Wat is Gelijkrichter? Soorten gelijkrichters en hun werking

Verschillende soorten gelijkrichters – werking en toepassingen

In de elektronica is de gelijkrichterschakeling de meest gebruikte schakeling omdat bijna elk elektronisch apparaat op DC (gelijkstroom) werkt, maar de beschikbaarheid van de DC-bronnen beperkt is, zoals de stopcontacten in onze huizen AC (wisselstroom) leveren. De gelijkrichter is de perfecte kandidaat voor deze taak in industrieën &Woning om AC om te zetten in DC. Zelfs onze opladers voor mobiele telefoons gebruiken gelijkrichters om de wisselstroom van onze stopcontacten thuis in gelijkstroom om te zetten. Verschillende soorten gelijkrichters worden gebruikt voor specifieke toepassingen.

We hebben voornamelijk twee soorten spanning types aanwezig die op grote schaal worden gebruikt deze dagen. Het zijn wisselspanning en gelijkspanning types. Deze spanningstypen kunnen worden omgezet van het ene type naar het andere met behulp van speciale circuits ontworpen voor die specifieke conversie. Deze omzettingen vinden overal plaats.

Onze hoofdvoeding die we van elektriciteitsnetten krijgen is wisselspanning van aard en de apparaten die we in onze huizen gebruiken vereisen over het algemeen een kleine gelijkspanning. Dit proces van omzetting van wisselstroom in gelijkstroom krijgt de naam gelijkrichting. Het omzetten van wisselstroom in gelijkstroom wordt voorafgegaan door verdere processen die filtering, DC-DC conversie enzovoort kunnen inhouden. Een van de meest voorkomende onderdelen van een elektronische voeding is een bruggelijkrichter.

Veel elektronische schakelingen vereisen gelijkgerichte gelijkstroomvoeding voor de voeding van diverse elektronische basiscomponenten uit de beschikbare wisselstroomnetvoeding. De eenvoudige bruggelijkrichter wordt gebruikt in een verscheidenheid van elektronische op wisselstroom gebaseerde voedingsapparaten.

Een andere manier om naar de gelijkrichterschakeling te kijken, is dat men kan zeggen dat deze stromen omzet in plaats van spanningen. Dit is intuïtiever, omdat wij er meer aan gewend zijn stroom te gebruiken om de aard van een component te definiëren. Kort gezegd neemt een gelijkrichter een stroom die zowel een negatieve als een positieve component heeft en gelijkricht deze zodanig dat alleen de positieve component van de stroom overblijft.

Bruggelijkrichters worden veel gebruikt in voedingen die de noodzakelijke gelijkspanning leveren voor de elektronische component of apparaten. De meest efficiënte omschakelingsinrichtingen waarvan de kenmerken volledig bekend zijn, zijn dioden. In theorie kan elke solid-state schakelaar die al dan niet kan worden bestuurd, worden gebruikt in plaats van de diodes.

• Gerelateerde post: Types Diodes en hun toepassingen

Over het algemeen worden de types gelijkrichters ingedeeld op basis van hun output. In dit artikel bespreken we vele soorten Gelijkrichters zoals:

• Eenfasige Gelijkrichters
• Driefasige Gelijkrichters
• Geregelde Gelijkrichters
• Ongeregelde Gelijkrichters
• Half Wave Gelijkrichters
• Full Wave Gelijkrichters
• Bridge Gelijkrichters
• Center-Tapped Rectifiers

Wat is een gelijkrichter?

Een gelijkrichter is een elektrisch apparaat dat bestaat uit een of meer dioden die de wisselstroom (AC) omzetten in gelijkstroom (DC). Het wordt gebruikt voor gelijkrichting, waarbij het proces hieronder laat zien hoe het AC omzet in DC..

Wat is gelijkrichting?

Rectificatie is het proces van omzetting van wisselstroom (die periodiek van richting verandert) in gelijkstroom (stroom in één richting).

