Zvyšování kvality výuky technických oborů Klíčová aktivita V. 2 Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Téma V. 2.4 Prvky elektronických obvodů Kapitola 7 Jednocestný usměrňovač Bc. Radim Miksa 30. 9. 2012
Obsah ÚVOD - ANOTACE... 1 1 JEDNOCESTNÝ USMĚRŇOVAČ... 2 1.1 ČASOVÝ PRŮBĚH STŘÍDAVÉHO NAPĚTÍ JEDNOCESTNÉHO USMĚRŇOVAČE... 3 1.2 KONTROLNÍ OTÁZKY... 3 2 DOPORUČENÁ LITERATURA... 4 3 POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE... 5 4 SEZNAM OBRÁZKŮ... 6
Úvod - anotace Výukový materiál popisuje jednocestný usměrňovač. Výklad je na konci kapitoly doplněn kontrolními otázkami. Tento materiál je především určen pro 2. a 3. ročník oboru 39-41-L/01 Autotronik. Cílem tohoto materiálu je podpora zvládnutí daného výukového celku v předmětu Aplikovaná elektronika (AEL) a seznámení studentů se základními elektronickými prvky jako dioda, tranzistor, tyristor, rezistor, kondenzátor, cívka a další, které jsou základem pro složitější elektronické obvody. Po prostudování všech kapitol bude student znát úpravu elektrických signálů a základní elektronické obvody. 1
1 Jednocestný usměrňovač V praxi je často potřeba přeměnit střídavé napětí na stejnosměrné. Takový děj se nazývá usměrnění střídavého proudu, kde se příslušné zařízení nazývá usměrňovač. Jednocestný usměrňovač používáme jen výjimečně v nenáročných aplikacích a pro velmi malý odběr proudu. Obrázek 1 - základní rozdělení usměrňovačů Jako usměrňovač střídavého proudu se používá polovodičová dioda. Jednocestný usměrňovač propouští na zátěž pouze jednu půlvlnu střídavého proudu, pro druhou půlvlnu je usměrňovací dioda polarizována v závěrném směru tudíž je uzavřená a proud nepropouští. Usměrněný výstupní proud tvoří řadu proudových impulsů, oddělených od sebe časovými úseky, kdy proud neprochází. Obrázek 2 - zapojení diody jako jednocestného usměrňovače Obvod je napájen z jednofázového střídavého zdroje (síť nebo transformátor) s okamžitým harmonickým napětím u = Um*sin(ωt). 2 Obrázek 3 - jednocestný usměrňovač s induktivní vazbou
1.1 Časový průběh střídavého napětí jednocestného usměrňovače Je-li na vstupu usměrňovače kladná půlvlna vstupního napětí, tj. dioda D je polarizována v propustném směru, otevře se tato dioda a proud prochází na zátěž R. Propustné napětí U TO je u křemíku asi 0,6V. V druhé polovině periody je na vstupu do usměrňovače záporná půlvlna vstupního signálu, je dioda polarizována v závěrném směru - proud přes zátěž R neprochází. Protože zátěží R prochází proud pouze při jedné půlvlně, vzniká na ní napětí pulsující. Tento průběh je však technicky nevhodný, a proto se paralelně k zátěži připojuje kondenzátor C jako tzv. filtr. Čím větší je jeho kapacita, tím lépe je výstupní napětí vyhlazené. Čím větší proud ze zdroje odebíráme, tím větší musí být tato kapacita (přibližně 1 až 2 mf na každý ampér odebíraného proudu). Obrázek 4 - vstupní a výstupní časový průběh jednocestného usměrňovače U jednocestného usměrňovače není využita jedna polovina usměrněného střídavého napětí, proto se v technické praxi využívají usměrňovače s více diodami. Práce vykonaná střídavým proudem je úměrná ploše pod křivkou. Průběh vstupního střídavého a výstupního usměrněného napětí resp. proudu si můžeme zobrazit pomocí osciloskopu. Kdy průběh vstupního napětí zobrazíme na osciloskopu pomocí kanálu A a výstupního pomocí kanálu B. 1.2 Kontrolní otázky 1. K čemu slouží usměrňovač? 2. Jak usměrňovače dělíme? 3. Která polovodičová součástka se využívá v usměrňovačích? 4. Jak funguje jednocestný usměrňovač? 5. Jaký je vztah pro okamžité harmonické napětí? 6. Popište princip funkce jednocestného usměrňovače. 7. Pomocí jakého přístroje si můžeme zobrazit vstupní a výstupní napětí usměrňovače? 8. Popište časový průběh jednocestného usměrňovače. 9. Jaký je úbytek napětí v propustném směru u křemíkové diody? 3
2 Doporučená literatura 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. MALINA, Václav. Poznáváme elektroniku I. 1. vyd. České Budějovice: Kopp, 1994. 173 s. ISBN 80-858-2817-0. 4. BEZDĚK, Miloslav. Elektronika: učebnice. 3. vyd. České Budějovice: Kopp, 2008. ISBN 978-80-7232-359-32. 5. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9. 4
3 Použitá literatura a zdroje 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9. 5
4 Seznam obrázků OBRÁZEK 1 - ZÁKLADNÍ ROZDĚLENÍ USMĚRŇOVAČŮ... 2 OBRÁZEK 2 - ZAPOJENÍ DIODY JAKO JEDNOCESTNÉHO USMĚRŇOVAČE... 2 OBRÁZEK 3 - JEDNOCESTNÝ USMĚRŇOVAČ S INDUKTIVNÍ VAZBOU... 2 OBRÁZEK 4 - VSTUPNÍ A VÝSTUPNÍ ČASOVÝ PRŮBĚH JEDNOCESTNÉHO USMĚRŇOVAČE... 3 6