Full Wave Rectifier: 9 faktů, které byste měli vědět!

Náprava

Usměrnění je elektrický proces pro převod střídavého proudu (nebo napětí) na stejnosměrný proud (nebo napětí).

A usměrňovač je zařízení, které má nízký odpor vůči proudu v jednom směru a vyšší odpor v jiném pořadí.

Typy usměrňovače

Usměrňovače lze rozdělit do tří typů -

1. Usměrňovač poloviční vlny
2. Usměrňovač plné vlny
3. Přemosťovací usměrňovač

Usměrňovač plné vlny

Celovlnné usměrňovače jsou druhy usměrňovačů, které převádějí střídavý proud na stejnosměrný, což je střídavý proud na stejnosměrný proud. Tento typ usměrňovače umožňuje, aby obě poloviny střídavého vstupního napětí procházely obvodem. K výrobě celovlnného usměrňovače jsou potřeba dvě diody.

Full Wave Rectifier Working & Circuit

Plná vlna usměrňovač je zobrazen v níže uvedeném obvodu.

Na vstupní straně je transformátor T. The transformátor T zvyšuje nebo snižuje AC napětí dodávané na primární straně. Jedná se o transformátor se středovým závitem. Vstupní střídavé napětí V = nV_oV obvodu je aplikován Sinwt. N je poměr otáček transformátoru se středovým závitem. K kurzu jsou připojeny dvě diody. Proud protéká jednou diodou v první polovině cyklu a druhou diodou protéká v další polovině procesu. Tak proudí jednosměrný proud směrem k zátěži.

Jedná se o upravenou a také vylepšenou verzi půlvlnného usměrňovače. Používáme transformátor se středovým závitem. Každá polovina sekundárního transformátoru má stejný počet závitů; napětí indukované v každé polovině sekundárního je stejné v hodnotách a opačné ve fázi.

Nyní pro jakoukoli instanci vstupní půlcyklu má bod A kladné napětí týkající se O (uprostřed). Spodní bod B má stejné napětí, ale zápornou velikost (jedná se o středový transformátor). Dioda D1 tedy vede proud a dioda D2 se v této polovině cyklu neobjeví. V další polovině procesu dioda D1 je v reverzním předpětí a dioda D2 je předpětí vpřed. Dioda D1 tedy nevede proud, zatímco D2 po tuto polovinu vstupního cyklu ano. Zatěžovací proud je součtem proudu z diody D1 a diody D2 z obou vstupních napěťových cyklů.

Diody D1 a D2 jsou identické, takže průměrná hodnota zátěžového proudu pro obvod plného vlnového usměrňovače je dvojnásobná než u polovodičového usměrňovače.

Protože obě poloviny cyklu prošly obvodem, je to známé jako poloviční vlnový usměrňovač. 

Jak funguje transformátor? Kliknutím to zjistíte!

Vzorec a rovnice usměrňovače plné vlny

Z okruhu,

Vi je vstupní napětí; Vb je napětí diody, rd je dynamický odpor, R je odpor zátěže, Vo je výstupní napětí.

Průměrné O / p napětí:

V_o = V_msinωt; 0 ≤ ωt ≤ π

V_av = 1 / π * ∫ ₀ ^2π Vo d (hm)

Nebo V_av = 1/ π * ∫ ₀ ^2π VmSinwt d (wt)

Nebo V_av = (V_m/ π) [- Cosωt]₀^π

Nebo V_av = (V_m / π) * [- (- 1) - (- (1))]

Nebo V_av = (V_m/ π) * 2

Nebo V_av = 2 V_m / π = 0.64 V._m

Průměrný zatěžovací proud (I_av) přichází jako = 2 * I_m/ π

RMS (Root Means Square) Hodnota proudu:

I_rms = [1 / π * ∫ ₀ ^2π I²  d (ωt)]^{1 / 2}

I = já_msinωt; 0 ≤ ωt ≤ π

Nebo já_rms = [1 / π * ∫ ₀ ^2π I_m²  Hřích²ωt d (ωt)]^{1 / 2}

Nebo já_rms = [Já_m²/ π * ∫ ₀ ^2π Hřích²ωt d (ωt)]^{1 / 2}

Hříchu²ωt = ½ (1 - Cos2ωt)

Nebo já_rms = [Já_m²/ π * ∫ ₀ ^2π (1 - Cos2ωt) d (ωt)]^{1 / 2}

Nebo já_rms = [Já_m²/ 2] ^½   Nebo já_rms = I_m/ √2

Napětí RMS přichází jako - V_rms = V_m/ √2.

Význam hodnoty RMS je, že je ekvivalentní hodnotě DC.

Za předpokladu, že hodnota RMS je ≤ maximální hodnota

Špičkové inverzní napětí (PIV):

Špičkové inverzní napětí nebo PIV je důležitý parametr. Je definována jako maximální zpětné předpětí aplikované na diodu před vstupem do oblasti Zenner nebo oblasti poruchy.

Pro celovlnový usměrňovač. Špičkové inverzní napětí se udává jako PIV> = 2V_m

Pokud v kterémkoli okamžiku PIV <V_m, dioda bude poškozena.

Zátěžový proud obvodu usměrňovače je kolísavý a jednosměrný. Výstupem je periodická funkce času. Použitím Fourierovy věty lze usoudit, že zátěžový proud má superponovanou průměrnou hodnotu, což jsou sinusové proudy s harmonicky souvisejícími frekvencemi. Průměr stejnosměrného proudu zátěžového proudu je - I_dc = 1 / 2π * ∫₀^2πI_zatížení d (ωt)

I_zatížení je okamžitý proud zátěže v čase t a  je úhlová frekvence sinusového napětí zdroje. Vynikající hodnota I_dc znamená lepší výkon obvodu usměrňovače.

