Источники питания.
Очень часто для питания электронных устройств используются сетевые источники
питания. В самом простейшем случае - это понижающий трансформатор:
Напряжение на выходе трансформатора, на его вторичной обмотке зависит от
коэффициента трансформации - от количества витков в обмотках, а
максимально-допустимый ток нагрузки - от диаметра провода, которым намотана
вторичная обмотка (см. Трансформатор переменного
тока). Данная схема является источником переменного тока, но что делать,
если для питания нашего устройства нужен постоянный ток?
Его надо выпрямить! То есть, сделать так, чтобы ток проходил только в одном
направлении, и сделать это можно обычным диодом:
Через диод VD1 проходят только положительные полуволны, отрицательные пройти не
могут. Поэтому такая схема называется однополупериодный выпрямитель, её можно
использовать для питания электронных устройств, но у этой схемы есть пара
недостатков. Во-первых, низкий КПД, вторая полуволна просто не используется.
А во-вторых, ток на выходе на самом деле получается не постоянным, а сильно
пульсирующим, что не очень хорошо. В принципе, с пульсациями можно бороться, их
можно снизить, для этого нам потребуется конденсатор большой емкости. Обычно
для этих целей применяются электролитические конденсаторы емкостью несколько
тысяч микрофарад:
Работает эта схема так, в течении времени t0 - t1
конденсатор C1 будет заряжаться, а в течении времени
t1 - t2 будет отдавать свой заряд в нагрузку. Чем больше
емкость конденсатора - тем меньше уровень пульсаций. Проблема в том, что
сильно увеличивать емкость конденсатора не получится, во-первых, большие
габариты и высокая стоимость, а во-вторых, в момент включения конденсатор
имеет практически нулевое сопротивление, и чем больше емкость, тем больше
времени нужно чтобы зарядить конденсатор, что может привести к выходу из
строя диода или даже трансформатора. Уровень пульсаций также зависит и от
нагрузки, чем больше нагрузка, тем быстрее будет разряжаться конденсатор,
тем выше будет уровень пульсаций. Но КПД схемы по прежнему низкий, ведь
отрицательная полуволна у нас не используется.
Давайте попробуем её все-таки использовать:
Для верхней части схемы ничего не изменилось, положительная волна по прежнему
проходит через диод VD1, но отрицательная полуволна теперь идет через диод VD2,
фактически мы имеем теперь два напряжения, равные по значению, но с разной
полярностью: U1 (положительное относительно "0") и U2 (отрицательное
относительно "0"), это так называемое двухполярное питание.
Но эта схема позволяет получать и удвоенное напряжение, между
"+" и "-" напряжение равно 2U. 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, так что, если не удалось найти подходящий трансформатор
- смело применяйте данную схему.
В этой схеме по прежнему достаточно высок уровень пульсаций.
Снизить его можно используя схему двухполупериодного выпрямителя со средней
точкой:
Здесь у нас две вторичные обмотки, начало второй подключено к концу первой,
или, можно сказать, одна большая обмотка с отводом от середины. Напряжение
на концах обмотки в противофазе относительно отвода. В результате, когда
через диод VD1 проходит положительная волна (на графике выделена красным),
на диод VD2 приходит отрицательная полуволна. Когда на VD1 приходит
отрицательная полуволна, через VD2 проходит положительная (на графике выделена
розовым). На конденсаторе C1 они складываются. В целом схема хорошая, но
один недостаток все же есть - вторичная обмотка в два раза больше.
Можно ли получить тоже самое, но используя обмотку как в самой первой схеме?
Оказывается можно:
Схема работает следующим образом, когда на верхнем выводе вторичной обмотки
трансформатора Т1 положительная полуволна - она проходит через диод VD2,
а в это время отрицательная полуволна проходит с нижнего вывода через диод VD3.
После того, как на нижнем выводе появляется положительная полуволна, она
проходит через диод VD4, и в это же время отрицательная волна с верхнего вывода
трансформатора проходит через диод VD1. После чего, все повторяется.
В результате на конденсаторе С1 образуется постоянное напряжение, с низким
уровнем пульсаций, при этом возможности трансформатора используются полностью.
Соединенные ромбом четыре диода образуют схему, которая называется диодный мост.
Кстати, диодный мост выпускается как отдельный компонент, но при необходимости
может быть набран из отдельных диодов.
Мостовой выпрямитель имеет более высокий КПД, токи в ветвях моста распределяются равномерно. Недостатком схемы являются удвоенные потери на последовательно включенных диодах выпрямителя (за счет "прямого" напряжения). Тем не менее, эта схема наиболее распространена, в большинстве случаев используют именно её.
Copyright © R9AL 2021 Все права защищены
