+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Двухполупериодный мостовой выпрямитель. Принцип действия, схема, расчет

Существует еще одна, более популярная конструкция двухполупериодного выпрямителя, построенная на основе конфигурации с четырьмя диодами. Такая конструкция известна как двухполупериодный мостовой выпрямитель или просто мостовой выпрямитель.

Преимущество этого типа выпрямителя по сравнению с версией выпрямителя с центральным отводом заключается в том, что для него не требуется сетевой трансформатор с центральным отводом во вторичной обмотке, что резко снижает его размер и стоимость.

Также эта конструкция использует полностью все вторичное напряжение в качестве входного. Используя тот же трансформатор, мы получаем вдвое больше пикового напряжения и вдвое больше постоянного напряжения с мостовым выпрямителем, чем с двухполупериодным выпрямителем с центральным отводом. Именно поэтому мостовые выпрямители используются гораздо чаще, чем двухполупериодные со средней точкой.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель

Чтобы выпрямить оба полупериода синусоидальной волны, как мы уже говорили ранее, в мостовом выпрямителе используются четыре диода, соединенных вместе в конфигурации «моста».

Вторичная обмотка трансформатора подключена с одной стороны диодного моста, а нагрузка — с другой.

На следующем рисунке показана схема мостового выпрямителя.

Во время положительного полупериода переменного напряжения диоды D1 и D2 смещены в прямом направлении, в то время как диоды D3 и D4 смещены в обратном направлении. Это создает положительное напряжение на нагрузочном резисторе (обратите внимание на плюс-минус полярности на нагрузочном резисторе).

В течение следующего полупериода полярность переменного напряжения меняется на противоположную. Теперь диоды D3 и D4 смещены в прямом направлении, а диоды D1 и D2 — в обратном. Это также создает положительное напряжение на нагрузочном резисторе, как и раньше.

Силиконовый коврик для пайки

Размер 55 х 38 см, вес 800 гр….

Обратите внимание, что независимо от полярности напряжения на входе, полярность на нагрузке постоянная, а ток в нагрузке течет в одном направлении. Таким образом, схема преобразует входное переменное напряжение в пульсирующее постоянное напряжение.

Если вам трудно запомнить правильное расположение диодов в схеме мостового выпрямителя, вы можете обратиться к альтернативному представлению схемы. Это точно такая же схема, за исключением того, что все диоды расположены горизонтально и направлены в одном направлении.

Значение постоянного напряжение выходного сигнала

Здесь формула для расчета среднего значения напряжения такая же, как и для двухполупериодного выпрямителя со средней точкой:

Это уравнение говорит нам, что значение постоянного напряжения составляет около 63,6 процента от пикового значения. Например, если пиковое переменное напряжение составляет 10 В, то постоянное напряжение будет 6,36 В.

Когда вы измеряете напряжение на выходе мостового выпрямителя с помощью вольтметра, показание будет равно среднему значению.

Аппроксимация второго порядка

В действительности мы не получаем идеальное  напряжение на нагрузочном резисторе. Из-за потенциального барьера, диоды не включаются, пока источник напряжение не достигнет около 0,7 В.

И поскольку в мостовом выпрямителе работают по два диода за раз, то падение напряжения составит 0,7 x 2 = 1,4 В. Таким образом, пиковое выходное напряжение определяется следующим образом:

Выходная частота

Полноволновой выпрямитель инвертирует каждый отрицательный полупериод, удваивая количество положительных полупериодов. Из-за этого у такого выпрямителя на выходе в два раза больше циклов, чем на входе. Поэтому частота полноволнового сигнала в два раза превышает входную частоту.

Например, если частота на входе составляет 50 Гц, выходная частота будет 100 Гц.

Фильтрация постоянного напряжения

Сигнал на выходе, который мы получаем от двухполупериодного мостового выпрямителя, является по сути пульсирующим постоянным напряжением, которое вырастает до максимума, а затем снижается до нуля.

Для того чтобы избавиться от пульсаций, нам необходимо отфильтровать двухволновой сигнал.

Один из способов сделать это — подключить сглаживающий конденсатор.

Первоначально конденсатор разряжен. На протяжении первой четверти цикла диоды D1 и D2 смещены в прямом направлении и из-за этого сглаживающий конденсатор начинает заряжаться. Процесс заряда длится до тех пор, пока напряжение с мостового выпрямителя не достигнет своего пикового значения. В этот момент напряжение на конденсаторе будет равно Vp.

После того, как напряжение с выпрямителя достигает своего пика, оно начинает уменьшаться. Как только напряжение снизиться ниже Vp соответствующая пара диодов (D1 и D2) не будет проводить.

Когда диоды выключены, конденсатор разряжается через нагрузку, пока не будет достигнут следующий пик. Когда наступает следующий пик, конденсатор заряжается уже через диоды D3 и D4  до пикового значения.

Недостатки мостового выпрямителя

Единственным недостатком мостового выпрямителя является то, что выходное напряжение меньше, чем входное напряжение на 1,4 В, в результате падения на двух диодах.

Этот недостаток ощутим только в источниках питания с очень низким напряжением. Например, если пиковое напряжение источника составляет всего 5 В, то  напряжение нагрузки будет иметь только 3,6 В.

Но если пиковое напряжение источника составляет 100 В, напряжение нагрузки будет близко к идеальному двухполупериодному напряжению и влияние падения на диодах будет не значительным.

Выпрямители: Однофазный мостовой двухполупериодный выпрямитель

 

Существенным недостатком схемы двухполупериодного выпрямления со средней точкой является потребность в двух источниках входного напряжения. Такая потребность обусловлена тем, что один из выводов сопротивления нагрузки периодически переключается между двумя источниками напряжения, а другой вывод постоянно подключен к средней точке этих источников.

Однако необходимость в средней точке отпадет, если и второй вывод нагрузки при помощи второй аналогичной диодной схемы будет синхронно и противофазно подключаться к неиспользуемым на соответствующем интервале времени выводам источников питания.

Схемотехническая реализация такого метода представлена на рис. 3.4‑9. Эта схема носит название однофазного мостового выпрямителя и является, вероятно, самой распространенной из всех схем выпрямления, предназначенных для работы с однофазными источниками переменных напряжений.

 

Рис. 3.4-9. Схема однофазного мостового выпрямителя

 

Также как и в двухполупериодной схеме выпрямления со средней точкой, в мостовой схеме напряжение прикладывается к нагрузке в течение всего периода изменения напряжения \(U_{вх}\). При этом его значение при \(U_{вх} = U_{вх1} + U_{вх2}\) в два раза превышает выходное напряжение схемы рис. 3.4-8. Поэтому при одном и том же напряжении нагрузки в мостовой схеме к обратносмещенным диодам прикладывается напряжение в два раза меньшее, чем в схеме рис. 3.4-8 (\(U_{обр max} = U_{вх max} = \pi \cdot U_{н ср}/2 \) ).

Средние значения тока и напряжения на нагрузке для однофазного мостового двухполупериодного выпрямителя будут такими же, как и в двухполупериодной схеме со средней точкой:

\(U_{н ср} = \cfrac{2 \cdot U_{вх max}}{\pi} = 2 \sqrt{2} \cdot \cfrac{U_{вх д}}{\pi} = {0,637} \cdot U_{вх max} \)

\(I_{н ср} = \cfrac{2 \cdot I_{вх max}}{\pi} = 2 \sqrt{2} \cdot \cfrac{I_{вх д}}{\pi} = {0,637} \cdot I_{вх max} \)

Основная частота пульсаций выпрямленного напряжения в двухполупериодной мостовой схеме будет равна удвоенной частоте входного напряжения. Коэффициент пульсаций такой же, как и в двухполупериодной схеме со средней точкой: \(K_п = {0,67}\).

Особенностью мостовой схемы является то, что в ней последовательно с нагрузкой все время включено два диода, в то время как в описанных выше однофазной однополупериодной и однофазной двухполупериодной схемах такой диод один. Поэтому при низких входных напряжениях (4…5 В) использование мостовой схемы может оказаться неэффективным (падение напряжения на диодах по величине будет сравнимо с выходным напряжением выпрямителя) — для повышения КПД обычно применяют двухполупериодную схему со средней точкой (возможен также переход к использованию диодов Шоттки с малым падением напряжения при прямом смещении). С повышением напряжения разница в КПД схем уменьшается и определяющим фактором становится величина обратного напряжения, прикладываемого к запертым диодам в процессе работы выпрямителя. Поэтому при больших уровнях выходного напряжения обычно используют выпрямитель выполненный по мостовой схеме.

Если мостовую схему выпрямления использовать совместно с источником, снабженным средней точкой, и средний выход каждой пары диодов соединить со средней точкой входного источника через собственную нагрузку, на выходе выпрямителя получится два равных, но обратных по знаку напряжения (рис. 3.4-10). Такая схема выпрямителя часто используется для питания устройств, построенных с применением операционных усилителей.

 

Рис. 3.4-10. Схема мостового выпрямителя с двумя выходными напряжениями

 

 

< Предыдущая   Следующая >

двухполупериодный — это… Что такое двухполупериодный?

двухполупериодный

 

двухполупериодный

[Я. Н.Лугинский, М.С.Фези-Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо-русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.]

Тематики

  • электротехника, основные понятия

Справочник технического переводчика. – Интент. 2009-2013.

  • двухполупериодное рентгеновское питающее устройство
  • двухполупериодный выпрямитель

Смотреть что такое «двухполупериодный» в других словарях:

  • двухполупериодный — двухполупер иодный …   Русский орфографический словарь

  • двухполупериодный выпрямитель — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN diametric rectifierfull wave rectifierFWR …   Справочник технического переводчика

  • двухполупериодный выпрямитель с жёстко заземлённым нулём — — [Я. Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN solidly grounded full wave rectifier …   Справочник технического переводчика

  • двухполупериодный выпрямитель с удвоением напряжения — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN full wave doubler …   Справочник технического переводчика

  • двухполупериодный выпрямительный мост — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN full wave bridge …   Справочник технического переводчика

  • двухполупериодный выпрямитель — dvipusis lygintuvas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. biphase rectifier; full wave rectifier vok. Doppelweggleichrichter, m; Vollweggleichrichter, m; Zweipulsgleichrichter, m; zweipulsiger Gleichrichter, m; Zweiweggleichrichter, m… …   Automatikos terminų žodynas

  • двухполупериодный выпрямитель с удвоением напряжения — dvipusės išlygintos įtampos dvigubintuvas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. full wave voltage doubler vok. Doppelweggleichrichter mit Spannungsverdoppelung, m rus. двухполупериодный выпрямитель с удвоением напряжения, m pranc …   Radioelektronikos terminų žodynas

  • обратимый двухполупериодный переменный ток — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999] Тематики электротехника, основные понятия EN reversible full wave alternating currentRFWACreversible half wave… …   Справочник технического переводчика

  • трёхфазный двухполупериодный выпрямитель — — [Я. Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN three phase full wave rectifier …   Справочник технического переводчика

  • Выпрямитель — У этого термина существуют и другие значения, см. Выпрямитель (значения) …   Википедия

Двухполупериодный выпрямитель

Электроника Двухполупериодный выпрямитель

просмотров — 208

Схема двухполупериодного выпрямителя приведена на рис. 5.1.8.

 
 

Тр

Л

Рис. 5.1.8. Схема двухполупериодного выпрямителя

Двухполупериодный выпрямитель имеет два кенотрона и трансформатор с двумя вторичными обмотками, соединœенными последовательно. К выводам каждой из вторичных обмоток подключен анод своего кенотрона. Катоды кенотронов соединœены вместе и подключены к положительному зажиму выпрямителя. Вместо двух кенотронов может использоваться один кенотрон с двумя анодами.

