Изучение цепей с полным волновым выпрямителем с двумя ди-диодами
2024-09-03 4958

Двух диудная схема выпрямителя полной волны является основной, но важной частью электротехники, используемой главным образом для изменения переменного тока (AC) в постоянный ток (DC).В прошлом эта простая установка использовала специальный вид трансформатора и два диода для выполнения своей работы.Несмотря на то, что более новые, лучшие технологии в основном заменили его, выпрямитель с двумя диoode по-прежнему полезен для изучения электроники и для проектов, где стоимость более важна, чем производительность.В этой статье рассматривается, как работает двуходежный выпрямитель, его история, ее преимущества и почему он используется реже сегодня.

Каталог

Рисунок 1: Два диодного схема выпрямителя полного волны

Обзор схема схемы с целом с полным диодом

Двух диудная цепь выпрямителя-это классическая конструкция в электронике, используемая для преобразования обеих половинок формы волны переменного тока (AC) в постоянный ток (DC).Он работает с центральным трансформатором, компонентом, который позволяет цепи достичь полного волнового выпрямления.Хотя этот метод стал реже в современных дизайнах, он остается необходимой концепцией с историческим значением.

Конфигурация с двумя диодами приобрела популярность в первые дни электроники, особенно с использованием термионных клапанов (вакуумных труб).В то время минимизация количества компонентов помогает снизить производственные затраты.Конструкция двух-диода была экономически эффективным решением, требующим меньшего количества диодов и клапанов, чем другие методы выпрямления.Это было важно в эпоху, когда каждый дополнительный компонент добавил значительные расходы на электронные устройства.

Рисунок 2: Два диодного полного волнового выпрямителя с центральным трансформатором крана

По мере продвижения технологии выпрямители мостового моста полупроводникового моста стали более распространенными.В отличие от схемы двух диoode, мостовые выпрямители не требуют центрального трансформатора.Вместо этого они используют один обмоток трансформатора и четыре диода для достижения полного выпрямления волны.Снижение затрат на компонент и устранение необходимости в центре выпрямителей мостового крана - предпочтительный выбор в современной электронике.Следовательно, схема с полным волновым выпрямителем с двумя диодами в значительной степени была выведена в пользу этих более эффективных конструкций.

Рисунок 3: Поток тока два диода полного волнового выпрямителя

Основная компоновка двух-диодного полного волнового выпрямителя проста.Используется центральный трансформатор, с центральным нажатием заземленным или подключенным к линии 0 В.Каждый из двух внешних кранов трансформатора подключен к диоду.Эти диоды ориентированы на основе желаемой выходной полярности.В то время как необходимость в трансформаторе с центральным нажатием может рассматриваться как недостаток, простота схемы облегчает его реализации.

Схема работает только с двумя основными компонентами: трансформатором и диодами.Тем не менее, эта простота поставляется с компромиссом.Во время каждого полуцикла ввода переменного тока один диод проводится, а другой-обратный смещение.В результате каждый диод активен только для половины цикла.Это означает, что трансформатор не используется так эффективно, как в более современных конфигурациях, таких как выпрямитель моста.Эта неэффективность является одной из причин, по которой сегодняшний выпрямитель с двумя диодами сегодня встречается реже.

Диодное пиковое рейтинг обратного напряжения

При проектировании или оценке схемы выпрямителя моста с двумя диодами она необходима для понимания пикового обратного напряжения (PIV) диодов.Этот рейтинг определяет максимальное напряжение, которое диод может противостоять обратному смещению, не сломавшись.Убедитесь, что диоды в вашей схеме имеют соответствующий рейтинг PIV для безопасной и надежной работы, особенно при различных электрических условиях.

В выпрямителе моста с двумя диодами диоды работают чередующимся образом, в зависимости от фазы цикла переменного тока.Когда напряжение на одной стороне вторичного обмотки трансформатора поднимается, диод D1 проводит, позволяя проходить ток.В течение этого времени диод D2 подвергается увеличению напряжения на его стороне трансформатора, что приводит к тому, что он станет обратным предвзятым.Это обратное смещение означает, что D2 должен блокировать напряжение поднимающегося напряжения, а не позволять току течь, защищая цепь от нежелательного тока в неправильном направлении.

Рисунок 4: Диоды требуют 2 x √2 среднеквадратичное напряжение трансформатора, в идеале выше для переходной защиты

Напряжение через вторичную обмотку трансформатора достигает пикового значения, обозначенного как VP.Это пиковое напряжение рассчитывается как выходное напряжение среднего квадрата (среднеквадратичного (среднеквадратичного), умноженное на √2.Если по всей нагрузке добавляется сглаживающий конденсатор, он помогает поддерживать это пиковое напряжение, уменьшая колебания, но не устраняет все пульсации.

