Как получить постоянное напряжение из переменного
Давайте для начала уточним, что мы подразумеваем под «постоянным напряжением». Как гласит нам Википедия, постоянное напряжение (он же и постоянный ток) — это такой ток, параметры, свойства и направление которого не изменяются со временем. Постоянный ток течет только в одном направлении и для него частота равна нулю.
Осциллограмму постоянного тока мы с вами рассматривали в статье Осциллограф. Основы эксплуатации:
.JPG?is-pending-load=1)
Как вы помните, по горизонтали на графике у нас время (ось Х), а по вертикали напряжение (ось Y).
Для того, чтобы преобразовать переменное однофазное напряжение одного значения в однофазное переменное напряжение меньшего (можно и большего) значения, мы используем простой однофазный трансформатор. А для того, чтобы преобразовать в постоянное пульсирующее напряжение, мы с вами после трансформатора подключали Диодный мост. На выходе получали постоянное пульсирующее напряжение. Но с таким напряжением, как говорится, погоду не сделаешь.
Но как же нам из пульсирующего постоянного напряжения
получить самое что ни на есть настоящее постоянное напряжение?
Для этого нам нужен всего один радиокомпонент: конденсатор. А вот так он должен подключаться к диодному мосту:
В этой схеме используется важное свойство конденсатора: заряжаться и разряжаться. Конденсатор с маленькой емкостью быстро заряжается и быстро разряжается. Поэтому, для того, чтобы получить почти прямую линию на осциллограмме, мы должны вставить конденсатор приличной емкости.
Зависимость пульсаций напряжения от емкости конденсатора
Давайте же рассмотрим на практике, зачем нам надо ставить конденсатор большой емкости. На фото ниже у нас три конденсатора различной емкости:
Рассмотрим первый. Замеряем его номинал с помощью нашего LC — метр. Его емкость 25,5 наноФарад или 0,025микроФарад.
Цепляем его к диодному мосту по схеме выше
И цепляемся осциллографом:
Как вы видите, пульсации все равно остались.
Ну что же, возьмем конденсатор емкостью побольше.
Получаем 0,226 микрофарад.
Цепляем к диодному мосту также, как и первый конденсатор снимаем показания с него.
А вот собственно и осциллограмма
Не… почти, но все равно не то. Пульсации все равно видны.
Берем наш третий конденсатор. Его емкость 330 микрофарад. У меня даже LC-метр не сможет ее замерить, так как у меня предел на нем 200 микрофарад.
Цепляем его к диодному мосту снимаем с него осциллограмму.
А вот собственно и она
Ну вот. Совсем ведь другое дело!
Итак, сделаем небольшие выводы:
— чем больше емкость конденсатора на выходе схемы, тем лучше. Но не стоит злоупотреблять емкостью! Так как в этом случае наш прибор будет очень габаритный, потому что конденсаторы больших емкостей как правило очень большие. Да и начальный ток заряда будет огромным, что может привести к перегрузке питающей цепи.
— чем низкоомнее будет нагрузка на выходе такого блока питания, тем больше будет проявляться амплитуда пульсаций. С этим борются с помощью пассивных фильтров, а также используют интегральные стабилизаторы напряжения, которые выдают чистейшее постоянное напряжение.
Как подобрать радиоэлементы для выпрямителя
Давайте вернемся к нашему вопросу в начале статьи. Как все-таки получить на выходе постоянный ток 12 Вольт для своих нужд? Сначала нужно подобрать трансформатор, чтобы на выходе он выдавал … 12 Вольт? А вот и не угадали! Со вторичной обмотки трансформатора мы будем получать действующее напряжение.
Поэтому, чтобы получить 12 Вольт постоянного напряжения, на выходе трансформатора должно быть 12/1,41=8,5 Вольт переменного напряжения. Вот теперь порядок. Для того, чтобы получить такое напряжение на трансформаторе, мы должны убавлять или добавлять обмотки трансформатора. Формула здесь. Потом подбираем диоды. Диоды подбираем исходя из максимальной силы тока в цепи. Ищем подходящие диоды по даташитам (техническим описаниям на радиоэлементы). Вставляем конденсатор с приличной емкостью. Его подбираем исходя из того, чтобы постоянное напряжение на нем не превышало то, которое написано на его маркировке. Простейший источник постоянного напряжения готов к использованию!
Кстати, у меня получился 17 Вольтовый источник постоянного напряжения, так как у трансформатора на выходе 12 Вольт (умножьте 12 на 1,41).
Диодный мост схема с конденсатором
Многие, собирая тот или иной прибор, часто задумываются о том, как соединить конденсаторы параллельным или последовательным соединением.
Далеко не каждый номинал выпускается промышленностью, поэтому задача обеспечить конструкцию связкой ёмкостей встречается тут и там.
При параллельном включении номиналы складываются.
При последовательном используется более сложная формула.
А ещё конденсаторы бывают подстроечными, такие совершенно точно включаются в цепи, где требуется обеспечить нужные резонансные характеристики.
В этом случае также требуется решить указанную выше задачу. Проблема ещё в том, что часто сборка какого-нибудь индукционного нагревателя идёт буквально на коленках, железа целая кипа, колодок под рукой нет, а паять лень – что делать?
Последовательные и параллельные соединения конденсаторов
При параллельном соединении конденсаторов их ёмкости складываются.
Таким образом, нет никаких проблем в том, что посчитать нужный номинал.
Допустим, нам нужно получить 7 мкФ, но промышленность подобные конденсаторов не выпускает. Зато имеются на 6,8 мкФ и 200 нФ.
Их сложением образуется связка в искомые 7 мкФ.
Заводские номиналы специально выбраны так, чтобы можно было получить любые значения.
В том случае, когда применяется последовательное соединение конденсаторов, результирующее значение номинала определяется как произведение ёмкостей, делённое на их сумму.
Мы полагаем, что калькулятор Windows поможет нашим читателям получить заданную цифру
Например, если поставить друг за другом две одинаковые ёмкости, то суммарный конденсатор получит номинал, равный половине исходных.
Когда складываются различные конденсаторы, то больший вклад вносит именно меньший. То есть нет смысла в том, чтобы последовательно соединять мощные ёмкости со слабыми. Другими словами, конденсаторы, идущие друг за другом, по номиналу должны быть примерно равноценны.
У многих возникает вопрос – зачем вообще использовать последовательное соединение.
В физике часто рассматривается этот вопрос, но не говорится, зачем кому-то может понадобиться уменьшать ёмкость своих конденсаторов.
Казалось бы, цена конструкции от этого увеличивается. Не говоря о том, сколько сложностей представляет расчёт режима. А все дело в практической стороне.
Ранее в наших обзорах мы писали, что рабочее напряжение конденсатора сильно зависит от типа диэлектрика и толщины его слоя.
Поэтому повысить этот параметр тоже проблематично. Зато можно взять и составить последовательное соединение конденсаторов, при котором напряжение между ними разделится пропорционально номиналам ёмкостей: чем меньше фарад, тем больше к ним приложится.
Строго говоря, импеданс каждого элемента находится по формуле R = j 1/W C, где W – круговая частота цепи (f х 2 П; 6,28 f)
Литера j означает, что сопротивление ёмкости переменному току носит чисто мнимый характер (хотя на самом деле в отличие от идеала является комплексным числом из-за потерь на обкладках и некоторых других явлений).
А как будет вести себя конденсатор в цепи постоянного тока? Ёмкости заполнятся зарядами, а напряжение по-прежнему поделится между всеми элементами обратно пропорционально ёмкостям составляющих цепь элементов.
А теперь представьте ситуацию, когда разница потенциалов в цепи явно превышает рабочую.
Что делать? Набрать последовательную цепь из конденсаторов с более низким рабочим напряжением.
А жертвуем мы за это величиной ёмкости.
В некоторых случаях выгодным оказывается смешанное соединение конденсаторов.
Допустим, мы можем только часть номинала набрать параллельным включением, а остальные элементы предназначены для работы с более низким напряжением. Тогда пробуем набрать из последних последовательную ветку нужного размера в фарадах.
Характеристики конденсаторов
Главной характеристикой прибора является емкость, то есть, количество энергии, которое он может накопить в виде электронов. Общее число зарядов на пластинах определяет величину емкости конденсатора.
Обратите внимание! Емкость зависит от площади обкладок и диэлектрической проницаемости материала. Чем больше площадь конденсаторных пластин, тем больше заряженных частиц могут поместиться на них и тем выше показатель емкости.
Емкость
Из важнейших характеристик также можно назвать удельную емкость, плотность, номинальную силу заряда и полярность. Из дополнительных параметров можно указать количество фаз, метод установки конденсатора, рабочую температуру, активный электрический ток переменного или постоянного типа.
В электротехнике существуют также понятия негативных факторов, искажающих рабочие свойства колебательного контура. К ним относятся электрическое сопротивление и эквивалентная последовательная индуктивность. В качестве примера негативного критерия можно привести показатель, показывающий падение заряда после отключения электричества.
Вам это будет интересно Электрическое поле и его характеристики
Ряды номиналов ёмкостей конденсаторов
Существует несколько рядов стандартных номиналов конденсаторов, например, Е3, Е6, Е12, Е24.
Что это такое? После войны 45-го года, когда все страны сели за стол переговоров, выяснилось, что у собеседников присутствует два основных стандарта на ряду ёмкостей.
Весь смысл в том, чтобы, как это говорилось выше, можно было бы набрать любой номинал из составляющих путём параллельного соединения.
Оказалось, что это можно сделать двумя способами:
- Взять ряды, где каждое значение равнялось бы корню десятой степени из возведённой в некоторую степень десятки.
Такой ряд можно назвать пропорциональным одному и тому же значению. А именно, корню десятой степени из десятки
- Второй ряд использовал в точности те же соотношения, но корень брался в двенадцатой степени.
Теперь нужно пояснить немного с точки зрения математики. Мы обычно берём квадратный корень. Что соответствует степени 2.
Например, корень из 9 равняется 3. Кубический корень это то число, которое нужно возвести в третью степень, чтобы получить подкоренное выражение. Например, кубический корень из 27 также равняется 3.
Теперь читатели понимают, что эти ряды стандартных номиналов конденсаторов достаточно сложные.
Итак, выяснилось, что некоторая часть стран уже использует вторую методику, тогда как теоретически большую выгоду несёт именно первая.
Но в угоду неким условиям было решено применять именно корень двенадцатой степени.
И именно туда входит ряд конденсаторов Е1
Все его значения пропорциональны степеням десятки, над которыми произведена указанная математическая операция. На практике это выглядит, как 1, 1,2, 1,5, 1,8 и пр.
Другие ряды кратны этому. В них корень берётся, соответственно, третьей, шестой, двадцать четвертой, сорок восьмой, девяносто шестой и даже сто девяносто второй степеней.
В результате и образуются стандартные ряды. Для каждого из них были установлены свои допуски номиналов конденсаторов.
- Е12 плюс минус 10%.
- Е24 плюс минус 5%.
- Для допусков жёстче 5% применяются ряды Е48 и выше.
Дело в том, что со снижением степени корня растёт расстояние между номиналами. Поэтому для перекрытия всего диапазона и допуски следует взять менее жёсткие.
На практике, как это мы говорили ранее в наших обзорах, номинал со временем может выходить за указанные рамки. Как бы то ни было, люди измеряют реальное значение тестером и продолжают пользоваться изделием на свой страх и риск.
Как физически соединить конденсаторы последовательными или параллельными цепочками
Очень часто при сборке прибор до тестирования не имеет чётких рамок.
Поэтому приходится добавлять или убирать различные элементы.
Что делать в этом случае? Чаще всего применяют обычные скрутки.
Наравне с пожароопасностью это создаёт угрозу поражения током.
Кроме того скрутки сложно выполнить для большого количества присоединяемых проводов. А паять, как мы говорили выше, не вариант.
Во-первых, можно купить шину (наподобие заземления) в ближайшем хозяйственном магазине. Обычно такие продаются вместе с изолирующим основанием, которое без проблем крепится саморезами на деревянное основание.
В результате у нас получается надёжный мост, причём в каждое гнездо можно завести по несколько жил. Здесь могут возникнуть проблемы только в том случае, если проводки тонкие (высокочастотная часть).
Но связки конденсаторов как раз часто набирают для силовых цепей, поэтому мы не видим большой беды в том, что использовать прямо предназначенные для таких случаев колодки.
