Уравнение вольт амперной характеристики мостового выпрямителя

Мостовой выпрямитель

Мостовой выпрямитель — устройство или контур, проводящее ток в течение обеих половин цикла переменного тока. Поскольку мостовой выпрямитель использует всё вторичное напряжение, на выходе напряжение в два раза больше чем у двухполупериодного выпрямителя.

Схема мостового выпрямителя

Принцип действия мостового выпрямителя

Мостовой выпрямитель состоит из четырёх диодов, соединённых в форме «моста», причём вторичная обмотка трансформатора соединяется через противоположные углы «моста», а сопротивление нагрузки соединяется через другие два угла. Выходное напряжение мостового выпрямителя в два раза больше, чем у двухполупериодного выпрямителя, поскольку через «мост» протекает воздействие всего напряжения вторичной обмотки.

В течение первой половины цикла переменного тока, ток протекает от отрицательной стороны вторичной обмотки через диод D1, через сопротивление нагрузки RL, через диод D3, к положительной стороне вторичной обмотки. Этот ток через RL представляет собой положительную полуволну.

Путь тока через мостовой выпрямитель в течение первой половины цикла переменного тока

В течение второй половины цикла переменного тока, ток протекает от отрицательной стороны вторичной обмотки через диод D4, через сопротивление нагрузки RL, через диод D2, к положительной стороне вторичной обмотки. Этот ток через RL представляет собой положительную полуволну.

Путь тока через мостовой выпрямитель в течение второй половины цикла переменного тока Сравнение формы кривой выходного сигнала мостового выпрямителя и двухполупериодного выпрямителя

Двухполупериодный мостовой выпрямитель. Принцип действия, схема, расчет

Существует еще одна, более популярная конструкция двухполупериодного выпрямителя, построенная на основе конфигурации с четырьмя диодами. Такая конструкция известна как двухполупериодный мостовой выпрямитель или просто мостовой выпрямитель.

Преимущество этого типа выпрямителя по сравнению с версией выпрямителя с центральным отводом заключается в том, что для него не требуется сетевой трансформатор с центральным отводом во вторичной обмотке, что резко снижает его размер и стоимость.

Также эта конструкция использует полностью все вторичное напряжение в качестве входного. Используя тот же трансформатор, мы получаем вдвое больше пикового напряжения и вдвое больше постоянного напряжения с мостовым выпрямителем, чем с двухполупериодным выпрямителем с центральным отводом. Именно поэтому мостовые выпрямители используются гораздо чаще, чем двухполупериодные со средней точкой.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель

Чтобы выпрямить оба полупериода синусоидальной волны, как мы уже говорили ранее, в мостовом выпрямителе используются четыре диода, соединенных вместе в конфигурации «моста». Вторичная обмотка трансформатора подключена с одной стороны диодного моста, а нагрузка — с другой.

На следующем рисунке показана схема мостового выпрямителя.

Во время положительного полупериода переменного напряжения диоды D1 и D2 смещены в прямом направлении, в то время как диоды D3 и D4 смещены в обратном направлении. Это создает положительное напряжение на нагрузочном резисторе (обратите внимание на плюс-минус полярности на нагрузочном резисторе).

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

Обратите внимание, что независимо от полярности напряжения на входе, полярность на нагрузке постоянная, а ток в нагрузке течет в одном направлении. Таким образом, схема преобразует входное переменное напряжение в пульсирующее постоянное напряжение.

Если вам трудно запомнить правильное расположение диодов 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 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. 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.

Фильтрация постоянного напряжения

Сигнал на выходе, который мы получаем от двухполупериодного мостового выпрямителя, является по сути пульсирующим постоянным напряжением, которое вырастает до максимума, а затем снижается до нуля.

Для того чтобы избавиться от пульсаций, нам необходимо отфильтровать двухволновой сигнал. Один из способов сделать это — подключить сглаживающий конденсатор.

Первоначально конденсатор разряжен. На протяжении первой четверти цикла диоды D1 и D2 смещены в прямом направлении и из-за этого сглаживающий конденсатор начинает заряжаться. Процесс заряда длится до тех пор, пока напряжение с мостового выпрямителя не достигнет своего пикового значения. В этот момент напряжение на конденсаторе будет равно Vp.

После того, как напряжение с выпрямителя достигает своего пика, оно начинает уменьшаться. Как только напряжение снизиться ниже Vp соответствующая пара диодов (D1 и D2) не будет проводить.

