Изменение напряжения после диодного моста

Предисловие

Очень много вопросов задают по статье как получить из переменного напряжения постоянное. Напомню, что мы получали постоянное напряжение с помощью типичной схемы, которая используется во всей электронике:

Да, та статья получилась чуток сыровата, но суть преобразования переменного тока в постоянный мы постарались объяснить на пальцах. Но читатели все равно «не вкурили» ту статью, поэтому было решено написать еще одну статейку, но на этот раз разжевать все досконально.

Снова да ладом…

Придется возвращаться к истокам. Вместо трансформатора я возьму ЛАТР, который будет выдавать переменный ток:

Выставляем на ЛАТРе с помощью цифрового осциллографа напряжение амплитудой в 10 Вольт:

Как мы можем увидеть в нижнем левом углу, частота нашего сигнала 50 Герц. Это и есть частота сети. Длина одного кубика по вертикали равна 2 Вольтам.

Далее берем 4 кремниевых диода

И спаиваем из них диодный мост вот по такой схеме:

Подаем напряжение с ЛАТРа на диодный мост, а с других концов цепляем щуп осциллографа

Тыкаем щупом осциллографа в эти красные кружочки на схеме. Землю на один кружочек, а сигнальный на другой.

Смотрим, что получилось на дисплее осциллографа

Дело в том, что сопротивление щупа осциллографа обладает очень высоким входным сопротивлением, или иначе простыми словами: мы подцепили очень-очень высокоомный резистор к выходу диодного моста. Поэтому диодный мост в холостом режиме, то есть в режиме без нагрузки, не функционирует.

Для того, чтобы проверить диодный мост на работоспособность, нам надо его нагрузить. Это может быть резистор в несколько десятков или сотен Ом, лампочка, либо какая-нибудь электронная безделушка. В моем случае я взял лампочку накаливания на 12 Вольт от поворотника мотоцикла:

Цепляем ее к диодному мосту

Тыкаем щуп осциллографа в эти точки и смотрим осциллограмму

Как мы видим, напряжение с ЛАТРа чуть просело. Все зависит, конечно, от подключаемой нагрузки и мощности самого ЛАТРа. Про это я писал еще в статье работа трансформатора

Теперь тыкаем щупом в эти точки

Классика жанра! Превращаем отрицательную полуволну в положительную и получаем «горки» с частотой в 100 Герц ;-). Но ваш внимательный глаз ничего не заметил? Если даже мы и выпрямили напряжение с помощью диодного моста, то почему амплитуда каждой полуволны стала еще чуть меньше?

Дело все в том, что на PN-переходе диода в прямом смещении падает напряжение в 0,6−0,7 Вольт. Именно поэтому оно и вычитается с амплитуды напряжения, которое надо выпрямить.

Давайте теперь к диодному мосту запаяем конденсатор емкостью в 5000 мкФ и не будем цеплять никакую нагрузку

Тыкаем щупом сюда

Получили вот такую осциллограмму постоянного тока. Она в 1,41 раз больше, чем действующее (среднеквадратичное) значение сигнала с ЛАТРа (о действующем напряжении чуть ниже)

А теперь цепляем лампочку

Осциллограмма кардинально изменилась.

Как мы видим, напряжение просело и у нас получилась осциллограмма постоянного напряжения с небольшими пульсациями. Вот эти маленькие «холмики» и есть пульсации, в отличите от «гор» сразу после диодного моста с лампочкой-нагрузкой. Физический смысл здесь такой: конденсатор не успевает разряжаться на нагрузке, как снова приходит новая «горка» и снова заряжает конденсатор.

Правило диодного выпрямителя с конденсатором очень простое: чем больше емкость конденсатора и чем больше сопротивление нагрузки, тем меньше по амплитуде будут пульсации, и наоборот.

Но почему у нас просело напряжение? Ведь было уже 10 Вольт постоянного напряжения на конденсаторе без нагрузки?

А как цепанули лампочку стало намного меньше…

В чем же проблема? А проблема именно в законе сохранения энергии…

Среднеквадратичное значения напряжения

Допустим, у нас есть лампочка накаливания. Я ее подцепил к источнику постоянного тока и она у меня загорелась с какой-то яркостью. Потом я цепляю эту лампу к источнику переменного тока и добиваюсь такого же свечения лампы. Форма сигнала постоянного и переменного напряжения разные, а мощность, выдаваемая в нагрузку, в данном случае лампочку, одинаковая. Можно сказать, что среднеквадратичное значение переменного тока равняется значению постоянного тока.

