ЈЕДНОСТРАНИ УСМЕРАЧ

УводЕлектронски уређаји најчешће кoристе једносмерни напон за своје напајање. Неки уређаји се напајају из батерија, док највећи број њих користи стабилисани једносмерни напон који се добија снижавањем напона из градске мреже помоћу трансформатора, затим његовим исправљањем и на крају „пеглањем“. Ова последња фаза подразумева да се од такозваног пулсирајућег добије напон који се врло мало мења у времену, односно има приближно константну вредност. Што та вредност мање варира, уређај за напајање је бољи. У области електроенергетике усмерачи се користе да би се добио једносмерни напон или струја који се користе у електричној вучи.

Једнострани усмерачОво је најједноставнији усмерач и у свом колу садржи само једну диоду у колу секундара трансформатора. На слици 1 приказана је електрична шема уређаја.

uS(t) uP(t) RP

220V

50Hz

T D

Слика 1

uS(t) uP(t) RP

220V

50Hz

T D

Слика 1

uS(t) uP(t) RP

220V

50Hz

T D

Слика 1

На улаз, односно на примар трансформатора доводи се напон из градске мреже, који је наизменичан, простопериодичан синусни, ефективне вредности 220V и учестаности 50Hz. Напон на секундару трансформатора uS(t) имаће исти облик, исту учестаност, али смањену аплитуду. Обично су то вредности 12V, 24V, итд.На слици 2.а на следећој страни, приказан је временски облик напона на секундару трансформатора, док је на слици 2.б напон на потрошачком отпорнику RP. Од тренутка t = 0 до t = 10ms на улазу је позитивна полупериода напона, диода је директно поларисана и струја у колу тече од горњег краја секундара, кроз диоду, потрошач и назад кроз секундарни намотај. Ако претпоставимо да је диода идеална, онда ће она у овој полупериоди представљати кратак спој, па ће у том интервалу времена напон на потрошачу бити потпуно исти као на крајевима секундара. На слици 2.б црвеном бојом је приказан напон на потрошачу за овај случај. Ако диода није идеална, онда напон на потрошачу има нешто мању вредност, јер постоји и пад напона на њој (зелена линија на слици 2.б). Види се такође да напон на излазу не почиње да расте од тренутка t = 0, већ мало касни, док напон на секундару не порасте до напона прага диоде и она не постане проводна.

t[ms]

t[ms]0 10 20 30 40 50

uS(t)

uP(t)

10 20 30 40 500

идеална диодареална дода

Слика 2. а) Напон на секундару трансформатора; б) напон на потрошачу

t[ms]

t[ms]0 10 20 30 40 50

uS(t)

uP(t)

10 20 30 40 500

идеална диодареална дода

Слика 2. а) Напон на секундару трансформатора; б) напон на потрошачу

Важно је знати колики се максимални инверзни напон појављује на диоди, да током негативне полупериоде напона на улазу и инверзне поларизације диоде не би дошло до пробоја. Са електричне шеме је јасно да се тај напон достиже када напон на улазу има максималну негативну вредност, а толики ће бити и инверзни напон диоде.Напон на излазу из претходног разматрања је једносмеран, променљив и назива се пулсирајући. Овакав напон не може напајати електронске уређаје, јер није стабилан.Бољи једносмерни напон добија се ако се паралелно потрошачу веже кондензатор велике капацитивности, обично електролитски. Шема је приказана на слици 3.

uS(t) uP(t)RP

220V

50Hz

T D

Слика 3

С

i+ +

uS(t) uP(t)RP

220V

50Hz

T D

Слика 3

uS(t) uP(t)RP

220V

50Hz

T D

Слика 3

С

i+ +

На сликама 4.а и 4.б налазе се временски дијаграми напона за овај случај. На слици 4.а је дијаграм напона на секундару трансформатора. На слици 4.б је црвеном бојом још једном приказан напон на потрошачу за случај без кондензатора, док је плавом бојом приказан напон за случај када је везан и кондензатор. Са електричне шеме се види да напон диоде представља разлику напона на секундару и на кондензатору, односно потрошачу. Према томе, диода ће бити инверзно поларисана када је напон на кондензатору већи од напона на секундару, односно од временског тренутка t = 0 до t = t1, од t = t2 до t = t3, итд. Диода је проводна од t = t1 до t = t2, од t = t3 до t

= t4, итд. Када је диода проводна кондензатор се пуни кроз њену малу отпорност, врло брзо јер је та отпорност мала. Када је диода непроводна кондензатор се празни кроз отпорност потрошача. Да би напон на излазу био што мање променљив то пражњење треба да буде незнатно, а то ће бити ако је производ CRP довољно велики. Овај призвод има димензију времена и обично се као критеријум узима да је пет пута већи од времена пражњења. У нашем случају ово време износи приближно Т = 20ms (од t2 до t3 је приближно толико).

uS(t)

uP(t)

uP(t)

0 10 15 20 30 40 50

0 t1 t2 10 20 t3 t4 30 40 50

0 10 20 30 40 50

t[ms]

t[ms]

t[ms]

Слика 4. а) Напон на секундару трансформатора; б) напон на потрошачу (плава линија); в) линеарнаапроксимација напона на потрошачу која се користи ради лакше анализе

- Um

Максимални инверзни напон на диоди је у тренутку максималног негативног напона на њеној аноди, а први такав тренутак је t = 15ms. На аноди је тада -Um, на катоди Um, па максимални инверзни напон износи 2Um.При прорачуну елемената кола може се сматрати да се кондензатор тренутно допуни кроз проводну диоду, а да се празни константном струјом, према линеарној зависности, кроз отпорност потрошача. Временски дијаграм у том случају прикатан је на слици 4.в.Чешће се користе двострани усмерачи, са две или са четири диоде.