L_2 (1075838), страница 2
Текст из файла (страница 2)
И поэтомуIvd max≈U2 max .XcПри подключении С-фильтра сопротивление цепи по переменной составляющей уменьшилось в 5…10 раз, следовательно, ток через диод возрос в5…10 раз.При анализе обратного напряжения, приложенного к диоду в промежутке времени с t 1 по t 2 , воспользуемся схемой замещения (рис.2.7), заменив напряжение конденсатора источником постоянного напряжения U С ≈ U 2макс .rобр vdUмакс+ Uс+Рис.2.7. Схема замещения для анализа состояния закрытого диодаКак видно из схемы замещения, к закрытому диоду прикладывается напряжение двух источников, включенных последовательно и согласно─на-пряжение вторичной обмотки трансформатора и напряжение конденсаторафильтра, заряженного почти до U 2мак .Следовательно, при подключении в схему С-фильтра к закрытому диодуприкладывается в два раза большее напряжение, чем при активной нагрузке.Теоретическое обобщение по теме.1. При подключении С-фильтра качество выпрямления заметно улучшилось.112. Уровень постоянной составляющей на нагрузке возрос.3.
Диод перешёл в режим прерывистого тока, время его работы сократилось, но режим стал более напряжённым, чем при активной нагрузке: амплитудное значение тока увеличилось в 5 …10 раз, обратное напряжение возросло в два раза.2.3. Схема мостового выпрямителя (схема Греца). Характер нагрузкиактивныйСхема Греца ─ это мост, в одну диагональ которого включается источникпеременного напряжения, в другую ─ нагрузка (рис.2.8).Схема мостового выпрямителя является двухполупериодным выпрямителем (ДПВ); она представляет собой как бы два однополупериодных выпрямителя, работающих на общую нагрузку, поэтомуUU = 2 2 max .0π(2.7)U2а)t0t1t2t3t4tt1t2t3t4tТр + (-)VD1VD4IнU1Сеть+U2VD3Uнб)-U0t0VD2- (+)Рис.2.8.
Схема двухполупериодного выпрямителя ─ схема Грецаtв)UобрРис.2.9. Диаграммы напряжений вузловых точках схемы выпрямителяКачество выпрямления у такой схемы гораздо лучше, чем у однополупериодного выпрямителя, но напряжение на нагрузке, как видно из диаграммы12(рис.2.9б), всё равно имеет пульсирующий характер. В то же время частотапульсаций увеличилась вдвое (f п = 2f с ), следовательно, условия для фильтрации переменной составляющей более облегчённые, чем в ОПВ.Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения определяется черезколичество фаз «m»:К =пm2== 0,67 × 100% = 67%.m2 −1 4 −1(2.8)К п < 1, следовательно, уровень переменной составляющей меньше среднего значения выпрямленного напряжения (U 0 ), что ещё раз подтверждаетлучшее качество выпрямления.В выпрямлении каждой полуволны питающего напряжения участвует двадиода, соединённых последовательно (рис.2.10.
и рис.2.11); об этом следуетпомнить при разработке низковольтных источников питания.VD1+VD2Iн Rн_+_Рис.2.10 Прохождение тока в схеме с t 0 по t 1+IнVD3+R_н VD4_Рис.2.11. Прохождение тока в схеме с t 1 по t 2Ток, протекающий в цепи диода, ограничивается сопротивлением нагрузки и сопротивлением двух последовательно включенных диодов.Ivd . max=U2 max ≈R + r vdнU2 maxRнДля анализа обратного напряжения на диоде воспользуемся схемой замещения (рис.2.12). Диоды VD 1 и VD 2 считаем закрытыми.Сопротивления открытых диодов VD 3 и VD 4 принимаем равными нулю.13VD1U+ 2max–VD3VD4VD2Рис.2.12. Схема замещения мостового выпрямителя для анализа обратного напряжения надиодах VD 1 и VD 2 с t 1 по t 2Для обратного напряжения закрытые диоды включены параллельно, следовательно, U обр ≈ U 2max .Теоретическое обобщение по теме.1.
