Elektronische Schaltungen - Kurzanleitung

In der Elektronik haben wir verschiedene Komponenten, die unterschiedlichen Zwecken dienen. Es gibt verschiedene Elemente, die je nach Anwendung in vielen Arten von Schaltkreisen verwendet werden.

Elektronische Bauteile

Ähnlich wie ein Ziegelstein, der eine Wand baut, ist eine Komponente der Grundstein einer Schaltung. EINComponent ist ein Grundelement, das zur Entwicklung einer Idee zu einem beiträgt circuit zur Ausführung.

Jede Komponente hat einige grundlegende Eigenschaften und die Komponente verhält sich entsprechend. Es hängt vom Motto des Entwicklers ab, sie für den Aufbau der vorgesehenen Schaltung zu verwenden. Das folgende Bild zeigt einige Beispiele für elektronische Komponenten, die in verschiedenen elektronischen Schaltkreisen verwendet werden.

Um eine Idee zu sammeln, schauen wir uns die Arten von Komponenten an. Sie können entweder seinActive Components oder Passive Components.

Aktive Komponenten

Aktive Komponenten sind solche, die bei der Bereitstellung von externer Energie leiten.
Aktive Komponenten erzeugen Energie in Form von Spannung oder Strom.
Examples - Dioden, Transistoren, Transformatoren usw.

Passive Bauteile

Passive Komponenten sind solche, die ihren Betrieb aufnehmen, sobald sie verbunden sind. Für ihren Betrieb wird keine externe Energie benötigt.
Passive Komponenten speichern und halten Energie in Form von Spannung oder Strom.
Examples - Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten usw.

Wir haben auch eine andere Klassifizierung als Linear und Non-Linear Elemente.

Lineare Komponenten

Lineare Elemente oder Komponenten haben eine lineare Beziehung zwischen Strom und Spannung.
Die Parameter linearer Elemente werden in Bezug auf Strom und Spannung nicht geändert.
Examples - Dioden, Transistoren, Transformatoren usw.

Nichtlineare Komponenten

Nichtlineare Elemente oder Komponenten haben eine nichtlineare Beziehung zwischen Strom und Spannung.
Die Parameter nichtlinearer Elemente werden in Bezug auf Strom und Spannung geändert.
Examples - Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten usw.

Dies sind die Komponenten, die für verschiedene Zwecke bestimmt sind und insgesamt eine bevorzugte Aufgabe ausführen können, für die sie gebaut wurden. Eine solche Kombination verschiedener Komponenten ist als a bekanntCircuit.

Elektronische Schaltkreise

Eine bestimmte Anzahl von Komponenten, wenn sie zu einem bestimmten Zweck auf eine bestimmte Weise verbunden werden, ergibt a circuit. Eine Schaltung ist ein Netzwerk verschiedener Komponenten. Es gibt verschiedene Arten von Schaltkreisen.

Das folgende Bild zeigt verschiedene Arten von elektronischen Schaltkreisen. Es zeigt Leiterplatten, die eine Gruppe von elektronischen Schaltkreisen sind, die auf einer Platine verbunden sind.

Elektronische Schaltungen können je nach Betrieb, Anschluss, Struktur usw. in verschiedene Kategorien eingeteilt werden. Lassen Sie uns mehr über die Arten elektronischer Schaltungen diskutieren.

Aktiver Stromkreis

Eine Schaltung, die mit aktiven Komponenten erstellt wird, wird als bezeichnet Active Circuit.
Es enthält normalerweise eine Stromquelle, aus der die Schaltung mehr Strom entnimmt und an die Last liefert.
Dem Ausgang wird zusätzliche Leistung hinzugefügt, und daher ist die Ausgangsleistung immer größer als die angelegte Eingangsleistung.
Der Leistungsgewinn ist immer größer als Eins.

Passive Schaltung

Eine Schaltung, die mit passiven Komponenten aufgebaut ist, wird als bezeichnet Passive Circuit.
Selbst wenn es eine Stromquelle enthält, zieht die Schaltung keine Energie ab.
Dem Ausgang wird keine zusätzliche Leistung hinzugefügt, und daher ist die Ausgangsleistung immer geringer als die angelegte Eingangsleistung.
Der Leistungsgewinn ist immer kleiner als eins.

Elektronische Schaltungen können auch als klassifiziert werden Analog, Digital, oder Mixed.

Analoge Schaltung

Eine analoge Schaltung kann eine sein, die lineare Komponenten enthält. Daher ist es eine lineare Schaltung.
Eine analoge Schaltung hat analoge Signaleingänge, die einen kontinuierlichen Spannungsbereich darstellen.

Digitale Schaltung

Eine digitale Schaltung kann eine sein, die nichtlineare Komponenten enthält. Daher ist es eine nichtlineare Schaltung.
Es können nur digitale Signale verarbeitet werden.
Eine digitale Schaltung hat digitale Signaleingänge, die diskrete Werte sind.

Gemischte Signalschaltung

Eine gemischte Signalschaltung kann eine sein, die sowohl lineare als auch nichtlineare Komponenten enthält. Daher wird es als gemischte Signalschaltung bezeichnet.
Diese Schaltungen bestehen aus analogen Schaltungen zusammen mit Mikroprozessoren zur Verarbeitung des Eingangs.

Abhängig von der Art der Verbindung können Schaltkreise als solche klassifiziert werden Series Circuit oder Parallel Circuit. Eine Reihenschaltung ist eine in Reihe geschaltete und aparallel circuit ist eine, deren Komponenten parallel geschaltet sind.

Nachdem wir nun eine grundlegende Vorstellung von elektronischen Bauteilen haben, lassen Sie uns fortfahren und deren Zweck diskutieren, um bessere Schaltkreise für verschiedene Anwendungen zu bauen. Was auch immer der Zweck einer elektronischen Schaltung sein mag (verarbeiten, senden, empfangen, analysieren), der Prozess wird in Form von Signalen ausgeführt. Im nächsten Kapitel werden wir die Signale und die Art der in elektronischen Schaltkreisen vorhandenen Signale diskutieren.

EIN Signalkann verstanden werden als "eine Darstellung, die einige Informationen über die Daten gibt, die an der Quelle vorhanden sind, aus der sie erzeugt werden." Dies ist normalerweise zeitlich unterschiedlich. Daher kann ein Signal a seinsource of energy which transmits some information. Dies kann leicht in einem Diagramm dargestellt werden.

Beispiele

Ein Alarm gibt ein Signal, dass es Zeit ist.
Eine Kochpfeife bestätigt, dass das Essen gekocht ist.
Ein rotes Licht weist auf eine Gefahr hin.
Eine Verkehrsampel zeigt Ihren Umzug an.
Ein Telefon klingelt und signalisiert einen Anruf für Sie.

Ein Signal kann von einem beliebigen Typ sein, der einige Informationen übermittelt. Dieses von einem elektronischen Gerät erzeugte Signal wird als bezeichnetElectronic Signal oder Electrical Signal. Dies sind in der Regel Zeitvarianten.

Arten von Signalen

Signale können je nach ihren Eigenschaften entweder als analog oder digital klassifiziert werden. Analoge und digitale Signale können weiter klassifiziert werden, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Analogsignal

Ein kontinuierliches zeitveränderliches Signal, das eine zeitveränderliche Größe darstellt, kann als bezeichnet werden Analog Signal. Dieses Signal ändert sich in Bezug auf die Zeit entsprechend den Momentanwerten der Größe, die es darstellt.

Digitalsignal

Ein Signal, das ist discrete in der Natur oder was ist non-continuous in Form kann als bezeichnet werden Digital signal. Dieses Signal hat einzelne, separat bezeichnete Werte, die nicht auf vorherigen Werten basieren, als ob sie zu diesem bestimmten Zeitpunkt abgeleitet würden.

Periodisches Signal & Aperiodisches Signal

Jedes analoge oder digitale Signal, das sein Muster über einen bestimmten Zeitraum wiederholt, wird als a bezeichnet Periodic Signal. Dieses Signal wird wiederholt fortgesetzt und ist leicht anzunehmen oder zu berechnen.

Jedes analoge oder digitale Signal, das sein Muster über einen bestimmten Zeitraum nicht wiederholt, wird als bezeichnet Aperiodic Signal. Das Muster dieses Signals wird fortgesetzt, aber das Muster wird nicht wiederholt und ist nicht so einfach anzunehmen oder zu berechnen.

Signale & Notationen

Unter den Periodic SignalsDie am häufigsten verwendeten Signale sind Sinuswelle, Cosinuswelle, Dreieckwellenform, Rechteckwelle, Rechteckwelle, Sägezahnwellenform, Impulswellenform oder Impulsfolge usw. Lassen Sie uns einen Blick auf diese Wellenformen werfen.

Einheitsschritt-Signal

Das Einheitsschritt-Signal hat den Wert einer Einheit von seinem Ursprung bis zu einer Einheit auf der X-Achse. Dies wird meist als Testsignal verwendet. Das Bild des Einheitsschritt-Signals ist unten gezeigt.

Die Einheitsschrittfunktion ist mit bezeichnet $u\left ( t \right )$. Es ist definiert als -

$$ u \ left (t \ right) = \ left \ {\ begin {matrix} 1 & t \ geq 0 \\ 0 & t <0 \ end {matrix} \ right. $$

Einheitsimpulssignal

Das Einheitsimpulssignal hat an seinem Ursprung den Wert einer Einheit. Seine Fläche beträgt eine Einheit. Das Bild des Einheitsimpulssignals ist unten gezeigt.

Die Einheitsimpulsfunktion ist mit bezeichnet ẟ(t). Es ist definiert als

$$\delta \left ( t \right )=\left\{\begin{matrix} \infty \:\:if \:\:t=0\\0 \:\:if \:\:t\neq 0\end{matrix}\right.$$

$$\int_{-\infty }^{\infty }\delta \left ( t \right )d\left ( t \right )=1$$

$$\int_{-\infty }^{t }\delta \left ( t \right )d\left ( t \right )=u\left ( t \right )$$

$$\delta \left ( t \right )=\frac{du\left ( t \right )}{d\left ( t \right )} $$

Rampensignal der Einheit

Der Wert des Einheitsrampensignals steigt von seinem Ursprung an exponentiell an. Das Bild des Einheitsrampensignals ist unten gezeigt.

Die Einheitsrampenfunktion ist mit bezeichnet u(t). Es ist definiert als -

$$\int_{0}^{t}u\left ( t \right ) d\left ( t \right )=\int_{0}^{t} 1 dt =t=r\left ( t \right )$$

$$u\left ( t \right )=\frac{dr\left ( t \right )}{dt}$$

Parabolisches Signal der Einheit

Der Wert des Parabolischen Signals ändert sich wie eine Parabel an seinem Ursprung. Das Bild des parabolischen Einheitensignals ist unten gezeigt.

Die Einheitsparabolfunktion wird mit bezeichnet $u\left ( t \right )$. Es ist definiert als -

$$\int_{0}^{t}\int_{0}^{t}u\left ( t \right )dtdt=\int_{0}^{t}r\left ( t \right )dt=\int_{0}^{t} t.dt=\frac{t^{2}}{2}dt=x\left ( t \right )$$

$$r\left ( t \right )=\frac{dx\left ( t \right )}{dt}$$

$$u\left ( t \right )=\frac{d^{2}x\left ( t \right )}{dt^{2}}$$

Signum-Funktion

Der Wert der Signum-Funktion ist von ihrem Ursprung an gleichmäßig in positiven und negativen Ebenen verteilt. Das Bild der Signum-Funktion ist unten dargestellt.

Die Signum-Funktion ist mit gekennzeichnet sgn(t). Es ist definiert als

$$ sgn \ left (t \ right) = \ left \ {\ begin {matrix} 1 \: \: für \: \: t \ geq 0 \\ - 1 \: \: für \: \: t <0 \ end {matrix} \ right. $$

$$sgn\left ( t \right )=2u\left ( t \right ) -1$$

Exponentielles Signal

Der Wert des Exponentialsignals variiert exponentiell von seinem Ursprung. Die Exponentialfunktion hat die Form -

$$x\left ( t \right ) =e^{\alpha t}$$

Die Form des Exponentials kann definiert werden durch $\alpha$. Diese Funktion kann in 3 Fällen verstanden werden

Case 1 - -

Wenn $\alpha = 0\rightarrow x\left ( t \right )=e^{0}=1$

Case 2 - -

Wenn $ \ alpha <0 $ dann $x\left ( t \right )=e^{\alpha t}$ wo $\alpha$ist negativ. Diese Form wird als bezeichnetdecaying exponential.

Case 3 - -

Wenn $\alpha > 0$ dann $x\left ( t \right )=e^{\alpha t}$ wo $\alpha$ist positiv. Diese Form wird als bezeichnetraising exponential.

Rechteckiges Signal

Der Wert des rechteckigen Signals ist von seinem Ursprung an in positiver und negativer Ebene in rechteckiger Form verteilt. Das Bild des rechteckigen Signals ist unten gezeigt.

Die Rechteckfunktion ist mit bezeichnet $x\left ( t \right )$. Es ist definiert als

$$x\left ( t \right )=A \:rect\left [ \frac{t}{T} \right ]$$

Dreieckssignal

Der Wert des rechteckigen Signals ist von seinem Ursprung an in positiver und negativer Ebene dreieckig verteilt. Das Bild des Dreieckssignals ist unten gezeigt.

Die Dreiecksfunktion wird mit bezeichnet$x\left ( t \right )$. Es ist definiert als

$$x\left ( t \right )=A \left [ 1-\frac{\left | t \right |}{T} \right ]$$

Sinussignal

Der Wert des sinusförmigen Signals variiert sinusförmig von seinem Ursprung. Das Bild des sinusförmigen Signals ist unten gezeigt.

Die Sinusfunktion wird mit x (t) bezeichnet. Es ist definiert als -

$$x\left ( t \right )=A \cos \left ( w_{0} t\pm \phi \right )$$

oder

$$x\left ( t \right )=A sin\left ( w_{0}t\pm \phi \right )$$

Wo $T_{0}=\frac{2 \pi}{w_{0}}$

Sinc Funktion

Der Wert des Sinc-Signals variiert gemäß einer bestimmten Beziehung wie in der folgenden Gleichung. Es hat seinen Maximalwert am Ursprung und nimmt weiter ab, wenn es sich entfernt. Das Bild eines Sinc-Funktionssignals ist unten gezeigt.

Die Sinc-Funktion wird mit bezeichnet sinc(t). Es ist definiert als -

$$sinc\left ( t \right )=\frac{sin\left ( \pi t \right )}{\pi t}$$

Das sind also die verschiedenen Signale, auf die wir hauptsächlich im Bereich Elektronik und Kommunikation stoßen. Jedes Signal kann in einer mathematischen Gleichung definiert werden, um die Signalanalyse zu vereinfachen.

Jedes Signal hat eine bestimmte Wellenform, wie zuvor erwähnt. Die Formung der Welle kann den im Signal vorhandenen Inhalt verändern. Auf jeden Fall muss der Konstrukteur entscheiden, ob eine Welle für eine bestimmte Schaltung geändert werden soll oder nicht. Um jedoch die Form der Welle zu ändern, gibt es nur wenige Techniken, die in weiteren Einheiten diskutiert werden

Ein Signal kann auch als bezeichnet werden Wave. Jede Welle hat eine bestimmte Form, wenn sie in einem Diagramm dargestellt wird. Diese Form kann von verschiedenen Arten sein, wie sinusförmig, quadratisch, dreieckig usw., die sich in Bezug auf den Zeitraum unterscheiden, oder sie können einige zufällige Formen aufweisen, die den Zeitraum nicht berücksichtigen.

Arten der Wellenformung

Es gibt zwei Haupttypen der Wellenformung. Sie sind -

Lineare Wellenformung
Nichtlineare Wellenformung

Lineare Wellenformung

Lineare Elemente wie Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten werden verwendet, um ein Signal bei dieser linearen Wellenformung zu formen. Ein Sinuswelleneingang hat einen Sinuswellenausgang, und daher werden die nicht sinusförmigen Eingänge stärker zum Verständnis der linearen Wellenformung verwendet.

Filtering ist der Prozess der Dämpfung des unerwünschten Signals oder der Wiedergabe der ausgewählten Teile der Frequenzkomponenten eines bestimmten Signals.