Цена вопроса не более 50 рублей за штуку. Плюс в том, что клеммы можно будет использовать каждый раз при отладке.
Но, допустим, размеры корпуса малы и не позволяют внутри разместить колодку.
А после тестирования как объединить множество параллельных проводов? Следует сказать, что никаких методик на этот счёт не предусматривается.
Либо выполняется разводка на печатной плате (можно специально для этого протравить небольшой отрезок нужным образом, либо воспользуйтесь одиночными клеммами.
Такие обычно обжимаются вокруг жилы, после чего можно их целыми связками объединять при помощи резьбовых соединений.
Например, закрепить на планке из дерева болт резьбой вверх, а все это установить на прочное деревянное основание.
Такое допускается на период тестирования. В случае прямого соединения аппаратуры или электрики можно применить обычный болт.
Многие читатели скажут, что параллельное соединение конденсаторов было бы удобнее набрать, прокладывая разделительные шайбы между витками проводки, а не применением индивидуальных клемм.
Мы ответим – попробуйте это сделать сами, в особенности с жилой высокого класса гибкости (которая состоит из множества тончайших проволочек), разницу почувствуете сразу. Особенно в том случае, когда часто придётся выполнять перекоммутацию.
Понятно, что конденсатор в цепи переменного тока обычно стоит под низким напряжением, следовательно, все жилы тонкие, и тогда может показаться, что клемму сложно обжать.
А вот прочие можно уже и скруткой сделать.
В общем и целом нужно понимать, что последовательное и параллельное соединения принципиально отличаются числом входящих и исходящих проводов. Поэтому и способы коммутации будут разными.
Расчет понижающего конденсатора
| Напряжение цепи,Ua |
| Частота цепи, f |
| Ёмкость понижающего конденсатора,C |
| Напряжение нагрузки,Ub |
| Ток, протекающий через нагрузку,I |
| Мощность нагрузки,P |
| Полученные параметры понижающего конденсатора |
Если у Вас когда нибудь возникала задача понизить напряжение до какого либо уровня, например с 220 Вольт то 12В, то это статья для Вас.
Есть масса способов это сделать подручными материалами. В нашем случае мы будем использовать одну деталь — ёмкость.
В принципе мы можем использовать и обычное сопротивление, но в этом случае, у нас возникнет проблема перегрева данной детали, а там и до пожара недалеко.
В случае, когда в виде понижающего элемента используется ёмкость, ситуация другая.
Ёмкость, включенная в цепь переменного тока обладает (в идеале) только реактивным сопротивлением, значение котрого находится по общеизвестной формуле.
Кроме этого в нашу цепь мы включаем какую то нагрузку ( лампочку, дрель, стиральную машину), которая обладает тоже каким то сопротивлением R
Таким образом общее сопротивление цепи будет находиться как
Наша цепь последовательна, а следовательно общее напряжение цепи есть сумма напряжений на конденсаторе и на нагрузке
По закону ома, вычислим ток, протекающий в этой цепи.
Как видите легко зная параметры цепи, вычислить недостающие значения.
А вспомнив как вычисляется мощность легко рассчитывать параметры конденсатора основываясь на потребляемую мощность нагрузки.
Учитывайте что в такой схеме нельзя использовать полярные конденсаторы то есть такие что включаются в электронную схему в строгом соответствии с указанной полярностью.
Кроме этого необходимо учитывать и частоту сети f. И если у нас в России частота 50Гц, то например в Америке частота 60Гц. Это тоже влияет на окончательне расчеты.
Как проверить качество соединения конденсаторов в цепи
Самый идеальный случай, когда у нас на руках имеется соответствующего типа вольтметр. Он стоит в пределах одной тысячи рублей.
Это не так много, учитывая, что вкупе мы получаем прибор для измерения сопротивлений, постоянного и переменного напряжения, токов.
Гнездо под измерение конденсатор (см. фото слева) представляет собой две узкие щели, куда должны вставляться ножки.
По нашим наблюдениям нет разницы, какой стороной вставлять электролитический конденсатор. Хотя лучше все же руководствоваться инструкцией по эксплуатации.
Ззатем как-то нужно промаркировать их, либо разложить по нарисованной на бумаге схеме, где уже проставлять все цифры (кстати, так обычно и делается во всей китайской технике).
Затем следует вычислить по формулам, какое именно значение должно получиться и проверить это тестером. Не получается? Значит, качество контактов плохое – меньше применяйте скруток.
§11. СОЕДИНЕНИЯ КОНДЕНСАТОРОВ
Если необходимо увеличить общую емкость конденсаторов, то их соединяют между собой параллельно (рис. 9, а
). При этом способе соединения общая площадь пластин увеличивается по сравнению с площадью пластины каждого конденсатора.
Общая емкость конденсаторов, соединенных параллельно, равна сумме емкостей отдельных конденсаторов и вычисляется по формуле
Собщ=С1 + С2+С3+
Это можно подтвердить следующим образом.
Соединенные параллельно конденсаторы находятся под одним и тем же напряжением, равным U вольт, а общий заряд этих конденсаторов равен q кулонов. При этом каждый конденсатор соответственно получает заряд q 1 , q 2 , q 3, и т. д. Следовательно,
q общ = q 1 + q 2 + q 3 +
Из формулы (8) вытекает, что заряд
q общ = С общ U (11)
а заряды q 1 = С 1 U; q 2 = С 2 U; q 3 = С 3 U.
Подставив эти выражения в формулу (11), получим:
С общ U= С 1 U + С 2 U + С 3 U.
Разделив левую и правую части этого равенства на равную для всех конденсаторов величину U, после сокращения найдем:
С общ = С 1 + С 2 + С 3
. Три конденсатора емкостью С 1 =2
мкф
; C 2 =0,1
мкф
и C 3 =0,5
мкф
соединены параллельно.
Вычислить их общую емкость.
С общ = С 1 + С 2 + С 3 =2+00,1+0,5=2,6 мкф
Общую емкость конденсаторов, имеющих одинаковую емкость и соединенных параллельно, можно вычислить по формуле
где С — емкость одного конденсатора,
n — число конденсаторов.
Пять конденсаторов емкостью 2
мкф
каждый соединены параллельно. Определить их общую емкость.
С общ = Сn =2·5=10 мкф.
Конденсаторы соединяют последовательно (рис. 9, б), когда рабочее напряжение установки превышает напряжение, на которое рассчитана изоляция одного конденсатора. В этом случае правую пластину первого конденсатора соединяют с левой пластиной второго, правую пластину второго — с левой пластиной третьего и т. д. Общая емкость конденсаторов при таком соединении уменьшается. Величина, обратная общей емкости конденсаторов, соединенных последовательно , равна сумме обратных величин емкостей отдельных конденсаторов:
Это можно подтвердить следующим образом. Общее напряжение на конденсаторах U общ а на каждом конденсаторе U 1 , U 2 , U 3 , тогда
U общ = U 1 +U 2 + U 3 .
Из Формулы (8) следует, что напряжение
Подставив эти выражения в формулу (14), получим:
Разделим левую и правую части этого равенства на величину q и после сокращения найдем:
Пример. Три конденсатора С1=2 мкф, С2=4 мкф и С3=8 мкф соединены последовательно. Определить их общую емкость.
Если последовательно соединены конденсаторы, имеющие одинаковую емкость, то их общую емкость можно вычислить по формуле
Четыре конденсатора емкостью 1000 пф каждый соединены последовательно. Определить их общую емкость. Решение.
Если последовательно соединены два конденсатора различной емкости, то их общую емкость можно найти по формуле
Два конденсатора С 1 =200 пф
и С 2 =300
пф
соединены последовательно. Вычислить их общую емкость.
Как видно из приведенных примеров, общая емкость конденсаторов, соединенных последовательно, всегда меньше наименьшей емкости, входящей в соединение.
Конденсаторы выбирают по емкости и рабочему напряжению которое подается на его пластины при включении в схему. При напряжении, превышающем допустимое, происходит пробой диэлектрика в конденсаторе. Это напряжение называется пробивным. Пробой диэлектрика сопровождается электрическим разрядом — искрой с характерным треском. Конденсатор с пробитым диэлектриком не пригоден для применения.
Каждый диэлектрик обладает определенной электрической прочностью, т. е. способностью противостоять пробою. Электрическая прочность (табл. 2) измеряется обычно в (в/см
) и определяется по формуле
где U — напряжение, в
d — толщина диэлектрика, см.
Многие, собирая тот или иной прибор, часто задумываются о том, как соединить конденсаторы параллельным или последовательным соединением. Далеко не каждый номинал выпускается промышленностью, поэтому задача обеспечить конструкцию связкой ёмкостей встречается тут и там. При параллельном включении номиналы складываются, а при последовательном используется более сложная формула. А ещё конденсаторы бывают подстроечными, такие совершенно точно включаются в цепи, где требуется обеспечить нужные резонансные характеристики. В этом случае также требуется решить указанную выше задачу. Проблема ещё в том, что часто сборка какого-нибудь индукционного нагревателя идёт буквально на коленках, железа целая кипа, колодок под рукой нет, а паять лень – что делать?
Принципы построения и работы схем умножения напряжения.
В последнее время радиолюбители все чаще и чаще интересуются схемами питания построенным по принципу умножения напряжения. Причин этому можно назвать много, одни из самых главных – появление на рынке малогабаритных конденсаторов большой емкости и резкое удорожание медного провода, использовавшегося при намотке трансформаторов. Немаловажно и то, что схемы с умножением напряжения позволяют значительно снизить вес и габариты аппаратуры. Однако многие попытки выбора радиолюбителями таких схем заканчиваются неудачей, поскольку не соблюдаются несколько непременных условий для достаточно надежной и качественной работы таких, казалось бы, простых схем. Для того чтобы понять, как правильно выбрать схему и элементы умножителя, рассмотрим принципы работы таких устройств.
Схемы умножителей напряжения разделяются на симметричные и несимметричные. Для начала рассмотрим принцип работы и построения несимметричных схем. Несимметричные схемы умножителей подразделяются на два типа: Схемы умножителей первого рода и схемы умножителей второго рода.
Схема умножения первого рода
представлена на рисунке.
В полупериод напряжения, когда в точке “А” имеется отрицательный потенциал относительно точки “F” конденсатор С1 будет заряжаться по цепи “F” -VD1 –“B” — С1 –“A” до амплитудного значения напряжения на входе схемы ( в точках “А” –“F”). Одновременно с зарядом С1 будет также заряжаться конденсатор С3 по цепи “F” –VD1 –“B” – VD2 – “C” — VD3 –“D” – C3 – “A” также до амплитудного значения напряжения на входе схемы. Также будут заряжаться и другие конденсаторы схемы умножения, которые могут быть и которые подключены одним выводом к точке “А”. Обратим внимание на то, что все эти конденсаторы заряжаются по цепочке последовательно соединенных диодов. Через диод VD1 течет ток заряда конденсаторов всех ступеней умножения, через диоды VD2, VD3 и далее – ток заряда всех остальных конденсаторов, подключенных одним выводом к точке “А”, кроме первого. Таким образом, через диоды в первоначальный момент проходят значительные токи заряда емкостей. Это необходимо учесть при выборе элементов для схемы умножения. Конденсаторы С2 и все которые могут быть в других ступенях и подключаются одним выводом к точке “F” в этот полупериод не заряжаются, поскольку оказываются шунтироваными парами диодов VD1-VD2, VD3-VD4 и далее VD(N)-VD(N+1).
С началом другого полупериода положительный потенциал будет в точке “А”. Поскольку конденсатор С1 уже заряжен до такого же потенциала, как максимальный Uo, то он оказываются включенным последовательно с источником питания и будут разряжаться по цепи “В” — VD2 –“С” — С2 –“F” – Источник – “А” . Поскольку конденсатор С2 был разряжен, то теперь он зарядится почти до удвоенного амплитудного напряжения Uo. “Почти” потому, что С1 за этот небольшой промежуток времени отдаст часть своего заряда конденсатору С2.
Если емкость конденсатора С1 намного больше емкости конденсатора С2, то С2 зарядится до удвоенного амплитудного значения напряжения Uo. Если емкости этих конденсаторов равны, то все равно, через несколько периодов напряжение на конденсаторе С2 достигнет удвоенного Uo. Аналогично, по цепи “D” –VD(N) – “E” — C(N) – “F” – Источник – “А” произойдет заряд конденсатора С(N) до удвоенного напряжения Uo.
