na 2026/01/28 2,870

Polvalovni usmernik: princip delovanja, vezje, valovne oblike, formula in aplikacije

V tem članku boste izvedeli, kako polvalovni usmernik pretvori izmenični tok v enosmerni tako, da prepusti samo eni polovici vhodnega signala.Videli boste osnovno vezje, njegove komponente in kako dioda nadzoruje pretok toka.Razlaga vas vodi tudi skozi vhodne in izhodne valovne oblike, tako da lahko jasno vidite, kaj se spremeni med popravkom.Na koncu boste razumeli, kje se uporablja ta preprosti usmernik in zakaj je še vedno pomemben.

Katalog

Slika 1. Osnovno vezje polvalovnega usmernika

Kaj je polvalovni usmernik?

Polvalovni usmernik je elektronsko vezje, ki pretvarja izmenični tok (AC) v enosmerni tok (DC), tako da prepušča samo polovico AC signala.Rešuje problem uporabe izmeničnega toka v napravah, ki za delovanje potrebujejo enosmerno napetost.Ta usmernik proizvaja enosmerni izhod, ki je preprostejši in nižji v primerjavi z drugimi metodami usmerjanja.Polvalovni usmerniki se običajno uporabljajo v aplikacijah z nizko porabo energije, kjer učinkovitost ni glavna skrb.Služijo kot osnovni gradnik za razumevanje pretvorbe AC-to-DC.

Polvalovno usmerniško vezje in komponente

Polvalovno usmerniško vezje je preprosta ureditev, ki se uporablja za pretvorbo izmenične napetosti v enosmerno napetost.Sestavljen je iz majhnega števila bistvenih komponent, od katerih ima vsaka določeno funkcijo v vezju.

Slika 2. Vezje polvalovnega usmernika

• AC napajanje

Napajanje izmeničnega toka zagotavlja izmenično vhodno napetost za usmerniško vezje.Običajno se vzame iz električnega omrežja ali vira signala in služi kot izhodišče postopka pretvorbe.

• Stopenjski transformator

Transformator zniža visoko vhodno AC napetost na nižjo, varnejšo raven.Zagotavlja tudi električno izolacijo med vhodnim napajanjem in usmerniškim vezjem.

• Dioda

Dioda je glavna usmerniška naprava v vezju.Omogoča prehajanje toka samo v eno smer, kar omogoča pretvorbo iz AC v DC.

• Obremenitveni upor

Bremenski upor predstavlja električno napravo, ki uporablja popravljeni izhod.Porabi energijo in razvije izhodno napetost na svojih sponkah.

Načelo delovanja polvalovnega usmernika

Slika 3. Delovni princip polvalovnega usmernika

Načelo delovanja polvalovnega usmernika temelji na enosmerni lastnosti diode.Ko je vhodna izmenična napetost v pozitivnem polciklu, postane dioda usmerjena naprej in omogoča tok, da teče skozi breme.Posledica tega je izhodna napetost, ki se pojavi na bremenskem uporu.Med negativnim polciklom postane dioda reverzno prednapeta in blokira tokovni tok.Posledično se v tem intervalu ne proizvede izhodna napetost.Ta ponavljajoči se proces ustvari enosmerni, utripajoči enosmerni izhod.

Vhodne in izhodne valovne oblike polvalovnega usmernika

AC vhodna valovna oblika

Slika 4. Vhodna valovna oblika AC

Vhodna valovna oblika AC je sinusna napetost, ki se s časom neprekinjeno spreminja.Ima pozitivne in negativne vrednosti napetosti glede na referenčno raven.Valovna oblika se ponavlja v rednih ciklih, kar ustvarja gladko in simetrično obliko.Najvišja vrednost predstavlja največjo napetost, doseženo v vsakem ciklu.To vrsto valovne oblike običajno dobavljajo generatorji električne energije in električna omrežja.Slika prikazuje neprekinjeno in izmenično naravo AC vhodne napetosti.

DC izhodna valovna oblika

Slika 5. Izhodna valovna oblika enosmernega toka

Izhodna valovna oblika enosmernega toka iz polvalovnega usmernika je pulzirajoča napetost, ki teče samo v eno smer.Sestavljen je iz ločenih napetostnih impulzov z ničelno napetostjo med njimi.Izhod sledi obliki vhoda v izbranih intervalih in ostane raven drugje.Posledica tega je prekinjen, vendar enosmerni signal.Valovna oblika se periodično ponavlja z enako frekvenco kot vhod.Slika prikazuje, kako se popravljeni izhod razlikuje od čistega izmeničnega valovanja.

Polvalovni usmernik s kondenzatorskim filtrom

Slika 6. Polvalovni usmernik s vezjem kondenzatorskega filtra

Polvalovni usmernik s kondenzatorskim filtrom se uporablja za zmanjšanje nihanj v enosmerni izhodni napetosti.Kondenzator je priključen vzporedno z bremenom, kot je prikazano na sliki.Ko izhodna napetost naraste, se kondenzator napolni do najvišje vrednosti.Ko začne napetost padati, se kondenzator počasi prazni skozi breme.Ta razelektritev pomaga ohranjati izhodno napetost med cikli.Posledično se nihanje napetosti na izhodu zmanjša.

Slika 7. Izhodna valovna oblika s kondenzatorskim filtrom

Filtrirana izhodna valovna oblika je bolj gladka kot nefiltriran izhod usmernika.Slika prikazuje, kako kondenzator drži napetost po vsaki konici.Ko vhodna napetost pade, kondenzator sprosti shranjeno energijo bremenu.To dejanje zapolni vrzeli med impulzi napetosti.Hitrost praznjenja je odvisna od upora obremenitve in vrednosti kapacitivnosti.Izhod postane stabilnejša pulzirajoča enosmerna napetost z manjšim valovanjem.