То есть если у нас лампочка на 12 Вольт, я могу подать на нее 12 Вольт с блока питания или 12 Вольт с ЛАТРа. Лампочка будет светить с такой же яркостью. Мультиметр в режиме измерения переменного тока показывает именно среднеквадратичное значение напряжения.

Итак, чему же равняется среднеквадратичное значение вот этого сигнала?

А давайте замеряем. Для этого я беру мой любимый прибор токоизмерительные клещи, в который встроен целый мультиметр с True RMS и начинаю замерять среднеквадратичное значение

Читайте также:  Графические операционные системы это

Мультиметр показал 7,18 Вольт. Это и есть среднеквадратичное значение этого сигнала.

Для синусоидальных сигналов оно легко вычисляется по формуле:

Umax — максимальная амплитуда, В

UД — действующее (среднеквадратичное) значение напряжения, В

Если считать по формуле, то получим 10/√2=7,07 Вольт. Сходится с небольшой погрешностью.

Как мы подцепили нагрузку, у нас сразу просела амплитуда напряжения с ЛАТРа, а следовательно, и среднеквадратичное значение напряжения

6, 68 Вольт. Хотя по формуле получается 9/1,41=6,38. Спишем на погрешности измерения.

Среднеквадратичное значение сложных сигналов

Но чему же равняется среднеквадратичное значение напряжения после диодного моста с включенной нагрузкой-лампочкой?

Для определения среднеквадратичного значения такого сигнала:

нам понадобится формула и табличка.

где Ka — это коэффициент амплитуды

Umax — максимальная амплитуда сигнала

U — действующее (среднеквадратичное) значение сигнала

А вот и табличка:

Теперь ищем по табличке наш пульсирующий сигнал с выпрямителя. Как мы видим, его коэффициент амплитуды равен 1,41 или, если быть точнее, √2. То есть точно такой же, как и у синусоидального сигнала.

Вычисляем по формуле и получаем:

После того, как мы поставили конденсатор, у нас почти получилась осциллограмма постоянного тока с значением в примерно в 6 Вольт, если полностью усреднить нашу кривую, то есть пренебречь небольшими пульсациями. Можно даже сказать, что это значение постоянного тока будет равняться среднеквадратичному значению переменного тока номиналом в 6 Вольт. Не забываем, что 0,6−0,7 Вольт у нас падают на диодах.

Заключение

Итак, какие выводы делаем из всего вышесказанного и показанного? Среднеквадратичное значение напряжения на выходе диодного выпрямителя чуточку меньше, чем до диодного моста. По 0,6−0,7 Вольт падает на диодах. Если бы мы поставили диоды Шоттки, то выиграли бы 0,3−0,4 Вольта, так как падения на Шоттках 0,2−0,3 Вольта. Схема двухполупериодного выпрямителя, с энергетической точки зрения является очень неплохой и поэтому используется в большинстве радиоэлектронных устройств.

Предисловие

Очень много вопросов задают по статье как получить из переменного напряжения постоянное. Напомню, что мы получали постоянное напряжение с помощью типичной схемы, которая используется во всей электронике:

Да, та статья получилась чуток сыровата, но суть преобразования переменного тока в постоянный мы постарались объяснить на пальцах. Но читатели все равно «не вкурили» ту статью, поэтому было решено написать еще одну статейку, но на этот раз разжевать все досконально.

Снова да ладом…

Придется возвращаться к истокам. Вместо трансформатора я возьму ЛАТР, который будет выдавать переменный ток:

Выставляем на ЛАТРе с помощью цифрового осциллографа напряжение амплитудой в 10 Вольт:

Как мы можем увидеть в нижнем левом углу, частота нашего сигнала 50 Герц. Это и есть частота сети. Длина одного кубика по вертикали равна 2 Вольтам.

Далее берем 4 кремниевых диода

И спаиваем из них диодный мост вот по такой схеме:

Подаем напряжение с ЛАТРа на диодный мост, а с других концов цепляем щуп осциллографа

Тыкаем щупом осциллографа в эти красные кружочки на схеме. Землю на один кружочек, а сигнальный на другой.

Смотрим, что получилось на дисплее осциллографа

Дело в том, что сопротивление щупа осциллографа обладает очень высоким входным сопротивлением, или иначе простыми словами: мы подцепили очень-очень высокоомный резистор к выходу диодного моста. Поэтому диодный мост в холостом режиме, то есть в режиме без нагрузки, не функционирует.

