Випрямляч

Випрямляч складається із наступних частин: 1) силовий трансформатор (мал..1);

2) сам випрямляч (мал..2); 3) згладжуючий фільтр (мал.3).

мал..1 мал.2 мал.3

Випрямляч складається із одного, двох, чотирьох діодів. Дивимось мал.2.

а) звичайний діод; б) діодний міст, який складається із 4 – х діодів, які увімкнено , як на мал..2 б; в) все той же діодний міст, проте для спрощення накреслено простіше.

Мал.3 конденсатор фільтру.

Важливо знати для створення різноманітних випрямлячів наступні «твердження - постулати»

• вихідну напругу визначаємо так ( або ), тобто якщо на обмотці ми маємо 10В змінної напруги, то на конденсаторі та на навантаженні ми отримаємо 14,1В

• під навантаженням напруга трохи зменшиться , а от наскільки – це вже залежить від конструкції трансформатора, його потужності та ємності конденсатора.

• випрямляючі діоди повинні бути в 1,5 – 2 рази більшими по струму від потрібного значення. І ще, якщо діод призначено для встановлення на радіатор (з гайкою або отвір під болт), то на струмі більше 2- 3А його потрібно ставити на радіатор.

А зараз згадаємо, що таке двох полярна напруга. Візьмемо 2 батарейки і з'єднаємо їх послідовно. Середню точку, тобто точку з'єднання батарейок назвемо загальною точкою, або в народі її називають маса, земля, корпус, загальний провід, закордонна назва GND (ground - земля), досить часто її позначають OV (нуль вольт). До цього провідника підключають вольтметри і осцилографи, відносно її на схему подають вхідні сигнали та знімають вихідні. Якщо щуп тестера «-» підключимо до загальної точки, то для однієї батарейки тестер покаже +1,5В а для другої -1,5В. Ось ця напруга названо двох полярною. Признаки двох полярної полярності – якщо від схеми до блоку живлення підходить три провідники (плюс, загальний, мінус). Якщо схема живиться напругою +12В та -5В , то таке живлення названо дворівневим, але провідників до блоку живлення буде три. І якщо до схеми підходить чотири напруги, наприклад та , то таке живлення названо двох полярним – двох рівневим.

Однопівперіодний випрямляч

Найпростіша схема однопівперіодного випрямляча складається тільки з одного випрямляючого струм елемента ( діода ). На виході - пульсуючий постійний струм. На промислових частотах (50-60 Гц) не має широкого застосування, так як для живлення апаратури потрібні згладжуючі фільтри з великими величинами ємності й індуктивності, що призводить до збільшення габаритно-вагових характеристик випрямляча. Однак схема однопівперіодного випрямлення знайшла дуже широке поширення в імпульсних блоках живлення з частотою змінної напруги понад 10 кГц, широко застосовуються в сучасній побутовій і промисловій апаратурі. Пояснюється це тим, що при більш високих частотах пульсацій випрямленої напруги, для отримання необхідних характеристик (заданого чи допустимого коефіцієнта пульсацій), необхідні зглажуючі елементи з меншими значеннями ємності (індуктивності). Вага та розміри джерел живлення зменшуються з підвищенням частоти вхідної змінної напруги.

В схемі однопівперіодного випрямляча із активним навантаженням мал.1 (а) струм через вентиль та опір навантаження протікає тільки на протязі половини періоду змінної напруги , яка існує на клемах вторинної обмотки трансформатора З малюнка 1 (б), такий струм має пульсуючий характер, тобто протікає в одному напрямку та змінюється за величиною від максимального значення до нуля.

Постійна складова випрямленого струму являє собою середнє значення струму, що протікає за період через опір навантаження (що відповідає опору реального споживача), звідси визначимо: .

Постійну складову випрямленої напруги на опорі навантаження знайдемо:

=0,318

Якщо знехтувати внутрішнім опором діода для прямого струму, то спад напруги вважатимемо рівною максимальній напрузі на клемах вторинної обмотки трансформатора : , тому .

Замінивши амплітудне значення напруги його діючим значенням ( = ) отримаємо: .

Таким чином, постійна складова випрямленої напруги на навантаженні значно менша діючої напруги на клемах вторинної обмотки трансформатора. Якщо відомо напругу мережі , то коефіцієнт трансформації трансформатора, який необхідний для забезпечення заданої напруги на навантаженні повинен бути рівним: n = .

У від'ємний півперіод діод знаходиться під напругою, яка діє на клемах вторинної обмотки трансформатора. Відповідно, найбільша обернена напруга, що прикладена до діода буде: , тобто обернена напруга на діоді більше ніж в три рази перевищує випрямлену напругу на навантаженні.

Підбираючи діод для роботи в однопівперіодній схемі, необхідно слідкувати за тим, щоб: , де максимально допустима обернена напруга вибраного діода.

Якщо ж дана нерівність не виконується, то потрібно взяти діод з більш високою допустимою оберненою напругою, або ж послідовно увімкнути декілька однотипних діодів. Кількість таких діодів вибирають за формулою: .

При підборі діода необхідно слідкувати за тим, щоб середнє значення струму , що проходить через діод, не перевищувало допустимого середнього значення струму цього діода , тобто:

Якщо ж дана нерівність не виконується , то необхідно підібрати діод із більш високим значенням або увімкнути декілька однотипних діодів паралельно один до одного. Кількість діодів визначають за формулою:

Величина пульсації випрямленої напруги характеризується коефіцієнтом пульсації:

,

де - амплітуда змінної складової напруги, яка змінюється з частотою повторення імпульсів, тобто амплітуда першої гармоніки. Для однопівперіодної схеми амплітуда першої гармоніки випрямленої напруги рівна: , тому .

Тр

+

мал.1 (а)

, ,

мал.1 (б)

Т

Двохпівперіодний випрямляч

Може будуватися по мостовій або напівмостовій схемі коли, наприклад, у разі випрямлення однофазного струму, використовується спеціальний трансформатор з виводом від середньої точки вторинної обмотки і вдвічі меншою кількістю випрямляючих струм елементів. Така схема нині застосовується рідко, тому що більш металомістка і має більший еквівалентно активний внутрішній опір , та є великі втрати на нагрів обмоток трансформатора. При побудові двохпівперіодного випрямляча зі зглажуючим конденсатором слід завжди пам'ятати, що змінна напруга завжди вимірюється в «діючому» значенні, яке в 4 рази менше його максимальної амплітуди , а випрямлена напруга на конденсаторі, у відсутності навантаження, буде завжди дорівнювати амплітудному. Це означає, що, наприклад, при виміряній напрузі однофазного змінного струму 12 вольт до мостового однофазного випрямляча зі зглажуючим конденсатором, на конденсаторі, (у відсутності навантаження), буде напруга до 17 вольт. Під навантаженням випрямлена напруга буде нижча, (але не нижче величини діючої напруги змінного струму, якщо внутрішній опір трансформатора - джерела змінного струму - прийняти рівним нулю) і залежати від ємності згладжуючого конденсатора.

Відповідно, вибір величини змінної напруги вторинної обмотки трансформатора, повинен будуватися виходячи з максимально допустимої величини напруги, що подається, а ємність зглажуючого конденсатора - повинна бути достатньо великою, щоб напруга під навантаженням не знизилася менше мінімально допустимої. На практиці також враховується неминуче падіння напруги під навантаженням - на опорі проводів, обмотці трансформатора, діодах випрямляючого мосту, а також можливе відхилення від номінальної величини, що живить трансформатор напруги електричної мережі.

Схеми з'єднання випрямлячів.