Polnovalni usmernik s kondenzatorskim filtrom

Oris:

Kondenzator kot filter
Polnovalni usmernik

• Polnovalni usmernik s sredinskim odvodom
• Polnovalni mostni usmernik

Razlika med sredinskim in mostičnim usmernikom
Zaključek

Kondenzator kot filter

Kondenzator je reaktivna naprava, katere reaktanca se spreminja glede na uporabljeno frekvenco, kar pomeni, da bo učinek kondenzatorja na signal temeljil na frekvenci. Ker filtri močno posegajo tudi po frekvencah, je zato na filtrih uporabljen kondenzator. Poleg tega so kondenzatorji pasivne komponente, saj za delovanje ne potrebujejo energije in se zato uporabljajo v vezjih pasivnega filtra.

Običajno postane kondenzator odprt tokokrog, ko je popolnoma napolnjen in običajno je reaktanca na višji frekvenci nizka, zato kondenzator deluje kot kratek stik in tako omogoča prehod visoke frekvence. Po drugi strani pa je, ko je frekvenca nizka, reaktanca kondenzatorja visoka, kar otežuje prehod nizke frekvence. Valovanje in drugi prehodi imajo večino časa precej nizko frekvenco, zato jih kondenzator blokira.

Polnovalni usmernik

Kot že omenjeno, je usmernik vezje, ki s pomočjo diod pretvarja AC napajanje v DC. Vezje za usmerjanje je lahko zasnovano na dva načina, prvi je z uporabo dveh diod, drugi pa z izdelavo mostu iz štirih diod.

Polnovalni usmernik s sredinskim odvodom

Vezje polnovalnih usmernikov z dvema diodama zahteva transformator, zato je tukaj vezje za vezje polnovalnih usmernikov z dvema diodama:

Diode so povezane preko bremena R _L in ko ima točka A pozitivno polarnost glede na točko C, potem dioda D ₁ bo ravnal tako, kot bo v pristranskosti naprej. Ko pa je točka B na pozitivnem potencialu glede na točko C, je dioda D ₂ omogoča pretok toka in tako deluje polnovalni usmernik. Zaradi tega vedenja je negativna polovica napajanja izmeničnega toka odrezana in na izhodu se ustvari valovna oblika čistega enosmernega toka.

Z drugimi besedami, prva dioda prevaja v pozitivnem polciklu napajanja izmeničnega toka, druga dioda pa je v stanju obratne prednapetosti. Medtem ko v negativnem polciklu druga dioda prevaja, prva pa ostane obratno pristranska.

Polnovalni usmernik s kondenzatorskim filtrom

Izhod enosmernega toka, prejet iz polnovalnih usmernikov, še vedno vsebuje nekaj valov, ki vplivajo na kakovost signala. Torej, za filtriranje teh valov se običajno uporablja kondenzator, ki je povezan vzporedno s priključeno obremenitvijo. Zdaj je napajanje vklopljeno in kondenzator se začne polniti, ko dioda D ₁ je v prednapetosti, ki je v pozitivnem polciklu. V negativnem polciklu se kondenzator začne prazniti, vendar ni popolnoma izpraznjen.

Izhod usmernika ima tako AC kot DC komponente in kot vemo, kondenzatorji blokirajo enosmerni tok. Torej bodo vse komponente izmeničnega toka v izhodu usmernika šle skozi kondenzator, pri čemer bo za obremenitev ostal čisti enosmerni signal:

Končna valovna oblika za izhod usmernika s kondenzatorjem bo:

Polnovalni mostni usmernik

Polvalovni mostični usmernik je sestavljen iz štirih diod, ki so razporejene v obliki mostu. Vendar pa ne potrebuje centralnega transformatorja, zaradi česar je cenejši v primerjavi z drugo vrsto. Izhodna moč mostičnega usmernika je skoraj enaka kot pri polnovalnem usmerniku s sredinskim odcepom, vezje polnovalnega mostičnega usmernika je podano spodaj:

Tukaj sta diodi zaporedno druga z drugo in obe diodi bosta prevajali med vsakim polciklom, v pozitivnem polciklu diode D ₁ in D ₂ bo usmerjen naprej, druga dva pa bosta v neprevodnem stanju. Vendar pa v negativnem polciklu drugi dve diodi D ₃ in D ₄ bo v pristranskosti naprej.

Polvalovni mostični usmernik ima višji padec napetosti v primerjavi s polnovovnim usmernikom transformatorja s sredinskim odvodom, ker sta za vsak cikel dve diodi v prevodnem stanju. Poleg tega je največja inverzna napetost mostičnega usmernika enaka napetosti v transformatorju na sekundarni strani, zato se lahko uporablja v visokonapetostnih aplikacijah. Ker je delovanje obeh vrst usmerniških vezij enako, bo izhodna valovna oblika enaka.

Mostni usmernik s kondenzatorskim filtrom

Tako kot transformatorski polnovalni usmernik s sredinskim odcepom je tudi kondenzator v mostičnem usmerniku priključen vzporedno z obremenitvijo. Ta kondenzator je znan tudi kot gladilni kondenzator, saj blokira enosmerni tok in omogoča prehod izmenične komponente signala skozi njega:

Funkcija kondenzatorskega filtra v mostičnem usmerniku je enaka kot pri polnovalnem usmerniku s sredinskim odvodom, faktor valovanja pa je za obe vrsti enak. Zato bo valovna oblika enaka, ko je gladilni kondenzator priključen na mostični usmernik. Upoštevati je treba, da če izberemo kondenzator z večjo kapacitivnostjo, se faktor valovanja dodatno zmanjša, vendar se bo napetost praznjenja povečala.

Razlika med polnomastnim usmernikom s sredinskim odvodom in mostičnim usmernikom

Čeprav obe vezji delujeta na enak način in še vedno proizvajata podobne rezultate, obstaja nekaj manjših razlik med obema:

Zaključek

Kondenzatorji so pasivne naprave za shranjevanje naboja, ki se uporabljajo za različne aplikacije, ena od njih je filtracija kakršnih koli prehodnih pojavov na izhodu tokokrogov. V usmerniških vezjih se kondenzator uporablja za filtriranje valovanja v njihovem izhodu, ki so na kratko AC komponente. Ker kondenzatorji vedno blokirajo enosmerni tok, bodo dovolili samo komponenti izmeničnega toka, da gre skozenj, ki bo nato potovala do tal.

Polnovalni usmernik je nadalje razdeljen na dve vrsti, ena je s transformatorjem s sredinskim odcepom, druga pa ima most s štirimi diodami. Tako se bo kondenzator z obema vezjema polnovalnih usmernikov obnašal enako.