Выпрямитель Его виды. Расчет фильтра для выпрямителя

Выпрямитель Его виды. Расчет фильтра для выпрямителя. 

Источник  питания состоит из нескольких самых  важных деталей: Сетевой трансформатор - на схеме обозначается похожим  как на рисунке,

Выпрямитель - его обозначение может быть различным. Выпрямитель состоит из одного, двух или четырех диодов, смотря какой  выпрямитель. Сейчас будем разбираться.

а) - простой  диод.  
б) - диодный мост. Состоит из четырех диодов, включенных как на рисунке.  
в) - тот же диодный мост, только для краткости нарисован попроще. Назначения контактов такие же, как у моста под буквой б).

Конденсатор фильтра. Эта штука неизменна  и во времени, и в пространстве, обозначается так:

Обозначений у конденсатора много, столько же, сколько в мире систем обозначений. Но в общем они все похожи. Не запутаемся. И для понятности нарисуем нагрузку, обозначим ее как Rl - сопротивление  нагрузки. Это и есть наша схема. Также будем обрисовывать контакты источника питания, к которым  эту нагрузку мы будем подключать.

Далее - пара-тройка постулатов. 
- Выходное напряжение определяется как Uпост = U*1.41. То есть если на обмотке мы имеем 10вольт переменного напряжения, то на конденсаторе и на нагрузке мы получим 14,1В. Примерно так.  
- Под нагрузкой напряжение немного проседает, а насколько - зависит от конструкции трансформатора, его мощности и емкости конденсатора.  
- Выпрямительные диоды должны быть на ток в 1,5-2 раза больше необходимого. Для запаса. Если диод предназначен для установки на радиатор (с гайкой или отверстие под болт), то на токе более 2-3А его нужно ставить на радиатор.  
 
Так же напомню, что же такое двуполярное напряжение. Если кто-то подзабыл. Берем две батарейки и соединяем их последовательно. Среднюю точку, то есть точку соединения батареек, назовем общей точкой. В народе она известна так же как масса, земля, корпус, общий провод. Буржуи ее называют GND (ground - земля), часто ее обозначают как 0V (ноль вольт). К этому проводу подключаются вольтметры и осциллографы, относительно нее на схемы подаются входные сигналы и снимаются выходные. Потому и название ее - общий провод. Так вот, если подключим тестер черным проводом в эту точку и будем мерить напряжение на батарейках, то на одной батарейке тестер покажет плюс1,5вольта, а на другой - минус1,5вольта. Вот это напряжение +/-1,5В и называется двуполярным. Обе полярности, то есть и плюс, и минус, обязательно должны быть равными. То есть +/-12, +/-36В, +/-50 и т.д. Признак двуполярного напряжения - если от схемы к блоку питания идут три провода (плюс, общий, минус). Но не всегда так - если мы видим, что схема питается напряжением +12 и -5, то такое питание называется двухуровневым, но проводов к блоку питания будет все равно три. Ну и если на схему идут целых четыре напряжения, например +/-15 и +/-36, то это питание назовем просто - двуполярным двухуровневым.  
 
Ну а теперь к делу.

1. Мостовая схема  выпрямления. 
Самая распространенная схема. Позволяет получить однополярное напряжение с одной обмотки трансформатора. Схема обладает минимальными пульсациями напряжения и несложная в конструкции.

2. Однополупериодная  схема. 
Так же, как и мостовая, готовит нам однополярное напряжение с одной обмотки трансформатора. Разница лишь в том, что у этой схемы удвоенные пульсации по сравнению с мостовой, но один диод вместо четырех сильно упрощает схему. Используется при небольших токах нагрузки, и только с трансформатором, много большим мощности нагрузки, т.к. такой выпрямитель вызывает одностороннее перемагничивание трансформатора.

3. Двухполупериодная  со средней точкой. 
Два диода и две обмотки (или одна обмотка со средней точкой) будут питать нас малопульсирующим напряжением, плюс ко всему мы получим меньшие потери в сравнении с мостовой схемой, потому что у нас 2 диода вместо четырех.