• Gerelateerde berichten: Different Types Of Relays, Their Construction, Operation & Applications

Types of Rectifiers

Er zijn hoofdzakelijk twee soorten gelijkrichters:

1. Ongeregelde gelijkrichter
2. Geregelde gelijkrichter

Bruggelijkrichters zijn er in vele soorten en de basis voor de indeling kan van velerlei aard zijn, om er enkele te noemen, het type voeding, de configuraties van de brugkring, het regelvermogen enz. Bruggelijkrichters kunnen grofweg worden ingedeeld in eenfasige en driefasige gelijkrichters op basis van het type ingang waarop zij werken. Beide typen omvatten deze verdere classificaties die zowel in eenfasige als driefasige gelijkrichters kunnen worden gemaakt.

De verdere classificatie is gebaseerd op de schakelinrichtingen die de gelijkrichter gebruikt en de typen zijn ongecontroleerde, halfgecontroleerde en volledig gecontroleerde gelijkrichters. Enkele van de typen gelijkrichters worden hieronder besproken.

Op basis van het type gelijkrichtingsschakeling worden de gelijkrichters in twee categorieën ingedeeld.

• Halfgolfgelijkrichter
• Volledige golfgelijkrichter

Halfgolfgelijkrichter zet slechts de helft van de wisselspanning om in een gelijkspanningssignaal, terwijl een volledige gelijkrichter het volledige wisselspanningssignaal in gelijkspanning omzet.

Bruggelijkrichter is de meest gebruikte gelijkrichter in de elektronica en dit verslag zal de werking en het maken van een bruggelijkrichter behandelen. Eenvoudige bruggelijkrichter circuit is de meest populaire methode voor volle golf gelijkrichting.

We zullen zowel de gecontroleerde en ongecontroleerde (halve golven en volle golven brug) gelijkrichters in detail te bespreken met schakelschema’s en de werking als volgt.

• Gerelateerde post: Soorten Transformatoren en hun Toepassingen

Ongecontroleerde Gelijkrichter:

Het type gelijkrichter waarvan de uitgangsspanning niet kan worden geregeld, wordt een ongecontroleerde gelijkrichter genoemd.

Een gelijkrichter maakt gebruik van schakelaars om te werken. De schakelaars kunnen van verschillende types zijn, in het algemeen regelbare schakelaars en onregelbare schakelaars. Een diode is een eenrichtingsapparaat dat de stroom slechts in één richting laat lopen. De werking van een diode wordt niet gecontroleerd, want hij zal geleiden zolang hij in voorwaartse richting werkt.

Met een configuratie van dioden in een bepaalde gelijkrichter heeft de gebruiker de gelijkrichter niet volledig onder controle, zodat dit soort gelijkrichters ongecontroleerde gelijkrichters worden genoemd. Het vermogen kan er niet door variëren naar gelang van de belasting. Dit type gelijkrichter wordt dus vaak gebruikt in constante of vaste voedingen.

• Gerelateerde post: Filters, soorten filters en hun toepassingen

Ongeregelde gelijkrichter gebruikt alleen dioden en ze geven een vaste uitgangsspanning die alleen afhankelijk is van de wisselstroomingang.

Typen ongecontroleerde gelijkrichter:

ongecontroleerde gelijkrichters zijn verder onderverdeeld in twee typen:

1. Half Wave Rectifier
2. Full Wave Rectifier

Half Wave Rectifier:

Een type gelijkrichter dat alleen de halve cyclus van de wisselstroom (AC) omzet in gelijkstroom (DC) wordt halfgolfgelijkrichter genoemd.

• Positieve Halfgolf Gelijkrichter:

Een halfgolf gelijkrichter die alleen de positieve halve cyclus omzet en de negatieve halve cyclus blokkeert.

• Negatieve halve-golfgelijkrichter:

Een negatieve halve-golfgelijkrichter zet alleen de negatieve halve cyclus van de wisselstroom om in gelijkstroom.

Van alle typen gelijkrichters is een halve-golfgelijkrichter de eenvoudigste, omdat deze slechts uit één diode bestaat.

Een diode laat de stroom slechts in één richting lopen, bekend als voorwaartse bias. Een belastingsweerstand RL is in serie geschakeld met de diode.

