Введение в схемы выпрямителя
Важным применением диода является то, что имеет место при проектировании схемы выпрямителя. Проще говоря, эта схема преобразует переменный ток (AC) в постоянный ток (DC). Это важная схема в конструкции источника питания переменного тока и постоянного тока.
Цепь выпрямителя
Для питания любой цепи необходим источник питания; и если вы хотите подключить электронные устройства от источника переменного тока, необходим выпрямитель.
Рисунок 1.1 иллюстрирует принципиальную схему источника питания постоянного тока. Существует 120 В (среднеквадратичная), 60 Гц линия переменного тока, которая питает источник питания, который подает напряжение V O в электронную цепь (блок нагрузки). V O должно быть стабильным постоянным напряжением, чтобы гарантировать правильную работу электронной схемы.
Рисунок 1.1
Посмотрев на диаграмму, мы сначала видим трансформатор. Этот трансформатор является понижающим трансформатором, который «отключает» высокое входное напряжение переменного тока до более низкого переменного напряжения, которое должно вводиться в выпрямитель. Этот трансформатор состоит из двух отдельных обмоток катушек (первичной и вторичной обмотки), которые имеют разное количество оборотов, N 1 для первичной и N 2 для вторичной обмотки. Таким образом, переменное напряжение v S может быть записано как 120 (N 2 / N 1) V (среднеквадратичное значение) и измеряется между двумя выводами вторичной обмотки.
Затем диодный выпрямитель преобразует переменное напряжение v S в постоянное напряжение. Это напряжение будет иметь большие вариации и, следовательно, не будет подходящим для электронных схем. Для сглаживания этих вариантов используется фильтр.
Однако даже после фильтрации напряжение будет иметь небольшие вариации, известные как пульсация. Следовательно, регулятор напряжения используется для значительного уменьшения пульсации и создания надежной шины питания постоянного тока.
Цепь выпрямителя с половинной волной
Полуволновый выпрямитель устраняет отрицательные участки входной синусоиды. На рисунке 1.2 (A) показан полуволновой выпрямитель. В этой статье мы будем использовать модель постоянного падения напряжения (CVD) диода благодаря своей простоте. Из этой модели мы получаем
$$ v_ {0} = 0 $$, когда $$ v_ {S} <V_ {D} $$
Уравнение 1.1 (A)
$$ v_ {0} = v_ {S} -V_ {D} $$, когда $$ v_ {S} geq V_ {D} $$
Уравнение 1.1 (B)
где V D ≈ 0, 7 В. Вышеприведенные уравнения приводят к характеристике переноса, показанной на рис. 1.2 (B). На рисунке 1.2 (C) показан выход напряжения, который обеспечивается, когда входное напряжение v S является синусоидальным.
Рисунок 1.2 (A) Полуволновый выпрямитель
Рисунок 1.2 (B) Передаточные характеристики схемы выпрямителя
Рисунок 1.2 (C) Входные и выходные сигналы
При определении того, какие диоды использовать в цепи выпрямителя, необходимо учитывать две вещи: 1) способность диода обрабатывать ток, который должен быть выбран на основе наибольшего тока, который, как ожидается, будет проводиться диодом, и 2) пиковое обратное напряжение (PIV), которое является наивысшим обратным напряжением, которому подвергается диод; диод должен выдерживать PIV. Посмотрев на рис. 1.2 (A), мы можем заметить, что когда напряжение v S отрицательно, диод будет обрезаться, а напряжение v O будет иметь нулевое значение, что приведет к обратному напряжению на диоде величины v S, Таким образом, PIV является пиком v S:
PIV = V S где V S (с верхним регистром V) представляет собой максимальную амплитуду входной синусоиды. Следует отметить, что схема явно не будет работать эффективно, когда амплитуда входного синусоида не будет значительно выше V D. Например, синусоидальный вход с пиковой амплитудой 200 мВ вообще не будет устранен, потому что диод никогда не «включится», т. Е. Он никогда не будет проводить значительных количеств тока. В отличие от полуволнового выпрямителя, полноволновый выпрямитель может использовать как отрицательную, так и положительную часть входного напряжения переменного тока. Для достижения однополярного выхода отрицательная часть синусоидальной формы волны должна быть инвертирована. Это может быть достигнуто с использованием схемы, показанной на рисунке 1.3 (A). В этой конфигурации вторичная обмотка понижающего трансформатора - это так называемая «центральная резьба». Центральный кран или КТ - это электрический контакт, расположенный на полпути вдоль обмотки. Эта КТ используется для обеспечения двух равных напряжений, v S, по двум половинам вторичной обмотки трансформатора. Когда входное напряжение положительное, оба сигнала v S также будут положительными, а когда входное напряжение станет больше V D, диод D 1 будет проводиться, а диод D 2 будет обратным смещением. Ток, который втекает в диод D 1, также будет проходить через резистор R, а затем обратно в КТ. Схема ведет себя точно так же, как полуволновой выпрямитель в течение положительного полупериода входной синусоиды. Во время отрицательного полупериода оба напряжения v S будут отрицательными. Теперь диод D 1 имеет обратное смещение и диод D 2 проводит. Ток, который протекает через D 2, будет проходить через резистор R и обратно к CT. Таким образом, ток течет в течение обоих полупериодов, и, кроме того, ток через резистор всегда будет течь в одном направлении. Результатом является однополярное выходное напряжение, как показано на рисунке 1.3 (C). Если мы рассмотрим работу схемы в течение положительного полупериода, напряжение на катоде D 2 будет (v S - V D), а напряжение на аноде D 2 равно - v S. Таким образом, PIV является (V S - V D) - (- V S): PIV = 2 V S - V D Обратите внимание, что этот PIV примерно вдвое больше, чем у полуволнового выпрямителя. В этой статье мы обсудили назначение схемы выпрямителя, а также двух конкретных типов выпрямителей: полуволнового выпрямителя и полноволнового выпрямителя. Выпрямители являются важными схемами для источников питания, которые преобразуют входное напряжение переменного тока в источник постоянного напряжения, который можно использовать для питания электронных схем. Мы видели, что полуволновый выпрямитель использует чередующиеся полупериоды входной синусоидальной волны, тогда как полноволновый выпрямитель использует как положительный, так и отрицательный полуциклы. Спасибо за чтение. Если у вас есть какие-либо вопросы или комментарии, оставьте их ниже! Чтобы узнать больше о схемах выпрямителей, ознакомьтесь здесь с записью учебника AAC.Уравнение 1.2
Цепь с полным волновым выпрямителем
РИСУНОК 1.3 (A) Цепь полного выпрямителя; трансформатор имеет вторичную обмотку с центральным ответвлением
РИСУНОК 1.3 (B) Характеристика передачи для полноволнового выпрямителя
Уравнение 1.3
Рисунок 1.3 (C) Входные и выходные сигналы
Вывод