Для того, чтобы проверить диодный мост на работоспособность, нам надо его нагрузить. Это может быть резистор в несколько десятков или сотен Ом, лампочка, либо какая-нибудь электронная безделушка. В моем случае я взял лампочку накаливания на 12 Вольт от поворотника мотоцикла:

Цепляем ее к диодному мосту

Тыкаем щуп осциллографа в эти точки и смотрим осциллограмму

Как мы видим, напряжение с ЛАТРа чуть просело. Все зависит, конечно, от подключаемой нагрузки и мощности самого ЛАТРа. Про это я писал еще в статье работа трансформатора

Теперь тыкаем щупом в эти точки

Классика жанра! Превращаем отрицательную полуволну в положительную и получаем «горки» с частотой в 100 Герц ;-). Но ваш внимательный глаз ничего не заметил? Если даже мы и выпрямили напряжение с помощью диодного моста, то почему амплитуда каждой полуволны стала еще чуть меньше?

Дело все в том, что на PN-переходе диода в прямом смещении падает напряжение в 0,6−0,7 Вольт. Именно поэтому оно и вычитается с амплитуды напряжения, которое надо выпрямить.

Давайте теперь к диодному мосту запаяем конденсатор емкостью в 5000 мкФ и не будем цеплять никакую нагрузку

Тыкаем щупом сюда

Получили вот такую осциллограмму постоянного тока. Она в 1,41 раз больше, чем действующее (среднеквадратичное) значение сигнала с ЛАТРа (о действующем напряжении чуть ниже)

А теперь цепляем лампочку

Осциллограмма кардинально изменилась.

Как мы видим, напряжение просело и у нас получилась осциллограмма постоянного напряжения с небольшими пульсациями. Вот эти маленькие «холмики» и есть пульсации, в отличите от «гор» сразу после диодного моста с лампочкой-нагрузкой. Физический смысл здесь такой: конденсатор не успевает разряжаться на нагрузке, как снова приходит новая «горка» и снова заряжает конденсатор.

Читайте также:  Браузер с лентой новостей

Правило диодного выпрямителя с конденсатором очень простое: чем больше емкость конденсатора и чем больше сопротивление нагрузки, тем меньше по амплитуде будут пульсации, и наоборот.

Но почему у нас просело напряжение? Ведь было уже 10 Вольт постоянного напряжения на конденсаторе без нагрузки?

А как цепанули лампочку стало намного меньше…

В чем же проблема? А проблема именно в законе сохранения энергии…

Среднеквадратичное значения напряжения

Допустим, у нас есть лампочка накаливания. Я ее подцепил к источнику постоянного тока и она у меня загорелась с какой-то яркостью. Потом я цепляю эту лампу к источнику переменного тока и добиваюсь такого же свечения лампы. Форма сигнала постоянного и переменного напряжения разные, а мощность, выдаваемая в нагрузку, в данном случае лампочку, одинаковая. Можно сказать, что среднеквадратичное значение переменного тока равняется значению постоянного тока.

То есть если у нас лампочка на 12 Вольт, я могу подать на нее 12 Вольт с блока питания или 12 Вольт с ЛАТРа. Лампочка будет светить с такой же яркостью. Мультиметр в режиме измерения переменного тока показывает именно среднеквадратичное значение напряжения.

Итак, чему же равняется среднеквадратичное значение вот этого сигнала?

А давайте замеряем. Для этого я беру мой любимый прибор токоизмерительные клещи, в который встроен целый мультиметр с True RMS и начинаю замерять среднеквадратичное значение

Мультиметр показал 7,18 Вольт. Это и есть среднеквадратичное значение этого сигнала.

Для синусоидальных сигналов оно легко вычисляется по формуле:

Umax — максимальная амплитуда, В

UД — действующее (среднеквадратичное) значение напряжения, В

Если считать по формуле, то получим 10/√2=7,07 Вольт. Сходится с небольшой погрешностью.

Как мы подцепили нагрузку, у нас сразу просела амплитуда напряжения с ЛАТРа, а следовательно, и среднеквадратичное значение напряжения

6, 68 Вольт. Хотя по формуле получается 9/1,41=6,38. Спишем на погрешности измерения.

Среднеквадратичное значение сложных сигналов

Но чему же равняется среднеквадратичное значение напряжения после диодного моста с включенной нагрузкой-лампочкой?

Для определения среднеквадратичного значения такого сигнала:

нам понадобится формула и табличка.

