Двухполупериодный мостовой выпрямитель: принцип работы, схемы и т.д.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель. Схема. понятие. принцип работы….

Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про двухполупериодный мостовой выпрямитель, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое двухполупериодный мостовой выпрямитель, мостовой выпрямитель , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база.

Выпрямитель (электрического тока) — преобразователь электрической энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования входного электрического тока переменного направления в ток постоянного направления (то есть однонаправленный ток), в частном случае — в постоянный выходной электрический ток.

Большинство выпрямителей создает не постоянный, а пульсирующий ток, для сглаживания пульсаций применяют фильтры.

Устройство, выполняющее обратную функцию — преобразование постоянного тока в переменный ток называется инвертором.

Из-за принципа обратимости электрических машин выпрямитель и инвертор являются двумя разновидностями одной и той же электрической машины (справедливо только для инвертора на базе электрической машины).

По способу подключения вентилей ко вторичной обмотке трансформатора – существуют следущие схемы выпрямления (выпрямители)

• нулевые схемы,
• с использованием нулевой (средней) точки вторичной обмотки трансформатора
• и мостовые схемы,

в которых нулевая точка изолирована или вторичные обмотки трансформатора соединены в треугольник. рассмотрим третий вид в данной статье.

Схема двухполупериодного мостового выпрямителя

Рис.1 двухполупериодный мостовой выпрямитель

Значение постоянного напряжение выходного сигнала

Здесь формула для расчета среднего значения напряжения такая же, как и для двухполупериодного выпрямителя со средней точкой:

Это уравнение говорит нам, что значение постоянного напряжения составляет около 63,6 процента от пикового значения . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Например, если пиковое переменное напряжение составляет 10 В, то постоянное напряжение будет 6,36 В.

Когда вы измеряете напряжение на выходе мостового выпрямителя с помощью вольтметра, показание будет равно среднему значению.

Аппроксимация второго порядка

В действительности мы не получаем идеальное напряжение на нагрузочном резисторе. Из-за потенциального барьера, диоды не включаются, пока источник напряжение не достигнет около 0,7 В.

И поскольку в мостовом выпрямителе работают по два диода за раз, то падение напряжения составит 0,7 x 2 = 1,4 В. Таким образом, пиковое выходное напряжение определяется следующим образом:

Выходная частота

Полноволновой выпрямитель инвертирует каждый отрицательный полупериод, удваивая количество положительных полупериодов. Из-за этого у такого выпрямителя на выходе в два раза больше циклов, чем на входе. Поэтому частота полноволнового сигнала в два раза превышает входную частоту.

Например, если частота на входе составляет 50 Гц, выходная частота будет 100 Гц.

Принцип работы мостового выпрямителя

Мостовая схема диодов, подключена ко вторичной обмотке трансформатора рис.1, каждая пара диодов работает поочередно VD1 VD3 и VD2VD4: на временных диаграммах рис.2
в интервал времени 0-T/2 открыты VD1VD3, закрыты VD2VD4 в нагрузке течет ток Iн;
в интервал времени T/2-T закрыты VD1VD3, открыты VD2VD4 в нагрузке течет ток Iн;
частота пульсаций выпрямленного напряжения в два раза больше сетевой частоты f п = 2fс = 100, Гц.

Рис.2. Временные диаграммы мостового выпрямителя

Основные параметры мостового выпрямителя

1. Средневыпрямленное напряжение:

2. Средневыпрямленный ток:

Прямой ток диода:

3. Разложив напряжение на нагрузке в ряд Фурье, получим числовое значение коэффициента пульсаций для мостовой схемы выпрямления:

Амплитуда основной второй гармоники частотой 2ω:

Следовательно, коэффициент пульсаций будет равен:

Максимальное обратное напряжение на каждом из закрытых диодов имеет такое значение, что и в однополупериодном выпрямителе, так как по отношению к входу они включены параллельно:
U2m = √2U2;
Uобрmax = π•Uнср; Uобрmax = √2U2
Основной недостаток – это большое количество диодов.

В настоящее время выпускаются полупроводниковые выпрямительные блоки по мостовой схеме (КЦ402, КЦ403 и др

Запоминание правильного соединения диодов схемы мостового выпрямителя иногда может вызвать проблемы у того кто начинает понимать данную проблему.

Альтернативное начертание этой схемы может облегчить запоминание и понимание.

Это точно полнотью анологичная схема, за исключением того, что все диоды расположены в горизонтальном положении и указывают в одном направлении (рисунок ниже).

