Меню

Устройство пропускающее переменный ток в одном направлении

Устройство пропускающее переменный ток в одном направлении

Полупроводниковый диод или просто диод представляет из себя радиоэлемент, который пропускает электрический ток только в одном направлении и блокирует его прохождение в другом направлении. По аналогии с гидравликой диод можно сравнить с обратным клапаном: устройством, которое пропускает жидкость только в одном направлении.

обратный клапан

обратный клапан

Диод – это радиоэлемент с двумя выводами. Некоторые диоды выглядят почти также как и резисторы:

диод 1N4007 диод

А некоторые выглядят чуточку по-другому:

д226б диод д214 диод

Есть также и SMD исполнение диодов:

Выводы диода называются – анод и катод. Некоторые по ошибке называют их “плюс” и “минус”. Это неверно. Так говорить нельзя.

На схемах диод обозначается так

Он может пропускать электрический ток только от анода к катоду.

Из чего состоит диод

В нашем мире встречаются вещества, которые отлично проводят электрический ток. Сюда в основном можно отнести металлы, например, серебро, медь, алюминий, золото и так далее. Такие вещества называют проводниками. Есть вещества, которые ну очень плохо проводят электрический ток – фарфор, пластмассы, стекло и так далее. Их называют диэлектриками или изоляторами. Между проводниками и диэлектриками находятся полупроводники. Это в основном германий и кремний.

После того, как германий или кремний смешивают с мельчайшей долей мышьяка или индия, образуется полупроводник N-типа, если смешать с мышьяком; или полупроводник P-типа, если смешать с индием.

Теперь если эти два полупроводника P и N -типа приварить вместе, на их стыке образуется PN-переход. Это и есть строение диода. То есть диод состоит из PN-перехода.

строение диода

строение диода

Полупроводник P-типа в диоде является анодом, а полупроводник N-типа – катодом.

Давайе вскроем советский диод Д226 и посмотрим, что у него внутри, сточив часть корпуса на наждачном круге.

диод Д226

диод Д226

Вот это и есть тот самый PN-переход

PN-переход диода

PN-переход диода

Как определить анод и катод диода

1) на некоторых диодах катод обозначают полоской, отличающейся от цвета корпуса

катод смд smd диода

2) можно проверить диод с помощью мультиметра и узнать, где у него катод, а где анод. Заодно проверить его работоспособность. Этот способ железный ;-). Как проверить диод с помощью мультиметра можно узнать в этой статье.

Где находится анод, а где катод очень легко запомнить, если вспомнить воронку для наливания жидкостей в узкие горлышки бутылок. Воронка очень похожа на схему диода. Наливаем в воронку, и жидкость у нас очень хорошо бежит, а если ее перевернуть, то попробуй налей-ка через узкое горлышко воронки ;-).

воронка диод

Диод в цепи постоянного тока

Как мы уже говорили, диод пропускает электрический ток только в одном направлении. Для того, чтобы это показать, давайте соберем простую схему.

прямое включение диода

прямое включение диода

Так как наша лампа накаливания на 12 Вольт, следовательно, на блоке питания тоже выставляем значение в 12 В и собираем всю электрическую цепь по схеме выше. В результате, лампочка у нас прекрасно горит. Это говорит о том, что через диод проходит электрический ток. В этом случае говорят, что диод включен в прямом направлении.

диод в прямом включении

диод в прямом включении

Давайте теперь поменяем выводы диода. В результате, схема примет такой вид.

обратное включение диода

обратное включение диода

Как вы видите, лампочка не горит, так как диод не пропускает электрический ток, то есть блокирует его прохождение, хотя источник питания и выдает свои честные 12 Вольт.

обратное включение

обратное включение диода

Какой вывод можно из этого сделать? Диод проводит постоянный ток только в одном направлении.

Диод в цепи переменного тока

Кто забыл, что такое переменный ток, читаем эту статью. Итак, для того, чтобы рассмотреть работу диода в цепи переменного тока, давайте составим схему. Здесь мы видим генератор частоты G, диод и два клеммника Х1 и Х2, с которых мы будем снимать сигнал с помощью осциллографа.

диод в цепи переменного тока

Мой генератор частоты выглядит вот так.

генератор частоты

генератор частот

Осциллограмму будем снимать с помощью цифрового осциллографа

цифровой осциллограф OWON

Генератор выдает переменное синусоидальное напряжение.

синусоидальный сигнал

синусоидальный сигнал

Что же будет после диода? Цепляемся к клеммам X1 и X2 и видим вот такую осциллограмму.

переменное напряжение после диода

переменное напряжение после диода

Диод вырезал нижнюю часть синусоиды, оставив только верхнюю часть.