Точка соединœения обмоток (средняя точка) подключена к отрицательному зажиму выпрямителя. В результате такого соединœения напряжения на выводах обоих вторичных обмоток относительно средней точки находятся в противофазе.

Следовательно, если на анод одного из кенотронов воздействует положительный полупериод переменного напряжения, то в это время на анод другого кенотрона воздействует отрицательный полупериод. По этой причине токи в анодных цепях кенотронов протекают поочередно. Поскольку катоды обоих ламп соединœены вместе и подключены к нагрузке, то в нагрузке поочередно будут протекать токи обоих ламп. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, величина суммарного тока в двухполупериодном выпрямителœе получается в 2 раза большей, чем в однополупериодном.

Временные диаграммы двухполупериодного выпрямителя приведены на рис. 5.1.9.

t

t

t

t

t


Читайте также


  • — Двухполупериодный выпрямитель с заземленной нагрузкой

    Преобразователь модуля напряжения в ток Часто и широко используются в приборах с стрелочными индикаторами, где в качестве Rн используется магнитоэлектрический прибор. В качестве выпрямителя используется мост на диодах VD1 – VD4, одна диагональ которого включена в цепь… [читать подробенее]


  • — Двухполупериодный выпрямитель.

    Рассмотрим схему и работу двухполупериодного выпрямителя, схема которого приведена на рис. 96. В отличие от предыдущей схемы вторичная обмотка трансформатора выполнена с выводом точно от половины витков, который образует среднюю точку и подключается к общему проводу…. [читать подробенее]


  • — Двухполупериодный выпрямитель с «идеальным» диодом

    ДА1 выполняет роль переключаемого инвертора, как в предыдущей схеме. ДА2 – «идеальный диод» или автоматический ключ для ДА1. Если Uвх > 0, то UвыхДА2 < 0, VD закрыт, следовательно, схема на ДА2 не влияет на ДА1. ДА1 работает как повторитель напряжения К = 1. Если Uвх < 0, то UвыхДА2… [читать подробенее]


  • — Лекция 22 Однофазный двухполупериодный выпрямитель с нулевым выводом трансформатора

    Электрическая принципиальная схема Временные диаграммы работы однофазного двухполупериодного выпрямителя с выводом нулевой точки трансформатора. Среднее значение выпрямленного напряжения (Ud) определяется, как среднее за полупериод U2 n – коэффициент… [читать подробенее]


  • — Мостовой двухполупериодный выпрямитель.

    В первый положительный полупериод прямое напряжение приложено к Д1 и Д4. При этом диоды открываются. Ток протекает от верхнего конца обмотки трансформатора через Д1, сопротивление нагрузки, Д4, нижний вывод обмотки. При этом Д2 и Д3 закрыты обратным напряжением. В… [читать подробенее]


  • — Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой.

    Однополупериодный выпрямитель. В положительный полупериод ток протекает через диод и нагрузку, в отрицательный – диод закрывается и ток через нагрузку не протекает.                                                … [читать подробенее]


  • — Двухполупериодный выпрямитель мостикового типа

    Полупроводниковые выпрямители Выпрямительные диоды НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ Классификация диодов Параметры К основным параметрам диодов относятся: – постоянный прямой ток Iпр – ток через диод. .. [читать подробенее]


  • — Двухполупериодный выпрямитель

    Схема двухполупериодного выпрямителя приведена на рис. 5.1.8.     Тр Л Рис. 5.1.8. Схема двухполупериодного выпрямителя Двухполупериодный выпрямитель имеет два кенотрона и трансформатор с двумя вторичными обмотками, соединенными последовательно. К… [читать подробенее]


  • — Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой и индуктивной нагрузкой.

    Импульсы тока, подходящие поочерёдно через диоды Д1 и Д2, накладываясь друг на друга создают непрерывный ток по сопротивлению нагрузки Rн. Коэффициент пульсаций в таких схемах при применении индуктивного фильтра может уменьшаться в несколько раз. Поэтому индуктивные… [читать подробенее]


  • — Двухполупериодный выпрямитель с ёмкостной нагрузкой.

    Однополупериодный выпрямитель с ёмкостной нагрузкой. До t2 форма напряжения на нагрузке повторяет форму напряжения U2. В момент времени t2 ic равно iн и ток через диод становится равным 0 и конденсатор заряжается на Rн с постоянной времени &… [читать подробенее]


  • Что такое двухполупериодное выпрямление?

    Двухполупериодное выпрямление — это процесс преобразования электрической энергии переменного тока (переменного тока) в электрическую форму постоянного тока. Переменный ток постоянно перемещается назад и вперед от его положительных до отрицательных пределов напряжения в форме, называемой волной. Полноволновое выпрямление преобразует как положительные, так и отрицательные части волны переменного тока в положительный электрический сигнал постоянного тока или его эквивалент, используя устройства, называемые диодами.

    Что касается циклов питания переменного тока, он принимает форму кривых, напоминающих ряд буквы «S» с каждым «S», лежащим на его стороне и сквозной. Горизонтально через центр находится контрольная точка, представляющая нулевое напряжение. Когда сигнал переменного тока проходит назад и вперед по нулевой линии, он напоминает серию горбов над линией, которые являются положительными, и противоположную серию горбов под линией, которые являются отрицательными. Целью всех выпрямителей является преобразование этого непрерывно переменного сигнала в постоянное или постоянное положительное напряжение для использования некоторыми типами электрооборудования.

    Выпрямители используют диоды для выпрямления или преобразования переменного тока в постоянный. Диоды будут проводить электричество только в одном направлении. В результате, если сигнал переменного тока проходит через диод, пропускается только половина сигнала переменного тока, который находится выше линии нулевого напряжения. Получающийся сигнал, кажется, является серией горбов с промежутками между ними, где отрицательные половины сигнала переменного тока были заблокированы. Такое устройство, которое преобразует только половину волны переменного тока в постоянный, называется полуволновым выпрямителем.

    Размещая четыре диода в положениях, позволяющих двум быть противоположными по полярности по отношению к двум другим, создается устройство, называемое мостовым выпрямителем, которое выполняет двухполупериодное выпрямление. Положительная половина сигнала переменного тока может проходить через два диода, как это происходит в полуволновом выпрямителе. Затем диоды противоположной полярности пропускают отрицательную половину сигнала переменного тока; однако отрицательная половина переменного тока передается как положительное напряжение. Результирующий выходной сигнал представляет собой сигнал, построенный из обеих половин волны переменного тока, который напоминает горбы, соединенные встык на положительной стороне линии нулевого напряжения без зазоров в полуволновом выпрямителе.

    Хотя электрические сигналы, создаваемые в результате двухполупериодного выпрямления, не являются истинными напряжениями постоянного тока, поскольку они не поддерживают постоянный уровень, они достаточно постоянны для многих типов оборудования с питанием от постоянного тока. Если для создания более плавного напряжения постоянного тока требуется больше выпрямления, можно использовать устройства, называемые регуляторами напряжения. Эти регуляторы усредняют напряжения горбов, создаваемых в двухполупериодном выпрямлении, в постоянные «истинные» сигналы постоянного тока.

    ДРУГИЕ ЯЗЫКИ

    Выпрямитель двухполупериодный — Справочник химика 21

        Сетевые источники постоянного напряжения. Сетевые источники напряжения получили широкое распространение ввиду простоты их технического обслуживания. Электроэнергия, поступающая из сети переменного тока, трансформируется до необходимого напряжения и затем поступает в выпрямитель. При отборе больших мощностей можно осуществлять прямое выпрямление без включения промежуточного трансформатора. Если требуются низкие напряжения при малых токах, то от трансформатора отказываются, а необходимое понижение напряжения осуществляют на подходящем сопротивлении. Выпрямление осуществляют по одно- или двухполупериодной схеме, причем в последнем варианте предпочитают использовать мостик Гретца (рис. А.2.1, а). Для получения высоких [c. 439]
        Погрешность, связанная с конечной длительностью ультразвукового импульса, пропорциональная периоду колебаний, рассмотренная в разд. 2.2.4.4, рис. 2.55. Она равна Д 2 =к7 /2, где Т -период колебаний. Если не принять специальных мер, то в результате действия случайных факторов отсчет времени при двух измерениях (при настройке и собственно измерении толщины) может быть выполнен по двум разным периодам колебаний. В этом случае к > 1 (для прибора с двухполупериодным выпрямителем к > 0,5), т.е. это приведет к возникновению значительной погрешности, допустимой для [c.693]

        Во избежание возникновения больших ошибок, чаще всего измерение толщиномерами ведут по фронту первого периода колебаний или по фронту второго полупериода (выпрямитель делают двухполупериодным). Для обеспечения выполнения этого условия амплитуду импульса Um (рис. 2.55, а) поддерживают постоянной, а измерение выполняют на постоянном низком уровне С/о- [c. 694]

        Стабилизированный источник питания имеет две ступени стабилизации. Первая ступень в цепи переменного тока (феррорезонансный стабилизатор) состоит из трансформатора Тр и двух конденсаторов Сх и Сг- Стабилизированное напряжение переменного тока выпрямляется двухполупериодным выпрямителем на германиевых диодах [c.531]

        На рис. 2.13 показана схема циркулярного намагничивания детали 1 на центральном проводнике 2, к которому ток подводится от силового трансформатора Тр через двухполупериодный выпрямитель ВП и контактные диски 4. [c.266]

        Усилитель напряжения имеет девять каскадов. Для улучшения его частотной характеристики в схему включены двойные Т-образ-ные фильтры. Усилитель мощности собран на двух двойных триодах, аноды которых присоединены к противоположным концам вторичной обмотки трансформатора, причем средняя точка этой обмотки соединяется через управляющую обмотку реверсивного электродвигателя с заземленными катодами триодов. Усилитель мощности работает, таким образом, как двухполупериодный выпрямитель, в результате чего по общей анодной нагрузке обоих периодов (управляющей обмотке электродвигателя) проходит пульсирующий ток с частотой 100 гц. На сетевую обмотку электродвигателя [c.248]

        При пассивации крупных по площади объектов зачастую возникает необходимость в больших силах тока (до 150 А). В системах со значительным удельным сопротивлением электролита вследствие низкого выходного напряжения обычных выпрямителей не удается повысить силу тока до такой величины, поэтому разработан и изготовлен мощный выпрямитель, который в комплекте с регулятором потенциала периодического действия и пускателя обеспечивает пассивацию и поддержание устойчивого пассивного состояния металлических объектов. Схема выпрямителя и подключения его показана на рис. 8.5. Трансформатор рассчитан на силу тока до 200 А и напряжение 50 В. Выходное напряжение можно изменять от 5 до 50 В с интервалом 5 В. Двухполупериодный выпрямитель собран по мостовой схеме на вентилях ВК-200, рассчитанных на силу тока до 200 А.[c.142]


        Переменное напряжение сети проходит через двухполупериодный селеновый выпрямитель В, стабилизируется двумя стабилизаторами и Ла и поступает на вершины мостовой схемы, в диагональ которой включен электронный усилитель. [c.508]

        Для проведения электросинтеза необходим источник постоянного тока. Наиболее целесообразно в лаборатории в качестве источника тока использовать селеновые двухполупериодные выпрямители. Отечественной промышленностью выпускаются выпрямители, предназначенные для зарядки аккумуляторных батарей (тип ВСА) и для нанесения гальванических покрытий (тип ВСГ). Основные характеристики этих выпрямителей представлены в табл. 8. [c.121]

        Первый силовой блок является источником постоянного тока катодной станции. Он состоит из однофазного трансформатора 220/110 В мощностью 7 кВ А и двухполупериодного выпрямителя. [c.197]

