1. ábra Csúcsegyenirányító kapcsolás

Átírás

1 ELEKTONKA Eyniányíók Eyniányíók oó: Eyniányíani pdi kll indn lkonikus készüléknk ápáamlláása van szüksé. A bndzésk y vay öbb ynfszülsé iénylnk. Nayobb ljsíményiénynél a lpk használaa azdasáalan, ilynko az ynfszülsé hálózai anszfomáoal és yniányíóval állíjuk lõ. Az íy ny ynfszülsé ndszin a hálózaból számazóan búófszülsé is aalmaz, áadásul éék hlésválozás, valamin hálózai fszülséinadozás haásáa válozik. Ezé öbbnyi fszülsésabilizáo is kll használni, ami az ynfszülsé nay válozásai ynlíi. A kövkzõ ké szakaszban sabilizálalan ynfszülsé lõállíásával, z kövõn a sabilizáoáamköökkl folalkozunk. Az alábbi ábánk a válakozó fszülsé yniányíásának lyszûbb módszé szmléli, ahol y diódán kszül ölünk fl y kondnzáo.. ába Csúcsyniányíó kapcsolás Ez az úynvz csúcsyniányíó kapcsolás. (Néha a szaodalom yuas yniányíó áamkökén is mlíi.) A kapcsolás szív az szinuszos fszülsénáo. Azé szinuszos fszülsé yniányíása áll a középponban, m yész könnyn lõállíhaó és hozzáféhõ, másész mindn piodikus jszõfszülsé flbonhaó szinuszos és koszinuszos összvõk összé. ûködés ké ész bonhaó az szinuszos náofszülsé és viszonyáól füõn: > ( >> ) : Amnnyibn a bmni fszülsé nayobb a mni fszülsénél, a dióda nyiva van. A aja áfolyó áam észbn a kondnzáo öli fl, észbn pdi az foyaszó áplálja. < : A dióda lzá, szakadáskén vislkdik. (A aja visszaflé folyó áamo lhanyaoljuk, m naysándkkl sbb a öbbi áamnál.) Ekko a flölö kondnzáo maáa maad a munkallnállással, zé sül. Az -n íy ismé áam folyik, mlynk iánya myzik azzal az áammal, ami az lzl áyal ponban is áfoly aja. Ez a folyamao muaja a 2. ába. > < 2. ába Áamok a csúcsyniányíó kapcsolásban - -

2 ELEKTONKA Eyniányíók Ey ipikus s a kövkz kapcsolás, ahol y 7V csúcséék szinuszos náofszülsé használunk. ( 7 V). b Elmzésé az CAP4 hálózaanalizáo poammal is lvézük, amlynk dményi a 3. és 4. ábán moszjuk az olvasóval. 8V b 73mV 7V 4V 4,6V V -4V -8V 2ms idõ 3. ába Eyniányíó áamkö fszülséénk idábája A kapo fszülsé y ynösszvbl, és a á szupponál jlbl áll. Láhajuk, hoy bkapcsolás uán néhány piódus llévl az léi az a fszülséinvallumo, amlyn blül zk uán piodikusan válozik. Ez a válozás a 7V-os náofszülsénél 73mV, há -nk miny %-a. A 7V-ból lvsz 2.4V nyilván az llnálláson és a diódán sik. Flmül a kédés, mié van szüksé a dióda l lhlyz llnállása, hiszn bakásával lcsökkn az lállío naysáa. Tudjuk, hoy állandósul állapoban a kondnzáo álal lakáozo ölés y ado invallumon blül inadozik a sülésk és flöldésk soán. Kll azonban néhány piódus, amí a ölés léi z az invallumo. Addi a sbb ölésmnnyisé mia sbb fszülsé sik aja (QC!), há a dióda ké véponja közö nayobb lsz a ponciálkülönbsé, íy nayobb lsz a náo álal szolálao áam. ( 4. ába ) Ez a hálózaunka vszélys lh ( családajainkól például számíhaunk néhány ksln szóa, amin kísélzés közbn vájuk a bizosíéko). Az ilyn bkapcsolási anzinsk védésé sszük b -. A fszülsénáo llnállásá álalában blszámoljuk -b. A má mlí 4.ábán mfiylhjük, hoy a dióda áama és a kondnzáo öldés valóban szinkonban van ymással. Az idinvallum kzdén fllép anzins áam lénysn nayobb, min a sacionáius állapobli maximális áam készs. A i,5a A 46mA + 4. ába Eyniányíó áamkö áamának idábája - 2 -