А что будет, если мы поменяем выводы диода? Схема примет такой вид.

переменый ток после диода

переменый ток после диода

Что же получим на клеммах Х1 и Х2 ? Смотрим на осциллограмму.

переменный ток после диода

переменный ток после диода

Ничего себе! Диод срезал только положительную часть синусоиды!

Характеристики диода

Давайте рассмотрим характеристику диода КД411АМ. Ищем его характеристики в интернете, вбивая в поиск “даташит КД411АМ”

параметры диода КД411

Для объяснения параметров диода, нам также потребуется его ВАХ

вольтамперная характеристика диода

1) Обратное максимальное напряжение Uобр – это такое напряжение диода, которое он выдерживает при подключении в обратном направлении, при этом через него будет протекать ток Iобр – сила тока при обратном подключении диода. При превышении обратного напряжения в диоде возникает так называемый лавинный пробой, в результате этого резко возрастает ток, что может привести к полному тепловому разрушению диода. В нашем исследуемом диоде это напряжение равняется 700 Вольт.

2) Максимальный прямой ток Iпр – это максимальный ток, который может течь через диод в прямом направлении. В нашем случае это 2 Ампера.

3) Максимальная частота Fd , которую нельзя превышать. В нашем случае максимальная частота диода будет 30 кГц. Если частота будет больше, то наш диод будет работать неправильно.

Виды диодов

Стабилитроны

Стабилитроны представляют из себя те же самые диоды. Даже из названия понятно, чтоб стабилитроны что-то стабилизируют. А стабилизируют они напряжение. Но чтобы стабилитрон выполнял стабилизацию, требуется одно условие. Они должны подключатся противоположно, чем диоды. Анод на минус, а катод на плюс. Странно не правда ли? Но почему так? Давайте разберемся. В Вольт амперной характеристике (ВАХ) диода используется положительная ветвь – прямое направление, а вот в стабилитроне другая часть ветки ВАХ – обратное направление.

Снизу на графике мы видим стабилитрон на 5 Вольт. Сколько бы у нас не изменялась сила тока, мы все равно будем получать 5 Вольт ;-). Круто, не правда ли? Но есть и подводные камни. Сила тока не должны быть больше, чем в описании на диод, иначе он выйдет из строя от высокой температуры – Закон Джоуля-Ленца. Главный параметр стабилитрона – это напряжение стабилизации (Uст). Измеряется в Вольтах. На графике вы видите стабилитрон с напряжением стабилизации 5 Вольт. Также есть диапазон силы тока, при котором будет работать стабилитрон – это минимальный и максимальный ток (Imin, Imax). Измеряется в Амперах.

Выглядят стабилитроны точно также, как и обычные диоды:

Диод

На схемах обозначаются вот так:

Светодиоды

Светодиоды – особый класс диодов, которые излучают видимый и невидимый свет. Невидимый свет – это свет в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазоне. Но для промышленности все таки большую роль играют светодиоды с видимым светом. Они используются для индикации, оформления вывесок, светящихся баннеров, зданий а также для освещения. Светодиоды имеют такие же параметры, как и любые другие диоды, но обычно их максимальный ток значительно ниже.

Предельное обратное напряжение (Uобр) может достигать 10 Вольт. Максимальный ток (Imax) будет ограничиваться для простых светодиодов порядка 50 мА. Для осветительных больше. Поэтому при подключении обычного диода нужно вместе с ним последовательно подключать резистор. Резистор можно рассчитать по нехитрой формуле, но в идеале лучше использовать переменный резистор, подобрать нужное свечение, замерять номинал переменного резистора и поставить туда постоянный резистор с таким же номиналом.

светодиоды осветительные светодиоды

Лампы освещения из светодиодов потребляют копейки электроэнергии и стоят дешево.

Диод

Очень большим спросом пользуются светодиодные ленты, состоящие из множества SMD светодиодов. Смотрятся очень красиво.

На схемах светодиоды обозначаются так:

Не забываем, что светодиоды делятся на индикаторные и осветительные. Индикаторные светодиоды обладают слабым свечением и используются для индикации каких-либо процессов, происходящих в электронной цепи. Для них характерно слабое свечение и малый ток потребления

светодиоды

Ну и осветительные светодиоды – это те, которые используются в ваших китайских фонариках, а также в LED-лампах

Диод

Светодиод – это токовый прибор, то есть для его нормальной работы требуется номинальный ток, а не напряжение. При номинальном токе на светодиоде падает некоторое напряжение, которое зависит от типа светодиода (номинальной мощности, цвета, температуры). Ниже табличка, показывающая какое падение напряжения бывает на светодиодах разных цветов свечения при номинальном токе:

Читайте также:  Что делать если кран в доме бьет током

Как проверить светодиод можно узнать из этой статьи.

