Základní typy jednocestných usměrňovačů, zdvojovač a násobič napětí


Usměrňovače jsou základní součástí síťového napájecího zdroje, neboť přeměňují napětí střídavé na napětí stejnosměrné. Je tvořen vhodným zapojením jedné nebo více diod, ke kterým je připojena zátěž.


Jednocestný usměrňovač:

Jednocestný usměrňovač je takový usměrňovač, kde je pouze jedna usměrňovací cesta.

Je-li v bodě ´a´ kladná půlvlna vstupního napětí, tj. dioda D je polarizována v propustném směru, otevře se tato dioda a prochází proud na zátěž Rz . V druhé polovině periody, tj. je-li v bodě ´a´ záporná půlvlna vstupního signálu, je dioda polarizována v závěrném směru - proud přes zátěž Rz neprochází. Protože zátěží Rz prochází proud pouze při jedné půlvlně, vzniká na ní napětí pulsující. Tento průběh je však technicky nevhodný, a proto se paralelně k zátěži připojuje sběrací kondenzátor Co.

Tentokrát při průchodu proudu diodou se nabíjí kondenzátor Co , na vyznačenou polaritu, a napětí na zátěži stoupá. Proud diodou je protlačován pouze v určité části periody, které se říká úhel otevření (označen 2o), tj. v době, kdy je napětí na transformátoru vyšší než napětí na kondenzátoru Co. Zbývající část periody je dioda uzavřena a proud do zátěže dodává sběrací kondenzátor Co, který se v této době přes zátěž vybíjí. Vlivem nabíjení a vybíjení kondenzátoru Co kolísá napětí na zátěži kolem střední hodnoty napětí Uo v rytmu kmitočtu sítě. Tato proměnná složka napětí má přibližně pilovitý průběh. Podle velikosti tohoto pilovitého napětí, tzv. zvlnění usměrněného napětí, jímž se prokládá 1.harmonická, určujeme činitel zvlnění zv.

Uzv

zv = -------- * 100%

Uo

Zvlnění je tím menší, čím méně se kondenzátor Co vybíjí, tedy čím menší je zatěžovací proud a úhel otevření, a čím je sběrací kondenzátor Co větší.

Pracuje-li usměrňovač naprázdno (bez zátěže), nabije se sběrací kondenzátor Co na maximální napětí sekundárního vinutí síťového transformátoru a diody se uzavřou. Úhel otevření diod je nulový a zvlnění je rovněž nulové.


Pilovitým průběhem se prokládá 1.harmonická (sinusoida), od jejíhož vrcholu se odčítá Uzv (na obr. není vidět) !


Zdvojovač napětí:

Pro získání dvojnásobného napětí, než je hodnota střídavého usměrněného napětí, slouží zvláštní zapojení dvou jednocestných usměrňovačů, kde se využívá filtračního účinku kapacity. Usměrněná napětí na kondenzátorech se sčítají ve výsledné napětí, které je dvojnásobkem původního usměrněného napětí.



Při činnosti jednocestného usměrňovače se využívá jen jedné půlvlny síťového napětí, proudem se nabíjí sběrací kondenzátor Co , takže při druhé půlvlně je transformátor odlehčen. Připojením další, opačně pólované, diody (viz obr.) je možné využít i druhé půlvlny vstupního napětí. Tím vzniknou dva jednocestné usměrňovače, napájené z jednoho vinutí transformátoru, které jsou jinak na sobě nezávislé. Transformátor je zatížen stejně jako při napájení můstkového usměrňovače.

Oba sběrací kondenzátory se nabíjejí na stejné napětí jako v usměrňovači jednocestném. Avšak jediná zátěž je zapojená na sériovou kombinaci obou sběracích kondenzátorů, a tedy na jejich součtové napětí. Na výstupu zdvojovače se tedy objeví napětí, dané přibližně dvojnásobkem efektivní hodnoty napětí dodávané napájecím zdrojem.


Násobič napětí:

Odrůdou zdvojovače napětí, resp. naopak, je násobič napětí. Násobiče napětí se používají pro získání vyšších stejnosměrných napětí (zpravidla stovky V až jednotky kV) z nižšího střídavého napětí. Jsou vhodné pro malé zatěžovací proudy (max. desítky mA).

Nejčastěji je používáno tzv. kaskádové zapojení násobiče napětí (viz obr.).



Působí-li v bodě ´a´ kladná půlvlna vstupního napětí je dioda D1 otevřena, tj. polarizována v propustném směru, a prochází proud, který nabíjí kondenzátor C1 , v naznačené polaritě, na napětí Uo (stejně jako v jednocestném usměrňovači). Dioda D2 je zavřena, tj. polarizována v závěrném směru.

Ve druhé půlvlně, kdy je v bodě ´a´ záporné půlvlna, se dioda D1 zavře, a otevírá se dioda D2, která nabije kondenzátor C2 na součtové (dvojnásobné) napětí kondenzátoru C1 a transformátoru, neboť napětí na kondenzátoru C1 a napětí na transformátoru jsou v sérii.

V další periodě je kladná půlvlna opět v bodě ´a´. Jednak se otevírá dioda D1 a dobíjí se kondenzátor C1 a jednak se také otevírá dioda D3 a nabíjí se kondenzátor C3 na dvojnásobek napětí vstupního napětí, neboť kondenzátor C1 je nabit na vstupní napětí a je v sérii s kondenzátorem C3, takže výsledné napětí je trojnásobkem vstupního napětí.

Při následující periodě se otvírají diody D2 a D4 a dále se dobíjí kondenzátor C2 a nabíjí kondenzátor C4 , atd.

Protože kondenzátory v horní i dolní řadě jsou zapojeny v sérii, napětí na jednotlivých kondenzátorech se sčítají, takže výsledné napětí odpovídá součtu jednotlivých napětí (viz obr.).

Vysvětlený postup nepůsobí ve skutečnosti postupně jak je naznačeno, ale najednou, tj. při kladné půlvlně v bodě ´a´ se otvírají všechny "liché diody" a nabíjí se všechny "liché" kondenzátory, při záporné půlvlně v bodě ´a´ je tomu naopak.

Užití: pro získání vysokého napětí pro hlavní anody obrazovek televizorů; ve fyzikálních přístrojích, kde je nutné velmi vysoké napětí s malým odběrem proudu


dlabos.wz.cz