Halfgolfgelijkrichter: definitie, werking, circuit, formule en toepassingen

In de moderne elektronische technologie hebben de meeste apparaten gelijkstroom (DC) nodig om te functioneren, terwijl de netspanning die we dagelijks gebruiken wisselstroom (AC) is. Gelijkrichting is het proces waarbij wisselstroom wordt omgezet in gelijkstroom. Van de verschillende soorten gelijkrichters is de enkelvoudige gelijkrichter de eenvoudigste en meest fundamentele. Deze heeft slechts een diode, een belastingsweerstand en soms een transformator nodig om wisselstroom om te zetten in pulserende gelijkstroom.

In dit artikel introduceren we systematisch de halfgolfgelijkrichter, inclusief het werkingsprincipe, het circuitontwerp en de meest voorkomende wiskundige formules. We introduceren ook het gestandaardiseerde symbool voor de halfgolfgelijkrichter en leggen uit hoe deze basisschakelingen de basis vormen voor complexere voedingen. Tot slot vergelijken we de gelijkrichter met de dubbelgolfgelijkrichter om uit te leggen waarom verschillende typen gelijkrichters in verschillende scenario's de voorkeur verdienen.

Wat is een halve-golfgelijkrichter?

De halfgolfgelijkrichter is een van de eenvoudigste gelijkrichterschakelingen. Het werkingsprincipe is dat één halve cyclus van de wisselstroom (AC) wordt doorgelaten en de andere halve cyclus wordt geblokkeerd. Slechts één PN-junctiediode, samen met een belastingsweerstand en soms een transformator voor isolatie of spanningsregeling, kan sinusvormige wisselstroom omzetten in pulserende gelijkspanning.

De uitgangsstroom van dit soort schakelingen is unidirectioneel, maar niet gelijkmatig; het is een reeks pulsen. Daarom is meestal een filter nodig om een ​​stabielere gelijkstroom te verkrijgen. Vergeleken met de dubbelzijdige gelijkrichter is het rendement veel lager, omdat de helft van de golfvorm van de wisselstroom verloren gaat. Maar juist vanwege de zeer eenvoudige structuur is het vaak te vinden in leerboeken, laboratoriumexperimenten en sommige rapid prototyping-schakelingen. Enkelzijdige gelijkrichters vormen de eerste stap naar het begrijpen van het principe van gelijkrichting en het verder leren kennen van de verschillende soorten gelijkrichters, met name dubbelzijdige gelijkrichters.

Gelijkrichtersymbool

In een schakelschema is het symbool voor een gelijkrichter het diodesymbool, dat bestaat uit een driehoek en een verticale lijn. De driehoek geeft de stroomrichting aan, van de anode naar de kathode, en de verticale lijn vertegenwoordigt de kathode. Dit is het standaardsymbool voor een diode/gelijkrichter. Het is belangrijk om te weten dat het symbool met de pijl over het algemeen wordt gebruikt voor transistors of fotodiodes, niet voor gewone gelijkrichterdiodes.

Bij het tekenen van een enkelzijdige gelijkrichterschakeling wordt bij enkelzijdige gelijkrichting de anode van de diode aangesloten op de wisselstroom en de kathode op de belasting, waardoor deze alleen geleidt in de positieve halve cyclus. Bij negatieve enkelzijdige gelijkrichting wordt de richting van de diode omgekeerd, waardoor deze alleen geleidt in de negatieve halve cyclus. In CAD-software of schakelschema's kunnen we het standaard gelijkrichtersymbool (diodesymbool) direct plaatsen en vervolgens de richting naar behoefte aanpassen. Voor een meer intuïtieve uitleg kunt u het schema van de enkelzijdige gelijkrichter raadplegen. In praktische toepassingen zijn er ook verschillende soorten gelijkrichters, zoals een dubbelzijdige gelijkrichter, die kunnen worden geselecteerd op basis van de vereisten.

Halfgolfgelijkrichtercircuit

Een eenvoudig halfgolfgelijkrichtercircuit bestaat uit de volgende onderdelen:

•  Een transformator (optioneel maar gebruikelijk, gebruikt voor het verlagen van de spanning om de veiligheid te garanderen en de spanning aan te passen)

•  Een diode (het gelijkrichtersymbool in het schakelschema)

•  Een resistieve belasting (RL)

In een halfgolfgelijkrichtercircuit gaat de wisselstroom eerst door de secundaire wikkeling van de transformator en vervolgens naar de diode en de belastingsweerstand (RL). Wanneer de ingangsspanning zich in de positieve halve cyclus bevindt, bevindt de diode zich in de doorlaatvoorspanning, wat overeenkomt met een gesloten schakelaar. De stroom kan door de RL stromen en de uitgang zal een positieve spanning krijgen. Tijdens de negatieve halve cyclus bevindt de diode zich in de spervoorspanning, wat overeenkomt met een open schakelaar. De stroom wordt geblokkeerd, dus de uitgang is nul. Dit is het basiswerkingsprincipe dat wordt weergegeven in elk halfgolfgelijkrichterschema.

