Co to jest Prostownik? Rodzaje prostowników i ich działanie

Różne rodzaje prostowników – działanie i zastosowania

W elektronice, obwód prostownika jest najczęściej używanym obwodem, ponieważ prawie każde urządzenie elektroniczne działa na DC (prąd stały), ale dostępność źródeł DC jest ograniczona, np. gniazdka elektryczne w naszych domach dostarczają AC (prąd zmienny). Prostownik jest idealnym kandydatem do tej pracy w przemyśle & domu do konwersji AC na DC. Nawet nasze ładowarki do telefonów komórkowych używać prostowników do konwersji AC z naszych gniazdek domowych do DC. Różne rodzaje prostowników są wykorzystywane do konkretnych zastosowań.

Mamy głównie dwa rodzaje typów napięcia obecne, które są szeroko stosowane w tych dniach. Są to typy napięcia zmiennego i bezpośredniego. Te typy napięcia mogą być przekształcane z jednego typu na drugi za pomocą specjalnych obwodów przeznaczonych do tego konkretnego przekształcenia. Te konwersje zdarzają się wszędzie.

Nasze główne zasilanie, które otrzymujemy z sieci energetycznych są zmienne w naturze i urządzenia, których używamy w naszych domach generalnie wymagają małego napięcia stałego. Ten proces przekształcania prądu zmiennego w prąd stały nosi nazwę prostowania. Konwersja prądu zmiennego na stały jest poprzedzona dalszym procesem, który może obejmować filtrowanie, konwersję DC-DC i tak dalej. Jedną z najczęstszych części zasilacza elektronicznego jest prostownik mostkowy.

Wiele układów elektronicznych wymaga prostowanego zasilania prądem stałym do zasilania różnych podstawowych elementów elektronicznych z dostępnego zasilania sieciowego prądem zmiennym. Prosty prostownik mostkowy jest używany w różnych elektronicznych urządzeniach zasilanych prądem zmiennym.

Innym sposobem patrzenia na obwód prostownika jest to, że można powiedzieć, że konwertuje on prądy zamiast napięć. Ma to bardziej intuicyjny sens, ponieważ jesteśmy bardziej przyzwyczajeni do używania prądu do definiowania natury komponentu. W skrócie, prostownik bierze prąd, który ma zarówno ujemne jak i dodatnie składniki i prostuje go tak, że tylko dodatni składnik prądu pozostaje.

Prostowniki mostkowe są szeroko stosowane w zasilaczach, które dostarczają niezbędnego napięcia stałego dla komponentu elektronicznego lub urządzeń. Najbardziej wydajnymi urządzeniami przełączającymi, których charakterystyki są w pełni znane są diody. W teorii każdy przełącznik półprzewodnikowy, który może być kontrolowany lub nie może być kontrolowany może być użyty zamiast diod.

• Related Post: Types of Diodes and Their Applications

Zwykle rodzaje Rectifiers są klasyfikowane na podstawie ich wyjścia. W tym artykule, będziemy omawiać wiele rodzajów prostowników, takich jak:

• Rektyfikatory jednofazowe
• Rektyfikatory trójfazowe
• Rektyfikatory sterowane
• Rektyfikatory niekontrolowane
• Rektyfikatory półfalowe
• Rektyfikatory pełnofalowe
• Rektyfikatory mostkowe
• Rektyfikatory z centralnym-…Prostowniki stożkowe

Co to jest prostownik?

Prostownik to urządzenie elektryczne, które jest wykonane z jednej lub więcej niż jednej diody, która konwertuje prąd zmienny (AC) na prąd stały (DC). Jest on używany do prostowania, gdzie proces poniżej pokazuje, że jak konwertować AC do DC..

Co to jest prostowanie?

Rektyfikacja jest procesem konwersji prądu zmiennego (który okresowo zmienia kierunek) na prąd stały (przepływ w jednym kierunku).