Filter

Wenn beim Formen eines Signals einige Teile des Signals als unerwünscht empfunden werden, können sie mithilfe einer Filterschaltung abgeschnitten werden. A Filter is a circuit that can remove unwanted portions of a signal at its input. Der Vorgang der Verringerung der Signalstärke wird auch als bezeichnetAttenuation.

Wir haben nur wenige Komponenten, die uns bei Filtertechniken helfen.

EIN Capacitor hat die Eigenschaft zu allow AC und zu block DC
Ein Inductor hat die Eigenschaft zu allow DC aber blocks AC.

Mit diesen Eigenschaften werden diese beiden Komponenten insbesondere zum Blockieren oder Zulassen verwendet AC oder DC. Die Filter können abhängig von diesen Eigenschaften entworfen werden.

Wir haben vier Haupttypen von Filtern -

Tiefpassfilter
Hochpassfilter
Bandpassfilter
Bandsperrfilter

Lassen Sie uns diese Filtertypen nun im Detail diskutieren.

Tiefpassfilter

Eine Filterschaltung, die eine Reihe von Frequenzen zulässt, die unter einem bestimmten Wert liegen, kann als bezeichnet werden Low pass filter. Dieser Filter lässt die niedrigeren Frequenzen durch. Das Schaltbild eines Tiefpassfilters mit RC und RL ist wie folgt.

Das Kondensatorfilter oder RC Filter und Induktivitätsfilter oder RL-Filter wirken beide als Tiefpassfilter.

The RC filter- Wenn der Kondensator in einen Nebenschluss geschaltet wird, wird der zulässige Wechselstrom geerdet. Dies umgeht alle Hochfrequenzkomponenten und ermöglicht Gleichstrom am Ausgang.
The RL filter- Da der Induktor in Reihe geschaltet ist, wird der Gleichstrom zum Ausgang zugelassen. Der Induktor blockiert Wechselstrom, der am Ausgang nicht zulässig ist.

Das Symbol für ein Tiefpassfilter (LPF) lautet wie folgt.

Frequenzgang

Der Frequenzgang eines praktischen Filters ist wie hier unten gezeigt, und der Frequenzgang eines idealen LPF, wenn die praktischen Überlegungen elektronischer Komponenten nicht berücksichtigt werden, ist wie folgt.

Die Grenzfrequenz für jeden Filter ist die kritische Frequenz $f_{c}$für die der Filter das Signal dämpfen (abschneiden) soll. Ein idealer Filter hat eine perfekte Abschaltung, während ein praktischer Filter nur wenige Einschränkungen aufweist.

Der RLC-Filter

Wenn man die RC- und RL-Filter kennt, kann man sich vorstellen, dass es gut wäre, diese beiden Schaltkreise hinzuzufügen, um eine bessere Reaktion zu erzielen. Die folgende Abbildung zeigt, wie die RLC-Schaltung aussieht.

Das Signal am Eingang geht durch die Induktivität, die Wechselstrom blockiert und Gleichstrom zulässt. Dieser Ausgang wird nun im Shunt erneut durch den Kondensator geleitet, wodurch die verbleibende Wechselstromkomponente, falls vorhanden, im Signal geerdet wird und Gleichstrom am Ausgang zugelassen wird. Wir haben also einen reinen Gleichstrom am Ausgang. Dies ist eine bessere Tiefpassschaltung als beide.

Hochpassfilter

Eine Filterschaltung, die eine Reihe von Frequenzen zulässt above a specified value kann als bezeichnet werden High pass filter. Dieser Filter lässt die höheren Frequenzen durch. Das Schaltbild eines Hochpassfilters mit RC und RL ist wie folgt.

Das Kondensatorfilter oder RC Filter und der Induktivitätsfilter oder RL Filter beide wirken als Hochpassfilter.

Der RC-Filter

Wenn der Kondensator in Reihe geschaltet wird, blockiert er die Gleichstromkomponenten und lässt die Wechselstromkomponenten zum Ausgang. Daher erscheinen die Hochfrequenzkomponenten am Ausgang über dem Widerstand.

Der RL-Filter

Wenn der Induktor in einen Nebenschluss geschaltet wird, darf der Gleichstrom geerdet werden. Die verbleibende AC-Komponente wird am Ausgang angezeigt. Das Symbol für einen Hochpassfilter (HPF) lautet wie folgt.

Frequenzgang

Der Frequenzgang eines praktischen Filters ist wie hier unten gezeigt, und der Frequenzgang eines idealen HPF, wenn die praktischen Überlegungen elektronischer Komponenten nicht berücksichtigt werden, ist wie folgt.

Der RLC-Filter

Das Signal am Eingang geht durch den Kondensator, der Gleichstrom blockiert und Wechselstrom zulässt. Dieser Ausgang wird nun im Shunt erneut durch den Induktor geleitet, wodurch die verbleibende Gleichstromkomponente, falls vorhanden, im Signal geerdet wird und Wechselstrom am Ausgang zugelassen wird. Somit haben wir einen reinen Wechselstrom am Ausgang. Dies ist eine bessere Hochpassschaltung als beide.

Bandpassfilter

Eine Filterschaltung, die eine Reihe von Frequenzen zulässt between two specified values kann als bezeichnet werden Band pass filter. Dieser Filter lässt ein Frequenzband durch.

Da wir einige der niedrigen und hohen Frequenzen eliminieren müssen, um einen Satz spezifizierter Frequenzen auszuwählen, müssen wir einen HPF und einen LPF kaskadieren, um einen BPF zu erhalten. Dies kann auch durch Beobachtung der Frequenzgangkurven leicht verstanden werden.

Das Schaltbild eines Bandpassfilters ist wie folgt.

Die obige Schaltung kann auch unter Verwendung von RL-Schaltungen oder RLC-Schaltungen aufgebaut sein. Die obige ist eine RC-Schaltung, die zum einfachen Verständnis ausgewählt wurde.

Das Symbol für ein Bandpassfilter (BPF) ist wie folgt.

Frequenzgang

Der Frequenzgang eines praktischen Filters ist wie hier unten gezeigt, und der Frequenzgang eines idealen BPF, wenn die praktischen Überlegungen elektronischer Komponenten nicht berücksichtigt werden, ist wie folgt.

Bandstoppfilter

Eine Filterschaltung, die eine Reihe von Frequenzen blockiert oder dämpft between two specified values kann als bezeichnet werden Band Stop filter. Dieser Filter lehnt ein Frequenzband ab und kann daher auch als bezeichnet werdenBand Reject Filter.

Da wir einige der niedrigen und hohen Frequenzen eliminieren müssen, um einen Satz spezifizierter Frequenzen auszuwählen, müssen wir einen LPF und einen HPF kaskadieren, um einen BSF zu erhalten. Dies kann auch durch Beobachtung der Frequenzgangkurven leicht verstanden werden.

Das Schaltbild eines Bandsperrfilters ist wie folgt.

Die obige Schaltung kann auch unter Verwendung von RL-Schaltungen oder RLC-Schaltungen aufgebaut sein. Die obige ist eine RC-Schaltung, die zum einfachen Verständnis ausgewählt wurde.

Das Symbol für ein Bandsperrfilter (BSF) ist wie folgt.

Frequenzgang

Der Frequenzgang eines praktischen Filters ist wie hier unten gezeigt, und der Frequenzgang eines idealen BSF, wenn die praktischen Überlegungen elektronischer Komponenten nicht berücksichtigt werden, ist wie folgt.

Tiefpass- und Hochpassfilterschaltungen werden in vielen Anwendungen als Spezialschaltungen verwendet. Tiefpassfilter (LPF) können alsIntegrator, während der Hochpassfilter (HPF) als Differentiator. Diese beiden mathematischen Funktionen sind nur mit diesen Schaltungen möglich, die den Aufwand eines Elektronikingenieurs in vielen Anwendungen verringern.

Tiefpassfilter als Integrator

Bei niedrigen Frequenzen neigt die kapazitive Reaktanz dazu, unendlich zu werden, und bei hohen Frequenzen wird die Reaktanz Null. Daher hat der LPF bei niedrigen Frequenzen einen endlichen Ausgang und bei hohen Frequenzen ist der Ausgang Null, was für eine Integratorschaltung gleich ist. Daher kann gesagt werden, dass ein Tiefpassfilter als arbeitetintegrator.

Damit sich die LPF als Integrator verhält

$$\tau \gg T$$

Wo $\tau = RC$ die Zeitkonstante der Schaltung

Dann ist die Spannungsänderung in C sehr klein.

$$V_{i}=iR+\frac{1}{C} \int i \:dt$$

$$V_{i}\cong iR$$

$$Since \:\: \frac{1}{C} \int i \:dt \ll iR$$

$$i=\frac{V_{i}}{R}$$

$$ Since \:\: V_{0}=\frac{1}{C}\int i dt =\frac{1}{RC}\int V_{i}dt=\frac{1}{\tau }\int V_{i} dt$$

$$Output \propto \int input$$

Daher erzeugt ein LPF mit großer Zeitkonstante einen Ausgang, der proportional zum Integral eines Eingangs ist.

Frequenzgang

Der Frequenzgang eines praktischen Tiefpassfilters, wenn er als Integrator arbeitet, ist wie unten gezeigt.

Ausgangswellenform

Wenn die Integratorschaltung einen Sinuswelleneingang erhält, ist der Ausgang eine Cosinuswelle. Wenn der Eingang eine Rechteckwelle ist, ändert die Ausgangswellenform ihre Form und erscheint wie in der folgenden Abbildung.

Hochpassfilter als Unterscheidungsmerkmal

Bei niedrigen Frequenzen ist der Ausgang eines Differenzierers Null, während bei hohen Frequenzen sein Ausgang einen endlichen Wert hat. Dies ist das gleiche wie für ein Unterscheidungsmerkmal. Daher soll sich das Hochpassfilter als Unterscheidungsmerkmal verhalten.

Wenn die Zeitkonstante des RC HPF sehr viel kleiner als die Zeitdauer des Eingangssignals ist, verhält sich die Schaltung als Differenzierer. Dann ist der Spannungsabfall über R im Vergleich zum Abfall über C sehr gering.

$$V_{i}=\frac{1}{C}\int i \:dt +iR$$

Aber $iR=V_{0}$ ist klein

$$since V_{i}=\frac{1}{C}\int i \:dt$$

$$i=\frac{V_{0}}{R}$$

$$Since \: V_{i} =\frac{1}{\tau }\int V_{0} \:dt$$

Wo $\tau =RC$ die Zeitkonstante der Schaltung.

Differenzierung auf beiden Seiten,

$$\frac{dV_{i}}{dt}=\frac{V_0}{\tau }$$

$$V_{0}=\tau \frac{dV_{i}}{dt}$$

$$Since \:V_{0}\propto \frac{dV_{i}}{dt}$$

Der Ausgang ist proportional zur Differenz des Eingangssignals.

Frequenzgang

Der Frequenzgang eines praktischen Hochpassfilters, wenn er als Differenzierer arbeitet, ist wie unten gezeigt.

Ausgangswellenform

Wenn die Differenzierschaltung einen Sinuswelleneingang erhält, ist der Ausgang eine Cosinuswelle. Wenn der Eingang eine Rechteckwelle ist, ändert die Ausgangswellenform ihre Form und erscheint wie in der folgenden Abbildung.

Diese beiden Schaltungen werden hauptsächlich in verschiedenen elektronischen Anwendungen verwendet. Eine Differenzierschaltung erzeugt eine konstante Ausgangsspannung, wenn sich der angelegte Eingang dazu neigt, sich stetig zu ändern. Eine Integratorschaltung erzeugt eine sich stetig ändernde Ausgangsspannung, wenn die angelegte Eingangsspannung konstant ist.

Zusammen mit Widerständen mögen die nichtlinearen Elemente diodeswerden in nichtlinearen Wellenformungsschaltungen verwendet, um die erforderlichen geänderten Ausgänge zu erhalten. Entweder wird die Form der Welle gedämpft oder der Gleichstrompegel der Welle wird bei der nichtlinearen Wellenformung geändert.

Der Prozess der Erzeugung nicht sinusförmiger Ausgangswellenformen aus sinusförmigen Eingängen unter Verwendung nichtlinearer Elemente wird als bezeichnet nonlinear wave shaping.

Clipper-Schaltungen

Eine Clipper-Schaltung ist eine Schaltung, die rejects the part der Eingangswelle angegeben während allowing the remainingPortion. Der Teil der Welle oberhalb oder unterhalb der ermittelten Abschaltspannung wird abgeschnitten oder abgeschaltet.

Die Begrenzungsschaltungen bestehen aus linearen und nichtlinearen Elementen wie Widerständen und Dioden, jedoch nicht aus Energiespeicherelementen wie Kondensatoren. Diese Begrenzungsschaltungen haben viele Anwendungen, da sie vorteilhaft sind.

Der Hauptvorteil von Clipping-Schaltungen besteht darin, das unerwünschte Rauschen in den Amplituden zu beseitigen.
Diese können als Rechteckwellenkonverter arbeiten, da sie Sinuswellen durch Abschneiden in Rechteckwellen umwandeln können.
Die Amplitude der gewünschten Welle kann auf einem konstanten Niveau gehalten werden.

Unter den Diodenschneidern sind die beiden Haupttypen positive und negative clippers. Wir werden diese beiden Arten von Haarschneidemaschinen in den nächsten beiden Kapiteln diskutieren.

Die Clipper-Schaltung, die positive Teile des Eingangssignals dämpfen soll, kann als bezeichnet werden Positive Clipper. Unter den positiven Dioden-Clipper-Schaltungen gibt es die folgenden Typen:

Positive Serie Clipper
Positiver Serienclipper mit positivem $V_{r}$ (Referenz Spannung)
Positiver Serienclipper mit negativem $V_{r}$
Positiver Shunt Clipper
Positiver Shunt Clipper mit positivem $V_{r}$
Positiver Shunt Clipper mit negativem $V_{r}$

Lassen Sie uns jeden dieser Typen im Detail diskutieren.

Positive Serie Clipper

Eine Clipper-Schaltung, bei der die Diode in Reihe mit dem Eingangssignal geschaltet ist und die die positiven Teile der Wellenform dämpft, wird als bezeichnet Positive Series Clipper. Die folgende Abbildung zeigt den Schaltplan für einen positiven Serienschneider.

Positive Cycle of the Input- Wenn die Eingangsspannung angelegt wird, macht der positive Zyklus des Eingangs den Punkt A in der Schaltung in Bezug auf den Punkt B positiv. Dadurch wird die Diode in Sperrrichtung vorgespannt und verhält sich daher wie ein offener Schalter. Somit wird die Spannung über dem Lastwiderstand Null, da kein Strom durch ihn fließt und somit$V_{0}$ wird Null sein.

Negative Cycle of the Input- Der negative Zyklus des Eingangs macht den Punkt A in der Schaltung in Bezug auf den Punkt B negativ. Dadurch wird die Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt und leitet sich daher wie ein geschlossener Schalter. Somit ist die Spannung über dem Lastwiderstand gleich der angelegten Eingangsspannung, wie sie vollständig am Ausgang erscheint$V_{0}$.

Wellenformen

Wenn in den obigen Figuren die Wellenformen beobachtet werden, können wir verstehen, dass nur ein Teil des positiven Peaks abgeschnitten wurde. Dies liegt an der Spannung an V0. Aber die ideale Ausgabe sollte nicht so sein. Schauen wir uns die folgenden Abbildungen an.

Im Gegensatz zum idealen Ausgang ist aufgrund der Diodenleitungsspannung von 0,7 V ein Bitanteil des positiven Zyklus im praktischen Ausgang vorhanden. Daher wird es einen Unterschied in den praktischen und idealen Ausgangswellenformen geben.

Positiver Serienclipper mit positivem $V_{r}$

Eine Clipper-Schaltung, in der die Diode in Reihe mit dem Eingangssignal geschaltet und mit einer positiven Referenzspannung vorgespannt ist $V_{r}$ und das die positiven Teile der Wellenform abschwächt, wird als bezeichnet Positive Series Clipper with positive $V_{r}$. Die folgende Abbildung zeigt den Schaltplan für einen positiven Serienschneider, wenn die angelegte Referenzspannung positiv ist.

