Přeskočit na obsah

Praktická elektronika/Usměrnění střídavého proudu

Z Wikiknih

Ke přeměně střídavého proudu (napětí) na stejnosměrný proud (napětí) se používají měniče zvané usměrňovače, sestavené z polovodičových součástek.

Rozdělení:

  • neřízené (diodové) - výstupní napětí nelze měnit, tok výkonu pouze jedním směrem (není střídačový chod)
  • řízené (tyristorové) - výstupní napětí lze snižovat, tok výkonu oběma směry (proudový střídač)
  • pulzní (tranzistorové) - výstupní napětí lze snižovat i zvyšovat (až na dvojnásobek), tok výkonu oběma směry (napěťový střídač)

Neřízené usměrňovače[editovat | editovat zdroj]

Jednocestný[editovat | editovat zdroj]

Výhodou tohoto zapojení je jeho jednoduchost, nevýhodou je, že vzniká "hluché místo", tedy půlperioda, kdy na výstupu není žádné napětí. Velikost usměrněného napětí (zanedbáme-li úbytek napětí na diodě) je dána vzorcem:

kde:

  • UOUT - střední hodnota výstupního napětí
  • UIN - efektivní hodnota vstupního napětí

Dvoucestný uzlový[editovat | editovat zdroj]

Výhodou tohoto zapojení je, že usměrňuje obě půlvlny a postačují k tomu dvě diody (oproti čtyřem u můstkového zapojení), nevýhodou je nutnost dvou napájecích zdrojů (typicky transformátor s vyvedeným středem sekundáru). Velikost usměrněného napětí (zanedbáme-li úbytek napětí na diodách) je dána vzorcem:

kde:

  • UOUT - střední hodnota výstupního napětí
  • UIN - efektivní hodnota vstupního napětí (napětí jednoho zdroje; oba musejí být stejné)

Dvoucestný můstkový[editovat | editovat zdroj]

Výhodou tohoto zapojení je, že usměrňuje obě půlvlny a postačuje k tomu jeden napájecí zdroj, nevýhodou je nutnost použití čtyř diod a vyšší úbytek napětí (vždy jsou v chodu dvě diody). Velikost usměrněného napětí (zanedbáme-li úbytek napětí na diodách) je dána vzorcem:

kde:

  • UOUT - střední hodnota výstupního napětí
  • UIN - efektivní hodnota vstupního napětí

Filtrační kondenzátor[editovat | editovat zdroj]

Pro vyhlazení usměrněného tepavého napětí se na výstup připojuje tzv. filtrační kondenzátor. Pokud by byl připojen naprázdno (bez zátěže), došlo by k jeho nabití na maximální hodnotu a ta by zůstala konstantní. Je-li připojena zátěž, dochází k vybíjení kondenzátoru a poklesu napětí. Vhodnou volbou kapacity je dosaženo toho, že pro daný zátěžný proud napětí nepoklesne pod stanovenou mez.

kde:

  • IMAX - maximální proud odebíraný zátěží
  • f - frekvence výstupního napětí (pro jednocestné usměrnění stejná jako vstupního napětí, pro dvoucestné zapojení dvojnásobná)
  • UMAX - maximální hodnota výstupního napětí (maximální hodnota vstupního napětí snížená o úbytek na diodě/diodách)
  • UMIN - minimální hodnota výstupního napětí, pod kterou nemá poklesnout

Příklad: Chceme napětí ze zdroje 12V AC o síťovém kmitočtu usměrnit a vyfiltrovat tak, aby mohlo napájet stabilizátor '''LM7805''', který odebírá 0,6A.

Jednocestný usměrňovač s filtrem na vstupu stabilizátoru.