В следующий полупериод напряжения конденсатор С2, заряженный до удвоеннного напряжения Uo, будет включен последовательно и по цепи “С” – VD3 –“D”- C3 – “А” – Источник – “F” зарядит конденсатор С3 почти до утроенного напряжения Uo. А конденсатор С1 будет подзаряжен до напряжения Uo.
В следующий полупериод конденсатор С2 будет заряжен так же как уже было описано, до удвоенного напряжения, а конденсатор С(N) будет заряжен по цепи D – VD(N) – E – C(N) –F – Источник – А – С3. Причем за счет утроенного напряжения на конденсаторе С3 и напряжения на входе конденсатор С(N) зарядится до учетверенного Uo. Если наращивать ступени умножения и дальше, их работа ничем не будет отличаться от работы первых стtпеней умножения. Следует отметить, что в один из полупериодов будут заряжаться конденсаторы, подключенные одним выводом к точке “А”, а в другой – конденсаторы, подключенные одним выводом к точке “F”, поэтому частота пульсаций на выходе схемы умножения первого рода равна частоте питающего напряжения.
Минимально допустимую величину конденсатора на выходе схемы умножения С(N) можно посчитать, исходя из заданного уровня пульсаций выпрямленного напряжения. Для начала определим сопротивление нагрузки:
Rн (Ком) = Uвых (В) / Iн (mA)
Для питания анодной цепи усилителя мощности на 3-х ГУ-50 зададим: напряжение на выходе умножителя 1200 Вольт при токе 400 мА.
Подставляя данные в формулу, получим сопротивление нагрузки выпрямителя Rн = 3 Ком.
(Далее все практические расчеты будут сделаны именно для усилителя этого типа.)
Теперь определим емкость конденсатора на выходе схемы умножения.
Для усилителей мощности КВ радиостанций, работающих в телеграфном режиме, коэффициент пульсаций выбирается в пределах 0,5 – 3,0 % Для передатчиков ,работающих в SSB коэффициент пульсаций должен быть значительно ниже. Выберем Кп = 0, 1% , тогда: С(n) = 19 мкф (выберем 20 мкф)
Для того, чтобы получить как можно более пологую статическую характеристику важно соблюдать определенные пропорции в емкостях конденсаторов, которые обеспечат равенство энергий, накапливаемых каждым конденсатором при работе на реальную нагрузку. Наилучшие результаты дает ряд емкостей, для которого:
Где: C(N) –емкость конкретного конденсатора, С(n) – емкость конденсатора на выходе схемы, М – коэффициент увеличения емкости, определяемый по таблице:
| Номер конденсатора по схеме | Кратность умножения напряжения | Конкретный номинал для усилителя на 3- х лампах ГУ- 50 при Uвых =1200В Iвых =0,4А | |||
| 5 | 4 | 3 | 2 | ||
| С1 | 25 | 16 | 9 | 4 | 320 Х 300 В |
| С2 | 6,25 | 4 | 2,25 | 1 | 80 Х 600 В |
| С3 | 2,78 | 1,78 | 1 | — | 35,6 Х 900 В |
| С4 | 1,56 | 1 | — | — | 20 Х 1200 В |
| С5 | 1 | — | — | — | — |
Несимметричная схема умножения второго рода.
Принцип работы этого умножителя аналогичен работе умножителя первого рода.
Основное отличие заключается в том, что в этой схеме все конденсаторы за исключением С1 заряжаются только до удвоенного напряжения Uo. Конденсатор С1 заряжается только до Uo. Таким образом рабочее напряжение конденсаторов и диодов в умножителе напряжения второго рода может быть значительно ниже, чем в умножителе первого рода. “Пусковой” ток через диоды в этой схеме тоже меньше, поскольку определяется емкостью только одного конденсатора С1. Диоды могут быть выбраны с током
Необходимая емкость конденсаторов в этой схеме определяется по формуле:
С (мкф) = 2,85 * N / Кп*Rн = 2,85* 4 / 3*0,1 = 38 мкф
Несмотря на увеличение каждой емкости в два раза, общая емкость конденсаторов в такой схеме будет меньше, при тех же пульсациях. Необходимо только увеличить емкость конденсатора С1 в 4 раза по сравнению с остальными. Хотя в большинстве случаев достаточно и двух-трехкратное увеличение емкости конденсатора С1.
О включении нагрузки в такой схеме: При четном количестве ступеней умножения (например 2,4,6,8 и т.д.) напряжение на нагрузку снимается с конденсаторов с четными номерами ( точки “С” “Е” и т.д.) Если необходимо получить нечетное количество ступеней умножения (3,5,7 и т.д.) Нагрузка подключается к конденсаторам с нечетными номерами (точки “А”, “D” и т.д.
Симметричные схемы умножителей напряжения.
Симметричная схема умножения напряжения получается, если применить две несимметричных схемы, у одной из которых необходимо сменить полярность электролитических конденсаторов и изменить проводимость диодов.
Симметричные схемы обладают теми же свойствами, но лучшими характеристиками. Немаловажное достоинство симметричных схем – удвоенная частота пульсаций выпрямленного напряжения.
Практические схемы умножителей напряжения:
Схемы самые обычные, слева схема симметричного удвоителя, справа –схема несимметричного удвоителя. Как видно эту схему удвоения можно отнести и к 1-му роду и ко 2-му роду одновременно.
Внизу схема умножения напряжения первого рода, вверху — схемы умножения второго рода. Схемы с нечетной кратностью умножения не могут быть полностью симметричными.
Слева (вверху и внизу) схемы умножения первого рода, справа вверху – схема умножения второго рода. Справа внизу – схема симметричного умножителя на 4.
Последовательные и параллельные соединения конденсаторов
При параллельном соединении конденсаторов их ёмкости складываются. Таким образом, нет никаких проблем в том, что посчитать нужный номинал. Допустим, нам нужно получить 7 мкФ, но промышленность подобные конденсаторов не выпускает. Зато имеются на 6,8 мкФ и 200 нФ. Их сложением образуется связка в искомые 7 мкФ. Заводские номиналы специально выбраны так, чтобы можно было получить любые значения.
В том случае, когда применяется последовательное соединение конденсаторов, результирующее значение номинала определяется как произведение ёмкостей, делённое на их сумму. Мы полагаем, что калькулятор Windows поможет нашим читателям получить заданную цифру. Например, если поставить друг за другом две одинаковые ёмкости, то суммарный конденсатор получит номинал, равный половине исходных. Когда складываются различные конденсаторы, то больший вклад вносит именно меньший. То есть нет смысла в том, чтобы последовательно соединять мощные ёмкости со слабыми. Другими словами, конденсаторы, идущие друг за другом, по номиналу должны быть примерно равноценны.
У многих возникает вопрос – зачем вообще использовать последовательное соединение. В физике часто рассматривается этот вопрос, но не говорится, зачем кому-то может понадобиться уменьшать ёмкость своих конденсаторов. Казалось бы, цена конструкции от этого увеличивается. Не говоря о том, сколько сложностей представляет расчёт режима. А все дело в практической стороне. Ранее в наших обзорах мы писали, что рабочее напряжение конденсатора сильно зависит от типа диэлектрика и толщины его слоя. Поэтом повысить этот параметр тоже проблематично.
Зато можно взять и составить последовательное соединение конденсаторов, при котором напряжение между ними разделится пропорционально номиналам ёмкостей: чем меньше фарад, тем больше к ним приложится. Строго говоря, импеданс каждого элемента находится по формуле R =j 1/W C, где W – круговая частота цепи (f х 2 П; 6,28 f). А литера j означает, что сопротивление ёмкости переменному току носит чисто мнимый характер (хотя на самом деле в отличие от идеала является комплексным числом из-за потерь на обкладках и некоторых других явлений).
А как будет вести себя конденсатор в цепи постоянного тока? Ёмкости заполнятся зарядами, а напряжение по-прежнему поделится между всеми элементами обратно пропорционально ёмкостям составляющих цепь элементов. А теперь представьте ситуацию, когда разница потенциалов в цепи явно превышает рабочую. Что делать? Набрать последовательную цепь из конденсаторов с более низким рабочим напряжением. А жертвуем мы за это величиной ёмкости.
В некоторых случаях выгодным оказывается смешанное соединение конденсаторов. Допустим, мы можем только часть номинала набрать параллельным включением, а остальные элементы предназначены для работы с более низким напряжением. Тогда пробуем набрать из последних последовательную ветку нужного размера в фарадах.
Формулы измерения напряжения конденсаторов
Численный показатель напряжения равен электродвижущей силе. Также он определяется, как емкость, поделенная на величину заряда, исходя из формулы определения его величины. В соответствии с ещё одним правилом, напряжение равно току утечки, поделенному на изоляционное сопротивление.
Вам это будет интересно Как вычислить сопротивление проводника
Основные формулы для расчета
В целом, конденсатор – это устройство для аккумулирования электрического заряда, состоящее из нескольких пластинчатых электродов, которые разделены с помощью диэлектриков. Устройство имеет электрод, измеряемый в фарадах. Один фарад равен одному кулону. На напряжение устройства влияет ток, показатели которого можно вычислить через описанные выше формулы.
Ряды номиналов ёмкостей конденсаторов
Существует несколько рядов стандартных номиналов конденсаторов, например, Е3, Е6, Е12, Е24. Что это такое? После войны 45-го года, когда все страны сели за стол переговоров, выяснилось, что у собеседников присутствует два основных стандарта на ряду ёмкостей. Весь смысл в том, чтобы, как это говорилось выше, можно было бы набрать любой номинал из составляющих путём параллельного соединения.
Оказалось, что это можно сделать двумя способами:
- Взять ряды, где каждое значение равнялось бы корню десятой степени из возведённой в некоторую степень десятки. Такой ряд можно назвать пропорциональным одному и тому же значению. А именно, корню десятой степени из десятки.
- Второй ряд использовал в точности те же соотношения, но корень брался в двенадцатой степени. Теперь нужно пояснить немного с точки зрения математики. Мы обычно берём квадратный корень. Что соответствует степени 2. Например, корень из 9 равняется 3. Кубический корень это то число, которое нужно возвести в третью степень, чтобы получить подкоренное выражение. Например, кубический корень из 27 также равняется 3.
Теперь читатели понимают, что эти ряды стандартных номиналов конденсаторов достаточно сложные. Итак, выяснилось, что некоторая часть стран уже использует вторую методику, тогда как теоретически большую выгоду несёт именно первая. Но в угоду неким условиям было решено применять именно корень двенадцатой степени. И именно туда входит ряд конденсаторов Е12. Все его значения пропорциональны степеням десятки, над которыми произведена указанная математическая операция. На практике это выглядит, как 1, 1,2, 1,5, 1,8 и пр.
Другие ряды кратны этому. В них корень берётся, соответственно, третьей, шестой, двадцать четвертой, сорок восьмой, девяносто шестой и даже сто девяносто второй степеней. В результате и образуются стандартные ряды. Для каждого из них были установлены свои допуски номиналов конденсаторов. Например, для:
- Е12 плюс минус 10%.
- Е24 плюс минус 5%.
- Для допусков жёстче 5% применяются ряды Е48 и выше.
Дело в том, что со снижением степени корня растёт расстояние между номиналами. Поэтому для перекрытия всего диапазона и допуски следует взять менее жёсткие. На практике, как это мы говорили ранее в наших обзорах, номинал со временем может выходить за указанные рамки. Как бы то ни было, люди измеряют реальное значение тестером и продолжают пользоваться изделием на свой страх и риск. Стоит также обратить внимание, что в рядах Е48 и Е96 исключены чётные члены (чётные степени числа десять под корнем), тогда как в Е192 впервые появляются отрицательные значения (например, 10 в степени минус один).
Приведённая информация позволит нашим читателям лучше понять смысл маркировки конденсаторов, чтобы правильно набрать из них нужные последовательные и параллельные цепочки. Кроме того, будет ясно, какие номиналы следует искать с тем или иным допуском, а которых и не существует вовсе в природе. Также должно быть понятно, что со временем съезда 1948 года в Стокгольме в большинстве стран номиналы конденсаторов унифицированы. Поэтому не нужно думать, что американские ёмкости полностью не годятся для наших российских условий. Вот только сетевое напряжение за океаном имеет другой номинал, в этом плане и нужно проявлять осторожность.
