Einzelnen Phasen-Gleichrichter

Electrical Engineering
 

Overview

Quelle: Ali Bazzi, Department of Electrical Engineering, University of Connecticut, Storrs, CT.

Eine DC-Stromversorgung gilt allgemein ein Gerät angeboten, das DC, oder unidirektional, Spannung und Strom liefert. Batterien sind ein solches Netzteil, allerdings sind sie in Bezug auf Lebensdauer und Kosten beschränkt. Eine alternative Methode zur Bereitstellung von unidirektionalen macht soll Linie Wechselstrom zu Gleichstrom über einen Gleichrichter zu verwandeln.

Ein Gleichrichter ist ein Gerät, das Strom in eine Richtung geht, und blockiert es in die andere Richtung ermöglicht die Umwandlung von AC/DC. Gleichrichter sind wichtig in elektronischen Schaltkreisen, da sie erlauben nur Strom in eine bestimmte Richtung, nachdem eine bestimmte Schwelle Durchlassspannung über sie überwinden ist. Ein Gleichrichter kann eine Diode, eine Silizium-Controller-Gleichrichter oder andere Arten von Silizium P-N Verzweigungen. Dioden haben zwei Terminals, die Anode und Kathode, wo fließt der Strom von der Anode zur Kathode. Gleichrichter-Schaltungen verwenden Sie eine oder mehrere Dioden, die Wechselspannungen ändern und Strömungen, die bipolare unipolare Spannungen sind und Strömungen, die leicht gefiltert werden können, um Gleichspannungen zu erreichen und Strömungen.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Elektrotechnik und Informationstechnik. Einzelnen Phasen-Gleichrichter. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

Dioden Gleichrichter sind zwei Terminal-Halbleiter-Bauelemente, die Strom in eine Richtung und in die andere Richtung zu blockieren. Strom fließt von der Anode zur Kathode, aber nicht von der Kathode zur Anode. In der Regel gibt es einige Leckage in Sperrichtung (Kathode, Anode) aktuell, aber es ist sehr gering. Dioden blockieren Stromfluss so müssen eine bestimmte Spannung gegenüber der Kathode zur Anode, zu blockieren, so dass Dioden für ihre Stromtragfähigkeit ausgelegt sind und ihre Spannung, die Fähigkeit zu blockieren. Wenn Spannung an der Diode Klemmen blockieren Rating Spannung überschreitet, ist die Diode in der Zusammenbruch Region wo es bricht und geht beides aktuelle tätig. Die Tatsache, die Dioden Strom in einer Richtung passieren führt zu Berichtigung Fähigkeiten wo AC in DC konvertiert werden kann.

Halbwellen-Gleichrichter (Abb. 1 und Abb. 2) passieren, nur die Hälfte der AC-Eingangsspannung an den Ausgang während sie das Negative blockieren Hälfte durch die Bereitstellung einer Null-Ausgangsspannung. Vollweg-Gleichrichter (Abb. 3 und Abb. 4) spiegeln die Polarität der negative Hälfte neben vorbei der Positive Hälfte positiv werden. Obwohl die Ausgänge dieser Gleichrichter nicht glatt sind, sind sie durch Definition DC-Ausgänge, als der Strom fließt nur in eine Richtung. Diese Ausgabe Wellenformen sind jedoch in der Regel gefiltert, um die daraus resultierenden Ausgangsspannung zu glätten.

Das Ziel dieses Experiments ist Halbwelle und Vollweg-Einphasen Gleichrichter Betrieb für verschiedenen Lasttypen zu studieren. Berichtigung, zusammen mit der Abzweigung Eigenschaften von Dioden, werden beobachtet, wenn die Diode aktuelle Null erreicht. Die DC-Ausgangsspannung mit einer elektrolytischen Kondensator Filtern wird auch untersucht.

Procedure

Achtung: Während dieses Experiments, berühren Sie keinen Teil der Schaltung während erregt. AC-Quelle ist nur begründet, wie in Abb. 1 und 2 gezeigt, wenn der Funktionsgenerator eine Quelle ist. Die VARIAC darf nicht geerdet werden.

1. AC Source Setup

Für dieses Experiment dienen zwei AC-Quellen; ein Stelltransformator (VARIAC) bei einer niedrigen Frequenz von 60 Hz und einem Funktionsgenerator mit 10 V Spitze sinusförmigen Ausgang und 1 kHz Frequenz.

  1. Schließen Sie bevor Sie beginnen Differenzialfühler auf einen Bereich Kanal und eine regelmäßige Sonde auf den anderen Kanal.
  2. Passen Sie die Tasten auf der Sonden wie folgt: Differenzialfühler 20 X (oder 1/20) und die regelmäßige Sonde bei 10 X. Vergessen Sie nicht, die Differenzialfühler einzuschalten.
  3. Legen Sie jeden Kanal im Menü über den Umfang der Sonde bei 10 X sein. Multiplizieren Sie für die Differenzialfühler manuell keine Messungen oder Ergebnisse mit zwei 20 X gewünscht zu erreichen.
  4. Der Funktionsgenerator einrichten, stellen Sie sicher der 50 Ω Ausgabe ist mit einem BNC-zu-Alligator-Kabel verbunden.
    1. Schließen Sie die Krokodilklemmen an einer regulären Bereich-Sonde, die Funktion Generatorleistung zu beobachten.
    2. Stellen Sie den Ausgang einer Sinuskurve mit 10 V Spitze und 1 kHz Frequenz mit Nullpunktverschiebung DC sein.
    3. Beobachten der Funktionsgenerator ausgegeben und passen Sie ihre Einstellungen, um die gewünschte Ausgabe-Wellenform zu erreichen.
    4. Sobald Ihr Signal ist gesetzt, trennen Sie dem BNC-Anschluss aber der Funktionsgenerator auf, pflegen Sie ihre Einstellungen. Die Generatorleistung trennen Sie Umfang Sonde.
  5. Die VARIAC einrichten, stellen Sie sicher die VARIAC Ausgabe (sieht aus wie eine normale Steckdose) ist kein Kabel verbunden.
    1. Halten Sie die VARIAC ab und stellen Sie sicher, dass der Regler auf Null eingestellt ist.
    2. Langsam anpassen, den VARIAC Regler auf 5 % ausgegeben. Dies sollte um 10V Spitzenspannung ergeben.