Тиристоры

Тиристоры представляют собой диоды, проводимость которых управляется с помощью третьего вывода – управляющего электрода (УЭ). Основное применение тиристоров – это управление мощной нагрузкой с помощью слабого сигнала, подаваемого на управляющий электрод. Выглядят тиристоры примерно как диоды или транзисторы. У тиристоров параметров столько, что не хватит статьи для их описания. Главный параметр – Iос,ср. – среднее значение тока, которое должно протекать через тиристор в прямом направлении без вреда для его здоровья. Немаловажным параметром является напряжение открытия тиристор – (Uу), которое подается на управляющий электрод и при котором тиристор полностью открывается.

тиристор

а вот так примерно выглядят силовые тиристоры, то есть тиристоры, которые работают с большой силой тока:

На схемах триодные тиристоры выглядят вот таким образом:

Существуют также разновидности тиристоров – динисторы и симисторы. У динисторов нет управляющего электрода и он выглядит, как обычный диод. Динисторы начинают пропускать через себя электрический ток в прямом включении, когда напряжение на нем превысит какое-то значение. Симисторы – это те же самые триодные тиристоры, но при включении пропускают через себя электрический ток в двух направлениях, поэтому они используются в цепях с переменным током.

Диодный мост и диодные сборки

Производители также несколько диодов заталкивают в один корпус и соединяют их между собой в определенной последовательности. Таким образом получаются диодные сборки. Диодные мосты – одна из разновидностей диодных сборок.

маломощный диодный мост

На схемах диодный мост обозначается вот так:

Существуют также и другие виды диодов, такие как варикапы, диод Ганна, диод Шоттки и тд. Для того, чтобы их всех описать, нам не хватит и вечности.

Очень интересное видео про диод

Похожие статьи по теме “диод”

Источник

Типы выпрямителей переменного тока

Какие бывают выпрямители?

Ещё в начале ХХ века имел место очень принципиальный спор между корифеями электротехники. Какой ток выгоднее передавать потребителю на большие расстояния: постоянный или переменный? Научный спор выиграли сторонники передачи переменного тока по проводам высоковольтных линий от подстанции к потребителю. Эта система принята во всём мире и успешно эксплуатируется до сих пор.

Но большинство электронной техники и не только бытовой, но и промышленной питается постоянными напряжениями и это привело к созданию целой отрасли электрики – преобразование (выпрямление) переменного тока. После того как электронная лампа была забыта, главным элементом любого выпрямителя стал полупроводниковый диод.

Схемотехника выпрямителей весьма обширна, но самым простым является однополупериодный выпрямитель.

Однополупериодный выпрямитель.

Напряжение с вторичной обмотки силового трансформатора подаётся на один единственный диод. Вот схема.

Типовая схема однополупериодного выпрямителя

Поэтому выпрямитель и назван однополупериодным. Выпрямляется только один полупериод и на выходе получается импульсное напряжение. Форма его показана на рисунке.

Однополупериодное выпрямление

Схема проста и не требует большого количества элементов. Это и сказывается на качестве выпрямленного напряжения. При низких частотах переменного напряжения (например, как в электросети — 50 Гц) выпрямленное напряжение получается сильно пульсирующим. А это очень плохо.

Для того чтобы снизить величину пульсации выпрямленного напряжения приходится брать величину конденсатора С1 очень большую, порядка 2000 – 5000 микрофарад, что увеличивает размер блока питания, так как электролиты на 2000 — 5000 мкф имеют довольно большие размеры. Поэтому на низких частотах эта схема практически не используется. Зато однополупериодные выпрямители прекрасно зарекомендовали себя в импульсных блоках питания работающих на частотах 10 – 15 кГц (килогерц). На таких частотах величина ёмкости фильтра может быть очень небольшой, а простота схемы уже не столь сильно влияет на качество выпрямленного напряжения.

Примером использования однополупериодного выпрямителя может служить простой зарядник от сотового телефона. Так как зарядник сам по себе маломощный, то в нём применяется однополупериодная схема, причём как во входном сетевом выпрямителе 220V (50Гц), так и в выходном, где требуется выпрямить переменное напряжение высокой частоты со вторичной обмотки импульсного трансформатора.

Печатная плата простейшего зарядника сотового телефона

К несомненным достоинствам такого выпрямителя следует отнести минимум деталей, низкую стоимость и простые схемные решения. В обычных (не импульсных) блоках питания многие десятилетия успешно работают двухполупериодные выпрямители.

Двухполупериодные выпрямители.