Однако! Ряд рабочих напряжений также прописан в ГОСТ 28884, как и номиналы. Причём учтены интересы всех стран. Допустим, для сетевых фильтров в Российской Федерации подойдут конденсаторы на 250 В, тогда как для Соединённых Штатов Америки более уместны изделия с номиналов на 127 В. Ряды постоянных напряжений и вовсе изолированы. В блоках питания, к примеру, значение зависит от типа выпрямителя (однополупериодный, двухполупериродный и пр.). Нужно также учитывать, что большинство конденсаторов в подобных цепях находится под удвоенной нагрузкой (к примеру, в блоке питания персонального компьютера напряжение на обкладках может достигать 600 В).
Конденсатор
Мы уже говорили о том, что вокруг любого заряженного тела существует электрическое поле. Также, мы знаем, что создав электрическое поле, можно упорядочить движение заряженных частиц, тем самым, получив электрический ток. Но кроме этого, существует возможность накапливать заряды и, соответственно, энергию электрического поля. Если мы сможем сосредоточить положительные заряды на одном полюсе, а отрицательные на другом — то мы получим электрическое поле. Если такие полюса соединить проводником, то в этом проводнике возникнет электрический ток.
Если же, напротив, изолировать эти полюса друг от друга с помощью диэлектрика, то мы сможем продолжать накапливать заряды, тем самым увеличивая силу электрического поля. Устройство, позволяющее осуществить это технически, называется конденсатором
В простейшем конденсаторе в качестве полюсов используются две одинаковые металлические пластины (которые называются обкладками), а качестве диэлектрика — воздух (или бумага). Толщина диэлектрика должна быть небольшой по сравнению с размерами обкладок.
В качестве опыта сделаем следующее: зарядим пластины конденсатора с помощью источника тока.
После того, как на пластинах конденсатора сосредоточатся заряды с противоположным знаком, мы выключим источник тока. Несмотря на это, между пластинами будет существовать электрическое поле, и если мы соединим пластины проводником, то по нему пройдет ток. Значит, заряженный конденсатор сам является источником тока.
Как мы помним, ток не будет проходить через проводник при отсутствии электрического поля. Также, мы знаем, что чем больше заряд, тем больше его электрическое поле, а электрическое поле имеет такую характеристику, как напряжение. Напомним, что напряжение характеризует отношение работы электрического поля по переносу заряда к величине этого заряда:
Проводя многочисленные опыты, ученые выяснили, что для одного и того же конденсатора отношение заряда к электрическому напряжению остается неизменно:
Электрическое напряжение между обкладками конденсатора увеличивается ровно во столько раз, во сколько увеличивается количество заряда, сосредоточенного на пластинах.
Но у разных конденсаторов соотношение заряда и напряжения было различным, из чего можно сделать вывод, что мы имеем дело со свойством самого конденсатора. Это свойство назвали электроёмкостью
, хотя иногда вместо слова «электроёмкость» употребляют просто слово «
ёмкость
»:
Единицей измерения электроёмкости является фарад, в честь Майкла Фарадея:
1 Ф — это очень большая ёмкость для конденсатора. Чаще всего конденсаторы имеют электроёмкость порядка одного мкФ или нФ.
Надо сказать, что конденсатор, как и любое заряженное тело, обладает определенной энергией. Ведь, чтобы разделить положительные и отрицательные заряды для зарядки конденсатора, нужно совершить работу. Эта работа и будет равна энергии конденсатора, исходя из закона сохранения энергии:
Как мы помним, работа электрического поля равна
Но дело в том, что в процессе разрядки конденсатора напряжение не постоянно, поэтому для расчетов следует использовать среднее напряжение:
Для нахождения среднего напряжения используется довольно сложная математическая функция, которую мы не будем рассматривать на данном этапе, и просто примем, так сказать, на веру, формулу по которой рассчитывается энергия конденсатора:
В этой формуле мы можем вместо количества заряда подставить произведение напряжения и электроёмкости. Тогда получим, что энергия конденсатора прямо пропорциональна электроёмкости и квадрату напряжения между пластинами:
Несмотря на то, что конденсаторы могут достаточно долго накапливать энергию, отдают они эту энергию очень быстро. Это свойство конденсаторов широко используется людьми. Почти в любой аппаратуре есть конденсаторы. Например, в радиоэлектронике конденсаторы используются для того, чтобы настраиваться на ту или иную частоту. Только там используются конденсаторы с переменной электроёмкостью. Дело в том, что ёмкость конденсатора зависит от площади пластин.
Вращая подвижную часть такого конденсатора, мы можем изменять площадь пластин и, таким образом, электроёмкость. Более подробно такие конденсаторы будут изучены позже.
При напряжении 220 В, заряд на конденсаторе составляет 30 мкКл. Какова электроёмкость этого конденсатора?
Конденсатор накопил заряд, равный 300 мкКл. Какая на это была затрачена энергия, если ёмкость конденсатора составляет 1 мкФ?
К заряженному конденсатору с электроёмкостью 0,1 мФ подключили лампочку. По ней прошел ток силой 20 мА, а через 2 с лампочка погасла. Какое напряжение было изначально между пластинами конденсатора?
Давайте подумаем, что именно произошло? Конденсатор накопил заряд, а как только его включили в цепь, он начал разряжаться и был источником тока. Когда конденсатор разрядился, лампочка погасла, потому что через неё перестал проходить ток. Значит, на разрядку конденсатора ушло 2 секунды.
В общем, теоретически, мы всё правильно решили, но на самом деле, эта задача немного упрощённая, потому что в действительности ток бы уменьшался по мере разрядки конденсатора. Но это пока слишком сложные расчёты, мы потом научимся, как их делать.
Как физически соединить конденсаторы последовательными или параллельными цепочками
Очень часто при сборке прибор до тестирования не имеет чётких рамок. Поэтому приходится добавлять или убирать различные элементы. Что делать в этом случае? Чаще всего применяют обычные скрутки. Наравне с пожароопасностью это создаёт угрозу поражения током. Кроме того скрутки сложно выполнить для большого количества присоединяемых проводов. А паять, как мы говорили выше, не вариант.
Здесь можно порекомендовать использовать групповые клеммы (клеммник, шина) в особо проблемных узлах. Во-первых, можно купить шину (наподобие заземления) в ближайшем хозяйственном магазине. Обычно такие продаются вместе с изолирующим основанием, которое без проблем крепится саморезами на деревянное основание. В результате у нас получается надёжный мост, причём в каждое гнездо можно завести по несколько жил. Здесь могут возникнуть проблемы только в том случае, если проводки тонкие (высокочастотная часть). Но связки конденсаторов как раз часто набирают для силовых цепей, поэтому мы не видим большой беды в том, что использовать прямо предназначенные для таких случаев колодки. Цена вопроса не более 50 рублей за штуку.
Плюс в том, что клеммы можно будет использовать каждый раз при отладке. Но, допустим, размеры корпуса малы и не позволяют внутри разместить колодку. А после тестирования как объединить множество параллельных проводов? Следует сказать, что никаких методик на этот счёт не предусматривается. Либо выполняется разводка на печатной плате (можно специально для этого протравить небольшой отрезок нужным образом, либо воспользуйтесь одиночными клеммами. Такие обычно обжимаются вокруг жилы, после чего можно их целыми связками объединять при помощи резьбовых соединений.
Например, закрепить на планке из дерева болт резьбой вверх, а все это установить на прочное деревянное основание. Такое допускается на период тестирования. В случае прямого соединения аппаратуры или электрики (например, в тесной распаячной коробке) можно применить обычный болт. Многие читатели скажут, что параллельное соединение конденсаторов было бы удобнее набрать, прокладывая разделительные шайбы между витками проводки, а не применением индивидуальных клемм. Мы ответим – попробуйте это сделать сами, в особенности с жилой высокого класса гибкости (которая состоит из множества тончайших проволочек), разницу почувствуете сразу. Особенно в том случае, когда часто придётся выполнять перекоммутацию.
Понятно, что конденсатор в цепи переменного тока обычно стоит под низким напряжением, следовательно, все жилы тонкие, и тогда может показаться, что клемму сложно обжать. Но мы рекомендуем на этапе тестирования под одно кольцо заделывать сразу несколько жил. Это, как правило, те, что не будут меняться. А вот прочие можно уже и скруткой сделать. В общем и целом нужно понимать, что последовательное и параллельное соединения принципиально отличаются числом входящих и исходящих проводов. Поэтому и способы коммутации будут разными.
Как проверить качество соединения конденсаторов в цепи
Самый идеальный случай, когда у нас на руках имеется соответствующего типа вольтметр. Он стоит (после аннексии Крыма) в пределах одной тысячи рублей. Это не так много, учитывая, что вкупе мы получаем прибор для измерения сопротивлений, постоянного и переменного напряжения, токов. Гнездо под измерение конденсатор (см. фото) представляет собой две узкие щели, куда должны вставляться ножки. По нашим наблюдениям нет разницы, какой стороной вставлять электролитический конденсатор. Хотя лучше все же руководствоваться инструкцией по эксплуатации.
В общем и целом рекомендуется до начала работ измерить все номиналы, затем как-то промаркировать их, либо разложить по нарисованной на бумаге схеме, где уже проставлять все цифры (кстати, так обычно и делается во всей китайской технике). Затем следует вычислить по формулам, какое именно значение должно получиться и проверить это тестером. Не получается? Значит, качество контактов плохое – меньше применяйте скруток.
Как сделать выпрямитель и простейший блок питания
Выпрямитель — это устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное. Это одна из самых часто встречающихся деталей в электроприборах, начиная от фена для волос, заканчивая всеми типами блоков питания с выходным напряжением постоянного тока. Есть разные схемы выпрямителей и каждая из них в определённой мере справляется со своей задачей. В этой статье мы расскажем о том, как сделать однофазный выпрямитель, и зачем он нужен.
Определение
Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования переменного тока в постоянный. Слово «постоянный» не совсем корректно, дело в том, что на выходе выпрямителя, в цепи синусоидального переменного напряжения, в любом случае окажется нестабилизированное пульсирующие напряжение. Простыми словами: постоянное по знаку, но изменяющееся по величине.
Различают два типа выпрямителей:
Однополупериодный. Он выпрямляет только одну полуволну входного напряжения. Характерны сильные пульсации и пониженное относительно входного напряжение.
Двухполупериодный. Соответственно, выпрямляется две полуволны. Пульсации ниже, напряжение выше чем на входе выпрямителя – это две основных характеристики.
Что значит стабилизированное и нестабилизированное напряжение?
Стабилизированным называется напряжение, которое не изменяется по величине независимо ни от нагрузки, ни от скачков входного напряжения. Для трансформаторных источников питания это особенно важно, потому что выходное напряжение зависит от входного и отличается от него на Ктрансформации раз.
Нестабилизированное напряжение – изменяется в зависимости от скачков в питающей сети и характеристик нагрузки. С таким блоком питания из-за просадок возможно неправильное функционирование подключенных приборов или их полная неработоспособность и выход из строя.
Выходное напряжение
Основные величины переменного напряжения — амплитудное и действующее значение. Когда говорят «в сети 220В переменки» имеют в виду действующее напряжение.
Если говорят об амплитудной величине, то имеют в виду, сколько вольт от нуля до верхней точки полуволны синусоиды.
Опустив теорию и ряд формул можно сказать, что действующее напряжение в 1.41 раз меньше амплитудного. Или:
Амплитудное напряжение в сети 220В равняется:
Однополупериодный выпрямитель состоит из одного диода. Он просто не пропускает обратную полуволну. На выходе получается напряжение с сильными пульсациями от нуля до амплитудного значения входного напряжения.
Если говорить совсем простым языком, то в этой схеме к нагрузке поступает половина от входного напряжения. Но это не совсем корректно.
Двухполупериодные схемы пропускают к нагрузке обе полуволны от входного. Выше в статье упоминалось об амплитудном значении напряжения, так вот напряжение на выходе выпрямителя то же ниже по величине, чем действующее переменное на входе.
Но, если сгладить пульсации с помощью конденсатора, то, чем меньшими будут пульсации, тем ближе напряжение будет к амплитудному.
О сглаживания пульсаций мы поговорим позже. А сейчас рассмотрим схемы диодных мостов.
1. Выпрямитель по схеме Гретца или диодный мост;
2. Выпрямитель со средней точкой.
