Usmerniki z napetostnim multiplikatorjem
Usmernik je naprava za pretvorbo izmeničnega toka v enosmerni tok ter za stabilizacijo in regulacijo popravljene napetosti.
V diagramu na sl. 1, in transformator nima dvonapetostnega ojačevalnega navitja s srednjo točko, vendar hkrati polnovalovno popravljanje usmernik podvoji napetost.
V prvem polciklu se preko diode D1, katere napetost je enosmerna, kondenzator C1 napolni približno do amplitudne napetosti sekundarnega navitja. V drugem polciklu bo napetost naprej na diodi D2 in kondenzator C2 se napolni preko nje na enak način.
Kondenzatorja C1 in C2 sta vezana zaporedno in skupna napetost na njih je približno enaka dvakratni amplitudni napetosti transformatorja. Na vsaki diodi bo enaka največja povratna napetost. Hkrati s polnjenjem kondenzatorjev C1 in C2 se izpraznijo skozi obremenitev R, zaradi česar se napetost v kondenzatorjih zmanjša.
Manjši kot je upor obremenitve R, to je večji tok obremenitve in manjša je kapaciteta kondenzatorjev C1 in C2, hitreje se praznijo in nižja je napetost na njih. Zato je nemogoče praktično podvojiti napetost. Z zmogljivostjo kondenzatorja najmanj 10 μF in obremenitvenim tokom največ 100 mA je mogoče dobiti napetost, ki je 1,7 ali celo 1,9-krat večja od tiste, ki jo daje transformator.
riž. 1. Usmerniška vezja s podvojitveno (a) in štirikratno (b) napetostjo
Prednost vezja je, da kondenzatorji zgladijo valovanje v popravljenem toku.
Usmerniška vezja z multiplikatorjem napetosti je mogoče uporabiti poljubno število krat. Na sl. 1b prikazuje vezje, ki potroji napetost in ima štiri diode in štiri kondenzatorje. V lihih pol ciklih se kondenzator C1 napolni skozi diodo D1 skoraj do najvišje vrednosti napetosti transformatorja Et. Nabit kondenzator C1 je sam vir.
Zato se tudi v polciklih, za katere bo polarnost napetosti transformatorja obrnjena, kondenzator C2 napolni preko diode D2 na približno dvakratno napetost 2Em. Ta napetost je največja vrednost skupne napetosti zaporedno vezanega transformatorja in kondenzatorja C1.
Podobno se kondenzator C3 napolni v lihih polciklih preko diode D3 prav tako do napetosti 2Em, kar je skupna napetost zaporedno vezanih C1, transformatorja in C2 (upoštevati je treba, da napetosti C1 in C2 delujeta drug na drugega).
S podobnim nadaljnjim razmišljanjem ugotovimo, da se bo kondenzator C4 polnil tudi v polciklih skozi diodo D4.Spet na napetost 2Em, ki je vsota napetosti C1, C3, transformatorja in C2. Seveda se kondenzatorji po vklopu usmernika postopoma polnijo na določene napetosti v več polciklih. Kot rezultat, iz kondenzatorjev C1 in C4 lahko dobite štirikratno napetost 4Et.
Hkrati s kondenzatorjema C1 in C3 lahko dobite trojno napetost ZET. Če v vezje dodamo več kondenzatorjev in diod, povezanih po istem principu, potem iz števila kondenzatorjev C1, C3, C5 itd. Dobimo napetosti, ki se povečajo za liho število krat (3, 5, 7 itd.) in iz številnih kondenzatorjev C2, C4, C6 itd. mogoče bo dobiti napetosti, povečane za sodo število krat (2, 4, 6 itd.).
Ob vklopu bremena se kondenzatorji izpraznijo in napetost na njih se zmanjša.Čim nižji je upor bremena, tem hitreje se kondenzatorji praznijo in napetost na njih pada. Zato z nezadostno velikimi upornostmi obremenitev postane uporaba takšnih shem neracionalna.
V praksi takšne sheme zagotavljajo učinkovito množenje napetosti le pri nizkih obremenitvenih tokovih. Seveda lahko dobite višje tokove, če povečate kapacitivnost kondenzatorjev. Prednost zgornje sheme je možnost pridobivanja visoke napetosti brez visokonapetostnega transformatorja. Poleg tega morajo imeti kondenzatorji delovno napetost samo 2Em, ne glede na to, kolikokrat se napetost pomnoži, vsaka dioda pa deluje pri največji povratni napetosti samo 2Em.
