4 tipos de circuitos de rectificación, 5 tipos de circuitos de filtro

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circuito basico

Circuito básico: Generalmente, las fuentes de alimentación reguladas por CC utilizan 220 voltios de la red eléctrica como fuente de alimentación.Después de la transformación, rectificación y filtrado, se envían al circuito de estabilización de voltaje para estabilizar el voltaje y finalmente se convierten en una fuente de alimentación de CC estable. La transformación de voltaje, la rectificación, el filtrado y otros circuitos en este proceso pueden considerarse como el circuito básico de la fuente de alimentación estabilizada de CC Sin estos circuitos para preprocesar la alimentación principal, el circuito de voltaje estabilizado no funcionará normalmente.

circuito transformador

Por lo general, la fuente de alimentación estabilizada de CC utiliza un transformador de potencia para cambiar la entrada de voltaje al circuito posterior. Un transformador de potencia consta de un devanado primario, un devanado secundario y un núcleo de hierro. El devanado primario se usa para ingresar el voltaje de CA de la fuente de alimentación, y el devanado secundario genera el voltaje de CA requerido. En términos sencillos, un transformador de potencia es un dispositivo de conversión eléctrico → magnético → eléctrico. Es decir, la corriente alterna primaria se convierte en un campo magnético alterno cerrado del núcleo de hierro, y las líneas de campo magnético del campo magnético cortan la bobina secundaria para generar una fuerza electromotriz alterna. Cuando el secundario está conectado a la carga, el circuito está cerrado y el circuito secundario tiene una corriente alterna que lo atraviesa. El símbolo del diagrama de circuito del transformador se muestra en la Figura 2-3-1.

circuito rectificador

Después de ser transformada por el transformador, sigue siendo corriente alterna, que necesita ser convertida en corriente continua antes de que pueda ser suministrada al siguiente circuito.Este circuito de conversión es un circuito rectificador. En la fuente de alimentación estabilizada de CC, la característica de conducción unidireccional del diodo se utiliza para rectificar la corriente alterna con cambio de dirección en corriente continua.

circuito rectificador de media onda

El circuito rectificador de media onda se muestra en la Figura 2-3-2. Entre ellos, B1 es el transformador de potencia, D1 es el diodo rectificador y R1 es la carga. B1 secundario es un voltaje de onda sinusoidal cuya dirección y magnitud cambian con el tiempo, la forma de onda se muestra en la Figura 2-3-3 (a). El período de 0 a π es el semiciclo positivo de este voltaje. En este momento, el extremo superior del secundario B1 es positivo y el extremo inferior es negativo, el diodo D1 conduce hacia adelante, el voltaje de la fuente de alimentación se aplica al carga R1, y hay corriente que pasa a través de la carga R1; el período de π a 2π es este En el semiciclo negativo del voltaje, en este momento, el extremo superior del secundario de B1 es negativo y el extremo inferior es positivo , el diodo D1 se corta a la inversa, no se aplica voltaje a la carga R1 y no fluye corriente a través de la carga R1. Repita el proceso anterior en ciclos posteriores, como 2π～3π, 3π～4π, de modo que la forma de onda del semiciclo negativo de la fuente de alimentación se "corte" y se obtenga un voltaje en una dirección. La forma de onda se muestra en Figura 2-3-3(b). Dado que la magnitud de la forma de onda de voltaje obtenida de esta manera todavía cambia con el tiempo, la llamamos corriente continua pulsante.

Suponiendo que el voltaje secundario de B1 es E, el voltaje en la carga R1 en un estado ideal se puede obtener mediante la siguiente fórmula:

La tensión inversa de pico soportada por el diodo rectificador D1 es:

Dado que el circuito rectificador de media onda solo usa el medio ciclo positivo de la fuente de alimentación, la eficiencia de utilización de la fuente de alimentación es muy baja, por lo que el circuito rectificador de media onda solo se usa en algunos casos, como alto voltaje y baja corriente. , y rara vez se usa en circuitos de suministro de energía general.