3 ELEKTONKA Eyniányíók os pdi a kapcsolás céliányos analízis kövkzik. Fladaunk ks: lszö mhaáozzuk az fszülsé ynösszvjé, zuán pdi válozásának mééké. Az ls lépéshz C kapaciású kondnzáo válaszunk. Ezzl dolozva a mni fszülsé és áam hullámossáa msznik, íy fiylmünk az ynösszv összponosíhajuk. Téjünk há á aa a kédés, ami iazán folalkoza bnnünk. kkoa lsz sacionáius állapoban? Ehhz áamköi modllünkbn ulajdonsáai alapján modllzzük a diódá y idális dióda, y a dióda nyiófszülséévl yz naysáú fszülsénáo és y llnállás sobakapcsolásával. 5. ába Dióda modllzés A hlysí kapcsoláshoz aozó közlí kaasziká a 6. ába muaja. Az yniányíókban a diódával a áyalak mia mindi sobakapcsolódik y llnállás, amly maába folalja az náo bls llnállásá is. Az íy alakuló d kaaszika az + T ln ynll íhaó l, és jól közlíh az öésponi fszülsél, és y llnállással jllmz kaaszikával. S 6. ába D+ modllbli diódakaaszika lináis-öésponos modllj Vizsálódásunka azzal folyajuk, hoy flvázoljuk, milyn összfüésk láunk a dióda szmszöébl a hálózaban. A bmn fszülsé haásáa a diódán áfolyó áam és a hl llnálláson mjln fszülsé a kövkz lsz

4 ELEKTONKA Eyniányíók 7. ába nnyiséi kapcsolaok a D+ modllbn sacionáius állapoban Az ábán flün mnnyisék: i D ( ϕ ) a diódán áfolyó áam sacionáius állapoban (a bmnn szinusz-jl flélzünk) : i D ( ϕ ) maximuma θ : folyási szö. Annak a szöaománynak a fl, amlybn a diódában áam folyik. A dióda 7. ábán láhaó áama Foui-soba fjv y ynkomponnsbl és nmnullfkvnciás komponnsk soozaából áll. Az ynösszv a kondnzáo szakadáskén vislkdik, z az áam csak az llnálláson folyik. A nmnullfkvnciás összvk nézv viszon a kondnzáo övidzá, zé zk -n nm jlnnk m. A mni llnálláson léjöv ynfszülsé há az i D ( ϕ ) áam nullfkvnciás összvj hozza lé. Íjunk mos fl zk síséévl néhány összfüés, amivl közlbb juunk mhaáozásához. 2π id d f π 2 ( ϕ) ϕ... ( θ) A kapo összfüés szin az -ml, és az ( ) f θ jlölés, un. Folyási szöfüvénnyl aányos. ( ) f θ y csak θ -ól fü mnnyisé. Ponos éék: Az lbbi ábáól mé néhány dolo lolvashaó: sin θ θcosθ f ( θ). π ( cosθ) - 4 -

5 ELEKTONKA Eyniányíók cosθ + valamin ( ) Ez uóbbi ynl psz csak y idpillanaban événys. Ezk az ynlk a kövkz háomismlns, zá alakban nm moldhaó ynlndsz adják:. sinθ θcosθ π ( cosθ). +. cosθ Az yszbb moldhaósá édkébn yaloáldozao hozunk. Lyn o. Ekko a. és. ynl a kövkzképpn néz :.. cosθ Hlysísünk b -b az íy kapo. - és. -:. sinθ θcosθ π ( cosθ) cosθ ( ) cosθ sinθ θcosθ π ( cosθ) Eyszsísünk: sin θ θcosθ cosθ π sin θ θcosθ cosθ π A kapo dmény ndzzük á: π ( θ θ) - 5 -