        Силовой выпрямитель установки представляет собой двухполупериодную схему со средней точкой на двух тиристорах Дх и Дг, выполняющих одновременно функции выпрямительных и регулирующих элементов. Выпрямитель подключен к. вторичной обмотке силового трансформатора ГРг. Нагрузкой выпрямителя является цепь [c.19]

        Для питания третьего (оконечного) каскада УПТ, выполненного на транзисторе Тх, используют отдельный выпрямитель, собранный по двухполупериодной схеме на полупроводниковых диодах Д1 и Дг с питанием от обмотки III трансформатора TPi. Выпрямитель должен обеспечивать получение выходного напряжения 30—25 в при токе до 1 а. [c.79]

        В ряде случаев эффективность работы электрозащит-, ных устройств значительно снижается из-за необходимости ограничения тока в цепях защиты вследствие вредного влияния гармоник выпрямленного тока на работу электрических устройств СЦБ. Это влияние обусловлено тем, что состав основных гармонических составляющих защитного тока или совпадает с частотой сигнального тока, или очень близко к ней расположен, поэтому путевые реле рельсовых цепей в значительной мере подвержены воздействию гармоник, создаваемых однофазными двухполупериодными выпрямителями с пульсирующим напряжением постоянного тока, прило- [c. 125]

        Испытывались две разрядные трубки с полым катодом, конструкции которых схематически представлены на рис. 4 Первая трубка (рис. 4, а) была изготовлена для использования ее в качестве испарителя. Световой пучок в этом случае пропускался над открытой частью полости, катод располагался перпендикулярно к оптической оси монохроматора. Конструкция второй трубки (рис. 4, б) была рассчитана на пропускание пучка света через полость катода. Обе трубки питались от высоковольтного двухполупериодного выпрямителя, собранного на газотронах ТР-1. Откачка трубок, заполнение их инертным газом и циркуляция его осуществлялась с помощью вакуумно-циркуляционной системы, описанной ранее [6]. [c.354]

        Термобатарея ТБ получает питание (рис. 109, б) от трансформатора Тр по схеме двухполупериодного выпрямителя, состоящего из двух германиевых диодов Д/ и Д2, дросселя Др и конденсатора С. [c.173]

        Коммутацией выключателей В1 подается напряжение через понижающий трансформатор ТН и двухполупериодный выпрямитель ВГ в цепь управления. При этом лампа ЛС1 загорается. Ток от положительного полюса через нормально-замкнутые контакты реле защиты РЗ подается на катушку промежуточного реле РП. Ток от отрицательного полюса подается на четвертую жилу кабеля. [c.109]

        Представляют значительный интерес устройства, основанные на принципе использования выпрямленных токов постороннего источника. При этом виде непрерывного контроля сопротивления изоляции используются токи, создаваемые посторонним источником энергии. Обычно в качестве такого источника применяют понижающий трансформатор с выпрямителями, собранными по схеме двухполупериодного выпрямления. В цепи нагрузки таких схем, кроме выпрямленного тока постороннего источника энергии, проходит переменный ток, вызванный напряжением контролируемой сети. [c.145]

        Высокое напряжение подается от высоковольтных трансформаторов с кенотронными выпрямителями (работающих по схеме одно- и двухполупериодного выпрямления), каскадных генераторов с блоками умножения или от различных электростатических роторных генераторов, которые различаются между собой электрическими характеристиками, в частности формой кривой выходного напряжения, Исследования показали, что форма [c. 104]

        Двухполупериодный выпрямитель не дает строго постоянного напряжения, однако пульсация выпрямленного тока не превышает 2% и не влияет на результаты электролиза. [c.122]

        Станок имеет реле времени, автоматически отключающее источник питания по окончании обработки. В качестве источника питания использован селеновый двухполупериодный выпрямитель типа ВСА-5. При обработке деталей диаметром 4—8 мм был применен выпрямитель на ток до 300 а и напряжение 24 в. [c.33]

        Для проведения электросинтеза необходим источник постоянного тока. Наиболее целесообразно в лаборатории в качестве источника тока использовать селеновые двухполупериодные выпрямители, выпускаемые отечественной промышленностью. При работе с водными растворами пригодны выпрямители с рабочим напряжением 25—30 В, для неводных растворов нужны выпрямители с напряжением 150—250 В. Выпрямители с регулируемым напряжением подключаются непосредственно к клеммам электролизера.[c.63]


        Двухполупериодный выпрямитель не дает строго постоянного напряжения, однако пульсация выпрямленного напряжения в пределах около 2% от общего напряжения, подводимого к электролизеру, практически не влияет на результаты электролиза. [c.63]

        В результате анализа теоретических предпосылок и экспериментальных данных был разработан и изготовлен преобразователь трехфазного переменного тока прошшленной частоты в асиг.шетричный иа основе двухполупериодного выпрямителя. Управление тиристорами осуществляется дискретно, что дает возможность получать широкий диапазон форм тока. Разработанное устройство, обладая целым рядом достоинств по сравнению с известными источниками однопериодного выпрямления трехфазного тока, позволяет  [c.163]

        Постоянный ток в электромембранные пакеты обычно поступает с трансформирующего и выпрямляющего оборудования, хотя иног да применяется система мотор — генератор. Источник энергии может содержать однофазные или трехфазные трансформаторы и кремниевые диоды, смонтированные по схеме двухпопупериодного выпрямителя, В однофазной цепи для снижения пульсаций напряжения обычно устанавливаются конденсаторы. При использовании трехфаэ-ных преобразователей и двухполупериодных выпрямителей можно обойтись без конденсаторов, так как пульсации выпрямленного напряжения в этой схеме незначительны. [c.51]

        Различают однополупериодное выпрямление тока, когда выпрямители отсутствуют, а их функции выполняет рентгеновская трубка, обладающая свойством односторонней проводимости, например в некоторых дентальных и переносных РДА двухполупериодное выпрямление, используемое в разборных передвижных и некоторых стационарных РДА небольшой мощности, а также шести-, двенадцатифазное выпрямление тока в стационарных РДА большой мощности, осуществляемое посредством последовательно включаемых полупроводниковых селеновых или кремниевых диодов. В современных РДА для питания главного трансформатора используются преобразователи частотой от нескольких кГц до 300 кГц. [c.171]

        К фильтрам двухполупериодных выпрямителей (рис. 22.27) предъявляются менее жесткие требования. Выходное напряжение двухполу-периодного выпрямителя составляет приблизительно половину напряжения на вторичной обмотке. Это одна из наиболее распространенных схем, причем в качестве выпрямителей в подобных схемах обычно используется двойной диод с общим катодом. [c.301]

        На фиг. 2.13 приведен пример схемы источника с электронной стабилизацией. Схема фиг. 2.13 была предложена Беннетом [10] и позже была видоизменена Крейблом и Андерсоном. Напряжение сети 110 в (60 гц) с помощью трансформатора повышается до 3,2 ке и выпрямляется двухполупериодным выпрямителем на кенотронах 1616. П-образный фильтр UT -S-27 устраняет большую часть пульсаций. Проходная лампа 812 вместе с усилителем постоянного тока на лампе 2G53 стабилизирует выходное напряжение. Выходная цепь стабилизатора состоит из (фиг. 2.13) двух последовательно включенных стабилитронов 0D3 (VR150), сопротивления 120 ком и миллиамперметра на 25 ма. Величина напряжения резонатора устанавливается автотрансформатором напряжения отражателя и фокусирующего электрода устанавливаются потенциометрами 100 ком. [c.72]

        На постоянном токе их сопротивление равно К и определяется по формуле (72). Двухтактная схема балансируется потенциометром 75 ом в катодах лалш. Анодное напряжение получается от двухполупериодного выпрямителя с П-образным фильтром. Амплитуда модуляции регулируется на входе усилителя, а выход контролируется по напряжению на сопротивлении 2,7 ом. [c.238]

        Чтобы исключить влияние помех при обнаружении утечки, предложено [43] устройство (рис. 88), включающее два приемных датчика 1, два усилителя 2 низкой частоты, выпрямители 5, компенсатор 4 выпрямленных напряжений, модулятор 5, автогенератор 6, усилитель 7 переменного тока, двухполупериодный демодулятор 8, усилитель 9 постоянного тока и индикатор 10. Для нахождения в трубопроводе утечки приемные датчики на расстоянии 3—4 м один от другого перемещаются по поверхности земли вдоль трассы трубопровода. Имеются и другие переносные приборы-течеиска-тели [43]. [c.185]

        Селеновые выпрямители, применяемые для питания гальванических ванн, могут быть собраны по однофазной (фиг. 18,о) или трехфазной (фиг. 18,6) мостовым схемам с включением понижающего трансформатора, регулируемого на первичной стороне. Однофазная схема дает двухполупериодное выпрямление, трехфазная схема обеспечивает более полное выпрямление при небольшой пульсации выпрямленного тока. [c.212]

        Силовой выпрямитель установки выполнен по однофазной двухполупериодной схеме со средней точкой на двух тиристорах типа ВКДУ-150 (ДУ1 и ДУг), подключенных к о бмотке II трансформатора ТР. Управление тиристорами осуществляется с помощью фазосмещающей R цепочки, образуемой конденсатором s и пере- менным резистором 2э- [c.112]

        При изучении влияния электрического поля на процесс дегазации об разец заряжался как обкладка конденсатора, для чего через холодильник 5 пропаивалась подводящая проволока 6 из ковара или молибдена. Второй обкладкой конденсатора служила стальная фольга 7, обмотанная с наружной стороны реакционной кварцевой трубки. Между обмоткой печи 2 п фольгой 7 устанавливался кварцевый экран 8. Для создания электрического поля к концам ВН подключались химические источники тока, выпрямитель на 360—400 , собранный по двухполупериодной схеме на лампе 6Ц5С с включением в качестве фильтра емкости 20 мкф, высоковольтный выпрямитель от установки В1 и, наконец, телевизионный выпрямитель. Таким образом, мы располагали источниками с напряжением от 60 до 12000 причем во всех случаях предусматривалась возможность подачи на образец как поло>кительного, так н отрицательного потенциала. [c.52]

        Генератор имеет силовой трехфазный трансформатор / типа ЗГМ-75/10 с первичным напряжением 220/380 в и вторичным линейным напряжением Уаслин.) = 8000 в. Для преобразования подводимого от трансформатора переменного тока высокого напряжения в постоянный ток высокого напряжения служит высоковольтный газотронный выпрямитель 2, собранный по двухполупериодной трехфазной схеме. В процессе преобразования переменного тока по данной схеме значение выпрямленного напряжения возрастает до 1/г=1,35 У2(лин). В генераторе ГЛ-60 установлены две включенные параллельно лампы типа Г-431. Для предотвращения возможности прохождения высокочастотных колебаний в цепь питания имеется анодный стопорный дроссель 3, емкость 7 и индуктивность И анодного контура. [c.89]

        Феррорезонансный стабилизатор напряжения включает трансформатор Тр1 и группу конденсаторов 7, 8, 9. Колебания напряжения на вторичных обмотках при изменении напряжения питающей сетки на 10% не более 1,5%. Выпрямитель вакуумметра собран по двухполупериодной схеме на лампе 4 (6Ц5С). От выпрямителя питаются цепь анода манометрического преобразователя ЛМ-2, делитель напряжения 15, 22, с которого снимается опорное напряжение на управляющую сетку лампы 5 (6ПЗС) и анодная цепь усилителя ионного тока на лампе 6 (6Н7С). [c.160]


    Двухполупериодный мостовой выпрямитель — Строительство и ремонт

    Двухполупериодный выпрямитель является схемным устройством, которое использует оба полупериода входного переменного тока (AC) и преобразует их в постоянный ток (DC).  В нашем уроке по полуволновым выпрямителям мы видели, что полуволновой выпрямитель использует только половину цикла входного переменного тока. Таким образом, двухполупериодный выпрямитель намного эффективнее (двойной +). Этот процесс преобразования обоих полупериодов входного питания (переменного тока) в постоянный ток (DC) называется двухполупериодным выпрямлением. Диодный мост тут на сайте https://meanders.ru/diodnyj-most.shtml.