Когда диоды выключены, конденсатор разряжается через нагрузку, пока не будет достигнут следующий пик. Когда наступает следующий пик, конденсатор заряжается уже через диоды D3 и D4 до пикового значения.

Недостатки мостового выпрямителя

Единственным недостатком мостового выпрямителя является то, что выходное напряжение меньше, чем входное напряжение на 1,4 В, в результате падения на двух диодах.

Этот недостаток ощутим только в источниках питания с очень низким напряжением. Например, если пиковое напряжение источника составляет всего 5 В, то напряжение нагрузки будет иметь только 3,6 В.

Но если пиковое напряжение источника составляет 100 В, напряжение нагрузки будет близко к идеальному двухполупериодному напряжению и влияние падения на диодах будет не значительным.

Что такое мостовой выпрямитель? | Схема, формула, важные факторы

Список тем

Ректификация и выпрямитель

Типы выпрямителя

Мостовой выпрямитель

Схема и схема мостового выпрямителя

Работа мостового выпрямителя

Различия между мостовым выпрямителем и полноволновым выпрямителем

Математические проблемы

коррекция

Выпрямление: процесс, посредством которого переменное напряжение преобразуется в постоянное, называется выпрямлением. Выпрямитель — это электронное устройство для выполнения выпрямления.

Типы выпрямителей

Выпрямители в основном бывают трех типов. Они есть —

1. Полуволновые выпрямители (HWR)
2. Полноволновые выпрямители (FWR)
3. Мостовой выпрямитель (BR)

Мостовые выпрямители

Мостовые выпрямители — это выпрямители, которые преобразуют переменный ток в постоянный, то есть переменный ток в постоянный. Этот тип выпрямителя позволяет обеим половинам входного переменного напряжения проходить через цепь. Для изготовления мостового выпрямителя необходимо четыре диода.

Работа и схема мостовых выпрямителей

Мостовой выпрямитель показан на схеме ниже.

Двухполупериодное выпрямление также может быть реализовано с помощью выпрямителя, в состав которого входят четыре диода. Как показано на схеме, два диода противоположных плеч проводят ток одновременно, в то время как два других диода остаются в выключенном состоянии. На данный момент ток течет через диоды D1 и D3, но не течет через диоды D2 и D4. Это происходит из-за мгновенной полярности вторичных обмоток трансформатора. Таким образом, ток I проходит через сопротивление нагрузки RL в показанном направлении.

Теперь наступает следующая половина цикла. На этот раз полярность трансформатора меняется. Ток течет через диод D2 и диод D4, а через диоды D1 и D3 ток не течет. Направление тока остается таким же, как и в предыдущей половине цикла.

Формула и уравнения мостового выпрямителя

От стандартной схемы мостового выпрямителя,

Vi — входное напряжение; Vb — напряжение на диоде, rd — динамическое сопротивление, R — сопротивление нагрузки, Vo — выходное напряжение.

Среднее напряжение O / p:

Средний ток нагрузки (I_av) = 2 * I_m/ π

Среднеквадратичное значение тока:

I_RMS = [1 / π * ∫ ₀ 2π I 2 d (ωt)] 1/2

Я = я_mСинωт; 0 ≤ ωt ≤ π

Или я_RMS = [1 / π * ∫ ₀ 2π I_m 2 Грех 2 ωt d (ωt)] 1/2

Или я_RMS = [Я_m 2 / π * ∫ ₀ 2π Грех 2 ωt d (ωt)] 1/2

Теперь грех 2 ωt = ½ (1 — Cos2ωt)

Или я_RMS = [Я_m 2 / π * ∫ ₀ 2π (1 — Cos2ωt) d (ωt)] 1/2

Среднеквадратичное напряжение = В_RMS V =_m/ √2.

Значение среднеквадратичного значения в том, что оно эквивалентно значению постоянного тока.

При условии, что среднеквадратичное значение ≤ пикового значения

Пиковое обратное напряжение (PIV):

Пиковое обратное напряжение или PIV — это максимально допустимое напряжение, которое может быть приложено к диоду до его пробоя.

Пиковое обратное напряжение мостового выпрямителя рассчитывается как PIV> = V_m

Приложение большего напряжения, чем пиковое обратное напряжение, повредит диод и повлияет на другие элементы схемы, если они связаны.