Circuito rectificador de onda completa

Debido a la baja eficiencia del circuito de rectificación de media onda, la gente naturalmente piensa en usar el medio ciclo negativo de la fuente de alimentación, de modo que haya un circuito de rectificación de onda completa. Consulte la Figura 2-3-6 para ver el diagrama de circuito de la rectificación de onda completa. En comparación con el circuito de rectificación de media onda, el circuito de rectificación de onda completa utiliza un diodo rectificador adicional D2 y se agrega una derivación central al secundario del transformador B1. Este circuito es esencialmente dos circuitos de rectificación de media onda combinados. Durante el período de 0 a π, el extremo superior del lado secundario de B1 es positivo y el extremo inferior es negativo, D1 conduce directamente, el voltaje de la fuente de alimentación se agrega a R1, el voltaje en ambos extremos de R1 es positivo en el extremo superior y el extremo inferior es negativo, y su forma de onda se muestra en la Figura 2-3-7 (b) Como se muestra, su flujo de corriente se muestra en la Figura 2-3-8, durante el período de π a 2π, el extremo superior del secundario B1 es negativo y el extremo inferior es positivo, D2 está conduciendo hacia adelante, el voltaje de la fuente de alimentación se agrega a R1 y el voltaje en ambos extremos de R1 todavía está en el extremo superior. negativa, su forma de onda se muestra en la Figura 2-3-7(c), y su flujo de corriente se muestra en la Figura 2-3-9. Repita el proceso anterior en ciclos posteriores, como 2π～3π, 3π～4π, de modo que el voltaje de los dos medios ciclos positivo y negativo de la fuente de alimentación sea rectificado por D1 y D2 y luego se agregue a ambos extremos de R1, y el El voltaje obtenido en R1 es siempre positivo y negativo, su forma de onda se muestra en la figura 2-3-7(d).

Suponiendo que el voltaje secundario de B1 es E, el voltaje en la carga R1 en un estado ideal se puede obtener mediante la siguiente fórmula:

La tensión inversa de pico soportada por los diodos rectificadores D1 y D2 es:

La corriente que fluye a través de cada diodo rectificador en el circuito de rectificación de onda completa es solo la mitad de la corriente de carga, que es dos veces más pequeña que la rectificación de media onda.

circuito puente rectificador

Dado que el circuito rectificador de onda completa requiere un transformador especial, es problemático hacerlo, por lo que apareció un circuito rectificador de puente. Este circuito de rectificación usa un transformador ordinario, pero usa dos diodos rectificadores más que la rectificación de onda completa. Dado que los cuatro diodos rectificadores están conectados en forma de puente, este circuito rectificador se denomina circuito rectificador de puente.

Puede verse en la Figura 2-3-13 que en el medio ciclo positivo de la fuente de alimentación, el extremo superior del secundario B1 es positivo y el extremo inferior es negativo, los diodos rectificadores D4 y D2 están encendidos y la corriente se devuelve desde el extremo superior del secundario del transformador B1 a través de D4, R1, D2 al extremo inferior del secundario del transformador B1; en la Figura 2-3-14, se puede ver que en el semiciclo negativo de la fuente de alimentación, el extremo inferior del El secundario B1 es positivo y el extremo superior es negativo, los diodos rectificadores D1 y D3 conducen, y la corriente fluye desde el extremo inferior del secundario del transformador B1 a través de D1, R1 y D3 y regresa al extremo superior secundario del transformador B1. El voltaje a través de R1 siempre es positivo hacia arriba y hacia abajo negativo, y su forma de onda es consistente con la de la rectificación de onda completa.

Suponiendo que el voltaje secundario de B1 es E, el voltaje en la carga R1 en un estado ideal se puede obtener mediante la siguiente fórmula:

La tensión inversa de pico soportada por los diodos rectificadores D1 y D2 es:

La corriente que fluye a través de cada diodo rectificador en el circuito del puente rectificador es la mitad de la corriente de carga, que es lo mismo que la rectificación de onda completa. Por lo general, el circuito del puente rectificador se simplifica a la forma de la Figura 2-3-17.

Circuito rectificador doblador de voltaje

Los voltajes de salida de los tres circuitos rectificadores presentados anteriormente son todos más bajos que el valor efectivo del voltaje de CA de entrada.Si se requiere que el voltaje de salida sea mayor que el valor efectivo del voltaje de CA de entrada, se puede usar un circuito duplicador de voltaje, como se muestra en la Figura 2-3-18. Se puede ver en la Figura 2-3-19 que en el medio ciclo positivo de la fuente de alimentación, el extremo superior del secundario del transformador B1 es positivo y el extremo inferior es negativo, D1 está encendido, D2 está apagado, C1 se carga a través de D1, y el voltaje en ambos extremos de C1 está cerca del valor máximo del voltaje secundario de B1 después de la carga, la dirección es positiva en el extremo izquierdo y negativa en el extremo derecho; se puede ver en la Figura 2- 3-20 que en el medio ciclo negativo de la fuente de alimentación, el extremo superior del secundario del transformador B1 es negativo y el extremo inferior es positivo, D1 se corta, D2 se enciende, C2 se carga a través de D1 y C2 es dos veces después de cargar.El voltaje terminal está cerca de la suma del voltaje en ambos extremos de C1 y el valor máximo del voltaje secundario de B1, y la dirección es positiva en el extremo inferior y negativa en el extremo superior. Dado que la carga R1 está conectada en paralelo con C1, cuando R1 es lo suficientemente grande, el voltaje en R1 es casi el doble del voltaje secundario de B1.

Hay otra forma de dibujar el circuito rectificador de doble voltaje, como se muestra en la Figura 2-3-21 Su principio es exactamente el mismo que el de la Figura 2-3-18, pero la forma de expresión es diferente.

El circuito de doble voltaje también se puede extender fácilmente a un circuito de doble voltaje, el circuito específico se muestra en la Figura 2-3-22.

circuito de filtro

Después de rectificar la corriente alterna, se obtiene la corriente continua pulsante.Esta fuente de alimentación de corriente continua no se puede utilizar directamente como fuente de alimentación para circuitos electrónicos debido a su gran ondulación de corriente alterna . El circuito del filtro puede reducir en gran medida este componente de ondulación de CA, lo que hace que la forma de onda del voltaje rectificado sea más suave.

circuito de filtro de condensador

El diagrama del circuito del filtro del condensador se muestra en la Figura 2-3- 23. El circuito del filtro del condensador utiliza el principio de carga y descarga del condensador para lograr el efecto de filtrado. En la sección ascendente de la forma de onda de CC pulsante, el capacitor C1 está cargado y la velocidad de carga es muy rápida porque la constante de tiempo de carga es pequeña; en la sección descendente de la forma de onda de CC pulsante, el capacitor C1 está descargado y la descarga la velocidad es muy lenta porque la constante de tiempo de descarga es grande. La carga comienza de nuevo cuando C1 no está completamente descargado. De esta forma, el efecto de filtrado se realiza mediante cargas y descargas repetidas del condensador C1. La forma de onda de voltaje en ambos extremos del capacitor de filtro C1 se muestra en la Figura 2-3-24 (b).

Al seleccionar un condensador de filtro, se deben cumplir las siguientes condiciones:

circuito de filtro inductivo

El diagrama del circuito del filtro de inductancia se muestra en la Figura 2-3-26. El circuito de filtro de inductancia utiliza la fuerza electromotriz inversa de la inductancia en la CC pulsante para lograr el efecto de filtrado. Cuanto mayor sea la inductancia, mejor será el efecto de filtrado. El circuito de filtro de inductancia tiene una mejor capacidad de carga y se usa principalmente en ocasiones donde la corriente de carga es grande.

Circuito de filtro RC

Se utilizan dos condensadores y una resistencia para formar un circuito de filtro RC, también conocido como circuito de filtro RC tipo π. Consulte la Figura 2-3-27. Debido a la adición de una resistencia R1 en este circuito de filtro, la ondulación de CA se comparte en R1. Cuanto más grandes sean R1 y C2, mejor será el efecto de filtrado. Sin embargo, si R1 es demasiado grande, la caída de voltaje será demasiado grande y el voltaje de salida se reducirá. Generalmente, R1 debería ser mucho más pequeño que R2.

Circuito de filtro LC

En comparación con el circuito de filtro RC, también hay un circuito de filtro LC, que combina las ventajas de una pequeña ondulación del circuito de filtro de capacitor y una gran capacidad de carga del circuito de filtro de inductancia. Su diagrama de circuito se muestra en la Figura 2-3-28.

circuito de filtro activo

Cuando se requiere que el efecto del filtro sea alto, el efecto del filtro se puede mejorar aumentando la capacidad del condensador del filtro. Sin embargo, limitado por el volumen del capacitor, es imposible aumentar la capacidad del capacitor de filtro sin límite, y en este momento se puede usar un circuito de filtro activo. Su forma de circuito se muestra en la figura 2-3-29, en la que el resistor R1 es el resistor de polarización de base del transistor T1, el capacitor C1 es el capacitor de filtro de base del transistor T1 y el resistor R2 es la carga. Este circuito en realidad amplifica la capacidad de C1 por β veces a través del efecto de amplificación del triodo T1, lo que equivale a conectar un capacitor (β+1) C1 para filtrar.

En la Figura 2-3-29, C1 se puede seleccionar desde decenas de microfaradios hasta cientos de microfaradios, R1 se puede seleccionar desde cientos de ohmios hasta varios miles de ohmios, y el valor específico se puede determinar de acuerdo con el valor β de T1. el valor β es alto, es preferible R. El valor es ligeramente mayor, siempre que la tensión colector-emisor (UCE) de T1 sea superior a 1,5 V. Al seleccionar T1, se debe tener en cuenta que la disipación de potencia PCM debe ser mayor que UCEI Si el calor es grande durante la operación, se debe agregar un disipador de calor.

El circuito de filtro activo pertenece al circuito de filtro secundario, y la etapa previa debe tener un circuito de filtro como un filtro de condensador, de lo contrario no puede funcionar normalmente.

Resumen del circuito del filtro rectificador

Comparación de rendimiento del circuito rectificador de uso común

Nota: U es el valor de voltaje en ambos extremos de la carga; I es el valor de corriente en la carga; e es la caída de voltaje del diodo rectificador, generalmente 0.7V.

Comparación de rendimiento de circuito de filtro pasivo de uso común

La relación entre la corriente de salida del circuito del filtro del capacitor y la capacitancia del filtro.

Tabla de cálculo del circuito de filtro de rectificación común