• Related Post: Different Types Of Relays, Their Construction, Operation & Applications

Types Of Rectifiers

Wyróżnia się głównie dwa rodzaje prostowników:

1. Prostownik niesterowany
2. Prostownik sterowany

Prostowniki mostkowe są wielu typów, a podstaw klasyfikacji może być wiele, by wymienić tylko kilka, rodzaj zasilania, konfiguracje obwodu mostkowego, możliwości sterowania itp. Prostowniki mostkowe można zasadniczo podzielić na jedno- i trójfazowe w zależności od typu wejścia, na którym pracują. Oba te typy obejmują te dalsze klasyfikacje, które mogą być wykonane zarówno do prostowników jednofazowych, jak i trójfazowych.

Dalsza klasyfikacja opiera się na urządzeniach przełączających, które prostownik wykorzystuje, a typy są niekontrolowane, pół kontrolowane i w pełni kontrolowane prostowniki. Niektóre z typów prostowników omówiono poniżej.

W oparciu o typ obwodu prostowniczego prostowniki dzieli się na dwie kategorie.

• Prostownik półfalowy
• Prostownik pełnofalowy

Prostownik półfalowy przekształca tylko połowę fali AC w sygnał DC, podczas gdy prostownik pełnofalowy przekształca cały sygnał AC w DC.

Prostownik mostkowy jest najczęściej używanym prostownikiem w elektronice i w tym raporcie zajmiemy się jego działaniem i wykonaniem. Prosty obwód prostownika mostkowego jest najpopularniejszą metodą prostowania pełnej fali.

Przedyskutujemy zarówno sterowane jak i niekontrolowane (półfalowe i pełnofalowe mostkowe) prostowniki w szczegółach ze schematami obwodów i działaniem jak poniżej.

• Related Post: Types of Transformers and Their Applications

Prostownik niekontrolowany:

Typ prostownika, którego napięcie wyjściowe nie może być sterowane, nazywa się prostownikiem niesterowanym.

Prostownik do pracy wykorzystuje przełączniki. Przełączniki mogą być różnego rodzaju, szeroko rozumiane, przełączniki sterowalne i przełączniki niesterowalne. Dioda jest urządzeniem jednokierunkowym, które umożliwia przepływ prądu tylko w jednym kierunku. Praca diody nie jest kontrolowana, ponieważ będzie ona przewodzić tak długo, jak długo jest skierowana do przodu.

W przypadku konfiguracji diod w dowolnym prostowniku, prostownik nie jest w pełni pod kontrolą operatora, dlatego tego typu prostowniki nazywane są prostownikami niekontrolowanymi. Nie pozwala on na zmianę mocy w zależności od zapotrzebowania obciążenia. Więc ten typ prostownika jest powszechnie stosowany w stałych lub stałych zasilaczy.

• Related Post: Filtry, Rodzaje filtrów i ich zastosowania

Prostownik niesterowany wykorzystuje tylko diody i dają one stałe napięcie wyjściowe zależne tylko od wejścia AC.

Types Of Uncontrolled Rectifier:

Prostowniki niesterowane są dalej podzielone na dwa typy:

1. Półfalowy prostownik
2. Pełnofalowy prostownik

Półfalowy prostownik:

Typ prostownika, który przekształca tylko połowę cyklu prądu zmiennego (AC) na prąd stały (DC) jest znany jako prostownik półfalowy.

• Positive Half Wave Rectifier:

Prostownik półfalowy, który przekształca tylko dodatni półcykl i blokuje ujemny półcykl.

• Negatywny prostownik półfalowy:

Ujemny prostownik półfalowy przekształca tylko ujemny półcykl prądu przemiennego w prąd stały.

Wśród wszystkich typów prostowników, prostownik półfalowy jest najprostszy, ponieważ składa się tylko z jednej diody.

Dioda pozwala na przepływ prądu tylko w jednym kierunku zwanym forward bias. Rezystor obciążenia RL jest połączony szeregowo z diodą.

