Схема двухполупериодного выпрямителя с фильтром и без него

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

Полноволновое выпрямление может быть выполнено следующими методами.

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

Если две ветви схемы соединены третьей ветвью для образования петли, тогда сеть называется мостовой схемой. Из этих двух предпочтительным типом является схема мостового выпрямителя с использованием четырех диодов, поскольку для двухдиодного типа требуется трансформатор с отводом от центра. и ненадежен по сравнению с мостовым. Также диодный мост выпускается в единой упаковке. Некоторые из примеров: DB102, GBJ1504, KBU1001 и т. Д.

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

Работа полноволнового выпрямителя:

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

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

Чтобы уменьшить пульсации в форме волны или сделать ее непрерывной, мы должны добавить на выходе конденсаторный фильтр. Работа конденсатора параллельно нагрузке позволяет поддерживать постоянное напряжение на выходе. Таким образом, можно уменьшить пульсации на выходе.

С конденсатором 1 мкФ в качестве фильтра:

Выходной сигнал с фильтром на 1 мкФ ослабляет волну только до определенной степени, поскольку емкость накопления энергии на 1 мкФ меньше. Приведенная ниже форма волны показывает результат фильтрации.

Поскольку на выходе все еще присутствует пульсация, мы собираемся проверить выход с разными значениями емкости. Форма волны ниже показывает уменьшение пульсации в зависимости от значения емкости, т. Е. Емкости накопления заряда.

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

Операции с конденсатором:

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

Коэффициент пульсации можно рассчитать теоретически:

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

R _{нагрузка} = 1кОм; f = 100 Гц; C _out = 1 мкФ; I _dc = 15 мА

Следовательно, коэффициент пульсации = 5 вольт.

Разница в коэффициенте пульсаций будет компенсирована при более высоких значениях емкости конденсатора. Эффективность полного выпрямителя выше 80%, что вдвое больше, чем половина двухполупериодного выпрямителя.

Практичный полноволновой выпрямитель:

В мостовом выпрямителе используются следующие компоненты:

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

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

Работа схемы:

Понижающий трансформатор:

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

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

Схема полноволнового выпрямителя без фильтра:

Соответствующее напряжение на нагрузке составляет 12,43 В, потому что среднее выходное напряжение прерывистой формы волны можно увидеть на цифровом мультиметре.

Схема полноволнового выпрямителя с фильтром:

Когда конденсаторный фильтр добавлен, как показано ниже,

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

2. При C _out = 10 мкФ пульсации уменьшаются, и, следовательно, среднее напряжение увеличивается до 17,5 В.

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

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