где Ka — это коэффициент амплитуды

Umax — максимальная амплитуда сигнала

U — действующее (среднеквадратичное) значение сигнала

А вот и табличка:

Теперь ищем по табличке наш пульсирующий сигнал с выпрямителя. Как мы видим, его коэффициент амплитуды равен 1,41 или, если быть точнее, √2. То есть точно такой же, как и у синусоидального сигнала.

Вычисляем по формуле и получаем:

После того, как мы поставили конденсатор, у нас почти получилась осциллограмма постоянного тока с значением в примерно в 6 Вольт, если полностью усреднить нашу кривую, то есть пренебречь небольшими пульсациями. Можно даже сказать, что это значение постоянного тока будет равняться среднеквадратичному значению переменного тока номиналом в 6 Вольт. Не забываем, что 0,6−0,7 Вольт у нас падают на диодах.

Заключение

Итак, какие выводы делаем из всего вышесказанного и показанного? Среднеквадратичное значение напряжения на выходе диодного выпрямителя чуточку меньше, чем до диодного моста. По 0,6−0,7 Вольт падает на диодах. Если бы мы поставили диоды Шоттки, то выиграли бы 0,3−0,4 Вольта, так как падения на Шоттках 0,2−0,3 Вольта. Схема двухполупериодного выпрямителя, с энергетической точки зрения является очень неплохой и поэтому используется в большинстве радиоэлектронных устройств.

Всем привет, увидел в интернете схему зарядки акб на трансформаторе от старых телевизоров ТС-180 и вспомнил что такой у меня есть.
Собрал по схеме, с трансформатора получаем 12.8−13 В, а на выходе с диодного моста 11.2−11.5.Подскажите пожалуйста что можно сделать, ведь данного напряжения не хватит для зарядки АКБ.

Смотрите также

Метки: зарядка

Комментарии 168

Если есть желание, переделайте БП от компьютера, получится хорошее зарядное. Доработок минимум,
в инете инфы полно. Советую.Удачи

Так, хочу написать своё ИМХО, т.к. это элементарная тема, и её почему-то мало кто понимает.
И так, на выходе у вас среднее значение 11.2−11.5 В, это с учетом падения напряжения на диодном мосту. До моста следовательно действующее значение 11,2(11,5) + 2*0,7=12,6 (12,9). Это именно действующее или эффективное значение значение напряжения. Его можно вычислить через интеграл от тока в квадрате по времени. Амплитудное значение получится путем умножения на 2^0.5=1,4142, т.е. 12,9*1,4142=18,2433 В, такое напряжение получится если подключить конденсатор, который заряжается до амплитудного значения. НО, это если конденсатор не разряжаю, т.е. без нагрузки. Когда подключаем нагрузку, то
во-первых амплитудное значение понизится, т.к. будет просадка на всех элементах.
во-вторых, не забываем, что чем выше напряжение на аккуме, тем ниже разность между напряжением заряда и напряжением аккума, и тем ниже ток.
в-третьих, чем выше напряжение аккума, тем меньшая часть полусинусоиды будет использована для заряда аккума, и тем меньше во времени ток будет протекать через аккум.
Конденсатор конечно будет повышать ток в первичной цепи, таким образом подтягивая напряжение, но этот эффект будет тем меньше, чем выше напряжение на аккумуляторе.
Тут можно ещё много чего писать, кому надо могу на доске написать и сфотать, благо я ТОЭ не первый год преподаю, но это по желанию.
А здесь, приведу простые примеры в мультисиме.
Предлагаемая многими схема, с диодным мостом и конденсатором, с учетом внутренних сопротивлений аккумулятора и трансформатора, т.е. схема замещения.
Схема savepic.su/6794265.jpg
Смотрим амперметр справа, в цепи аккумулятора.
Обратите внимание, конденсатор 10 000 мкф, сопротивление трансформатора 0,5 Ом — это ещё с запасом, реально оно больше в указанном автором, сопротивление аккума 0,1 Ом, примерно соответствует.
В итоге ток всего 0,85 А.
Если понизить напряжение аккумулятора, ток возрастет, но не сильно. Смотрите
savepic.su/6785049.jpg
savepic.su/6784025.jpg
С одной стороны результат есть, но как видите ток ограничен не трансформатором, а именно схемным решением. Получится зарядник размером с табурет и током чуть больше 2 А, когда аккум разряжен, и меньше 1 А при более чем 50 заряда. Заряжать будете трое суток.
Поэтому, я предложил вариант с умножителем, смотрите:
savepic.su/6788121.jpg
savepic.su/6777881.jpg
savepic.su/6780953.jpg
Как видите, можно получить ток заряда достаточно большой величины. И величина тока будет зависеть от номиналов конденсаторов. Чем больше ёмкость конденсаторов, тем выше ток. Смотрите:
savepic.su/6780953.jpg
savepic.su/6767641.jpg
Хотя, конечно при использовании умножителя ток на трансформаторе будет значительно выше.

