Jednocestný usměrňovač
Je to nejjednodušší zapojení usměrňovače, kdy v sérii se zátěží je zapojena jedna výkonová polovodičová součástka – dioda.
Obvod je napájen z jednofázového střídavého zdroje (síť nebo transformátor) s harmonickým napětím:
Obr. 1: Princip jednocestného usměrňovače
Propouští pouze jednu půlvlnu vstupního napětí o kmitočtu 50Hz. Má tudíž pouze poloviční účinnost a používá se především u zařízení s velmi nízkým odběrem proudu. Úbytek napětí, který vznikne na jedné diodě, je 0,7V. Obvodem bude protékat pulzující stejnosměrný proud. Zapojení jednočinného usměrňovače s činnou zátěží:
Obr. 2: Jednocestný usměrňovač s transformátorem a činnou zátěží
Obr. 3: Časové průběhy
Střední hodnota usměrněného napětí naprázdno (ω.t = ϴ):
Špičkové závěrné napětí na diodě (nutné pro její napěťové dimenzování):
Zapojení jednocestného usměrňovače s činnou zátěží a kondenzátorem na výstupní straně
K vyhlazení pulzujícího průběhu usměrněného napětí se používá kondenzátor C, který je zapojen na výstupní straně usměrňovače, tj. paralelně k odporové zátěži R.
Obr. 4: Jednocestný usměrňovač s činnou zátěží a sběracím kondenzátorem
Obr. 5: Časové průběhy
Dioda V je polarizována v propustném směru. Je-li okamžitá hodnota napětí zdroje u > ud, začne téci diodou proud iv. Pokud je dioda sepnuta, potud se na zátěži objeví napětí zdroje. Za vrcholem kladné půlvlny napětí zdroje je u<ud a kondenzátor se začne vybíjet do odporu s průběhem podle exponenciály. Současně s poklesem napětí klesá i celkový proud tekoucí odporem. V okamžiku, kdy kondenzátor dodává celý proud do odporu │iC│=│iR│, proud diodou iV klesne k nule a dioda se uzavře. Obvod RC je oddělen od napájecího zdroje. Rozdílem okamžitých hodnot napětí na kondenzátoru a napětí zdroje je polovodičová dioda polarizována ve zpětném (závěrném) směru. Při opětovném nárůstu napětí zdroje do kladných hodnot dojde ke splnění podmínky u > ud a dioda opět sepne. Z obr. 5 je zřejmé vyhlazení průběhu usměrněného napětí ud, které bude tím lepší, čím větší bude časová konstanta zátěže τ, která je rovna součinu R.C. Dioda vede proud v kratším intervalu než π, jak je tomu v případě odporové zátěže bez kondenzátoru.
Závěrné napětí diody v jednocestném usměrňovači pro čistě odporovou zátěž musí být větší, než amplituda Uo. Pro kapacitní zátěž musí být větší než 2 Uo.
Obr. 6: Časové průběhy napětí na jednocestném usměrňovači
- Modrá – před usměrňovačem == 10Vac 50Hz
- Zelená – za usměrňovačem (nezapojen filtrační kondenzátor) [hůře viditelný průběh]
- Žlutá – filtrace 100uF kondenzátorem a zatížení 1kOhm odporem
- Červená – filtrace 100uF kondenzátorem a zatížení 100Ohm odporem