Deli usmernika
Diode so izbrani glede na njihove glavne parametre: največji popravljeni tok I0max in mejna povratna napetost Urev. V prisotnosti kondenzatorja na vhodu filtra efektivna vrednost napetosti sekundarnega navitja transformatorja U2 v vseh usmerniških tokokrogih, razen v mostnem vezju, ne sme presegati - 35% vrednosti Urev. V polnovalnem vezju ničelne točke se napetost U2 nanaša na polovico navitja. V mostnem vezju y ne sme preseči 70 % vrednosti Urev.
Za korekcijo višjih napetosti zaporedno povežemo ustrezno število diod.
Ko so germanijeve in silicijeve diode povezane zaporedno, se z njimi nujno manipulira z upori enakega upora reda desetin ali sto kiloohmov (slika 2). Če se to ne naredi, potem je zaradi znatnega širjenja povratne upornosti diod povratna napetost med njimi neenakomerno porazdeljena in možna je okvara diode. In v prisotnosti shuntnih uporov je povratna napetost praktično enakomerno razdeljena med diode.
Vzporedna vezava diod za pridobivanje velikih tokov je nezaželena, saj bodo zaradi širjenja parametrov in značilnosti posameznih diod neenakomerno obremenjene s tokom. Za izenačitev tokov v tem primeru so izenačevalni upori zaporedno povezani s posameznimi diodami, katerih upori so izbrani empirično.
Pri usmerniških transformatorjih ima primarno navitje običajno več odsekov, ki preklopijo na 110, 127 in 220 V omrežno napetost.
riž. 2. Serijska vezava polprevodniških diod
riž. 3.Načini prilagajanja napetosti
Sekundarno navitje je zasnovano za zahtevano napetost. Pri polnovalnem vezju ima izhod srednje točke. Za zmanjšanje motenj iz omrežja v usmerniških transformatorjih, ki napajajo sprejemnike, je med primarnim in sekundarnim navitjem nameščena zaščitna tuljava, katere en konec je povezan s skupnim negativom.
Dušilke za filter imajo praviloma v jedru diamagnetna vrzel za odpravo magnetne nasičenosti, kar vodi do zmanjšanja induktivnosti. Odpornost induktorske tuljave na enosmerni tok je običajno enaka več deset ali sto ohmov. Del popravljene napetosti pade nanjo in na povečevalno navitje transformatorja.
V tokokrog omrežnega navitja sta vgrajena stikalo in varovalka za samodejni izklop usmernika v nujnih primerih. Če je na primer kondenzator filtra pokvarjen, bo v tokokrogu popravljenega toka prišlo do kratkega stika. Primarni tok bo postal bistveno višji od običajnega in varovalka bo pregorela. Brez tega lahko transformator izgori. Poleg tega je tak kratek stik zelo nevaren za diodo, ki jo lahko uniči pregrevanje s prevelikim tokom.
Včasih je primarno navitje transformatorja izdelano z izhodi za različne napetosti, na primer 190, 200, 210, 220 in 230 V, tako da je bilo s pomočjo stikala mogoče vzdrževati približno konstantno napetost usmernika z uporabo stikalo med nihanji omrežne napetosti (slika 3, a).Drugi način regulacije je vključitev regulacijskega avtotransformatorja, ki ima izhode za različne napetosti in stikalo.
Vklopiti regulacijski avtotransformator omogoča, ko je omrežna napetost znižana, napajati normalno napetost primarnega navitja močnostnega transformatorja (slika 3, b) Obstajajo tudi posebni nastavitveni avtotransformatorji za omrežno napetost 127 in 220 V, ki omogočajo nemoteno prilagajanje napetosti iz 0 do 250 V.
Pri delu z usmernikom, zlasti če daje visoko napetost, je treba upoštevati varnostne ukrepe, saj je poškodba osebe z napetostjo nekaj sto voltov življenjsko nevarna.
sl. 4. Vklop delilnika za tri različne napetosti
Vse visokonapetostne dele usmernika je treba zaščititi pred nenamernim dotikom. Nikoli se ne dotikajte delov usmernika, ki deluje. Vse povezave z usmerniškim vezjem ali spremembe na njem se izvedejo, ko je usmernik izklopljen in so filtrski kondenzatorji izpraznjeni. Koristno je vključiti neonsko svetilko na popravljeno napetost kot indikator (kazalec) visoke napetosti. Njegov sijaj kaže na prisotnost visoke napetosti.
Neonsko svetilko vklopi omejevalni upor z uporom več deset kiloohmov. Prisotnost konstantne obremenitve v obliki takšne svetilke ščiti filtrirne kondenzatorje pred prenapetostno razgradnjo. Slednje se lahko zgodi, če usmernik deluje v prostem teku. Brez obremenitve v usmerniku ni padca napetosti, zato bo napetost na filtrskih kondenzatorjih največja.
Preberite tudi: Napetostna resonanca