Глава 6 Застосування діодів (джерела живлення, регулятори напруги; обмежувачі) Analog Devices Wiki
Зміст
6.1 Випрямляч
Випрямляч - це електричний пристрій, який перетворює змінний струм (змінний) у постійний (постійний), процес, відомий як випрямлення. Випрямлячі мають багато застосувань, в тому числі як компоненти джерел живлення і як детектори амплітудної модуляції (детектори огинаючої) радіосигналів. Випрямлячі найчастіше виготовляються з використанням твердотільних діодів, але інші типи компонентів можна використовувати, коли задіяні дуже високі напруги або струми. Коли для випрямлення змінного струму використовується лише один діод (блокуючи негативну або позитивну частину форми сигналу), різниця між терміном діод і терміном випрямляч є просто однією з причин використання. Термін випрямляч описує діод, який використовується для перетворення змінного струму в постійний. Більшість схем випрямлячів містять ряд діодів у певній конструкції для більш ефективного перетворення потужності змінного струму в потужність постійного струму, ніж це можливо лише з одним діодом.
6.1.1 Напівхвильове випрямлення
При випрямленні половини хвилі передається або позитивна, або негативна половина хвилі змінного струму, тоді як інша половина блокується. Оскільки лише одна половина вхідного сигналу досягає вихідного, це ефективно лише на 50%, якщо воно використовується для передачі потужності. Напівхвильове випрямлення можна досягти за допомогою одного діода в однофазному живленні, як показано на малюнку 6.1, або за допомогою трьох діодів у трифазному живленні.
Рисунок 6.1 Напівхвильовий випрямляч із використанням одного діода
Вихідну постійну напругу напівхвильового випрямляча, з урахуванням синусоїдального входу, можна обчислити за допомогою таких ідеальних рівнянь:
6.1.2 Полноволновое випрямлення
Повнохвильовий випрямляч перетворює як позитивну, так і негативну половину вхідного сигналу в одну полярність (позитивну чи негативну) на своєму виході. Використання обох половин форми змінного струму повноволнового випрямлення є більш ефективним, ніж напівхвиля.
Коли використовується простий трансформатор без центрального вторинного струму, потрібні чотири діоди замість того, який потрібен для напівхвильового випрямлення. Чотири діоди, влаштовані таким чином, називаються діодним містком або мостовим випрямлячем, як показано на малюнку 6.2. Мостовий випрямляч також може бути використаний для перетворення входу постійного струму невідомої або довільної полярності у вихід відомої полярності. Як правило, це потрібно для електронних телефонів або інших телефонних пристроїв, де полярність постійного струму на двох телефонних проводах невідома. Існують також програми для захисту від випадкового перемикання батареї в ланцюгах, що живляться від акумуляторів.
Малюнок 6.2 Випрямляч моста: повноволновий випрямляч із використанням 4 діодів.
Малюнок 6.3 Повнохвильовий випрямляч із використанням трансформатора з центральним відведенням та 2 діодів.
Якщо включена друга пара діодів, як на малюнку 6.4, тоді можуть створюватися як позитивні, так і негативні напруги полярності щодо центрального крана трансформатора. Можна також розглянути це розташування таким самим, як додавання центрального крана до вторинної обмотки повноволнового мостового випрямляча з малюнка 6.2.
Рисунок 6.4 Повнополосна випрямляч з подвійною полярністю із використанням трансформатора з центральним відводом та 4 діодів.
Діодні випрямлячі лабораторної активності ALM1000
6.1.3 Згладжування виходу випрямляча
Напівхвильове або повнохвильове випрямлення не створює постійної напруги постійного струму, як ми бачили на попередніх малюнках. Для отримання постійної постійної напруги від випрямленого джерела змінного струму необхідний фільтр або згладжувальний контур. У найпростішій формі це може бути просто конденсатор, розміщений поперек виходу постійного струму випрямляча. Все ще залишатиметься напруга пульсацій змінного струму там, де напруга не згладжена повністю. Амплітуда залишкової пульсації залежить від того, наскільки навантаження розряджає конденсатор між піками сигналу.
Малюнок 6.5 (а) RC-фільтр напівхвильового випрямляча
Малюнок 6.5 (b) Повнохвильовий випрямляч RC-фільтр
Розмір конденсатора фільтра C1 являє собою компроміс. Для даного навантаження, RL, більший конденсатор зменшить пульсації, але буде коштувати дорожче і створить більш високі пікові струми в вторинному трансформаторі та в живлячому його джерелі живлення. В екстремальних випадках, коли багато випрямлячів завантажено на ланцюг розподілу електроенергії, може виявитися важким для мережі розподілу електроенергії підтримувати правильну форму сигналу синусоїдальної напруги.
Для даної допустимої пульсації необхідний розмір конденсатора пропорційний струму навантаження та обернено пропорційний частоті живлення та кількості вихідних піків випрямляча за вхідний цикл. Струм навантаження та частота живлення, як правило, не підлягають контролю проектувальника випрямної системи, але на вибір піків випрямляча може вплинути кількість піків за вхідний цикл. Максимальна напруга пульсацій, присутня для схеми повного хвильового випрямляча, визначається не тільки величиною згладжувального конденсатора, але частотою та струмом навантаження, і розраховується як: