Halbwellengleichrichterschaltung mit und ohne Filter

Der Prozess der Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom ist Gleichrichtung. Jedes Offline-Netzteil verfügt über einen Gleichrichtungsblock, der entweder die AC-Wandsteckdosenquelle in Hochspannungs-Gleichstrom umwandelt oder die AC-Wandsteckdosenquelle in Niederspannungs-Gleichstrom umwandelt. Der weitere Prozess wird das Filtern, die DC-DC-Umwandlung usw. sein. In diesem Artikel werden wir also alle Operationen des Halbwellengleichrichters mit Schaltplan diskutieren.

Die Art der Wechselspannung ist bei einer Frequenz von 50/60 Hz sinusförmig. Die Wellenform ist wie folgt.

Bei der Gleichrichtung wird nun der negative Teil des Wechselstroms (AC) entfernt, wodurch der partielle Gleichstrom erzeugt wird. Dies kann durch Verwendung von Dioden erreicht werden. Dioden lassen nur Strom in eine Richtung fließen. Zum Verständnis können wir die Wellenform in positive Halbwelle und negative Halbwelle aufteilen. Wenn die obige Spannung über eine Diode geliefert wird, erfolgt die Leitung nur während der positiven Halbwelle. Daher wird unten die Wellenform sein.

Funktionsweise des Halbwellengleichrichters:

Im Halbwellengleichrichter entfernen wir den negativen Halbzyklus der Wechselstromwelle mit einer Diode, während wir im Vollwellengleichrichter den negativen Halbzyklus des Wechselstroms mit 4 Dioden in einen positiven Zyklus umwandeln. Betrachten wir nun eine Wechselspannung mit einer niedrigeren Amplitude von 15 Veff und richten sie mit einer einzigen Diode in Gleichspannung um. Die Diode leitet nur während der positiven Halbwelle. Der Ausgang ist jedoch eine diskontinuierlich gepulste positive Gleichspannung. Es muss weiter gefiltert werden, um einen reinen Gleichstrom mit geringerer Welligkeit zu erhalten. Zu beachten ist die gesamte Spannung. Der Strom, den wir über DMM messen, ist von Natur aus Effektivwert. Daher wird dies auch in der Simulation berücksichtigt.

Die obige Ausgangswellenform ist erwartungsgemäß eine diskontinuierlich gepulste Gleichstromwellenform. Um die Wellenform zu glätten oder kontinuierlich zu machen, fügen wir dem Ausgang ein Kondensatorfilter hinzu. Die Arbeit des Parallelkondensators besteht darin, eine konstante Spannung am Ausgang aufrechtzuerhalten. Es entscheidet über das Ausmaß der Welligkeit im Ausgang.

Mit einem 1uF Kondensatorfilter:

Die folgende Wellenform zeigt die Verringerung der Welligkeit basierend auf dem Wert der Kapazität, dh der Ladungsspeicherkapazität.

Ausgangswellenformen: Rot - 1uF; Senfgrün - 4,7 uF; Blau - 10 uF; Dunkelgrün - 47uF

Betrieb mit Kondensator:

Während der positiven Halbwelle ist die Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt und der Kondensator wird aufgeladen, und die Last wird versorgt. Während der negativen Halbwelle wird die Diode in Sperrrichtung vorgespannt und der Stromkreis ist offen, während dessen der Kondensator die darin gespeicherte Energie liefert. Je größer die Energiespeicherkapazität ist, desto geringer ist die Welligkeit in der Ausgangswellenform.

Der Welligkeitsfaktor kann theoretisch berechnet werden durch:

Berechnen wir es für einen beliebigen Kondensatorwert und vergleichen es mit den oben erhaltenen Wellenformen.

R _Last = 1 kOhm; f = 50 Hz; C _out = 1 uF; I _dc = 15 mA

Daher,

Die obige Wellenform hat eine Welligkeit von 11 Volt, was nahezu gleich ist. Die Differenz wird bei höheren Kondensatorwerten ausgeglichen. Außerdem ist der Wirkungsgrad das Hauptproblem bei Halbwellengleichrichtern, die geringer sind als bei Vollwellengleichrichtern. Im Allgemeinen ist der Wirkungsgrad (ƞ) = 40%.

Praktische Halbwellengleichrichterschaltung auf Steckbrett:

Die in der Halbwellengleichrichterschaltung verwendeten Komponenten sind:

1. 220V / 15V AC Abwärtstransformator.
2. 1N4007 - Diode
3. Widerstand
4. Kondensatoren

Hier beträgt bei einer Effektivspannung von 15 V die Spitzenspannung bis zu 21 V. Daher sollten die zu verwendenden Komponenten für 25 V und mehr ausgelegt sein.

Betrieb der Schaltung:

Abwärtstransformator:

Der Abwärtstransformator besteht aus einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung, die über einen laminierten Eisenkern gewickelt sind. Die Anzahl der Primärumdrehungen ist höher als die Sekundärumdrehung. Jede Wicklung wirkt als separater Induktor. Wenn die Primärwicklung über eine Wechselquelle gespeist wird, wird die Wicklung angeregt und es wird ein Fluss erzeugt. Die Sekundärwicklung erfährt den von der Primärwicklung erzeugten Wechselstrom, der eine EMK in die Sekundärwicklung induziert. Diese induzierte EMK fließt dann durch den angeschlossenen externen Stromkreis. Das Windungsverhältnis und die Induktivität der Wicklung bestimmen die Menge an Fluss, die von Primär- und EMK erzeugt wird, die in Sekundärwicklung induziert werden. In dem unten verwendeten Transformator

Die 230-V-Wechselstromversorgung von der Wandsteckdose wird mit einem Abwärtstransformator auf 15 V Wechselstrom (Effektivwert) herabgesetzt. Die Versorgung wird dann wie folgt über die Gleichrichterschaltung angelegt.

Halbwellengleichrichterschaltung Ohne Filter:

Die entsprechende Spannung über der Last beträgt 6,5 V, da die durchschnittliche Ausgangsspannung der diskontinuierlichen Wellenform im DMM sichtbar ist.

Halbwellengleichrichterschaltung mit Filter:

Wenn ein Kondensatorfilter wie folgt hinzugefügt wird,

1. Bei C _out = 4,7 uF wird die Welligkeit verringert und damit die durchschnittliche Spannung auf 11,9 V erhöht

2. Bei C _out = 10uF wird die Welligkeit verringert und damit die durchschnittliche Spannung auf 15,0 V erhöht

3. Für C _out = 47uF wird die Welligkeit weiter verringert und daher die durchschnittliche Spannung auf 18,5 V erhöht

4. Für C _out = 100uF wird die Wellenform danach fein geglättet und daher ist die Welligkeit gering. Die durchschnittliche Spannung stieg auf 18,9V