Однополупериодные выпрямители. Переменное напряжение в постоянное напряжение

1.3.Преобразователи переменного напряжения в постоянное напряжение. Амплитудный детектор.

Преобразователи переменного напряжения в постоянное напряжение называют детекторами. Детекторы применяют во многих областях электротехники и электроники. В измерительной технике они применяются в тех случаях, когда измерительный элемент может работать только с постоянным напряжением, например, для магнитоэлектрической системы. Широко детекторы применяются в электронных аналоговых и цифровых измерительных приборах.

Детекторы могут быть:

-амплитудные (пиковые детекторы),

-средневыпрямленного значения,

-действующего значения.

Амплитудный детектор преобразует переменное напряжение в постоянное напряжение, равное амплитуде.

Рис. 7

Рис. 8

На рис.7. представлена типовая схема амплитудного детектора с открытым входом, а на рис.8 – временная диаграмма работы. Входной сигнал при положительной полуволне через диод VD1 заряжает конденсаторC1 до амплитудного значенияUm. При отрицательной полуволне диод закрыт, а конденсатор медленно разряжается через сопротивление нагрузкиR1. За период входного сигнала конденсатор разрядится на величину, которая будет мала при условии, что постоянная разрядаt=R1*C1 будет значительно больше периода входного сигнала. При следующей положительной полуволне конденсатор вновь зарядится до амплитудного значения. Напряжение- это напряжение пульсаций. Для сглаживания пульсаций на выходе схемы обычно устанавливают фильтр, который на схеме не показан. Схема с открытым входом иногда не может быть применена, так как не отсекает постоянную составляющую сигнала. Она обычно применяется для сигналов с симметричной формой сигнала относительно оси времени. Существуют схемы амплитудных детекторов с закрытым входом. Они имеют более сложное построение и в данном пособии не рассматриваются.

1.4. Детектор средневыпрямленного значения.

Детекторы средневыпрямленного значения называют также выпрямителями. Они широко применяются в блоках питания электронных устройств, так как обеспечивают преобразование переменного напряжения сети в постоянное напряжение, необходимое для питания электронных устройств. Из–за простоты и высокой точности преобразования выпрямители также широко используются в измерительной технике. Выпрямители бывают однополупериодные и двухполупериодные.

Рис. 9

Рис. 10

На рис 9. представлена схема, а на рис. 10 - временная диаграмма работы однополупериодного выпрямителя. Диод VD1 пропускает только положительную полуволну. На сопротивленииR1 будет присутствовать пульсирующее напряжение. Фильтр преобразует пульсирующее напряжение в постоянное. Напряжение на выходе фильтра будет равно:

Рис. 11

Рис. 12

На рис.11 представлен двухполупериодный выпрямитель, а на рис. 12 - временная диаграмма его работы. При положительной полуволне ток протекает через диоды VD1 иVD4, а при отрицательной полуволне - через диодыVD2 иVD3. На нагрузке будет пульсирующее напряжение, которое сглаживается фильтром. На выходе фильтра будет напряжение равное

Двухполупериодные выпрямители более эффективны по сравнению с однополупериодным выпрямителем, поэтому в точных измерительных устройствах применяются именно они. Схему из четырех диодов называют диодным мостом. Диодные мосты могут выполняться в одном корпусе, имеющим четыре выхода.

studfiles.net

Преобразователи напряжения. Виды и устройство. Работа

Преобразователем напряжения называется устройство, которое изменяет вольтаж цепи. Это электронный прибор, который используется для изменения величины входного напряжения устройства. Преобразователи напряжения могут повышать или понижать входное напряжение, в том числе менять величину и частоту первоначального напряжения.

Необходимость применения данного устройства преимущественно возникает в случаях, когда необходимо использовать какой-либо электрический прибор в местах, где невозможно использовать имеющиеся стандарты или возможности электроснабжения. Преобразователи могут использоваться в виде отдельного устройства либо входить в состав систем бесперебойного питания и источников электрической энергии. Они широко применяются во многих областях промышленности, в быту и других отраслях.

Устройство

Для преобразования одного уровня напряжения в иное часто используют импульсные преобразователи напряжения с применением индуктивных накопителей энергии. Согласно этому известно три типа схем преобразователей:

1.Инвертирующие. 2.Повышающие. 3.Понижающие.

Общими для указанных видов преобразователей являются пять элементов:

1.Ключевой коммутирующий элемент.2.Источник питания.3.Индуктивный накопитель энергии (дроссель, катушка индуктивности).4.Конденсатор фильтра, который включен параллельно сопротивлению нагрузки.5.Блокировочный диод.

Включение указанных пяти элементов в разных сочетаниях дает возможность создать любой из перечисленных типов импульсных преобразователей.

Регулирование уровня выходящего напряжения преобразователя обеспечивается изменением ширины импульсов, которые управляют работой ключевого коммутирующего элемента. Стабилизация выходного напряжения создается методом обратной связи: изменение выходного напряжения создает автоматическое изменение ширины импульсов.