Halfgolfgelijkrichtergolfvorm

De ingangssinusgolf (Vin) wisselt tussen de positieve en negatieve halve cyclus. Na verwerking door de halvegolfgelijkrichter behoudt de uitgangsspanning (Vout) alleen de pulsen in één richting. In een positieve halvegolfgelijkrichter is de uitgang bijvoorbeeld alleen de piek van de positieve halve cyclus.

In een ideaal halfgolfgelijkrichterdiagram ziet u:

•  Vin: Een volledige sinusgolf.

•  Vout: Een reeks halve sinusvormige pulsen die één keer per invoercyclus voorkomen.

Als de richting van de diode wordt omgekeerd, kan een negatieve halvegolfgelijkrichter worden verkregen. In dit geval is de uitgang in het schema een puls in de negatieve richting, wat zeer nuttig is wanneer een negatieve voedingsreferentie vereist is.

Over PCBasic

Tijd is geld in uw projecten – en PCB-basis begrijpt het. PCBasic is een PCB-assemblagebedrijf: die elke keer snelle, vlekkeloze resultaten levert. Onze uitgebreide PCB-assemblagediensten: bieden deskundige technische ondersteuning bij elke stap, waardoor topkwaliteit in elk bord wordt gegarandeerd. Als toonaangevend Fabrikant van PCB-assemblage:, Wij bieden een totaaloplossing die uw toeleveringsketen stroomlijnt. Werk samen met onze geavanceerde PCB-prototypefabriek voor snelle doorlooptijden en superieure resultaten waarop u kunt vertrouwen.

Formules voor halfgolfgelijkrichters

Deze klassieke formules zijn afgeleid uitgaande van een ideale diode en een weerstandsweg en kunnen daarom worden gebruikt om de prestaties van halfgolfgelijkrichters kwantitatief te voorspellen. Als de piekwaarde van de ingangsspanning Vm is (vanaf de secundaire zijde van de transformator), dan is de piekstroom Im = Vm/RL.

• Gemiddelde (DC) uitgangsspanning:

• Gemiddelde (DC) belastingstroom:

• RMS-belastingstroom:

• RMS-uitgangsspanning:

• Vormfactor (RMS/gemiddelde):

• Ripple-factor γ (AC-gehalte relatief ten opzichte van DC):

• Gelijkrichterrendement η (DC-uitgangsvermogen / AC-ingangsvermogen):

 (voor een ideale halve-golfgelijkrichter)

• Piek-inverse spanning (PIV) voor de diode:

(Zorg ervoor dat de sperspanning van de diode veilig en met een marge groter is dan Vm.)

Deze formules zijn erg praktisch bij het leren en gebruiken van halfgolfgelijkrichterschakelingen. Ze kunnen ons helpen het schema van de halfgolfgelijkrichter te begrijpen en de juiste diode te selecteren. Of ze kunnen dienen als bewijs bij het vergelijken van verschillende soorten gelijkrichters, zoals een dubbelgolfgelijkrichter en een halfgolfgelijkrichter.

Toepassingen van halfgolfgelijkrichters

Hoewel de halfgolfgelijkrichter niet erg efficiënt is, heeft hij nog steeds veel praktische toepassingen. Hij wordt vaak gebruikt voor signaaldemodulatie, zoals in de detector- of piekdetectiecircuits van AM-radio's. Hij kan ook worden gebruikt voor pulsgeneratie en piekdetectie. In sommige situaties waar de vermogensbehoefte niet hoog is, kan hij nog steeds worden toegepast in DC-laders met laag vermogen, met name in sommige traditionele of experimentele circuits.

Bovendien worden halfgolfgelijkrichterschakelingen ook vaak gebruikt in praktijkgerichte opleidingen en trainingen, omdat ze beginners kunnen helpen de basisprincipes van verschillende soorten gelijkrichters te begrijpen. Wanneer het ontwerp slechts een eenvoudige polariteitsselectie vereist, is de halfgolfgelijkrichter vaak de meest handige en directe keuze.