    Двухполупериодный выпрямитель может быть построен двумя способами. В первом методе используется трансформатор с центральным отводом и 2 диода. Эта схема известна как выпрямитель с волновым центром .

    Во втором методе используется обычный трансформатор с 4 диодами в виде моста. Это устройство известно как мостовой выпрямитель.

    Теория выпрямителя полной волны

    Чтобы полностью понять теорию двухполупериодного выпрямительного моста   , вам нужно сначала изучить полуволновой выпрямитель.  В учебнике по полуволновому выпрямителю мы четко объяснили основные принципы работы выпрямителя. Кроме того, мы также объяснили теорию pn-перехода и характеристики диода pn-перехода .

    Полноволновой выпрямитель — Работа и эксплуатация

    Работа и работа двухполупериодного мостового выпрямителя довольно просты. Схемы и формы сигналов, которые мы привели ниже, помогут вам лучше понять работу мостового выпрямителя. На принципиальной схеме 4 диода расположены в виде моста. Вторичная обмотка трансформатора подключена к двум диаметрально противоположным точкам моста в точках A и C. Сопротивление нагрузки R L   подключено к мосту через точки B и D.

    Двухполупериодный мостовой выпрямитель — принципиальная схема с входными и выходными волновыми формами

    Во время первой половины цикла

    В течение первого полупериода входного напряжения верхний конец вторичной обмотки трансформатора является положительным по отношению к нижнему концу.  Таким образом, в течение первого полупериода диоды D1 и D 3 смещены в прямом направлении, и ток протекает через плечо AB, входит в сопротивление нагрузки R L и возвращается обратно, протекая через плечо DC. В течение этой половины каждого входного цикла диоды D 2 и D 4смещены в обратном направлении, и ток не может течь в плечах AD и BC. Поток тока обозначен сплошными стрелками на рисунке выше. Ниже мы разработали еще одну диаграмму, чтобы помочь вам быстрее понять поток тока. См. Диаграмму ниже — зеленые стрелки показывают начало протекания тока от источника (вторичной обмотки трансформатора) к сопротивлению нагрузки. Красные стрелки показывают путь возврата тока от сопротивления нагрузки к источнику, таким образом замыкая цепь.

    Поток тока в мостовом выпрямителе

    Во второй половине цикла

    В течение второго полупериода входного напряжения нижний конец вторичной обмотки трансформатора является положительным по отношению к верхнему концу.  Таким образом, диоды D 2 и D 4 становятся смещенными в прямом направлении, и ток протекает через плечо CB, входит в сопротивление нагрузки R L и возвращается к источнику, протекающему через плечо DA. Поток тока показан пунктирными стрелками на рисунке. Таким образом направление потока тока через сопротивление нагрузки R Lостается неизменным в течение обоих полупериодов входного напряжения питания. См. Диаграмму ниже — зеленые стрелки показывают начало протекания тока от источника (вторичной обмотки трансформатора) к сопротивлению нагрузки. Красные стрелки показывают путь возврата тока от сопротивления нагрузки к источнику, таким образом замыкая цепь.

    Путь тока во 2-й половине цикла

    Пиковое обратное напряжение двухполупериодного мостового выпрямителя:

    Давайте проанализируем пиковое обратное напряжение (PIV) двухполупериодного мостового выпрямителя с помощью принципиальной схемы. В любой момент, когда вторичное напряжение трансформатора достигает положительного пикового значения Vmax, диоды D1 и D3 будут смещены в прямом направлении (проводящие), а диоды D2 и D4 будут смещены в обратном направлении (непроводящие).  Если мы рассмотрим идеальные диоды в мосте, то диоды прямого смещения D1 и D3 будут иметь нулевое сопротивление. Это означает, что падение напряжения на проводящих диодах будет равно нулю. Это приведет к тому, что все вторичное напряжение трансформатора будет развиваться через сопротивление нагрузки RL.

    Таким образом, PIV мостового выпрямителя = Vmax (макс. Вторичного напряжения)

    Анализ цепи мостового выпрямителя

    Единственное отличие в анализе между двухполупериодным выпрямителем и выпрямителем с центральным отводом состоит в том, что

    1. В мостовой выпрямительной схеме два диода проводят в течение каждого полупериода, и прямое сопротивление становится двойным (2R F ).
    2. В схеме мостового выпрямителя Vsmax — это максимальное напряжение на вторичной обмотке трансформатора, тогда как в выпрямителе с центральным отводом Vsmax представляет это максимальное напряжение на каждой половине вторичной обмотки.

    Различные параметры объясняются уравнениями ниже:

    1. Пиковое течение

    Мгновенное значение напряжения, подаваемого на выпрямитель, задается как

    vs = Vsmax Sin wt

     Если предполагается, что диод имеет прямое сопротивление R F Ом и обратное сопротивление, равное бесконечности, ток, протекающий через сопротивление нагрузки, определяется как

    i1 = Imax Sin wt и i2 = 0 для первой половины цикла

    и i1 = 0 и i2 = Imax Sin wt для второй половины цикла

    Общий ток, протекающий через сопротивление нагрузки R L , являющийся суммой токов i1 и i2, определяется как

    i = i1 + i2 = Imax Sin wt для всего цикла.

    Где пиковое значение тока, протекающего через сопротивление нагрузки R L , определяется как

    Imax = Vsmax / (2R F + R L )

    2. Выходной ток

    Поскольку ток одинаков через сопротивление нагрузки RL в двух половинах цикла переменного тока, величина Idc постоянного тока постоянного тока, которая равна среднему значению переменного тока, может быть получена путем интегрирования тока i1 между 0 и пи или ток i2 между пи и 2pi.

    Почему не следует смешивать полноволновые и полуволновые устройства с питанием

    Почему нельзя смешивать полноволновые и полуволновые устройства с питанием

    Многие устройства в сфере управления и HVAC питаются от 24VAC. Трансформатор используется для преобразования более высокого линейного напряжения 120 или 240 В переменного тока в более низкие 24 В для питания устройств. Полная мощность устройств проверяется для определения подходящего трансформатора для работы. Но еще одна важная деталь по большей части упускается.

    Источник 24 В переменного тока преобразуется в постоянное напряжение, необходимое для цепей устройства. Каждое устройство имеет внутреннюю силовую цепь, которая преобразует это переменное напряжение в постоянное, и все устройства не созданы равными. В некоторых устройствах используется двухполупериодный выпрямительный мост (четыре диода), а в других — однополупериодный выпрямитель (один диод). Именно из-за этой разницы необходимо соблюдать особую осторожность при подключении устройств, питаемых переменным током, к одному трансформатору. Двухполупериодное выпрямительное устройство преобразует обе синусоидальные волны переменного тока в постоянный, в то время как полуволновое выпрямительное устройство преобразует только одну.Двухполупериодные устройства хороши для сильноточных устройств, а полуволновые выпрямительные устройства — для слаботочных приложений и для совместного использования одного и того же трансформатора.

    Когда двухполупериодные и однополупериодные выпрямители питаются от одного и того же трансформатора и их общие цепи постоянного тока связаны вместе, это создает короткое замыкание на половину цикла переменного тока в мостовом выпрямителе. Это может привести к перегоранию предохранителя на устройстве (если он есть), перегоранию диода в двухполупериодной схеме выпрямителя или перегоранию трансформатора.

    Есть также особые соображения при питании только двухполупериодных выпрямительных устройств в зависимости от вторичного заземления трансформатора. Двухполупериодное устройство может иметь либо заземленную вторичную обмотку трансформатора на входе, либо заземленный выход на нагрузке постоянного тока. Заземление входа и выхода приведет к короткому замыканию на половину волны переменного тока, что приведет к повреждению устройства и / или трансформатора. В зависимости от других обстоятельств, даже для двухполупериодных выпрямительных устройств могут потребоваться отдельные трансформаторы.

    Вот простое правило. При использовании двухполупериодного выпрямителя используйте специальный трансформатор и не заземляйте вторичную обмотку трансформатора. При использовании устройств с однополупериодным выпрямлением трансформаторы можно разделить, но при подключении к трансформатору соблюдайте полярность со стороны высокого и низкого уровня (заземленная).

    Рекомендуется следовать рекомендациям производителей устройств для питания своих устройств. Contemporary Controls предоставляет руководства по установке для своих продуктов, в которых указываются требования к питанию устройства, а также инструкции по правильному подключению.Если вы сомневаетесь в соединении устройств, которые будут питаться от одного трансформатора, обратитесь к поставщику устройства. Небольшое планирование и предусмотрительность упростят установку и избавят от неприятностей, связанных с непригодным для использования взорванным оборудованием.

    Предыдущая публикация Следующая история

    Полнополупериодный выпрямитель

    и мостовой выпрямитель

    Полнополупериодный выпрямитель

    Выпрямитель — это электрическая цепь, преобразующая переменный ток в постоянный.Как обсуждалось в предыдущей статье, однополупериодный выпрямитель преобразует только полупериоды переменного тока в положительный или отрицательный, в зависимости от ориентации диода. Также обсуждалось, что эффективность полуволнового выпрямителя меньше, поскольку он использует только полупериоды, а другие половины заблокированы / отсутствуют на выходе. Кроме того, конденсаторный фильтр использовался для устранения пульсаций и сглаживания выходного сигнала. В полуволновом выпрямителе частота пульсаций равна входной частоте.Эти однополупериодные выпрямители используются в схемах маломощных и недорогих источников питания.

    КПД выпрямителя можно повысить, используя оба цикла входного переменного тока. Схема, которая использует оба полупериода для преобразования переменного тока в постоянный, называется двухполупериодным выпрямителем . Двухполупериодные выпрямители более эффективны по сравнению с однополупериодными выпрямителями и используют более одного диода в цепи.

    Схема полнополупериодного выпрямителя с использованием трансформатора с центральным отводом

    Трансформатор с разделенной вторичной обмоткой с центральным отводом, подключенным к резистивной нагрузке через два диода. Трансформатор обычно вырабатывает ток с разностью фаз на 180 градусов и во вторичной обмотке в зависимости от расположения точек на обмотках.

    Рисунок 1: Двухполупериодный выпрямительный трансформатор с центральным ответвлением

    На рисунке 1 выше показан двухполупериодный выпрямитель, использующий трансформатор с центральным отводом. Синусоидальная волна, приложенная к первичной обмотке трансформатора с центральным ответвлением, преобразуется во вторичную обмотку, и на вторичной стороне создается потенциал напряжения. Потенциал, развиваемый во вторичной школе, чередуется каждые полупериод.Выход двухполупериодного выпрямителя имеет период времени половину входного или имеет частоту, вдвое превышающую частоту входного сигнала.

    Процесс исправления объясняется для каждого полупериода.

    В течение первого полупериода формируется потенциал прямого смещения D 1 диода и обратного смещения диода D 2 . Положительный полупериод проходит через диод D 1 и создает напряжение на нагрузочном резисторе, как показано на рисунке 2. Направление тока через нагрузочный резистор и полярность напряжения на нем должны соблюдаться и должны оставаться неизменными в течение отрицательного полупериода.