Качество выпрямления улучшилось в сравнении со схемой ОПВ.2. Частота пульсаций выпрямленного напряжения увеличилась f п = 2f с .3. В сравнении с ОПВ для получения одного и того же U 0 в схеме Грецатребуется в два раза меньшее напряжение на вторичной обмотке трансформатора, следовательно, габариты выпрямительного устройства уменьшаются.4. Отсутствует подмагничивание.5. Трансформатор по мощности используется полностью.2.4.
Работа ДПВ на ёмкостный фильтрUUс=UнТр + (-)VD4VD1U1СетьUсU2максU0U2t0VD3- (+)VD2I0iзара)Rн+_ Сфt1t2 t3t1t2t4t5t6t7tt4t5t6t7tIvdt0t3б)14Рис.2.13. а ─ схема мостового выпрямителя с ёмкостной нагрузкой; б ─иаграмммы напряжений и токов в узловых точках схемы выпрямителяВ схеме Греца улучшаем качество выпрямления, как и в ОПВ с помощью ёмкостного фильтраНа рис.2.13а представлена схема мостового выпрямителя с ёмкостнымфильтром.С t 0 по t 1 происходит заряд конденсатора. Считаем, что в это время открыты диоды VD 1 и VD 2 , а VD 3 и VD 4 закрыты. Постоянная заряда конденсатора близка к нулю.В момент времени t 1 диоды VD 1 и VD 2 закрываются, так как конденсаторзарядился до напряжения, равного примерно U 2max , и контактная разность потенциалов на диоде стала равной нулю (φ а ─ φ к = 0).
Конденсатор начинаетразряжаться через сопротивление нагрузки, сохраняя полярность напряженияна ней. При этом постоянная времени разряда конденсатора гораздо большепостоянной заряда. Разряд идёт медленно, и чем медленнее этот процесс, темболее постоянным будет напряжение на нагрузке.По условию стационарности процессов заряда и разряда конденсатора Q з= QрQ зар = С∆U c ;Qразр= I 0 (t 2 − t1) ≈U T0 ,R 2н1,T=Где t 2 – t 1 ≈T;f п f п = 100 Гц ─ частота пульсаций в выпрямленном напряжении на нагрузке ─ это вторая гармоника (при частоте питающейсети f с = 50 Гц).15Из условия стационарности Q з = Q р определяем ΔU cU TU T∆U = 0 = 0 .c 2 R н С 2τр(2.9)Оцениваем в данной схеме уровень постоянной составляющей в выпрямленном напряжении.По диаграмме выпрямленного напряжения (рис.2.13б) определяем уровень постоянной составляющей в выходном напряжении.U = U 2 max −0∆U2c.Используя полученное значение ΔU c (2.9), определяем уровень постоянной составляющей в выходном напряженииU =0В рассматриваемойнапряженияUобщ =U2 max .T1+4τсхемедействующее(2.10)значение∆U 22 ∆U2 Т2c = U 2 + 2.2c 2 = U +Uпоо12Т ∫ о (U 2 мах − Т ) dtвыходного(2.11)Из выражения (2.11) определяется действующее значение напряженияпульсаций на выходе простого емкостного фильтра∆Uс1 .U =п2 3(2.12)Коэффициент пульсаций выпрямленного напряженияUК = п,п Uо(2.13)Подставив (13.9) и (13.11) в формулу (13.12) получим выражение для коэффициента пульсаций на выходе фильтра мостового выпрямителяК = U U = 0,14 Т τ .пп о(13.14)16Анализ режима диода в схеме Греца с ёмкостным фильтромАмплитудное значение тока через открытый диодIvd max≈U2 maxXcДля анализа обратного напряжения, приложенного к диодам VD 1 и VD 2 ,когда они закрыты, воспользуемся схемой замещения (рис.13.14).