См. также

• однополупериодный выпрямитель ,
• двухполупериодный мостовой выпрямитель с фильтром ,
• трехфазные выпрямители , трехфазный выпрямитель ,
• полупроводниковый диод , вах диодов ,
• выпрямитель электрического тока , выпрямитель ,

А как ты думаешь, при улучшении двухполупериодный мостовой выпрямитель, будет лучше нам? Надеюсь, что теперь ты понял что такое двухполупериодный мостовой выпрямитель, мостовой выпрямитель и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу.

Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

Из статьи мы узнали кратко, но емко про двухполупериодный мостовой выпрямитель

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.

 

Двухполупериодный мостовой выпрямитель — инженеры в последнюю минуту

Существует другая, более популярная конструкция двухполупериодного выпрямителя, построенная на четырехдиодной мостовой конфигурации. Он известен как Full-Wave Bridge Rectifier или просто Bridge Rectifier .

Преимущество этого типа конструкции по сравнению с версией с отводом от средней точки заключается в том, что для нее не требуется специальный трансформатор с отводом от средней точки, что значительно уменьшает его размер и стоимость.

Также в этой конструкции все вторичное напряжение используется в качестве входа для выпрямителя. При одном и том же трансформаторе мы получаем в два раза больше пикового напряжения и в два раза больше постоянного напряжения с мостовым выпрямителем, чем с двухполупериодным выпрямителем с отводом от средней точки.

Вот почему мостовые выпрямители используются гораздо чаще, чем двухполупериодные.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель

Для выпрямления обоих полупериодов синусоиды в мостовом выпрямителе используются четыре диода, соединенных вместе по схеме «мост». Вторичная обмотка трансформатора подключается с одной стороны сети диодным мостом, а нагрузка с другой стороны.

На следующем рисунке показана схема мостового выпрямителя.

Работа этой схемы легко понятна по одному полупериоду за раз.

Во время положительного полупериода истока диоды D1 и D2 открыты, а D3 и D4 смещены в обратном направлении. Это создает положительное напряжение нагрузки на нагрузочном резисторе (обратите внимание на полярность плюс-минус на нагрузочном резисторе).

В течение следующего полупериода полярность источника питания меняется на противоположную. Теперь D3 и D4 смещены в прямом направлении, а D1 и D2 смещены в обратном направлении. Это также создает положительное напряжение нагрузки на нагрузочном резисторе, как и раньше.

Обратите внимание, что независимо от полярности входа напряжение нагрузки имеет одинаковую полярность, а ток нагрузки имеет одинаковое направление.

Таким образом схема преобразует входное напряжение переменного тока в пульсирующее выходное напряжение постоянного тока.

Если вам сложно вспомнить правильное расположение диода в схеме мостового выпрямителя, вы можете обратиться к альтернативному представлению схемы. Это точно такая же схема, за исключением того, что все диоды расположены горизонтально и направлены в одном направлении.

Значение постоянного тока двухполупериодного сигнала

Поскольку мостовой выпрямитель дает двухполупериодный выходной сигнал, формула для расчета среднего значения постоянного тока такая же, как и для двухполупериодного выпрямителя:

Это уравнение говорит нам, что значение постоянного тока двухполупериодного сигнала составляет около 63,6% от пикового значения. Например, если пиковое напряжение двухполупериодного сигнала равно 10 В, постоянное напряжение будет равно 6,36 В.

При измерении полуволнового сигнала вольтметром постоянного тока показания будут равны среднему значению постоянного тока.

Приближение второго порядка

В действительности мы не получаем идеального двухполупериодного напряжения на нагрузочном резисторе. Из-за барьерного потенциала диод не включается до тех пор, пока напряжение источника не достигнет порядка 9 В.0003 0,7 В .

А так как мостовой выпрямитель работает с двумя диодами одновременно, в диоде теряется два диодных падения (0,7 * 2 = 1,4 В) напряжения источника. Таким образом, пиковое выходное напряжение определяется как:

Выходная частота

Двухполупериодный выпрямитель инвертирует каждый отрицательный полупериод, удваивая количество положительных полупериодов. Из-за этого у полноволнового выхода вдвое больше циклов, чем на входе.

Следовательно, частота полноволнового сигнала в два раза превышает входную частоту.

Например, если частота сети 60 Гц, выходная частота будет 120 Гц.

Фильтрация выходного сигнала выпрямителя

Выходной сигнал двухполупериодного выпрямителя представляет собой пульсирующее постоянное напряжение, которое увеличивается до максимума, а затем уменьшается до нуля.

