Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu Orbis pictus 21. století Usměrňovače OB21-OP-EL-ZEL-JANC-L-3-033 Usměrňovače Elektronická zařízení vyžadují pro svoji činnost elektrickou energii ve formě stejnosměrného napětí.
Download
Report
Transcript Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu Orbis pictus 21. století Usměrňovače OB21-OP-EL-ZEL-JANC-L-3-033 Usměrňovače Elektronická zařízení vyžadují pro svoji činnost elektrickou energii ve formě stejnosměrného napětí.
Tato prezentace byla vytvořena
v rámci projektu
Orbis pictus
21. století
Usměrňovače
OB21-OP-EL-ZEL-JANC-L-3-033
Usměrňovače
Elektronická zařízení vyžadují pro svoji činnost elektrickou
energii ve formě stejnosměrného napětí a proudu. Elektronické
obvody, které přeměňují střídavé síťové napětí na napětí
stejnosměrné, se nazývají usměrňovače.
Když se pro činnost usměrňovače využívá pouze jeden druh
půlvln střídavého napájecího napětí, hovoříme o jednocestném
usměsňovači.
Jestliže se pro činnost usměrňovače využívají obě půlvlny
střídavého napájecího napětí, jedná se o dvojcestný
usměrňovač.
Usměrňovače
Usměrněné napětí nebývá vhodné pro napájení elektronických
zařízení, protože obsahuje střídavou složku, tzv. zvlnění, které
by se přenášelo do elektronického obvodu jako rušivé napětí.
Z těchto důvodů se mezi usměrňovač a zátěž zařazuje
vyhlazovací kondenzátor a při větších nárocích na vyhlazení
jednostupňový, popř. dvojstupňový i vícestupňový filtr.
Podobně jako u jiných zdrojů je velikost výstupního napětí
usměrňovače ovlivňována velikostí jeho vnitřního odporu Ri.
Usměrňovače
Vnitřní odpor jednocestného usměrňovače tvoří odpor jedné
usměrňovací cesty a nazývá se odpor fáze usměrňovače Rf.
Rf se skládá z odporu diody Rd a z odporu transformátoru Rt,
který je tvořen odporem výstupního vinutí Rs a odporem
vstupního vinutí Rp, přepočítaným na výstupní stranu pomocí
převodu p. Potom je odpor fáze Rf dán vztahem:
R f Rd Rs
Rp
p
2
p
U
p
Us
kde p je převod síťového transformátoru
Up je napětí na primární straně a Us je napětí na sekundární
straně transformátoru.
Jednocestný usměrňovač
Obr.1 Jednocestný usměrňovač
♦ Usměrňovací dioda D je polarizována v přímém směru a
prochází jí proud iF do zátěže RZ jen tehdy, když je na její
anodě větší napětí než na katodě, což nastává při kladné
půlvlně výstupního napětí u2.
Jednocestný usměrňovač
Zátěží RZ prochází usměrněný, ale pulsující proud, jehož
maximální hodnota je dána maximální hodnotou napětí na
výstupním vinutí transformátoru a celkovým odporem
U 2m
usměrňovací větve
I Fm
R f RZ
Střední hodnota usměrněného proudu Id je
Id
I Fm
Jednocestný usměrňovač
Průběhy napětí a
proudu na diodě
bez
kondenzátoru
Jednocestný usměrňovač
Průběhy napětí a proudu na diodě po připojení kondenzátoru
Jednocestný usměrňovač
Střední hodnota usměrněného napětí naprázdno Ud0 je
U d0
Střední hodnota usměrněného napětí Ud, jestliže zátěží prochází proud Id, je
dána vztahem
Ud
U 2m
U 2m
R f .I d
Ve vztahu pro Ud představuje první člen napětí naprázdno, druhý člen
úbytek napětí na vnitřním odporu usměrňovače (na odporu fáze). Celý
vztah představuje rovnici zatěžovací charakteristiky zdroje.