Einweggleichrichter

(2) ohmsche Last mit Hochfrequenz-Eingang

  1. Verwenden der Funktionsgenerator als AC-Quelle, sondern halten es vorerst vom Stromkreis getrennt.
  2. Bauen Sie auf dem Proto-Brett die Schaltung in Abb. 1 gezeigt. Die Diode (D) ist 2A01G-T für 50 V und 2 A ausgelegt, während der Last Widerstand (R) 51 Ω ist.
    1. Stellen Sie sicher, dass die Diode Polarität korrekt ist. Das Armaturenbrett auf der Diode ist an der Kathode.
  3. Binden Sie bevor Sie die Differenzialfühler an den Stromkreis anschließen die Sonde Klemmen zusammen und passen Sie ihre gemessenen Wellenform auf dem Bildschirm zu zeigen Null Offset-Spannung.
    1. Verbinden Sie die differentielle Spannung Sonde über der Last Widerstand, die Ausgangsspannung Vherauszu beobachten.
    2. Verbinden Sie eine regelmäßige Sonde über der AC-Seite, die Eingangsspannung Vinzu beobachten.
    3. Der Funktionsgenerator an den Stromkreis anschließen.
  4. Passen Sie die Zeitbasis auf den Umfang, in V und V, für bis zu vier grundlegenden Zyklen von Vinzu zeigen. Erstellen Sie eine Kopie der Wellenformen.
    1. Bei der Diode Abzweigung Region vergrößern Sie, und erstellen Sie eine Kopie der Wellenformen.
  5. Lösen Sie der Funktionsgenerator und entfernen Sie der Differenzialfühler für Last Änderungen. Halten Sie den Rest der Schaltung und Verbindungen, wie sie sind.

Figure 1
Abbildung 1 : Einweggleichrichter mit ohmsche Last

(3) resistiven induktive Last mit Hochfrequenz-Eingang

  1. Verwenden die gleiche Schaltung in Abb. 1, verbinden Sie ein 4,7 mH Induktivität (L) in Serie mit der ohmsche Last wie in Abb. 2 dargestellt.
  2. Die differentielle Spannung Sonde über der Last Widerstand, Widerstand Spannung Vherauszu beobachten, hat die gleiche Form der Wellenform wie der R-L-Laststrom verbinden ich,.
  3. Schalten Sie die Funktion Generator Ausgang.
  4. Passen Sie die Zeitbasis auf den Umfang, in V und V, für bis zu vier grundlegenden Zyklen von Vinzu zeigen. Erstellen Sie eine Kopie der Wellenformen.
    1. Bei der Diode Abzweigung Region vergrößern und die Verzögerung in der Abschaltzeit zu beobachten. Erstellen Sie eine Kopie der Wellenformen.
    2. Die Generatorleistung Funktion ausschalten und vom Stromkreis trennen.
    3. Entfernen Sie die Induktivität L und halten Sie den Rest der Strecke zu, wie es ist.

Figure 2
Abbildung 2 : Einweggleichrichter mit R-L-Last

4. ohmsche Last mit Niederfrequenz-Eingang

  1. Machen Sie sicher, dass die VARIAC Ausgabe bei 5 % und vom Stromkreis getrennt. Die Differenzialfühler über die VARIAC verbinden, VARIAC schalten und leicht passen Sie die Ausgabe um 10 V Spitze zu erreichen.
    1. Erfassen Sie die Wellenform auf den Umfang, als Ihre Referenz Eingangsspannung Beobachtung zu nutzen.
    2. Deaktivieren Sie der VARIAC jedoch ändern Sie seine Spannungseinstellung nicht.
  2. Mit der gleichen Schaltung aus Abb. 1, d. h. mit der Induktor nicht getrennt und der Widerstand wird die einzige Last, verbinden die VARIAC Ausgang mit dem Bananen-Stecker-Kabel.
  3. Verbinden Sie die differentielle Spannung Sonde über der Last Widerstand, die Ausgangsspannung Vherauszu beobachten.
  4. Schalten Sie ON the VARIAC Ausgabe. Bleiben Sie weg von der Rennstrecke und beobachten Sie die Wellenformen auf den Anwendungsbereich. Benötigen Sie Ihre Schaltung debuggen, Ausschalten der VARIAC zuerst.
  5. Passen Sie die Zeitbasis hinsichtlich des V, für bis zu vier grundlegenden Zyklen zu zeigen. Erstellen Sie eine Kopie der Wellenform.
    1. Bei der Diode Abzweigung Region vergrößern Sie, und erstellen Sie eine Kopie der Wellenformen.
  6. Schalten Sie die VARIAC und zerlegen Sie Ihrer Schaltung zu. Ändern Sie nicht die VARIAC Spannungseinstellung.

Vollweg-Gleichrichters

5. ohmsche Last

  1. Bauen Sie auf dem Proto Board die Schaltung in Abb. 3 dargestellt.
    1. Stellen Sie sicher, dass die Diode Polarität korrekt ist. Das Armaturenbrett auf der Diode ist an der Kathode.
  2. Sobald die Schaltung fertig ist, schließen Sie die VARIAC als AC-Quelle ausgegeben.
  3. Verbinden Sie die differentielle Spannung Sonde über der Last Widerstand, die Ausgangsspannung Vherauszu beobachten.
  4. Schalten Sie ON the VARIAC Ausgabe. Bleiben Sie weg von der Rennstrecke und beobachten Sie die Wellenformen auf den Anwendungsbereich. Benötigen Sie Ihre Schaltung debuggen, Ausschalten der VARIAC zuerst.
  5. Passen Sie die Zeitbasis auf den Anwendungsbereich für bis zu vier grundlegenden Zyklen von Vin Vheraus zeigen. Erstellen Sie eine Kopie der Wellenformen.
    1. Messen Sie den Spitze-Spitze-Wert der V, mithilfe der Cursor.
  6. Halten Sie den Sonde Verbindungen wie sie sind und schalten Sie die VARIAC und zerlegen Sie Ihrer Schaltung zu.
    1. Ändern Sie nicht die VARIAC Spannungseinstellung.

