Двухполупроводниковый выпрямитель: принцип работы, схемы и т.д.

Содержание

Типы выпрямителей переменного тока.

Ещё в начале ХХ века имел место очень принципиальный спор между корифеями электротехники. Какой ток выгоднее передавать потребителю на большие расстояния: постоянный или переменный? Научный спор выиграли сторонники передачи переменного тока по проводам высоковольтных линий от подстанции к потребителю. Эта система принята во всём мире и успешно эксплуатируется до сих пор.

Но большинство электронной техники и не только бытовой, но и промышленной питается постоянными напряжениями и это привело к созданию целой отрасли электрики – преобразование (выпрямление) переменного тока. После того как электронная лампа была забыта, главным элементом любого выпрямителя стал полупроводниковый диод.

Схемотехника выпрямителей весьма обширна, но самым простым является однополупериодный выпрямитель.

Однополупериодный выпрямитель.

Напряжение с вторичной обмотки силового трансформатора подаётся на один единственный диод. Вот схема.

Поэтому выпрямитель и назван однополупериодным. Выпрямляется только один полупериод и на выходе получается импульсное напряжение. Форма его показана на рисунке.

Схема проста и не требует большого количества элементов. Это и сказывается на качестве выпрямленного напряжения. При низких частотах переменного напряжения (например, как в электросети — 50 Гц) выпрямленное напряжение получается сильно пульсирующим. А это очень плохо.

Для того чтобы снизить величину пульсации выпрямленного напряжения приходится брать величину конденсатора С1 очень большую, порядка 2000 – 5000 микрофарад, что увеличивает размер блока питания, так как электролиты на 2000 — 5000 мкф имеют довольно большие размеры. Поэтому на низких частотах эта схема практически не используется. Зато однополупериодные выпрямители прекрасно зарекомендовали себя в импульсных блоках питания работающих на частотах 10 – 15 кГц (килогерц). На таких частотах величина ёмкости фильтра может быть очень небольшой, а простота схемы уже не столь сильно влияет на качество выпрямленного напряжения.

Примером использования однополупериодного выпрямителя может служить простой зарядник от сотового телефона. Так как зарядник сам по себе маломощный, то в нём применяется однополупериодная схема, причём как во входном сетевом выпрямителе 220V (50Гц), так и в выходном, где требуется выпрямить переменное напряжение высокой частоты со вторичной обмотки импульсного трансформатора.

К несомненным достоинствам такого выпрямителя следует отнести минимум деталей, низкую стоимость и простые схемные решения. В обычных (не импульсных) блоках питания многие десятилетия успешно работают двухполупериодные выпрямители.

Двухполупериодные выпрямители.

Они бывают двух схемных решений: выпрямитель со средней точкой и мостовая схема, известная, как схема Гретца. Выпрямитель со средней точкой требует более сложного в исполнении силового трансформатора, хотя диодов там используется в два раза меньше чем в мостовой схеме. К недостаткам двухполупериодного выпрямителя со средней точкой можно отнести то, что для получения одинакового напряжения, число витков во вторичной обмотке трансформатора должно быть в два раза больше, чем при использовании мостовой схемы. А это уже не совсем экономично с точки зрения расходования медного провода.

Далее на рисунке показана типовая схема двухполупериодного выпрямителя со средней точкой.

Величина пульсаций выпрямленного напряжения меньше чем у однополупериодного выпрямителя и величину конденсатора фильтра так же можно использовать гораздо меньшую. Наглядно увидеть, как работает двухполупериодная схема можно по рисунку.

Как видим, на выходе выпрямителя уже в два раза меньше «провалов» напряжения — тех самых пульсаций.

Активно применяется схема выпрямителя со средней точкой в выходных выпрямителях импульсных блоков питания для ПК. Так как во вторичной обмотке высокочастотного трансформатора требуется меньшее число витков медного провода, то гораздо эффективнее применять именно эту схему. Диоды же применяются сдвоенные, т.е. такие, у которых общий корпус и три вывода (два диода внутри). Один из выводов — общий (как правило катод). По виду сдвоенный диод очень похож на транзистор.