Jednocestný usměrňovač
Průběh pulsujícího usměrněného napětí lze výrazně ovlivnit
připojením kondenzátoru C0 o velké kapacitě paralelně k
zátěži RZ.
Bývá to obvykle elektrolytický kondenzátor s kapacitou
několik desítek, stovek i více F.
Čím má C0 větší kapacitu, tím je zvlnění menší.
Maximální kapacita je omezena proudovým nárazem, který
snese dioda v okamžiku připojení usměrňovače k elektrické
síti — udává ji výrobce.
Jednocestný usměrňovač
Průchodem proudu diodou se nabíjí kondenzátor v naznačené
polaritě.
Proud prochází diodou pouze v tom úseku periody, když
napětí na transformátoru (na anodě diody) je větší než napětí
na kondenzátoru C0 (katodě diody).
Tento časový úsek se nazývá úhel vedení a označuje se .
V době, kdy dioda nevede, vybíjí se kondenzátor C0 přes zátěž
RZ.
Z průběhů napětí je vidět, že napětí na zátěži RZ kolísá při
nabíjení a vybíjení kondenzátoru C0 okolo střední hodnoty Ud.
Jednocestný usměrňovač
Toto zvlnění, jehož první harmonická má stejnou frekvenci
jako elektrická síť a má amplitudu UZV, je tím menší, čím
menší je zatěžovací proud (vybíjecí proud kondenzátoru C0) a
s tím související úhel vedení .
Když pracuje usměrňovač naprázdno, nabije se kondenzátor
C0 na maximální napětí výstupního vinutí U2m, dioda se uzavře
a úhel vedení a zvlnění jsou nulové.
Maximální napětí URm, kterým je dioda namáhána ve zpětném
směru, je dáno součtem amplitudy napětí U2m ve zpětném
směru a napětí U2m na kondenzátoru. K tomuto stavu dochází
při práci usměrňovače naprázdno, potom URm = 2U2m.
Dvojcestný usměrňovač
Kromě jednocestného usměrňovače se používá i zapojení,
které využívá k usměrnění obou půlvln napájecího napětí
transformátoru. Výstupní vinutí transformátoru má vyvedený
střed, který se obvykle uzemní. Schéma zapojení je na
následujícím obrázku.
Dvojcestný usměrňovač
Napětí u2 a u‘2 jsou
vůči sobě fázově
posunuta o 180.
Diodou D1 prochází
proud iF1 v té
polovině periody,
kdy na její anodu
působí kladná
půlvlna napětí u2. Ve
stejné době je dioda
D2 uzavřena.
Dvojcestný usměrňovač
♦ Diodou D2 prochází proud iF2 ve druhé polovině periody, ve
které na její anodu působí kladná půlvlna napětí u2, přitom je
dioda D1 uzavřena.
♦ Diody D1 a D2 jsou střídavě otevřeny a zavřeny, proto zátěží
prochází proud v obou půlperiodách.
♦ Pulsování má dvojnásobnou frekvenci a proud vytváří na
zátěži napětí Ud.
Dvojcestný usměrňovač
Průběhy napětí po připojení kondenzátoru
Dvojcestný usměrňovač
Po připojení kondenzátoru paralelně k zátěži RZ dochází k jeho
nabíjení proudovými impulsy s úhlem vedení z diod D1 a
D2 tehdy, když okamžitá hodnota napětí na transformátoru je
vyšší než je napětí na kondenzátoru a zátěži.
Zvlnění UZV má dvojnásobnou frekvenci a menší amplitudu
než u jednocestného usměrňovače.
Dnes je toto zapojení usměrňovače používáno málo a je
nahrazováno usměrňovačem v můstkovém zapojení.
Děkuji
za pozornost
Ing. Ladislav Jančařík
Literatura
J. Chlup, L. Keszegh: Elektronika pro silnoproudé obory,
SNTL Praha 1989
M. Bezděk: Elektronika I, KOPP České Budějovice 2002