Trifazni polvalovni usmernik

Slika 8. Trifazno polvalovno usmerniško vezje

Trifazni polvalovni usmernik pretvori trifazno AC moč v DC z uporabo več diod.Vsaka dioda je povezana z eno fazo napajanja izmeničnega toka, kot je prikazano na sliki.Samo ena dioda prevaja naenkrat glede na najvišjo fazno napetost.Izhodna napetost se prevzame preko skupnega bremena.Ta konfiguracija poveča frekvenco izhodnih impulzov.Posledično je enosmerni izhod bolj zvezen kot enofazni vhod.

Slika 9. Vhodne valovne oblike izmeničnega toka trifaznega polvalovnega usmernika

Trifazni AC vhod je sestavljen iz treh sinusnih napetosti, ločenih z enakimi faznimi koti.Slika prikazuje rdečo, rumeno in modro fazno napetost skozi čas.Vsaka faza doseže svoj vrhunec v drugem trenutku.Ta fazna razlika zagotavlja, da je ena faza vedno blizu svoje največje vrednosti.Neprekinjeno prekrivanje faz izboljša dobavo moči.Vzorec vhodne valovne oblike podpira bolj gladko popravljanje.

Slika 10. Izhodna valovna oblika enosmernega toka trifaznega polvalovnega usmernika

Izhodna valovna oblika enosmernega toka trifaznega polvalovnega usmernika ima tesno razmaknjene napetostne impulze.Slika prikazuje, kako se izhodni vrhovi pojavljajo pogosteje.To zmanjša časovni razmik med impulzi napetosti.Izhodna napetost ostaja večji del cikla nad ničlo.Posledično je vsebnost valovanja nižja v primerjavi z enofaznim izhodom.Valovna oblika kaže izboljšano kakovost enosmernega toka za industrijske obremenitve.

Formula polvalovnega usmernika

Povprečna (DC) izhodna napetost

Povprečna izhodna napetost predstavlja enosmerno komponento izhoda usmernika.

RMS izhodna napetost

RMS izhodna napetost označuje efektivno vrednost popravljene napetosti.

Faktor valovanja

Faktor valovanja meri količino variacije AC, ki je prisotna v izhodu DC.

Učinkovitost popravljanja

Učinkovitost popravljanja kaže, kako učinkovito se vhodna moč izmeničnega toka pretvori v izhodno moč enosmernega toka.

Najvišja inverzna napetost (PIV)

Največja inverzna napetost je največja inverzna napetost, ki se uporablja na diodi.

Uporaba polvalovnega usmernika

Polvalovni usmerniki se uporabljajo v enostavnih in nizkoenergetskih elektronskih sistemih.Izbrani so tam, kjer sta cena in preprostost vezja pomembnejša od kakovosti izhoda.

1. Demodulacija signala

Polvalovni usmerniki se uporabljajo v radijskih sprejemnikih AM za zaznavanje signala.Pomagajo izločiti zvočne signale iz nosilnih valov.Zaradi preproste zasnove so primerni za osnovna komunikacijska vezja.

2. Tokokrogi za polnjenje baterije

Nizkotokovni polnilniki baterij uporabljajo polvalovne usmernike.Zagotavljajo osnovni enosmerni izhod za počasno polnjenje.Ta vezja so pogosta v poceni napravah.

3. Napajalniki za majhne obremenitve

Majhni elektronski projekti uporabljajo polvalovne usmernike za napajanje z enosmernim tokom.Primerne so za indikatorske lučke in LED.V takšnih aplikacijah so zahteve po energiji minimalne.

4. Izrezovanje in oblikovanje signala

Polvalovni usmerniki se uporabljajo v vezjih za oblikovanje valov.Odstranijo polovico vhodnega signala.To je uporabno pri nalogah kondicioniranja signala.

Polvalovni usmernik vs

Parameter	Polval Usmernik	Polni val Usmernik
Število Diode	1 dioda	2 diodi (centralna pipa) ali 4 diode (most)
AC Faktor izkoriščenosti	0,318	0,636
Povprečni DC Izhodna napetost	0,318 × Vm	0,637 × Vm
Valovanje Faktor	1.21	0,482
Izhod Pogostost	f	2f
Popravek Učinkovitost	40,60 %	81,20 %
RMS izhod Napetost	Vm ÷ 2	Vm ÷ √2
Transformator Faktor izkoriščenosti	0,287	0,693
Peak Inverse Napetost (na diodo)	Vm	2Vm (centralna pipa), Vm (most)
Valovanje Pogostost	Enako frekvenca napajanja	Dvakrat več frekvenca napajanja
DC napajanje Izhod	Nizka	višje
Moč Kakovost pretvorbe	Nizka	visoko
vezje Kompleksnost	Zelo nizko	Zmerno
Tipično Aplikacije	Signal zaznavanje, vezja nizke moči	DC napajanje potrošni material, adapterji

Zaključek

Polvalovni usmernik deluje z uporabo diode za ustvarjanje enosmernega pulzirajočega enosmernega toka iz vira izmeničnega toka.Struktura vezja, princip delovanja, valovne oblike in parametri delovanja pojasnjujejo, zakaj je preprost, a neučinkovit v primerjavi z drugimi usmerniki.Dodajanje kondenzatorskega filtra in uporaba trifaznega napajanja izboljša gladkost izhoda in zmanjša valovanje.Zaradi nizkih stroškov in enostavnosti ostaja polvalovni usmernik uporaben v osnovnih elektronskih aplikacijah z nizko porabo energije.