Наибольшую популярность приобрела в бытовой и промышленной аппаратуре мостовая схема. Взгляните.

Можно без преувеличения сказать, что это самая распространённая схема. На практике вы с ней ещё не раз встретитесь. Она содержит четыре полупроводниковых диода, а на выходе, как правило, ставится RC-фильтр или только электролитический конденсатор для сглаживания пульсаций напряжения.

О данной схеме уже рассказывалось на странице про диодный мост. Стоит отметить, что и у мостовой схемы есть недостатки. Как известно, у любого полупроводникового диода есть так называемое прямое падение напряжения (Forward voltage drop — V_F). Для обычных выпрямительных диодов оно может быть 1 — 1,2 V (зависит от типа диода). Так вот, при использовании мостовой схемы на диодах теряется напряжение, равное 2 x V_F, т.е. около 2 вольт. Это происходит потому, что в выпрямлении одной полуволны переменного тока участвуют 2 диода (затем другие 2). Получается, что на диодном мосте теряется часть напряжения, которое мы снимаем со вторичной обмотки трансформатора, а это явные потери. Поэтому в некоторых случаях в составе диодного моста применяются диоды Шоттки, у которых прямое падение напряжения невелико (около 0,5 вольта). Правда, стоит учесть, что диод Шоттки не рассчитан на большое обратное напряжение и очень чувствителен к его превышению.

Большой интерес вызывает выпрямитель с удвоением напряжения.

Выпрямитель с удвоением напряжения.

Принцип удвоителя напряжения Латура-Делона-Гренашера основан на поочерёдном заряде-разряде конденсаторов С1 и С2 разными по полярности полуволнами входного напряжения. В результате между катодом одного диода и анодом второго диода возникает напряжение в два раза превышающее входное. Схема в студию:)

Стоит отметить, что данная схема применяется в блоках питания нечасто. Но её можно смело использовать, если необходимо вдвое увеличить напряжение, которое снимается со вторичной обмотки трансформатора. Это будет более логичным и правильным решением, чем перематывать вторичную обмотку трансформатора с целью увеличить выходное напряжение вторичной обмотки в 2 раза (ведь при этом придётся наматывать вторичную обмотку с вдвое большим числом витков). Так что, если не удалось найти подходящий трансформатор — смело применяем данную схему.

Развитием схемы стало создание умножителя на полупроводниковых диодах.

Умножитель напряжения.

Каждый диод и конденсатор образуют «звено» и эти звенья можно соединять последовательно до получения напряжения в несколько десятков киловольт. Конечно, для этого входное напряжение тоже должно быть достаточно большим.

На рисунке изображён четырёхзвенный умножитель и на выходе мы получаем напряжение в четыре раза превышающее входное (U). Эти выпрямители получили большое распространение там, где нужно получить высокое напряжение при достаточно малом токе. Например, по такой схеме были выполнены источники высокого напряжения в старых телевизорах и осциллографах для питания анода электронно-лучевой трубки.

Сейчас такие источники питания используются в научных лабораториях, в детекторах элементарных частиц, в медицинской аппаратуре (люстра Чижевского) и в оружии самообороны (электрошокер). При повторении подобных конструкций и подборе деталей, следует учитывать рабочее напряжение, как диодов, так и конденсаторов исходя из напряжения, которое вы хотите получить. Весь умножитель, как правило, заливается специальным компаундом или эпоксидной смолой во избежание высоковольтных пробоев между элементами схемы.

Для нормальной работы некоторых устройств как, например, люстры Чижевского необходимы достаточно высокие напряжения. Как считают специалисты, излучатель отрицательных аэроионов, эффективен только при напряжении не менее 60 киловольт.

Трёхфазные выпрямители.