• Gerelateerde post: Different Types of Sensors with Applications

Positive Half Cycle:

Tijdens de positieve halve cyclus wordt de anode van de diode positief en de kathode negatief, bekend als voorwaartse bias. En hij zal de positieve cyclus doorlaten.

Negatieve halve cyclus:

Tijdens de negatieve halve cyclus zal de anode negatief worden en de kathode positief, wat bekend staat als omgekeerde bias. De diode blokkeert dus de negatieve halve cyclus.

Dus wanneer een wisselstroombron op de halfgolvgelijkrichter wordt aangesloten, stroomt er slechts een halve cyclus doorheen, zoals in onderstaande figuur is aangegeven.

De uitgang van deze gelijkrichter wordt over de belastingsweerstand RL gevoerd. Als we naar de grafiek van de ingang tot de uitgang kijken, zien we een pulserende positieve halve cyclus van de ingang.

De uitgang van de halfgolfgelijkrichter heeft te veel rimpelingen & het is niet erg praktisch om deze uitgang als gelijkspanningsbron te gebruiken. Om deze pulserende uitgang af te vlakken, wordt een condensator over de weerstand geplaatst. De condensator laadt zich op tijdens de positieve cyclus en ontlaadt zich tijdens de negatieve cyclus om een gelijkmatig uitgangssignaal af te geven.

Dergelijke gelijkrichters verspillen het vermogen van de halve cyclus van de wisselstroomingang.

• Related Post: Soorten schakelaars. De bouw, de werking & Toepassingen

Vol-golf gelijkrichter:

Een volle-golfgelijkrichter zet zowel de positieve als de negatieve halve cycli van de wisselstroom (wisselstroom) om in gelijkstroom (gelijkstroom). Hij levert een dubbele uitgangsspanning in vergelijking met de halfgolfgelijkrichter

Een volle-golfgelijkrichter bestaat uit meer dan één diode.

Er zijn twee soorten volle-golfgelijkrichters.

1. Bruggelijkrichter
2. Center-Tap Gelijkrichter

Bruggelijkrichter

Een bruggelijkrichter gebruikt vier dioden om beide halve cycli van de ingangswisselstroom om te zetten in gelijkstroom.

In dit type gelijkrichter zijn de diodes in een specifieke vorm aangesloten, zoals hieronder is aangegeven.

Positieve halve cyclus:

Tijdens de positieve halve cyclus van de ingang wordt de diode D1 & D2 voorgespannen, terwijl D3 & D4 omgekeerd gespannen wordt. De diode D1 & D2 vormt een gesloten lus die een positieve uitgangsspanning levert over de belastingsweerstand RL.

Negatieve halve cyclus:

Tijdens de negatieve halve cyclus wordt de diode D3 & D4 voorwaarts bias terwijl D1 & D2 omgekeerd bias wordt. Maar de polariteit over de belastingsweerstand RL blijft gelijk en levert een positieve uitgang over de belasting.

De uitgang van de volledige golfgelijkrichter heeft weinig golvingen vergeleken met die van de halve golfgelijkrichter, maar is toch niet glad en gelijkmatig.

Om de uitgangsspanning vloeiend & gelijkmatig te maken, wordt aan de uitgang een condensator geplaatst zoals in de onderstaande figuur is aangegeven.

De condensator ontlaadt & waardoor vloeiende overgangen tussen de halve cycli worden gemaakt.

• Gerelateerde post: Types zekeringen – de constructie, de werking & Toepassingen

Werking van bruggelijkrichterschakeling

Uit het schakelschema blijkt dat de diodes op een bijzondere manier zijn aangesloten. Aan deze unieke opstelling dankt de convertor zijn naam. In een bruggelijkrichter kan de spanning die als ingang wordt gegeven, van om het even welke bron afkomstig zijn. Het kan afkomstig zijn van een transformator die wordt gebruikt om de spanning te verhogen of verlagen, of het kan afkomstig zijn van het lichtnet van onze huishoudelijke stroomvoorziening. In dit artikel gebruiken we een 6-0-6 middenaftaktransformator voor het leveren van wisselspanning.