4. Мостовая схема  двуполярного выпрямителя. 
Для многих - наболевшая тема. У нас есть две обмотки (или одна со средней точкой), мы с них снимаем два одинаковых напряжения. Они будут равны, пульсации будут малыми, так как схема мостовая, напряжения на каждом конденсаторе считается как напряжение на каждой обмотке помножить на корень из двух - всё, как обычно. Провод от средней точки обмоток выравнивает напряжения на конденсаторах, если нагрузки по плюсу и по минусу будут разными.

5. Схема с удвоением  напряжения. 
Это две однополупериодные схемы, но с диодами, включенными по разному. Применяется, если нам надо получить удвоенное напряжение. Напряжение на каждом конденсаторе будет определяться по нашей формуле, а суммарное напряжение на них будет удвоенным. Как и у однополупериодной схемы, у этой так же большие пульсации. В ней можно усмотреть двуполярный выход - если среднюю точку конденсаторов назвать землей, то получается как в случае с батарейками, присмотритесь. Но много мощности с такой схемы не снять.

6. Получение разнополярного  напряжения из  двух выпрямителей. 
Совсем не обязательно, чтобы это были одинаковые блоки питания - они могут быть как разными по напряжению, так и разными по мощности. Например, если наша схема по +12вольтам потребляет 1А, а по -5вольтам - 0,5А, то нам и нужны два блока питания - +12В 1А и -5В 0,5А. Так же можно соединить два одинаковых выпрямителя, чтобы получить двуполярное напряжение, например, для питания усилителя.

7. Параллельное соединение  одинаковых выпрямителей. 
Оно нам дает то же самое напряжение, только с удвоенным током. Если мы соединим два выпрямителя, то у нас будет двойное увеличение тока, три - тройное и т.д.

Ну а если вам, дорогие мои, всё понятно, то задам, пожалуй, домашнее задание. Формула  для расчета емкости конденсатора фильтра для двухполупериодного выпрямителя: 

Для однополупериодного выпрямителя формула несколько  отличается: 

Двойка в  знаменателе - число "тактов" выпрямления. Для трехфазного выпрямителя  в знаменателе будет стоять тройка.  
 
Во всех формулах переменные обзываются так: 
Cф - емкость конденсатора фильтра, мкФ 
Ро - выходная мощность, Вт 
U - выходное выпрямленное напряжение, В 
f - частота переменного напряжения, Гц 
dU - размах пульсаций, В 
 
 
Для справки - допустимые пульсации: 
Микрофонные усилители - 0,001...0,01% 
Цифровая техника - пульсации 0,1...1% 
Усилители мощности - пульсации нагруженного блока питания 1...10% в зависимости от качества усилителя.  
 
Эти две формулы справедливы для выпрямителей напряжения частотой до 30кГц. 

Расчет  помехоподавляющих  фильтров

Методика  расчета фильтров на основе прототипа  получила широкое распространение, прежде всего благодаря своей  простоте и универсальности.

Исходными данными для расчета фильтра  являются:

• Требования к помехоподавлению - полоса пропускания (ПП), полоса затухания (ПЗ), затухание на различных частотах (обычно на границах ПП, ПЗ).
• Условия применения фильтра – входное сопротивление и сопротивление нагрузки фильтра, тип фильтра – сетевой, сигнальный и т.д.

В зависимости  от требований к помехоподавлению, условий применения фильтра выбирается полином для аппроксимации характеристики фильтра – Баттерворта, Чебышева и т.д. Зная вид аппроксимации характеристики, и учитывая требования к помехоподавлению, рассчитывается порядок фильтра прототипа – число реактивных элементов фильтра-прототипа. В зависимости от порядка фильтра и вида аппроксимации производится расчет значений элементов фильтра-прототипа. Исходя из условий применения фильтра и требований к помехоподавлению, производится выбор электрической схемы фильтра и расчет значений ее элементов. В итоге получается схема фильтра, не учитывающая паразитных параметров элементов.