Первая схема более распространена. Состоит из диодного моста – четыре диода соединены между собой «квадратом», а в его плечи подключена нагрузка. Выпрямитель типа «мост» собирается по схеме приведенной ниже:
Её можно подключить напрямую к сети 220В, так сделано в современных импульсных блоках питания, или на вторичные обмотки сетевого (50 Гц) трансформатора. Диодные мосты по этой схеме можно собирать из дискретных (отдельных) диодов или использовать готовую сборку диодного моста в едином корпусе.
Вторая схема – выпрямитель со средней точкой не может быть подключена напрямую к сети. Её смысл заключается в использовании трансформатора с отводом от середины.
По своей сути – это два однополупериодных выпрямителя, подключенные к концам вторичной обмотки, нагрузка одним контактом подключается к точке соединения диодов, а вторым – к отводу от середины обмоток.
Её преимуществом перед первой схемой является меньшее количество полупроводниковых диодов. А недостатком – использование трансформатора со средней точкой или, как еще называют, отводом от середины. Они менее распространены чем обычные трансформаторы со вторичной обмоткой без отводов.
Сглаживание пульсаций
Питание пульсирующим напряжением неприемлемо для ряда потребителей, например, источники света и аудиоаппаратура. Тем более, что допустимые пульсации света регламентируются в государственных и отраслевых нормативных документах.
Для сглаживания пульсаций используют фильтры – параллельно установленный конденсатор, LC-фильтр, разнообразные П- и Г-фильтры…
Но самый распространенный и простой вариант – это конденсатор, установленный параллельно нагрузке. Его недостатком является то, что для снижения пульсаций на очень мощной нагрузке придется устанавливать конденсаторы очень большой емкости – десятки тысяч микрофарад.
Его принцип работы заключается в том, что конденсатор заряжается, его напряжение достигает амплитуды, питающее напряжение после точки максимальной амплитуды начинает снижаться, с этого момента нагрузка питается от конденсатора. Конденсатор разряжается в зависимости от сопротивления нагрузки (или её эквивалентного сопротивления, если она не резистивная). Чем больше емкость конденсатора – тем меньшие будут пульсации, если сравнивать с конденсатором с меньшей емкостью, подключенного к этой же нагрузке.
Простым словами: чем медленнее разряжается конденсатор – тем меньше пульсации.
Скорости разряда конденсатора зависит от потребляемого нагрузкой тока. Её можно определить по формуле постоянной времени:
где R – сопротивление нагрузки, а C – емкость сглаживающего конденсатора.
Таким образом, с полностью заряженного состояния до полностью разряженного конденсатор разрядится за 3-5 t. Заряжается с той же скоростью, если заряд происходит через резистор, поэтому в нашем случае это неважно.
Отсюда следует – чтобы добиться приемлемого уровня пульсаций (он определяется требованиями нагрузки к источнику питания) нужна емкость, которая разрядится за время в разы превышающее t. Так как сопротивления большинства нагрузок сравнительно малы, нужна большая емкость, поэтому в целях сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя применяют электролитические конденсаторы, их еще называют полярными или поляризованными.
Обратите внимание, что путать полярность электролитического конденсатора крайне не рекомендуется, потому что это чревато его выходом из строя и даже взрывом. Современные конденсаторы защищены от взрыва – у них на верхней крышке есть выштамповка в виде креста, по которой корпус просто треснут. Но из конденсатора выйдет струя дыма, будет плохо, если она попадет вам в глаза.
Расчет емкости ведется исходя из того какой коэффициент пульсаций нужно обеспечить. Если выражаться простым языком, то коэффициентом пульсаций показывает, на какой процент проседает напряжение (пульсирует).
Чтобы посчитать емкость сглаживающего конденсатора можно использовать приближенную формулу:
Где Iн – ток нагрузки, Uн – напряжение нагрузки, Kн – коэффициент пульсаций.
Для большинства типов аппаратуры коэффициент пульсаций берется 0.01-0.001. Дополнительно желательно установить керамический конденсатор как можно большей емкости, для фильтрации от высокочастотных помех.
Как сделать блок питания своими руками?
Простейший блок питания постоянного тока состоит из трёх элементов:
Если нужно получить высокое напряжение, и вы пренебрегаете гальванической развязкой то можно исключить трансформатор из списка, тогда вы получите постоянное напряжение вплоть до 300-310В. Такая схема стоит на входе импульсных блоков питания, например, такого как у вас на компьютере. О них мы недавно писали большую статью — Как устроен компьютерный блок питания.
Это нестабилизированный блок питания постоянного тока со сглаживающим конденсатором. Напряжение на его выходе больше чем переменное напряжение вторичной обмотке. Это значит, что если у вас трансформатор 220/12 (первичная на 220В, а вторичная на 12В), то на выходе вы получите 15-17В постоянки. Эта величина зависит от емкости сглаживающего конденсатора. Эту схему можно использовать для питания любой нагрузки, если для нее неважно, то, что напряжение может «плавать» при изменениях напряжения питающей сети.
У конденсатора две основных характеристики – емкость и напряжение. Как подбирать емкость мы разобрались, а с подбором напряжения – нет. Напряжение конденсатора должно превышать амплитудное напряжение на выходе выпрямителя хотя бы в половину. Если фактическое напряжение на обкладках конденсатора превысит номинальное – велика вероятность его выхода из строя.
Старые советские конденсаторы делались с хорошим запасом по напряжению, но сейчас все используют дешевые электролиты из Китая, где в лучшем случае есть малый запас, а в худшем – и указанного номинального напряжения не выдержит. Поэтому не экономьте на надежности.
Стабилизированный блок питания отличается от предыдущего всего лишь наличием стабилизатора напряжения (или тока). Простейший вариант – использовать L78xx или другие линейные стабилизаторы, типа отечественного КРЕН.
Так вы можете получить любое напряжение, единственное условие при использовании подобных стабилизаторов, это то, напряжение до стабилизатора должно превышать стабилизированную (выходную) величину хотя бы на 1.5В. Рассмотрим, что написано в даташите 12В стабилизатора L7812:
Входное напряжение не должно превышать 35В, для стабилизаторов от 5 до 12В, и 40В для стабилизаторов на 20-24В.
Входное напряжение должно превышать выходное на 2-2.5В.
Т.е. для стабилизированного БП на 12В со стабилизатором серии L7812 нужно, чтобы выпрямленное напряжение лежало в пределах 14.5-35В, чтобы избежать просадок, будет идеальным решением применять трансформатора с вторичной обмоткой на 12В.
Но выходной ток достаточно скромный – всего 1.5А, его можно усилить с помощью проходного транзистора. Если у вас есть PNP-транзисторы, можно использовать эту схему:
На ней изображено только подключение линейного стабилизатора «левая» часть схемы с трансформатором и выпрямителем опущена.
Если у вас есть NPN-транзисторы типа КТ803/КТ805/КТ808, то подойдет эта:
Стоит отметить, что во второй схеме выходное напряжение будет меньше напряжения стабилизации на 0.6В – это падение на переходе эмиттер база, подробнее об этом мы писали в статье о биполярных транзисторах. Для компенсации этого падения в цепь был введен диод D1.
Можно и в параллель установить два линейных стабилизатора, но не нужно! Из-за возможных отклонений при изготовлении нагрузка будет распределяться неравномерно и один из них может из-за этого сгореть.
Установите и транзистор, и линейный стабилизатор на радиатор, желательно на разные радиаторы. Они сильно греются.
Регулируемые блоки питания
Простейший регулируемый блок питания можно сделать с регулируемым линейным стабилизатором LM317, её ток тоже до 1.5 А, вы можете усилить схему проходным транзистором, как было описано выше.
Вот более наглядная схема для сборки регулируемого блока питания.
Чтобы получить больший ток можно и использовать более мощный регулируемый стабилизатор LM350.
В последних двух схемах есть индикация включения, которая показывает наличие напряжения на выходе диодного моста, выключатель 220В, предохранитель первичной обмотки.
Вот пример регулируемого зарядного устройства для аккумулятора с тиристорным регулятором в первичной обмотке, по сути такой же регулируемый блок питания.
Кстати похожей схемой регулируют и сварочный ток:
Выпрямитель используется в источниках питания для получения постоянного тока из переменного. Без его участия не получится запитать нагрузку постоянного тока, например светодиодную ленту или радиоприемник.
Также используются в разнообразных зарядных устройствах для автомобильных аккумуляторов, есть ряд схем с использованием трансформатора с группой отводов от первичной обмотки, которые переключаются галетным переключателем, а во вторичной обмотке установлен только диодный мост. Переключатель устанавливают со стороны высокого напряжения, так как, там в разы ниже ток и его контакты не будут пригорать от этого.
По схемам из статьи вы можете собрать простейший блок питания как для постоянной работы с каким-то устройством, так и для тестирования своих электронных самоделок.
Схемы не отличаются высоким КПД, но выдают стабилизированное напряжение без особых пульсаций, следует проверить емкости конденсаторов и рассчитать под конкретную нагрузку. Они отлично подойдут для работы маломощных аудиоусилителей, и не создадут дополнительного фона. Регулируемый блок питания станет полезным автолюбителями и автоэлектрикам для проверки реле регулятора напряжения генератора.
Регулируемый блок питания используется во всех областях электроники, а если его улучшить защитой от КЗ или стабилизатором тока на двух транзисторах, то вы получите почти полноценный лабораторный блок питания.
Как подключить конденсатор к диодному мосту
Зачем ДИОДЫ ШУНТИРУЮТ РЕЗИСТОРАМИ И КОНДЕНСАТОРАМИ ⇅
По формуле зависимости напряжения на конденсаторе от заряда и ёмкости. Приводится в учебнике физики для средней школы. Необходимо запитать устройство от переменного напряжения. По входящему напряжению диапазон достаточно большой. Нужна ваша помощь. Не знаю какой ёмкости должен быть C1. По какой формуле это вообще расчитывается? Так нагрузки порядка 1,5А.
Недостаточно данных. Допустимые пульсации на выходе? Частота переменного тока? На входе синус? Где мои возражения? А формула для частных условий 50Гц и синус.
Характер нагрузки нужно учитывать. Если импульсное потребление — шунтировать плёночным или керамическим конденсатором обязательно, порядка 0. А вообще, если есть возможность запитать напряжением на пару вольт выше, лучше поставить интегральный стаб.
Ибо у преобразователя особо защит по входу нет и максимальное напряжение 50в. Всем спасибо за ответы история редактирования.
Читайте также: Обзор наушников HIDIZS EP-3 — Ещё одна новинка от HIDIZS. Любителям винила посвящается.
Диодный мост: схема подключения, характеристики, принцип работы, для чего нужен
Ламповые усилители, это неплохо. Добавим здравого смысла, часть3
Продолжение статьи по материалам электронной сети Интернет с размышлениями из «Записной книжки» Юрия Игнатенко и моими комментариями и поправками
Комплектующие для выбранной схемы. Резисторы
Ставьте любые резисторы, советские или китайские, разницы нет. Главное чтобы их мощность соответствовала требуемой и немного превосходила её.
Вопрос. Хотелось бы знать про резисторы ПТМН и МЛТ? Можно их применять в УНЧ?
Вопрос. Есть ли польза от установки регулятора громкости фирмы Alps?
Вопрос. Насколько критично если уменьшить емкости в фильтре питания? Какой уровень пульсаций на выходе допускается? И в цепи питания анода 6г2? Есть ли необходимость убирать их в подвал, или можно расположить над шасси?
Вопрос. Можно подробней об этих зеленых шляпах — танталовых электролитах?
Ответ. Танталы — лучшие электролиты СССР. Смело ставьте в катоды ламп.
Вопрос. В сети сейчас 267 вольт, днем было 240 вольт, сейчас на электролитах по 365 вольт, они на 350 рассчитаны, — это опасно?
Вопрос. Почему до дросселя не рекомендуют ставить большую емкость?
Вопрос. А вообще наращивание емкости выше определенного порога дает что-нибудь? Некоторые телезрители в фильтрах ставят емкости в тысячи микрофарад, а то и десятки тысяч.
Вопрос. Чем отличаются советские электролиты от современных импортных?
Не разъел электролит обкладки. Конденсатор — как только что с конвейера сошёл. Это делалось в СССР надёжно. А уж о деталях с ВП штампом или ОС вообще промолчу.
Вопрос. Ну а то, что все называют электролитом и предполагают, что он высыхает…. это как, не высохло? на ощупь оно влажное?
Вопрос. Как проверить электролитический конденсатор?