Устройства, которые используются для получения постоянного тока из переменного трёхфазного тока, называются трёхфазными выпрямителями. Трёхфазные выпрямители в бытовой технике, конечно, не используются. Единственный прибор, который может использоваться в быту это сварочный аппарат. В качестве трёхфазных выпрямителей используются наработки двух известных электротехников Миткевича и Ларионова. Самая простая схема Миткевича называется «три четверти моста параллельно», что означает три силовых диода включенных параллельно через вторичные обмотки трёхфазного трансформатора. Схема.

Коэффициент пульсаций на нагрузке очень мал, что позволяет использовать конденсаторы фильтра небольшой ёмкости и малых габаритов.

Более сложной является схема Ларионова, которая называется «три полумоста параллельно», что это такое хорошо видно из рисунка.

В схеме используется уже шесть диодов и немного другая схема включения. Вообще схем трёхфазных выпрямителей достаточно много и наиболее совершенной, хотя редко употребляемой является схема «шесть мостов параллельно», а это уже 24 диода! Зато эта схема может выдавать высокое напряжение при большой мощности.

Трёхфазные мощные выпрямители используются в электровозах, городском электротранспорте (трамвай, троллейбус, метро), в промышленных установках для электролиза. Так же промышленные системы очистки газовых смесей, буровое и сварочное оборудование используют трёхфазные выпрямители.

Теперь вы знаете, какие бывают выпрямители переменного тока и сможете легко обнаружить их на принципиальной схеме или печатной плате любого прибора. А для тех, кто хочет знать больше, рекомендуем ознакомиться с книгой «Полупроводниковые выпрямители».

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

Какие бывают припои?
Обзор термовоздушной паяльной станции.

Полупроводниковые выпрямители — Студопедия

Поделись с друзьями:

Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения в постоянное. Основное назначение выпрямителей заключается в сохранении направления тока в нагрузке при изменении полярности напряжения, приложенного ко входу выпрямителя. Существуют разновидности полупроводниковых выпрямителей, отличающиеся количеством диодов и схемой их включения. Ниже рассмотрены некоторые из этих схем.

Схема однофазного однополупериодного выпрямителя приведена на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 — Схема однофазного однополупериодного выпрямителя: Т_р — трансформатор; R_н – сопротивление нагрузки; u₁, u₂ — напряжения на первичной и вторичной обмотках трансформатора; u_н — напряжение на нагрузке

Однофазный однополупериодный выпрямитель пропускает на выход только одну полуволну питающего напряжения (рисунок 1.6). Среднее значение напряжения на выходе такого выпрямителя вычисляется по формуле:

(1.7)

где U_m — амплитуда напряжения на вторичной обмотке трансформатора; Т — период входного напряжения; со — круговая частота сигнала, ω=2π/Т.

Период сигнала на выходе однополупериодного выпрямителя равен периоду входного сигнала. Максимальное обратное напряжение на диоде равно максимуму входного напряжения:

(1.8)

Рисунок 1. 6 — Форма напряжений на входе (а) и выходе (б) однофазного однополупериодного выпрямителя

На рисунке 1.7 приведена схема двухфазного двухполупериодного выпрямителя. По сути, она представляет собой два параллельно соединенных однофазных выпрямителя, которые питаются от двух половин вторичной обмотки трансформатора. В результате создаются два противофазных питающих выпрямителя напряжения. Форма напряжения на выходе такого выпрямителя приведена на рисунке 1.8.

Рисунок 1.7 — Схема двухполупериодного выпрямителя:

— напряжения на вторичных обмотках ()

Рисунок 1.8 — Форма напряжений на входе (а) и выходе (б) двухфазного двухполупериодного выпрямителя

Двухфазный двухполупериодный выпрямитель характеризуется хорошим использованием трансформатора. Среднее значение напряжения на выходе выпрямителя вычисляется по формуле:

(1.9)

Период сигнала на выходе двухполупериодного выпрямителя в два раза меньше, чем у однополупериодного. Максимальное обратное напряжение на каждом диоде равно разности максимального значения напряжения на вторичной обмотке (сумма напряжений на двух полуобмотках и₂ = и₂‘ + u₂«) и прямого падения напряжения на диоде U_np:

(1.10)

Наиболее широкое практическое распространение получил однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель, схема которого приведена на рисунке 1.9.