6 ELEKTONKA Eyniányíók Az kapuk, hoy θ éék csak az hányadosól fü, d n fldjük, hoy z az dmény az mllzésévl kapuk. A jó csúcsyniányíóhoz s folyási szö aozik, láhajuk hoy nnk lééséhz az hányadosnak csink kll lnni. Az ynl jobb oldalán álló π ( θ θ) szoza fonos mnnyisé, ξθ ( )-val jlölik. Nv volu füvény. A füvény épészk használják foaskkk ívénk mhaáozásához, zé áblázaos fomában malálhaó. Amnnyibn ilyn ábláza nincs a biokunkban, és szabadidnkbn ápysék mézünk, akko a θ - θ ao Taylo-soa alapján θ3 -mal bcsülhjük. 3 Az i bmuaoak yakolai alkalmazása az ynfszülsé ápysé mézés. Példa: kkoáa válasszuk az náo, ha 5V -os ynfszülsé és ma -s áamo akaunk a mnn lállíani. (.7V, 5W) A flada há fodío, ismébn kll - mhaáozni. Ehhz vézzük l a koábbi hlysíésk, d fiyljünk aa, hoy mos. Hlysísük lszö a. -, majd a -.-b:. ( ) + sinθ θcosθ π ( cosθ) sinθ θcosθ ( cosθ) π π ( cosθ) ( sinθ θ cosθ) cosθ π ( θ θ) Ez ándzv kapjuk, hoy: θ ( θ θ) cosθ + π π 3 Ebbl má θ mhaáozhaó konké bhlysíéskkl: 3 θ 3π 3π. A 5Ω 5. π + 5V+ 7. V ajd V V. cosθ cos

7 ELEKTONKA Eyniányíók os pdi mhaáozása kövkzik, azaz áéünk az yniányíók minséé. iko jó y yniányíó? Akko, ha a mni fszülsé minél kvésbé válozik, nm hullámzik. Tudjuk az, hoy a a kondnzáo ölésél fü. (QC) A dióda nyio állapoában a kondnzáo folyamaosan öldik, zá állapoban pdi folyamaosan vszí ölésébl. Íy (min az az ábáól lolvashaó) maximumá illv minimumá a dióda záásának illv nyiásának pillanaában méhjük. Haáozzuk m - maximum és minimum közöi különbsé! 8. ába Hullámossá Ké válaszásunk van. Vay azzal az idvl számíunk, amiko a dióda nyiva van, vay azzal, amiko záva. i z uóbbi válaszjuk az yszsé mia, hiszn kko C és maad ydül a kapcsolásban. Eznkívül ddi csak fázissal dolozunk, az ynkomponns nm füö a jl fkvnciájáól, d mos a kondnzáo sülés a valós id xponnciális füvény. A sülés övid kzdi szakaszai vizsáljuk. csik a válozások ill. flélzzük, hoy a kondnzáo áammal sül, íy a kondnzáo fszülséénk öbéjé ynssl közlíhjük. Láhaó, hoy a dióda 2 π θ τ 2 T 2 π állandó idi van záva, és zala naysáa h -val csökkn, há C h ölés vszí τ id ala a kondnzáo. Ekko folyaja az áamo, amink naysááa íy C τ h adódik. Kapunk y h π θ τ C π C f dmény, ami az muaja, hoy az h fkvnciafü és minél nayobb az f fkvncia, annál sbb a hullámossá, annál jobb az yniányíó. Kéuas yniányíó A csúcsyniányíó sajáossáa, hoy a kondnzáo uánölésénk és sülésénk idbni viszonya kdvzln ( τ lé nay), és z nay hullámossáo okoz. A viszony jlnsn javíhaó, ha a kondnzáo a poziív és naív félpiódus ala is öljük. Ennk az ölnk konké mvalósíása a - 7 -

8 ELEKTONKA Eyniányíók kéuas yniányíó. Ké válozaával folalkozunk: a kéfázisú náoal ill. a Gaz-híddal flépí kéuas yniányíó. Tnsük lszö a kéfázisú (9. ába) 9. ába Kéfázisú náoal flépí kéuas yniányíó A kapcsolás llk az yniányban kcsl ké félkcs. Ennk ké, llnés fázisú fszülséé yuasan yniányíjuk, mépdi úy, hoy poziív félpiódusában az yik, a naív félpiódusban pdi a másik dióda nyi. Íy ysz az yik, majd pdi a másik félkcs fll folyó áam foja ölni a kondnzáo. Ey piódusban há sokkal övidbb lsz az az idaam, ami ala a kondnzáo sül. Kvsbb id ala kvsbb ölés ávozha, há sbb lsz hullámossáa ( h csökkn). os y piódusban kész sül a kondnzáo, zé fkvnciája készs lsz (kész öbb bnn a szinuszsapka). Ez láhajuk az alábbi ábán..ába Kéuas yniányíó mni fszülséénk iddiaamja indzk mia ynlndszünkbn sbb válozaásoka kll véhajani. ivl mindn piódusban kész founk a diódán áfolyó áamo kapni, zé az. ynlbn a jobb oldalon mjlnik y ks szozó.. 2 f( θ ) A másik válozás, hoy mivl a dióda kész is nyi y piódusban, a kondnzáo övidbb idi maad maáa az llnállással, íy éék lcsökkn. π 2 θ τ T 2 π Édksséképpn madunk y áblázao, amly azonos ampliúdójú és fkvnciájú náofszülsé sén az y- és kéuas yniányíó néhány jllmz adaá aalmazza