LM7805


1) Dioda
závěrný směr:
propustný směr:
Volíme: 1NN4007 ()

2) Kondenzátor
kapacita: volíme:
napětí: volíme

Výsledek:

  • D - 1NN 4007
  • C = 1500μF / 25V

Stabilizace napětí se Zenerovou diodou[editovat | editovat zdroj]

O stabilizátorech jsme mluvili již v kapitole o zdrojích, jak takový stabilizátor ale zkonstruovat? Nejjednodušší je tzv. sériový parametrický stabilizátor, který tvoří jen dvě součástky- Zenerova dioda a rezistor. Zenerova dioda ve stavu nedestruktivního průrazu stabilizuje napětí a také odebíraný proud (). Kromě výstupního (Zenerova) napětí je tedy jejím omezujícím parametrem výkon (), případně proud (). Proud Zenerovou diodou se v závislosti na zatížení mění, pohybuje se mezi dvěma extrémy:

  1. Naprázdno - nezatížený stabilizátor: největší, protože žádný proud neteče do zátěže. Podle tohoto stavu dimenzujeme velikost předřadného odporu, který nesmí ani při maximálním napětí propustit více než je maximální proud .
  2. Nakrátko - přetížený stabilizátor: nejmenší protože dioda je přemostěna. Podle tohoto stavu dimenzujeme ztrátový výkon předřadného odporu, na kterém je nyní plné napětí zdroje.

Pro správnou funkci ZD dále nesmí proud klesnout pod . Tato situace může nastat ve dvou případech:

  1. Ve stavu naprázdno, pokud zvolíme moc velký odpor. Musíme tedy dodržet:
  2. Ve stavu nakrátko, kdy v podstatě veškerý proud ZD obtéká.

Příklad: Napájecí napětí kolísá mezi 10 a 15 volty a chceme s ním napájet žárovku 5V/1W. Jak nadimenzujeme stabilizátor?

Zatížený stabilizátor:


(pro správnou funkci musí být )





1) Zenerova dioda
Musíme dodržet:
Volíme: BZX85C5V1 ()

2) Rezistor
odpor:volíme
ztrátový výkon: volíme

Výsledek:

  • ZD - BZX85C5V1
  • R = 47Ω/5W

Napájecí zdroj[editovat | editovat zdroj]

Funkce[editovat | editovat zdroj]

T - transformátor; U - usměrňovač; F - filtr; S - stabilizátor
T - transformátor; U - usměrňovač; F - filtr; S - stabilizátor
  • T = transformátor - snížení napětí
  • U = usměrňovač - změna AC/DC
  • F = filtr - vyhlazení
  • S = stabilizátor - na pevnou hodnotu

Konstrukce[editovat | editovat zdroj]

Schéma zapojení regulovaného napájecího zdroje 0-15V; 1,2A
Umístění prvků uvnitř zdroje

Součástky:

Hotový zdroj - na předním panelu jsou výstupní svorky, ciferník voltmetru a páčka potenciometru (viz obrázek) ; na zdaním panelu je pojitska, vypínač a vstup přívodního kabelu
  • X1 - vidlice síťová
    • UN = 230V
    • IN = 16A
  • F - pojistka trubičková 5x20 mm;
    • IN = 200mA
    • + pouzdro
  • K - vypínač páčkový
    • UN = 250V
    • IN = 3A
  • T - transformátor síťový (fN = 50Hz)
    • SN = 25 VA
    • U1/U2 = 230/12 V (ef)
  • Q1 - můstek usměrňovací 2W10
    • UMAX = 1kV
    • IMAX = 2A
  • Q2 - regulátor napěťový LM317
    • IMAX = 1,5A
    • + chladič
  • D1,2 - diody usměrňovací 1NN4007
    • UMAX = 1kV
    • IMAX = 1A
  • C1 - kondenzátor elektrolytický
    • CN = 2200μF
    • UMAX = 25V
  • C2 - kondenzátor elektrolytický
    • CN = 10μF
    • UMAX = 25V
  • C3 - kondenzátor elektrolytický
    • CN = 1μF
    • UMAX = 25V
  • R1 – potenciometr
    • RMAX = 4,7kΩ
    • průběh - lineární (N)
    • PMAX = 0,125W
    • + páčka
  • R2 - rezistor
    • RN = 270Ω
    • PMAX = 0,25W
  • R3 - rezistor
    • RN = 2,7kΩ
    • PMAX = 0,25W
  • V - voltmetr panelový analogový HD-060
    • M = UMAX = 15V
    • tolerance = 5%
  • X2 - zdířky
    • UMAX = 60 V
    • IMAX = 10 A
    • Ø 4 mm