Graf usměrňovače plné vlny

Následující diagram představuje vstupní a výstupní graf.

Form Factor

Tvarový faktor plného vlnového usměrňovače lze definovat jako poměr RMS (Root Means Square) hodnoty zátěžového napětí k průměrné hodnotě zátěžového napětí.

Tvarový faktor = V_rms /PROTI_av

V_rms = V_m/2

V_av = V_m / π

Tvarový faktor = (V_m/ √2) / (2 * V_m/ π) = π / 2√2 = 1.11

Můžeme tedy napsat, V_rms = 1.11 * _Vav.

Faktor zvlnění

Faktor zvlnění se udává jako hodnota RMS (Root Means Square) AC komponenty k průměrné hodnotě výstupu. Výstupní proud se skládá ze střídavých i stejnosměrných složek. Faktor zvlnění měří procento střídavých složek přítomných ve usměrněném výstupu. Symbol představuje faktor zvlnění - γ

I_o = I_ac + I_dc

Nebo já_ac = I_o - Já_dc

Nebo já_ac = [1 / (2π) ∫ ₀ ^2π (I-Idc) * (I-Idc) d (ωt) * ^{1 / 2}

Nebo já_ac = [Já_rms² + I_dc²- 2 já_dc²] 1/2

Nebo já_ac = [Já_rms² - Já_dc²] 1/2

Takže faktor zvlnění,

γ = já_rms² - Já_dc² / I_dc²

nebo, γ = [(I._rms² - Já_dc²) - 1] ^{1 / 2}

γ_FWR = 0.482

Faktor využití transformátoru

Faktor využití transformátoru je definován jako poměr stejnosměrného výkonu dodávaného k jmenovité zátěži transformátoru AC.

TUF = P_dc/ P_ac(hodnocené)

Nyní, abychom našli faktor využití transformátoru, potřebujeme jmenovité sekundární napětí. Řekněme, že V_s. / √2. RMS proud vinutím je I_m/ 2.

TUF = I_dc² R_L / (V._s/ √2) * (I._m / √2)

TUF = (2I_m/ π)²R_L / (Já_m² (R_f +R_L) / (2√2) = 2√2 / π ² * (1 / (1 + R._f/R_L))

Pokud R_f << R._L, pak,

TUF = 8 / π ² = 0.812

Průměrný faktor využití transformátoru je =

(0.574 + 0.812) / 2 = 0.693

Zvýšení faktoru využití transformátoru naznačuje lepší výkon celovlnného usměrňovače.

Účinnost usměrňovače plné vlny

Účinnost usměrňovače plné vlny je definována jako poměr stejnosměrného výkonu dostupného při zátěži k vstupnímu střídavému výkonu. Představuje to symbol - η

η = P_zatížení / P_in * 100

nebo, η = I_dc² * R / I_rms² * R, jako P = VI, & V = IR

Teď já_rms = I_m/ √2 a já_dc = 2 * já_m/ π

Takže η = (4I_m²/ π²) / (I._m²/ 2)

η = 8 / π² * 100% = 81.2%

Účinnost ideálního obvodu s plnou vlnou usměrňovače je = 81.2%

Rozdíl mezi půlvlnným a celovlnným usměrňovačem

Problémy s celovlnnými usměrňovači

1. Cívkový usměrňovač má zátěž 1 kiloohm. Přiložené střídavé napětí je 220 V (hodnota RMS). Pokud jsou zanedbány vnitřní odpory diod, jaké bude zvlněné napětí přes odpor zátěže?

A. 0.542 V

b. 0.585 V.

C. 0.919 V

d. 0.945 V

Zvlněné napětí je = γ * Vdc / 100

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

Faktor zvlnění plného vlnového usměrňovače je 0.482

Proto je zvlnění napětí = 0.482 * 198/100 = 0.945 V.

2. Pokud je špičkové napětí obvodu plného vlnového usměrňovače 5 V a dioda je křemíková dioda, jaké bude špičkové inverzní napětí na diodě?

Špičkové inverzní napětí je důležitý parametr definovaný jako maximální zpětné předpětí aplikované přes diodu před vstupem do oblasti průrazu. Pokud je jmenovité špičkové inverzní napětí nižší než tato hodnota, může dojít k poruše. Špičkové inverzní napětí diody je dvojnásobkem špičkového napětí = 2Vm -Vd pro celovlnný usměrňovač. Vd je zapínací napětí diody. Nyní pro křemíkovou diodu je zapínací napětí = 0.7 V. Takže špičkové inverzní napětí = 2* 5 -0.7 voltu = 9.3 voltu.

3. Vstup 200Sin 100 πt voltů je přiveden do plného vlnového usměrňovače. Jaká je výstupní vlnová frekvence?

V = V_mSinωt

Zde ω = 100

Frekvence je uvedena jako - ω / 2 = 100/2 = 50 Hz.

Výstupní frekvence středové frekvence se zdvojnásobí se vstupní frekvencí. Tudíž výstupní frekvence = 50 * 2 = 100 Hz.

4. Jaká je hlavní aplikace usměrňovače? Které zařízení funguje opačně?

Usměrňovač transformuje střídavé napětí na stejnosměrné. Oscilátor převádí stejnosměrné napětí na střídavé.