Figure 3
Abbildung 3 . Vollweg-Gleichrichters mit ohmsche Last.

6. ohmsche Last mit Kondensator-Filterung

  1. Verwenden die gleiche Schaltung in Abb. 3, verbinden Sie einen elektrolytischen Kondensator (C) parallel mit der ohmsche Last, wie in Abb. 4 dargestellt.
    1. Stellen Sie sicher, dass die Polarität des Kondensators mit der (-) Klemme verbunden mit negativen Seite der Ladung korrekt ist.
  2. Schalten Sie ON the VARIAC Ausgabe. Bleiben Sie weg von der Rennstrecke und beobachten Sie die Wellenformen auf den Anwendungsbereich. Schalten Sie vor dem Debuggen der Schaltung, die VARIAC aus.
  3. Passen Sie die Zeitbasis hinsichtlich des V, für bis zu vier grundlegenden Zyklen von VIN zu zeigen. Erstellen Sie eine Kopie der Wellenformen.
    1. Den Spitze-Spitze-Wert der V, mithilfe der Cursor und die AC-Kopplung Option für diesen Kanal zu messen (AC Kopplung eliminiert die DC-Offset eines Signals).
  4. Zurück zu DC Kupplung, sobald die Messung vorgenommen wird.
  5. Schalten Sie die VARIAC.
  6. Die Schaltung zerlegen und reinigen auf der Bank.

Figure 4
Abbildung 4 . Vollweg-Gleichrichters mit ohmsche Last und Filtern von kapazitiven

Einphasige Gleichrichter sollen zur Versorgungsspannung AC konvertieren und aktuellen DC, je nach Bedarf für die Stromversorgung von Geräten und digitalen elektronischen Geräten. Standard Netzspannung versorgt, Häuser und Gewerbe ist AC. Allerdings sollen die meisten Digitalelektronik mit Gleichstrom ausgeführt. Gleichrichter sind Geräte, die verwendet werden, um kompatibel DC-Versorgung mit AC Strom zu verwandeln. Ein Gleichrichter übergibt aktuelle nur in eine Richtung, damit Umwandlung bipolar AC-Eingang zu einer unipolaren berichtigte Ausgabe. Gleichrichter-Schaltungen verwenden Sie eine oder mehrere Dioden, Pass nur positive oder negative Wechselstrom, in eine pulsierende Quelle, die sich daraus ergebenden dann gefiltert, glatte, einheitliche, DC-Spannung zu erreichen und aktuelle. Dieses Video stellt grundlegende Konzepte der Gleichrichter und Diode Schaltung zeigt mehrere gemeinsame Gleichrichter-Schaltungen und testet die Ausgangsspannung Gleichrichter Schaltungen mit Variationen in Spannungseingang und Beladungskonfiguration.

Gleichrichter sind Geräte, die in elektronischen Schaltungen verwendet, um Strom in einer Richtung passieren und in die andere Richtung zu blockieren. Gleichrichter ermöglichen den Durchtritt von Strom nur dann, wenn eine Schwelle Durchlassspannung übertroffen wird. Dioden Gleichrichter haben zwei Terminals, die Anode und Kathode mit aktuellem von der Anode zur Kathode fließt und von der Kathode zur Anode blockiert. Einphasen-Halbwellen Gleichrichter pass Spannung über über eine einzelne Diode. In dieser Schaltung Eingang nur die positive Hälfte der AC Spannung über der Last Widerstand an den Ausgang überträgt. Wenn die Diode vertauscht wären, scheint nur die negativen Hälfte der AC-Eingangsspannung über den Widerstand. Spannung für die negative Hälfte des AC-Zyklus wird blockiert. Mit nur eine Polarität, die RMS oder Root Mean squared sinkt die Ausgangsspannung im Vergleich zu jener der Bi-polar-Eingangsspannung. Vollweg-Gleichrichter übergeben beide halbe Zyklen der AC-Eingangsspannung über eine Brückenschaltung vier Dioden, wie gezeigt. Die Polarität der negative Hälfte spiegeln und nachgiebig einen höheren durchschnittliche Ausgangsspannung über den Last Widerstand. Gleichrichter führen eine unidirektionale, sondern pulsierend mit der Effekt noch deutlicher in Halbwellen-Gleichrichtern. Der Ausgang des Gleichrichters ist jedoch in der Regel durch die Zugabe einer Induktivität in Reihe mit der Lastwiderstand gefiltert. Im Vollweg-Gleichrichter dient ein Kondensator parallel zu den Last Widerstand montiert dem gleichen Zweck. Dieses Video veranschaulicht die Hälfte und Vollweg-Einphasen Gleichrichter Betrieb mit unterschiedlichen Ausgang Lasten, Diode schalten Sie Eigenschaften und Filterung der DC Ausgangsspannung mit verschiedenen Schaltungen.

Für diese Demonstration der Gleichrichter Betrieb werden zwei verschiedene AC-Quellen verwendet, Hochfrequenz, einem Kilohertz Eingang, entsteht mit einem Funktionsgenerator mit 10 Volt sinusförmigen Spitzenleistung. Niederfrequenz-60 Hertz-Eingang wird durch einen variac geliefert. Berühren Sie keinen Teil der Schaltung während erregt. Wenn Sie die Funktion Generator Quelle verwenden, sind die Schaltungen geerdet, wie gezeigt. Die variac Versorgung darf nicht geerdet werden. Zum Einrichten der Funktionsgenerator für Hochfrequenz-Ausgabe schließen Sie der Differenzialfühler an einem Oszilloskop Kanal eins und ein 10 X Kanal zwei Sonde an. Passen Sie die Skalierungsfaktoren auf den Differenzialfühler 20 X und 10 X 10 X Sonde. Legen Sie in den Bereich Kanal Menüs beide Sonden auf 10 X. Für die Differenzialfühler manuell multiplizieren Sie Messungen mit zwei 20 x gewünschte Ausgabe zu erreichen. Als nächstes verbinden Sie ein BNC mit Alligator-Kabel an den 50 Ohm Ausgang der Funktionsgenerator und schließen Sie die Krokodilklemmen an die 10 x Umfang Sonde. Stellen Sie den Ausgang auf einen Höchststand von 10 Volt und 1.000 Hertz sinusförmigen Wellenform mit Null DC-Offset. Sobald das Signal entsprechend eingestellt ist, trennen Sie die Bnc-Stecker und Umfang Sonde, aber halten Sie den Funktionsgenerator auf seine Einstellungen pflegen. Um die variac für Niederfrequenz Ausgang einzurichten, stellen Sie sicher, dass die Output-Buchse verbunden ist, und dass es aus mit seiner Regler auf Null gesetzt. Langsam stellen Sie als nächstes den variac Knopf auf fünf Prozent Ausgabe 10 Volt Spitze zu erreichen.