9 ELEKTONKA Eyniányíók Tábláza --Eyniányíók uas 2 uas 4.6V 5.3V h 72mV 3mV 3mA 2mA Θ Ey másik moldás kéuas yniányíó mvalósíásáa az ún. Gaz-híd. Álalában akko használják, ha a félkcsk használaa a kapcsolásban nm lnn azdasáos lállíási kölséük mia. A Gaz-kapcsolás a kövkz:. ába Gaz-híd A ölési id ala a diódák a náo naív fszülsé véé a földponal, a poziív fszülsé véé a mnl köik össz. (A diódanéys a kskdlmbn yln okba épív kaphaó alkaész.) Ebbn a kapcsolási lndzésbn a diódák fszülséviszonyai olyanok, hoy vay mind a néy dióda záva van (ilynko sül a kondnzáo), vay pdi az yik diódapá van nyiva, z a flöldés folyamaa. ivl íy a flöldés mindi diódapáon kszül öénik, a kapcsolás a kövkz kéuas modlll kvivalns. 2. ába Gaz-híd kéuas kvivalns Ez csak y plusz diódával és abszolúééks fszülsénáoával különbözik a jól ism modlll. Ez a dióda kdvnc ynlndszünk néhány hlyn mválozaja, nyiófszülsé és llnállása csökkni az áfolyó áamo. Nyilván i is mindn piódusban kész fo áam folyni, íy Ez a lény! 2 f θ képlünk événys maad.. ( ) d - 9 -

10 ELEKTONKA Eyniányíók. cosθ 2 + A félkcss módsz és a Gaz-hida összhasonlíva láhajuk, hoy az lbbi kapcsolásnál lny, hoy az áam mindi csak y diódán folyik, és nm kn, min a Gaz-kapcsolásnál. Ezé a diódákon s fszülsésés is csak fl a Gaz-énak. A náook bls llnállása viszon mkészzdö, m ado éfoaú csévsnél dupla mnszámú kcs, azaz flakkoa áméj huzal kll használni. Ezé a kcsk csak félljsímény kll méznünk, mia viszon a fszülsésés mn. A mni fszülsé és a diódák nyiófszülséénk aányáól fü, hoy mlyik a dön haás. Elméli szmponból s mni fszülsénél kdvzbb a hayományos módsz, nay mni fszülsénél pdi a Gaz-kapcsolás jobb. A valósában azonban löbbszö azdasái szmponok dönnk. Csúcsyniányíó kapcsolás ljsíményflvél Vizsáljuk m yniányíó kapcsolásainka ljsíményflvél szmponjából. Sajnos, a náoon kívül s ész nmlináis lmk is aalmaz, zk idfü kaaszikái nm sok jóval kcsnk. Éppn zé édms a kapcsolás y olyan éék llnállással közlíni, amly uyanakkoa ljsímény vsz fl a náoból, min maa az yniányíó. Ez kvivalns llnállásnak nvzzük, és a ovábbiakban -vl jlöljük. há az az llnállás, ami a fszülsénáo kapcsaiól bnézv a kapcsolásból láunk. Tökvésünk há ks: m kll haáoznunk a csúcsyniányíó kapcsolás ljsímény-flvélé, majd az az kvivalns llnállás ami a csúcsyniányíó kapcsolással myz naysáú ljsímény vsz fl. Vyük lszö az idális csúcsyniányíó, és az a kapcsolás, amly a hozzá aozó kvivalns llnállásból és a náoból épül fl (3. ába). 3. ába Eyniányíó kvivalns ljsíményflvél szmponjából álal flv ljsímény könnyn mhaáozhaó. ivl szinuszos, 2 P. 2 Jöh az idális csúcsyniányíó. A diódaáam y össz spkumú áam, bá ljsíményflvél csak az alaphamónikus jln. Ha fiylmb vnnénk a különböz fkvnciájú komponnsk (zk f ( θ ), f ( θ ) -val jllmzhk), akko ponos, d osszul ánh dmény kapnánk. Ezé közlíésk használunk. Elhanyaoljuk a dióda álal flv ljsímény, íy ljsímény csak vsz fl, mépdi csúcsyniányíóval van dolunk, azaz Íy a flv ljsímény adódik. P cs és P ynlséébl P cs 2. 2 naysáú. Tyük mé fl, hoy lé jó 2 - -