Während des positiven Zyklus des Eingangs wird die Diode in Sperrrichtung vorgespannt und die Referenzspannung erscheint am Ausgang. Während ihres negativen Zyklus wird die Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt und leitet wie ein geschlossener Schalter. Daher erscheint die Ausgangswellenform wie in der obigen Abbildung gezeigt.

Positiver Serienclipper mit negativem $V_{r}$

Eine Clipper-Schaltung, in der die Diode in Reihe mit dem Eingangssignal geschaltet und mit einer negativen Referenzspannung vorgespannt ist $V_{r}$ und das die positiven Teile der Wellenform abschwächt, wird als bezeichnet Positive Series Clipper with negative $V_{r}$. Die folgende Abbildung zeigt den Schaltplan für einen positiven Serienschneider, wenn die angelegte Referenzspannung negativ ist.

Während des positiven Zyklus des Eingangs wird die Diode in Sperrrichtung vorgespannt und die Referenzspannung erscheint am Ausgang. Da die Referenzspannung negativ ist, wird dieselbe Spannung mit konstanter Amplitude angezeigt. Während ihres negativen Zyklus wird die Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt und leitet wie ein geschlossener Schalter. Daher erscheint am Ausgang das Eingangssignal, das größer als die Referenzspannung ist.

Positiver Shunt Clipper

Eine Clipper-Schaltung, bei der die Diode im Shunt mit dem Eingangssignal verbunden ist und die positiven Teile der Wellenform dämpft, wird als bezeichnet Positive Shunt Clipper. Die folgende Abbildung zeigt den Schaltplan für den positiven Shunt-Clipper.

Positive Cycle of the Input- Wenn die Eingangsspannung angelegt wird, macht der positive Zyklus des Eingangs den Punkt A in der Schaltung in Bezug auf den Punkt B positiv. Dadurch wird die Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt und leitet sich daher wie ein geschlossener Schalter. Somit wird die Spannung über dem Lastwiderstand Null, da kein Strom durch ihn fließt und somit$V_{0}$ wird Null sein.

Negative Cycle of the Input- Der negative Zyklus des Eingangs macht den Punkt A in der Schaltung in Bezug auf den Punkt B negativ. Dadurch wird die Diode in Sperrrichtung vorgespannt und verhält sich daher wie ein offener Schalter. Somit ist die Spannung über dem Lastwiderstand gleich der angelegten Eingangsspannung, wie sie vollständig am Ausgang erscheint$V_{0}$.

Wellenformen

Wenn in den obigen Figuren die Wellenformen beobachtet werden, können wir verstehen, dass nur ein Teil des positiven Peaks abgeschnitten wurde. Dies liegt an der Spannung über$V_{0}$. Aber die ideale Ausgabe sollte nicht so sein. Schauen wir uns die folgenden Abbildungen an.

Positiver Shunt Clipper mit positivem $V_{r}$

Eine Clipper-Schaltung, bei der die Diode im Shunt mit dem Eingangssignal verbunden und mit positiver Referenzspannung vorgespannt ist $V_{r}$ und das die positiven Teile der Wellenform abschwächt, wird als bezeichnet Positive Shunt Clipper with positive $V_{r}$. Die folgende Abbildung zeigt den Schaltplan für einen positiven Shunt-Clipper, wenn die angelegte Referenzspannung positiv ist.

Während des positiven Zyklus des Eingangs wird die Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt und am Ausgang erscheint nur die Referenzspannung. Während ihres negativen Zyklus wird die Diode in Sperrrichtung vorgespannt und verhält sich wie ein offener Schalter. Der gesamte Eingang erscheint am Ausgang. Daher erscheint die Ausgangswellenform wie in der obigen Abbildung gezeigt.

Positiver Shunt Clipper mit negativem $V_{r}$

Eine Clipper-Schaltung, bei der die Diode im Shunt mit dem Eingangssignal verbunden und mit einer negativen Referenzspannung vorgespannt ist $V_{r}$ und das die positiven Teile der Wellenform abschwächt, wird als bezeichnet Positive Shunt Clipper with negative $V_{r}$.

Die folgende Abbildung zeigt den Schaltplan für einen positiven Shunt-Clipper, wenn die angelegte Referenzspannung negativ ist.

Während des positiven Zyklus des Eingangs wird die Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt und die Referenzspannung erscheint am Ausgang. Da die Referenzspannung negativ ist, wird dieselbe Spannung mit konstanter Amplitude angezeigt. Während ihres negativen Zyklus wird die Diode in Sperrrichtung vorgespannt und verhält sich wie ein offener Schalter. Daher erscheint am Ausgang das Eingangssignal, das größer als die Referenzspannung ist.

Die Clipper-Schaltung, die negative Teile des Eingangssignals dämpfen soll, kann als bezeichnet werden Negative Clipper. Unter den negativen Dioden-Clipper-Schaltungen haben wir die folgenden Typen.

Negative Serie Clipper
Negative Series Clipper mit positivem $V_{r}$ (Referenz Spannung)
Negative Serie Clipper mit Negativ $V_{r}$
Negativer Shunt Clipper
Negativer Shunt Clipper mit positivem $V_{r}$
Negativer Shunt Clipper mit negativem $V_{r}$

Lassen Sie uns jeden dieser Typen im Detail diskutieren.

Negative Serie Clipper

Eine Clipper-Schaltung, bei der die Diode in Reihe mit dem Eingangssignal geschaltet ist und die negativen Teile der Wellenform abschwächt, wird als bezeichnet Negative Series Clipper. Die folgende Abbildung zeigt den Schaltplan für den negativen Serienschneider.

Positive Cycle of the Input- Wenn die Eingangsspannung angelegt wird, macht der positive Zyklus des Eingangs den Punkt A in der Schaltung in Bezug auf den Punkt B positiv. Dadurch wird die Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt und wirkt daher wie ein geschlossener Schalter. Somit erscheint die Eingangsspannung vollständig über dem Lastwiderstand, um den Ausgang zu erzeugen$V_{0}$.

Negative Cycle of the Input- Der negative Zyklus des Eingangs macht den Punkt A in der Schaltung in Bezug auf den Punkt B negativ. Dadurch wird die Diode in Sperrrichtung vorgespannt und wirkt daher wie ein offener Schalter. Somit ist die Spannung über dem Lastwiderstand Null$V_{0}$ Null.

Wellenformen

Wenn in den obigen Figuren die Wellenformen beobachtet werden, können wir verstehen, dass nur ein Teil des negativen Peaks abgeschnitten wurde. Dies liegt an der Spannung über$V_{0}$. Aber die ideale Ausgabe sollte nicht so sein. Schauen wir uns die folgenden Abbildungen an.

Im Gegensatz zum idealen Ausgang ist aufgrund der Diodenleitungsspannung von 0,7 V ein Bitanteil des negativen Zyklus im praktischen Ausgang vorhanden. Daher wird es einen Unterschied in den praktischen und idealen Ausgangswellenformen geben.

Negative Series Clipper mit positivem $V_{r}$

Eine Clipper-Schaltung, in der die Diode in Reihe mit dem Eingangssignal geschaltet und mit einer positiven Referenzspannung vorgespannt ist $V_{r}$ und das die negativen Teile der Wellenform abschwächt, wird als bezeichnet Negative Series Clipper with positive $V_{r}$. Die folgende Abbildung zeigt den Schaltplan für einen negativen Serienschneider, wenn die angelegte Referenzspannung positiv ist.

Während des positiven Zyklus des Eingangs beginnt die Diode erst zu leiten, wenn der Anodenspannungswert den Kathodenspannungswert der Diode überschreitet. Da die Kathodenspannung der angelegten Referenzspannung entspricht, ist der Ausgang wie gezeigt.

Negative Serie Clipper mit Negativ $V_{r}$

Eine Clipper-Schaltung, in der die Diode in Reihe mit dem Eingangssignal geschaltet und mit einer negativen Referenzspannung vorgespannt ist $V_{r}$ und das die negativen Teile der Wellenform abschwächt, wird als bezeichnet Negative Series Clipper with negative $V_{r}$. Die folgende Abbildung zeigt den Schaltplan für einen negativen Serienschneider, wenn die angelegte Referenzspannung negativ ist.

Während des positiven Zyklus des Eingangs wird die Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt und das Eingangssignal erscheint am Ausgang. Während ihres negativen Zyklus wird die Diode in Sperrrichtung vorgespannt und leitet daher nicht. Die angelegte negative Referenzspannung erscheint jedoch am Ausgang. Daher wird der negative Zyklus der Ausgangswellenform nach diesem Referenzpegel abgeschnitten.

Negativer Shunt Clipper

Eine Clipper-Schaltung, bei der die Diode im Shunt mit dem Eingangssignal verbunden ist und die negativen Teile der Wellenform dämpft, wird als negativer Shunt-Clipper bezeichnet. Die folgende Abbildung zeigt den Schaltplan fürnegative shunt clipper.

Positive Cycle of the Input- Wenn die Eingangsspannung angelegt wird, macht der positive Zyklus des Eingangs den Punkt A in der Schaltung in Bezug auf den Punkt B positiv. Dadurch wird die Diode in Sperrrichtung vorgespannt und verhält sich daher wie ein offener Schalter. Somit entspricht die Spannung am Lastwiderstand der angelegten Eingangsspannung, wie sie vollständig am Ausgang erscheint$V_{0}$

Negative Cycle of the Input- Der negative Zyklus des Eingangs macht den Punkt A in der Schaltung in Bezug auf den Punkt B negativ. Dadurch wird die Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt und leitet sich daher wie ein geschlossener Schalter. Somit wird die Spannung über dem Lastwiderstand Null, da kein Strom durch ihn fließt.

Wellenformen

Negativer Shunt Clipper mit positivem $V_{r}$

Eine Clipper-Schaltung, bei der die Diode im Shunt mit dem Eingangssignal verbunden und mit positiver Referenzspannung vorgespannt ist $V_{r}$ und das die negativen Teile der Wellenform abschwächt, wird als bezeichnet Negative Shunt Clipper with positive $V_{r}$. Die folgende Abbildung zeigt den Schaltplan für einen negativen Shunt-Clipper, wenn die angelegte Referenzspannung positiv ist.

Während des positiven Zyklus des Eingangs wird die Diode in Sperrrichtung vorgespannt und verhält sich wie ein offener Schalter. Am Ausgang erscheint also die gesamte Eingangsspannung, die größer als die angelegte Referenzspannung ist. Das Signal unterhalb des Referenzspannungspegels wird abgeschnitten.

Während der negativen Halbwelle ist kein Ausgang vorhanden, wenn die Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt und die Schleife abgeschlossen wird.

Negativer Shunt Clipper mit negativem $V_{r}$

Eine Clipper-Schaltung, bei der die Diode im Shunt mit dem Eingangssignal verbunden und mit einer negativen Referenzspannung vorgespannt ist $V_{r}$ und das die negativen Teile der Wellenform abschwächt, wird als bezeichnet Negative Shunt Clipper with negative $V_{r}$. Die folgende Abbildung zeigt den Schaltplan für den negativen Shunt-Clipper, wenn die angelegte Referenzspannung negativ ist.

Während des positiven Zyklus des Eingangs wird die Diode in Sperrrichtung vorgespannt und verhält sich wie ein offener Schalter. Die gesamte Eingangsspannung erscheint also am Ausgang$V_{o}$. Während der negativen Halbwelle wird die Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt. Die negative Spannung bis zur Referenzspannung kommt am Ausgang an und das verbleibende Signal wird abgeschnitten.

Zweiwege-Clipper

Dies ist ein positiver und ein negativer Clipper mit einer Referenzspannung $V_{r}$. Die Eingangsspannung wird in zwei Richtungen sowohl im positiven als auch im negativen Teil der Eingangswellenform mit zwei Referenzspannungen abgeschnitten. Dazu zwei Dioden$D_{1}$ und $D_{2}$ zusammen mit zwei Referenzspannungen $V_{r1}$ und $V_{r2}$ sind in der Schaltung angeschlossen.

Diese Schaltung wird auch als bezeichnet Combinational ClipperSchaltkreis. Die folgende Abbildung zeigt die Schaltungsanordnung für eine Zweiwege- oder eine kombinatorische Clipper-Schaltung zusammen mit ihrer Ausgangswellenform.

Während der positiven Hälfte des Eingangssignals wird die Diode $D_{1}$ leitet die Referenzspannung $V_{r1}$erscheinen am Ausgang. Während der negativen Hälfte des Eingangssignals die Diode$D_{2}$ leitet die Referenzspannung $V_{r1}$erscheinen am Ausgang. Daher leiten beide Dioden alternativ, um den Ausgang während beider Zyklen abzuschneiden. Der Ausgang wird über den Lastwiderstand geführt.

Damit sind wir mit den wichtigsten Clipper-Schaltkreisen fertig. Lassen Sie uns im nächsten Kapitel zu den Clamper-Schaltkreisen gehen.

Eine Clamper-Schaltung ist eine Schaltung, die einem Wechselstromsignal einen Gleichstrompegel hinzufügt. Tatsächlich können die positiven und negativen Spitzen der Signale unter Verwendung der Klemmschaltungen auf den gewünschten Pegeln platziert werden. Wenn der Gleichstrompegel verschoben wird, wird eine Klemmschaltung als a bezeichnetLevel Shifter.

Klemmschaltungen bestehen aus Energiespeicherelementen wie Kondensatoren. Eine einfache Klemmschaltung besteht bei Bedarf aus einem Kondensator, einer Diode, einem Widerstand und einer Gleichstrombatterie.

Clamper Circuit

Eine Clamper-Schaltung kann als die Schaltung definiert werden, die aus einer Diode, einem Widerstand und einem Kondensator besteht, der die Wellenform auf einen gewünschten Gleichstrompegel verschiebt, ohne das tatsächliche Erscheinungsbild des angelegten Signals zu ändern.

Um den Zeitraum der Wellenform beizubehalten, wird die tau muss länger als die Hälfte der Zeitspanne sein (die Entladezeit des Kondensators sollte langsam sein.)

$$\tau = Rc$$

R ist der Widerstand des verwendeten Widerstands
C ist die Kapazität des verwendeten Kondensators

Die Zeitkonstante des Ladens und Entladens des Kondensators bestimmt den Ausgang einer Klemmschaltung.

In einer Klemmschaltung findet in der Ausgangswellenform eine vertikale Verschiebung nach oben oder unten in Bezug auf das Eingangssignal statt.
Der Lastwiderstand und der Kondensator beeinflussen die Wellenform. Die Entladezeit des Kondensators sollte also groß genug sein.

Die im Eingang vorhandene Gleichstromkomponente wird verworfen, wenn ein kondensatorgekoppeltes Netzwerk verwendet wird (da ein Kondensator Gleichstrom blockiert). Daher wenndc muss sein restoredwird eine Klemmschaltung verwendet.

Arten von Klammern

Es gibt nur wenige Arten von Klemmschaltungen, wie z

Positive Clamper
Positiver Clamper mit positivem $V_r$
Positives Klirren mit Negativem $V_r$
Negative Clamper
Negativ klirren mit positiv $V_{r}$
Negative Klemme mit Negativ $V_{r}$

Lassen Sie uns sie im Detail durchgehen.

Positive Clamper-Schaltung

Ein Klemmkreis stellt den Gleichstrompegel wieder her. Wenn eine negative Spitze des Signals über den Nullpegel angehoben wird, spricht man von einem Signalpositively clamped.

Eine positive Klemmschaltung besteht aus einer Diode, einem Widerstand und einem Kondensator und verschiebt das Ausgangssignal in den positiven Teil des Eingangssignals. Die folgende Abbildung erläutert den Aufbau einer positiven Klemmschaltung.

Wenn der Eingang gegeben ist, ist der Kondensator anfänglich noch nicht geladen und die Diode ist in Sperrrichtung vorgespannt. Die Ausgabe wird zu diesem Zeitpunkt nicht berücksichtigt. Während der negativen Halbwelle wird der Kondensator beim Spitzenwert auf einer Platte mit negativ und auf der anderen mit positiv geladen. Der Kondensator wird nun auf seinen Spitzenwert aufgeladen$V_{m}$. Die Diode ist in Vorwärtsrichtung vorgespannt und leitet stark.