Zunächst testen der Einweggleichrichter mit einem Hochfrequenz-Eingangsspannung und eine ohmsche Last. Die Schaltung zu bauen, wie gezeigt, mit einem 51 Ohm Last Widerstand und eine Diode für 50 Volt und zwei Ampere ausgelegt. Diode Polarität ist mit einem Bindestrich-Symbol auf der Kathode Ende beschriftet. Bevor Sie die Differenzialfühler an den Stromkreis anschließen, Klemmen die Sonde zusammen und passen Sie die Wellenform Offset-Spannung auf Null. Schließen Sie anschließend die differentielle Spannung Sonde über der Last Widerstand, die Ausgangsspannung zu beobachten und die 10 X-Sonde auf der AC-Seite, die Eingangsspannung zu beobachten. Stellen Sie als nächstes die Zeitbasis hinsichtlich des anzuzeigenden ein- und Ausgangsspannung für vier Zyklen der Eingangsspannung. Trennen Sie der Funktionsgenerator zu und entfernen Sie die Differenzialfühler aus dem Kreislauf zu, bevor Sie Änderungen vornehmen. Testen Sie danach die Einweggleichrichter mit Hochfrequenz-Eingang und eine ohmsche, induktive Belastung. Wiederverwendung der Schaltung, Hinzufügen einer Induktivität in Reihe mit dem Widerstand, wie gezeigt. Wie bereits beschrieben, Sonden an den Stromkreis anschließen und zeigt Wellenformen von Eingangs- und Ausgangsspannung. Schalten Sie den Funktionsgenerator, trennen Sie die Differenzialfühler und entfernen Sie die Induktivität aus dem Kreislauf zu. Schließlich der Einweggleichrichter mit Niederfrequenz-Eingang und eine ohmsche Last zu testen. Die Differenzialfühler über die variac verbinden und einschalten. Anpassen der variac erhalten eine Spitzenleistung von 10 Volt, dann schalten Sie ohne Änderung der Spannungseinstellung der variac. Befestigen Sie die variac Ausgabe auf die resistive Schaltung, wie abgebildet. Schließen Sie die differentielle Spannung Sonde über der Last Widerstand, die Ausgangsspannung zu beobachten. Schalten Sie die variac. Berühren Sie nicht die Schaltung mit dem variac Stromversorgung angeschlossen und auf. Wie bereits beschrieben, zeigen Sie Wellenformen von Eingangs- und Ausgangsspannung.

Zunächst testen Sie Vollweg-Gleichrichters mit eine ohmsche Last. Bauen Sie die Schaltung zu, wie gezeigt, und verbinden Sie die Sonden und die variac Ausgabe mit der Schaltung. Wie bereits beschrieben, zeigen Sie Wellenformen von Eingangs- und Ausgangsspannung und Messen Sie die Spitze-Spitze-Spannungen zu. Beibehaltung der Sonde Verbindungen, schalten Sie die variac und schließen Sie einen elektrolytischen Kondensator parallel zu der ohmsche Last. Dann beobachten Sie die Input- und Output Spannung.

Die erste Abbildung zeigt vier Zyklen einer Wechselspannung für die Versorgung und die Ausgabe von eine ohmsche Last gekoppelt an eine Halbwelle Gleichrichter. Nur die positive Hälfte Zyklus der Eingang AC Spannung Pässe über die Dioden Gleichrichter. Wenn die Eingangsspannung der Einweggleichrichter Schaltung sinusförmig ist, ist die mittlere Spannung Ausgang für eine einzelne Diode mit eine ohmsche Last die Eingabe Spitzenspannung geteilt durch Pi. Wenn eine Induktivität in Reihe mit der Last Widerstand hinzugefügt wird, wird die Diode schalten Sie Region verzögert. Diese Kombination aus Induktivität und Widerstand ist ein Tiefpass-Filter. Wenn der Wert der Induktivität groß genug ist, wird die oszillierende Komponente des Ausgangs blockiert, verlassen nur die konstante DC-Komponente. Für eine voll-Brückengleichrichter sind die Eingabe positive Hälfte Zyklen durchlaufen die Schaltung und die negative Hälfte Zyklen zu positiven korrigiert. Hinzufügen eines ausreichend großen Kondensators filtert die meisten die Welligkeit der Spannung und stellt die Belastung mit einer konsistenten Gleichspannung.

Dioden Gleichrichter sind in den meisten Netzteile, Ladegeräte, Variable Frequenz-Antriebe und viele Schutzschaltungen. Zunächst sind AC Power Adapter verwendet, um Kraft für Gleichstrommaschinen geliefert oder zum Aufladen DC Batterien enthaltenen Geräte konvertieren. Der Adapter kann so einfach sein wie eine Schaltung, bestehend aus einem Transformator tritt die Spannung von 120 Volt-Wand-Versorgung, eine vier Diode Brückengleichrichter Vollwelle und einem Kondensator um die DC-Ausgangsspannung zu glätten. Thyristoren sind Silikon gesteuerten Gleichrichter allgemein verwendet im Licht-Dimmer, motor Speed Controller und Spannungsregler. Standardmäßig ist der Thyristor für wechselnde Schichten von P und N-Typ-Halbleiter zur Erstellung eine Anode Ende P-Typ hat eine Kathode Ende Typ N und ein Tor-Sprung an der Textebene P neben der Kathode verbunden. Über einem bistabilen Grenzwert schaltet ein Stromimpuls in das Tor der Thyristor aus dem off, auf, so dass nach vorne Stromfluss von der Anode zur Kathode. Dies korrigiert Stromfluss in eine Richtung und regelt die Leistung mit einer integrierten Schaltmechanismus.