Они бывают двух схемных решений: выпрямитель со средней точкой и мостовая схема, известная, как схема Гретца. Выпрямитель со средней точкой требует более сложного в исполнении силового трансформатора, хотя диодов там используется в два раза меньше чем в мостовой схеме. К недостаткам двухполупериодного выпрямителя со средней точкой можно отнести то, что для получения одинакового напряжения, число витков во вторичной обмотке трансформатора должно быть в два раза больше, чем при использовании мостовой схемы. А это уже не совсем экономично с точки зрения расходования медного провода.

Далее на рисунке показана типовая схема двухполупериодного выпрямителя со средней точкой.

Типовая схема двухполупериодного выпрямителя со средней точкой

Величина пульсаций выпрямленного напряжения меньше чем у однополупериодного выпрямителя и величину конденсатора фильтра так же можно использовать гораздо меньшую. Наглядно увидеть, как работает двухполупериодная схема можно по рисунку.

Двуполупериодное выпрямление

Как видим, на выходе выпрямителя уже в два раза меньше «провалов» напряжения — тех самых пульсаций.

Активно применяется схема выпрямителя со средней точкой в выходных выпрямителях импульсных блоков питания для ПК. Так как во вторичной обмотке высокочастотного трансформатора требуется меньшее число витков медного провода, то гораздо эффективнее применять именно эту схему. Диоды же применяются сдвоенные, т.е. такие, у которых общий корпус и три вывода (два диода внутри). Один из выводов — общий (как правило катод). По виду сдвоенный диод очень похож на транзистор.

Внешний вид сдвоенного диода

Наибольшую популярность приобрела в бытовой и промышленной аппаратуре мостовая схема. Взгляните.

Типовая схема мостового выпрямителя (схема Гретца)

Можно без преувеличения сказать, что это самая распространённая схема. На практике вы с ней ещё не раз встретитесь. Она содержит четыре полупроводниковых диода, а на выходе, как правило, ставится RC-фильтр или только электролитический конденсатор для сглаживания пульсаций напряжения.

Мостовой выпрямитель с фильтром на плате компьютерного блока питания

О данной схеме уже рассказывалось на странице про диодный мост. Стоит отметить, что и у мостовой схемы есть недостатки. Как известно, у любого полупроводникового диода есть так называемое прямое падение напряжения (Forward voltage dropVF). Для обычных выпрямительных диодов оно может быть 1 — 1,2 V (зависит от типа диода). Так вот, при использовании мостовой схемы на диодах теряется напряжение, равное 2 x VF, т.е. около 2 вольт. Это происходит потому, что в выпрямлении одной полуволны переменного тока участвуют 2 диода (затем другие 2). Получается, что на диодном мосте теряется часть напряжения, которое мы снимаем со вторичной обмотки трансформатора, а это явные потери. Поэтому в некоторых случаях в составе диодного моста применяются диоды Шоттки, у которых прямое падение напряжения невелико (около 0,5 вольта). Правда, стоит учесть, что диод Шоттки не рассчитан на большое обратное напряжение и очень чувствителен к его превышению.

Большой интерес вызывает выпрямитель с удвоением напряжения.

Выпрямитель с удвоением напряжения.

Принцип удвоителя напряжения Латура-Делона-Гренашера основан на поочерёдном заряде-разряде конденсаторов С1 и С2 разными по полярности полуволнами входного напряжения. В результате между катодом одного диода и анодом второго диода возникает напряжение в два раза превышающее входное. Схема в студию:)

Типовая схема выпрямителя с удвоением

Стоит отметить, что данная схема применяется в блоках питания нечасто. Но её можно смело использовать, если необходимо вдвое увеличить напряжение, которое снимается со вторичной обмотки трансформатора. Это будет более логичным и правильным решением, чем перематывать вторичную обмотку трансформатора с целью увеличить выходное напряжение вторичной обмотки в 2 раза (ведь при этом придётся наматывать вторичную обмотку с вдвое большим числом витков). Так что, если не удалось найти подходящий трансформатор — смело применяем данную схему.

Развитием схемы стало создание умножителя на полупроводниковых диодах.

Умножитель напряжения.

Каждый диод и конденсатор образуют «звено» и эти звенья можно соединять последовательно до получения напряжения в несколько десятков киловольт. Конечно, для этого входное напряжение тоже должно быть достаточно большим.

Типовая схема умножителя напряжения

На рисунке изображён четырёхзвенный умножитель и на выходе мы получаем напряжение в четыре раза превышающее входное (U). Эти выпрямители получили большое распространение там, где нужно получить высокое напряжение при достаточно малом токе. Например, по такой схеме были выполнены источники высокого напряжения в старых телевизорах и осциллографах для питания анода электронно-лучевой трубки.