Нам не нужно такое постоянное напряжение. Что нам нужно, так это устойчивое и постоянное напряжение постоянного тока, без каких-либо колебаний или пульсаций напряжения, которое мы получаем от батареи.

Чтобы получить такое напряжение, нам нужно отфильтровать двухполупериодный сигнал. Один из способов сделать это — подключить конденсатор, известный как сглаживающий конденсатор , подключенный к нагрузочному резистору, как показано ниже.

Изначально конденсатор не заряжен. В течение первой четверти периода диоды D1 и D2 смещены в прямом направлении, поэтому конденсатор начинает заряжаться. Зарядка продолжается до тех пор, пока вход не достигнет своего пикового значения. В этот момент напряжение на конденсаторе равно Vp.

После того, как входное напряжение достигает своего пика, оно начинает уменьшаться. Как только входное напряжение становится меньше Vp, напряжение на конденсаторе превышает входное напряжение, что приводит к отключению диодов.

Когда диоды выключены, конденсатор разряжается через нагрузочный резистор и обеспечивает ток нагрузки, пока не будет достигнут следующий пик.

При появлении следующего пика диоды D3 и D4 кратковременно открываются и перезаряжают конденсатор до пикового значения.

Недостаток

Единственным недостатком мостового выпрямителя является то, что выходное напряжение на два диода меньше (1,4 В) входного напряжения.

Этот недостаток характерен только для источников питания с очень низким напряжением. Например, если пиковое напряжение источника составляет всего 5 В, напряжение нагрузки будет иметь пиковое значение всего 3,6 В. Но если пиковое напряжение источника составляет 100 В, напряжение нагрузки будет близко к идеальному двухполупериодному напряжению (падения на диоде незначительны).

Двухполупериодный мостовой выпрямитель – его работа, преимущества и недостатки

В двухполупериодном мостовом выпрямителе вместо трансформатора с отводом от средней точки используется обычный трансформатор.

Схема образует мост, соединяющий четыре диода D ₁ , D _2, , D ₃ и D ₄ . Принципиальная схема двухполупериодного мостового выпрямителя показана ниже.

Комплектация:

• Работа двухполупериодного мостового выпрямителя
• Пиковое обратное напряжение двухполупериодного мостового выпрямителя
• Преимущества двухполупериодного мостового выпрямителя
• Недостатки двухполупериодного мостового выпрямителя

 

Источник переменного тока, подлежащий выпрямлению, подается по диагонали к противоположным концам моста. Тогда как нагрузочный резистор R _L подключен через оставшиеся две диагонали противоположных концов моста.

Работа двухполупериодного мостового выпрямителя

При включении питания переменного тока переменное напряжение В _в появляется на клеммах AB вторичной обмотки трансформатора, который нуждается в выпрямлении. Во время положительного полупериода вторичного напряжения конец A становится положительным, а конец B становится отрицательным, как показано на рисунке ниже.

Диоды D ₁ и D ₃ смещены в прямом направлении, а диоды D ₂ и D ₄ смещены в обратном направлении. Поэтому диод Д ₁ и Д ₃ проводят, а диод Д ₂ и Д ₄ не проводят. Ток (i) протекает через диод D ₁ , нагрузочный резистор R _L (от M к L), диод D _3, и вторичную обмотку трансформатора. Форма сигнала двухполупериодного мостового выпрямителя показана ниже.

Во время отрицательного полупериода конец А становится отрицательным, а конец В положительным, как показано на рисунке ниже:0089 2 и Д ₄ имеют прямое смещение, а диоды Д ₁ и Д ₃ — обратное смещение. Следовательно, диоды Д ₂ и Д ₄ проводят, а диоды Д ₁ и Д ₃ не проводят. Таким образом, ток (i) протекает через диод D ₂ , нагрузочный резистор R _L (от M к L), диод D _4, и вторичную обмотку трансформатора.

Ток протекает через нагрузочный резистор R _L в одном и том же направлении (от M к L) в течение обоих полупериодов. Следовательно, выходное напряжение постоянного тока V _из получается на нагрузочном резисторе.

Пиковое обратное напряжение двухполупериодного мостового выпрямителя

Когда вторичное напряжение достигает своего максимального положительного значения, а клемма A положительна, а клемма B отрицательна, как показано на принципиальной схеме ниже.

В этот момент диоды D ₁ и D ₃ смещены в прямом направлении и проводят ток. Таким образом, на клемме М появляется то же напряжение, что и на клемме А’ или А, а на клемме L — то же напряжение, что и на клемме В’ или В. Следовательно, диод D ₂ и D ₄ смещены в обратном направлении, и пиковое обратное напряжение на них обоих равно V _м .