Vergelijking: halfgolf- versus volgolfgelijkrichter

Een dubbelfasige gelijkrichter is ook een schakeling die wisselstroom (AC) omzet in gelijkstroom (DC). Het kenmerk hiervan is dat hij gelijktijdig de positieve en negatieve halve cyclus van de wisselstroom kan benutten en beide kan omzetten in een pulserende gelijkstroom. De dubbelfasige gelijkrichter daarentegen gebruikt slechts de helft van de wisselstroom, waardoor hij minder efficiënt is en de uitgangsspanning minder stabiel.

Juist omdat de volfasegelijkrichter twee halve perioden wisselstroom aankan, kan hij ten opzichte van de enkelfasegelijkrichter een hogere gemiddelde gelijkspanning en een lagere rimpelfactor bereiken. Ook de benuttingsgraad van de transformator is beter.

Het is het makkelijkst om te begrijpen waar een halve-golfgelijkrichter opvalt (en waar niet) door hem te vergelijken met een volle-golfgelijkrichter:

Conclusie

De halvegolfgelijkrichter is de meest gebruikelijke introductieschakeling voor het leren gelijkrichten. Er zijn slechts enkele componenten nodig om het basisprincipe van gelijkrichten te begrijpen. Door de halvegolfgelijkrichterschakeling te observeren, het gelijkrichtersymbool correct te gebruiken en te combineren met het diagram van de halvegolfgelijkrichter, kunnen we de spanningsvariatie in de tijd correleren met formules zoals gemiddelde, RMS, rimpel, efficiëntie en maximale sperspanning (PIV).

Als een stabielere gelijkstroom nodig is, wordt meestal gekozen voor een dubbelfasige gelijkrichter of een bruggelijkrichter, omdat deze een hogere uitgangsspanning en een kleinere rimpel hebben. Halffasige gelijkrichters hebben echter ook hun eigen toepassingen: ze zijn goedkoop, hebben een eenvoudige en intuïtieve structuur en zijn zeer geschikt voor gebruik in schakelingen zoals demodulatie en piekdetectie. Ze vormen ook de basisinstrumenten voor vermogenselektronica-ingenieurs om een ​​intuïtief begrip te ontwikkelen.

Veelgestelde vragen (FAQ's)

1) Wat is een halve-golfgelijkrichter?

Een halfgolfgelijkrichter is een halfgolfgelijkrichterschakeling met één diode die de ene helft van de wisselstroomcyclus doorlaat en de andere blokkeert, waardoor een pulserende gelijkstroom over een belasting ontstaat. Het is het eenvoudigste type gelijkrichter en een basis voor het begrijpen van de dubbelgolfgelijkrichter.

2) Waar wordt een halve-golfgelijkrichter gebruikt?

Gebruik een halvegolfgelijkrichter voor toepassingen met laag vermogen en signaalverwerking: AM-demodulatie, piekdetectie en educatieve demo's. Voor voedingen kiezen ontwerpers doorgaans voor een vollegolfgelijkrichter (brug of middenaftakking) binnen de bredere typen gelijkrichters.

3) Waarom wordt een condensator gebruikt met een halve-golfgelijkrichter?

De uitgang van een halfgolfgelijkrichter is pulserende gelijkstroom met een grote rimpel. Een condensator over de belasting laadt op bij geleidingspieken en ontlaadt zich tussen de pieken, waardoor de golfvorm gladder wordt. Deze klassieke "reservoir"-werking vermindert de rimpel en wordt vaak weergegeven in een halfgolfgelijkrichterdiagram.

4) Wat is het rendement van een halve-golfgelijkrichter?

In een ideale analyse bereikt de halfgolfgelijkrichter een piekrendement van ongeveer 40.6% (gelijkstroomuitgangsvermogen gedeeld door wisselstroomingangsvermogen). Een volgolfgelijkrichter verbetert de benutting aanzienlijk en is daarom de meest gebruikte gelijkrichter voor voedingen.

5) Wat is beter: een halve- of een volledige gelijkrichter?

Voor bijna alle voedingstoepassingen is de dubbelfasige gelijkrichter beter: meer DC-uitgangsvermogen, minder rimpel en een betere transformatorbenutting. De halffasige gelijkrichter is de beste keuze wanneer u absolute eenvoud nodig hebt of detector-/piekcircuits bouwt. Kies binnen de familie van gelijkrichtertypen op basis van prestatiebehoeften en componentbudget.