Сейчас такие источники питания используются в научных лабораториях, в детекторах элементарных частиц, в медицинской аппаратуре (люстра Чижевского) и в оружии самообороны (электрошокер). При повторении подобных конструкций и подборе деталей, следует учитывать рабочее напряжение, как диодов, так и конденсаторов исходя из напряжения, которое вы хотите получить. Весь умножитель, как правило, заливается специальным компаундом или эпоксидной смолой во избежание высоковольтных пробоев между элементами схемы.

Читайте также:  Проводник с током находится между полюсами постоянного магнита рис 85 укажите направление силы

Для нормальной работы некоторых устройств как, например, люстры Чижевского необходимы достаточно высокие напряжения. Как считают специалисты, излучатель отрицательных аэроионов, эффективен только при напряжении не менее 60 киловольт.

Трёхфазные выпрямители.

Устройства, которые используются для получения постоянного тока из переменного трёхфазного тока, называются трёхфазными выпрямителями. Трёхфазные выпрямители в бытовой технике, конечно, не используются. Единственный прибор, который может использоваться в быту это сварочный аппарат. В качестве трёхфазных выпрямителей используются наработки двух известных электротехников Миткевича и Ларионова. Самая простая схема Миткевича называется «три четверти моста параллельно», что означает три силовых диода включенных параллельно через вторичные обмотки трёхфазного трансформатора. Схема.

Типовая схема простейшего трёхфазного выпрямителя

Коэффициент пульсаций на нагрузке очень мал, что позволяет использовать конденсаторы фильтра небольшой ёмкости и малых габаритов.

Более сложной является схема Ларионова, которая называется «три полумоста параллельно», что это такое хорошо видно из рисунка.

Схема трёхфазного выпрямителя

В схеме используется уже шесть диодов и немного другая схема включения. Вообще схем трёхфазных выпрямителей достаточно много и наиболее совершенной, хотя редко употребляемой является схема «шесть мостов параллельно», а это уже 24 диода! Зато эта схема может выдавать высокое напряжение при большой мощности.

Трёхфазные мощные выпрямители используются в электровозах, городском электротранспорте (трамвай, троллейбус, метро), в промышленных установках для электролиза. Так же промышленные системы очистки газовых смесей, буровое и сварочное оборудование используют трёхфазные выпрямители.

Теперь вы знаете, какие бывают выпрямители переменного тока и сможете легко обнаружить их на принципиальной схеме или печатной плате любого прибора. А для тех, кто хочет знать больше, рекомендуем ознакомиться с книгой «Полупроводниковые выпрямители».

Источник

Устройство пропускающее переменный ток в одном направлении

Ч тобы научиться создавать устройства, надо знать как они работают, из чего состоят. По любым радиоэлектронным устройствам бегает ток. От того, как и куда его направить, зависит работа устройства. Ток по проводам можно сравнить с течением жидкостей по трубам. Вода в трубах течет по разному, где-то быстро, где-то медленно. Где-то очень большое давление, а где-то совсем маленькое. По трубам не всегда вода течёт, бывает и нефть, а бывают и канализационные и мусоро-проводы для сваливания туда всяких отходов.

У электричества тоже есть свои давление и скорость течения. Чем больше электрический ток, тем толще должен быть провод. Если пустить гречневую кашу через гелевый стержень, она через него не потечёт, стержень заткнётся, и если будет достаточное давление, лопнет в том месте где заткнуло. А вот через трубу диаметром сантиметров пять, гречневая каша потечёт, и ничего не лопнет.
Ток обычно обозначается буквой I и меряется Амперами

Чем больше напряжение, тем толще должна быть изоляция провода. Напряжение — как давление, чем выше, тем толще изоляция, или толще должны быть трубы чтобы выдержать давление. Тонкие трубы ведь большого давления не выдерживают, лопаются, точно так же и провода при большом напряжении пробивает.
Напряжение обычно обозначается буквами U или V и меряется Вольтами.

Электричество течёт в электронных схемах от плюса к минусу.

Начну с описания различных деталей устройств и буду постепенно пополнять их разнообразие.

Диод
Диод обычно предназначен пускать ток в одну сторону, и не пускать в другую.
Как клапан, пропускает воду в одну сторону, а если она потекла в другую, то сразу закрывается. Диод работает точно так же. Диод — электронный клапан.
У каждой лапки диода есть название — анод и катод.
Катод — отрицательный электрод, поэтому в схемах обычно смотрит на минус.
Анод — положительный электрод, и на него чаще всего подают плюс.
Чтобы лучше запомнить, кто из них отрицательный, а кто положительный, — в слове «катод» столько же букв, сколько в слове «минус». А в слове «анод» столько же букв, сколько в слове «плюс». Диод пускает от анода к катоду, и не пускает обратно, от катода к аноду.
На схемах диод обозначается вот так:

Диод
Диод

Где у диода катод, а где анод — легко запомнить, одна сторона обозначения походит на буковку А (анод), правая сторона на букву К (катод).

