Einphasen-Gleichrichter

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.

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.

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 V_herauszu beobachten.
   2. Verbinden Sie eine regelmäßige Sonde über der AC-Seite, die Eingangsspannung V_inzu 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 V_inzu 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.

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 V_herauszu 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 V_inzu 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.

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 V_herauszu 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 V_herauszu 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 V_in V_heraus 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.

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.

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

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 V_inEingang =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)

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.