Рисунок 1.9 — Схема однофазного мостового выпрямителя

Форма напряжений на входе и выходе мостового выпрямителя, а также среднее значение выходного напряжения U_вых такие же, как и для двухфазного полупериодного выпрямителя. Максимально обратное напряжение U_maxдля мостового выпрямителя равно напряжению на вторичной обмотке трансформатора.

Мостовой выпрямитель в отличии от двухфазного двухполупериодного может работать без трансформатора. К недостаткам мостовой схемы относится удвоенное число выпрямительных диодов.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Двухдиодный двухполупериодный выпрямитель

» Electronics Notes

Двухдиодная версия схемы двухполупериодного выпрямителя может использоваться в ряде случаев для использования обеих половин формы переменного сигнала.

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

Схема с двумя диодами способна обеспечить двухполупериодное выпрямление при использовании с трансформатором с отводом от середины.

В этом двухдиодном формате для двухполупериодного выпрямителя используется трансформатор с центральным ответвлением, и он широко использовался, когда использовались термоэлектронные клапаны / вакуумные лампы. Это позволило сэкономить на количестве диодов и, следовательно, на количестве требуемых ламп/ламп, тем самым значительно сэкономив затраты — дополнительные лампы/ламп значительно увеличили производственные затраты.

Сегодня с полупроводниковыми диодными мостовыми выпрямителями схема не так часто встречается, поскольку для мостовых выпрямителей требуется только одна обмотка на трансформаторе, а стоимость центрального отвода с дополнительными обмотками перевешивает стоимость двух дополнительных диодов, необходимых для мостового выпрямителя. .

Схема двухдиодного двухполупериодного выпрямителя

В электронной схеме двухполупериодного двухполупериодного выпрямителя используется трансформатор с центральным отводом, центральный отвод которого соединен с землей или линией 0 В, а затем один диод подключается к каждому внешнему выводу трансформатора. Два анода или два катода соединяются вместе в зависимости от полярности требуемого выхода.

Принципиальную схему двухполупериодного выпрямителя можно увидеть на схеме.

Двухполупериодный выпрямитель с двумя диодами и трансформатором с отводом от середины

Эту схему очень легко реализовать, хотя для нее нужен трансформатор с отводом от середины. Электронных компонентов всего два, т. е. трансформатор и два диода, и они легко подключаются к схеме.

Течение тока в цепи можно увидеть на диаграмме ниже. Это полезно, чтобы увидеть, как работает схема и насколько она не так эффективна с точки зрения использования трансформатора, как схемы, такие как мостовой двухполупериодный выпрямитель.

Двухполупериодный выпрямитель с двумя диодами: протекание тока

Эта электронная схема двухполупериодного выпрямителя работает так, что два диода подключены к одному сопротивлению нагрузки, а затем каждый диод по очереди подает ток на нагрузку, по одному на каждую половину периода.

Если посмотреть немного глубже, то можно увидеть, что на одной половине цикла ток проходит через одну половину трансформатора и проходит через первый диод. Другой диод смещен в обратном направлении и не является проводником.

Затем для другой половины цикла в игру вступает другая сторона схемы со вторым проводящим диодом и первым диодом, смещенным в обратном направлении.

Пиковое обратное напряжение диода

Одной из важных проблем при рассмотрении электронных компонентов, составляющих двухдиодную версию схемы мостового выпрямителя, является номинальное пиковое обратное напряжение, необходимое для используемых диодов.

Для диодов требуется среднеквадратичное значение напряжения трансформатора 2 x √2, а желательно больше для компенсации переходных процессов.

Глядя на схему, один диод будет проводить ток в течение одной половины цикла, а другой диод — в течение другой половины периода.

В случае, когда диод D1 является проводящим, поскольку напряжение на его половине вторичной обмотки начинает расти, то же самое происходит и с напряжением на другой половине. Один диод в этом случае будет проводящим, а другой диод D2 будет смещен в обратном направлении.