Sie habe nur Jupiters Einführung in einphasigen Gleichrichter beobachtet. Sie sollten jetzt wie Einphasen Gleichrichter Arbeit, gemeinsamen Gleichrichter-Schaltungen und ihre Ausgabe und einige gängige Gleichrichter Anwendungen verstehen. Danke fürs Zuschauen.

Results

Es wird erwartet, dass eine ohmsche Last gekoppelt mit einem Einweggleichrichter die positive Hälfte-Zyklus der AC-Eingangsspannung nur angezeigt werden, da die Dioden Gleichrichter Strom in einer Richtung passieren kann. Mit einer Vollbrücke Gleichrichter Eingang positiven und negativen Halbwellen werden korrigiert, um positiv zu sein, aber hinzufügen eines Kondensators werden herausfiltern, die meisten die Welligkeit der Spannung und die Last mit einer sauberen Gleichspannung.

Wenn eine Induktivität in Reihe mit der Last hinzugefügt wird, wird davon ausgegangen, dass die Diode schalten Sie verzögert wird. Dies kann wie folgt erklärt werden: Dioden schalten Sie unter zwei Bedingungen (, die erforderlich sind, um nebeneinander) (1) der Strom in der Diode gegen Null gehen, und (2) die Spannung an der Diode (Anoden-Kathoden-Spannung) ist unterhalb der Schwellenwerts der Turn-on. Wenn eine Induktivität in Reihe mit der Last ist, speichert die Energie und wird als Stromquelle zu handeln, wenn die Quelle nicht verfügbar ist oder wird an der Diode Anodenseite negativ. Induktor aktuelle wird daher die Diode pflegen, so voreingenommen, bis die Induktivität Energie abgeführt werden kann. Wesentlichen Gleichungen, die grundlegende Gleichrichter Schaltungen mit Regeln VinEingang =V0cos (ωt):

Einzelne Diode und ohmsche Last: < V,> =V0/π (1)

Diodenbrücke und ohmsche Last: <V,> = 2V0/π (2)

Diodenbrücke, Strombelastung Quelle: < V,> = 2V0/π (3)

Applications and Summary

Dioden Gleichrichter sind fast in jedem Netzteil, Ladegerät, Frequenzumrichter und viele Schutzschaltungen. Die meisten DC-Netzteile oder verstellbare AC Netzteile verwenden Dioden Gleichrichter, AC, DC und dann einstellbar AC konvertieren, wenn wie in AC Netzteile und variabler Frequenz Laufwerke benötigt. Anwendungen in elektronische Stromrichter sind häufig für Spannung zu blockieren, und Freilauf Energie in Induktoren, elektromechanische Relais und Motorwicklungen. Diode Anwendungen hinausgehen Elektronik Leistungsanwendungen zu niedrigen Leistungselektronik, Kommunikationssysteme und Beleuchtungsanwendungen.

Achtung: Während dieses Experiments, berühren Sie keinen Teil der Schaltung während erregt. AC-Quelle ist nur begründet, wie in Abb. 1 und 2 gezeigt, wenn der Funktionsgenerator eine Quelle ist. Die VARIAC darf nicht geerdet werden.

1. AC Source Setup

Für dieses Experiment dienen zwei AC-Quellen; ein Stelltransformator (VARIAC) bei einer niedrigen Frequenz von 60 Hz und einem Funktionsgenerator mit 10 V Spitze sinusförmigen Ausgang und 1 kHz Frequenz.

  1. Schließen Sie bevor Sie beginnen Differenzialfühler auf einen Bereich Kanal und eine regelmäßige Sonde auf den anderen Kanal.
  2. Passen Sie die Tasten auf der Sonden wie folgt: Differenzialfühler 20 X (oder 1/20) und die regelmäßige Sonde bei 10 X. Vergessen Sie nicht, die Differenzialfühler einzuschalten.
  3. Legen Sie jeden Kanal im Menü über den Umfang der Sonde bei 10 X sein. Multiplizieren Sie für die Differenzialfühler manuell keine Messungen oder Ergebnisse mit zwei 20 X gewünscht zu erreichen.
  4. Der Funktionsgenerator einrichten, stellen Sie sicher der 50 Ω Ausgabe ist mit einem BNC-zu-Alligator-Kabel verbunden.
    1. Schließen Sie die Krokodilklemmen an einer regulären Bereich-Sonde, die Funktion Generatorleistung zu beobachten.
    2. Stellen Sie den Ausgang einer Sinuskurve mit 10 V Spitze und 1 kHz Frequenz mit Nullpunktverschiebung DC sein.
    3. Beobachten der Funktionsgenerator ausgegeben und passen Sie ihre Einstellungen, um die gewünschte Ausgabe-Wellenform zu erreichen.
    4. Sobald Ihr Signal ist gesetzt, trennen Sie dem BNC-Anschluss aber der Funktionsgenerator auf, pflegen Sie ihre Einstellungen. Die Generatorleistung trennen Sie Umfang Sonde.
  5. Die VARIAC einrichten, stellen Sie sicher die VARIAC Ausgabe (sieht aus wie eine normale Steckdose) ist kein Kabel verbunden.
    1. Halten Sie die VARIAC ab und stellen Sie sicher, dass der Regler auf Null eingestellt ist.
    2. Langsam anpassen, den VARIAC Regler auf 5 % ausgegeben. Dies sollte um 10V Spitzenspannung ergeben.