11 ELEKTONKA Eyniányíók - kapjuk. Némi mlpés, hoy y flakkoa llnállás vsz fl uyanakkoa ljsímény. i lh nnk az oka? Szmlél jlll álljon mé i néhány pimiív kapcsolás ljsíményflvél. 4. ába Az ls s iviális. Lássuk a másodika. Ha y diódá szünk az llnállás lé, az llnállás csak az id annak a flébn fo dolozni, amiko a dióda nyiva van (félpiódus), zé a flv ljsímény az lznk a fl lsz: 2 P. 4 A hamadik kapcsolásban az idális kondnzáo és dióda bvél pdi annyiban váloza, hoy a kondnzáo fszülsé öldik, és z az éék sacionáiusan aja. Ez az jlni, hoy -n ész id ala ynfszülsé sik, zé 2 P. (ivl a kondnzáo haásos ljsímény nm vsz fl.) A bal oldali kapcsoláshoz képs néyszs a ljsíményflvél!! Hoy éük l z a kondnzáoal, ami lvil nm szól bl a ljsímény flvéléb? A dióda -n kszül nay niá öl a kondnzáoba a csúcsáam idj ala, ami a kondnzáo késbb hosszú id ala suáoz. Ezzl lsíi az ynls ljsíményflvél. Ez az ls kapcsolás válozó ljsíményflvél csúcséékénk mfll. Tyük fl, hoy csúcsyniányíónkkal a csúcsfszülsél ynl ynfszülsé akaunk lállíani. Nézzük nnk poblémái: 5. ába sméljünk á néhány, má anul dolo. Az ábán mszoko csúcsyniányíónka lájuk. A jsz fszülsé lyn u cos ω. () ( ) - -

12 ELEKTONKA Eyniányíók Vizsáljuk a C s (idális kondnzáo).bkapcsolás uán a dióda nyi, és a minduló áam öli a C-. Ha C, akko u léésko (csúcséék) a diódán áam folyik. Ekko a munkallnálláson s fszülsé, ahol o és a diódakaaszika lináis öésponos modlljénk szoko állandói. Tmészsn az akajuk léni, hoy minél jobban közlís -, azaz a + hibaösszv akajuk csökknni. Az öl: mvli sí alkalmazása. vli sívl küszöböljük a dióda nyiófszülséénk haásá úy, hoy a fszülséköv visszacsaoló áába köjük az. 6. ába vli sívl flépí csúcsyniányíó Az yniányíó mködés a kövkzkön alapul: Hasonlísuk össz u() - és -. Ha <, akko E fszülsé állísuk b olyana, hoy a D dióda n udjon nyini. ( ) E Ha >, akko a dióda vz, E - a lh lnayobba mljük, hoy az uánölés minél nayobb lyn ( >> + o ). A naív visszacsaolás kövkzébn (A C kondnzáo a bmni fszülsé csúcsééké öldik.) is madjuk a yakolai alkalmazásokhoz szüksés ynlndsz.. f( θ) áll b.. ( ) A A + A, ahol ( ) A max{ } E +. cosθ + A A kapcsolás analizálásához nsük A- vésnk, mindn yéb paamé lyn idális

13 ELEKTONKA Eyniányíók 7. ába Hasonlísuk össz az ysz diódás yniányíónka a csúcsyniányíóval! Alapynlk Eysz vli sívl javío () (2) + cosθ + + A (3) f( θ ) f ( ) θ cosθ (4) ( cosθ ) ( cosθ) A indn ybvv: A + hlysíés adódik. A Azaz mállapíhajuk, hoy a mvli sívl flépí csúcsyniányíó kvivalns y olyan ysz diódás csúcsyniányíóval, mlynk soos llnállása és küszöbfszülsé az A síés aányában sbb, min az alkalmazo diódáé