Типичным представителем преобразователя напряжения также является трансформатор. Он преобразует переменное напряжение одного значения в переменное напряжение иного значения. Данное свойство трансформатора широко применяется в радиоэлектронике и электротехнике. Устройство трансформатора включает следующие элементы:

1.Магнитопровод.2.Первичная и вторичная обмотка.3.Каркас для обмоток.4.Изоляция.5.Система охлаждения.6.Иные элементы (для доступа к выводам обмоток, монтажа, защиты трансформатора и так далее).

Напряжение, которое будет выдавать трансформатор на вторичной обмотке, будет зависеть от витков, которые имеются на первичной и вторичной обмотке.

Существуют и иные виды преобразователей напряжения, которые имеют иную конструкцию. Их устройство в большинстве случаев выполнено на полупроводниковых элементах, так как они обеспечивают значительный коэффициент полезного действия.

Принцип действия

Преобразователь напряжение вырабатывает напряжение питания необходимой величины из иного питающего напряжения, к примеру, для питания определенной аппаратуры от аккумулятора. Одним из главных требований, которые предъявляются к преобразователю, является обеспечение максимального коэффициента полезного действия.

Преобразование переменного напряжения легко можно выполнить при помощи трансформатора, вследствие чего подобные преобразователи постоянного напряжения часто создаются на базе промежуточного преобразования постоянного напряжения в переменное.

1.Мощный генератор переменного напряжения, который питается от источника исходного постоянного напряжения, соединяется с первичной обмоткой трансформатора.2.Переменное напряжение необходимой величины снимается с вторичной обмотки, которое потом выпрямляется.3.В случае необходимости постоянное выходное напряжение выпрямителя стабилизируется при помощи стабилизатора, который включен на выходе выпрямителя, либо с помощью управления параметрами переменного напряжения, которое вырабатывается генератором.4.Для получения высокого кпд в преобразователях напряжения используются генераторы, которые работают в ключевом режиме и вырабатывают напряжение с использованием логических схем.5.Выходные транзисторы генератора, которые коммутируют напряжение на первичной обмотке, переходят из закрытого состояния (ток не течет через транзистор) в состояние насыщения, где на транзисторе падает напряжение.6.В преобразователях напряжения высоковольтных источников питания в большинстве случаев применяется эдс самоиндукции, которая создается на индуктивности в случаях резкого прерывания тока. В качестве прерывателя тока работает транзистор, а первичная обмотка повышающего трансформатора выступает индуктивностью. Выходное напряжение создается на вторичной обмотке и выпрямляется. Подобные схемы способны вырабатывать напряжение до нескольких десятков кВ. Их часто применяют для питания электронно-лучевых трубок, кинескопов и так далее. При этом обеспечивается кпд выше 80%.

Виды

Преобразователи можно классифицировать по ряду направлений.

Преобразователи напряжения постоянного тока;

1) регуляторы напряжения;2) преобразователи уровня напряжения;3) линейный стабилизатор напряжения.

Преобразователи переменного тока в постоянный;

1) импульсные стабилизаторы напряжения;2) блоки питания;3) выпрямители.

Преобразователи постоянного тока в переменный: инверторы.

Преобразователи переменного напряжения;

1) трансформаторы переменной частоты;2) преобразователи частоты и формы напряжения;3) регуляторы напряжения;4) преобразователи напряжения;5) трансформаторы разного рода.

Преобразователи напряжения в электронике в соответствии с конструкцией также делятся на следующие типы:

1.На пьезоэлектрических трансформаторах.2.Автогенераторные.3.Трансформаторные с импульсным возбуждением.4.Импульсные источники питания.5.Импульсные преобразователи.6.Мультиплексорные.7.С коммутируемыми конденсаторами.8.Бестрансформаторные конденсаторные.

Особенности

1.При отсутствии ограничений по объему и массе, а также при высоком значении питающего напряжения преобразователи рационально использовать на тиристорах.2.Полупроводниковые преобразователи на тиристорах и транзисторах могу быть регулируемыми и нерегулируемыми. При этом регулируемые преобразователи могут применяться как стабилизаторы переменного и постоянного напряжения.3.По способу возбуждения колебаний в устройстве могут быть схемы с независимым возбуждением и самовозбуждением. Схемы с независимым возбуждением выполняются из усилителя мощности и задающего генератора. Импульсы с выхода генератора направляются на вход усилителя мощности, что позволяет управлять им. Схемы с самовозбуждением – это импульсные автогенераторы.

Применение

1.Для распределения и передачи электрической энергии. На электростанциях генераторы переменного тока обычно вырабатывается энергия напряжением 6—24 кВ. Для передачи энергии на дальние расстояния выгодно использовать большее напряжение. Вследствие этого на каждой электростанции ставят трансформаторы, повышающие напряжение.2.Для различных технологических целей: электротермических установок (электропечные трансформаторы), сварки (сварочные трансформаторы) и так далее.3.Для питания различных цепей;

1) автоматики в телемеханике, устройств связи, электробытовых приборов;2) радио- и телевизионной аппаратуры.