• Related post: Different Types of Sensors with Applications

Positive Half Cycle:

Podczas dodatniego półcyklu, anoda terminala diody stanie się dodatnia, a katoda stanie się ujemna znana jako forward bias. I pozwoli na przepływ cyklu dodatniego przez.

Negative Half Cycle:

Podczas ujemnego półcyklu, anoda stanie się ujemna, a katoda dodatnia, co jest znane jako reverse bias. Tak więc dioda zablokuje cykl ujemny.

Więc kiedy źródło prądu zmiennego jest podłączone do prostownika półfalowego, tylko pół cyklu będzie przez niego przepływać, jak pokazano na rysunku poniżej.

Wyjście tego prostownika jest brane przez rezystor obciążenia RL. Jeśli spojrzymy na wykres wejście-wyjście, pokazuje on pulsujący dodatni półcykl wejścia.

Wyjście prostownika półfalowego ma zbyt wiele tętnień & nie jest zbyt praktyczne, aby użyć tego wyjścia jako źródła prądu stałego. Aby wygładzić to pulsujące wyjście, kondensator jest wprowadzony przez rezystor. Kondensator będzie ładował się podczas cyklu dodatniego i rozładowywał podczas cyklu ujemnego, aby dać gładki sygnał wyjściowy.

Takie typy prostowników marnują moc połowy cyklu wejścia AC.

• Related Post: Rodzaje przełączników. Ich budowa, działanie & Zastosowania

Prostownik pełnofalowy:

Prostownik pełnofalowy przekształca oba dodatnie i ujemne półcykle prądu zmiennego AC (alternating current) w prąd stały DC (direct current). Zapewnia podwójne napięcie wyjściowe w porównaniu z prostownikiem półfalowym

Prostownik pełnofalowy składa się z więcej niż jednej diody.

Istnieją dwa typy prostowników pełnofalowych.

1. Prostownik mostkowy
2. Prostownik środkowo-odczepowy

Prostownik mostkowy

Prostownik mostkowy używa czterech diod do przekształcenia obu półcykli wejściowego prądu zmiennego w wyjściowy prąd stały.

W tym typie prostownika, diody są połączone w specyficznej formie, jak podano poniżej.

Positive Half Cycle:

Podczas wejściowego dodatniego półcyklu, dioda D1 & D2 staje się forward bias, podczas gdy D3 & D4 staje się reverse bias. Dioda D1 & D2 tworzą zamkniętą pętlę, która zapewnia dodatnie napięcie wyjściowe przez rezystor obciążenia RL.

Negatywny półcykl:

Podczas ujemnego półcyklu, dioda D3 & D4 staje się forward bias, podczas gdy D1 & D2 staje się reverse bias. Ale polaryzacja przez rezystor obciążenia RL pozostaje taka sama i zapewnia dodatnie wyjście przez obciążenie.

Wyjście prostownika pełnofalowego ma niskie tętnienia w porównaniu do prostownika półfalowego, ale nadal nie jest gładkie i stałe.

Aby napięcie wyjściowe było gładkie &stałe, na wyjściu umieszcza się kondensator, jak pokazano na rysunku poniżej.

Kondensator ładuje się &rozładowuje, co powoduje płynne przejścia między półcyklami.

• Related Post: Types of Fuses – Its Construction, Operation & Applications

Working of Bridge Rectifier Circuit

Z diagramu obwodu wynika, że diody są połączone w szczególny sposób. Ten unikalny układ nadaje konwerterowi jego nazwę. W prostowniku mostkowym napięcie, które jest podawane na wejście może pochodzić z dowolnego źródła. Może pochodzić z transformatora, który służy do podwyższania lub obniżania napięcia lub może pochodzić z sieci naszego domowego zasilania. W tym artykule, używamy transformatora 6-0-6 o środkowym stożku do dostarczania napięcia AC.

