Схема однополупериодного 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 все операции полуволнового выпрямителя с принципиальной схемой.

Напряжение переменного тока имеет синусоидальную форму с частотой 50/60 Гц. Форма волны будет такой, как показано ниже.

Теперь выпрямление - это процесс удаления отрицательной части переменного тока (AC) и, следовательно, создания частичного постоянного тока. Этого можно добиться с помощью диодов. Диоды позволяют току течь только в одном направлении. Для понимания мы можем разделить форму волны на положительный полупериод и отрицательный полупериод. Когда указанное выше напряжение подается через диод, проводимость происходит только в течение положительного полупериода. Таким образом, ниже будет форма волны.

Работа полуволнового выпрямителя:

В Half-wave Rectifier мы удаляем отрицательный полупериод переменного тока с помощью одного диода, а в Full Wave Rectifier мы преобразуем отрицательный полупериод переменного тока в положительный цикл с помощью 4 диодов. Давайте теперь рассмотрим переменное напряжение с меньшей амплитудой 15 В (среднеквадратичное) и преобразуем его в постоянное напряжение с помощью одного диода. Диод проводит только в течение положительного полупериода. Но на выходе будет прерывистое импульсное положительное напряжение постоянного тока. Его необходимо дополнительно отфильтровать, чтобы сделать его чистым постоянным током с меньшей пульсацией. Следует иметь в виду, что все напряжение и ток, которые мы измеряем с помощью цифрового мультиметра, по своей природе являются среднеквадратичными. Следовательно, то же самое рассматривается и при моделировании.

Форма выходного сигнала выше, как и ожидалось, представляет собой прерывистый импульсный сигнал постоянного тока. Чтобы сгладить форму волны или сделать ее непрерывной, мы добавляем на выход конденсаторный фильтр. Работа параллельного конденсатора заключается в поддержании постоянного напряжения на выходе. Он определяет количество пульсаций на выходе.

С конденсаторным фильтром 1 мкФ:

Форма волны ниже показывает уменьшение пульсации в зависимости от значения емкости, т. Е. Емкости накопления заряда.

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

Работа с конденсатором:

Во время положительного полупериода диод смещен в прямом направлении, и конденсатор заряжается, а нагрузка получает питание. Во время отрицательного полупериода диод смещается в обратном направлении, и цепь разомкнута, во время чего конденсатор подает в него накопленную энергию. Чем больше емкость накопления энергии, тем меньше пульсация формы выходного сигнала.

Коэффициент пульсации можно рассчитать теоретически:

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

R _{нагрузка} = 1кОм; f = 50 Гц; C _out = 1 мкФ; I _dc = 15 мА

Следовательно,

Приведенная выше форма волны имеет пульсации 11 вольт, что почти одинаково. Разница будет компенсирована при более высоких номиналах конденсатора. Кроме того, основной проблемой полуволнового выпрямителя является КПД, который меньше, чем двухполупериодный. Обычно КПД (ƞ) = 40%.

Практическая схема полуволнового выпрямителя на макетной плате:

В схеме однополупериодного выпрямителя используются следующие компоненты:

1. Понижающий трансформатор 220В / 15В переменного тока.
2. 1N4007 - Диод
3. Резистор
4. Конденсаторы

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 обмоткой, и ЭДС, индуцированной во вторичной. В трансформаторе, используемом ниже

Напряжение питания 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 полуволнового выпрямителя без фильтра:

Соответствующее напряжение на нагрузке составляет 6,5 В, потому что среднее выходное напряжение прерывистой формы волны можно увидеть на цифровом мультиметре.

Схема полуволнового выпрямителя с фильтром:

Когда конденсаторный фильтр добавлен, как показано ниже,

1. Для C _out = 4,7 мкФ пульсации уменьшаются, и, следовательно, среднее напряжение увеличивается до 11,9 В.

2. Для C _out = 10 мкФ пульсации уменьшаются, и, следовательно, среднее напряжение увеличивается до 15,0 В.

3. Для C _out = 47 мкФ пульсации еще больше уменьшаются, и, следовательно, среднее напряжение увеличивается до 18,5 В.

4. Для C _out = 100 мкФ, после этого форма волны будет тонко сглажена и, следовательно, пульсации будут низкими. Среднее напряжение увеличилось до 18,9 В.