    Рисунок 2: Двухполупериодный выпрямитель Трансформатор с центральным ответвлением во время положительных полупериодов

    Во время второго полупериода полярность напряжения на вторичной обмотке показана на рисунке 3, что связано с изменением полярности на первичной обмотке. При такой полярности диод D 2 смещен в прямом направлении, а диод D 1 — в обратном.Следовательно, диод D 2 позволяет току проходить через нагрузочный резистор, в то время как диод D 1 остается выключенным в течение этого полупериода. Направление тока через нагрузочный резистор и полярность напряжения на нем остаются такими же, как и в течение первого полупериода. Такое расположение диодов с трансформатором с центральным отводом приводит к однонаправленному течению тока через диод. Выпрямление переменного тока происходит в течение обоих полупериодов, то есть в течение всего периода синусоидального сигнала.

    Рисунок 3: Двухполупериодный выпрямитель Трансформатор с центральным отводом во время отрицательных полупериодов

    Процесс выпрямления продолжается аналогичным образом, чередуя ток через диоды D 1 и D 2 для приближающихся циклов.

    Рисунок 4: Полностью выпрямленная синусоидальная волна

    Среднее значение полностью выпрямленной синусоидальной волны определяется как:

    Средний выход однополупериодного выпрямителя, как было показано в предыдущей статье, равен 0.В 318 раз больше пикового напряжения. Но при двухполупериодном выпрямлении средняя мощность удвоилась, а средняя мощность также увеличилась в четыре раза. Следовательно, это приводит к более эффективному процессу выпрямления по сравнению с полуволновым выпрямлением.

    Выпрямитель диодный мост

    Трансформаторы, имеющие вторичную обмотку с центральным отводом, дороже и больше по размеру из-за наличия двух обмоток на вторичной стороне. Из-за этого в источниках питания в основном используются трансформаторы сигнальных обмоток, а для выполнения двухполупериодного выпрямления используется специальная диодная перемычка. Диодный мост может быть изготовлен с использованием четырех одинаковых диодов или может быть получен полный комплект готовых диодных мостов для выполнения двухполупериодного выпрямления. Диодные мосты доступны в различных номиналах и спецификациях, чтобы соответствовать различным приложениям и схемам.

    Рисунок 5: Простой мостовой двухполупериодный выпрямитель

    Простой двухполупериодный выпрямитель на диодном мосту показан на рисунке 5, и здесь используются четыре силовых диода вместо двух диодов в трансформаторе с центральным отводом. Во время первого полупериода полярность напряжения на диодном мосту показана на рисунке 6, что делает диоды D 1 и D 2 смещенными в прямом направлении.Другая половина моста, то есть диоды D 3 и D 4 , остаются в выключенном состоянии. Такое смещение моста вызывает прохождение тока через нагрузку, и на ней появляется напряжение. Направление тока и полярности напряжения на нагрузке показано на рисунке 6.

    Рисунок 6: Мостовой полнополупериодный выпрямитель во время первого полупериода

    Аналогичным образом, для следующего цикла полярность меняется на противоположную из-за переменного синусоидального источника, и напряжение на диодном мосту показано на рисунке 7.Полярность напряжения вызывает прямое смещение диодов D 3 и D 4 на этот раз, в то время как диоды D 1 и D 2 остаются выключенными. Направление тока через нагрузку и полярность напряжения на ней остаются неизменными, что означает, что даже после изменения полярности входной синусоидальной волны полярность на нагрузке остается неизменной.

    Рисунок 7: Мостовой полнополупериодный выпрямитель во время второго полупериода

    Схема диодного моста выполняет полное выпрямление последовательных чередующихся циклов.Недостатком мостового выпрямителя по сравнению с трансформатором с центральным отводом является то, что он использует два диода одновременно для выпрямления, что вызывает двойное падение напряжения в прямом направлении.

    Пример полноволнового выпрямления

    Схема источника питания из предыдущей статьи с использованием однополупериодного выпрямителя используется здесь для сравнения результатов. Источник напряжения 220 В RMS с трансформатором 100: 1 использовался для питания нагрузки 1 кОм. Использование мостового двухполупериодного выпрямителя:

    Примерно 20 В DC появляется на (прямое падение напряжения на диоде для простоты игнорируется), нагрузка и ток, протекающий через нагрузку 1 кОм, составляет:

    Мощность, передаваемая на нагрузку с помощью двухполупериодного мостового выпрямителя:

    Двухполупериодный выпрямитель обеспечивает вдвое большее напряжение и четырехкратную мощность на нагрузку по сравнению с однополупериодным выпрямителем.Это делает двухполупериодный выпрямитель более эффективным, и для того же источника питания можно использовать трансформатор меньшего размера по сравнению с полуволновым выпрямителем. Например, при использовании однополупериодного выпрямителя трансформатор с соотношением 10: 1 обеспечивает питание прибл. 10 В DC к нагрузке при входном напряжении 220 В RMS . Однако можно использовать трансформатор с соотношением сторон 5: 1 для обеспечения того же напряжения нагрузки с помощью двухполупериодного мостового выпрямителя.

    Пульсации и фильтрующий конденсатор

    Однако повышение эффективности происходит за счет пульсации, которая увеличивается вдвое по сравнению с полуволновыми выпрямителями.Увеличение ряби связано с увеличением частоты, которая увеличилась вдвое. Пульсации являются нежелательными элементами любой электронной схемы, и выходной сигнал источников питания можно сгладить с помощью фильтрующего конденсатора. Схема пикового выпрямителя с конденсаторным фильтром показана на рисунке 8.

    Рисунок 8: Мостовой полнополупериодный выпрямитель с конденсаторным фильтром

    Конденсатор действует как накопитель или резервуар и обеспечивает нагрузку в период выключения. Емкость конденсатора должна быть достаточно большой, чтобы его постоянная времени (RC) >> период времени синусоидального сигнала.Конденсатор заряжается, когда напряжение увеличивается до пикового напряжения, а затем начинает разряжаться, подавая ток на нагрузку. Конденсатор продолжает питать нагрузку до следующего цикла, когда напряжение снова начнет расти. Для каждого цикла конденсатор заряжается и разряжается при повышении и понижении напряжения соответственно. В течение периода проводимости (Δt) диоды питают нагрузку и заряжают конденсатор.

    Рисунок 9: Выход полнополупериодного выпрямителя с конденсаторным фильтром

    Напряжение пульсаций для двухполупериодного выпрямителя рассчитывается по следующей формуле, и обратите внимание, что частота пульсаций увеличилась вдвое по сравнению с полуволновым выпрямителем:

    Например, если желаемое напряжение пульсации составляет 1 В для приведенного выше примера, тогда значение конденсаторного фильтра равно:

    Итак, конденсатор емкостью 325 мкФ должен иметь пульсирующее напряжение 1 В для источника питания мостового выпрямителя, приведенного в приведенном выше примере.

    Период проводимости диода можно приблизительно определить по следующей формуле:

    Диоды будут проводить только 4% от общего периода, а остальную часть периода нагрузка будет обеспечиваться конденсатором.

    Двухполупериодные выпрямители, использующие мостовые диоды, в основном используются в источниках питания и выпрямителях. К недостаткам можно отнести использование двух диодов и увеличение пульсаций. Оба эти фактора могут привести к искажениям и гармоникам в цепях.

    Заключение

    • Двухполупериодные выпрямители чаще всего используются в процессе выпрямления, поскольку они более эффективны по сравнению с полуволновыми выпрямителями.
    • Двухполупериодные выпрямители могут быть сконструированы с использованием трансформатора с центральным отводом или мостовых диодов. Выпрямитель с центральным отводом использовал один диод для проводимости, тогда как мост-диод — два диода для проводимости.
    • Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом использует двухобмоточный трансформатор, что увеличивает его размер и стоимость. В то время как выпрямитель мост-диод использует два диода для выпрямления одновременно, то есть двойное прямое падение напряжения и добавление нелинейного устройства.
    • Среднее напряжение или напряжение постоянного тока, выдаваемое двухполупериодным выпрямителем, равно 0.В 636 раз больше пикового напряжения, что в два раза больше напряжения, выдаваемого однополупериодным выпрямителем. В конечном итоге мощность увеличивается в четыре раза.
    • Коэффициент пульсаций в двухполупериодном выпрямителе удваивается из-за удвоенной частоты.
    • Пульсации можно уменьшить с помощью конденсаторного фильтра, а постоянная времени конденсатора фильтра должна быть достаточно большой, чтобы он не разряжен полностью в течение периода питания.

    Преимущества и недостатки двухполупериодного выпрямителя

    Как мы знаем, это двухполупериодный выпрямитель, который может преобразовывать переменное напряжение (AC) в пульсирующее постоянное напряжение (DC), используя оба полупериода приложенного переменного напряжения. Когда нам нужно использовать двухполупериодный выпрямитель, используются два диода, один из которых проводит в течение одного полупериода, а другой — в течение другого полупериода приложенного напряжения переменного тока.

    Если вы хотите узнать что-то другое, вы — подходящее место для чтения, поэтому продолжайте читать в течение нескольких минут, чтобы получить правильную информацию о двухполупериодном выпрямителе. Давайте глубоко разберемся в плюсах и минусах двухполупериодного выпрямителя.

    Преимущества двухполупериодного выпрямителя:

    • Частота пульсаций в два раза больше входной частоты.
    • КПД выше.
    • Большая выходная мощность постоянного тока.
    • Коэффициент пульсации меньше.
    • Напряжение пульсаций низкое, а частота выше в случае двухполупериодного выпрямителя, поэтому требуется простая схема фильтрации.
    • Более высокое выходное напряжение.
    • Более высокий коэффициент использования трансформатора.
    • Использует обе половины формы волны переменного тока.
    • Проще обеспечить сглаживание в результате использования частоты пульсации.

    Недостатки двухполупериодного выпрямителя:

    • Более укомплектованный, чем однополупериодный выпрямитель.
    • Требуется больше диодов, два для выпрямителя с центральным ответвлением и четыре для мостового выпрямителя.
    • Рейтинг PIV диода выше.
    • Высшие диоды PIV больше по размеру и намного дороже.
    • Стоимость трансформатора с центральным ответвлением высока.
    • Двухчастотный гул в аудиосхеме, возможно, он более слышен.
    • У этого выпрямителя сложно найти центральный отвод вторичной обмотки.
    • Выход постоянного тока невелик, поскольку при использовании каждого диода используется только половина вторичных напряжений трансформатора.
    • Когда требуется выпрямить небольшое напряжение, двухполупериодная схема выпрямителя не подходит.

    Узнать больше:

    Как мы знаем, это двухполупериодный выпрямитель, который может преобразовывать переменное напряжение (AC) в пульсирующее постоянное напряжение (DC), используя оба полупериода приложенного переменного напряжения. Когда нам нужно использовать двухполупериодный выпрямитель, используются два диода, один из которых проводит в течение одного полупериода, а другой — в течение другого полупериода приложенного напряжения переменного тока.

    Если вы хотите узнать что-то другое, вы — подходящее место для чтения, поэтому продолжайте читать в течение нескольких минут, чтобы получить правильную информацию о двухполупериодном выпрямителе. Давайте глубоко разберемся в плюсах и минусах двухполупериодного выпрямителя.

    Преимущества двухполупериодного выпрямителя:

    • Частота пульсаций в два раза больше входной частоты.
    • КПД выше.
    • Большая выходная мощность постоянного тока.
    • Коэффициент пульсации меньше.
    • Напряжение пульсаций низкое, а частота выше в случае двухполупериодного выпрямителя, поэтому требуется простая схема фильтрации.
    • Более высокое выходное напряжение.
    • Более высокий коэффициент использования трансформатора.
    • Использует обе половины формы волны переменного тока.
    • Проще обеспечить сглаживание в результате использования частоты пульсации.