Вопрос. Нужно ли шунтировать электролитические конденсаторы бумажными конденсаторами для лучшей работы в ВЧ диапазоне?
Ответ. Исправные электролитические конденсаторы (особенно советские) прекрасно работают до 30 кГц без завала. Поэтому их не нужно шунтировать плёнкой. Если есть Спектралаб, комплекс Шмелёва, то провести проверку можно самостоятельно. Если же есть сомнения в исправности и время дороже денег, то шунтирование хорошей плёнкой не повредит.
Вопрос. Старые конденсаторы серии БМ аналогичны импортным или нет ?
Какой Конденсатор Поставить После Диодного Моста
В качестве примера приведен расчет конденсатора для реального преобразователя, разработка которого была доведена до практического воплощения, P вых=1200Вт (выходное напряжение 60В, ток 20А, КПД около 90%)
U вх = 220В (напряжение сети)
f = 50Гц (частота сетевого напряжения)
Umin =260В (минимальное напряжение — задается минимальное значение пилообразного напряжения на конденсаторе)
I нагр = 5.13А (ток потребления нагрузки выпрямителя, если известна мощность нагрузки, то ток можно вычислить как I=P вх /U мин, в моем случае P вх= P вых/КПД, т.е I =(1200/0.9)/260=5.13А )
Вычисляется время заряда конденсатора (в течение которого ток потребляется от сети). Так как напряжение изменяется по синусоидальному закону, используем для расчета формулу тригонометрии:
t( зар) = (arccos(Umin / Umax))/(2*pi*f)
Для синусоиды Umax = U вх*1.41=220*1.41= 310 В (амплитудное сетевое напряжение), т.е.
t (раз) = T-t( зар)
в двухполупериодном выпрямителе T = (1/f)/2 = 1/50/2=0.01 с (частота сети в двухполупериодном выпрямителе удваивается)
t (раз) = 0.01-0.00183 = 0.0082 с
Находится емкость конденсатора, на которой за время t (раз) при токе нагрузки I нагр напряжение с Umax уменьшится до Umin:
в нашем случае dt это t (раз), а dU является разница ( Umax — Umin )
где dU = Umax-Umin, а dt — это время заряда конденсатора, т.е. t( зар)
Находим среднеквадратичное значение импульсного тока через конденсатор по формуле:
Irms = √(I( зар) ²+I( разр) ²) ,
где I( зар)-среднеквадратичный ток через конденсатор на цикле заряда, а I( разр) — среднеквадратичный ток через конденсатор на цикле разряда.
Считаем, что ток заряда конденсатора имеет треугольную форму, тогда
I( зар) = Ipic * √(( t( зар)/ T)/3) = 23* √((0.00183/0.01)/3) = 5.7A
На интервале разряда через конденсатор течет ток нагрузки, поэтому
I( разр) = I нагр* t (раз)/ T = 5.13*0.0082/0.01 = 4.2А
Итак, Irms = √ (5.7 ² +4.2 ²) = 7.1А
ЗАЧЕМ ДИОДЫ ШУНТИРУЮТ РЕЗИСТОРАМИ И КОНДЕНСАТОРАМИ / ELECTRONICSCLUB / YOUTUBE VIDEO / NO ADS DOWNLOAD!
Преимущества и недостатки
Кроме диодного моста существуют и другие способы преобразования переменного в постоянный ток. В сравнении с однополупериодным, двухполупериодное выпрямление обладает рядом преимуществ:
- И отрицательная, и положительная полуволна синусоиды преобразуются в выходное напряжение, поэтому вся мощность трансформатора используется в наиболее оптимальной степени.
- За счет большей частоты пульсации получаемое от диодного выпрямителя напряжение куда проще сглаживать при помощи фильтров.
- Использование электроэнергии под нагрузкой уменьшает потери мощности на перемагничивание сердечника, возникающее из-за процессов взаимоиндукции в обмотках питающего трансформатора.
- Гармоничное перераспределение кривой электротока и напряжения на выходе – за счет передачи каждого полупериода сразу двумя диодами в мосте, выходной параметр получается куда более равномерным.
Еще одним недостатком является сложность определения перегоревшего звена, так как при выходе со строя хотя бы одного диода вся схема будет продолжать работать. Понять, что один из полупроводниковых элементов выпал из цепи можно лишь с помощью измерений, далеко не всегда прибор или схема отреагируют при сбое видимой неисправностью.
Диодный мост, как правильно подобрать номинал конденсаторов .
знаю что паралельно диодному мосту должен стоять сглаживающий конденсатор
— как правильно подобрать номинал сглаживающего конденсатора в микрофарадах «mF» паралельно диодному мосту .
— интуитивно подозревая что конденсатор должен быть большой емкости. ничего под рукой не оказалось как три конденсатора по 250мФ (400В) подключил паралельно. на выходе после диодного моста из 12В получилось 16В (что очень нежелательно в моем случае, нужны стабильные 12 и 24VDC)
ВОПРОС; как емкость конденсатора влияет на выходное напряжение после моста ? есть ли готовая формула расчета .
и еще вопрос по теме; — почему при паралельном подключении 6-ти гидроклапанов к одному трансформатору, питание в сети поднимается с 12В-вплоть до 17-тиVDC, а если подключать на обмотку трансформатора 24В питание поднимается вплоть до 34VDC . где искать грабли ? может отделить катушки клапанов дополнительными диодами на каждую обмотку .
- Вопрос задан более трёх лет назад
- 64338 просмотров
Оценить 1 комментарий
- Вконтакте
На самом деле вам стоило бы почитать какую-нибудь книжку по электротехнике.
Если вкратце, то переменное напряжение в среднем в сети переменного тока равно нулю, потому что оно постоянно меняет знак, и меняется от одного амплитудного значения до другого. Поэтому в сети переменного тока принято измерять действующее значение напряжения, которое есть , потому что такое значение согласуется по энергетическим характеристикам с постоянным напряжением той же величины.
Однако после выпрямления тока, на выходе получается пульсирующее напряжение с амплитудой . Если таким напряжение заряжать конденсатор, не подключая нагрузку, то конденсатор зарядится до этого самого амплитудного значения. В вашем случае , что вы и наблюдаете.
Расчет емкости конденсатора фильтра зависит от величины нагрузки и допустимого уровня пульсации. Ваш выпрямленный ток грубо можно представить как сумму постоянного и переменного тока. Переменная составляющая может проходить через конденсатор, который представляет для нее некоторое сопротивление. Для того, чтобы эффективно давить переменную составляющую, необходимо, чтобы сопротивление конденсатора для переменного тока было значительно меньше сопротивления нагрузки, которую создают потребители.
Тут можно посчитать емкостное сопротивление, нужно иметь в виду, что после диодного моста частота переменной составляющей тока будет 100Гц
Без детального описания схемы дальше сказать что-то будет сложно. Если вы не разбираетесь в схемотехнике, лучше купить готовый блок питания.
Устройство, принцип действия и схема диодного моста выпрямителя
Переменный электрический ток преобразуется в постоянный пульсирующий за счет применения специальных электронных схем — диодных мостов. Схему диодного моста выпрямителя разделяют на 2 варианта исполнения: однофазную и трехфазную.
В работе выпрямителя главным элементом является диод. Конструктивно он представляет собой пластину полупроводникового кристалла с двумя зонами разной проводимости. Особенностью является одностороннее пропускание электрического тока, в зависимости от направления течения.
Устройство и работа выпрямительного диода основаны на особенностях p-n перехода между зонами полупроводника. Его сопротивление зависит от полярности внешнего напряжения. В одном случае оно велико, в другом — незначительно.
Как сгладить пульсации при выпрямлении питания?
Качество выпрямленного напряжения снижается с увеличением его пульсации. Чтобы ее уменьшить, применяются элементы, накапливающие энергию при ее поступлении от выпрямителя и отдающие при прекращении ее подачи.
На схеме диодного моста выпрямителя с конденсатором последний подключается параллельно нагрузке. Его емкость подбирается в зависимости от нагрузочного тока. При подаче импульса происходит зарядка конденсатора. Между импульсами (когда их нет) напряжение с него отдается нагрузке.
В результате сглаживания выходное напряжение фильтра становится больше и приближается к величине амплитуды выпрямленной величины.
Идеальное напряжение на выходе фильтра получить не удается из-за разрядки конденсатора между импульсами. Обычно подобные пульсации допустимы. Их можно уменьшить путем увеличения емкости конденсатора.
Если для сглаживания применяется катушка индуктивности, ее подключают последовательно с нагрузкой. В комбинированные цепи фильтров входят дроссели и конденсаторы.
Какой емкости конденсатор нужно поставить после диодного моста 10А
Трансформатор выдает 12, 5 вольт, затем стоит диодный мост на 10А. Какой емкости конденсатор (ы) нужно поставить после диодного моста. 6 годов назад от Ренат Ахметов
4 Ответы
Ну Вы даёте! Вы же не указываете самого главного- коэффициента пульсации, который бы Вас удовлетворил! Для зарядника и 10% хватит, а для питания Hi-Fi Усилителя и 0. 5% много. Уточните вопрос. 6 годов назад от Константин Фирсов Считается элементарно. После мостового выпрямителя частота сигнала — 100 гц (удвоенная частота сети) . Ток 10 А. Так что ёмкость должна быть такой, чтоб 10 ампер за 10 мс её разряжали не боле чем на ΔU, откуда эта самая ёмкость враз считается как C = I*t/ΔU. Скажем, для пульсаций 1 В достаточо будет ёмкости в 0, 1 Ф, или 100 тыс. мкФ. 6 годов назад от Aleksandra K Это зависит какой уровень пульсаций Вам нужен. Чем больше емкость, тем меньше пульсации. Например при питании усилителя низкой частоты с высокой чуствительностью по входу надо ставить 5000 мкф. Для питания электродвигателя и 100 мкф достаточно. 6 годов назад от Алина всё зависит от того какие пульсации допустимы в напряжении на выходе моста. ставь 2200 мкф х25 Вольт. будет достаточно. мощность трансформатора и потребляемый нагрузкой ток при этом значения не имеют. 6 годов назад от КристинаРадченко
Конструкции диодных мостов
Простейшее устройство моста выполняется с помощью спайки отдельных диодов. В промышленности выпускают монолитные конструкции, которые меньше по размерам и дешевле. Кроме того, в них подбираются диоды с аналогичными характеристиками, что позволяет им работать с одинаковым нагревом. Это повышает надежность схемы диодного моста выпрямителя.
Преимуществом диодных мостов из отдельных элементов является возможность ремонта, когда один их них выйдет из строя. Сборку же приходится заменять полностью. Неисправности в ней возникают редко, поскольку элементы правильно подобраны.
ИМПУЛЬСНЫЙ РЕЖИМ
В импульсных режимах могут быть использованы конденсаторы, специально сконструированные для этих целей и общего применения. Однако в любом случае при выборе конденсаторов должны быть учтены особенности их работы при импульсных нагрузках. При оценке возможности работы конденсаторов в импульсном режиме необходимо учитывать, что при малых длительностях формируемых импульсов даже малая собственная индуктивность конденсатора представляет большое индуктивное сопротивление, что сказывается на форме импульса.
Влияние на форму импульса, а также на коэффициент полезного действия устройства, в котором установлен конденсатор, могут оказывать потери энергии в диэлектрике и арматуре конденсатора. Поэтому при выборе конденсаторов для импульсных режимов следует учитывать их температурно-частотные зависимости емкости, тангенса угла потерь и полного сопротивления. Для решения вопроса о том, не является ли данный импульсный режим разрушающим для конденсаторов, необходимо учитывать явления, связанные с нагревом конденсатора за счет импульсных токов, с ионизационным старением диэлектриков и пр. Указанные явления могут привести к нарушению электрической прочности конденсатора и выходу его из строя. Поэтому допустимая импульсная нагрузка на конденсаторе определяется исходя из следующих параметров импульсного режима: значений положительных и отрицательных пиков напряжения и тока, размаха переменного напряжения на конденсаторе, длительности нарастания и спада напряжения, периода и частоты следования импульсов, наличия постоянной составляющей.
При применении полярных конденсаторов с оксидным диэлектриком в импульсных режимах и при пульсирующем напряжении необходимо учитывать, что постоянная составляющая напряжения должна иметь значение, исключающее возможность появления на конденсаторе напряжения обратной полярности, а сумма постоянного и амплитуды переменного или импульсного напряжения не должна превышать номинального напряжения.