Читайте также:  Как в камтазии сохранить видео в mp4

Так же, хорошие варианты тут предложили, это домотать обмотку, чтобы повысить напряжение.

Прошу только конструктивное обсуждение, и обоснованные аргументы.

220 В после выпрямления 300 В не хватает для работы схемы — тоже умножитель ставлю. Почитайте приключенческую историю, как я решил вспомнить институтские годы спустя 25 лет:
www.drive2.ru/b/4899916394579136451/

Интересно, спасибо, почитаю))))

Так, хочу написать своё ИМХО, т.к. это элементарная тема, и её почему-то мало кто понимает.
И так, на выходе у вас среднее значение 11.2−11.5 В, это с учетом падения напряжения на диодном мосту. До моста следовательно действующее значение 11,2(11,5) + 2*0,7=12,6 (12,9). Это именно действующее или эффективное значение значение напряжения. Его можно вычислить через интеграл от тока в квадрате по времени. Амплитудное значение получится путем умножения на 2^0.5=1,4142, т.е. 12,9*1,4142=18,2433 В, такое напряжение получится если подключить конденсатор, который заряжается до амплитудного значения. НО, это если конденсатор не разряжаю, т.е. без нагрузки. Когда подключаем нагрузку, то
во-первых амплитудное значение понизится, т.к. будет просадка на всех элементах.
во-вторых, не забываем, что чем выше напряжение на аккуме, тем ниже разность между напряжением заряда и напряжением аккума, и тем ниже ток.
в-третьих, чем выше напряжение аккума, тем меньшая часть полусинусоиды будет использована для заряда аккума, и тем меньше во времени ток будет протекать через аккум.
Конденсатор конечно будет повышать ток в первичной цепи, таким образом подтягивая напряжение, но этот эффект будет тем меньше, чем выше напряжение на аккумуляторе.
Тут можно ещё много чего писать, кому надо могу на доске написать и сфотать, благо я ТОЭ не первый год преподаю, но это по желанию.
А здесь, приведу простые примеры в мультисиме.
Предлагаемая многими схема, с диодным мостом и конденсатором, с учетом внутренних сопротивлений аккумулятора и трансформатора, т.е. схема замещения.
Схема savepic.su/6794265.jpg
Смотрим амперметр справа, в цепи аккумулятора.
Обратите внимание, конденсатор 10 000 мкф, сопротивление трансформатора 0,5 Ом — это ещё с запасом, реально оно больше в указанном автором, сопротивление аккума 0,1 Ом, примерно соответствует.
В итоге ток всего 0,85 А.
Если понизить напряжение аккумулятора, ток возрастет, но не сильно. Смотрите
savepic.su/6785049.jpg
savepic.su/6784025.jpg
С одной стороны результат есть, но как видите ток ограничен не трансформатором, а именно схемным решением. Получится зарядник размером с табурет и током чуть больше 2 А, когда аккум разряжен, и меньше 1 А при более чем 50 заряда. Заряжать будете трое суток.
Поэтому, я предложил вариант с умножителем, смотрите:
savepic.su/6788121.jpg
savepic.su/6777881.jpg
savepic.su/6780953.jpg
Как видите, можно получить ток заряда достаточно большой величины. И величина тока будет зависеть от номиналов конденсаторов. Чем больше ёмкость конденсаторов, тем выше ток. Смотрите:
savepic.su/6780953.jpg
savepic.su/6767641.jpg
Хотя, конечно при использовании умножителя ток на трансформаторе будет значительно выше.

Так же, хорошие варианты тут предложили, это домотать обмотку, чтобы повысить напряжение.

Прошу только конструктивное обсуждение, и обоснованные аргументы.

Можно вопрос, у меня такой же транс на 12−12,5В вторички.
А без конденсаторов в схеме, напряжение на АКБ повысится в конце заряда из расчета 12*1,41=16,9В
Ведь АКБ тоже в некотором роде конденсатор?

Конечно повысится, амплитудное значение как вы и сказали будет равно 12*2^0.5, просто ток заряда будет очень низким. Акб все-таки не конденсатор, конденсатор обладает обладает практически нулевым внутренним сопротивлением и другой зависимостью напряжения заряда/разряда от времени. Но так — да, повышаться будет!

Оцените статью
Adblock detector