W pierwszej fazie pracy prostownika, podczas dodatniego półcyklu, diody D3-D2 dostają forward biased i przewodzą. Diody D1-D4 ulegają odwróceniu i nie przewodzą w tym półcyklu, działając jako otwarte przełączniki. W ten sposób na wyjściu otrzymujemy dodatni półcykl. I odwrotnie, w ujemnym półcyklu, diody D1-D4 dostają forward biased i zaczynają przewodzić, podczas gdy diody D3-D2 dostają reversed biased i nie przewodzą w tym half cycle.

• Related Post: Types of Inductors and Their Applications

Again, we get a positive half cycle at the output. Na końcu procesu prostowania, ujemna część prądu zmiennego jest przekształcana w cykl dodatni. Wyjściem z prostownika są dwa półdodatnie impulsy o tej samej częstotliwości i wielkości, co impulsy wejściowe.

W przeciwieństwie do pracy prostownika półfalowego, pełny prostownik mostkowy ma jeszcze jedną gałąź, która pozwala mu przewodzić dla ujemnej połowy fali napięcia, czego prostownik półmostkowy nie miał możliwości zrobić. Tak więc średnie napięcie na wyjściu pełnego prostownika mostkowego jest dwukrotnie wyższe niż w przypadku prostownika półmostkowego.

Ale do wykonania pełnego prostownika mostkowego używamy czterech pojedynczych diod mocy, gotowe elementy prostownika mostkowego są dostępne „z półki” w wielu różnych wielkościach napięcia i prądu, które można wykorzystać bezpośrednio do wykonania działającego obwodu.

Przebieg napięcia wyjściowego po prostowaniu nie jest prawidłowym prądem stałym, więc możemy spróbować zrobić go bardziej w kształcie fali prądu stałego używając kondensatora do filtrowania. Kondensatory wygładzające lub rezerwowe, które są podłączone równolegle z obciążeniem przez wyjście z obwodu prostownika mostka pełnofalowego zwiększa średni poziom wyjściowy DC do wymaganego średniego napięcia DC na wyjściu, ponieważ kondensator nie tylko działa jako element filtrujący, ale także okresowo ładuje się i rozładowuje skutecznie zwiększając napięcie wyjściowe.

Kondensator ładuje się do momentu, gdy przebieg przechodzi do szczytu i rozładowuje się równomiernie do obwodu obciążenia, gdy przebieg zaczyna się obniżać. Więc kiedy wyjście idzie nisko, kondensator utrzymuje odpowiednie napięcie zasilania w obwodzie obciążenia, tworząc DC.

• Related Post: Types of Batteries and Cells and Their Applications

Wady prostownika mostkowego:

1. Niskie tętnienia w wyjściowym sygnale DC
2. Wysoka sprawność prostownika
3. Niskie straty mocy

Wady prostownika mostkowego:

1. Prostownik mostkowy jest bardziej skomplikowany niż prostownik półfalowy
2. Większe straty mocy w porównaniu z prostownikiem pełnofalowym ze środkowym zwężeniem.

Prostownik Center-Tap

Ten typ prostownika pełnofalowego wykorzystuje transformator center-tap &dwie diody.

Transformator center-tap jest transformatorem dwunapięciowym, który ma dwa wejścia (I1 & I2) i trzy zaciski wyjściowe (T1, T2, T3). Zacisk T2 jest podłączony do środka cewki wyjściowej, która działa jako masa odniesienia (o volt odniesienia). Zacisk T1 wytwarza napięcie dodatnie, a zacisk T3 napięcie ujemne w stosunku do zacisku T2.

• Related Post: Types of Digital Logic Gates – Boolean Logic Truth Tables & Zastosowania

Projekt prostownika środkowo-taśmowego jest podany poniżej:

Postive Half Cycle:

Podczas wejściowego dodatniego półcyklu, T1 będzie wytwarzał napięcie dodatnie, a T2 ujemne. Dioda D1 stanie się forward bias & dioda D2 stanie się reverse bias. To sprawia, że ścisła ścieżka od T1 do T2 przez rezystor obciążenia RL, jak pokazano poniżej.