Питание выпрямителей
Устройства, потребляющие большой ток, обычно питаются от сети 220 В. Напрямую приборы не подключают, поскольку напряжение для электронных схем требуется небольшое, а ток — постоянный. Тогда применяют сетевой адаптер.
Напряжение понижается с помощью трансформатора, который также создает гальваническую развязку между первичной и вторичной питающими цепями. За счет этого снижается опасность удара электрическим током и защищается аппаратура при появлении в схеме короткого замыкания.
Современные адаптеры в большинстве случаев работают по упрощенной бестрансформаторной схеме без гальванической развязки, где лишнее напряжение поглощается на конденсаторе.
Выбор аппаратуры для испытаний электрооборудования — Сглаживающие конденсаторы
Страница 9 из 18
При измерении испытательного напряжения необходимо учитывать его пульсацию. При полном отсутствии емкости в цепи однополупериодной схемы выпрямления к объекту приложена только одна полуволна напряжения. Практически в цепи измерительной установки всегда имеется емкость (емкость самого объекта, подводящих проводов и т. д.), которая в один из полупериодов заряжается, а в следующий — поддерживает напряжение на объекте. Наличие емкости ведет в той или иной мере к сглаживанию пульсации, тем самым приближая отсчитываемое прибором напряжение к максимальному значению (рис. 13). Ряд приборов (например, электростатических) показывает действующее значение измеряемой величины. Поэтому в зависимости от выбранной схемы измерения и значения емкости объекта может быть получена значительная погрешность измерения, связанная с неполнотой выпрямления переменного тока.
Рис. 13. Форма кривой выпрямленного напряжения при однополупериодной схеме выпрямления: а — без емкости в схеме выпрямления; б — при наличии емкости в схеме выпрямления Другим источником погрешности измерения испытательного напряжения может быть падение напряжения в выпрямительной схеме. Абсолютное значение пульсации напряжения при однополупериодном выпрямлении составит где /н — ток нагрузки выпрямительного устройства, A; f и Т — соответственно частота, Гц, и период переменного тока, с; С — значение емкости на стороне выпрямленного напряжения, Ф. Неполнота выпрямления напряжения характеризуется коэффициентом пульсации, %, где R — сопротивление изоляции объекта измерения, Ом; С — суммарное значение емкости схемы, Ф; f — частота переменного тока, Гц. Обычно при испытании выпрямленным напряжением допускается пульсация, не превышающая 3—5 °/о • Чтобы избежать недопустимой погрешности измерения напряжения из-за изменения пульсации, связанной с различным значением сопротивления изоляции объекта, в испытательную схему вводится специальный конденсатор, называемый сглаживающим (табл. 20). Роль сглаживающего конденсатора сводится к тому, чтобы поддерживать на объекте напряжение, практически близкое к максимальному значению. На рис. 14 приведена серия кривых, построенных на основании вышеприведенной формулы и позволяющих определить значение емкости сглаживающего конденсатора в зависимости от сопротивления изоляции объекта и допустимой пульсации напряжения.
Рис. 15. Схемы измерения выпрямленного напряжения Наиболее широкое применение в эксплуатации получил способ контроля испытательного напряжения с помощью вольтметра, включенного на стороне НН испытательного трансформатора с последующим пересчетом по коэффициенту трансформации. Класс точности применяемых вольтметров должен быть не ниже 1,5. Вольтметры выбираются с таким расчетом, чтобы измеряемые ими значения напряжения находились в пределах от 20 до 90 % шкалы прибора. Подсчет значения испытательного напряжения с допустимой для практических измерений точностью производится путем умножения показания вольтметра, отсчитанного в действующих значениях напряжения, на коэффициент трансформации. Поскольку выпрямленное напряжение определяется амплитудным значением, полученный результат необходимо увеличить в 1-2 раз. Измерение испытательного напряжения вольтметром, включенным на стороне ВН трансформатора и предварительно отградуированным с помощью шарового разрядника, обеспечивает малую погрешность измерения. Однако этот метод не получил распространения в эксплуатации как неудобный для проведения в полевых условиях. Сопротивления резисторов, применяемых в омических делителях или в качестве добавочных резисторов, должны мало зависеть от значений напряжения, температуры и времени. В противном случае следует учитывать дополнительные погрешности, возникающие при измерениях. Для получения достаточной точности измерения ток, потребляемый прибором, включенным в низковольтное плечо делителя напряжения, должен быть в несколько десятков раз меньше тока, протекающего через делитель. В случае применения с делителем напряжения электростатического киловольтметра коэффициент деления выбирают таким образом, чтобы показания прибора находились в пределах от 20 до 90% шкалы. Если коэффициент деления неизвестен, производится предварительная градуировка измерительного прибора. При испытании напряжением объектов, имеющих нелинейную вольт-амперную характеристику (например, разрядников), возможно отказаться от применения сглаживающего конденсатора. В этом случае для измерения напряжения применяют в цепи контрольного прибора комплект добавочных резисторов, у которых нелинейность близка к нелинейности испытуемого объекта. Пользуясь градуировочной кривой измерительного комплекта резисторов или данными для отдельных контрольных точек, можно определить значение напряжения, приложенного к объекту. Наличие нелинейности резистора дает возможность автоматически учитывать изменение коэффициента пульсации выпрямленного напряжения. Резисторы нелинейные измерительные серии СН выпускаются НПО «Электрокерамика» и предназначены для контроля выпрямленного напряжения на стороне высокого напряжения, прикладываемого к элементам вентильных разрядников при измерении их токов проводимости. Конструктивно резисторы серии СН выполнены в виде полуколец, аналогичных применяемых в разрядниках РВС и им подобных. Для получения достаточной точности измерения тока проводимости коэффициент нелинейности измерительного резистора должен быть близок к таковому у испытуемых элементов вентильных разрядников.
Для разрядников, выпущенных до 1950 г., рекомендуется подбирать измерительные резисторы с коэффициентом нелинейности 0,25—0,35. Для разрядников более поздних выпусков подбираются измерительные резисторы с коэффициентом нелинейности 0,3—0,45. Количество полуколец в измерительном резисторе выбрано с таким расчетом, чтобы прохождение через микроамперметр тока 600 мкА соответствовало определенному значению испытательного выпрямленного напряжения. При температуре 20 °С и пульсации выпрямленного напряжения до 3 % напряжение измерительного резистора не должно отклоняться от паспортных значений более чем на 1 %. Ранее НПО «Электрокерамика» выпускалась серия измерительных резисторов СН-32, СН-30, СН-28, СН-24, СН-20, СН-18, СН-16, СН-10, СН-6, CH-4 на номинальные выпрямленные напряжения соответственно от 32 до 4 кВ при прохождении через измерительный резистор тока проводимости 600 мкА. В дальнейшем \был организован выпуск измерительных резисторов двух типов: СН-32 и СН-10. Последние снабжаются градуировочными кривыми, с помощью которых могут быть определены промежуточные значения испытательного выпрямленного напряжения. Резистор СН-10 предназначен для измерения напряжения 4, 6 и 10 кВ. Резистор СН-32 служит для измерения напряжения 20, 24л 28, 30 и 32 кВ. Микроамперметры, используемые в схемах выпрямления для измерения токов сквозной проводимости (утечки) объектов испытания, должны обеспечивать возможность отсчета токов от 0,5 до 5000 мкА. Для отсчета токов проводимости (утечки) должны применяться многопредельные магнитоэлектрические экранированные приборы класса точности не ниже 2,5 со следующими ступенями измерения: I предел от 0 до 50 (100) мкА; II предел от 0 до 250 мкА; III предел от 0 до 1000 (5000) мкА. Приборы должны иметь приспособление, автоматически шунтирующее их измерительную систему при резком возрастании тока выше допустимых пределов (исходя из механической прочности подвижной системы).
- Назад
- Вперед
Схема диодного моста 12 вольт: инструкция и сборка
Блок питания состоит из двух модулей, где первый — это понижающий трансформатор, а второй — диодный мост, преобразующий один вид напряжения в другой.
Подбирается подходящий трансформатор. Первичная обмотка находится с помощью тестера. Ее сопротивление должно быть самым большим. Путем прозвонки мультиметром в режиме измерения сопротивления находятся нужные концы. Затем находятся другие пары и делается маркировка.
На первичную обмотку подается 220 В. Затем тестер переводится в режим измерения переменного напряжения и измеряется напряжение на остальных обмотках. Следует выбрать или намотать одну на 10 В. Важно, чтобы напряжение не было 12 В, поскольку после емкостного фильтра оно увеличивается на 18 %.
Трансформатор подбирается под нужную мощность, после чего берется запас на 25 %.
4 диода скручиваются в диодный мост и концы пропаиваются. Затем схема соединяется, на выход подключается конденсатор на 25 В и 2200 мкф (электролит) и проверяется в работе.
Напряжение после диодного моста — studvesna73.ru
Очень много вопросов задают по статье как получить из переменного напряжения постоянное. Напомню, что мы получали постоянное напряжение с помощью типичной схемы, которая используется во всей электронике:
Да, та статья получилась чуток сыровата, но суть преобразования переменного тока в постоянный вроде бы объяснил. Но все равно, очень много вопросов идут в личку именно по этой статье. И тут приходится снова начинать писать по полчаса ответ каждому любопытному читателю. Поэтому я решил для всех вас накарябать статейку и помочь разобраться, что есть что.
Как подобрать конденсатор для диодного моста
Влияние формы выходного переменного напряжения после диодного моста и изменение сигнала от емкости
В данном видео, я вам покажу, какая форма сигнала будет после трансформатора. Как изменится форма сигнала, если подключить прибор к части диодному мосту, и к полному диодному мосту.
Так же мы с вами посмотрим, как изменится форма выходного сигнала с трансформатора, если подключить АКБ с маленькой емкостью, и с большей емкостью.
При этом я буду использовать сильно изношенные АКБ. Вы сможете наглядно увидеть изменение формы сигнала осциллограммы, относительно сопротивления АКБ.
Так же я подключу электролитический конденсатор дополнительно в цепь, и мы так же посмотрим, как он влияет на показания приборов, и на форму выходного сигнала с трансформатора.
Стоит учитывать, что при разной мощности входного сигнала, например если использовать ветрогенератор, у которого увеличивается мощность по мере увеличения оборотов = напряжение и ток. Влияние емкости конденсатора и емкого АКБ, будут не очень сильно изменять форму выходного сигнала. (А именно, сглаживать его)
Для того чтобы он оставался в определенной зоне, необходимо сделать перерасчет, необходимой емкости конденсатора. А так же подобрать и емкость АКБ. При этом емкость АКБ это не постоянная величина. Которая будет изменятся как и сопротивление АКБ со временем.
Стоит так же учитывать, что с ростом напряжения из за импульсов сигнала, которые превышают максимальное напряжение АКБ. АКБ будет нагреваться, что приведет к увеличению его сопротивления. И соответственно к более сильному его износу.
Простой конденсаторный выпрямитель
знаю что паралельно диодному мосту должен стоять сглаживающий конденсатор – как правильно подобрать номинал сглаживающего конденсатора в микрофарадах «mF» паралельно диодному мосту . – интуитивно подозревая что конденсатор должен быть большой емкости. ничего под рукой не оказалось как три конденсатора по 250мФ (400В) подключил паралельно. на выходе после диодного моста из 12В получилось 16В (что очень нежелательно в моем случае, нужны стабильные 12 и 24VDC) ВОПРОС; как емкость конденсатора влияет на выходное напряжение после моста? есть ли готовая формула расчета .
и еще вопрос по теме; – почему при паралельном подключении 6-ти гидроклапанов к одному трансформатору, питание в сети поднимается с 12В-вплоть до 17-тиVDC, а если подключать на обмотку трансформатора 24В питание поднимается вплоть до 34VDC . где искать грабли? может отделить катушки клапанов дополнительными диодами на каждую обмотку .
История изобретения
В 1873 году английский учёный Фредерик Гутри разработал принцип работы вакуумных ламповых диодов с прямым накалом. Уже через год в Германии физик Карл Фердинанд Браун предположил похожие свойства в твердотельных материалах и изобрел точечный выпрямитель.
В начале 1904 года Джон Флеминг создал первый полноценный ламповый диод. В качестве материала для его изготовления он использовал оксид меди. Диоды начали широко использоваться в радиочастотных детекторах. Изучение полупроводников привело к тому, что в 1906 году Гринлиф Виттер Пиккард изобрел кристаллический детектор.