    Недостатки двухполупериодного выпрямителя:

    • Более укомплектованный, чем однополупериодный выпрямитель.
    • Требуется больше диодов, два для выпрямителя с центральным ответвлением и четыре для мостового выпрямителя.
    • Рейтинг PIV диода выше.
    • Высшие диоды PIV больше по размеру и намного дороже.
    • Стоимость трансформатора с центральным ответвлением высока.
    • Двухчастотный гул в аудиосхеме, возможно, он более слышен.
    • У этого выпрямителя сложно найти центральный отвод вторичной обмотки.
    • Выход постоянного тока невелик, поскольку при использовании каждого диода используется только половина вторичных напряжений трансформатора.
    • Когда требуется выпрямить небольшое напряжение, двухполупериодная схема выпрямителя не подходит.

    Узнать больше:

    Изображение человеческого мозга с инверсией полной формы волны

    Разрешение с удаленным черепом

    Времяпролетная томография на основе луча и FWI на основе волнового уравнения представляют собой формы трансмиссионной томографии. Рисунок 2 демонстрирует разницу между этими двумя методами с использованием простой двухмерной модели голого мозга без осложняющих эффектов черепа.Используя модель из рис. 2а и решив численное волновое уравнение, был создан набор синтетических данных для датчиков, расположенных вокруг мозга. Используя однородную стартовую модель, показанную на рис. 2b, этот набор данных был инвертирован с использованием как времяпролетной томографии, так и FWI, чтобы восстановить модели, показанные на рис. 2c, d. Времяпролетная томография стремится найти наиболее подходящую модель, используя теорию геометрических лучей для прогнозирования времени задержки для каждой пары источник-приемник в наборе данных, тогда как FWI пытается решить ту же проблему, используя волновое уравнение для прогнозирования детальное изменение акустического давления во времени, записанное на каждом приемнике для каждого источника.

    Рис. 2: Инверсия данных из мозга за пределы черепа.

    a Двумерная модель скорости акустической волны в голом мозгу без черепа. Красный эллипс показывает положение преобразователя; серая область маскируется и фиксируется во время инверсий. b Однородная модель используется для начала инверсии. c Результат ультразвуковой компьютерной томографии. Полученная модель точна, но имеет плохое пространственное разрешение. d Результат полной инверсии ультразвуковой формы волны.Результирующая модель теперь точна и имеет хорошее пространственное разрешение.

    Для этого численного эксперимента длина волны в мягких тканях преобладающей частоты в озвучивающем импульсе составляла ~ 3,75 мм, самая короткая длина волны составляла ~ 1,75 мм, а минимальный диаметр зоны Френеля для сигналов, проходящих через модель, составлял> 20 мм. Для обычной эхосонографии в B-режиме пространственное разрешение зависит от нескольких факторов 20 , но при визуализации через относительно однородные мягкие ткани с соответствующей конфигурацией датчика и короткой длительностью импульса в два цикла типичное разрешение составляет порядка длина волны излучения на доминирующей частоте, или ~ 3.75 мм в данном контексте. Для методов томографии передачи на основе волнового уравнения, таких как FWI, достижимое разрешение составляет порядка половины длины волны наивысшей доступной частоты 16,21 , или ~ 0,88 мм в данном контексте. Для FWI ни длительность импульса, ни ширина луча напрямую не влияют на пространственное разрешение.

    Напротив, хорошо зарекомендовавшая себя теория 11 и численные эксперименты 22 показывают, что максимальное пространственное разрешение, которое может быть достигнуто в дальней зоне с использованием времяпролетной томографии на основе лучей, порядка диаметр первой зоны Френеля. Таким образом, можно ожидать, что модель FWI будет в ~ 20 раз лучше разрешена в линейных размерах, чем эквивалентная времяпролетная модель. Рисунок 2 напрямую иллюстрирует это поведение. Оба метода восстанавливают модели, которые имеют точные локально усредненные свойства, но времяпролетная модель имеет пространственное разрешение только в сантиметровом масштабе, тогда как модель FWI имеет миллиметровое разрешение. Обратите внимание, что в этом простом примере разница в разрешении между двумя методами не связана ни с наличием черепа, ни с различиями в схеме оптимизации — оба метода использовали нелинейную инверсию наименьших квадратов, применяемую к одним и тем же входным данным. .Более подробное обсуждение разрешения, достигаемого с помощью эхолокационной эхографии, времяпролетной томографии и FWI, приведено в разделе «Дополнительная информация».

    В отсутствие черепа обычная высокочастотная эхо-импульсная сонография, конечно, могла бы восстановить точное и хорошо разрешенное изображение обнаженного мозга. Однако, если череп вставляется, то импульс-эхо не может полностью отобразить мозг внутри черепа, потому что тогда отражения мозга значительно искажаются, поглощаются и рассеиваются черепом.Точно так же времяпролетная томография головного мозга внутри неповрежденного человеческого черепа терпит неудачу, потому что на низких частотах, которые могут передаваться через голову с приемлемым отношением сигнал / шум, пространственное разрешение является недостаточным. FWI не страдает ни одной из этих проблем; он правильно учитывает искажающие эффекты черепа и обеспечивает хорошее пространственное разрешение даже на низких частотах, которые могут быть записаны после передачи через череп.

    Трехмерное изображение полной формы волны черепа

    FWI имеет очевидные преимущества для визуализации мозга; Тем не менее, у него есть две собственные сложности: вычислительные усилия, необходимые для извлечения изображения из данных в трех измерениях, значительны, а метод требует достаточно хорошей начальной модели, чтобы перейти к правильной окончательной модели.

    Первое требование до недавнего времени ограничивало применимость медицинского FWI к задачам, которые могут быть успешно решены в двух измерениях 23 , а череп даже не является приблизительно двухмерным. Появление больших параллельных многоядерных многоузловых вычислительных кластеров, параллельных облачных вычислений по требованию и систем графических процессоров (GPU) с большой памятью в сочетании с улучшенным программным обеспечением FWI и использованием предварительно обученных контролируемых глубинных вычислений. учась ускорить процесс, уменьшаются вычислительные требования этого метода; время работы и затраты продолжают сокращаться из года в год.

    Требование к хорошей стартовой модели очевидно для мягких тканей головного мозга, где достаточно однородной стартовой модели. Однако для костей черепа требуется дополнительный уход. В этом разделе мы предполагаем, что модель черепа известна априори. В следующем разделе мы продемонстрируем, что AWI способен построить точную модель черепа полностью на основе ультразвуковых данных без априорных знаний, и что после этого с помощью FWI затем восстанавливается полностью разрешенная модель мозга.

    На рис. 3 показаны поперечные, сагиттальные и корональные сечения трехмерной целевой модели скорости волны, исходная модель, содержащая истинный череп, но в остальном однородная, и модель, реконструированная с использованием FWI, примененная к ультразвуковым данным суб-МГц, сгенерированным с помощью целевая модель. Дополнительные видеоролики 2, 3 и 4 показывают истинную, исходную и реконструированную модели в трех измерениях. Цветовая шкала, показанная на рис. 3, предназначена для подчеркивания неоднородности как мягких, так и твердых тканей.

    Рис. 3: Модели скорости акустической волны.

    Поперечный (слева), сагиттальный (в центре) и коронарный (справа) срезы через истинную (вверху), исходную (в центре) и восстановленную (внизу) модели. И моделирование волнового поля, и инверсия формы волны выполняются в трех измерениях. Исходная модель включает истинную модель черепа, но в остальном однородна.

    Кости большей части верхней части черепа многослойны, содержат внутреннюю и внешнюю пластинки более плотной кортикальной кости с высокой скоростью волны, окружающие диплоэ, которое образовано из губчатой ​​кости с меньшей плотностью и скоростью волны. Эта структура, вместе с большим контрастом свойств между черепом и окружающими его мягкими тканями, обеспечивает основной механизм ослабления транскраниального сигнала, при этом неэластичное поглощение и преобразование эластичных мод играют менее значительную роль 24,25,26 ; в дополнительной информации мы подробно исследуем значение поглощения и демонстрируем его ограниченное влияние. Модель черепа, использованная в этом исследовании, включала все полости, отверстия и другие структурные осложнения, которые присутствуют в голове взрослого человека и которые могут быть зафиксированы на сетке 500 мкм, которую мы использовали для представления модели.

    Модель, восстановленная FWI, рис. 3g – i, хорошо согласуется с истинной моделью, рис. 3a – c, как для экстракраниальных, так и для внутричерепных мягких тканей. Внутри черепа FWI может создать точное и подробное изображение: серое и белое вещество точно соответствуют свойствам целевой ткани, как по абсолютной скорости волны, так и по структуре, с разрешением, достаточным для прямой идентификации кортикальных складок. Хорошо восстанавливаются более глубокие структуры, такие как мозолистое тело, таламус, базальные ганглии и желудочковая система.Части венозных синусов имеют толщину 0,8 мм в реальной модели, как и более крупные сосуды в головном мозге, и они восстанавливаются на реконструированном изображении, демонстрируя, что мы можем достичь субмиллиметрового разрешения мозга и его сосудов. система, использующая только относительно низкие частоты, лежащие ниже 1 МГц. Части мозжечка и моста лежат ниже самых нижних положений датчика в нашем численном эксперименте, но все еще можно извлечь достаточно информации из данных для изображения обоих тел, хотя разрешение уменьшается по мере того, как освещение постепенно теряется в область, близкая к основанию черепа.

    Восстановление мозга без априорной модели черепа

    FWI — это алгоритм локальной оптимизации, для которого требуется исходная модель, лежащая в области притяжения глобального решения 15 . Разница в скорости акустической волны в мягких тканях составляет ~ ± 7%, что соответствует значениям между ~ 1400 мс -1 для жира и 1600 мс -1 для мышечной ткани и хряща 27 . На частотах, которые мы используем для FWI, такие относительно небольшие возмущения легко восстанавливаются, начиная с однородной модели, имеющей скорость волны, аналогичную скорости воды в ~ 1500 мс -1 , как показано на рис.2. Это причина того, что метод FWI, примененный, например, к визуализации груди, оказался незамедлительно успешным 23,28 . Напротив, изменение скорости волны для твердых тканей в черепе больше на ~ ± 14%, со значениями между ~ 2100 мс -1 для губчатой ​​кости и 2800 мс -1 для кортикальной кости 24,25, 26 ; нижняя челюсть и позвонки имеют еще более высокие волновые скорости ~ 3500 мс -1 27 . Эти высокие значения далеки от показателей воды.Следовательно, восстановление полной модели головы, включая кости черепа, требует более сложного подхода; мы покажем в этом разделе, что это может быть обеспечено алгоритмом AWI 3 .

    На рис. 4b показана неудача попытки восстановить модель головы с использованием обычного FWI, начиная с чисто однородной исходной модели, показанной на рис. 4a. Это следует сравнить с рис. 3g, на котором показан аналогичный результат, полученный, когда исходная модель содержит точную модель черепа.Причина неудачи этой попытки заключается в том, что обычный FWI не сойдется к правильному глобальному решению, если инверсия начинается с модели, которая слишком далеко от истинной модели. В частности, для успешного FWI данные, сгенерированные начальной моделью, не должны сдвигаться во времени более чем на половину волнового цикла на самых низких частотах, которые присутствуют в данных. Когда это условие не выполняется, данные «пропускаются», и тогда FWI обычно терпит неудачу.

    Рис. 4: Преобразование однородной стартовой модели.

    a Однородная стартовая модель со скоростью воды. b Модель восстановлена ​​с использованием обычного FWI. c Модель восстановлена ​​с помощью AWI. d Модель восстановлена ​​FWI после AWI. Цветовая шкала показана на рис. 3. Обратите внимание, что череп отсутствует в исходной модели, а окончательная модель хорошо восстановлена.