Negative Half Cycle:

Teraz podczas wejściowego ujemnego półcyklu, T1 wygeneruje cykl ujemny & T2 wygeneruje cykl dodatni. To spowoduje, że dioda D1 będzie w odwrotnym biasie & dioda D2 w forward bias. Ale polaryzacja przez rezystor obciążenia RL jest nadal taka sama, jak prąd bierze ścieżkę z T3 do T1, jak pokazano na rysunku poniżej.

Wyjście DC prostownika center-tap ma również tętnienia i nie jest gładka & stały DC. Kondensator na wyjściu usunie tętnienia i sprawi, że na wyjściu będzie stały prąd stały.

• Related Post: Types of Resistors | Fixed, Variable, Linear & Non-Linear

Prostownik sterowany:

Rodzaj prostownika, którego napięcie wyjściowe można zmieniać lub zmieniać, nazywamy prostownikiem sterowanym.

Potrzeba prostownika sterowanego jest oczywista, gdy przyjrzymy się wadom prostownika mostkowego niekontrolowanego. Aby przekształcić prostownik niekontrolowany w sterowany, stosujemy sterowane prądem urządzenia półprzewodnikowe, takie jak SCR, MOSFET i IGBT. Mamy pełną kontrolę, gdy SCR są włączane lub wyłączane w oparciu o impulsy bramkowe, które do nich przykładamy. Są one generalnie bardziej preferowane niż ich niekontrolowane odpowiedniki.

Składa się z jednego lub więcej niż jednego SCR (Silicon Controlled Rectifier).

An SCR, znany również jako tyrystor jest diodą o trzech końcówkach. Te zaciski to Anoda, Katoda & i wejście sterujące znane jako Gate.

Tak jak zwykła dioda SCR przewodzi w biasie do przodu i blokuje prąd w biasie wstecznym, ale tylko zaczyna przewodzenie do przodu, gdy jest impuls na wejściu bramki. Tak więc napięcie wyjściowe może być kontrolowane za pomocą wejścia bramki.

• Related Post: Types of ICs. Classification of Integrated Circuits and Their Limitation

Typy prostowników sterowanych

Istnieją dwa typy prostowników sterowanych.

Półfalowy prostownik sterowany

Półfalowy prostownik sterowany składa się z pojedynczego SCR (Silicon Controlled Rectifier).

Półfalowy prostownik sterowany ma taką samą budowę jak półfalowy prostownik niesterowany, z tą różnicą, że diodę zastępujemy SCR jak pokazano na rysunku poniżej.

SCR nie przewodzi w odwrotnym biasie, więc będzie blokował ujemny półcykl.

Podczas dodatniego półcyklu SCR będzie przewodził prąd pod jednym warunkiem, gdy na wejście bramki zostanie podany impuls. Wejście bramkowe to oczywiście okresowy sygnał impulsowy, który ma za zadanie aktywować SCR przy każdym dodatnim półcyklu.

W ten sposób możemy sterować napięciem wyjściowym tego prostownika.

• Related Post: Counter and Different Types of Electronic Counters

Wyjściem SCR jest również pulsujące napięcie/prąd stały. Te impulsy są usuwane za pomocą kondensatora równoległego do rezystora obciążenia RL.

Prostownik sterowany pełną falą

Typ prostownika, który przekształca zarówno dodatni, jak i ujemny półcykl prądu przemiennego w prąd stały, jak również kontroluje amplitudę wyjściową, jest znany jako prostownik sterowany pełną falą.

Tak jak prostownik niekontrolowany, prostownik pełnofalowy kontrolowany ma dwa typy.

• Related Post: Types Of Capacitors | Fixed, Variable, Polar & Non-Polar

Prostownik mostkowy sterowany

W tym prostowniku mostek diodowy jest zastąpiony mostkiem SCR (tyrystorowym) o takiej samej konfiguracji jak na rysunku poniżej.