В середине 30-х годов XX века основные исследования физиков были направлены на изучение явлений, проходящих на границе контакта металл-полупроводник. Их результатом стало получение слитка кремния, обладающего двумя типами проводимости. Изучая его, в 1939 году американский учёный Рассел Ол открыл явление, названное позже p-n переходом. Он установил, что в зависимости от примесей, существующих на границе соприкосновения двух полупроводников, изменяется приводимость. В начале 50-х годов инженеры компании Bell Telephone Labs разработали плоскостные диоды, а уже через пять лет в СССР появились диоды на основе германия с переходом менее 3 см.
Изобретателем же схемы выпрямительного моста считается электротехник из Польши Карол Поллак. Позже в журнале Elektronische Zeitung опубликовали результаты исследований Лео Гретца, поэтому в литературе можно встретить и другое название диодного моста — схема или мост Гретца.
Что такое диоды
Диод – это полупроводниковый элемент на основе кристалла кремния. Ранее эти детали также изготавливались из германия, но со временем этот материал был вытеснен из-за своих недостатков. Электрический диод функционирует как клапан, т.е. он пропускает ток в одном направлении и блокирует его в другом. Такие возможности в эту деталь заложены на уровне атомарного строения его полупроводниковых кристаллов.
Один диод не может получить из переменного напряжения полноценное постоянное. Поэтому на практике используют более сложные сочетания этих элементов. Сборка из 4 или 6 деталей, объединённых по специальной схеме, образует диодный мост. Он уже вполне способен справиться с полноценным выпрямлением тока.
Определение
Диодный мост – это схемотехническое решение, предназначенное для выпрямления переменного тока. Другое название – двухполупериодный выпрямитель. Строится из полупроводниковых выпрямительных диодов или их разновидности – диодов Шоттки.
Мостовая схема соединения предполагает наличие нескольких (для однофазной цепи – четырёх) полупроводниковых диодов, к которым подключается нагрузка.
Он может состоять из дискретных элементов, распаянных на плате, но в 21 веке чаще встречаются соединенные диоды в отдельном корпусе. Внешне это выглядит, как и любой другой электронный компонент – из корпуса определенного типоразмера выведены ножки для подключения к дорожкам печатной платы.
Стоит отметить, что несколько совмещенных в одном корпусе вентилей, которые соединены не по мостовой схеме, называют диодными сборками.
В зависимости от сферы применения и схемы подключения диодные мосты бывают:
- однофазные;
- трёхфазные.
Обозначение на схеме может быть выполнено в двух вариантах, какое использовать УГО на чертеже зависит от того, собирается мост из отдельных элементов или используется готовый.
Принцип действия
Давайте разбираться, как работает диодный мост. Начнем с того, что диоды пропускают ток в одном направлении. Выпрямление переменного напряжения происходит за счет односторонней проводимости диодов. За счет правильного их подключения отрицательная полуволна переменного напряжения поступает к нагрузке в виде положительной. Простыми словами – он переворачивает отрицательную полуволну.
Для простоты и наглядности рассмотрим его работу на примере однофазного двухполупериодного выпрямителя.
Принцип работы схемы основам на том, что диоды проводят ток в одну сторону и состоит в следующем:
-
На вход диодного моста подают переменный синусоидальный сигнал, например 220В из бытовой электросети (на схеме подключения вход диодного моста обозначается как AC или
-
Каждая из полуволн синусоидального напряжения (рисунок ниже) пропускается парой вентилей, расположенных на схеме по диагонали.
Положительную полуволну пропускают диоды VD1, VD3, а отрицательную — VD2 и VD4. Сигнал на входе и выходе схемы вы видите ниже.
Такой сигнал называется – выпрямленное пульсирующее напряжение. Для того, чтобы его сгладить, в схему добавляется фильтр с конденсатором.
Следующий на очереди — двуполярный трансформаторный блок питания
Здесь используется трансформатор с двумя одинаковыми вторичными обмотками, соединенными последовательно (или это может быть одна обмотка со средней точкой). В этом случае средняя точка объявляется «землей», а с фильтров снимается напряжение как положительной, так и отрицательной полярности (измерения, разумеется, относительно «земли». И логично, что между «плюсом» и «минусом» 2Uвых).
Это слайд-шоу требует JavaScript.
Примеры устройств с таким БП: магнитофон «Вильма М-212С», усилитель «Радиотехника У-101», осциллограф «С1-94».
Это слайд-шоу требует JavaScript.
Диодный мост работает точно так же, как и в случае однополярного блока питания. Попеременно открываясь, то одна, то другая пара диодов пропускает переменное напряжение к конденсаторам фильтра.
К достоинствам двуполярного БП можно отнести:
-Значительное упрощение схем с операционными усилителями (исключаются цепочки, создающие «искусственный ноль» на входе — достаточно сравнить первую и вторую схемы отсюда). -Уменьшение количества межкаскадных емкостей, так как в большинстве случаев постоянная составляющая сигнала отсутствует. А все мы знаем, что «электролиты» имеют свойство пересыхать. -Акустика, подключенная к выходу исправного и настроенного усилителя с двуполярным питанием, не будет хлопать при включении, так как на выходе нет постоянной составляющей и конденсатора, блокирующего ее.
Однако есть и определенные недостатки:
-Снова повышенное падение напряжение на выпрямителе. -Трансформатор со средней точкой сложен в изготовлении; он большой, тяжелый и совсем не портативный. -Устройство чувствительно к перекосу плеч питания — например, если в звуковоспроизводящей технике при номинальных +/-14 вольт де-факто будут +12 и -16, форма выходного сигнала может сильно исказиться относительно нуля. -«Исправный и настроенный усилитель», став вдруг неисправным, может выжечь акустику постоянным напряжением на выходе: нужна схема ее защиты при аварии.
Как следствие, такие блоки питания прижились в стационарной аппаратуре, где нет нужды в батарейном питании.
Схема диодного моста
Одной из важнейших частей электронных приборов питающихся от сети переменного тока 220 вольт является так называемый диодный мост. Диодный мост – это одно из схемотехнических решений, на основе которого выполняется функция выпрямления переменного тока.
Как известно, для работы большинства приборов требуется не переменный ток, а постоянный. Поэтому возникает необходимость в выпрямлении переменного тока.
Например, в составе блока питания, о котором уже заходила речь на страницах сайта, присутствует однофазный полномостовый выпрямитель – диодный мост. На принципиальной схеме диодный мост изображается следующим образом.
Схема диодного моста
Это так называемый однофазный выпрямительный мост, один из нескольких типов выпрямителей, которые активно применяются в электронике. С его помощью производят двухполупериодное выпрямление переменного тока.
В железе это выглядит следующим образом.
Диодный мост из отдельных диодов S1J37
Схему эту придумал немецкий физик Лео Гретц, поэтому данное схемотехническое решение иногда называют « схема Гретца» или « мост Гретца». В электронике данная схема применяется в настоящее время повсеместно. С появлением дешёвых полупроводниковых диодов эту схему стали применять всё чаще и чаще. Сейчас ею уже никого не удивишь, но в эпоху радиоламп «мост Гретца» игнорировали, поскольку она требовала применения аж 4 ламповых диодов, которые стоили по тем временам довольно дорого.
Диодный мост схема с конденсатором
Многие электронные приборы, для работы которых применяется переменный ток в 220 вольт, используют в своих схемах диодные мосты. Основной функцией данного устройства являются действия по выпрямлению переменного тока. Это связано с тем, что многие приборы рассчитаны на питание постоянного тока. Поэтому, и возникает постоянная необходимость в выпрямлении.
Существует много вариантов подключения подобных устройств. Так, существует диодный мост, схема с конденсатором у которого, отличается от традиционной сборки. Дешевые полупроводниковые диоды позволяют повсеместно применять такие схемы.
Работа диодного моста
Принцип работы диодного моста заключается в следующем. На его вход, обозначенный переменным значком, производится подача переменного тока с изменяющейся полярностью. Частота изменений, как правило, совпадает с частотой в электрической сети. На выходе, где расположены положительный и отрицательный выводы, получается ток исключительно с одной полярностью.
Однако, на выходящем токе будут наблюдаться пульсации с частотой, превышающей частоту переменного тока, подаваемого на вход. Такие пульсации являются нежелательными и препятствуют нормальной работе всей схемы. Для ликвидации таких пульсаций, применяются специальные фильтры. Для самых простых фильтров используются электролитические конденсаторы с большой емкостью. Таким образом, во всех блоках питания устанавливается диодный мост, схема с конденсатором которого позволяет эффективно сглаживать все пульсации выходящего тока.
Чтобы повысить производительность выпрямляющих устройств, в их конструкции применяется схема диодной сборки. В ее состав входят четыре диода с одинаковыми параметрами, объединенные в одном общем корпусе. Для их соединения используется схема мостового выпрямителя. Такая сборка очень компактная, для всех диодов соблюдается одинаковый тепловой режим. Стоимость общей конструкции значительно ниже, чем у четырех отдельных диодов. Однако, существенным недостатком является необходимость замены всего диодного моста, при выходе из строя хотя-бы одного диода.
Применение диодных мостов
Эти схемы применяются, практически, во всех областях электроники, где для питания используется переменный ток однофазной электрической сети. Данный элемент имеет в своей конструкции блоки питания трансформаторного и импульсного типа. В качестве примера импульсного варианта можно привести блок питания компьютера.
Как проверить диодный мост
Как вы теперь знаете, однофазный диодный мост состоит из 4 диодов. Для того, чтобы узнать их расположение, мы должны скачать даташит на данный диод и посмотреть, как расположены диоды в данном диодном мосте. Например, для моего моста GBU6K диоды расположены вот так.
То есть все, что мне надо сделать – это просто прозвонить каждый диод с помощью мультиметра. Как это сделать, я писал еще в этой статье.
Он же 100%. Но для этого потребуется осциллограф, ЛАТР или понижающий трансформатор, а также резистор, желательно 5-10 КОм. После того, как мы нашли его расположение выводов, на “+” и “-” припаиваем резистор 5-10 КОм. С этих же выводов снимаем осциллограмму.
Как сделать выпрямитель и простейший блок питания — ООО «УК Энерготехсервис»
В этой статье мы разберем какие бывают выпрямители, для какой цели служат, в чем заключаются особенности того или иного выпрямителя.
Если мы решаем собрать какое-либо устройство или просто необходимо запитать готовое, то мы можем использовать питание от гальванических элементов (батареек), либо воспользоваться для этих целей аккумуляторами.
Но как быть, если радиоустройство не планируется носить с собой и оно потребляет значительный ток? В таких случаях запитывают устройство от сети 220 вольт.
Фото трансформаторный блок питания
Напрямую запитать от 220 вольт, разумеется, мы не можем, напряжение слишком высокое и ток переменный, а для питания электронных устройств почти всегда необходим постоянный ток и более низкое напряжение. Необходим так называемый сетевой адаптер.
Понизить напряжение мы можем с помощью трансформатора, о нем мы поговорим в одной из следующих статей, пока нам достаточно знать, что с помощью трансформатора мы можем понизить или повысить напряжение при переменном токе. Далее нам необходимо сделать из переменного тока постоянный, для этих целей и служит выпрямитель. Существуют три основных типа выпрямителей.
Однополупериодный выпрямитель
Схема однополупериодный выпрямитель
Этот выпрямитель работает только в течение положительного полупериода синусоиды. Это можно видеть на следующем графике:
Выпрямленный ток после однополупериодного выпрямителя
На выходе после диода мы получаем пульсирующее напряжение, нам нужно сделать из него постоянное, то есть из пульсирующего тока получить постоянный. Для этих целей служит электролитический конденсатор большой емкости, подключенный параллельно выходу питания в соответствии с полярностью. На фотографии ниже можно увидеть внешний вид подобного конденсатора:
Электролитический конденсатор большой емкости
Такой конденсатор благодаря большой емкости разряжается в течении отрицательного полупериода синусоиды. Обычно для фильтрации напряжения в выпрямителях применяют электролитические конденсаторы от 2200 микрофарад.
В усилителях и других устройствах, где важно чтобы напряжение не проседало при увеличении мощности нагрузки, ставят конденсаторы на большую емкость, чем 2200 микрофарад. Для устройств питающих бытовую аппаратуру обычно конденсаторов такой емкости бывает достаточно.