Während der nächsten positiven Halbwelle wird der Kondensator auf positive Vm aufgeladen, während die Diode in Sperrrichtung vorgespannt und offen geschaltet wird. Der Ausgang der Schaltung wird zu diesem Zeitpunkt sein

$$V_{0}=V_{i}+V_{m}$$

Daher wird das Signal wie in der obigen Abbildung gezeigt positiv geklemmt. Das Ausgangssignal ändert sich entsprechend den Änderungen am Eingang, verschiebt jedoch den Pegel entsprechend der Ladung des Kondensators, wenn es die Eingangsspannung addiert.

Positiver Clamper mit positivem V _r

Wenn eine positive Klemmschaltung mit einer positiven Referenzspannung vorgespannt ist, wird diese Spannung zum Ausgang addiert, um den geklemmten Pegel zu erhöhen. Auf diese Weise wird die Schaltung des positiven Klemmens mit positiver Referenzspannung wie folgt aufgebaut.

Während der positiven Halbwelle wird die Referenzspannung über die Diode am Ausgang angelegt, und wenn die Eingangsspannung ansteigt, steigt die Kathodenspannung der Diode in Bezug auf die Anodenspannung an und hört daher auf zu leiten. Während der negativen Halbwelle wird die Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt und beginnt zu leiten. Die Spannung am Kondensator und die Referenzspannung halten zusammen den Ausgangsspannungspegel aufrecht.

Positiver Clamper mit Negativ $V_{r}$

Wenn eine positive Klemmschaltung mit einer negativen Referenzspannung vorgespannt ist, wird diese Spannung zum Ausgang addiert, um den geklemmten Pegel zu erhöhen. Auf diese Weise wird die Schaltung des positiven Klemmens mit positiver Referenzspannung wie folgt aufgebaut.

Während der positiven Halbwelle halten die Spannung am Kondensator und die Referenzspannung zusammen den Ausgangsspannungspegel aufrecht. Während der negativen Halbwelle leitet die Diode, wenn die Kathodenspannung kleiner als die Anodenspannung wird. Durch diese Änderungen wird die Ausgangsspannung wie in der obigen Abbildung gezeigt.

Negative Clamper

Eine negative Klemmschaltung besteht aus einer Diode, einem Widerstand und einem Kondensator und verschiebt das Ausgangssignal in den negativen Teil des Eingangssignals. Die folgende Abbildung erläutert den Aufbau einer negativen Klemmschaltung.

Während der positiven Halbwelle wird der Kondensator auf seinen Spitzenwert aufgeladen $v_{m}$. Die Diode ist in Vorwärtsrichtung vorgespannt und leitet. Während der negativen Halbwelle wird die Diode in Sperrrichtung vorgespannt und wird offen geschaltet. Der Ausgang der Schaltung wird zu diesem Zeitpunkt sein

$$V_{0}=V_{i}+V_{m}$$

Daher wird das Signal wie in der obigen Abbildung gezeigt negativ geklemmt. Das Ausgangssignal ändert sich entsprechend den Änderungen am Eingang, verschiebt jedoch den Pegel entsprechend der Ladung des Kondensators, wenn es die Eingangsspannung addiert.

Negativer Clamper mit positivem V _r

Wenn eine negative Klemmschaltung mit einer positiven Referenzspannung vorgespannt ist, wird diese Spannung zum Ausgang addiert, um den geklemmten Pegel zu erhöhen. Auf diese Weise wird die Schaltung des negativen Klemmens mit positiver Referenzspannung wie folgt aufgebaut.

Obwohl die Ausgangsspannung negativ geklemmt ist, wird ein Teil der Ausgangswellenform auf den positiven Pegel angehoben, da die angelegte Referenzspannung positiv ist. Während der positiven Halbwelle leitet die Diode, aber der Ausgang entspricht der angelegten positiven Referenzspannung. Während der negativen Halbwelle wirkt die Diode als offener Stromkreis und die Spannung am Kondensator bildet den Ausgang.

Negativer Clamper mit negativem V _r

Wenn eine negative Klemmschaltung mit einer negativen Referenzspannung vorgespannt ist, wird diese Spannung zum Ausgang addiert, um den geklemmten Pegel zu erhöhen. Auf diese Weise wird die Schaltung des negativen Klemmens mit negativer Referenzspannung wie folgt aufgebaut.

Die Kathode der Diode ist mit einer negativen Referenzspannung verbunden, die kleiner als die von Null und der Anodenspannung ist. Daher beginnt die Diode während der positiven Halbwelle vor dem Nullspannungspegel zu leiten. Während der negativen Halbwelle erscheint die Spannung am Kondensator am Ausgang. Somit wird die Wellenform in Richtung des negativen Teils geklemmt.

Anwendungen

Es gibt viele Anwendungen für Clippers und Clampers wie z

Clippers

Wird zur Erzeugung und Formung von Wellenformen verwendet
Wird zum Schutz von Stromkreisen vor Spitzen verwendet
Wird für Amplitudenrestauratoren verwendet
Wird als Spannungsbegrenzer verwendet
Wird in Fernsehkreisen verwendet
Wird in FM-Sendern verwendet

Clampers

Wird als Gleichstrom-Restaurator verwendet
Wird verwendet, um Verzerrungen zu entfernen
Wird als Spannungsvervielfacher verwendet
Wird zum Schutz von Verstärkern verwendet
Wird als Testausrüstung verwendet
Wird als Basisstabilisator verwendet

Zusammen mit den Wellenformungsschaltungen wie Clippern und Clampern werden Dioden verwendet, um andere Schaltungen wie Begrenzer und Spannungsvervielfacher zu konstruieren, die wir in diesem Kapitel diskutieren werden. Dioden haben auch eine andere wichtige Anwendung, die als Gleichrichter bekannt ist und später diskutiert wird.

Limiter

Ein anderer Name, auf den wir beim Durchlaufen dieser Clipper und Clampers häufig stoßen, ist die Begrenzerschaltung. EINlimiter Schaltung kann als diejenige verstanden werden, die die Ausgangsspannung daran hindert, einen vorbestimmten Wert zu überschreiten.

Dies ist mehr oder weniger eine Clipper-Schaltung, bei der der angegebene Wert des Signals nicht überschritten werden darf. Tatsächlich kann das Abschneiden als extremes Ausmaß der Begrenzung bezeichnet werden. Daher kann das Begrenzen als glattes Abschneiden verstanden werden.

Das folgende Bild zeigt einige Beispiele für Begrenzerschaltungen -

Die Leistung einer Begrenzerschaltung kann aus ihrer Übertragungscharakteristikkurve verstanden werden. Ein Beispiel für eine solche Kurve ist wie folgt.

Die unteren und oberen Grenzen sind in der Grafik angegeben, die die Begrenzereigenschaften angeben. Die Ausgangsspannung für einen solchen Graphen kann verstanden werden als

$$V_{0}= L_{-},KV_{i},L_{+}$$

$$L_{-}=V_{i}\leq \frac{L_{-}}{k}$$

$$ KV_ {i} = \ frac {L _ {-}} {k} <V_ {i} <\ frac {L _ {+}} {k} $$

$$L_{+}=V_{i}\geq \frac{L_{+}}{K}$$

Arten von Begrenzern

Es gibt nur wenige Arten von Begrenzern wie

Unipolar Limiter - Diese Schaltung begrenzt das Signal auf eine Weise.
Bipolar Limiter - Diese Schaltung begrenzt das Signal auf zwei Arten.
Soft Limiter - Der Ausgang kann sich in diesem Stromkreis ändern, selbst wenn sich der Eingang geringfügig ändert.
Hard Limiter - Der Ausgang ändert sich nicht leicht mit der Änderung des Eingangssignals.
Single Limiter - Diese Schaltung verwendet eine Diode zur Begrenzung.
Double Limiter - Diese Schaltung verwendet zwei Dioden zur Begrenzung.

Spannungsvervielfacher

Es gibt Anwendungen, bei denen die Spannung in einigen Fällen multipliziert werden muss. Dies kann leicht mit Hilfe einer einfachen Schaltung unter Verwendung von Dioden und Kondensatoren erfolgen. Wenn die Spannung verdoppelt wird, wird eine solche Schaltung als Spannungsverdoppler bezeichnet. Dies kann erweitert werden, um einen Spannungsverdreifacher oder einen Spannungsvervierfacher usw. herzustellen, um hohe Gleichspannungen zu erhalten.

Betrachten wir zum besseren Verständnis eine Schaltung, die die Spannung mit dem Faktor 2 multipliziert. Diese Schaltung kann als a bezeichnet werden Voltage Doubler. Die folgende Abbildung zeigt die Schaltung eines Spannungsverdopplers.

Die angelegte Eingangsspannung ist ein Wechselstromsignal in Form einer Sinuswelle, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Arbeiten

Die Spannungsvervielfacherschaltung kann durch Analysieren jeder Halbwelle des Eingangssignals verstanden werden. In jedem Zyklus arbeiten die Dioden und die Kondensatoren auf unterschiedliche Weise. Versuchen wir das zu verstehen.

During the first positive half cycle - Wenn das Eingangssignal angelegt wird, der Kondensator $C_{1}$ geladen ist und die Diode $D_{1}$ist vorwärts vorgespannt. Während die Diode$D_{2}$ ist in Sperrrichtung vorgespannt und der Kondensator $C_{2}$bekommt keine Gebühr. Dies macht die Ausgabe$V_{0}$ sein $V_{m}$

Dies ist aus der folgenden Abbildung ersichtlich.

Daher während 0 bis $\pi$wird die erzeugte Ausgangsspannung sein $V_{max}$. Der Kondensator$C_{1}$ wird durch die in Vorwärtsrichtung vorgespannte Diode aufgeladen $D_{1}$ um die Ausgabe zu geben, während $C_{2}$lädt nicht auf. Diese Spannung erscheint am Ausgang.

During the negative half cycle - Danach, wenn die negative Halbwelle eintrifft, die Diode $D_{1}$ wird in Sperrrichtung vorgespannt und die Diode $D_{2}$wird voreingenommen. Die Diode$D_{2}$ erhält die Ladung durch den Kondensator $C_{2}$die während dieses Vorgangs aufgeladen wird. Der Strom fließt dann durch den Kondensator$C_{1}$welches entlädt. Dies ist aus der folgenden Abbildung ersichtlich.

Daher während $\pi$ zu $2\pi$die Spannung am Kondensator $C_{2}$ wird sein $V_{max}$. Während der Kondensator$C_{1}$die voll aufgeladen ist, neigt zur Entladung. Nun erscheinen die Spannungen von beiden Kondensatoren zusammen am Ausgang, das heißt$2V_{max}$. Also die Ausgangsspannung$V_{0}$ während dieses Zyklus ist $2V_{max}$

During the next positive half cycle - Der Kondensator $C_{1}$ wird von der Versorgung und der Diode aufgeladen $D_{1}$wird voreingenommen. Der Kondensator$C_{2}$ hält die Ladung, da sie keinen Weg zur Entladung und zur Diode findet $D_{2}$wird umgekehrt vorgespannt. Nun die Ausgangsspannung$V_{0}$ von diesem Zyklus erhält die Spannungen von beiden Kondensatoren, die zusammen am Ausgang erscheinen, das heißt $2V_{max}$.

During the next negative half cycle - Die nächste negative Halbwelle macht den Kondensator $C_{1}$ wieder aus seiner vollen Ladung und der Diode zu entladen $D_{1}$ Vorspannung umzukehren, während $D_{2}$ Vorwärts und Kondensator $C_{2}$weiter aufladen, um seine Spannung aufrechtzuerhalten. Nun die Ausgangsspannung$V_{0}$ von diesem Zyklus erhält die Spannungen von beiden Kondensatoren, die zusammen am Ausgang erscheinen, das heißt $2V_{max}$.

Daher die Ausgangsspannung $V_{0}$ wird gepflegt zu sein $2V_{max}$ während seines Betriebs, was die Schaltung zu einem Spannungsverdoppler macht.

Spannungsvervielfacher werden meist dort eingesetzt, wo hohe Gleichspannungen erforderlich sind. Zum Beispiel Kathodenstrahlröhren und Computeranzeige.

Spannungsteiler

Während Dioden zum Multiplizieren der Spannung verwendet werden, kann ein Satz von Vorwiderständen zu einem kleinen Netzwerk gemacht werden, um die Spannung zu teilen. Solche Netzwerke werden als bezeichnetVoltage Divider Netzwerke.

Der Spannungsteiler ist eine Schaltung, die eine größere Spannung in eine kleinere umwandelt. Dies erfolgt über in Reihe geschaltete Widerstände. Die Ausgabe ist ein Bruchteil der Eingabe. Die Ausgangsspannung hängt vom Widerstand der angetriebenen Last ab.

Lassen Sie uns versuchen zu wissen, wie eine Spannungsteilerschaltung funktioniert. Die folgende Abbildung zeigt ein Beispiel für ein einfaches Spannungsteilernetzwerk.

Wenn wir versuchen, einen Ausdruck für die Ausgangsspannung zu zeichnen,

$$V_{i}=i\left ( R_{1}+R_{2} \right )$$

$$i=\frac{V-{i}}{\left ( R_{1}+R_{2} \right )}$$

$$V_{0}=i \:R_{2}\rightarrow \:i\:=\frac{V_{0}}{R_{2}}$$

Beide vergleichen,

$$\frac{V_{0}}{R_{2}}=\frac{V_{i}}{\left ( R_1 + R_{2} \right )}$$

$$V_{0}=\frac{V_{i}}{\left ( R_1 + R_{2} \right )}R_{2}$$

Dies ist der Ausdruck, um den Wert der Ausgangsspannung zu erhalten. Daher wird die Ausgangsspannung in Abhängigkeit von den Widerstandswerten der Widerstände im Netzwerk geteilt. Weitere Widerstände werden hinzugefügt, um unterschiedliche Anteile unterschiedlicher Ausgangsspannungen zu haben.

Lassen Sie uns ein Beispielproblem haben, um mehr über Spannungsteiler zu erfahren.

Beispiel

Berechnen Sie die Ausgangsspannung eines Netzwerks mit einer Eingangsspannung von 10 V mit zwei Vorwiderständen 2 kΩ und 5 kΩ.

Die Ausgangsspannung $V_{0}$ ist gegeben durch

$$V_{0}=\frac{V_{i}}{\left ( R_1 + R_{2} \right )}R_{2}$$

$$=\frac{10}{\left ( 2 + 5 \right )k\Omega }5k\Omega$$

$$=\frac{10}{7}\times 5=\frac{50}{7}$$

$$=7.142v$$

Die Ausgangsspannung $V_0$ für das obige Problem ist 7.14v

Die Diode ist ein PN-Übergang mit zwei Anschlüssen, der in verschiedenen Anwendungen verwendet werden kann. Eine solche Anwendung ist ein elektrischer Schalter. Der PN-Übergang wirkt, wenn er in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, als geschlossen und wenn er in Rückwärtsrichtung vorgespannt ist, als offener Stromkreis. Daher bewirkt die Änderung der vorwärts und rückwärts vorgespannten Zustände, dass die Diode als Schalter arbeitet, derforward Sein ON und die reverse Sein OFF Zustand.

Elektrische Schalter über mechanische Schalter

Elektrische Schalter sind aus folgenden Gründen eine bevorzugte Wahl gegenüber mechanischen Schaltern:

Mechanische Schalter neigen zur Oxidation von Metallen, elektrische Schalter dagegen nicht.
Mechanische Schalter haben bewegliche Kontakte.
Sie sind anfälliger für Belastungen als elektrische Schalter.
Das Abnutzen und Abreißen mechanischer Schalter beeinträchtigt häufig deren Funktion.

Daher ist ein elektrischer Schalter nützlicher als ein mechanischer Schalter.

Funktion der Diode als Schalter

Immer wenn eine bestimmte Spannung überschritten wird, erhöht sich der Diodenwiderstand, wodurch die Diode in Sperrrichtung vorgespannt wird und als offener Schalter fungiert. Immer wenn die angelegte Spannung unter der Referenzspannung liegt, wird der Diodenwiderstand verringert, wodurch die Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt wird, und sie wirkt als geschlossener Schalter.

The following circuit explains the diode acting as a switch.

A switching diode has a PN junction in which P-region is lightly doped and N-region is heavily doped. The above circuit symbolizes that the diode gets ON when positive voltage forward biases the diode and it gets OFF when negative voltage reverse biases the diode.