Einweggleichrichter

(2) ohmsche Last mit Hochfrequenz-Eingang

  1. Verwenden der Funktionsgenerator als AC-Quelle, sondern halten es vorerst vom Stromkreis getrennt.
  2. Bauen Sie auf dem Proto-Brett die Schaltung in Abb. 1 gezeigt. Die Diode (D) ist 2A01G-T für 50 V und 2 A ausgelegt, während der Last Widerstand (R) 51 Ω ist.
    1. Stellen Sie sicher, dass die Diode Polarität korrekt ist. Das Armaturenbrett auf der Diode ist an der Kathode.
  3. Binden Sie bevor Sie die Differenzialfühler an den Stromkreis anschließen die Sonde Klemmen zusammen und passen Sie ihre gemessenen Wellenform auf dem Bildschirm zu zeigen Null Offset-Spannung.
    1. Verbinden Sie die differentielle Spannung Sonde über der Last Widerstand, die Ausgangsspannung Vherauszu beobachten.
    2. Verbinden Sie eine regelmäßige Sonde über der AC-Seite, die Eingangsspannung Vinzu beobachten.
    3. Der Funktionsgenerator an den Stromkreis anschließen.
  4. Passen Sie die Zeitbasis auf den Umfang, in V und V, für bis zu vier grundlegenden Zyklen von Vinzu zeigen. Erstellen Sie eine Kopie der Wellenformen.
    1. Bei der Diode Abzweigung Region vergrößern Sie, und erstellen Sie eine Kopie der Wellenformen.
  5. Lösen Sie der Funktionsgenerator und entfernen Sie der Differenzialfühler für Last Änderungen. Halten Sie den Rest der Schaltung und Verbindungen, wie sie sind.

Figure 1
Abbildung 1 : Einweggleichrichter mit ohmsche Last

(3) resistiven induktive Last mit Hochfrequenz-Eingang

  1. Verwenden die gleiche Schaltung in Abb. 1, verbinden Sie ein 4,7 mH Induktivität (L) in Serie mit der ohmsche Last wie in Abb. 2 dargestellt.
  2. Die differentielle Spannung Sonde über der Last Widerstand, Widerstand Spannung Vherauszu beobachten, hat die gleiche Form der Wellenform wie der R-L-Laststrom verbinden ich,.
  3. Schalten Sie die Funktion Generator Ausgang.
  4. Passen Sie die Zeitbasis auf den Umfang, in V und V, für bis zu vier grundlegenden Zyklen von Vinzu zeigen. Erstellen Sie eine Kopie der Wellenformen.
    1. Bei der Diode Abzweigung Region vergrößern und die Verzögerung in der Abschaltzeit zu beobachten. Erstellen Sie eine Kopie der Wellenformen.
    2. Die Generatorleistung Funktion ausschalten und vom Stromkreis trennen.
    3. Entfernen Sie die Induktivität L und halten Sie den Rest der Strecke zu, wie es ist.

Figure 2
Abbildung 2 : Einweggleichrichter mit R-L-Last

4. ohmsche Last mit Niederfrequenz-Eingang

  1. Machen Sie sicher, dass die VARIAC Ausgabe bei 5 % und vom Stromkreis getrennt. Die Differenzialfühler über die VARIAC verbinden, VARIAC schalten und leicht passen Sie die Ausgabe um 10 V Spitze zu erreichen.
    1. Erfassen Sie die Wellenform auf den Umfang, als Ihre Referenz Eingangsspannung Beobachtung zu nutzen.
    2. Deaktivieren Sie der VARIAC jedoch ändern Sie seine Spannungseinstellung nicht.
  2. Mit der gleichen Schaltung aus Abb. 1, d. h. mit der Induktor nicht getrennt und der Widerstand wird die einzige Last, verbinden die VARIAC Ausgang mit dem Bananen-Stecker-Kabel.
  3. Verbinden Sie die differentielle Spannung Sonde über der Last Widerstand, die Ausgangsspannung Vherauszu beobachten.
  4. Schalten Sie ON the VARIAC Ausgabe. Bleiben Sie weg von der Rennstrecke und beobachten Sie die Wellenformen auf den Anwendungsbereich. Benötigen Sie Ihre Schaltung debuggen, Ausschalten der VARIAC zuerst.
  5. Passen Sie die Zeitbasis hinsichtlich des V, für bis zu vier grundlegenden Zyklen zu zeigen. Erstellen Sie eine Kopie der Wellenform.
    1. Bei der Diode Abzweigung Region vergrößern Sie, und erstellen Sie eine Kopie der Wellenformen.
  6. Schalten Sie die VARIAC und zerlegen Sie Ihrer Schaltung zu. Ändern Sie nicht die VARIAC Spannungseinstellung.

Vollweg-Gleichrichters

5. ohmsche Last

  1. Bauen Sie auf dem Proto Board die Schaltung in Abb. 3 dargestellt.
    1. Stellen Sie sicher, dass die Diode Polarität korrekt ist. Das Armaturenbrett auf der Diode ist an der Kathode.
  2. Sobald die Schaltung fertig ist, schließen Sie die VARIAC als AC-Quelle ausgegeben.
  3. Verbinden Sie die differentielle Spannung Sonde über der Last Widerstand, die Ausgangsspannung Vherauszu beobachten.
  4. Schalten Sie ON the VARIAC Ausgabe. Bleiben Sie weg von der Rennstrecke und beobachten Sie die Wellenformen auf den Anwendungsbereich. Benötigen Sie Ihre Schaltung debuggen, Ausschalten der VARIAC zuerst.
  5. Passen Sie die Zeitbasis auf den Anwendungsbereich für bis zu vier grundlegenden Zyklen von Vin Vheraus zeigen. Erstellen Sie eine Kopie der Wellenformen.
    1. Messen Sie den Spitze-Spitze-Wert der V, mithilfe der Cursor.
  6. Halten Sie den Sonde Verbindungen wie sie sind und schalten Sie die VARIAC und zerlegen Sie Ihrer Schaltung zu.
    1. Ändern Sie nicht die VARIAC Spannungseinstellung.

Figure 3
Abbildung 3 . Vollweg-Gleichrichters mit ohmsche Last.