Диоды на вид бывают всякие разные:

Виды диодов

как подключить диод

Важные характеристики диодов — максимальное напряжение и максимальные токи — постоянный и при коротком импульсе.
Если напряжение в схеме не более 15 Вольт, и ожидаемый постоянный ток через диод предполагается не более 1 Ампер, то и диод должен быть не ниже чем на 15 В, и не ниже чем на ток 1 А.

Если мы подключим диод катодом к минусу, то ток потечёт, и лампочка засветится.
Если мы перевернём диод анодом к минусу, то диод не пропустит ток с плюса на минус, и лампочка не загорится.

Подключение диода

Фотодиоды и светодиоды на принципиальных схемах обозначаются вот как:

фото диод

Иногда с круглишками, иногда без них.

У них точно так же есть катод и анод, как и у простых диодов.
Поэтому крайне важно для работоспособности схемы не путать назначение лапок, полярность.

Переменный ток

В предыдущем примере с диодом и лампочкой был постоянный ток, тоесть тёк в одном направлении.
При переменном токе полярность меняется с какой-то частотой.
В розетках нашей страны плюс с минусом меняются местами 50 раз в секунду, в электросетях Японии и Америки 60 раз, в Европе 100 раз в секунду.
Частота, — будь то смена полярности, или количество зажиганий светодиодика в секунду, — меряется в Герцах.

Как узнать переменный или постоянный ток в цепи ?
Подключили диод, лампочка светится.
Перевернули диод, лампочка всё равно светится.
Если диод заведомо целый, значит ток в цепи переменный.

Переменный ток

переменный и постоянный ток

Чтобы из переменного тока сделать постоянный, нужно 4 диода, для соединения в диодный мост.
Диодный мост на схемах рисуют из четырёх диодов, или просто ромбом с диодом внутри, для упрощения.

диодный мост

Белые провода — переменное напряжение, на выходе постоянное: черный — минус, красный плюс.

диодный мост

Если постоянный ток изобразить на графике, он будет выглядеть вот так.

График постоянного тока

С течением времени на плюсе всегда остаётся плюс, на минусе минус.

У переменного тока с течением времени плюс с минусом на проводах меняются местами, на графике он будет выглядеть вот так:

график переменно тока

Каждая такая пупырышка называется полупериод.
Если выше полоски — положительный, например который нам нужен.
Если ниже полоски — отрицательный, который нам не нужен, и нам надо его перевернуть.
Участок времени из двух полупериодов, отрицательного и положительного, называют полным периодом.
Пометим положительные полупериоды зеленым цветом, отрицательные красным.

полупериоды

Если собрать диодный мост из красных и зеленых светодиодов можно увидеть как он работает:

На лампочку идёт постоянный пульсирующий ток, но она не светится потому что ток через светодиоды недостаточно большой.
Светодиодный мост перевернул отрицательные (красные) полупериоды в нужную нам сторону

график светодиодов

На предыдущем примере частота переменного тока была около 1 герца, тоесть примерно одна смена полярности в секунду.
С более высокими частотами работа диодного моста уже не так явно видна (здесь герц 7-10):

В цепях переменного тока частотами от 30 или 60 герц, глаз не может уследить за миганием светодиодов, они будут мигать очень быстро и будет казаться что они просто все светятся.

Конденсатор

Конденсатор — электронная бочка.
Конденсатор накапливает в себе энергию, и этим самым в электрических схемах работает как бак с водой.
Например если включать и выключать воду, то она то есть, то нету, а нас это не устраивает.
Нам нужно чтоб вода всегда была.
Если под кран, из которого вода то идёт, то не идёт, поставить бочку и проковырять снизу дырку, то из дырки вода будет течь всё время. Ту же самую роль выполняют и конденсаторы в схемах.

Конденсаторы бывают на переменный и на постоянный ток.
У конденсаторов на постоянный ток важно не путать полярность — назначение выводов, какой из них подключить на плюс, а какой на минус.
Конденсатор обозначается на схеме вот так:

Читайте также:  Ток течет от нас как направлены силовые линии магнитного поля

обозначение конденсаторов

Слева на переменный ток, справа на постоянный.

Конденсаторы бывают всякие разные:

Виды конденсаторов

Предыдущая схема у нас была с пульсирующим постоянным током:

пульсация переменного тока

Если параллельно лампочке поставить конденсатор, то на лампочку пойдет постоянный ток без пульсаций.