Ringing

As the forward current flows till then, with a sudden reverse voltage, the reverse current flows for an instance rather than getting switched OFF immediately. The higher the leakage current, the greater the loss. The flow of reverse current when diode is reverse biased suddenly, may sometimes create few oscillations, called as RINGING.

This ringing condition is a loss and hence should be minimized. To do this, the switching times of the diode should be understood.

Diode Switching Times

While changing the bias conditions, the diode undergoes a transient response. The response of a system to any sudden change from an equilibrium position is called as transient response.

The sudden change from forward to reverse and from reverse to forward bias, affects the circuit. The time taken to respond to such sudden changes is the important criterion to define the effectiveness of an electrical switch.

The time taken before the diode recovers its steady state is called as Recovery Time.
The time interval taken by the diode to switch from reverse biased state to forward biased state is called as Forward Recovery Time.($t_{fr}$)
The time interval taken by the diode to switch from forward biased state to reverse biased state is called as Reverse Recovery Time. ($t_{fr}$)

To understand this more clearly, let us try to analyze what happens once the voltage is applied to a switching PN diode.

Carrier Concentration

Minority charge carrier concentration reduces exponentially as seen away from the junction. When the voltage is applied, due to the forward biased condition, the majority carriers of one side move towards the other. They become minority carriers of the other side. This concentration will be more at the junction.

For example, if N-type is considered, the excess of holes that enter into N-type after applying forward bias, adds to the already present minority carriers of N-type material.

Let us consider few notations.

The majority carriers in P-type (holes) = $P_{po}$
The majority carriers in N-type (electrons) = $N_{no}$
The minority carriers in P-type (electrons) = $N_{po}$
The majority carriers in N-type (holes) = $P_{no}$

During Forward biased Condition − The minority carriers are more near junction and less far away from the junction. The graph below explains this.

Excess minority carrier charge in P-type = $P_n-P_{no}$ with $p_{no}$ (steady state value)

Excess minority carrier charge in N-type = $N_p-N_{po}$ with $N_{po}$ (steady state value)

During reverse bias condition − Majority carriers doesn’t conduct the current through the junction and hence don’t participate in current condition. The switching diode behaves as a short circuited for an instance in reverse direction.

The minority carriers will cross the junction and conduct the current, which is called as Reverse Saturation Current. The following graph represents the condition during reverse bias.

In the above figure, the dotted line represents equilibrium values and solid lines represent actual values. As the current due to minority charge carriers is large enough to conduct, the circuit will be ON until this excess charge is removed.

The time required for the diode to change from forward bias to reverse bias is called Reverse recovery time ($t_{rr}$). The following graphs explain the diode switching times in detail.

From the above figure, let us consider the diode current graph.

At $t_{1}$ the diode is suddenly brought to OFF state from ON state; it is known as Storage time. Storage time is the time required to remove the excess minority carrier charge. The negative current flowing from N to P type material is of a considerable amount during the Storage time. This negative current is,

$$-I_R= \frac{-V_{R}}{R}$$

The next time period is the transition time” (from $t_2$ to $t_3$)

Transition time is the time taken for the diode to get completely to open circuit condition. After $t_3$ diode will be in steady state reverse bias condition. Before $t_1$ diode is under steady state forward bias condition.

So, the time taken to get completely to open circuit condition is

$$Reverse \:\:recovery\:\: time\left ( t_{rr} \right )= Storage \:\:time \left ( T_{s} \right )+Transition \:\: time \left ( T_{t} \right )$$

Whereas to get to ON condition from OFF, it takes less time called as Forward recovery time. Reverse recovery time is greater than Forward recovery time. A diode works as a better switch if this Reverse recovery time is made less.

Definitions

Let us just go through the definitions of the time periods discussed.

Storage time − The time period for which the diode remains in the conduction state even in the reverse biased state, is called as Storage time.
Transition time − The time elapsed in returning back to the state of non-conduction, i.e. steady state reverse bias, is called Transition time.
Reverse recovery time − The time required for the diode to change from forward bias to reverse bias is called as Reverse recovery time.
Forward recovery time − The time required for the diode to change from reverse bias to forward bias is called as Forward recovery time.

Factors that affect diode switching times

There are few factors that affect the diode switching times, such as

Diode Capacitance − The PN junction capacitance changes depending upon the bias conditions.
Diode Resistance − The resistance offered by the diode to change its state.
Doping Concentration − The level of doping of the diode, affects the diode switching times.
Depletion Width − The narrower the width of the depletion layer, the faster the switching will be. A Zener diode has narrow depletion region than an avalanche diode, which makes the former a better switch.

Applications

There are many applications in which diode switching circuits are used, such as −

High speed rectifying circuits
High speed switching circuits
RF receivers
General purpose applications
Consumer applications
Automotive applications
Telecom applications etc.

This chapter provides a fresh start regarding another section of diode circuits. This gives an introduction to the Power supply circuits that we come across in our daily life. Any electronic device consists of a power supply unit which provides the required amount of AC or DC power supply to various sections of that electronic device.

Need for Power Supplies

There are many small sections present in the electronic devices such as Computer, Television, Cathode ray Oscilloscope etc. but all of those sections doesn’t need 230V AC supply which we get.

Instead one or more sections may need a 12v DC while some others may need a 30v DC. In order to provide the required dc voltages, the incoming 230v AC supply has to be converted into pure DC for the usage. The Power supply units serve the same purpose.

A practical Power supply unit looks as The following figure.

Let us now go through different parts which make a power supply unit.

Parts of a Power supply

A typical Power supply unit consists of the following.

Transformer − An input transformer for the stepping down of the 230v AC power supply.
Rectifier − A Rectifier circuit to convert the AC components present in the signal to DC components.
Smoothing − A filtering circuit to smoothen the variations present in the rectified output.
Regulator − A voltage regulator circuit in order to control the voltage to a desired output level.
Load − The load which uses the pure dc output from the regulated output.

Block Diagram of a Power Supply Unit

The block diagram of a Regulated Power supply unit is as shown below.

From the diagram above, it is evident that the transformer is present at the initial stage. Though we had already gone through the concept regarding transformers in BASIC ELECTRONICS tutorial, let us have a glance over it.

Transformer

A transformer has a primary coil to which input is given and a secondary coil from which the output is collected. Both of these coils are wound on a core material. Usually an insulator forms the Core of the transformer.

The following figure shows a practical transformer.

From the above figure, it is evident that a few notations are common. They are as follows −

$N_{p}$ = Number of turns in the primary winding
$N_{s}$ = Number of turns in the secondary winding
$I_{p}$ = Current flowing in the primary of the transformer
$I_{s}$ = Current flowing in the secondary of the transformer
$V_{p}$ = Voltage across the primary of the transformer
$V_{s}$ = Voltage across the secondary of the transformer
$\phi$ = Magnetic flux present around the core of the transformer

Transformer in a Circuit

The following figure shows how a transformer is represented in a circuit. The primary winding, the secondary winding and the core of the transformer are also represented in the following figure.

Hence, when a transformer is connected in a circuit, the input supply is given to the primary coil so that it produces varying magnetic flux with this power supply and that flux is induced into the secondary coil of the transformer, which produces the varying EMF of the varying flux. As the flux should be varying, for the transfer of EMF from primary to secondary, a transformer always works on alternating current AC.

Depending upon the number of turns in the secondary winding, a transformer can be classified either as a Step-up or a Step-down transformer.

Step-Up Transformer

When the secondary winding has more number of turns than the primary winding, then the transformer is said to be a Step-up transformer. Here the induced EMF is greater than the input signal.

The figure below shows the symbol of a step-up transformer.

Step-Down Transformer

When the secondary winding has lesser number of turns than the primary winding, then the transformer is said to be a Step-down transformer. Here the induced EMF is lesser than the input signal.

The figure below shows the symbol of a step-down transformer.

In our Power supply circuits, we use the Step-down transformer, as we need to lessen the AC power to DC. The output of this Step-down transformer will be less in power and this will be given as the input to the next section, called rectifier. We will discuss about rectifiers in the next chapter.

Whenever there arises the need to convert an AC to DC power, a rectifier circuit comes for the rescue. A simple PN junction diode acts as a rectifier. The forward biasing and reverse biasing conditions of the diode makes the rectification.

Rectification

An alternating current has the property to change its state continuously. This is understood by observing the sine wave by which an alternating current is indicated. It raises in its positive direction goes to a peak positive value, reduces from there to normal and again goes to negative portion and reaches the negative peak and again gets back to normal and goes on.

During its journey in the formation of wave, we can observe that the wave goes in positive and negative directions. Actually it alters completely and hence the name alternating current.

But during the process of rectification, this alternating current is changed into direct current DC. The wave which flows in both positive and negative direction till then, will get its direction restricted only to positive direction, when converted to DC. Hence the current is allowed to flow only in positive direction and resisted in negative direction, just as in the figure below.

The circuit which does rectification is called as a Rectifier circuit. A diode is used as a rectifier, to construct a rectifier circuit.

Types of Rectifier circuits

There are two main types of rectifier circuits, depending upon their output. They are

Half-wave Rectifier
Full-wave Rectifier

A Half-wave rectifier circuit rectifies only positive half cycles of the input supply whereas a Full-wave rectifier circuit rectifies both positive and negative half cycles of the input supply.

Half-Wave Rectifier

The name half-wave rectifier itself states that the rectification is done only for half of the cycle. The AC signal is given through an input transformer which steps up or down according to the usage. Mostly a step down transformer is used in rectifier circuits, so as to reduce the input voltage.

The input signal given to the transformer is passed through a PN junction diode which acts as a rectifier. This diode converts the AC voltage into pulsating dc for only the positive half cycles of the input. A load resistor is connected at the end of the circuit. The figure below shows the circuit of a half wave rectifier.

Working of a HWR

TThe input signal is given to the transformer which reduces the voltage levels. The output from the transformer is given to the diode which acts as a rectifier. This diode gets ON (conducts) for positive half cycles of input signal. Hence a current flows in the circuit and there will be a voltage drop across the load resistor. The diode gets OFF (doesn’t conduct) for negative half cycles and hence the output for negative half cycles will be, $i_{D} = 0$ and $V_{o}=0$.

Hence the output is present for positive half cycles of the input voltage only (neglecting the reverse leakage current). This output will be pulsating which is taken across the load resistor.

Waveforms of a HWR

The input and output waveforms are as shown in the following figure.

Hence the output of a half wave rectifier is a pulsating dc. Let us try to analyze the above circuit by understanding few values which are obtained from the output of half wave rectifier.

Analysis of Half-Wave Rectifier

To analyze a half-wave rectifier circuit, let us consider the equation of input voltage.

$$v_{i}=V_{m} \sin \omega t$$

$V_{m}$ is the maximum value of supply voltage.

Let us assume that the diode is ideal.

The resistance in the forward direction, i.e., in the ON state is $R_f$.
The resistance in the reverse direction, i.e., in the OFF state is $R_r$.

The current i in the diode or the load resistor $R_L$ is given by

$i=I_m \sin \omega t \quad for\quad 0\leq \omega t\leq 2 \pi$

$ i=0 \quad\quad\quad\quad for \quad \pi\leq \omega t\leq 2 \pi$

Where

$$I_m= \frac{V_m}{R_f+R_L}$$

DC Output Current

The average current $I_{dc}$ is given by

$$I_{dc}=\frac{1}{2 \pi}\int_{0}^{2 \pi} i \:d\left ( \omega t \right )$$

$$=\frac{1}{2 \pi}\left [ \int_{0}^{\pi}I_m \sin \omega t \:d\left ( \omega t \right )+\int_{0}^{2 \pi}0\: d\left ( \omega t \right )\right ]$$

$$=\frac{1}{2 \pi}\left [ I_m\left \{-\cos \omega t \right \}_{0}^{\pi} \right ]$$

$$=\frac{1}{2 \pi}\left [ I_m\left \{ +1-\left ( -1 \right ) \right \} \right ]=\frac{I_m}{\pi}=0.318 I_m$$

Substituting the value of $I_m$, we get

$$I_{dc}=\frac{V_m}{\pi\left ( R_f+R_L \right )}$$

If $R_L >> R_f$, then

$$I_{dc}=\frac{V_m}{\pi R_L}=0.318 \frac{V_m}{R_L}$$

DC Output Voltage

The DC output voltage is given by

$$ V_{dc}=I_{dc}\times R_L=\frac{I_m}{\pi}\times R_L$$

$$=\frac{V_m\times R_L}{\pi\left (R_f+R_L \right )}=\frac{V_m}{\pi\left \{ 1+\left ( R_f/R_L \right ) \right \}}$$

If $R_L>>R_f$, then

$$V_{dc}=\frac{V_m}{\pi}=0.318 V_m$$

RMS Current and Voltage

The value of RMS current is given by

$$I_{rms}=\left [ \frac{1}{2 \pi}\int_{0}^{2\pi} i^{2} d\left ( \omega t \right )\right ]^{\frac{1}{2}}$$

$$I_{rms}=\left [ \frac{1}{2 \pi}\int_{0}^{2\pi}I_{m}^{2} \sin^{2}\omega t \:d\left (\omega t \right ) +\frac{1}{2\pi}\int_{\pi}^{2\pi} 0 \:d\left ( \omega t \right )\right ]^{\frac{1}{2}}$$

$$=\left [ \frac{I_{m}^{2}}{2 \pi}\int_{0}^{\pi}\left ( \frac{1-\cos 2 \omega t}{2} \right )d\left ( \omega t \right ) \right ]^{\frac{1}{2}}$$

$$=\left [ \frac{I_{m}^{2}}{4 \pi}\left \{ \left ( \omega t \right )-\frac{\sin 2 \omega t}{2} \right \}_{0}^{\pi}\right ]^{\frac{1}{2}}$$

$$=\left [ \frac{I_{m}^{2}}{4 \pi}\left \{ \pi - 0 - \frac{\sin 2 \pi}{2}+ \sin 0 \right \} \right ]^{\frac{1}{2}}$$

$$=\left [ \frac{I_{m}^{2}}{4 \pi} \right ]^{\frac{1}{2}}=\frac{I_m}{2}$$

$$=\frac{V_m}{2\left ( R_f+R_L \right )}$$

RMS voltage across the load is

$$V_{rms}=I_{rms} \times R_L= \frac{V_m \times R_L}{2\left ( R_f+R_L \right )}$$

$$=\frac{V_m}{2\left \{ 1+\left ( R_f/R_L \right ) \right \}}$$

If $R_L>>R_f$, then

$$V_{rms}=\frac{V_m}{2}$$

Rectifier Efficiency

Any circuit needs to be efficient in its working for a better output. To calculate the efficiency of a half wave rectifier, the ratio of the output power to the input power has to be considered.

The rectifier efficiency is defined as

$$\eta =\frac{d.c.power\:\: delivered \:\: to \:\: the \:\: load}{a.c.input \:\: power\:\:from\:\:transformer\:\:secondary}=\frac{P_{ac}}{P_{dc}}$$

Now

$$P_{dc}=\left ( {I_{dc}} \right )^2 \times R_L=\frac{I_m R_L}{\pi^2}$$

Further

$$P_{ac}=P_a+P_r$$

Where

$P_a = power \:dissipated \:at \:the \:junction \:of \:diode$

$$=I_{rms}^{2}\times R_f=\frac{I_{m}^{2}}{4}\times R_f$$

And

$$P_r = power \:dissipated \:in \:the \:load \:resistance$$

$$=I_{rms}^{2}\times R_L=\frac{I_{m}^{2}}{4}\times R_L$$

$$P_{ac}=\frac{I_{m}^{2}}{4}\times R_f+\frac{I_{m}^{2}}{4}\times R_L =\frac{I_{m}^{2}}{4}\left ( R_f+R_L \right )$$

From both the expressions of $P_{ac}$ and $P_{dc}$, we can write

$$\eta =\frac{I_{m}^{2}R_L/\pi^2}{I_{m}^{2}\left ( R_f+R_L \right )/4}=\frac{4}{\pi^2}\frac{R_L}{\left ( R_f+R_L \right )}$$

$$=\frac{4}{\pi^2}\frac{1}{\left \{ 1+\left ( R_f/R_L \right ) \right \}}=\frac{0.406}{\left \{ 1+\left ( R_f/R_L \right ) \right \}}$$

Percentage rectifier efficiency

$$\eta =\frac{40.6}{\lbrace1+\lgroup\: R_{f}/R_{L}\rgroup\rbrace}$$

Theoretically, the maximum value of rectifier efficiency of a half wave rectifier is 40.6% when $R_{f}/R_{L} = 0$

Further, the efficiency may be calculated in the following way

$$\eta =\frac{P_{dc}}{P_{ac}}=\frac{\left (I_{dc} \right )^2R_L}{\left ( I_{rms} \right )^2R_L}=\frac{\left ( V_{dc}/R_L \right )^2R_L}{\left (V_{rms}/R_L \right )^2R_L} =\frac{\left ( V_{dc} \right )^2}{\left ( V_{rms} \right )^2}$$

$$=\frac{\left ( V_m/ \pi \right )^2}{\left ( V_m/2 \right )^2}=\frac{4}{\pi^2}=0.406$$

$$=40.6\%$$

Ripple Factor

The rectified output contains some amount of AC component present in it, in the form of ripples. This is understood by observing the output waveform of the half wave rectifier. To get a pure dc, we need to have an idea on this component.