Positive Half Cycle:

Podczas cyklu dodatniego, SCR (tyrystor) T1 & T2 będzie przewodził po przyłożeniu impulsu bramkowego. T3 & T4 będzie odwrócony bias, więc będą one blokować prąd. Napięcie wyjściowe pojawi się na rezystorze obciążenia RL, jak pokazano poniżej.

Negative Half Cycle:

Podczas ujemnego półcyklu, tyrystor T3 & T4 stanie się forward bias biorąc pod uwagę impuls wejściowy bramki & a T1 & T2 stanie się reverse bias. Napięcie wyjściowe pojawi się w poprzek rezystora obciążenia RL.

Na końcu wyjścia, kondensator jest używany do usuwania tętnień i sprawia, że wyjście jest stałe & gładkie.

Controlled Center-Tap Rectifier:

Tak jak center-tap niekontrolowany prostownik, ten projekt używa dwóch SCR zastępując dwie diody.

Oba te przełączenia SCR będą miały inny czas w zależności od częstotliwości wejściowej AC.

Jego działanie jest takie samo jak prostownika niekontrolowanego & jego schemat jest podany poniżej.

• Related Post: Types of Latches – SR & D Latches

Prostowniki jednofazowe i trójfazowe

Klasyfikacja ta opiera się na rodzaju wejścia, na którym pracuje prostownik. Nazewnictwo jest dość proste. Gdy wejście jest jednofazowe, prostownik nazywany jest prostownikiem jednofazowym, a gdy wejście jest trójfazowe, nazywany jest prostownikiem trójfazowym.

Prostownik mostkowy jednofazowy składa się z czterech diod, natomiast prostownik trójfazowy używa sześciu diod ułożonych w określony sposób, aby uzyskać pożądaną moc wyjściową. Mogą to być prostowniki kontrolowane lub niekontrolowane, w zależności od elementów przełączających stosowanych w każdym prostowniku, takich jak diody, tyrystory i tak dalej.

Comparison Of Rectifiers

Następująca tabela pokazuje współzależność pomiędzy różnymi typami prostowników, takimi jak prostownik półfalowy, prostownik pełnofalowy i prostownik z gwintem środkowym.

• Related Post: Autotransformer – Its Types, Operation, Advantages and Applications

Applications Of Rectifiers

Basically, almost all electronic circuits operated on DC voltages. Głównym celem stosowania prostownika jest do prostowania, co oznacza konwersję napięcia AC do napięcia DC. Oznacza to, że prostowniki są używane w prawie wszystkich urządzeniach elektronicznych i prostowniczych.

Poniżej znajduje się lista wspólnych aplikacji i zastosowań różnych prostowników.

• Rektyfikacja tj. konwersja napięć stałych na napięcia zmienne.
• Prostowniki są używane w spawaniu elektrycznym w celu zapewnienia napięcia spolaryzowanego.
• Jest on również stosowany w trakcji, taborze kolejowym i trójfazowych silnikach trakcyjnych używanych do prowadzenia pociągów.
• Prostowniki półfalowe są stosowane w odstraszaczu komarów i lutownicy.
• Prostownik półfalowy jest również stosowany w radiu AM jako detektor i detektor szczytów sygnału.
• Prostowniki używane również w modulacji, demodulacji i mnożnikach napięcia.

• Typy aktywnych filtrów górnoprzepustowych
• Typy pasywnych filtrów górnoprzepustowych
• Typy aktywnych filtrów dolnoprzepustowych
• Typy pasywnych filtrów dolnoprzepustowych
• Typy demultiplekserów – Zastosowania demultipleksera
• Typy MUX – Zastosowania multipleksera cyfrowego
• Typy sumatorów binarnych &Typy subtraktorów
• Typy koderów binarnych
• Typy dekoderów binarnych

.