схема диодного моста

19

Ёмкость конденсаторов измеряется в пикофарадах (пФ или pF), нанофарадах (нФ, nF), микрофарадах (мкФ, uF), и фарадах (Ф, F).
Например 7 нанофарад = 0, 000 000 007 фарад.
14 пикофарад = 0, 000 000 000 014 фарад.
10 микрофарад = 0, 000 010 Фарад.

Ёмкость почти всегда написана на конденсаторе русскими или английскими буквами, или бывает обозначена цветовым или цифровым шифром.

Цифровая маркировка выглядит как три цифры, первые две начальные цифры, последняя -количество нулей после них, получается число в пикофарадах.
Например на конденсаторе надпись 104, это 10 и 4 нуля = 10 0000 пикофарад = 0,1 микрофарад. Или 873 = 87+000 = 87 000 пФ = 87 Нанофарад. 151 = 15 и 0 = 150 пФ. Если две цифры, например 82, то значит нулей нет, и ёмкость конденсатора 82 Пф.

Цветовая маркировка сначала кажется сложнее, но если часто возиться с полосатыми детальками, то можно и её запомнить наизусть.
На деталь наносят 3, 4 или 5 цветных колец.
Первые два кольца — тоже цифры, третье — множитель, х1, х10, х100, х1000, х10000, и т.п., четвёртая — допуск, серебряного цвета или золотого. Допуск — отклонение в процентах, от заявленной ёмкости, золотое кольцо — меньше или больше на 5%, серебряное — на 10%.
Золотое или серебряное кольцо всегда последнее, это чтобы не перепутать откуда считать кольца.

Не менее важный параметр конденсатора — его допустимое напряжение.
Конденсаторы нельзя ставить в цепь с более высоким напряжением, нежели чем указано на конденсаторе. Например на конденсаторе написано 3300uF 16V, значит его допустимое напряжение 16 вольт, его можно ставить в легковой автомобиль, где 13 вольт, но нельзя ставить в КАМАЗ, потому что там 24 вольта, и он может взорваться, а от взорванного конденсатора никакого толку не будет, только перевод деталей. Если просто хочется взорвать ненужный конденсатор, например с оторваной лапкой, или помятым корпусом, то можно подключить конденсатор с допустимым напряжением 6.3 вольта в цепь 48 вольт или еще больше.

Резистор

Резистор с латинского переводится как «сопротивляться».
Говоря по русски, резистор — сопротивление. Резистор в схемах выполняет роль заткнутой поролоном трубы. Заткнутость в трубах бывает разная, можно поставить сито, тогда будет пропускать почти полностью. Можно затолкать поролона, а можно заткнуть наглухо старым валенком так, что за сутки просочится всего одна капля.
Резистор ограничивает ток в цепи.
Чем меньше сопротивление резистора, тем он больше пропускает. Чем больше сопротивление, тем он больше «заткнут» и следовательно меньше пропускает.
Сопротивление измеряется в омах, килоомах (КОм, или К) и мегаомах (МОм или М). Иногда еще в миллиомах.
Чем больше ом резистор, тем больше в нём засунуто «поролона». Так мегаом (миллион ом) вообще почти ничего не пропускает, а один ом пропускает почти всё.
Резистор обозначается на схемах вот так или так:

Обозначение резисторов

Сверху обычно в таком виде он выглядит на наших схемах, а обозначением снизу резисторы рисуют на зарубежных.

Резисторы бывают всякие разные:

Виды резисторов

резисторы

Узнать обозначение можно по маркировке, иногда её пишут буквами — М для мегаомов, К для килоомов, Е или R для омов. Резисторы могут маркироваться цветными кольцами, или цифровой маркировкой, так же как конденсаторы, только значение не в пикофарадах, а в омах.
102 = 10 и 2 нолика = 10 00 ом = 1 килоом.
754 = 75 и 4 нолика = 75 0000 ом = 750 килоом, или 0,75 мегаом.

Еще бывают резисторы с надписями 2М2, М15, К47, 15М, 68К, 3К3, 4R7.
2М2 — 2.2 мегаома,
М15 — 0,15 мегаом или 150 килоом,
К47 — 0,47 килоом, или 470 ом,
15М — 15 мегаом,
68К — 68 килоом,
3К3 — 3.3 килоом (3300 ом),
4R7 — 4.7 ом.

В этой маркировке 2.2 мегаома будет выглядеть как 2М2,
22 мегаома — 22М,
220 килоом, или 0,22 мегаома будет выглядеть как 220К или М22.

Источник



Однополупериодный выпрямитель тока. Схема и принцип работы.