The ripple factor gives the waviness of the rectified output. It is denoted by y. This can be defined as the ratio of the effective value of ac component of voltage or current to the direct value or average value.

$$\gamma =\frac{ripple \: voltage}{d.c \:voltage} =\frac{rms\:value\:of\: a.c.component}{d.c.value\:of\:wave}=\frac{\left ( V_r \right )_{rms}}{v_{dc}}$$

Here,

$$\left ( V_r \right )_{rms}=\sqrt{V_{rms}^{2}-V_{dc}^{2}}$$

Therefore,

$$\gamma =\frac{\sqrt{V_{rms}^{2}-V_{dc}^{2}}}{V_{dc}}=\sqrt{\left (\frac{V_{rms}}{V_{dc}} \right )^2-1}$$

Now,

$$V_{rms}=\left [ \frac{1}{2\pi}\int_{0}^{2\pi} V_{m}^{2} \sin^2\omega t\:d\left ( \omega t \right ) \right ]^{\frac{1}{2}}$$

$$=V_m\left [ \frac{1}{4\pi} \int_{0}^{\pi}\left ( 1- \cos2 \:\omega t \right )d\left ( \omega t \right )\right ]^{\frac{1}{2}}=\frac{V_m}{2}$$

$$V_{dc}=V_{av}=\frac{1}{2\pi}\left [ \int_{0}^{\pi}V_m \sin \omega t \:d\left ( \omega t \right )+\int_{0}^{2\pi} 0.d\left ( \omega t \right )\right ]$$

$$=\frac{V_m}{2 \pi}\left [ -\cos \omega t \right ]_{0}^{\pi}=\frac{V_m}{\pi}$$

$$\gamma =\sqrt{\left [ \left \{ \frac{\left ( V_m/2 \right )}{\left ( V_m/\pi \right )} \right \}^2-1 \right ]}=\sqrt{\left \{ \left ( \frac{\pi}{2} \right )^2-1 \right \}}=1.21$$

The ripple factor is also defined as

$$\gamma =\frac{\left ( I_r \right )_{rms}}{I_{dc}}$$

As the value of ripple factor present in a half wave rectifier is 1.21, it means that the amount of a.c. present in the output is $121\%$ of the d.c. voltage

Regulation

The current through the load may vary depending upon the load resistance. But even at such condition, we expect our output voltage which is taken across that load resistor, to be constant. So, our voltage needs to be regulated even under different load conditions.

The variation of D.C. output voltage with change in D.C. load current is defined as the Regulation. The percentage regulation is calculated as follows.

$$Percentage\:regulation=\frac{V_{no \:load}-V_{full\:load}}{V_{full\:load}} \times 100\%$$

The lower the percentage regulation, the better would be the power supply. An ideal power supply will have a zero percentage regulation.

Transformer Utilization Factor

The D.C. power to be delivered to the load, in a rectifier circuit decides the rating of the transformer used in a circuit.

So, the transformer utilization factor is defined as

$$TUF=\frac{d.c.power\:to\:be\:delivered\:to\:the\:load}{a.c.rating\:of\:the\:transformer\:secondary}$$

$$=\frac{P_{d.c}}{P_{a.c\left ( rated \right )}}$$

According to the theory of transformer, the rated voltage of the secondary will be

$$V_m/\sqrt{2}$$

The actual R.M.S. voltage flowing through it will be

$$I_m/2$$

Therefore

$$TUF=\frac{\left ( I_m/\pi \right )^2\times R_L}{\left ( V_m/\sqrt{2} \right )\times\left ( I_m/2 \right )}$$

But

$$V_m=I_m\left ( R_f+R_L \right )$$

Therefore

$$TUF=\frac{\left ( I_m/\pi \right )^2\times R_L}{\left \{ I_m\left ( R_f+R_L \right )/\sqrt{2} \right \}\times \left ( I_m/2 \right )}$$

$$=\frac{2\sqrt{2}}{\pi^2}\times \frac{R_L}{\left ( R_f+R_L \right )}$$

$$=\frac{2\sqrt{2}}{\pi^2} = 0.287$$

Peak Inverse Voltage

A diode when connected in reverse bias, should be operated under a controlled level of voltage. If that safe voltage is exceeded, the diode gets damaged. Hence it is very important to know about that maximum voltage.

The maximum inverse voltage that the diode can withstand without being destroyed is called as Peak Inverse Voltage. In short, PIV.

Here the PIV is nothing but Vm

Form Factor

This can be understood as the mathematical mean of absolute values of all points on the waveform. The form factor is defined as the ratio of R.M.S. value to the average value. It is denoted by F.

$$F=\frac{rms\:value}{average\:value}=\frac{I_m/2}{I_m/\pi}=\frac{0.5I_m}{0.318I_m}=1.57$$

Peak Factor

The value of peak in the ripple has to be considered to know how effective the rectification is. The value of peak factor is also an important consideration. Peak factor is defined as the ratio of peak value to the R.M.S. value.

Therefore

$$Peak Factor=\frac{Peak\:value}{r.m.s\:value}=\frac{V_m}{V_m/2}=2$$

All these are the important parameters to be considered while studying about a rectifier.

A Rectifier circuit that rectifies both the positive and negative half cycles can be termed as a full wave rectifier as it rectifies the complete cycle. The construction of a full wave rectifier can be made in two types. They are

Center-tapped Full wave rectifier
Bridge full wave rectifier

Both of them have their advantages and disadvantages. Let us now go through both of their construction and working along with their waveforms to know which one is better and why.

Center-tapped Full-Wave Rectifier

A rectifier circuit whose transformer secondary is tapped to get the desired output voltage, using two diodes alternatively, to rectify the complete cycle is called as a Center-tapped Full wave rectifier circuit. The transformer is center tapped here unlike the other cases.

The features of a center-tapping transformer are −

The tapping is done by drawing a lead at the mid-point on the secondary winding. This winding is split into two equal halves by doing so.
The voltage at the tapped mid-point is zero. This forms a neutral point.
The center tapping provides two separate output voltages which are equal in magnitude but opposite in polarity to each other.
A number of tapings can be drawn out to obtain different levels of voltages.

The center-tapped transformer with two rectifier diodes is used in the construction of a Center-tapped full wave rectifier. The circuit diagram of a center tapped full wave rectifier is as shown below.

Working of a CT- FWR

The working of a center-tapped full wave rectifier can be understood by the above figure. When the positive half cycle of the input voltage is applied, the point M at the transformer secondary becomes positive with respect to the point N. This makes the diode $D_1$forward biased. Hence current $i_1$ flows through the load resistor from A to B. We now have the positive half cycles in the output

When the negative half cycle of the input voltage is applied, the point M at the transformer secondary becomes negative with respect to the point N. This makes the diode $D_2$ forward biased. Hence current $i_2$ flows through the load resistor from A to B. We now have the positive half cycles in the output, even during the negative half cycles of the input.

Waveforms of CT FWR

The input and output waveforms of the center-tapped full wave rectifier are as follows.

From the above figure it is evident that the output is obtained for both the positive and negative half cycles. It is also observed that the output across the load resistor is in the same direction for both the half cycles.

Peak Inverse Voltage

As the maximum voltage across half secondary winding is $V_m$, the whole of the secondary voltage appears across the non-conducting diode. Hence the peak inverse voltage is twice the maximum voltage across the half-secondary winding, i.e.

$$PIV=2V_m$$

Disadvantages

There are few disadvantages for a center-tapped full wave rectifier such as −

Location of center-tapping is difficult
The dc output voltage is small
PIV of the diodes should be high

The next kind of full wave rectifier circuit is the Bridge Full wave rectifier circuit.

Bridge Full-Wave Rectifier

This is such a full wave rectifier circuit which utilizes four diodes connected in bridge form so as not only to produce the output during the full cycle of input, but also to eliminate the disadvantages of the center-tapped full wave rectifier circuit.

There is no need of any center-tapping of the transformer in this circuit. Four diodes called $D_1$, $D_2$, $D_3$ and $D_4$ are used in constructing a bridge type network so that two of the diodes conduct for one half cycle and two conduct for the other half cycle of the input supply. The circuit of a bridge full wave rectifier is as shown in the following figure.

Working of a Bridge Full-Wave Rectifier

The full wave rectifier with four diodes connected in bridge circuit is employed to get a better full wave output response. When the positive half cycle of the input supply is given, point P becomes positive with respect to the point Q. This makes the diode $D_1$ and $D_3$ forward biased while $D_2$ and $D_4$ reverse biased. These two diodes will now be in series with the load resistor.

The following figure indicates this along with the conventional current flow in the circuit.

Hence the diodes $D_1$ and $D_3$ conduct during the positive half cycle of the input supply to produce the output along the load resistor. As two diodes work in order to produce the output, the voltage will be twice the output voltage of the center tapped full wave rectifier.

When the negative half cycle of the input supply is given, point P becomes negative with respect to the point Q. This makes the diode $D_1$ and $D_3$ reverse biased while $D_2$ and $D_4$ forward biased. These two diodes will now be in series with the load resistor.

The following figure indicates this along with the conventional current flow in the circuit.

Hence the diodes $D_{2}$ and $D_{4}$ conduct during the negative half cycle of the input supply to produce the output along the load resistor. Here also two diodes work to produce the output voltage. The current flows in the same direction as during the positive half cycle of the input.

Waveforms of Bridge FWR

The input and output waveforms of the center-tapped full wave rectifier are as follows.

From the above figure, it is evident that the output is obtained for both the positive and negative half cycles. It is also observed that the output across the load resistor is in the same direction for both the half cycles.

Peak Inverse Voltage

Whenever two of the diodes are being in parallel to the secondary of the transformer, the maximum secondary voltage across the transformer appears at the non-conducting diodes which makes the PIV of the rectifier circuit. Hence the peak inverse voltage is the maximum voltage across the secondary winding, i.e.

$$PIV=V_m$$

Vorteile

Es gibt viele Vorteile für einen Brücken-Vollweggleichrichter, wie z.

Keine Notwendigkeit, in die Mitte zu tippen.
Die Gleichstromausgangsspannung ist doppelt so hoch wie die des Center-Tapper-FWR.
Der PIV der Dioden hat den halben Wert des Center-Tapper-FWR.
Das Design der Schaltung ist bei besserer Ausgabe einfacher.

Lassen Sie uns nun die Eigenschaften eines Vollweggleichrichters analysieren.

Analyse des Vollweggleichrichters

Um eine Vollweggleichrichterschaltung zu analysieren, nehmen wir die Eingangsspannung an $V_{i}$ wie,

$$V_{i}=V_m \sin \omega t$$

Die jetzige $i_1$ durch den Lastwiderstand $R_L$ ist gegeben durch

$$i_1=I_m \sin \omega t \quad for \quad0 \leq \omega t \leq \pi$$

$$i_1=\quad0 \quad\quad\quad for \quad \pi \leq \omega t \leq 2\pi$$

$$I_m=\frac{V_m}{R_f+R_L}$$

$R_f$ Dies ist der Diodenwiderstand im eingeschalteten Zustand.

Ebenso der Strom $i_2$ durch Diode fließen $D_2$ und der Lastwiderstand RL ist gegeben durch:

$$i_2=\quad\:0 \quad\quad\quad for \quad 0 \leq \omega t \leq \pi$$

$$i_2=I_m \sin \omega t \quad for \quad\pi \leq \omega t \leq 2\pi$$

Der Gesamtstrom fließt durch $R_L$ ist die Summe der beiden Ströme $i_1$ und $i_2$ dh

$$i=i_1+i_2$$

Gleichstrom oder Durchschnittsstrom

Der Durchschnittswert des Ausgangsstroms, den ein Gleichstrom-Amperemeter anzeigt, ist gegeben durch

$$I_{dc}=\frac{1}{2\pi} \int_{0}^{2\pi} i_1 \:d\left ( \omega t \right )+\frac{1}{2\pi}\int_{0}^{2\pi}i_2 \:d\left ( \omega t \right )$$

$$=\frac{1}{2\pi\int_{0}^{\pi}}I_m \sin \omega t \:d\left ( \omega t \right )+0+0+$$

$$\frac{1}{2\pi} \int_{0}^{2\pi}I_m \sin \omega t\:d\left ( \omega t \right ) $$

$$=\frac{I_m}{\pi}+ \frac{I_m}{\pi} =\frac{2I_m}{\pi}=0.636I_m$$

Dies ist doppelt so viel wie ein Halbwellengleichrichter.

DC-Ausgangsspannung

Die Gleichstromausgangsspannung über der Last ist gegeben durch

$$V_{dc}=I_{dc}\times R_L = \frac{2I_mR_L}{\pi}=0.636I_mR_L$$

Somit ist die Ausgangsgleichspannung doppelt so hoch wie die eines Halbwellengleichrichters.

Effektivstrom

Der Effektivwert des Stroms ist gegeben durch

$$I_{rms}=\left [ \frac{1}{\pi}\int_{0}^{\pi} t^2 \:d\left ( \omega t \right )\right ]^{\frac{1}{2}}$$

Da der Strom in beiden Hälften die gleiche Form hat

$$=\left [ \frac{I_{m}^{2}}{\pi} \int_{0}^{\pi }\sin^2 \omega t\:d\left ( \omega t \right )\right ]^{\frac{1}{2}}$$

$$=\frac{I_m}{\sqrt{2}}$$

Gleichrichtereffizienz

Der Gleichrichterwirkungsgrad ist definiert als

$$\eta=\frac{P_{dc}}{P_{ac}}$$

Jetzt,

$$P_{dc}=\left (V_{dc} \right )^2/R_L=\left ( 2V_m/\pi \right )^2$$

Und,

$$P_{ac}=\left (V_{rms} \right )^2/R_L=\left (V_m/\sqrt{2} \right )^2$$

Deshalb,

$$\eta =\frac{P_{dc}}{P_{ac}}=\frac{\left (2V_m/\pi \right )^2}{\left ( V_m/\sqrt{2} \right )^2}=\frac{8}{\pi^2}$$

$$=0.812=81.2\%$$

Der Gleichrichterwirkungsgrad kann wie folgt berechnet werden:

Die Gleichstromausgangsleistung,

$$P_{dc}=I_{dc}^{2}R_L=\frac{4I_{m}^{2}}{\pi^2}\times R_L$$

Die Wechselstrom-Eingangsleistung,

$$P_{ac}=I_{rms}^{2}\left (R_f+R_L \right )=\frac{I_{m}^{2}}{2}\left ( R_f+R_L \right )$$

Deshalb,

$$\eta=\frac{4I_{m}^{2}R_L/\pi^2}{I_{m}^{2}\left ( R_f+R_L \right )/2}=\frac{8}{\pi^2}\frac{R_L}{\left ( R_f+R_L \right )}$$

$$=\frac{0.812}{\left \{ 1+\left ( R_f/R_L \right ) \right \}}$$

Daher ist die prozentuale Effizienz

$$=\frac{0.812}{ 1+\left ( R_f+R_L \right )}$$

$$=81.2\% \quad if\: R_f=0$$

Somit hat ein Vollweggleichrichter einen doppelten Wirkungsgrad als ein Halbwellengleichrichter.