In de eerste fase van de werking van de gelijkrichter, tijdens de positieve halve cyclus, worden de diodes D3-D2 voorwaarts gericht en geleiden. De diodes D1-D4 worden omgekeerd gespannen en geleiden niet in deze halve cyclus, waardoor ze als open schakelaars werken. Zo krijgen we een positieve halve cyclus aan de uitgang. Omgekeerd krijgen de diodes D1-D4 in de negatieve halve cyclus een voorwaartse spanning en gaan geleiden, terwijl de diodes D3-D2 een omgekeerde spanning krijgen en niet geleiden in deze halve cyclus.

• Gerelateerde post: Types Inductors and Their Applications

Wederom krijgen we een positieve halve cyclus aan de uitgang. Aan het einde van het gelijkrichtingsproces wordt het negatieve deel van de wisselstroom omgezet in een positieve cyclus. De uitgang van de gelijkrichter is twee half-positieve pulsen met dezelfde frequentie en grootte als die van de ingang.

In tegenstelling tot de werking van een halfgolfgelijkrichter heeft de volledige bruggelijkrichter een andere tak die hem in staat stelt te geleiden voor de negatieve helft van de spanningsgolfvorm, waartoe de halfbruggelijkrichter geen mogelijkheid had. Dus de gemiddelde spanning aan de uitgang van de volledige bruggelijkrichter is dubbel zo hoog als die van de halve bruggelijkrichter.

Hoewel we vier individuele vermogensdiodes gebruiken om een volledige golfbruggelijkrichter te maken, zijn vooraf gemaakte bruggelijkrichtercomponenten “off-the-shelf” verkrijgbaar in een reeks verschillende spannings- en stroomgrootten die direct kunnen worden gebruikt om een werkend circuit te maken.

De golfvorm van de uitgangsspanning na de gelijkrichting is geen echte gelijkspanning, dus kunnen we proberen er meer een gelijkspanningsgolfvorm van te maken met behulp van een condensator om te filteren. Afvlakken of reservoir condensatoren die parallel zijn aangesloten met de belasting over de uitgang van de volledige golf bruggelijkrichter circuit verhoogt de gemiddelde DC uitgangsniveau tot de vereiste gemiddelde DC spanning aan de uitgang, omdat de condensator niet alleen fungeert als een filter component, maar het ook periodiek opladen en ontladen effectief verhogen van de uitgangsspanning.

Capacitor lading tot de golfvorm gaat naar zijn piek en ontlaadt gelijkmatig in de belasting circuit wanneer golfvorm begint te dalen. Dus wanneer de output laag gaat, handhaaft de condensator de juiste spanningstoevoer in het belastingscircuit, vandaar het creëren van de DC.

• Gerelateerde post: Types Batterijen en Cellen en hun Toepassingen

Voordelen van een Brug Gelijkrichter:

1. Lage rimpelingen in het uitgangs DC signaal
2. Hoog gelijkrichter rendement
3. Laag vermogen verlies

Nadelen van Brug Gelijkrichter:

1. Bruggelijkrichter is complexer dan een halfgolvgelijkrichter
2. Meer vermogensverlies in vergelijking met middenaftakking van een volle-golfgelijkrichter.

Center-Tap Rectifier

Dit type volle-golfgelijkrichter maakt gebruik van een center-tap transformator & twee dioden.

Een center-tap transformator is een tweespanningstransformator die twee ingangen heeft (I1 & I2) en drie uitgangsklemmen (T1, T2, T3). De T2-klem is verbonden met het midden van de uitgangsspoel, die als referentiegrond fungeert (o volt referentie). De T1-klem produceert positieve spanning en de T3-klem produceert negatieve spanning ten opzichte van de T2.

• Gerelateerde post: Types of Digital Logic Gates – Boolean Logic Truth Tables & Applications

Het ontwerp van de middenaftakkingsgelijkrichter is hieronder gegeven:

Postive Half Cycle:

Tijdens de positieve ingangshelftcyclus zal T1 een positieve en T2 een negatieve spanning produceren. De diode D1 wordt voorgespannen & diode D2 wordt omgekeerd gespannen. Hierdoor ontstaat een kort pad van T1 naar T2 door de belastingsweerstand RL, zoals hieronder is weergegeven.