6. ohmsche Last mit Kondensator-Filterung

  1. Verwenden die gleiche Schaltung in Abb. 3, verbinden Sie einen elektrolytischen Kondensator (C) parallel mit der ohmsche Last, wie in Abb. 4 dargestellt.
    1. Stellen Sie sicher, dass die Polarität des Kondensators mit der (-) Klemme verbunden mit negativen Seite der Ladung korrekt ist.
  2. Schalten Sie ON the VARIAC Ausgabe. Bleiben Sie weg von der Rennstrecke und beobachten Sie die Wellenformen auf den Anwendungsbereich. Schalten Sie vor dem Debuggen der Schaltung, die VARIAC aus.
  3. Passen Sie die Zeitbasis hinsichtlich des V, für bis zu vier grundlegenden Zyklen von VIN zu zeigen. Erstellen Sie eine Kopie der Wellenformen.
    1. Den Spitze-Spitze-Wert der V, mithilfe der Cursor und die AC-Kopplung Option für diesen Kanal zu messen (AC Kopplung eliminiert die DC-Offset eines Signals).
  4. Zurück zu DC Kupplung, sobald die Messung vorgenommen wird.
  5. Schalten Sie die VARIAC.
  6. Die Schaltung zerlegen und reinigen auf der Bank.

Figure 4
Abbildung 4 . Vollweg-Gleichrichters mit ohmsche Last und Filtern von kapazitiven

Einphasige Gleichrichter sollen zur Versorgungsspannung AC konvertieren und aktuellen DC, je nach Bedarf für die Stromversorgung von Geräten und digitalen elektronischen Geräten. Standard Netzspannung versorgt, Häuser und Gewerbe ist AC. Allerdings sollen die meisten Digitalelektronik mit Gleichstrom ausgeführt. Gleichrichter sind Geräte, die verwendet werden, um kompatibel DC-Versorgung mit AC Strom zu verwandeln. Ein Gleichrichter übergibt aktuelle nur in eine Richtung, damit Umwandlung bipolar AC-Eingang zu einer unipolaren berichtigte Ausgabe. Gleichrichter-Schaltungen verwenden Sie eine oder mehrere Dioden, Pass nur positive oder negative Wechselstrom, in eine pulsierende Quelle, die sich daraus ergebenden dann gefiltert, glatte, einheitliche, DC-Spannung zu erreichen und aktuelle. Dieses Video stellt grundlegende Konzepte der Gleichrichter und Diode Schaltung zeigt mehrere gemeinsame Gleichrichter-Schaltungen und testet die Ausgangsspannung Gleichrichter Schaltungen mit Variationen in Spannungseingang und Beladungskonfiguration.

Gleichrichter sind Geräte, die in elektronischen Schaltungen verwendet, um Strom in einer Richtung passieren und in die andere Richtung zu blockieren. Gleichrichter ermöglichen den Durchtritt von Strom nur dann, wenn eine Schwelle Durchlassspannung übertroffen wird. Dioden Gleichrichter haben zwei Terminals, die Anode und Kathode mit aktuellem von der Anode zur Kathode fließt und von der Kathode zur Anode blockiert. Einphasen-Halbwellen Gleichrichter pass Spannung über über eine einzelne Diode. In dieser Schaltung Eingang nur die positive Hälfte der AC Spannung über der Last Widerstand an den Ausgang überträgt. Wenn die Diode vertauscht wären, scheint nur die negativen Hälfte der AC-Eingangsspannung über den Widerstand. Spannung für die negative Hälfte des AC-Zyklus wird blockiert. Mit nur eine Polarität, die RMS oder Root Mean squared sinkt die Ausgangsspannung im Vergleich zu jener der Bi-polar-Eingangsspannung. Vollweg-Gleichrichter übergeben beide halbe Zyklen der AC-Eingangsspannung über eine Brückenschaltung vier Dioden, wie gezeigt. Die Polarität der negative Hälfte spiegeln und nachgiebig einen höheren durchschnittliche Ausgangsspannung über den Last Widerstand. Gleichrichter führen eine unidirektionale, sondern pulsierend mit der Effekt noch deutlicher in Halbwellen-Gleichrichtern. Der Ausgang des Gleichrichters ist jedoch in der Regel durch die Zugabe einer Induktivität in Reihe mit der Lastwiderstand gefiltert. Im Vollweg-Gleichrichter dient ein Kondensator parallel zu den Last Widerstand montiert dem gleichen Zweck. Dieses Video veranschaulicht die Hälfte und Vollweg-Einphasen Gleichrichter Betrieb mit unterschiedlichen Ausgang Lasten, Diode schalten Sie Eigenschaften und Filterung der DC Ausgangsspannung mit verschiedenen Schaltungen.

Für diese Demonstration der Gleichrichter Betrieb werden zwei verschiedene AC-Quellen verwendet, Hochfrequenz, einem Kilohertz Eingang, entsteht mit einem Funktionsgenerator mit 10 Volt sinusförmigen Spitzenleistung. Niederfrequenz-60 Hertz-Eingang wird durch einen variac geliefert. Berühren Sie keinen Teil der Schaltung während erregt. Wenn Sie die Funktion Generator Quelle verwenden, sind die Schaltungen geerdet, wie gezeigt. Die variac Versorgung darf nicht geerdet werden. Zum Einrichten der Funktionsgenerator für Hochfrequenz-Ausgabe schließen Sie der Differenzialfühler an einem Oszilloskop Kanal eins und ein 10 X Kanal zwei Sonde an. Passen Sie die Skalierungsfaktoren auf den Differenzialfühler 20 X und 10 X 10 X Sonde. Legen Sie in den Bereich Kanal Menüs beide Sonden auf 10 X. Für die Differenzialfühler manuell multiplizieren Sie Messungen mit zwei 20 x gewünschte Ausgabe zu erreichen. Als nächstes verbinden Sie ein BNC mit Alligator-Kabel an den 50 Ohm Ausgang der Funktionsgenerator und schließen Sie die Krokodilklemmen an die 10 x Umfang Sonde. Stellen Sie den Ausgang auf einen Höchststand von 10 Volt und 1.000 Hertz sinusförmigen Wellenform mit Null DC-Offset. Sobald das Signal entsprechend eingestellt ist, trennen Sie die Bnc-Stecker und Umfang Sonde, aber halten Sie den Funktionsgenerator auf seine Einstellungen pflegen. Um die variac für Niederfrequenz Ausgang einzurichten, stellen Sie sicher, dass die Output-Buchse verbunden ist, und dass es aus mit seiner Regler auf Null gesetzt. Langsam stellen Sie als nächstes den variac Knopf auf fünf Prozent Ausgabe 10 Volt Spitze zu erreichen.

Zunächst testen der Einweggleichrichter mit einem Hochfrequenz-Eingangsspannung und eine ohmsche Last. Die Schaltung zu bauen, wie gezeigt, mit einem 51 Ohm Last Widerstand und eine Diode für 50 Volt und zwei Ampere ausgelegt. Diode Polarität ist mit einem Bindestrich-Symbol auf der Kathode Ende beschriftet. Bevor Sie die Differenzialfühler an den Stromkreis anschließen, Klemmen die Sonde zusammen und passen Sie die Wellenform Offset-Spannung auf Null. Schließen Sie anschließend die differentielle Spannung Sonde über der Last Widerstand, die Ausgangsspannung zu beobachten und die 10 X-Sonde auf der AC-Seite, die Eingangsspannung zu beobachten. Stellen Sie als nächstes die Zeitbasis hinsichtlich des anzuzeigenden ein- und Ausgangsspannung für vier Zyklen der Eingangsspannung. Trennen Sie der Funktionsgenerator zu und entfernen Sie die Differenzialfühler aus dem Kreislauf zu, bevor Sie Änderungen vornehmen. Testen Sie danach die Einweggleichrichter mit Hochfrequenz-Eingang und eine ohmsche, induktive Belastung. Wiederverwendung der Schaltung, Hinzufügen einer Induktivität in Reihe mit dem Widerstand, wie gezeigt. Wie bereits beschrieben, Sonden an den Stromkreis anschließen und zeigt Wellenformen von Eingangs- und Ausgangsspannung. Schalten Sie den Funktionsgenerator, trennen Sie die Differenzialfühler und entfernen Sie die Induktivität aus dem Kreislauf zu. Schließlich der Einweggleichrichter mit Niederfrequenz-Eingang und eine ohmsche Last zu testen. Die Differenzialfühler über die variac verbinden und einschalten. Anpassen der variac erhalten eine Spitzenleistung von 10 Volt, dann schalten Sie ohne Änderung der Spannungseinstellung der variac. Befestigen Sie die variac Ausgabe auf die resistive Schaltung, wie abgebildet. Schließen Sie die differentielle Spannung Sonde über der Last Widerstand, die Ausgangsspannung zu beobachten. Schalten Sie die variac. Berühren Sie nicht die Schaltung mit dem variac Stromversorgung angeschlossen und auf. Wie bereits beschrieben, zeigen Sie Wellenformen von Eingangs- und Ausgangsspannung.

Zunächst testen Sie Vollweg-Gleichrichters mit eine ohmsche Last. Bauen Sie die Schaltung zu, wie gezeigt, und verbinden Sie die Sonden und die variac Ausgabe mit der Schaltung. Wie bereits beschrieben, zeigen Sie Wellenformen von Eingangs- und Ausgangsspannung und Messen Sie die Spitze-Spitze-Spannungen zu. Beibehaltung der Sonde Verbindungen, schalten Sie die variac und schließen Sie einen elektrolytischen Kondensator parallel zu der ohmsche Last. Dann beobachten Sie die Input- und Output Spannung.

Die erste Abbildung zeigt vier Zyklen einer Wechselspannung für die Versorgung und die Ausgabe von eine ohmsche Last gekoppelt an eine Halbwelle Gleichrichter. Nur die positive Hälfte Zyklus der Eingang AC Spannung Pässe über die Dioden Gleichrichter. Wenn die Eingangsspannung der Einweggleichrichter Schaltung sinusförmig ist, ist die mittlere Spannung Ausgang für eine einzelne Diode mit eine ohmsche Last die Eingabe Spitzenspannung geteilt durch Pi. Wenn eine Induktivität in Reihe mit der Last Widerstand hinzugefügt wird, wird die Diode schalten Sie Region verzögert. Diese Kombination aus Induktivität und Widerstand ist ein Tiefpass-Filter. Wenn der Wert der Induktivität groß genug ist, wird die oszillierende Komponente des Ausgangs blockiert, verlassen nur die konstante DC-Komponente. Für eine voll-Brückengleichrichter sind die Eingabe positive Hälfte Zyklen durchlaufen die Schaltung und die negative Hälfte Zyklen zu positiven korrigiert. Hinzufügen eines ausreichend großen Kondensators filtert die meisten die Welligkeit der Spannung und stellt die Belastung mit einer konsistenten Gleichspannung.

Dioden Gleichrichter sind in den meisten Netzteile, Ladegeräte, Variable Frequenz-Antriebe und viele Schutzschaltungen. Zunächst sind AC Power Adapter verwendet, um Kraft für Gleichstrommaschinen geliefert oder zum Aufladen DC Batterien enthaltenen Geräte konvertieren. Der Adapter kann so einfach sein wie eine Schaltung, bestehend aus einem Transformator tritt die Spannung von 120 Volt-Wand-Versorgung, eine vier Diode Brückengleichrichter Vollwelle und einem Kondensator um die DC-Ausgangsspannung zu glätten. Thyristoren sind Silikon gesteuerten Gleichrichter allgemein verwendet im Licht-Dimmer, motor Speed Controller und Spannungsregler. Standardmäßig ist der Thyristor für wechselnde Schichten von P und N-Typ-Halbleiter zur Erstellung eine Anode Ende P-Typ hat eine Kathode Ende Typ N und ein Tor-Sprung an der Textebene P neben der Kathode verbunden. Über einem bistabilen Grenzwert schaltet ein Stromimpuls in das Tor der Thyristor aus dem off, auf, so dass nach vorne Stromfluss von der Anode zur Kathode. Dies korrigiert Stromfluss in eine Richtung und regelt die Leistung mit einer integrierten Schaltmechanismus.

Sie habe nur Jupiters Einführung in einphasigen Gleichrichter beobachtet. Sie sollten jetzt wie Einphasen Gleichrichter Arbeit, gemeinsamen Gleichrichter-Schaltungen und ihre Ausgabe und einige gängige Gleichrichter Anwendungen verstehen. Danke fürs Zuschauen.

This article is Free Access.

RECOMMEND JoVE