В это времядиоды VD 3 и VD 4 открыты, и внутреннее сопротивление этих диодов принимаем равными нулю.VD1VD4UсU2макс++VD3VD2Рис.2.14. Схема замещения для анализа обратного напряжения на диодахVD 1 и VD 2 сt 1 по t 4По схеме замещения делаем вывод: источники напряжений U 2макс и U с ≈U 2макс включены параллельно друг другу. Диоды одного плеча (в данном случае VD 1 и VD 2 оказываются соединёнными также параллельно. Следовательно, подключение С-фильтра в схему мостового выпрямителя не изменило обратного напряжения на диодах.2.5. Выпрямители с умножением напряженияДля уменьшения габаритов и веса блоков питания широко используютсясхемы выпрямителей с умножением напряжения.Тр+–U1С1+аТрVD2Iзс2+Rн– С2U2 Iзс1U1VD1U2VD1– +а).C1VD2RнC2вб)Рис.2.15..Схемы удвоения напряжения.17На рис.13.15 даны широко распространённые схемы для получения двукратного умножения напряжения, а на рис.2.16 а, б─ схемы для получения 3х, 4- кратного умножения напряжения соответственно.С3С1UсVD1U2С3С1RнVD2VD3UcU2VD2VD1С2С2а).VD3VD4С4Rнб).Рис.2.16.
Схемы умножения напряжения: а ─ утроения напряжения; б ─ учетверения напряженияВ схеме удвоения напряжения (рис.2.15а) при положительной полярности (со стороны анода диода VD 1 ) заряжается конденсатор С 1 . Сопротивлениезарядной цепи принимаем равным нулю, поэтому конденсатор почти мгновенно заряжается почти до напряжения U 2макс .
Заряд конденсатора С 1прекращается, как только потенциалы анода и катода VD 1 уравниваются. Вточках «ав» уровень напряжения становится равным U 2макс + U с1 = 2U 2макс .Конденсатор С 1 начинает разряжаться, а конденсатор С 2 – заряжаться черезоткрытый диод VD 2 до напряжения, примерно равного 2U 2мак . Нагрузка, подключенная параллельно конденсатору С 2 , получает напряжение, равное2U 2макс . Анализ остальных, показанных здесь схем умножения напряжения,аналогичен только что проведённому.Нетрудно проследить за принципом формирования схем умножения, ─добавляя цепочки, состоящие из диода и конденсатора, увеличиваем возможности схем по умножению напряжения. В схемах (рис.2.15а; б) используемдве цепочки «диод-конденсатор», получаем схемы удвоения напряжения.
Всхеме на рис.2.16а используем уже три таких цепочки, получаем схему утроения напряжения, и, наконец, в схеме на рис.2.16б, используя четыре цепочки«диод-конденсатор», получили четырёхкратное увеличение напряжения. К18большему умножению напряжения не стоит стремиться, так как начинает сказываться естественные потери полезного напряжения на элементах схемы.Рассмотрев схемы выпрямительных устройств, приходим к выводу,что лучшей схемой выпрямителя будет схема мостового выпрямителя (схемаГреца): качество выпрямления лучше, использование трансформатора помощности полное, отсутствует подмагничивание сердечника трансформатора, габариты всего выпрямительного устройства по сравнению с ОПВ гораздо меньше, так как для получения такого же напряжения, как в ОПВ, требуется в два раза меньшее напряжение.
Таким образом, и режим диода в схемеГреца более облегчённый.Микроэлектронные выпрямителиНедостатком выпрямителей, выполненных на дискретных элементах, является невозможность работы с малыми сигналами, так как ВАХ диода обладает большой нелинейностью. Справиться с этим недостатком позволило использование операционных усилителей совместно с диодами в цепи ООС.Использование ОУ позволяет осуществить выпрямление сигналов амплитудой от нескольких милливольт до единиц вольт с высокой точностью.Передаточная характеристика таких устройств напоминает ВАХ идеального диода.При U вх > 0R2VD1UвыхVD2DAR1∆Uвх∞UвхR3UвыхU вых = −R2U вхR1 + R 2При U вх < 0U вых = −R2U вхR1 + R 23. Линейные стабилизаторы постоянного напряжения параметрического типа.Необходимость в таких электронных устройствах диктуется тем, что напряжение в сети не остаётся постоянным: нагрузка по сети в течение суток19меняется.
Режим нагрузок, чувствительных к колебаниям напряжения питания, нарушается, поэтому источники питания практически всегда содержатсхемы стабилизаторов.3.1. Стабилизаторы постоянного напряжения на опорных диодахСхемы стабилизаторов, построенные на опорных диодах, называются параметрическими.Внимание.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