Negatieve halve cyclus:

Nu, tijdens de negatieve halve ingangscyclus, zal T1 een negatieve cyclus genereren & T2 zal een positieve cyclus genereren. Dit zal diode D1 in sperrichting zetten & diode D2 in voorwaartse richting. Maar de polariteit over de belastingsweerstand RL is nog steeds hetzelfde, omdat de stroom het pad van T3 naar T1 volgt, zoals in de onderstaande figuur is aangegeven.

De gelijkstroomuitgang van een middenaftakkingsgelijkrichter heeft ook rimpelingen en is geen gladde & constante gelijkstroom. Een condensator aan de uitgang verwijdert de rimpeling en zorgt voor een gelijkstroom.

• Gerelateerde post: Types Weerstanden | Vast, Variabel, Lineair & Niet-Lineair

Gestuurde Gelijkrichter:

Een type gelijkrichter waarvan de uitgangsspanning kan worden gevarieerd of gewijzigd, wordt gestuurde gelijkrichter genoemd.

De behoefte aan een gestuurde gelijkrichter wordt duidelijk als we de tekortkomingen van een ongecontroleerde bruggelijkrichter bekijken. Om van een ongecontroleerde gelijkrichter een gecontroleerde gelijkrichter te maken, gebruiken we stroomgestuurde solid-state apparaten zoals SCR’s, MOSFET’s en IGBT’s. Wij hebben de volledige controle wanneer SCR’s worden in- of uitgeschakeld op basis van de poortpulsen die wij erop toepassen. Deze hebben over het algemeen de voorkeur boven hun ongecontroleerde tegenhangers.

Het is samengesteld uit één of meer dan één SCR (Silicon Controlled Rectifier).

Een SCR, ook bekend als thyristor, is een diode met drie aansluitingen. Deze aansluitingen zijn Anode, Kathode & een controle-ingang bekend als Gate.

Net als een eenvoudige diode een SCR geleiden in voorwaartse bias en blokkeert stroom in omgekeerde bias, maar het begint alleen voorwaartse geleiding wanneer er een puls op de gate-ingang. De uitgangsspanning kan dus worden geregeld met behulp van de poortingang.

• Gerelateerde post: Soorten IC’s. Classification of Integrated Circuits and Their Limitation

Types of controlled rectifier

Er zijn twee soorten gecontroleerde gelijkrichters.

Half Wave Controlled Rectifier

De half-golf gecontroleerde gelijkrichter bestaat uit een enkele SCR (Silicon Controlled Rectifier).

De halfgolf gestuurde gelijkrichter heeft hetzelfde ontwerp als de halfgolf ongecontroleerde gelijkrichter, behalve dat we de diode vervangen door een SCR, zoals in onderstaande figuur is aangegeven.

Een SCR geleidt niet in sperrichting, dus zal hij de negatieve halve cyclus blokkeren.

Tijdens de positieve halve cyclus zal de SCR stroom geleiden op één voorwaarde wanneer een puls wordt toegepast op de poortingang. De poortingang is natuurlijk een periodiek pulssignaal dat is ontworpen om de SCR bij elke positieve halve cyclus te activeren.

Op deze manier kunnen we de uitgangsspanning van deze gelijkrichter regelen.

• Gerelateerde post: Teller en verschillende soorten elektronische tellers

De uitgang van de SCR is ook een pulserende gelijkspanning/-stroom. Deze pulsen worden verwijderd door een condensator parallel aan de belastingsweerstand RL.

Full Wave Controlled Rectifier

Een type gelijkrichter die zowel de positieve als de negatieve halve cyclus van de wisselstroom in gelijkstroom omzet en tevens de uitgangsamplitude regelt, staat bekend als een full wave gecontroleerde gelijkrichter.

Net als een ongecontroleerde gelijkrichter kent ook een gestuurde volle-golfgelijkrichter twee typen.

• Gerelateerde berichten: Types Of Condensitors | Fixed, Variable, Polar & Non-Polar

Controlled Bridge Rectifier

In deze gelijkrichter wordt de diodebrug vervangen door een SCR (Thyristor)-brug met dezelfde configuratie als in de onderstaande figuur.

