Půlvlnný a plnovlnný usměrňovač: Jaký je rozdíl?

V moderních elektronických zařízeních většina systémů potřebuje pro správný provoz převádět střídavý proud (AC) na stejnosměrný proud (DC). Této přeměny se obvykle dosahuje pomocí usměrňovacího obvodu, kde diody hrají klíčovou roli v řízení směru toku proudu.

Mezi různými metodami usměrňování jsou půlvlnný usměrňovač a celovlnný usměrňovač dva nejběžnější a nejzákladnější typy. Pochopení rozdílu mezi půlvlnnými a celovlnnými usměrňovači je velmi důležité pro návrh napájecích zdrojů, rozvržení desek plošných spojů a vývoj elektronických produktů.

Tento článek vám jednoduchým způsobem pomůže pochopit principy fungování, struktury a rozdíly ve výkonu mezi půlvlnným a celovlnným usměrňovačem, což vám pomůže snáze se rozhodnout, jaký typ usměrňovače si vybrat v reálných projektech.

Usměrňovač poloviční vlny

Půlvlnný usměrňovač je nejjednodušší typ usměrňovacího obvodu. Jeho funkcí je převést jednu polovinu tvaru vlny střídavého proudu na pulzující stejnosměrný proud.

Z hlediska struktury se typický půlvlnný usměrňovač obvykle skládá z následujících částí:

•  Dioda

•  Zatěžovací rezistor

•  Transformátor (volitelný, používá se pro snižování napětí)

Jeho princip fungování je založen na jednosměrné vodivosti diody:

Během kladné půlperiody střídavého vstupu je dioda předpjatá v přímém směru, což umožňuje proudu procházet zátěží a generovat výstupní napětí. Během záporné půlperiody je dioda předpjatá v opačném směru, proud je blokován a výstupní napětí se stává nulovým.

Jinými slovy, půlvlnný usměrňovač využívá pouze polovinu sinusové vlny a výstupem je nespojitý pulzující stejnosměrný proud.

Schéma zapojení půlvlnného usměrňovače

Typické schéma půlvlnného usměrňovače obvykle zahrnuje:

•  Jedna dioda v sérii se zátěží

•  Vstupní zdroj střídavého proudu

•  Výstup odebíraný přes rezistor

V schématu zapojení půlvlnného usměrňovače se výstupní průběh skládá z kladných impulsů s nulovým výstupem během záporné půlperiody.

Výstupní frekvence půlvlnného usměrňovače

Výstupní frekvence půlvlnného usměrňovače je stejná jako vstupní frekvence střídavého proudu:

f (výstup) = f (vstup)

Je to proto, že během procesu usměrňování dioda propouští pouze jednu půlperiodu střídavého signálu (obvykle kladnou půlperiodu), zatímco druhá půlperioda (záporná půlperioda) je zcela blokována. Proto je pro každou vstupní cyklus generován pouze jeden impuls výstupního napětí a jeho opakovací frekvence je přirozeně stejná jako vstupní frekvence.

Výhody a nevýhody půlvlnného usměrňovače

Výhody

•  Jednoduchý návrh usměrňovače

•  Nízké náklady (vyžaduje pouze jednu diodu)

•  Snadná implementace

Nevýhody

•  Vysoký zvlněný výstup

•  Nízká účinnost (~40.6 %)

•  Špatné využití transformátoru

•  Není vhodné pro stabilní napájecí zdroje

Usměrňovač plné vlny

Celovlnný usměrňovač je účinnější usměrňovací obvod. Dokáže převést kladnou i zápornou půlperiodu střídavého průběhu na pulzující stejnosměrný proud (DC).

Strukturálně vzato se typický plnovlnný usměrňovač obvykle skládá z následujících částí:

•  Dvě diody (konstrukce se středovým odbočovacím vodičem) nebo čtyři diody (můstkový usměrňovač)

•  Zatěžovací rezistor

•  Transformátor (volitelný, používá se pro snižování napětí nebo konfiguraci se středním odbočkou)

Jeho princip práce spočívá v tom, že během kladných a záporných půlperiod střídavého vstupu může proud procházet zátěží.

Během kladné půlperiody vede skupina diod, která umožňuje průchod proudu zátěží a generuje výstupní napětí; během záporné půlperiody vede jiná skupina diod, která přesměrovává dráhu proudu tak, aby proud stále protékal zátěží stejným směrem.

Jinými slovy, celovlnný usměrňovač využívá celou sinusovou vlnu a převádí kladné i záporné půlcykly na použitelný výstup, přičemž jeho výstupní napěťová frekvence je dvojnásobná oproti vstupní (2× frekvence). Jeho výstup je proto hladší pulzující stejnosměrný proud s vyšším průměrným napětím a je snazší jej filtrovat.

Schéma zapojení plnovlnného usměrňovače

Typické schéma plnovlnného usměrňovače zahrnuje hlavně:

•  Dvě diody (konstrukce se středovým odbočovacím vodičem) nebo čtyři diody (můstkový usměrňovač)

•  Zatěžovací rezistor

•  Transformátor (volitelný, používá se pro snižování napětí nebo konfiguraci se středním odbočkou)

Ve srovnání s diagramem půlvlnného usměrňovače je výstupní průběh plnovlnného usměrňovače spojitější a pulzy jsou hustší, takže zvlnění je výrazně nižší.

Typy plnovlnného usměrňovače

Existují dva běžné typy celovlnných usměrňovačů: celovlnný usměrňovač se středovým odbočením a celovlnný můstkový usměrňovač.

Celovlnný usměrňovač se středovým odbočením

•  Používá dvě diody

•  Vyžaduje transformátor se středovým odbočkou

•  Složitější konstrukce transformátoru

Celovlnný můstkový usměrňovač

Celovlnný můstkový usměrňovač je nejrozšířenější konfigurací. Klíčové vlastnosti:

•  Používá čtyři diody

•  Nevyžaduje středový kohout

•  Efektivnější využití transformátoru

Jeho princip fungování je také velmi jednoduchý:

V můstkovém usměrňovači vedou během každé půlperiody dvě diody, což umožňuje proudu protékat zátěží stejným směrem.

Právě z tohoto důvodu se můstkový usměrňovač široce používá v napájecích zdrojích a výkonových modulech pro desky plošných spojů.

Výstupní frekvence plnovlnného usměrňovače

Výstupní frekvence plnovlnného usměrňovače je:

f (výstup) = 2f (vstup)

Protože se používají jak kladné, tak záporné půlcykly střídavého proudu, frekvence zvlnění se zdvojnásobí, což usnadňuje filtrování a plynulejší výstup.

O PCBasicu

Čas jsou ve vašich projektech peníze – a PCBasic chápe PCBasic je Firma pro montáž desek plošných spojů který pokaždé přináší rychlé a bezchybné výsledky. Náš komplexní Montážní služby PCB zahrnují odbornou technickou podporu v každém kroku, což zajišťuje špičkovou kvalitu každé desky. Jako přední Výrobce sestav plošných spojů, Nabízíme komplexní řešení, které zefektivní váš dodavatelský řetězec. Spolupracujte s naší pokročilou Továrna na prototypy plošných spojů pro rychlé vyřízení a vynikající výsledky, na které se můžete spolehnout.

Výhody a nevýhody plnovlnného usměrňovače

Výhody

•  Vyšší účinnost (~81.2 %)

•  Nižší zvlnění

•  Lepší využití transformátoru

•  Stabilnější stejnosměrný výstup

Nevýhody

•  Více komponent než půlvlnný usměrňovač

•  Vyšší náklady

•  Mírně složitější design

Půlvlnný usměrňovač vs. celovlnný usměrňovač

Zde je jasné srovnání půlvlnného usměrňovače a celovlnného usměrňovače:

Rozdíly mezi půlvlnovým usměrňovačem a celovlnovým usměrňovačem spočívají hlavně v účinnosti, využití tvaru vlny a stabilitě výstupu.

Závěr

Jak jednovlnný, tak i celovlnný usměrňovač patří k nejzákladnějším obvodům ve výkonové elektronice. Jednovlnný usměrňovač má jednoduchou strukturu a nízké náklady, ale celovlnný usměrňovač, zejména celovlnný můstkový usměrňovač, nabízí lepší účinnost a plynulejší stejnosměrný výstup.

V praktických aplikacích, jako jsou napájecí zdroje, napájecí moduly pro desky plošných spojů a průmyslová elektronika, závisí výběr mezi typy usměrňovačů obecně na následujících bodech:

•  požadavky na napájení

•  Omezení nákladů

•  Potřeby stability výstupu

U většiny moderních konstrukcí je dnes můstkový usměrňovač obvykle běžnější volbou kvůli jeho lepšímu výkonu a větší flexibilitě při použití.

Pochopení rozdílu mezi půlvlnovým usměrňovačem a celovlnovým usměrňovačem může inženýrům pomoci vytvořit stabilnější a efektivnější obvody.