    AWI — это модификация FWI, которая менее чувствительна к качеству исходной модели и способна двигаться к истинной модели, даже если цикл данных пропускается.Однако он платит цену за эту надежность, и модели, которые он может производить самостоятельно, обычно не так хорошо решены, как те, которые могут быть произведены FWI. Тогда решение состоит в том, чтобы начать с AWI от простой однородной модели с пропущенным циклом, а затем переключиться на обычный FWI, как только AWI продвинет модель достаточно далеко к истинной модели, чтобы они больше не пропускали цикл 19 .

    На рис. 4c показан результат применения AWI с использованием тех же данных и начиная с той же однородной модели, которая использовалась для создания рис.4b. Теперь попытка восстановить модель как черепа, так и мозга оказалась достаточно успешной, и никакой априорной модели черепа не предполагалось. Однако модель AWI не является окончательным результатом. На рисунке 4d показаны результаты, впоследствии полученные обычным FWI, начиная с сглаженной версии модели, ранее восстановленной AWI. Окончательная модель, восстановленная с помощью этой комбинации методов, теперь точна и хорошо сравнивается с моделью на рис. 3g, которая была восстановлена ​​с использованием идеальной модели черепа.Тогда AWI и FWI вместе могут полностью решить проблему построения хорошо разрешенной точной модели черепа и мозга исключительно на основе ультразвуковых данных без каких-либо априорных знаний о черепе.

    Важность трех измерений

    Большинство трехмерных медицинских изображений сначала анализируют данные в двух измерениях, чтобы получить набор плоскостей, которые объединяются в окончательный объем трехмерного изображения. Применение этого подхода к ультразвуковому FWI будет иметь преимущества: вычислительные затраты на инвертирование многих 2D-срезов ниже, чем у истинной 3D-инверсии, а системы сбора данных 2D проще проектировать, создавать и эксплуатировать.Однако структурная сложность черепа и большой контраст с мягкими тканями искажают волновые фронты, преломляя и рассеивая энергию из двухмерной плоскости.

    Рисунок 5a иллюстрирует вредные эффекты инвертирования трехмерных данных только в двух измерениях. Здесь инвертируемые данные представляют собой плотное двумерное подмножество полных трехмерных данных, используемых для генерации результатов, показанных на фиг. 3. На фиг. 5а данные, которые должны быть инвертированы, были сгенерированы с помощью примененного трехмерного волнового уравнения. к 3D-модели, но инверсия предполагает только 2D-модель и использует 2D-волновое уравнение.Следовательно, инверсия не может объяснить энергию, которая преломлялась, отражалась, рассеивалась или выводилась из 2D плоскости. Восстановленная в этом случае модель не является ни точной, ни полезной.

    Рис. 5: Восстановление модели с помощью двумерного FWI.

    a 3D-данные, инвертированные с помощью 2D FWI. b 2D-данные, инвертированные с помощью 2D FWI. На левых панелях показаны смоделированные данные, полученные от одного источника, расположенного в желтом круге, как записанные на эллиптическом массиве из 512 датчиков, размещенных вокруг головы. Центральные панели показывают данные, записанные одним приемником, расположенным напротив источника; положение отображаемых данных обозначено синей линией. Правые панели показывают модели, восстановленные с использованием чисто двумерного FWI. Цветовая шкала, показанная на рис. 3.

    На рис. 5b показан эквивалентный эксперимент, проведенный исключительно в 2D; во втором случае и генерация начальных данных, и инверсия являются двумерными. Двухмерная инверсия двухмерных данных позволяет восстановить модель, которая является такой же точной, как модель, восстановленная трехмерной инверсией трехмерных данных.Сравнение данных и форм сигналов на рис. 5a, b демонстрирует, почему 3D FWI для 3D-данных и 2D FWI для 2D-данных оба успешны, тогда как 2D FWI для 3D-данных полностью не выполняется. Наборы данных 2D и 3D демонстрируют существенные различия, и очевидно, что в данных 3D должна присутствовать значительная энергия вне плоскости, и это не может быть адекватно объяснено во время 2D FWI. Поскольку трехмерные эффекты всегда будут присутствовать в реальных данных, успешная визуализация мозга с использованием передачи FWI всегда потребует сбора трехмерных данных и трехмерной инверсии, чтобы должным образом скорректировать трехмерное искажение волнового поля, создаваемое костями мозга. череп.

    Лабораторные наблюдения in vivo

    На частотах ниже МГц, которые использовались в наших численных экспериментах, потери передачи в мягких тканях невелики 27,29,30,31,32,33,34 , но рассеяние и неупругие потери в черепе может иметь значение 24,25,26 . Чтобы проверить значимость этих потерь и измерить отношение сигнал / шум в реальном транскраниальном ультразвуке, мы провели лабораторные наблюдения in vivo и ex vivo. В обоих этих экспериментах полоса пропускания приемопередатчика и форма волны источника были идентичны тем, которые использовались в симуляциях in silico.Интенсивность ультразвука всегда была ниже минимальных пределов, рекомендованных Британским медицинским ультразвуковым обществом для непрерывного ультразвукового исследования взрослых 35 . В экспериментах in silico и ex vivo голова испытуемого и датчики были погружены в воду. Напротив, для наблюдений in vivo датчики держали на коже черепа, прикрепляя к субъекту с помощью сонографического геля. Как in vivo, так и ex vivo эксперименты дали одинаковые уровни сигнала и сходные отношения сигнал / шум.

    На рис. 6 показаны транскраниальные формы волн in vivo, полученные в лаборатории, в трех ориентациях, с использованием одного из авторов в качестве испытуемого.Данные отображаются без накопления и без обработки; то есть один несфокусированный источник сработал один раз, и необработанные данные, записанные на одноканальном приемнике, отображаются без формирования луча, динамического сжатия или других числовых манипуляций. Эти наблюдения недвусмысленно демонстрируют, что транскраниальный ультразвук может быть записан для головы взрослого человека in vivo с хорошим отношением сигнал / шум в полосе частот 100–850 кГц, которую мы использовали в этом исследовании, используя простейшие системы сбора данных. Эти несфокусированные сигналы прошли через голову, последовательно через гель, волосы, кожу, внешние мягкие ткани, череп, мозг и другие внутренние мягкие ткани, череп, внешние ткани и гель в различных ориентациях и выравниваниях.

    Рис. 6: Транскраниальные наблюдения in vivo.

    Необработанные, не суммированные, транскраниальные, ультразвуковые сигналы, прошедшие фильтр нижних частот с частотой 1 МГц, генерируемые с использованием одного источника и одного приемника, подключенные к объекту с помощью ультразвукового геля и плотно прижатые к коже головы и волосам.Форма волны источника идентична той, которая использовалась в экспериментах in silico и ex vivo. Сонограммы нормализованы по амплитуде; истинные амплитуды и время пробега приблизительно пропорциональны разнесению источника и приемника. a Временное в височное. b Левая лобная к правому затылку. c От лобной кости к теменной.

    Мы рассчитали наблюдаемые уровни отношения сигнал / шум путем сравнения среднеквадратичной амплитуды, зарегистрированной до прихода переданного сигнала, с амплитудой, записанной в окне 20 мкс после прихода первого сигнала. Рассчитанные таким образом отношения сигнал / шум для данных in vivo, усредненные по всем ориентациям, составили 39 дБ с максимальным изменением 10 дБ в зависимости от ориентации. В дополнительной информации мы демонстрируем, что FWI остается устойчивым при отношении сигнал / шум ниже 2 дБ. Таким образом, наши прямые наблюдения in vivo демонстрируют наблюдаемые уровни отношения сигнал / шум, которые намного превышают минимум, необходимый для успешного проведения FWI, и были получены с использованием безопасных уровней падающего ультразвука и использованных датчиков и электроники, которые легко использовать в клинических условиях. .Ясно, что проникновение сигнала и отношения сигнал / шум, которые могут быть достигнуты в практических приложениях на частотах ниже МГц, будут более чем достаточными для транскраниальной нейровизуализации с использованием низкочастотного ультразвука, поддерживаемого FWI.

    Лабораторные наблюдения Ex vivo

    В эксперименте ex vivo мы погрузили человеческий череп в воду, записывая транскраниальный ультразвук с использованием тех же датчиков, которые использовались для наблюдений in vivo. Записанные данные с черепом и без него показаны на рис.7. Основные потери сигнала в голове человека in vivo происходят в результате потери неупругости в кости, отражения на внутренней и внешней границах черепа и рассеяния внутри черепа, особенно на границе между диплоэ и кортикальной костью. Основные искажения волнового фронта вызываются большим контрастом скорости звука между костями черепа и окружающими их мягкими тканями, которые имеют скорость звука, близкую к скорости звука воды. Этот эксперимент ex vivo призван уловить все эти особенности.

    Рис. 7: Данные Ex vivo и in silico после передачи через голову.

    a Геометрия лабораторного эксперимента ex vivo. b Данные, зарегистрированные в лаборатории центральным датчиком без наличия черепа. c Эквивалентные данные ex vivo, записанные с черепом. d Эквивалент данных in silico с черепом. и Лабораторные данные ex vivo, записанные на линейной матрице с мелкими выборками с черепом. f Эквивалентные числовые данные, смоделированные в 3D.Физический череп и числовая модель номинально одинаковы, но отличаются в деталях, а численная модель не включает эффекты рассеяния физическими преобразователями и поддерживающим их оборудованием. Цифры b d нормированы на их наибольшую амплитуду; ненормированные амплитуды в b примерно в пять раз больше, чем в c .

    На рис. 7b показаны данные, записанные одним датчиком без черепа, а на рис.7c показаны данные одного и того же преобразователя с черепом, расположенным между источником и приемником. Амплитуды на этих рисунках нормализованы, так что фиг. 7c отображается примерно в пять раз больше, чем на фиг. 7b. Уровень шума в наборе транскраниальных ex vivo данных, наблюдаемых на рис. 7c, является низким; отношение сигнал / шум составило 34 дБ при измерении, как для данных in vivo. Основным эффектом вставки черепа является увеличение времени прихода на ~ 2,5 мкс, что соответствует одному циклу на доминирующей частоте 400 кГц, и уменьшение передаваемой амплитуды примерно в пять раз. Предполагая, что толщина черепа составляет 7 мм, физические свойства для скорости волны, плотности и поглощения, указанные в дополнительной таблице 1, и череп, в котором диплоэ с более низкой скоростью и меньшей плотностью зажат между более быстрой и плотной кортикальной костью, наблюдаемое время задержки равно ожидал. Эта задержка означает, что наблюдаемые данные пропускаются по циклу относительно однородной модели, которая содержит только воду, и это объясняет, почему простой FWI не может правильно сходиться при запуске с такой модели, как на рис.4а.

    Используя ту же простую модель черепа для расчета ожидаемых потерь амплитуды передачи, производимых черепом, основной эффект заключается в том, что это вызвано отражениями нормального падения на границах раздела вода-кортикальная кость и на границах раздела кортикальный слой и диплоэ. . Вместе эти восемь отражений уменьшают передаваемые амплитуды до ~ 36% от их значений в модели однородной воды. Потеря амплитуды, вызванная неупругим поглощением как в корковом, так и в губчатом слоях, снижает амплитуды на частоте 400 кГц примерно до 77%, так что общая передаваемая амплитуда, как ожидается, упадет до ~ 28% в результате передачи через череп. .В экспериментальных данных соответствующее падение амплитуды составляет ~ 22%, что находится в пределах неопределенностей этой простой модели. То, что наблюдаемые потери немного превышают расчетные значения, скорее всего, является следствием мелкомасштабной структурной сложности в пределах реального черепа, которая умеренно увеличивает величину внутреннего рассеяния.