Напряжение повысится до напряжения Vp, пикового напряжения трансформатора, которое в √2 раза превышает среднеквадратичное значение напряжения. Если к нагрузке подключен конденсатор для сглаживания, это напряжение будет поддерживаться, даже если оно имеет небольшую пульсацию.

При пиковом напряжении на нагрузке в пик цикла диод Д2 увидит этот потенциал на одном конце диода, а на другом увидит пиковое напряжение в другом направлении со своей половины трансформатора . Другими словами, он должен блокировать двойное пиковое напряжение, то есть √2 среднеквадратичного выходного напряжения трансформатора.

Поскольку эта цепь часто подключается к сети сетевого источника питания, могут быть переходные процессы, которые видны поверх этого диода. Поэтому разумно увеличить номинальное пиковое обратное напряжение PIV для диода с хорошим запасом. Часто выбирают диоды с номиналом PIV, по крайней мере, в четыре раза превышающим пиковое напряжение трансформатора.

Проблемы с этой формой двухполупериодного выпрямителя

Глядя на блок-схему тока, можно увидеть, что ток каждой половины вторичной обмотки используется только в течение половины цикла. Это приводит к очень неэффективному использованию трансформатора с точки зрения затрат и ресурсов.

Выходное напряжение трансформатора вдвое меньше, чем могло бы быть: Использование центрального отвода в трансформаторе означает, что можно использовать только половину полного напряжения на двух половинах обмотки вместе.
Повышенные тепловые потери: В результате того, как работает схема двухдиодного двухполупериодного выпрямителя, каждая половина трансформатора используется в течение половины времени. Это означает, что ток через каждую обмотку в два раза больше, чем если бы использовался настоящий однополупериодный выпрямитель, такой как мостовой выпрямитель. Поскольку тепловые потери равны квадрату тока, умноженному на сопротивление, это означает, что за половину времени рассеивается в четыре раза больше тепла. Это означает, что в течение полного цикла тепловые потери в два раза превышают эквивалентную схему двухполупериодного мостового выпрямителя. .
Увеличение стоимости трансформатора: Каждая половина вторичной обмотки должна обеспечивать полное напряжение, а также высокий уровень тока. Это означает, что трансформатор будет значительно дороже, чем трансформатор, требующий стандартной вторичной обмотки без центрального ответвления.
Для диодов требуется высокий номинал PIV: Как видно из абзаца выше, пиковое обратное напряжение PIV для диодов должно быть в два раза больше пикового напряжения от трансформатора, а для обеспечения запаса по переходным процессам оно должно быть больше. Мостовой двухполупериодный выпрямитель требует диодов, которые имеют только половину номинала PIV.

В результате отмеченных выше моментов для создания двухполупериодного мостового выпрямителя с использованием системы двухполупериодного двухполупериодного выпрямителя потребуется трансформатор в √2 раза больше, чем трансформатор, необходимый для мостового выпрямителя. Это будет стоить дороже, а также будет тяжелее и громоздче. Поскольку сейчас мостовые выпрямители стоят очень дешево, это предпочтительный вариант для большинства применений.

Дополнительные схемы и схемы:
Основы операционных усилителей
Схемы операционных усилителей
Цепи питания
Транзисторная конструкция
Транзистор Дарлингтона
Транзисторные схемы
схемы полевых транзисторов
Символы цепи

Вернитесь в меню проектирования схем . . .

Статья о полупроводнике+выпрямителе из The Free Dictionary

Полупроводник+выпрямитель | Статья о полупроводнике+выпрямителе The Free Dictionary

Полупроводник+выпрямитель | Статья о полупроводнике+выпрямителе из The Free Dictionary

Слово, не найденное в Словаре и Энциклопедии.

Возможно, Вы имели в виду:

Пожалуйста, попробуйте слова по отдельности:

полупроводник
выпрямитель

Некоторые статьи, соответствующие вашему запросу:

Не можете найти то, что ищете? Попробуйте выполнить поиск по сайту Google или помогите нам улучшить его, отправив свое определение.