Positieve halve cyclus:

Tijdens de positieve cyclus zal de SCR (thyristor) T1 & T2 geleiden wanneer de gate-puls wordt toegepast. T3 & T4 zal omgekeerd bias zijn, zodat zij de stroom zullen blokkeren. De uitgangsspanning komt tot stand over de belastingsweerstand RL, zoals hieronder is aangegeven.

Negatieve halve cyclus:

Tijdens de negatieve halve cyclus zal de thyristor T3 & T4 in voorwaartse bias overgaan als de gate-invoerpuls & wordt toegepast, terwijl T1 & T2 in omgekeerde bias zal overgaan. De uitgangsspanning verschijnt over de belastingsweerstand RL.

Aan het einde van de uitgang wordt een condensator gebruikt om de rimpelingen te verwijderen en maakt de uitgang constant & vloeiend.

Gestuurde Center-Tap Gelijkrichter:

Net als de center-tap ongecontroleerde gelijkrichter, maakt dit ontwerp gebruik van twee SCR’s ter vervanging van de twee diodes.

Beide van deze SCR-schakelingen worden anders getimed afhankelijk van de ingangsfrequentie.

De werking is hetzelfde als de ongecontroleerde gelijkrichter & het schematische ontwerp is hieronder weergegeven.

• Gerelateerde post: Types Latches – SR & D Latches

Eenfasige en driefasige gelijkrichters

Deze indeling is gebaseerd op het type ingang waarop een gelijkrichter werkt. De naamgeving is vrij eenvoudig. Bij een eenfasige ingang wordt de gelijkrichter een eenfasige gelijkrichter genoemd en bij een driefasige ingang een driefasige gelijkrichter.

De eenfasige bruggelijkrichter bestaat uit vier dioden, terwijl een driefasige gelijkrichter zes dioden gebruikt die op een bepaalde manier zijn gerangschikt om de gewenste uitgang te krijgen. Dit kunnen gecontroleerde of ongecontroleerde gelijkrichters zijn, afhankelijk van de schakelcomponenten die in elke gelijkrichter worden gebruikt, zoals diodes, thyristors, enzovoort.

Vergelijking van gelijkrichters

De volgende tabel toont de vergelijking tussen verschillende soorten gelijkrichters, zoals halve golfgelijkrichter, volle golfgelijkrichter en middenaftakkingsgelijkrichter.

• Gerelateerde post: Autotransformator – Zijn typen, werking, voordelen en toepassingen

Toepassingen van gelijkrichters

Nagenoeg alle elektronische schakelingen werken op gelijkspanning. Het belangrijkste doel van het gebruik van gelijkrichter is voor gelijkrichting, wat betekent dat het omzetten van AC-spanningen naar DC-spanningen. Dit betekent dat gelijkrichters worden gebruikt in bijna alle stroomgelijkrichters en elektronische apparaten.

Hieronder volgt de lijst van gemeenschappelijke toepassingen en het gebruik van verschillende gelijkrichters.

• Rectificatie d.w.z. het omzetten van gelijkspanningen in wisselspanningen.
• Regelijkrichters worden gebruikt bij elektrisch lassen om de gepolariseerde spanning te leveren.
• Het wordt ook gebruikt in tractie, rollend materieel en driefasige tractiemotoren die worden gebruikt voor het laten rijden van treinen.
• Halfgolfgelijkrichters worden gebruikt in muggenafweermiddel en soldeerbout.
• Halfgolfgelijkrichter ook gebruikt in AM Radio als detector en signaalpiekdetector.
• Gelijkrichters worden ook gebruikt in modulatie, demodulatie en spanningsvermenigvuldigers.

• Types van actieve hoogdoorlaatfilters
• Types van passieve hoogdoorlaatfilters
• Types van actieve laagdoorlaatfilters
• Types van passieve laagdoorlaatfilters
• Types van DEMUX – Toepassingen voor demultiplexers
• Typen MUX – Toepassingen voor digitale multiplexers
• Typen binaire optellers & Subtractors
• Typen binaire encoders
• Typen binaire decoders