Dioda zapewnia uprzywilejowany kierunek przepływu prądu.
W prostym modelu dioda łatwo przewodzi w jednym kierunku i ogranicza prąd w drugim. Rzeczywiste diody mają spadek napięcia w kierunku przewodzenia oraz limity prądu, temperatury i napięcia wstecznego.
Układy prostownicze wykorzystują tę kierunkowość do przekształcania przemiennego sygnału wejściowego w sygnał wyjściowy o jednej biegunowości.
Wyprostowane nie oznacza wygładzonego.
Prostownik jednopołówkowy wykorzystuje jedną połowę każdego cyklu wejściowego. Prostownik dwupołówkowy wykorzystuje obie połowy; układ mostkowy kieruje prąd przez odbiornik w tym samym kierunku podczas każdej połówki cyklu.
Wynikiem jest pulsujący prąd stały DC. Samo prostowanie nie zapewnia stałego napięcia wyjściowego.
1. Wejście AC: biegunowość się zmienia
2. Prostowanie jednopołówkowe: pozostają tylko dodatnie połówki
3. Prostowanie dwupołówkowe: obie połówki dają dodatni sygnał wyjściowy
Prześledź jeden cykl wejściowy: 50 Hz oznacza 50 pełnych cykli na sekundę, więc jeden cykl trwa 20 milisekund. Wyjście jednopołówkowe ma w tym czasie jeden impuls; dwupołówkowe ma dwa. Ujemna połówka została przekierowana, a nie usunięta z wyjścia dwupołówkowego.
Wygładzanie i regulacja pełnią różne funkcje.
Prostowanie, wygładzanie i stabilizacja rozwiązują różne problemy. Prostowanie utrzymuje jedną biegunowość wyjścia. Wygładzanie zmniejsza wzrosty i spadki między impulsami. Stabilizacja reguluje wyjście wokół wybranej wartości docelowej.
Kondensator wygładzający może zasilać odbiornik między impulsami ładowania. Stabilizator reaguje na zmiany warunków, utrzymując wyjście w określonym zakresie.
4. Wygładzanie: wypełnianie przerw między szczytami
Pomarańczowy przebieg to napięcie kondensatora. Przebieg przerywany to dostępne napięcie wyprostowane. W pobliżu każdego szczytu prostownik zasila odbiornik i doładowuje kondensator; między tymi przedziałami odbiornik zasila zgromadzona energia, a napięcie kondensatora spada.
5. Regulacja: sterowanie docelową wartością wyjściową
Linia prosta przedstawia idealne stabilizowane wyjście 8 V. Jest to oddzielny etap, a nie efekt samego kondensatora wygładzającego. Rzeczywisty stabilizator wymaga dostatecznego napięcia wejściowego i dostępnej mocy oraz ma ograniczenia, tolerancje i pewne pozostałe tętnienia.
Zasilacze liniowe i impulsowe.
Zasilacz liniowy może wykorzystywać transformator o częstotliwości sieciowej, po którym następują prostowanie, filtracja i stabilizacja. Zasilacz impulsowy steruje przekazywaniem energii za pomocą szybkiego przełączania elektronicznego.
Wiele konstrukcji impulsowych zawiera transformator wysokiej częstotliwości; inne nie zapewniają separacji. Pełna konstrukcja określa zapewnianą separację i ochronę.
Rozpatruj zasilanie i odbiornik łącznie.
Jeśli odbiornik stale pobiera 0.5 A, otrzymuje 12 W. Zasilacz o znamionowej wydajności 2 A zwykle nie wymusza przepływu 2 A przez ten odbiornik.
Sterowniki i czujniki windy mogą korzystać ze wspólnego zasilania DC. Utrata kilku sygnałów może więc dotyczyć zasilania lub jego rozdziału, zamiast kilku niezależnie uszkodzonych czujników. Rzeczywista diagnostyka wymaga dokumentacji instalacji.
Bliższe spojrzenie
Tętnienia to zmienność pozostająca na wyjściu DC. W prostym jednofazowym prostowniku pełnookresowym zasilanym częstotliwością 50 Hz wyprostowane impulsy występują z częstotliwością 100 Hz. To co innego niż częstotliwość przełączania zasilacza impulsowego.
Wykres kondensatora magazynującego jest obliczonym przykładem: gdy idealny prostownik przewodzi, napięcie kondensatora podąża za wyprostowanym źródłem; między przedziałami ładowania kondensator rozładowuje się przez obciążenie zgodnie z V(t + Δt) = V(t)e^(−Δt/RC). To uproszczony model obciążenia o stałej rezystancji. Dla małych tętnień i w przybliżeniu stałego prądu obciążenia często stosuje się oszacowanie ΔV ≈ I/(fᵣC), gdzie fᵣ jest częstotliwością wyprostowanych impulsów (100 Hz dla jednofazowego prostowania pełnookresowego wejścia 50 Hz). Większa pojemność może zmniejszać tętnienia, ale zmienia wymagania dotyczące prądu ładowania; nie dodaje stabilizacji.
Sprawdź swoją wiedzę
Czy sam prostownik wystarczy do uzyskania idealnie stałego DC?
Pokaż wyjaśnienie
Nie. Przebieg wyjściowy może być pulsujący. Wygładzanie i stabilizacja pełnią dodatkowe funkcje.
Dalsza lektura.
Lektura opcjonalna, pozwalająca dokładniej zgłębić tę lekcję.
- OMRON: zasady działania zasilaczy (PDF) (Dokument w języku angielskim)
Zacznij od schematu przekształcania na stronie 1, a następnie schematu prostownika na stronie 3. Strona 4 wyjaśnia tętnienia i zakłócenia. Są to ilustracje techniczne zasilacza impulsowego.
- Analog Devices: działanie prostownika i wygładzanie
Sekcje 6.1.1–6.1.3 porównują prostowanie jednopołówkowe i dwupołówkowe, a następnie pokazują, dlaczego kondensator wygładzający nadal pozostawia tętnienia. Korzystaj z nich wraz z idealnymi wykresami napięcia w tej lekcji.
- Analog Devices: regulacja liniowa i impulsowa
Początkowa sekcja o stabilizatorze liniowym wyjaśnia sprzężenie zwrotne, wymagany zapas napięcia wejściowego i ograniczenia wyjścia. To przydatna dalsza lektura po rozróżnieniu prostowania, wygładzania i stabilizacji.