Для разделения электрических цепей данных устройств, в том числе согласования напряжений и так далее. Трансформаторы, применяемые в данных устройствах, в большинстве случаев имеют малую мощность и невысокое напряжение.

4.Преобразователи напряжения практически всех типов широко применяются в быту. Блоки питания многих бытовых приборов, сложных электронных устройств, инверторные блоки широко используются для обеспечения требуемого напряжения и обеспечения автономного энергоснабжения. К примеру, это может быть инвертор, который может быть использован для аварийного или резервного источника питания бытовых приборов (телевизор, электроинструмент, кухонная техника и так далее), потребляющих переменный ток напряжением 220 Вольт.5.Наиболее дорогими и востребованными в медицине, энергетике, военной сфере, науке и промышленности являются преобразователи, которые имеют выходное переменное напряжение с чистой формой синусоиды. Подобная форма пригодна для работы устройств и приборов, которые имеют повышенную чувствительность к сигналу. К ним можно отнести измерительную и медицинскую аппаратуру, электрические насосы, газовые котлы и холодильники, то есть оборудование, в составе которых имеются электромоторы. Преобразователи часто необходимы и для продления времени службы оборудования.

Достоинства и недостатки

К достоинствам преобразователей напряжения можно отнести:

1.Обеспечение контроля входного и выходного режима тока. Эти устройства трансформируют переменный ток в постоянный, служат в качестве распределителей напряжения постоянного тока и трансформаторов. Поэтому их часто можно встретить в производстве и быту.2.Конструкция большинства современных преобразователей напряжения имеет возможность переключения между разным входным и выходным напряжением, в том числе предполагает выполнение подстройки выходного напряжения. Это позволяет подбирать преобразователь напряжения под конкретный прибор или подключаемую нагрузку.3.Компактность и легкость бытовых преобразователей напряжения, к примеру, автомобильных преобразователей. Они миниатюрны и не занимают много места.4.Экономичность. КПД преобразователей напряжения достигает 90%, благодаря чему существенно экономится энергия.5.Удобство и универсальность. Преобразователи позволяют подключать быстро и легко любой электроприбор.6.Возможность передачи электроэнергии на дальние расстояния благодаря повышению напряжения и так далее.7.Обеспечение надежной работы критических узлов: охранных систем, освещения, насосов, котлов отопления, научного и военного оборудования и так далее.

К недостаткам преобразователей напряжения можно отнести:

1.Восприимчивость преобразователей напряжения к повышенной влажности (кроме преобразователей, специально созданных для работы на водном транспорте).2.Занимают некоторое место.3.Сравнительно высокая цена.

Похожие темы:

electrosam.ru

выпрямители переменного напряжения в постоянное

Однополупериодная схема получения постоянного напряжения из переменного – самая простая. Она состоит из трансформатора, выходная обмотка которого рассчитывается на необходимое напряжение и одного выпрямительного диода.Во вторичной обмотке трансформатора имеем переменное синусоидальное напряжение. После прохождения тока через диод во вторичной обмотке пропускается только положительная полуволна напряжения. Отрицательная полуволна не проходит.На нагрузочном резисторе R выделяется пульсирующее напряжение как на графике.

Добавим электролитический конденсатор параллельно нагрузке R.

В период действия положительной полуволны переменного напряжения, конденсатор заряжается до амплитудного значения. В период паузы между положительными полуволнами, конденсатор постепенно разряжается до величины , зависящей от сопротивления нагрузки.

Чем больше нагрузка (меньше сопротивление R), тем больше величина пульсаций напряжения. Частота пульсаций выходного постоянного напряжения равна f = 50 герц.

Схема однополупериодного выпрямителя применяется очень редко, только в маломощных выпрямителях, или когда высокой пульсацией выходного напряжения можно пренебречь. Трансформатор работает с большим током подмагничивания. КПД выпрямителя небольшой.

Если к этой схеме однополупериодного выпрямителя добавить еще один диод и конденсатор, можно получить двух полярный однополупериодный выпрямитель с общей точкой.

Схема очень удобна тем, что от одной вторичной обмотки можно получить два разно полярных напряжения относительно общей точки.

Еще один способ применения данной схемы однополупериодного выпрямителя. Это схема — простой удвоитель постоянного напряжения.

Например, если нам необходимо получить постоянное напряжение 12 вольт, а используемый нами трансформатор имеет обмотку только на 6 вольт. Дополнительную обмотку мотать не хочется. В таком случае, применив удвоитель напряжения, получим 12 вольт.

Если применить электролитические конденсаторы на 100 – 500 микрофарад, можно при токах до 100 – 150 миллиампер получить довольно малый коэффициент пульсаций. Такая схема получения двух полярного напряжения довольно часто применяется.

domasniyelektromaster.ru

Каталог товаров