2 / (I M R L )= (2V SM R L / (R F + R LOAD )
= (2V SM / ZT – (I dc R f )
Применение двухполупериодного выпрямителя Преобразование мощности переменного тока в мощность постоянного токаВо многих электронных приложениях используется регулируемый источник питания постоянного тока. Одним из наиболее удобных и надежных способов является преобразование источника переменного тока в источник постоянного тока. Упомянутое преобразование осуществляется с помощью выпрямителя, в котором используется система диодов, расположенных особым образом.
Теперь, если используются два диода, получается однополупериодный выпрямитель, который выпрямляет только половину сигнала переменного тока. Принимая во внимание, что когда четыре диода расположены определенным образом, тогда схема представляет собой двухполупериодный выпрямитель, который выпрямляет оба цикла сигнала переменного тока.
Также с помощью трансформатора с отводом от средней точки и двух диодов мы можем получить двухполупериодный выпрямитель.
Здесь для приложения используется мостовой выпрямитель. Схема состоит из 4 диодов, расположенных таким образом, что аноды двух соседних диодов соединены вместе, чтобы обеспечить положительное питание на выходе, а катоды двух других соединены вместе, чтобы обеспечить отрицательное питание на выходе. Катод и анод двух соседних диодов соединены вместе с плюсом источника переменного тока, тогда как катод и анод еще двух диодов соединены с минусом источника переменного тока. Следовательно, четыре диода расположены в конфигурации мостового типа, так что в каждом полупериоде два чередующихся диода проводят ток, создавая постоянное напряжение с некоторым отталкиванием.
Использование выпрямителя при пайке Однополупериодные выпрямители используются в схемах типа паяльника, а также в репеллентах от комаров для управления выводом паров.
При электросварке схема мостового выпрямителя используется для подачи поляризованного постоянного напряжения постоянного тока.
Однополупериодный выпрямитель используется в AM-радио в качестве детектора, поскольку на его выходе формируется звуковой сигнал. Из-за меньшей силы тока, очень редко используются более сложные выпрямители.
Для модуляцииДля демодуляции амплитуды модулированного сигнала используется однополупериодный выпрямитель. В радиосигнале для определения амплитуды модулирующего сигнала используется двухполупериодный мостовой выпрямитель.
Также однополупериодный выпрямитель используется для умножения напряжения.
Другие варианты применения:- Из-за низкой стоимости (по сравнению с выводом от середины) они широко используются в цепях электропитания.
- Может использоваться для определения амплитуды модулированных радиосигналов.
- Для подачи поляризованного напряжения при сварке можно использовать мостовые выпрямители.
- Мостовой выпрямитель с фильтром идеально подходит для многих общих приложений электропитания, таких как зарядка аккумулятора, питание устройства постоянного тока, возможно, светодиода, двигателя и т. д.
Как известно, выходное напряжение двухполупериодного выпрямителя непостоянно, оно постоянно пульсирует и поэтому не может использоваться в реальных приложениях. Другими словами, нам нужен источник постоянного тока с постоянным выходным напряжением. Эту потребность можно удовлетворить, используя соответствующий фильтр с катушкой индуктивности или конденсатором, чтобы сделать выходное напряжение плавным и постоянным.
Здесь конденсатор подключен параллельно сопротивлению нагрузки в линейном источнике питания. Конденсатор используется для увеличения постоянного напряжения и уменьшения пульсаций выходного напряжения. Этот конденсатор также называют резервуарным или сглаживающим конденсатором.
Как правило, за этим следует регулятор напряжения, который устраняет оставшиеся пульсации, чтобы можно было достичь требуемой мощности.
Пока выпрямитель проводит ток и потенциал выше, чем заряд конденсатора, конденсатор будет накапливать энергию трансформатора. Но когда выходная мощность выпрямителя падает ниже заряда конденсатора, конденсатор будет разряжать свою энергию в цепь. Поскольку выпрямитель проводит ток только в прямом направлении, вся энергия, разряжаемая конденсатором, будет поступать в нагрузку. Это делает выходную волну пилообразной, что является удобным линейным приближением к фактической форме волны, как показано ниже:0003
Преимущества двухполупериодного мостового выпрямителя- Что касается выпрямления, то эффективность двухполупериодного выпрямителя вдвое больше, чем у однополупериодного.
- Более высокий коэффициент использования трансформатора, более высокая выходная мощность и более высокое напряжение в случае двухполупериодного выпрямителя.
- В случае мостового выпрямителя используемый трансформатор прост по сравнению с выпрямителем с отводом от середины, и даже трансформатор можно исключить, если не требуется повышение и понижение напряжения.
- В случае двухполупериодного выпрямителя пульсации напряжения ниже и имеют большую частоту, поэтому достаточно даже простой фильтрации.
- Для определенной выходной мощности можно использовать меньший силовой трансформатор в случае мостового выпрямителя, поскольку ток как в первичной, так и во вторичной обмотке трансформатора протекает в течение всего цикла переменного тока.
- Необходимость четырех диодов (два в случае отвода от середины)
- Дополнительное падение напряжения из-за двух дополнительных диодов, что снижает выходное напряжение.
Аджай Дирадж
(Разработчик технического содержания)
Нравится:
Нравится Загрузка.
..
Электронная схема выпрямителя
0
Мостовой выпрямитель обеспечивает значительные преимущества по сравнению с однополупериодным выпрямителем, обеспечивая лучшее сглаживание и более высокий КПД.
Цепи диодного выпрямителя Включают:
Цепи диодного выпрямителя
Полупериодный выпрямитель
Двухполупериодный выпрямитель
Двухдиодный двухполупериодный выпрямитель
Двухполупериодный мостовой выпрямитель
Синхронный выпрямитель
Хотя однополупериодный выпрямитель находит применение для обнаружения сигналов и пиковых значений, он не нашел широкого применения в выпрямлении мощности. Именно в области выпрямления мощности мостовой выпрямитель является наиболее распространенной формой выпрямителя.
Двухполупериодный выпрямитель более сложен, чем двухполупериодный, но двухполупериодный выпрямитель предлагает некоторые существенные преимущества, и в результате он используется почти исключительно в этой области.
Двухполупериодный выпрямитель: основы
Концепция двухполупериодного выпрямителя заключается в том, что он использует обе половины формы волны для обеспечения выходного сигнала, что значительно повышает его эффективность.
Еще одним преимуществом при использовании в источнике питания является то, что результирующий выходной сигнал намного легче сгладить. При использовании сглаживающего конденсатора время между пиками для однополупериодного выпрямителя намного больше, чем для двухполупериодного выпрямителя.
Двухполупериодный выпрямитель обеспечивает лучшее сглаживаниеИз принципиальной схемы видно, что основная частота в выпрямленном сигнале в два раза больше частоты исходного сигнала – пиков в выпрямленном сигнале вдвое больше. Это часто можно услышать, когда в аудиоцепи присутствует небольшой фоновый шум.
Преимущества и недостатки двухполупериодного выпрямителя
Хотя схема двухполупериодного выпрямителя требует большего количества диодов, чем схема однополупериодного выпрямителя, она имеет преимущества с точки зрения использования обеих половин альтернативной формы волны для обеспечения выходного сигнала.
Преимущества двухполупериодного выпрямителя
- Использует обе половины формы волны переменного тока
- Легче обеспечить сглаживание за счет частоты пульсаций
Недостатки двухполупериодного выпрямителя
- Более сложный, чем двухполупериодный выпрямитель
- Двухчастотный гул в звуковой цепи может быть более слышимым
Типы схемы двухполупериодного выпрямителя
Существуют две основные формы схемы двухполупериодного выпрямителя, которые можно использовать. Каждый тип имеет свои особенности и подходит для различных приложений.
- Схема двухполупериодного двухполупериодного выпрямителя: Схема двухдиодного двухполупериодного выпрямителя не так широко используется с полупроводниковыми диодами, поскольку требует использования трансформатора с отводом от середины. Однако эта схема выпрямителя широко использовалась во времена термоэлектронных ламп/вакуумных ламп. Поскольку схема выпрямителя с четырьмя лампами была бы большой, вариант с двумя диодами был гораздо предпочтительнее.
Двухполупериодный выпрямитель с двумя диодами и трансформатором с отводом от середины - Схема мостового выпрямителя: В настоящее время конфигурация двухполупериодного мостового выпрямителя используется гораздо шире. Он предлагает более эффективное использование трансформатора, а также не требует трансформатора с центральным отводом. Дополнительными затратами являются два дополнительных диода – не такое уж дорогое дополнение в наши дни. Часто четыре диодных моста можно купить по отдельности, что значительно упрощает построение общей схемы.
Двухполупериодный выпрямитель с использованием мостового выпрямителя
Поскольку схема выпрямителя с четырьмя лампами была бы большой, вариант с двумя диодами был гораздо предпочтительнее. Ввиду своих преимуществ двухполупериодные выпрямительные цепи практически всегда используются вместо однополупериодных. Повышенная эффективность в сочетании с лучшей способностью сглаживания, возникающая из-за более короткого времени между пиками, означает, что их преимущества значительно перевешивают недостатки.