Выпрямитель тока – это устройство, позволяющее выполнить преобразование тока переменного направления в ток постоянного направления. И сегодня мы рассмотрим базовую схему выпрямителя – однополупериодный выпрямитель. Разберем схему, принцип работы, а также достоинства и недостатки.

Однополупериодный выпрямитель.

Схема однополупериодного выпрямителя выглядит следующим образом:

Схема однополупериодного выпрямителя тока

Пусть на входе у нас переменное напряжение, меняющееся по синусоидальному закону:

Сигнал на входе выпрямителя

Резистор же R_н играет роль нагрузки. То есть мы должны обеспечить протекание через него постоянного тока. Давайте разберемся как эта простейшая схема сможет решить нашу задачу!

Итак, диод D_1 пропускает ток только в одном направлении, в те моменты, когда к нему приложено прямое смещение, что соответствует положительным полупериодам ( U_<вх>\gt0 ) входного сигнала. Когда к диоду будет приложено обратное смещение (отрицательные полупериоды), он будет закрыт и по цепи будет протекать только незначительный обратный ток. И в результате сигнал на нагрузке будет выглядеть так:

Выходной сигнал.

Обратным током обычно можно пренебречь, поэтому в итоге мы получаем, что ток через нагрузку протекает только в одном направлении. Но назвать его постоянным не представляется возможным 🙂 Ток через нагрузку хоть и является выпрямленным (протекает только в одном направлении), но носит пульсирующий характер.

Для сглаживания этих пульсаций в схему выпрямителя тока обычно добавляется конденсатор:

Однополупериодный выпрямитель тока

Идея заключается в том, что во время положительного полупериода, конденсатор заряжается (запасает энергию). А во время отрицательного полупериода конденсатор, напротив, разряжается (отдает энергию в нагрузку).

Таким образом, за счет накопленной энергии конденсатор обеспечивает протекание тока через нагрузку и в отрицательные полупериоды входного сигнала. При этом емкость конденсатора должна быть достаточной для того, чтобы он не успевал разряжаться за время, равное половине периода.

Проверяем напряжение на нагрузке для этой схемы:

Принцип работы выпрямителя тока

В точке 1 конденсатор заряжен до напряжения U_1 . Далее входное напряжение понижается, а конденсатор, в свою очередь, начинает разряжаться на нагрузку. Поэтому выходное напряжение не падает до нуля вслед за входным.

В точке 2 конденсатор успел разрядиться до напряжения U_2 . В то же время значение входного сигнала также становится равным этой же величине, поэтому конденсатор снова начинает заряжаться. И эти процессы в дальнейшем циклически повторяются.

А теперь поэкспериментируем и используем в схеме однополупериодного выпрямителя конденсатор меньшей емкости:

Пример работы схемы

И здесь мы видим, что конденсатор из-за меньшей емкости успевает разрядиться гораздо сильнее, и это приводит к увеличению пульсаций, а следовательно к ухудшению работы всей схемы.

На промышленных частотах 50 – 60 Гц однополупериодный выпрямитель практически не применяется из-за того, что для таких частот потребуются конденсаторы с очень большой емкостью (а значит и внушительными габаритами).

Смотрите сами, чем ниже частота, тем больше период сигнала (а вместе с тем, и длительности положительного и отрицательного полупериодов). А чем больше длительность отрицательного полупериода, тем дольше конденсатор должен быть способен разряжаться на нагрузку. А это уже требует большей емкости.

Таким образом, на более низких частотах в силу своих ограничений эта схема не нашла широкого применения. Однако, на частотах в несколько десятков КГц однополупериодный выпрямитель используется вполне успешно.

Рассмотрим преимущества и недостатки однополупериодного выпрямителя:

  • К основным достоинствам схемы, в первую очередь, конечно же, можно отнести простоту и, соответственно, небольшую себестоимость – используется всего один диод.
  • Кроме того, снижено падение напряжения. Как вы помните, при протекании тока через диод на нем самом падает определенное напряжение. По сравнению с мостовой схемой (которую мы разберем в следующей статье), ток протекает только через один диод (а не через два), а значит и падение напряжения меньше.

Основных недостатков также можно выделить несколько:

  • Схема использует энергию только положительного полупериода входного сигнала. То есть половина полезной энергии, которую также можно было бы использовать, уходит просто в никуда. В связи с этим КПД выпрямителя крайне низок.
  • И даже с использованием сглаживающих конденсаторов величина пульсаций довольно-таки значительна, что также является очень серьезным недостатком.

Итак, давайте резюмируем! Мы разобрали схему и принцип работы однофазного однополупериодного выпрямителя тока, а в следующей статье перейдем к более сложным схемам выпрямителей, не пропустите!

Источник