Welligkeitsfaktor

Der Formfaktor der gleichgerichteten Ausgangsspannung eines Vollweggleichrichters ist gegeben durch

$$F=\frac{I_{rms}}{I_{dc}}=\frac{I_m/\sqrt{2}}{2I_m/\pi}=1.11$$

Der Welligkeitsfaktor $\gamma$ ist definiert als (unter Verwendung der Wechselstromkreistheorie)

$$\gamma =\left [ \left ( \frac{I_{rms}}{I_{dc}} \right )-1 \right ]^{\frac{1}{2}}=\left ( F^2 -1\right )^{\frac{1}{2}}$$

$$=\left [ \left ( 1.11 \right )^2 -1\right ]^\frac{1}{2}=0.48$$

Dies ist eine große Verbesserung gegenüber dem Welligkeitsfaktor des Halbwellengleichrichters von 1,21

Verordnung

Die Gleichstromausgangsspannung ist gegeben durch

$$V_{dc}=\frac{2I_mR_L}{\pi}=\frac{2V_mR_L}{\pi\left ( R_f+R_L \right )}$$

$$=\frac{2V_m}{\pi}\left [ 1-\frac{R_f}{R_f+R_L} \right ]=\frac{2V_m}{\pi}-I_{dc}R_f$$

Transformator-Nutzungsfaktor

Die TUF eines Halbwellengleichrichters beträgt 0,287

Es gibt zwei Sekundärwicklungen in einem Gleichrichter mit Mittenabgriff, und daher ist die TUF des Vollwellengleichrichters mit Mittelabgriff gleich

$$\left ( TUF \right )_{avg}=\frac{P_{dc}}{V-A\:rating\:of\:a\:transformer}$$

$$=\frac{\left ( TUF \right )_p+\left ( TUF \right )_s+\left ( TUF \right )_s}{3}$$

$$=\frac{0.812+0.287+0.287}{3}=0.693$$

Halbwellen- oder Vollwellengleichrichter

Nachdem wir alle Werte der verschiedenen Parameter des Vollweggleichrichters durchlaufen haben, versuchen wir einfach, die Merkmale von Halbwellen- und Vollwellengleichrichtern zu vergleichen und gegenüberzustellen.

Bedingungen	Halbwellengleichrichter	Center Tapped FWR	Brücke FWR
Anzahl der Dioden	$1$	$2$	$4$
Transformatorabgriff	$No$	$Yes$	$No$
Inverse Spitzenspannung	$V_m$	$2V_m$	$V_m$
Maximale Effizienz	$40.6\%$	$81.2\%$	$81.2\%$
Durchschnitt / Gleichstrom	$I_m/\pi$	$2I_m/\pi$	$2I_m/\pi$
Gleichspannung	$V_m/\pi$	$2V_m/\pi$	$2V_m/\pi$
Effektivstrom	$I_m/2$	$I_m/\sqrt{2}$	$I_m/\sqrt{2}$
Welligkeitsfaktor	$1.21$	$0.48$	$0.48$
Ausgangsfrequenz	$f_{in}$	$2f_{in}$	$2f_{in}$

Das Blockschaltbild der Stromversorgung erklärt deutlich, dass nach der Gleichrichterschaltung eine Filterschaltung benötigt wird. Ein Gleichrichter hilft bei der Umwandlung eines pulsierenden Wechselstroms in Gleichstrom, der nur in eine Richtung fließt. Bis jetzt haben wir verschiedene Arten von Gleichrichterschaltungen gesehen.

Die Ausgänge all dieser Gleichrichterschaltungen enthalten einen gewissen Welligkeitsfaktor. Wir haben auch beobachtet, dass der Welligkeitsfaktor eines Halbwellengleichrichters größer ist als der eines Vollwellengleichrichters.

Warum brauchen wir Filter?

Die Welligkeit im Signal zeigt das Vorhandensein einer Wechselstromkomponente an. Diese Wechselstromkomponente muss vollständig entfernt werden, um eine reine Gleichstromleistung zu erhalten. Wir brauchen also eine Schaltung, diesmoothens der gleichgerichtete Ausgang in ein reines Gleichstromsignal.

EIN filter circuit ist eine, die die im gleichgerichteten Ausgang vorhandene Wechselstromkomponente entfernt und es der Gleichstromkomponente ermöglicht, die Last zu erreichen.

Die folgende Abbildung zeigt die Funktionalität einer Filterschaltung.

Eine Filterschaltung besteht aus zwei Hauptkomponenten, Induktor und Kondensator. Wir haben dies bereits im Basic Electronics Tutorial studiert

Ein Induktor erlaubt dc und Blöcke ac.
Ein Kondensator erlaubt ac und Blöcke dc.

Versuchen wir, mit diesen beiden Komponenten einige Filter zu konstruieren.

Induktivitätsfilter der Serie

Da ein Induktor Gleichstrom zulässt und Wechselstrom blockiert, wird ein Filter genannt Series Inductor Filterkann durch Reihenschaltung des Induktors zwischen Gleichrichter und Last aufgebaut werden. Die folgende Abbildung zeigt die Schaltung eines Serieninduktivitätsfilters.

Wenn der gleichgerichtete Ausgang durch dieses Filter geleitet wird, blockiert der Induktor die im Signal vorhandenen Wechselstromkomponenten, um einen reinen Gleichstrom bereitzustellen. Dies ist ein einfacher Primärfilter.

Shunt-Kondensatorfilter

Da ein Kondensator Wechselstrom durchlässt und Gleichstrom blockiert, wird ein Filter genannt Shunt Capacitor Filter kann unter Verwendung eines Kondensators konstruiert werden, der im Nebenschluss angeschlossen ist, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Wenn der gleichgerichtete Ausgang durch dieses Filter geleitet wird, werden die im Signal vorhandenen Wechselstromkomponenten über den Kondensator geerdet, der Wechselstromkomponenten ermöglicht. Die verbleibenden im Signal vorhandenen Gleichstromkomponenten werden am Ausgang gesammelt.

Die oben diskutierten Filtertypen werden unter Verwendung einer Induktivität oder eines Kondensators konstruiert. Versuchen wir nun, beide zu verwenden, um einen besseren Filter zu erstellen. Dies sind kombinatorische Filter.

LC-Filter

Eine Filterschaltung kann sowohl unter Verwendung eines Induktors als auch eines Kondensators aufgebaut werden, um eine bessere Ausgabe zu erhalten, bei der die Wirkungsgrade sowohl des Induktors als auch des Kondensators verwendet werden können. Die folgende Abbildung zeigt den Schaltplan eines LC-Filters.

Der gleichgerichtete Ausgang, wenn er dieser Schaltung zugeführt wird, lässt die Induktivität Gleichstromkomponenten durch, wodurch die Wechselstromkomponenten im Signal blockiert werden. Aus diesem Signal werden nun, falls vorhanden, nur wenige weitere Wechselstromkomponenten geerdet, so dass wir einen reinen Gleichstromausgang erhalten.

Dieser Filter wird auch als bezeichnet Choke Input Filterwenn das Eingangssignal zuerst in die Induktivität eintritt. Die Ausgabe dieses Filters ist besser als die vorherigen.

Π- Filter (Pi-Filter)

Dies ist eine andere Art von Filterschaltung, die sehr häufig verwendet wird. Es hat einen Kondensator an seinem Eingang und wird daher auch als bezeichnetCapacitor Input Filter. Hier sind zwei Kondensatoren und ein Induktor in Form eines π-förmigen Netzwerks verbunden. Ein Kondensator parallel, dann ein Induktor in Reihe, gefolgt von einem anderen Kondensator parallel, bildet diese Schaltung.

Bei Bedarf können je nach Anforderung auch mehrere identische Abschnitte hinzugefügt werden. Die folgende Abbildung zeigt eine Schaltung für$\pi$ Filter (Pi-filter).

Arbeitsweise eines Pi-Filters

In dieser Schaltung haben wir einen Kondensator parallel, dann einen Induktor in Reihe, gefolgt von einem weiteren Kondensator parallel.

Capacitor C₁- Dieser Filterkondensator bietet eine hohe Reaktanz gegenüber Gleichstrom und eine niedrige Reaktanz gegenüber Wechselstromsignalen. Nach dem Erden der im Signal vorhandenen Wechselstromkomponenten wird das Signal zur weiteren Filtration an den Induktor weitergeleitet.
Inductor L- Dieser Induktor bietet eine geringe Reaktanz gegenüber Gleichstromkomponenten, während die Wechselstromkomponenten, falls vorhanden, durch den Kondensator C ₁ blockiert werden .
Capacitor C₂ - Jetzt wird das Signal mit diesem Kondensator weiter geglättet, so dass alle im Signal vorhandenen Wechselstromkomponenten, die der Induktor nicht blockieren konnte, zugelassen werden.

Somit erhalten wir den gewünschten reinen Gleichstromausgang an der Last.

Die nächste und letzte Stufe vor dem Laden in einem Stromversorgungssystem ist der Reglerteil. Versuchen wir nun zu verstehen, was ein Regler ist und was er tut.

Der Teil der Elektronik, der sich mit der Steuerung und Umwandlung elektrischer Energie befasst, kann als bezeichnet werden Power Electronics. Ein Regler ist ein wichtiges Gerät für die Leistungselektronik, da er die Leistungsabgabe steuert.

Benötigen Sie einen Regler

Damit ein Netzteil unabhängig von den Eingangsspannungsschwankungen oder den Laststromschwankungen eine konstante Ausgangsspannung erzeugt, ist ein Spannungsregler erforderlich.

EIN voltage regulatorist eine solche Vorrichtung, die eine konstante Ausgangsspannung aufrechterhält, anstatt irgendwelche Schwankungen der angelegten Eingangsspannung oder Stromschwankungen, die von der Last gezogen werden. Das folgende Bild gibt eine Vorstellung davon, wie ein praktischer Regler aussieht.

Arten von Regulierungsbehörden

Die Regulierungsbehörden können je nach Arbeitsweise und Art der Verbindung in verschiedene Kategorien eingeteilt werden.

Depending upon the type of regulationDie Regler sind hauptsächlich in zwei Typen unterteilt, nämlich Leitungs- und Lastregler.

Line Regulator - Der Regler, der die Ausgangsspannung so regelt, dass sie trotz Schwankungen der Eingangsleitung konstant ist, wird als bezeichnet Line regulator.
Load Regulator - Der Regler, der die Ausgangsspannung so regelt, dass er trotz der Lastschwankungen am Ausgang konstant ist, wird als bezeichnet Load regulator.

Depending upon the type of connectionEs gibt zwei Arten von Spannungsreglern. Sie sind

Serienspannungsregler
Shunt-Spannungsregler

Die Anordnung in einer Schaltung ist genauso wie in den folgenden Figuren.

Schauen wir uns andere wichtige Reglertypen an.

Zenerspannungsregler

Ein Zener-Spannungsregler verwendet die Zener-Diode zur Regelung der Ausgangsspannung. Wir haben die Details zur Zenerdiode bereits im BASIC ELECTRONICS-Tutorial besprochen.

Wenn die Zenerdiode im Durchbruch betrieben wird oder Zener regionist die Spannung darüber im wesentlichen constant Für ein large change of currentdurch. Diese Eigenschaft macht die Zenerdiode agood voltage regulator.

Die folgende Abbildung zeigt ein Bild eines einfachen Zener-Reglers.

Die angelegte Eingangsspannung $V_i$ wenn über die Zenerspannung hinaus erhöht $V_z$Dann arbeitet die Zenerdiode im Durchbruchbereich und hält die Spannung über der Last konstant. Der Serienbegrenzungswiderstand$R_s$ begrenzt den Eingangsstrom.

Funktionsweise des Zenerspannungsreglers

Die Zenerdiode hält die Spannung über ihr trotz Lastschwankungen und Eingangsspannungsschwankungen konstant. Daher können wir 4 Fälle betrachten, um die Funktionsweise eines Zenerspannungsreglers zu verstehen.

Case 1 - Wenn der Laststrom $I_L$ erhöht sich dann der Strom durch die Zenerdiode $I_Z$ nimmt ab, um den Strom durch den Vorwiderstand aufrechtzuerhalten $R_S$Konstante. Die Ausgangsspannung Vo hängt von der Eingangsspannung Vi und der Spannung am Vorwiderstand ab$R_S$.

Dies kann geschrieben werden als

$$V_o=V_{in}-IR_{s}$$

Wo $I$ist konstant. Deshalb,$V_o$ bleibt auch konstant.

Case 2 - Wenn der Laststrom $I_L$ nimmt ab, dann fließt der Strom durch die Zenerdiode $I_Z$ steigt mit dem Strom $I_S$durch RS Serienwiderstand bleibt konstant. Obwohl die Strömung$I_Z$ Durch die Erhöhung der Zenerdiode bleibt die Ausgangsspannung konstant $V_Z$, die die Lastspannung konstant hält.

Case 3 - Wenn die Eingangsspannung $V_i$ erhöht sich dann der Strom $I_S$durch den Vorwiderstand steigt RS an. Dies erhöht den Spannungsabfall über dem Widerstand, d.h.$V_S$erhöht sich. Obwohl der Strom durch die Zenerdiode$I_Z$ erhöht sich damit die Spannung an der Zenerdiode $V_Z$ bleibt konstant und hält die Ausgangslastspannung konstant.

Case 4 - Wenn die Eingangsspannung abnimmt, nimmt der Strom durch den Vorwiderstand ab, wodurch der Strom durch die Zenerdiode fließt $I_Z$nimmt ab. Die Zenerdiode hält jedoch die Ausgangsspannung aufgrund ihrer Eigenschaft konstant.

Einschränkungen des Zenerspannungsreglers

Für einen Zenerspannungsregler gibt es einige Einschränkungen. Sie sind -

Es ist weniger effizient für schwere Lastströme.
Die Zenerimpedanz beeinflusst die Ausgangsspannung geringfügig.

Daher wird ein Zenerspannungsregler für Niederspannungsanwendungen als wirksam angesehen. Lassen Sie uns nun die anderen Arten von Spannungsreglern durchgehen, die unter Verwendung von Transistoren hergestellt werden.

Spannungsregler der Transistorserie

Dieser Regler hat einen Transistor in Reihe zum Zener-Regler und beide parallel zur Last. Der Transistor arbeitet als variabler Widerstand, der seine Kollektor-Emitter-Spannung reguliert, um die Ausgangsspannung konstant zu halten. Die folgende Abbildung zeigt den Spannungsregler der Transistorserie.

Mit den Eingangsbetriebsbedingungen ändert sich der Strom durch die Basis des Transistors. Dies wirkt sich auf die Spannung am Basisemitterübergang des Transistors aus$V_{BE}$. Die Ausgangsspannung wird durch die Zenerspannung aufrechterhalten$V_Z$das ist konstant. Da beide gleich gehalten werden, wird jede Änderung der Eingangsversorgung durch die Änderung der Emitter-Basisspannung angezeigt$V_{BE}$.

Daher kann die Ausgangsspannung Vo verstanden werden als

$$V_O=V_Z+V_{BE}$$

Funktionsweise des Spannungsreglers der Transistorserie

Die Funktionsweise eines Serienspannungsreglers ist bei Eingangs- und Lastschwankungen zu berücksichtigen. Wenn die Eingangsspannung erhöht wird, erhöht sich auch die Ausgangsspannung. Dies wiederum macht die Spannung über dem Kollektor-Basisübergang$V_{BE}$ zu verringern, wie die Zenerspannung $V_Z$bleibt konstant. Die Leitung nimmt ab, wenn der Widerstand über den Emitterkollektorbereich zunimmt. Dies erhöht die Spannung am Kollektor-Emitter-Übergang VCE weiter, wodurch die Ausgangsspannung verringert wird$V_O$. Dies ist ähnlich, wenn die Eingangsspannung abnimmt.

Wenn sich die Last ändert, dh wenn der Widerstand der Last abnimmt, erhöht sich der Laststrom $I_L$die Ausgangsspannung $V_O$ nimmt ab und erhöht die Emitter-Basisspannung $V_{BE}$.

Mit der Erhöhung der Emitter-Basisspannung $V_{BE}$Die Leitung nimmt zu und verringert den Emitterkollektorwiderstand. Dies erhöht wiederum den Eingangsstrom, der die Abnahme des Lastwiderstands kompensiert. Dies ist ähnlich, wenn der Laststrom zunimmt.