    Мы повторили тот же эксперимент, что и на рис. 7c, e in silico, используя модель, полученную путем преобразования объема высокоинтенсивного рентгеновского КТ-изображения черепа ex vivo в скорость акустического звука.Преобразование затухания рентгеновских лучей в скорость звука не является точным, поэтому нельзя ожидать, что данные in silico обеспечат точное соответствие лабораторным данным ex vivo. Настоящий эксперимент также будет содержать сигналы, рассеянные физическими преобразователями и их вспомогательной инфраструктурой; мы не пытались дублировать эти дополнительные сигналы in silico. На рисунке 7 сравниваются два набора данных. Он показывает, что время, форма волны, абсолютная амплитуда и изменение амплитуды в зависимости от положения и времени в лабораторных данных ex vivo хорошо воспроизводятся с помощью моделирования in silico, подтверждая, что наша модель черепа и наши предположения моделирования являются разумными.

    Клиническое применение при инсульте

    Применение FWI для нейровизуализации может улучшить диагностику широкого спектра неврологических патологий; здесь мы исследуем его потенциал для помощи в раннем лечении инсульта, основной причины смерти и инвалидности взрослых во всем мире 1 . Инсульт имеет две основные причины: ишемический инсульт чаще всего вызывается сгустком крови, препятствующим кровоснабжению головного мозга, а геморрагический инсульт чаще всего вызывается кровотечением в паренхиме головного мозга.Когда кровоснабжение головного мозга нарушено, требуется быстрое вмешательство для восстановления целостности кровообращения, остановки и обращения вспять повреждения тканей, а также предотвращения и снижения заболеваемости, смертности и инвалидности. Несмотря на то, что существует ряд доступных методов раннего лечения, включая тромболизис, механическое извлечение тромба и аналогичные вмешательства 36,37 , их применимость на практике ограничена требованием точной визуализации мозга с высоким разрешением до того, как эти методы лечения могут быть применены 2 .

    Указанное лечение ишемического инсульта противопоказано при геморрагическом инсульте; Поэтому для диагностики и разделения этих причин требуется визуализация головного мозга. Потребность в скорости имеет первостепенное значение, но МРТ нельзя переносить, а рентгеновская компьютерная томография — едва ли. В этом случае визуализация головного мозга проводится не тогда, когда парамедики впервые достигают пациента, не в машине скорой помощи и не часто в отделениях неотложной помощи; в результате относительно небольшое количество пациентов, перенесших инсульт, получают сканирование мозга любого вида в течение критического первого часа, и еще меньшее количество пациентов получают высококачественную МРТ 2 .Таким образом, существует очевидная потребность в портативных, быстрых, высококачественных трехмерных изображениях головного мозга с высоким разрешением, которые могут отличать ишемический и геморрагический инсульт, а также отличать их от других патологий, которые могут имитировать инсульт. Разработка и клиническое применение такого метода значительно увеличили бы выживаемость и снизили бы тяжесть последующей инвалидности за счет более раннего лечения в момент первого контакта с пациентом.

    Чтобы проверить жизнеспособность этой концепции, мы модифицировали целевую модель, чтобы ограничить кровотечение, рис.8a – c. Для построения этой модели мы использовали физические свойства мягких тканей с кровью 38,39 . Используя однородную исходную модель для мозга и истинную модель для черепа, мы восстановили изображения FWI на рис. 8d – f. На рисунке 9 показано, что кровотечение можно легко сегментировать из трехмерной модели как в целевой, так и в модели, восстановленной с помощью FWI. Целевая патология хорошо видна на изображении FWI и имеет хороший контраст тканей с другими особенностями мозга. Границы и точная степень патологии ясны; и хотя здесь это не показано, FWI может создавать покадровые изображения в широком диапазоне временных масштабов от секунд до часов.Пространственное разрешение FWI позволяет обнаруживать кровотечение во всех масштабах, вплоть до исходной сосудистой сети.

    Рис. 8: Восстановление большого кровотечения с помощью FWI.

    a c Срезает трехмерную волновую модель, нарушенную большим кровотечением. d f То же самое срезает FWI. Кровоизлияние хорошо восстанавливается с помощью полной инверсии формы волны с высоким разрешением во всех срезах. Цветовая шкала была изменена, чтобы выделить кровотечение.

    Рис. 9: Сегментное кровотечение.

    a Кровоизлияние автоматически сегментировано от истинной модели. b Кровоизлияние, выделенное автоматически из модели, восстановленной с помощью полной инверсии формы волны.

    Полноволновой мостовой выпрямитель

    — SystemModeler, модель

    Для многих приложений требуется постоянный ток, DC. Однако транспортировка постоянного тока по линиям электропередачи имеет ряд недостатков по сравнению с переменным током AC. Переменный ток может использоваться в трансформаторах и обеспечивает более эффективное преобразование и передачу энергии.Чтобы электричество, находящееся в розетках, можно было использовать в цепях постоянного тока, его сначала необходимо преобразовать в постоянный ток. Один из способов сделать это — использовать двухполупериодный мостовой выпрямитель.

    Модель

    Двухполупериодный мостовой выпрямитель содержит четыре диода с прямым смещением. В зависимости от полярности источника ток будет проходить через два диода. Это приведет к тому, что ток попадет в нагрузку только через положительный вывод, независимо от полярности источника.Двухполупериодный мостовой выпрямитель часто использует трансформатор на стороне переменного тока для понижения напряжения на розетке и конденсатор на стороне постоянного тока для сглаживания пульсаций от диодного моста.

    Понимание схемы

    Чтобы лучше понять протекание тока в цепи, его можно визуализировать с помощью динамических диаграмм в SystemModeler вместе с Mathematica .

    Динамические диаграммы

    Анимируйте диаграмму на основе результатов моделирования.

    Синие стрелки показывают направление тока до того, как он попадает в нагрузку, а красная стрелка показывает направление тока после того, как он прошел через нагрузку. Обратите внимание, как диоды переключаются в зависимости от полярности источника. Анимация была создана с использованием динамических диаграмм SystemModeler и визуализирована в системе Mathematica.

    Изучить и сравнить

    SystemModeler можно использовать для простого сравнения различных проектных решений.Вот сравнение использования в схеме двух разных типов диодов с прямым смещением.

    Различные диоды имеют разные пороговые значения напряжения, что приводит к разным профилям напряжения в нагрузке.

    Проектные решения

    Используйте SystemModeler, чтобы пробовать различные сценарии и принимать проектные решения, основанные на ваших потребностях.

    Существует несколько различных статических уравнений для описания пульсаций на выходе выпрямителя.Поскольку обычный выпрямитель содержит динамический компонент, конденсатор, эти уравнения могут быть только приближенными. Использование SystemModeler для моделирования системы позволяет получить более точное значение выходной пульсации. Значение моделирования также можно сравнить с приблизительным значением с помощью Mathematica.

    Пульсации напряжения на нагрузке из моделирования. Расчеты дают:. Статическая аппроксимация между параметрами схемы и амплитудой пульсаций следующая:, где — сопротивление нагрузки, — емкость конденсаторного фильтра, — частота напряжения источника.Используя те же параметры, что и в модели, приведенной выше, статическое приближение дает пульсацию напряжения 1,45 В. Статическое приближение справедливо только тогда, когда пульсация достаточно мала.

    Что такое полуволновой и полнополупериодный выпрямители? — Принцип работы и электрическая схема

    В полуволновом выпрямителе , когда на вход подается питание переменного тока, на нагрузке появляется положительный полупериод, тогда как отрицательный полупериод подавляется. Это можно сделать с помощью полупроводникового диода с PN переходом.Диод пропускает ток только в одном направлении . Таким образом преобразует напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока.

    Схема полуволнового выпрямителя

    В полуволновом выпрямлении используется только один кристаллический диод. Он подключается в схему, как показано ниже.

    Электропитание переменного тока, подлежащее выпрямлению, обычно подается через трансформатор. Трансформатор используется для понижения или повышения основного напряжения питания в соответствии с требованиями. Он также изолирует выпрямитель от линий электропередач и, таким образом, снижает риск поражения электрическим током.

    Работа полуволнового выпрямителя

    При включении питания переменного тока на клемме AB вторичной обмотки появляется переменное напряжение ( В в ), показанное на рисунке ниже.

    Во время положительного полупериода клемма A является положительной по отношению к B, а кристаллический диод смещен в прямом направлении. Следовательно, он проводит ток через нагрузочный резистор R L . Этот ток варьируется по величине, как показано на волновой диаграмме, показанной ниже.

    Таким образом, на нагрузочном резисторе R L , показанном на рисунке ниже, появляется положительный полупериод выходного напряжения (V out = i RL ).

    Пиковое обратное напряжение

    Во время отрицательного полупериода, когда диод смещен в обратном направлении, максимальное значение напряжения, приходящего на диод, называется пиковым обратным напряжением . Поскольку ток протекает через нагрузочный резистор RL только в одном направлении, т.е.е. от M к L. Следовательно, через RL получается выходной сигнал постоянного тока, который по своей природе является пульсирующим.

    Недостатки полуволнового выпрямителя

    Недостатки однополупериодного выпрямителя следующие:

    • Выход низкий, потому что источник переменного тока обеспечивает питание только половину времени.
    • Выходные данные содержат дополнительные переменные компоненты (рябь). Следовательно, для сглаживания выходного сигнала требуется мощная схема фильтра.

    Полноволновой выпрямитель

    В Full Wave Rectification , когда на входе подается переменный ток, в течение обоих полупериодов (т.е.е., как положительный, так и отрицательный) ток течет через нагрузку в одном и том же направлении. Этого можно добиться, используя два кристаллических диода. Два диода поочередно проводят ток.

    Чтобы получить одинаковое направление протекания тока в нагрузочных резисторах R L во время как положительного, так и отрицательного полупериода входа, используются две цепи. Они имеют следующие названия: —

    Чтобы получить подробное описание двух типов двухполупериодных выпрямителей, перейдите по ссылкам, приведенным выше.

    6. Введение в полную инверсию формы волны

    Abstract

    Полная инверсия формы волны (FWI) — это метод построения сейсмических изображений с высоким разрешением, который основан на использовании всего содержимого сейсмических трасс для извлечения физических параметров среды, измеренных сейсмическими волнами. . Широко распространенная стратегия построения сейсмических изображений, формулировка однократного рассеяния, лежащая в основе FWI, не предполагает никакого предварительного масштаба в описании модели. Предполагается, что каждая необъяснимая остаточная выборка данных на приемниках для одного источника поступает из любой точки среды, и только суммирование по источникам и приемникам помогает в обнаружении аномалий свойств среды, независимо от того, какой тип фазы задействован.Это пиксельно-ориентированное возмущение приводит к подходу локальной оптимизации, который представляет собой линеаризованный дифференциальный подход, основанный на уравнении Ньютона. Для функции несоответствия методом наименьших квадратов существуют как вектор градиента, так и матрица Гессе, в дополнение к приближениям, которые можно учитывать для соответствующего уравнения Ньютона. Прямая задача распространения волны, которая тысячи раз использовалась во время оптимизации, должна быть эффективной, и эти уравнения выражаются либо в виде гиперболической системы скорости-напряжения первого порядка, либо в виде гиперболической системы смещения (или скорости) второго порядка. только, используя самосопряженную формулировку в обоих случаях.Векторы градиента строятся как взаимная корреляция с нулевым запаздыванием по времени между падающими и прилегающими волновыми полями с прямой и обратной схемами, а также могут использоваться для получения приближений матрицы Гессе. Разрешение и неопределенности имеют значение, хотя фактическое состояние дел не обеспечивает значимой оценки этих величин: FWI остается детерминированным подходом в настоящее время.

    Разное

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *