Overview
ソース: アリ バッツィ、電気工学科大学コネチカット州ストーズ、ct 検査
一般には DC 電源は、DC または単方向、電圧と電流を供給する装置と見なされます。電池はこのような電源ユニットを 1 台、ただし、彼らは有効期間と費用の面で制限されます。単方向力を提供する別の方法は、整流器を使用して直流電源に AC 電源を変換します。
整流器、AC DC への変換を有効にする 1 つの方向に電流が流れ、他の方向にブロック デバイスです。整流器は、それらの間で一定のしきい値前方電圧を克服した後、彼らはのみ一定の方向に現在許可として電子回路で重要です。整流器は、ダイオード、シリコン コント ローラーの整流器、または他の種類のシリコン PN 接合にすることができます。ダイオードがある 2 つの端子、アノード、カソード、アノードからカソードに電流が流れます。整流回路は、1 つまたは複数の AC 電圧を変更ダイオード、バイポーラ、ユニポーラの電圧、電流と DC 電圧を達成するために簡単にフィルター処理できる電流と電流を使用します。
Principles
ダイオード整流器は、電流を一方向パスおよび他の方向にそれをブロックする 2 端子半導体デバイスです。電流はアノード、カソードからはなく、陽極に陰極から渡します。ブロックの方向 (陽極に陰極)、現在いくつかの漏れは通常が非常に低い。このように電流の流れをブロック ダイオードはダイオードは、電流容量の評価を受けていますので、機能をブロックする彼らの電圧陽極に陰極の向かいにある特定の電圧レベルをブロックする必要があります。ダイオードの端子間電圧を超える評価をブロックする電圧と、ダイオードは崩壊域どこ改を渡すと、現在両方の方法で動作します。ダイオード一方向に電流を渡すことは整流機能につながる、AC を DC に変換することができます。
半波整流器 (図 1 および図 2) のみ AC 入力電圧の半分に渡す出力彼らは負をブロックしながら半分ゼロ出力電圧を提供することによって。全波整流器 (図 3 および図 4) は、肯定的な半分を渡すに加えて正に負の半分の極性を反転させます。これらの整流器の出力がスムーズではない、しかし彼らは、定義 DC 出力によって一方向にのみ電流が流れる。結果として得られる出力電圧をスムーズにするため、これらの出力波形は通常フィルタ リングされます。
この実験の目的は、異なる負荷タイプの半波と全波単相整流回路を勉強することです。整流ダイオードのターンオフ特性とともに保護ダイオード電流がゼロに達したとき観察されます。電解コンデンサーを使用して出力電圧をフィルタ リングも勉強しました。
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Procedure
注意: この実験中に通電中の回路の任意の部分に触れないでください。ソース関数発生器は、図 1、2 に示すよう、AC 電源が接地されているだけ。変圧器が接地します。
1. AC ソースのセットアップ
この実験では、2 つの AC ソースが使用されます。60 Hz と 10 V ピーク正弦波出力と 1 kHz の周波数の関数発生器の低周波で変数のトランス (変圧器) です。
- 始める前に、1 つのスコープ チャンネルに差動プローブと標準プローブを他のチャネルに接続します。
- プローブのボタンを次のように調整: 20 X (または 1/20) 差動プローブと 10 X で通常プローブ。差動プローブを有効にすることを忘れないでください。
- スコープの各チャンネルのメニューの 10 X でプローブを設定します。差動プローブの手動で測定または結果を 2 倍必要 X 20 に到達します。
- 50 Ω の出力を確認してください、関数発生器をセットアップするには、BNC のアリゲーター ・ ケーブルに接続されます。
- 通常スコープ プローブ関数ジェネレーターの出力を観察するためにワニ口クリップを接続します。
- 10 V ピークでゼロの DC オフセットと周波数は 1 kHz の正弦波出力を設定します。
- 関数発生器出力し、所望の出力波形を達成するためにその設定を調整を確認します。
- あなたの信号が設定するファンクション ・ ジェネレーターが BNC コネクタを外します、その設定を維持します。ジェネレーターの出力からスコープ プローブを外します。
- セットアップは、変圧器を VARIAC の出力 (通常容器のように見える) が任意のケーブルに接続されていないことを確認します。
- VARIAC オフにしておくし、そのノブがゼロに設定されていることを確認します。
- 5% に VARIAC のノブをゆっくりと調整出力。これは、ピーク電圧は 10 v を得られるはず。
半波整流器
2. 高周波入力抵抗負荷
- 関数発生器を使用して、AC ソースがそれは今のところ回路から切断してください。
- プロトボード、図 1 に示す回路を作成します。ダイオード (D) は 2A01G T 負荷抵抗 (R) は 51 Ω 50 V、2 A の評価を受けています。
- ダイオードの極性が正しいことを確認します。ダイオードのダッシュは、陰極では。
- 差動プローブを回路に接続する前にプローブの端末を一緒に結ぶ、ゼロのオフセット電圧を表示する画面で、測定波形を調整します。
- Vを出力電圧を観察する負荷抵抗の差動電圧プローブを接続します。
- Vの入力電圧を観察する AC 側で通常のプローブを接続します。
- 関数発生器を回路に接続します。
- Vでの最大 4 つの基本的なサイクルでVとVを表示するのには、スコープの基本時間を調整します。波形のコピーを作成します。
- ダイオード ターンオフ地域でズームインし、波形のコピーを作成します。
- 関数発生器を外し、負荷変更のため差動プローブを削除します。回路との接続の残りの部分はそのままに。
図 1: 抵抗負荷と半波整流器
3. 高周波入力抵抗性誘導負荷
- 図 2 に示すように、抵抗負荷シリーズの 4.7 mH インダクタ (L) に接続図 1 で同じ回路を使用して、します。
- VをR L 負荷電流と同じ波形を持つ抵抗電圧を観察する負荷抵抗の差動電圧プローブを接続して私を。
- ジェネレーター出力 ON の関数を有効にします。
- Vでの最大 4 つの基本的なサイクルでVとVを表示するのには、スコープの基本時間を調整します。波形のコピーを作成します。
- ダイオード ターンオフ領域にズームインし、ターンオフ時間の遅延を確認します。波形のコピーを作成します。
- 関数発生器の出力をオフにして、回路から切断します。
- インダクタLを削除し、それが回路の残りの部分を維持します。
図 2: R L 負荷と半波整流器
4. 低周波入力抵抗負荷
- VARIAC の出力は 5% で、回路から切断されたことを確認します。変圧器を介して差動プローブを接続、VARIAC を on、10 V のピークを達成するために、出力を少し調整。
- あなたの参照入力電圧の観察として使用するスコープの波形をキャプチャします。
- VARIAC 無効に、その電圧の設定を変更しないでください。
- 同じを使用して切断されたインダクタとロードのみをされて抵抗すなわち図 1 の回路は、バナナ プラグ ケーブルを使用しての出力変圧器を接続します。
- うちVの出力電圧を観察する負荷抵抗の差動電圧プローブを接続します。
- 電源 ON、VARIAC の出力。回路から離れて、スコープで波形を観察します。回路をデバッグする場合は、まず VARIAC オフ電源します。
- 最大 4 つの基本的なサイクルのうちVを表示する範囲の時間の単位を調整します。波形のコピーを作成します。
- ダイオード ターンオフ地域でズームインし、波形のコピーを作成します。
- 変圧器を切り、回路を逆アセンブルします。VARIAC の電圧設定を変更しないでください。
全波整流
5. 抵抗負荷
- プロトボード、図 3 に示すように回路を作成します。
- ダイオードの極性が正しいことを確認します。ダイオードのダッシュは、陰極では。
- 回路は準備ができて、一度 AC 電源として出力変圧器に接続します。
- Vを出力電圧を観察する負荷抵抗の差動電圧プローブを接続します。
- 電源 ON、VARIAC の出力。回路から離れて、スコープで波形を観察します。回路をデバッグする場合は、まず VARIAC オフ電源します。
- Vを Vでの最大 4 つの基本的なサイクルを表示する範囲の時間の単位を調整します。波形のコピーを作成します。
- うちVピーク-ピーク値を測定するには、カーソルを使用して。
- 変圧器として彼らをオフにしてプローブの接続を維持し、回路を逆アセンブルします。
- VARIAC の電圧設定を変更しないでください。
図 3.抵抗負荷と全波整流します。
6. 抵抗負荷コンデンサーをフィルタ リング
- 同じ回路を使用すると、図 3、図 4 に示すように、負荷抵抗と並列に電解コンデンサー (C) に接続します。
- 負荷のマイナス側に接続されている (-) 端子にコンデンサーの極性が正しいことを確認します。
- 電源 ON、VARIAC の出力。回路から離れて、スコープで波形を観察します。回路をデバッグする前に VARIAC オフ電源します。
- VIN の最大 4 つの基本的なサイクルのうちVを表示する範囲の時間の単位を調整します。波形のコピーを作成します。
- カーソルとそのチャネルのオプションをカップリング AC を使用してのうちVピーク-ピーク値を測定 (AC カプリングは、信号の DC オフセットを排除)。
- DC カップリング測定が行われた後にこれを返します。
- VARIAC の電源を切ります。
- 回路を分解し、ベンチをクリーンアップします。
図 4.抵抗負荷、容量性フィルターと全波整流器
単相整流器は、AC 電圧を変換するために使用、現在 DC、装置およびデジタル電子機器の電源に必要なです。家庭や商業に供給される標準的な電源電源は交流です。ただし、ほとんどのデジタル電子機器は、DC 電源で実行する設計されています。整流器は、互換性のある DC 電源を交流の電気に変換するために使用できるデバイスです。単極整流出力にバイポーラの AC 入力を変換のみ一方向に電流整流器を渡します。整流回路は、パスのみ肯定的なまたは否定的な AC 電源には脈動ソースの結果、滑らかな、一貫性のある電圧を達成するためにフィルター処理や現在 1 つまたは複数のダイオードを使用します。このビデオは、整流器、ダイオード回路の基本的な概念を紹介、いくつかの一般的な整流回路を示し、電圧入力と読み込み構成にバリエーションを持つ整流回路の出力電圧をテストします。
整流器は、電流を一方向パスおよび他の方向にそれをブロックする電子回路で使用されるデバイスです。整流器は、しきい値の順方向電圧を超えたときのみ電流の通過を許可します。ダイオード整流器がある 2 つの端子、アノード、カソード、アノードからカソードへ流れる電流と陰極から陽極にブロックされました。単相半波整流器は、1 つのダイオードの電圧を渡します。この回路は、AC の正の半分だけは、負荷抵抗の両端で電圧が出力に送信するを入力します。ダイオードが逆、負のみ AC 入力電圧の半分が表示されます抵抗。AC サイクルの負の半分の電圧がブロックされます。1 つだけ極性、RMS、または根平均二乗、出力電圧は減る双極性の入力電圧の比較。全波整流器は、示すように、4 つのダイオード ブリッジ回路に AC 入力電圧の両方の半分のサイクルを渡します。負の半分の極性を反転させて高い平均を降伏は、負荷抵抗の両端で電圧を出力します。整流器は、単方向、脈動半波整流器により見かけの効果と現在の結果します。ただし、整流器の出力は通常負荷抵抗と直列にインダクタの添加によってフィルターされます。全波整流で組み立て負荷抵抗に並列にコンデンサーは同じ目的を提供しています。半分を示していますこのビデオと異なる単相の全波整流回路出力負荷、ダイオードの特性と異なる回路を用いた DC 出力電圧のフィルタ リングをオフにします。
整流回路のこのデモでは、2 つの異なる AC ソースを使用する、入力、1 キロ ヘルツの高周波が 10 ボルト ピーク正弦波出力関数発生器を使用して生成されます。60 ヘルツの低周波入力は、variac によって提供されます。通電中の回路の任意の部分には触れないでください。関数発生器のソースを使用して、回路は、示すように接地されます。Variac の供給が接地します。関数発生器の高周波出力をセットアップするには、差動プローブをオシロ スコープ チャンネル チャンネル 2 つに 1 つと 10 倍プローブに接続します。差動プローブの 20 倍と 10 倍プローブの 10 倍に倍率を調整します。スコープ チャンネル メニューの両方のプローブを 10 倍に設定します。差動プローブ出力 x 20 に到達する 2 つの測定を手動で乗算します。次に、関数発生器の 50 ω 出力にワニ口ケーブル、BNC とスコープ プローブ x 10 にワニ口クリップを接続します。10 ボルトのピークに、1,000 ヘルツ出力ゼロの DC オフセットを持つ正弦波波形を設定します。信号がそれに応じて設定されている一度 bnc コネクタおよびスコープ プローブを切断、その設定を維持するために、ファンクション ・ ジェネレーターを離さないです。Variac の低周波出力を設定すると、ゼロに設定はノブでオフだし、出力コンセントが切断されたことを確認します。次に、ゆっくりと調整を 5 %variac ノブ 10 ボルトのピークを達成するために出力します。
まず、高周波入力電圧と抵抗負荷と半波整流器をテストします。示すように、回路を構築、50 ボルトと 2 台のアンプの評価 51 ω 負荷抵抗とダイオードを使用しています。ダイオードの極性には陰極側のダッシュ記号が付いています。差動プローブを回路に接続する前に一緒にプローブの端末を接続し、オフセット電圧をゼロに波の形を調整します。その後、出力電圧を観察する負荷抵抗の差動電圧プローブと入力電圧を観察する AC 側で 10 倍プローブを接続します。次に、時間軸を調整を表示する範囲の入力し、出力電圧の入力電圧の 4 サイクル。関数発生器を外し、変更を加える前に回路から差動プローブです。次に、高周波入力と抵抗性誘導負荷と半波整流器をテストします。示すように、抵抗と直列にインダクタを追加する回路を再利用します。前述したように、回路にプローブを接続し、入力と出力の電圧波形を表示します。関数発生器をオフに、差動プローブを外し、インダクタ回路から。最後に、低周波入出力抵抗負荷と半波整流器をテストします。Variac の間で差動プローブを接続し、それをオンに。Variac 10 ボルトのピーク出力を取得し、オフ、variac の電圧設定を変更せずに調整します。示すように、抵抗の回路に variac の出力を接続します。出力電圧を観察する負荷抵抗の両端で、差動電圧プローブを接続します。Variac をオンにします。Variac の電源と回路を触れないでください。前述のように、入力と出力の電圧の波形を表示します。
まず、抵抗負荷と全波整流器をテストします。示すように、回路を構築し、プローブと variac の出力回路に接続します。前述のように、入力と出力の電圧の波形を表示し、ピーク-ピーク電圧を測定します。プローブの接続を維持、variac を切り、負荷抵抗と並列にコンデンサーを接続します。その後、入力と出力の電圧を観察します。
最初の図は、4 サイクルの AC 電圧と抵抗負荷からの出力は半波整流器に結合します。肯定的な半分だけは、ダイオード整流器の入力 AC 電圧パスのサイクルします。半波整流回路の入力電圧が正弦波の場合、1 つのダイオードと抵抗負荷の出力の平均電圧、π で割った値入力ピーク電圧です。負荷抵抗と直列にインダクタを追加すると、領域をオフにダイオードが遅延されます。このインダクタと抵抗の組み合わせは、ローパス フィルターです。インダクタの値が十分大きいと、出力の振動成分がブロックされている一定の DC 成分だけを残してします。ブリッジ整流器の入力回路を通過する半サイクルと負の半サイクルは正がポジティブに調整されます。十分な大きさのコンデンサーを追加電圧リップルのほとんどをフィルター処理し、一貫性のある DC 電圧と負荷を提供します。
ダイオード整流器は、ほとんどの電源、充電器、可変周波数ドライブ、および多数の保護回路です。最初に、AC 電源アダプターは、電源供給される直流機と充電 DC 電池デバイス内に含まれるを変換に使用されます。アダプターは DC 出力電圧を滑らかにする、120 ボルトの壁電源、4 ダイオード ブリッジ全波整流器、コンデンサーからステップ ダウン電圧に変圧器の回路と同じくらい簡単することができます。サイリスタは、調光器、モータ速度のコント ローラー、および電圧レギュレータでよく使用されるシリコン制御整流器です。仕様では、サイリスタは交互 P と N 型半導体の層最後に P 型、N 型の端に陰極、陽極を作成するために使用、ゲート飛躍は陰極の横に P 型層に接続されています。ラッチしきい値を超えるゲートに電流パルスは陽極から陰極に前方の現在の流れを可能にするオフからサイリスタをスイッチします。これは現在のフローを一方向に整流し、統合スイッチング機構の出力電力を調整します。
単相整流器のゼウスの概要を見てきただけ。今、どのように単相整流器の仕事、一般的な整流回路と、出力整流器で一般的なアプリケーションを理解する必要があります。見ていただきありがとうございます。
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Results
半波整流に結合された抵抗負荷ではことダイオード整流器は、一方向に電流を渡すことができますので、入力 AC 電圧の正の半サイクルのみ表示されますが期待されます。ブリッジ整流器入力正と負の半サイクル好意的なような修正しますが、コンデンサーを追加電圧リップルの大部分を除去、きれいな直流電圧と負荷を提供します。
負荷と直列にインダクタを追加すると、ダイオードのオフが遅れることが期待されます。これは次のように説明することができます: ダイオードをオフ (つまりは共存するために必要な) 2 つの条件 1) ダイオードの電流はゼロに行って、2) (アノード-カソード電圧) ダイオードの両端間電圧がターンオン閾値を下回る。インダクタが負荷と直列のときはエネルギーを貯え、ソースは利用できませんまたはダイオードのアノード側ではマイナスが起こっている現在のソースとして機能します。したがって、コイル電流はインダクタのエネルギーを消費するまでバイアス フォワードとしてダイオードを維持します。基本的な整流回路を支配する重要な方程式はVで入力V0を = cos (ωt)。
単一のダイオードと抵抗負荷: <うちV> =V0/π (1)
ダイオード ブリッジ、抵抗負荷: <うちV> = 2V0/π (2)
ダイオード ブリッジ、電流源負荷: <うちV> = 2V0/π (3)
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Applications and Summary
ダイオード整流器は、ほぼすべての電源、充電器、可変周波数ドライブで多くの保護回路です。ほとんどの DC 電源または調節可能な AC 電源は、AC 電源、可変周波数ドライブを必要な場合は、DC に放置して調節可能な AC AC に変換するのにダイオード整流器を使用します。電圧をブロック、およびインダクタ、メカニカル ・ リレー、モータ巻線に自由奔放なエネルギー電力電子コンバーターのアプリケーションが多い。ダイオードは、低消費電力エレクトロニクス、通信、および照明アプリケーションにパワー エレクトロニクス用途を超えて拡張します。
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