Einschränkungen des Spannungsreglers der Transistorserie

Spannungsregler der Transistorserie unterliegen den folgenden Einschränkungen:

Die Spannungen $V_{BE}$ und $V_Z$ sind vom Temperaturanstieg betroffen.
Eine gute Regelung für hohe Ströme ist nicht möglich.
Die Verlustleistung ist hoch.
Die Verlustleistung ist hoch.
Weniger effizient.

Um diese Einschränkungen zu minimieren, wird ein Transistor-Shunt-Regler verwendet.

Transistor-Shunt-Spannungsregler

Eine Transistor-Shunt-Reglerschaltung wird gebildet, indem ein Widerstand in Reihe mit dem Eingang und ein Transistor geschaltet werden, dessen Basis und Kollektor durch eine Zenerdiode verbunden sind, die beide parallel zur Last regelt. Die folgende Abbildung zeigt den Schaltplan eines Transistor-Shunt-Reglers.

Funktionsweise des Transistor-Shunt-Spannungsreglers

Wenn die Eingangsspannung ansteigt, wird die $V_{BE}$ und $V_O$wird auch erhöht. Dies geschieht jedoch zunächst. Eigentlich wann$V_{in}$ erhöht sich der Strom $I_{in}$erhöht sich auch. Dieser Strom verursacht beim Durchfließen von RS einen Spannungsabfall$V_S$ über den Vorwiderstand, der auch mit erhöht wird $V_{in}$. Aber das macht$V_o$verringern. Nun ist diese Abnahme in$V_o$kompensiert den anfänglichen Anstieg und hält ihn konstant. Daher$V_o$wird konstant gehalten. Wenn stattdessen die Ausgangsspannung abnimmt, geschieht das Gegenteil.

Wenn der Lastwiderstand abnimmt, sollte die Ausgangsspannung abnehmen $V_o$. Der Strom durch die Last steigt an. Dadurch nehmen der Basisstrom und der Kollektorstrom des Transistors ab. Die Spannung am Vorwiderstand wird niedrig, da der Strom stark fließt. Der Eingangsstrom ist konstant.

Die angezeigte Ausgangsspannung ist die Differenz zwischen der angelegten Spannung $V_i$ und der Serienspannungsabfall $V_s$. Daher wird die Ausgangsspannung erhöht, um die anfängliche Abnahme zu kompensieren, und daher konstant gehalten. Das Gegenteil passiert, wenn der Lastwiderstand zunimmt.

IC-Regler

Spannungsregler sind heutzutage in Form von integrierten Schaltkreisen (ICs) erhältlich. Diese werden kurz als IC-Regulatoren bezeichnet.

Neben der Funktionalität eines normalen Reglers verfügt ein IC-Regler über die im Gerät integrierten Eigenschaften wie Wärmekompensation, Kurzschlussschutz und Überspannungsschutz.

Arten von IC-Reglern

Es gibt folgende Arten von IC-Reglern:

Feste positive Spannungsregler
Feste negative Spannungsregler
Einstellbare Spannungsregler
Dual-Tracking-Spannungsregler

Lassen Sie uns sie jetzt im Detail diskutieren.

Fester positiver Spannungsregler

Der Ausgang dieser Regler ist auf einen bestimmten Wert festgelegt und die Werte sind positiv, was bedeutet, dass die bereitgestellte Ausgangsspannung eine positive Spannung ist.

Die am häufigsten verwendete Serie ist die 7800-Serie, und die ICs sind wie IC 7806, IC 7812 und IC 7815 usw., die + 6 V, + 12 V bzw. + 15 V als Ausgangsspannungen liefern. Die folgende Abbildung zeigt den IC 7810, der angeschlossen ist, um eine feste positiv geregelte Ausgangsspannung von 10 V bereitzustellen.

In der obigen Abbildung ist der Eingangskondensator $C_1$ wird verwendet, um unerwünschte Schwingungen und den Ausgangskondensator zu verhindern $C_2$ wirkt als Linienfilter zur Verbesserung des Einschwingverhaltens.

Fester negativer Spannungsregler

Der Ausgang dieser Regler ist auf einen bestimmten Wert festgelegt und die Werte sind negativ, was bedeutet, dass die bereitgestellte Ausgangsspannung eine negative Spannung ist.

Die am häufigsten verwendete Serie ist die 7900-Serie, und die ICs ähneln IC 7906, IC 7912 und IC 7915 usw., die -6 V, -12 V bzw. -15 V als Ausgangsspannungen liefern. Die folgende Abbildung zeigt den IC 7910, der angeschlossen ist, um eine feste negativ geregelte Ausgangsspannung von 10 V bereitzustellen.

Einstellbare Spannungsregler

Ein einstellbarer Spannungsregler hat drei Klemmen IN, OUT und ADJ. Die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse sind gemeinsam, während der einstellbare Anschluss mit einem variablen Widerstand versehen ist, mit dem der Ausgang zwischen einem weiten Bereich variieren kann.

Die obige Abbildung zeigt eine ungeregelte Stromversorgung, die einen einstellbaren IC-Regler LM 317 antreibt, der üblicherweise verwendet wird. Der LM 317 ist ein positiv einstellbarer Spannungsregler mit drei Anschlüssen und kann über einen einstellbaren Ausgangsbereich von 1,25 V bis 37 V einen Laststrom von 1,5 A liefern.

Dual-Tracking-Spannungsregler

Ein Dual-Tracking-Regler wird verwendet, wenn Split-Versorgungsspannungen benötigt werden. Diese liefern gleiche positive und negative Ausgangsspannungen. Beispielsweise liefert der RC4195-IC Gleichstromausgänge von +15 V und -15 V. Dies erfordert zwei ungeregelte Eingangsspannungen, z. B. kann der positive Eingang von +18 V bis + 30 V und der negative Eingang von -18 V bis -30 V variieren.

Das obige Bild zeigt einen RC4195-IC-Regler mit zwei Nachführungen. Es sind auch die einstellbaren Dual-Tacking-Regler erhältlich, deren Ausgänge zwischen zwei Nenngrenzen variieren.

Die bisher behandelten Themen repräsentieren verschiedene Bereiche des Netzteils. Alle diese Abschnitte zusammen ergeben dieLinear Power Supply. Dies ist das herkömmliche Verfahren zum Erhalten von Gleichstrom aus der Eingangswechselstromversorgung.

Lineare Stromversorgung

Das lineare Netzteil (LPS) ist das geregelte Netzteil, das viel Wärme im Vorwiderstand abführt, um die Ausgangsspannung zu regeln, die eine geringe Welligkeit und ein geringes Rauschen aufweist. Dieses LPS hat viele Anwendungen.

Eine lineare Stromversorgung erfordert größere Halbleiterbauelemente zur Regulierung der Ausgangsspannung und erzeugt mehr Wärme, was zu einer geringeren Energieeffizienz führt. Lineare Netzteile haben transiente Reaktionszeiten, die bis zu 100-mal schneller sind als die anderen, was in bestimmten Fachgebieten sehr wichtig ist.

Vorteile von LPS

Die Stromversorgung ist kontinuierlich.
Die Schaltung ist einfach.
Dies sind zuverlässige Systeme.
Dieses System reagiert dynamisch auf Laständerungen.
Die Schaltungswiderstände werden geändert, um die Ausgangsspannung zu regeln.
Da die Komponenten im linearen Bereich arbeiten, ist das Rauschen gering.
Die Welligkeit der Ausgangsspannung ist sehr gering.

Nachteile von LPS

Die verwendeten Transformatoren sind schwerer und groß.
Die Wärmeableitung ist mehr.
Der Wirkungsgrad der linearen Stromversorgung beträgt 40 bis 50%
In LPS-Stromkreisen wird Energie in Form von Wärme verschwendet.
Es wird eine einzelne Ausgangsspannung erhalten.

Wir haben bereits verschiedene Teile eines linearen Netzteils durchlaufen. Das Blockschaltbild eines linearen Netzteils ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Trotz der oben genannten Nachteile werden lineare Stromversorgungen häufig in rauscharmen Verstärkern, Testgeräten und Steuerschaltungen verwendet. Darüber hinaus werden sie auch bei der Datenerfassung und Signalverarbeitung eingesetzt.

Alle Stromversorgungssysteme, die eine einfache Regelung erfordern und bei denen die Effizienz keine Rolle spielt, werden die LPS-Schaltungen verwendet. Da das elektrische Rauschen geringer ist, wird das LPS zur Stromversorgung empfindlicher analoger Schaltungen verwendet. Um die Nachteile des linearen Stromversorgungssystems zu überwinden, wird das Schaltnetzteil (SMPS) verwendet.

Schaltnetzteil (SMPS)

Die Nachteile von LPS wie ein geringerer Wirkungsgrad, die Notwendigkeit eines großen Kondensatorwerts zur Reduzierung von Welligkeiten und schwerer und kostspieliger Transformatoren usw. werden durch die Implementierung von überwunden Switched Mode Power Supplies.

Die Arbeitsweise von SMPS wird einfach dadurch verstanden, dass man weiß, dass der in LPS verwendete Transistor zur Steuerung des Spannungsabfalls verwendet wird, während der in SMPS verwendete Transistor als controlled switch.

Arbeiten

Die Funktionsweise von SMPS kann anhand der folgenden Abbildung verstanden werden.

Versuchen wir zu verstehen, was in jeder Phase der SMPS-Schaltung passiert.

Eingangsstufe

Das AC-Eingangsversorgungssignal 50 Hz wird ohne Verwendung eines Transformators direkt an die Gleichrichter- und Filterschaltungskombination abgegeben. Dieser Ausgang weist viele Variationen auf und der Kapazitätswert des Kondensators sollte höher sein, um die Eingangsschwankungen zu bewältigen. Dieser ungeregelte Gleichstrom wird dem zentralen Schaltabschnitt von SMPS zugeführt.

Schaltbereich

In diesem Abschnitt wird eine schnell schaltende Vorrichtung wie ein Leistungstransistor oder ein MOSFET verwendet, der entsprechend den Variationen ein- und ausschaltet, und dieser Ausgang wird an die Primärwicklung des in diesem Abschnitt vorhandenen Transformators gegeben. Die hier verwendeten Transformatoren sind viel kleiner und leichter als die für die 60-Hz-Versorgung verwendeten. Diese sind sehr effizient und daher ist das Leistungsumwandlungsverhältnis höher.

Ausgangsstufe

Das Ausgangssignal vom Schaltabschnitt wird erneut gleichgerichtet und gefiltert, um die erforderliche Gleichspannung zu erhalten. Dies ist eine geregelte Ausgangsspannung, die dann an die Steuerschaltung abgegeben wird, die eine Rückkopplungsschaltung ist. Die endgültige Ausgabe wird nach Berücksichtigung des Rückkopplungssignals erhalten.

Steuergerät

Diese Einheit ist die Rückkopplungsschaltung, die viele Abschnitte hat. Lassen Sie uns dies anhand der folgenden Abbildung klar verstehen.

Die obige Abbildung erklärt die inneren Teile einer Steuereinheit. Der Ausgangssensor erfasst das Signal und verbindet es mit der Steuereinheit. Das Signal ist vom anderen Abschnitt isoliert, so dass plötzliche Spitzen die Schaltung nicht beeinträchtigen dürfen. Eine Referenzspannung wird als ein Eingang zusammen mit dem Signal an den Fehlerverstärker gegeben, der ein Komparator ist, der das Signal mit dem erforderlichen Signalpegel vergleicht.

Durch Steuern der Zerhackungsfrequenz wird der endgültige Spannungspegel aufrechterhalten. Dies wird durch Vergleichen der Eingänge gesteuert, die dem Fehlerverstärker gegeben werden, dessen Ausgang hilft, zu entscheiden, ob die Zerhackungsfrequenz erhöht oder verringert werden soll. Der PWM-Oszillator erzeugt eine feste Standardfrequenz für PWM-Wellen.

In der folgenden Abbildung können wir uns ein besseres Bild über die vollständige Funktionsweise von SMPS machen.

Das SMPS wird meistens dort eingesetzt, wo das Schalten von Spannungen überhaupt kein Problem darstellt und wo die Effizienz des Systems wirklich wichtig ist. In Bezug auf SMPS sind nur wenige Punkte zu beachten. Sie sind

Die SMPS-Schaltung wird durch Schalten betrieben und daher variieren die Spannungen kontinuierlich.
Das Schaltgerät wird im Sättigungs- oder Abschaltmodus betrieben.
Die Ausgangsspannung wird durch die Schaltzeit der Rückkopplungsschaltung gesteuert.
Die Schaltzeit wird durch Einstellen des Arbeitszyklus eingestellt.
Der Wirkungsgrad von SMPS ist hoch, da es, anstatt überschüssige Energie als Wärme abzuleiten, seinen Eingang kontinuierlich umschaltet, um den Ausgang zu steuern.

Nachteile

Es gibt nur wenige Nachteile bei SMPS, wie z

Das Rauschen ist aufgrund der Hochfrequenzumschaltung vorhanden.
Die Schaltung ist komplex.
Es erzeugt elektromagnetische Störungen.

Vorteile

Die Vorteile von SMPS umfassen:

Der Wirkungsgrad liegt bei 80 bis 90%
Weniger Wärmeerzeugung; weniger Stromverschwendung.
Reduzierte harmonische Rückkopplung in das Versorgungsnetz.
Das Gerät ist kompakt und klein.
Die Herstellungskosten werden reduziert.
Vorkehrung zur Bereitstellung der erforderlichen Anzahl von Spannungen.

Anwendungen

Es gibt viele Anwendungen von SMPS. Sie werden in der Hauptplatine von Computern, Ladegeräten für Mobiltelefone, HGÜ-Messungen, Batterieladegeräten, zentraler Stromverteilung, Kraftfahrzeugen, Unterhaltungselektronik, Laptops, Sicherheitssystemen, Raumstationen usw. verwendet.

Arten von SMPS

SMPS ist die Schaltnetzteilschaltung, mit der die geregelte DC-Ausgangsspannung aus einer nicht geregelten DC- oder AC-Spannung ermittelt werden kann. Es gibt vier Haupttypen von SMPS wie z

DC / DC-Wandler
AC / DC-Wandler
Konverter zurückfliegen
Vorwärtswandler

Der AC / DC-Wandlungsteil im Eingangsbereich macht den Unterschied zwischen AC / DC-Wandler und DC / DC-Wandler. Der Flyback-Konverter wird für Anwendungen mit geringem Stromverbrauch verwendet. Es gibt auch Buck-Wandler und Aufwärtswandler in den SMPS-Typen, die die Ausgangsspannung je nach Anforderungen verringern oder erhöhen. Die andere Art von SMPS umfasst selbstoszillierende Rücklaufwandler, Buck-Boost-Wandler, Cuk, Sepic usw.

Elektronische Schaltungen - Kurzanleitung

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Frequenzgang

Der RLC-Filter

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Frequenzgang

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Frequenzgang

Tiefpassfilter als Integrator

Frequenzgang

Ausgangswellenform

Hochpassfilter als Unterscheidungsmerkmal

Frequenzgang

Ausgangswellenform

Clipper-Schaltungen

Positive Serie Clipper

Wellenformen

Positiver Serienclipper mit positivem $V_{r}$

Positiver Serienclipper mit negativem $V_{r}$

Positiver Shunt Clipper

Wellenformen

Positiver Shunt Clipper mit positivem $V_{r}$

Positiver Shunt Clipper mit negativem $V_{r}$

Negative Serie Clipper

Wellenformen

Negative Series Clipper mit positivem $V_{r}$

Negative Serie Clipper mit Negativ $V_{r}$

Negativer Shunt Clipper

Wellenformen

Negativer Shunt Clipper mit positivem $V_{r}$

Negativer Shunt Clipper mit negativem $V_{r}$

Zweiwege-Clipper

Clamper Circuit

Arten von Klammern

Positive Clamper-Schaltung

Positiver Clamper mit positivem V r

Positiver Clamper mit Negativ $V_{r}$

Negative Clamper

Negativer Clamper mit positivem V r

Negativer Clamper mit negativem V r

Anwendungen

Clippers

Clampers

Limiter

Arten von Begrenzern

Positiver Clamper mit positivem V _r

Negativer Clamper mit positivem V _r

Negativer Clamper mit negativem V _r