При пиковом напряжении диод D2 испытывает напряжение, потому что он должен блокировать напряжение, которое объединяет пиковое напряжение от трансформатора с противоположным напряжением от половины трансформатора.По сути, D2 должен обрабатывать напряжение, близкое к вдвое больше пикового напряжения трансформатора, или в √2 раза больше среднеквадратичного напряжения.Это высокое напряжение предъявляет значительные требования к рейтингу PIV диода.

Учитывая, что подобные цепи часто соединяются непосредственно к мощности сети, они подвержены пикам напряжения, которые могут превышать нормальные условия работы.Чтобы защитить диоды от потенциального повреждения, вызванных этими шипами, выберите диоды с рейтингом PIV выше, чем пиковое напряжение, с которым они столкнутся.Обычное правило - выбирать диоды с рейтингом PIV, по крайней мере, в четыре раза превышающим пиковое напряжение трансформатора.Этот подход обеспечивает надежную маржу безопасности и гарантирует, что диоды остаются надежными и долговечными с течением времени.

Преимущества использования двух диодных полных выпрямителей

Одним из основных преимуществ использования двух диодных выпрямителей, полных волн, является их прямая конструкция.Только с двумя диодами и трансформатором с центральным нажатием, схема легко понять и собирать.Эта простота делает его отличным выбором для начинающих в электронике, которые изучают основы исправления.Минимальное количество компонентов не только облегчает построение схемы, но и повышает ее надежность, поскольку меньше деталей означают меньше потенциальных точек отказа.

В то время как трансформатор с центральным нажатием в этой схеме может быть дороже, чем стандартный трансформатор, общая стоимость остается низкой из-за простоты дизайна.Использование только двух диодов снижает отсчет компонентов, что помогает сбалансировать расходы трансформатора.Это делает два диодных выпрямителя с полным волном экономически эффективным вариантом, особенно для небольших проектов или образовательных условий, где важно поддерживать управляемые затраты.

С практической точки зрения, эти выпрямители хорошо подходят для применений, которые требуют умеренной электрической нагрузки и некоторой степени электрической изоляции.Они эффективно работают в сценариях, таких как зарядные станции аккумулятора и основные источники питания, где их способность управлять высокими пиковыми обратными напряжениями полезна.Тем не менее, важно отметить, что, хотя они надежны для этих целей, два диодных полных выпрямителей являются менее эффективными, чем более современные методы выпрямления, такие как выпрямители мостов.

Два схемы диода против мостового выпрямителя

Различия в эффективности

При сравнении двух диодных полных выпрямителей с выпрямителями моста, одним из наиболее заметных различий является их эффективность.Мостовые выпрямители, как правило, более эффективны, потому что они используют всю вторичную обмотку трансформатора, что позволяет повысить выходное напряжение.Этот прирост эффективности делает мостовые выпрямители лучшим выбором для мощных применений.

Соображения стоимости

С точки зрения затрат, мостовые выпрямители, как правило, более экономичны в долгосрочной перспективе.Хотя им требуется четыре диода вместо двух, они устраняют необходимость в трансформаторе с центральным нажатием, который обычно дороже.В массовом производстве, где компоненты, такие как стандартные трансформаторы и диоды, можно приобрести в больших количествах, экономия затрат с выпрямителями моста становится еще более значительной.

Сложность и пригодность

Два диодных полных выпрямителей проще в дизайне, что облегчает их создание и понимание, особенно для начинающих.Тем не менее, мостовые выпрямители, хотя и немного более сложные, предлагают лучшую производительность с точки зрения эффективности и использования трансформаторов.Это делает мостовые выпрямители предпочтительным выбором в приложениях, где пространство ограничено, и требуется высокая эффективность.

Соображения дизайна

При проектировании двухполосного выпрямителя полностью волнового выпрямителя одним из первых и важнейших шагов является выбор справа трансформаторПолемТрансформатор должен иметь центральный кран, который является ключом к работе цепи.Кроме того, трансформатор должен иметь соответствующие рейтинги напряжения и мощности, которые соответствуют требованиям нагрузки.Обеспечение того, чтобы эти рейтинги были достаточными, помогает предотвратить перегрев трансформатора и гарантировать, что он может справиться с электрическими потребностями, установленными на нем.

Выбор правильного диоды одинаково важно.Диоды, используемые в двуходетическом выпрямителе, должны быть способны противостоять высоким обратным напряжениям пика (PIV).Эти напряжения, как правило, выше, чем те, которые встречаются в мостовых выпрямителях.Чтобы предотвратить разрушение диода во время условий обратного смещения, рейтинг PIV диодов должен быть как минимум вдвое превышающим пиковое напряжение переменного тока трансформатора.Эта мера предосторожности помогает обеспечить долговечность выпрямителя в различных условиях эксплуатации.

