Egyenirányító

Az egyenirányító segítségével váltakozó áramot alakíthatunk egyenárammá.

Alapvetően diódák alkotják, amik régebben elektroncsőből, illetve szelénből, germániumból, újabban szilíciumból készülnek. Kapcsolástechnikailag lehet egy- és kétutas. Lineáris tápegységekben túlnyomórészt négy diódából álló, ún. Graetz-kapcsolású egyenirányítást alkalmaznak. Háromfázisú rendszerben 6 egyenirányító elem szükséges.

Az egyenirányító kapcsolások összehasonlítása

• fázisáram

• útszám: megmutatja, hogy a tápláló transzformátor szekunder tekercsében egy periódus alatt milyen irányban folyik áram (egy- vagy kétutas)
• ütemszám: megmutatja, hogy egy bemenő periódus alatt a kimenő áramnak hány hulláma van

Hálózati egyenirányítók kialakítása

Az elektronikus áramkörök táplálásához tápegységet használunk. A tápegység az alábbi részekből épül fel:

• hálózati transzformátor: előállítja a kívánt váltakozó feszültséget, galvanikus elválasztást biztosít
• egyenirányító
• szűrő: csökkenti az egyenirányítót feszültség hullámosságát, búgófeszültség
• stabilizátor: stabilizálja a kimeneti feszültséget, a bemenő feszültség váltakozásával és a terhelő áram változásával szemben

Hálózati transzformátor

A hálózati transzformátort az átvinni kívánt teljesítmény alapján méretezik, ez meghatározza a vasmag szükséges keresztmetszetét. A transzformátor vasmagja speciális ötvözésű, hidegen hengerelt vaslemezből készül, és lemezelt kialakítású. A mágneses ellenállás a hengerlés irányában kicsi. A lemezelt kialakítás az örvényáramok miatt szükséges, és ezért a lemezek villamos ellenállása is nagy, ezt a szilícium ötvöző biztosítja (ami kb. 6%). A hagyományos transzformátorvasmag leggyakrabban E és I idomokból áll, anyaga transzformátor lemez. A transzformátor primer és szekunder feszültségeinek arányát menetszámuk aránya határozza meg.

A transzformátor vesztesége

• • örvényáramú veszteség
  • rézveszteség

A vasmag összerakása során keletkező légrés jelentősen befolyásolja az üresjárati áramfelvételt.

Egyenirányítók

Egyutas együtemű

A kapcsolás csak a szinuszjel pozitív (felső) részét engedi át a dióda miatt. Ezért együtemű.

• Uki=U2-Ud

Egyutas kétütemű

A kapcsolás az elektroncsöves egyenirányítók korában alakult ki. Középkivezetéses, kettős szekunder tekercsű transzformátort igényel.

Működése: a középkivezetéshez képest az egyik félperiódusban az egyik, másik félperiódusban a másik dióda kap nyitóirányú előfeszítést.

Kétutas kétütemű

A félvezető egyenirányítók feleslegessé teszik a középkivezetéses transzformátort, mert négy darab diódával olyan hídkapcsolás hozható létre, mely mindkét félperiódusban a terhelésen azonos áramirányt biztosít. A hídkapcsolású egyenirányítók egyedi diódákból is kialakíthatók, de gyártanak komplett hidakat is.

• Az egyenirányítók kimenő feszültsége

Az egyenirányítók kimenetén lüktető egyenfeszültséget kapunk, a fogyasztón e feszültség átlagértéke végez munkát, ezt integrálszámítással határozhatjuk meg.

Kétütemű egyenirányítók

Mivel mindkét félperiódusban van egy hullám, az átlagérték kétszerese az együteműnek. Az egyenirányított feszültség egy egyenfeszültségű összetevőből, valamint egy váltakozó összetevő szuperpozíciója, e váltakozó összetevő 100 Hz frekvenciájú. Ez a lüktetés csak kevés estben viselhető el, mert a tápfeszültség ingadozását eredményezi. Ezt a lüktetést, mivel hallható, „búgófeszültségnek” nevezzük.

• A búgófeszültség csökkentése

Az egyenirányító kimenetére kötött nagy kapacitású kondenzátor a csúcsértékére töltődik, és a terhelő áram függvényében csökkenti a kimenő feszültség ingadozását, ezt a kondenzátort „puffer” kondenzátornak nevezzük. Kétütemű egyenirányítóknál a búgófeszültség fele akkora.

Szűrők

A búgófeszültség tovább csökkenthető aluláteresztő szűrők segítségével. Két aluláteresztő szűrőtípus terjedt el, az RC és az LC, mindkettő lényege, hogy az egyenfeszültséget nem csillapítja, a váltakozó feszültségre pedig nagy leosztást hoz létre.

Feszültségstabilizálás

Sok esetben nem engedhető meg, hogy a tápfeszültség ingadozzon, ezért stabilizálni kell a kimenő feszültséget. A változásnak két oka lehet, a bemenő feszültség, és a terhelő áram ingadozása. A stabilizátor e hatásokat küszöböli ki. A stabilizálás két elven valósítható meg: soros vagy párhuzamos sönt stabilizátorral.

A zener-dióda karakterisztikájánál fogva feszültséggenerátoros jellegű, így feszültség stabilizálására alkalmas. A legegyszerűbb stabilizátort egy zener diódából és egy ellenállásból építhetjük fel, ezt elemi stabilizátornak nevezzük. Az elemi stabilizátorokat elsősorban állandó terhelésre alkalmazzuk, a bemenő feszültség ingadozásának kiküszöbölésére. A zener diódás stabilizátort csak kis terhelő áramra alkalmazhatjuk.

It < Iz min

A stabilizálás jellemzésére a stabilizálási tényezőt használjuk. S=ΔUki/ΔUbe

• A stabilizálás fokozható előstabilizálással.