График мостового выпрямителя

На следующем графике показан входной выходной сигнал мостового выпрямителя. Это то же самое, что и мостовой выпрямитель.

Форм-фактор

форм-фактор мостового выпрямителя аналогичен двухполупериодному выпрямителю и определяется как отношение RMS (среднеквадратичное значение) значения напряжения нагрузки к среднему значению напряжения нагрузки.

Форм-фактор = (V_m/ √2) / (2 * V_m/ π) = π / 2√2 = 1.11

Итак, мы можем написать, V_RMS = 1.11 * _Вав.

Фактор пульсации

Коэффициент пульсации мостового выпрямителя — это процентная составляющая переменного тока, присутствующая на выходе мостового выпрямителя.

«Γ» представляет коэффициент пульсации.

Или я_ac = [1 / (2π) * ∫₀ 2π (I-IDC) 2 d (ωt)] 1/2

Итак, фактор пульсации,

или γ = [(I_RMS 2 — Я_dc 2 ) — 1] 1/2

Коэффициент использования трансформатора

Отношение мощности постоянного тока к номинальной мощности переменного тока известно как Коэффициент использования трансформатора или TUF.

ТУФ = Р_dc/ П_ac(оценено)

V_s / √2 — номинальное напряжение вторичной обмотки, а I_m/ 2 — ток, протекающий по обмотке.

Чем больше TUF, тем лучше производительность.

КПД мостового выпрямителя

КПД мостового выпрямителя определяется как отношение мощности постоянного тока, подаваемой на нагрузку, к входной мощности переменного тока. Обозначается символом — η

η = Р_{загрузка} / П_in * 100

или, η = I_dc 2 * R / I_RMS 2 * R, поскольку P = VI, & V = IR

Итак, η = (4I_m 2 / п 2 ) / (я_m 2 / 2)

η = 8 / π 2 * 100% = 81.2%

Эффективность идеальной схемы мостового выпрямителя составляет = 81.2%

Укажите разницу между мостовым и полноволновым выпрямителем

Некоторые проблемы с мостовыми выпрямителями

1. Мостовой выпрямитель имеет нагрузку 1 кОм. Приложенное переменное напряжение составляет 220 В (среднеквадратичное значение). Если пренебречь внутренним сопротивлением диодов, каким будет пульсация напряжения на сопротивлении нагрузки?

Напряжение пульсаций = γ * Vdc / 100

Vdc = 0.636 * Vrms * √2 = 0.636 * 220 * √2 = 198 В.

Коэффициент пульсации идеального двухполупериодного выпрямителя составляет 0.482

Следовательно, пульсации напряжения = 0.482 * 198/100 = 0.945 В

2. Если пиковое напряжение схемы мостового выпрямителя составляет 10 В, а диод представляет собой кремниевый диод, каким будет пиковое обратное напряжение на диоде?

Пиковое обратное напряжение — важный параметр, определяемый как максимальное обратное напряжение смещения, приложенное к диоду перед входом в область пробоя. Если пиковое значение обратного напряжения меньше указанного значения, может произойти пробой. Для двухполупериодного выпрямителя пиковое обратное напряжение диода равно пиковому напряжению = Vm. Итак, пиковое обратное напряжение = 5 вольт.

3. На двухполупериодный выпрямитель подается вход 100Sin 100 πtV. Какая частота пульсаций на выходе?

Частота задается как — ω / 2 = 100/2 = 50 Гц.

Таким образом, выходная частота = 50 * 2 = 100 Гц.

4. Каково основное применение выпрямителя? Какое устройство выполняет обратную операцию?

Выпрямитель преобразует переменное напряжение в постоянное. Генератор преобразует постоянное напряжение в переменное.

5. Для мостового выпрямителя приложенное входное напряжение составляет 20Sin100 π t. Какое будет среднее выходное напряжение?

Теперь мы знаем, что V = V_mSinωt

Итак, выходное напряжение = 2В_m / π = 2 * 20 / π = 12.73 вольт

Выходное напряжение = 12.73 вольт.

Последние выпуски от Electronics Engineering

Я энтузиаст электроники и в настоящее время занимаюсь электроникой и коммуникациями.
Я очень заинтересован в изучении современных технологий, таких как искусственный интеллект и машинное обучение.
Мои статьи посвящены предоставлению точных и обновленных данных всем учащимся.
Мне доставляет огромное удовольствие помогать кому-то в получении знаний.