Практическая схема умножителя напряжения в 10-12 раз

ЛЕКЦИЯ- ПЭ № 5 От 27.10. и 18.11. 2016 г (должна 4.11)

Основные полупроводниковые приборы на основе Р-N перехода и их значение в электронике

1. Выпрямительные диоды, основные схемы выпрямления: их свойства и применение в электронике.

2. Стабилитроны, варикапы и туннельные диоды.

Тиристоры и их применение в электронике.

Билеты № 13, 14, 15.

Ранее отмечалась сильная зависимость полупроводниковых МЭТ от различ-ных физических факторов (эл.поля, освещенности, температуры, давления и т.д.), обусловила создание огромной номенклатуры полупроводниковых приборов (диодов, тиристоров, фотодиодов, варисторов, и т. д), использующих указанные физические факторы.

В настоящей лекции дадим краткий обзор этих приборов.

Выпрямительные диоды и основные схемы выпрямления

Вся известная аппаратура питается от напряжения постоянного тока, а основной источник энергии – это промышленная сеть переменного (синусоидального) тока.

Поэтому роль выпрямительных диодов велика в их широком применении в выпрямителях переменного напряжения в постоянный разнообразной силовой и радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). В основном применяются сплавные диффузионные кремниевые и германиевые диоды.

При этом германиевые диоды рассчитаны на работу с малыми (менее 300 мА) и средними (0,3-10 А) выпрямленными токами I₀ а также с малыми обратными напряжениями U_обр до 50-400В, а кремниевые – средними и большими (более 10 А) и U_обр до 1000В.

Величины I₀ и U_обр – основные параметры этих диодов, так как I₀ – это нагрузочный ток выпрямителя, а U_обр – это напряжение на диоде в отрицательный полупериод выпрямляемого sin-напряжения.

Основные (базовые) схемы выпрямления

Однополупериодный выпрямитель

Простейший выпрямитель (напр. в простейших китайских «адаптерах» без сглаживающего конденсатора) - это т.н. однополупериодная схема выпрямле-ния (рисунок 1).

Для этого выпрямителя получены следующие соотношения, которые будут положены в основу последующих схем.

U_вых = U₀ ≈ 0,45 U_вх; U_обр = U_{обр. макс.} ≈ 3,14 U₀; I_{д макс} = 3,14 I₀;

К_п = U_mвх / U₀ = 1,57, где

U_вх – действующее значение входного напряжения и U_mвх – его амплитуда;

U_0, I_{0 -} средние значения выпрямленных напряжения и тока;

U_обр - обратное максимальное напряжение на диоде в отрицательный полу-период входного напряжения;

К_п – коэффициент пульсаций;

I_{д макс} – максимальная амплитуда тока на диоде при выпрямлении.

Двухполупериодный выпрямитель

U₀ ≈ 0,9 U₂; U_обр ≈ 3,14 U₀; I_{д макс} = 3,14 I₀; К_п = U_m̸вх / U₀ = 0,67.

Здесь через нагрузку R_н протекает выпрямленный ток I₀, пульсирующий дважды за период, т.е. выпрямляются «оба полупериода» U₂ ^⁄ и U₂ ^{⁄ ⁄}, поэтому выпрямленное напряжение в 2 раза больше, а коэффициент пульсаций – в 2 раза меньше, чем в 1-полупериодной схеме. Недостаток схемы: к запертому диоду приложена удвоеннаяамплитуданапряжения одного плеча вторичной обмотки трансформатора U_обр = 2U₂^′, поэтому необходимо выбирать диоды с большим обратным напряжением. Более рационально используются диоды в ниже показанном мостовом выпрямителе.

Мостовая схема выпрямителя (имеет наибольшее применение)

 

У этой схемы такие же значения U₀ и К_п, что и в предыдущей, но зато U_обр ≈ 1,57 U₀ в два раза меньше. Кроме того, в ней вторичная обмотка трансформатора содержит вдвое меньше витков, чем в предыдущей схеме.

Умножитель –удвоитель 2-х полупериодный

Параметры схемы идентичны мостовой схеме, однако на ее основе могут быть получены умноженные в 2, 3, 4 и т.д. выпрямленные напряжения без при-менения повышающего трансформатора (напр. умножители в телевизорах для формирования в/вольтного напряжения питания кинескопа). Ниже приведена практическая схема одного из видов такого умножителя. Работа схемы: При «+» на нижнем зажиме тр-ра диод Д₁ открывается и заряжается конденсатор С₁ до амплитуды U_2m. В другой полупериод («+» на верхнем зажиме тр-ра) через открытый диод Д₂ заряжается С₂ от суммарного напряжения конденсатора С₁ и напряжения U_2m, поэтому на нагрузке – удвоенное напряжение 2 U_2m! Обратное напряжение на диодах U_обр ≈ 2,09 U₀.

Практическая схема умножителя напряжения в 10-12 раз

Все выпрямители входят в состав профессиональной, бытовой и другой РЭА в качестве блоков питания (БП), в которых выпрямленное напряжение подвергается сглаживанию пульсаций и стабилизируется на нагрузке от влияния различных дестабилизирующих факторов. Ниже показан типовой БП.

 

Однако, такой БП имеет большие вес и габариты, определяемые размерами трансформатора и сглаживающего фильтра. В настоящее время они вытесняются импульсными преобразователями, работающими на частотах до десяток и сотен килогерц. При этом достигается значительное уменьшение размера и веса устройства.

2.