А макет схемы Также необходимо рассмотреть возможность его работы.Чтобы оптимизировать конструкцию, минимизировать электромагнитные интерференции (EMI) и обеспечить эффективное рассеяние тепла.Это потребовало правильного размещения диодов, как и использование радиаторов, где это необходимо.Эти меры помогают справиться с тепловыми проблемами и способствовать долгосрочной надежности выпрямителя.

Примеры применения

Образовательное использование и демонстрации

В классах и лабораториях два диодных полных выпрямителей обеспечивают четкий, практический способ обучения основным принципам электроники и выпрямления.Их прямая конфигурация позволяет студентам легко понять фундаментальные концепции, не будучи перегруженным сложностью.

Единицы с низким энергопотреблением

Эти выпрямители также обычно встречаются в единицах снабжения с низкой мощью для небольших устройств, где экономическая эффективность более важна, чем достижение максимально возможной производительности.В этих случаях слегка сниженная эффективность двух диодных выпрямителей является разумным компромиссом для преимуществ более низких затрат и простоты.

Цепи зарядки батареи

В цепях зарядки аккумулятора для небольшой электроники часто используются два диодных выпрямителя из -за их доступности и адекватной производительности.Хотя они могут не предлагать наивысшую эффективность, их простота и более низкая стоимость делают их практическим выбором для приложений, где бюджетные ограничения являются основной проблемой.

Любители проектов

Любители, работающие над такими проектами, как аудиооборудование и устройства обработки сигналов, часто обращаются к двум диодным выпрямителям.Эти схемы обеспечивают достаточную производительность для этих типов проектов без необходимости более сложных и дорогих методов выпрямления.Простота сборки и понимания делает их популярным выбором среди энтузиастов DIY.

Ограничения и проблемы

Одним из основных недостатков двух-диодного выпрямителя полного волны является его неэффективное использование трансформатора ПолемЭта конструкция зависит от трансформатора с центральным нажатием, что позволяет только половине вторичной обмотки трансформатора использовать во время каждого полуцикла формы волны переменного тока.В результате максимальный выходной выход ограничен только половиной того, что может быть достигнуто, если будет использована вся обмотка.Это ограничение не только снижает эффективность преобразования напряжения, но также снижает общую экономическую эффективность трансформатора, так как большая часть его потенциала потрачена впустую в этой конфигурации.

Операционные характеристики этой схемы дополнительно способствуют неэффективности.Поскольку каждая половина обмотки трансформатора активна только для половины цикла переменного тока, ток протекает через каждое обмоточное удвоение во время его активной фазы.Поскольку потеря тепла в проводнике пропорциональна квадрату тока, эта конструкция значительно приводит к Более высокое рассеяние тепла-Определенно, в четыре раза больше тепла на полупроницаемость по сравнению с выпрямителем с полным волновым мостом.В целом, эта конфигурация генерирует примерно вдвое больше тепла мостового выпрямителя, который использует обмотки более последовательно и эффективно, что приводит к лучшему управлению энергией и меньшему тепловому напряжению.

Конструкция выпрямителя с двумя диoode также приводит к Увеличение затрат и более требовательные требования к компонентамПолемКаждая половина вторичной обмотки трансформатора должна обрабатывать полное напряжение и высокий ток, что требует более надежного и, следовательно, более дорогого трансформатора.Кроме того, диоды в этой установке должны иметь более высокий пик обратного напряжения (PIV), чтобы справиться с удвоенным напряжением, с которым они сталкиваются во время их непроводящих фаз.Это требование дополнительно повышает затраты, поскольку диоды с более высоким рейтингом, как правило, дороже.Напротив, конструкция выпрямителя моста требует только половины рейтинга PIV, что упрощает спецификации компонентов и снижение затрат.

Учитывая эти проблемы, построение полного волнового выпрямителя с использованием метода двух-диода требует трансформатора, который примерно в √2 раза больше, чем требуется для выпрямителя моста.Это приводит к более тяжелому, более крупному и более дорогому трансформатору, что делает его менее практичным в современной экономической и технической среде.Современные дизайны предпочитают выпрямители Bridge, которые предлагают лучшую эффективность, экономическую эффективность и преимущества для экономии пространства.Это делает их более подходящим выбором для большинства современных электронных применений.

Заключение

Несмотря на то, что более современные и эффективные варианты, такие как выпрямители мостов, в основном захватывались, у двухпрофальтического выпрямителя все еще есть свое место.Его простота и низкая стоимость делают его отличным для образовательных целей и для небольших, бюджетных проектов.Оглядываясь назад на эту схему, помогает нам понять основы того, как были построены и улучшены электронные устройства с течением времени.