Теория: выпрямители

Не разобранное
Administrator
754
12-05-2018, 13:18
0

Для преобразования переменного тока в постоянный применяют выпрямители на полупроводниковых диодах. Простейший однополупериодный выпрямитель на одном диоде (рис. 62) используют лишь при малых токах, высоких нагрузочных сопротивлениях и низких требованиях к пульсациям выходного напряжения. Главный же его недостаток состоит в том, что постоянный выпрямленный ток, протекая через вторичную обмотку трансформатора, создает постоянное подмагничивание магнитопровода и тем самым ухудшает его работу.

На выходе выпрямителя включают оксидный конденсатор большой емкости, сглаживающий пульсации. Не будь его, напряжение на выходе выпрямителя имело бы вид синусоидальных полуволн, как показано на рис. 63 штриховой линией, - ведь диод пропускает только положительную полуволну напряжения на вторичной обмотке трансформатора. При наличии сглаживающего конденсатора С1 напряжение на выходе будет иметь вид. показанный на рисунке сплошной пинией. Оно состоит из постоянного напряжения U и переменного напряжения пульсаций U. Частота пульсаций равна частоте сети - 50 Гц, а период Т составляет 0,02 с.

Амплитуду пульсаций можно оценить, заметив, что разрядка конденсатора С1 на нагрузку (питаемое устройство) происходит по экспоненциальному закону: U = Ume-1/RC, где R - сопротивление нагрузки, равное выпрямленному напряжению (В), деленному на потребляемый ток (А), а С - емкость конденсатора С1 (Ф). Если постоянная времени, равная произведению RC. больше Т. приближенно выполняется соотношение U = T·Iн/C. где Iн - ток нагрузки. Видим, что пульсации уменьшаются при увеличении сопротивления нагрузки выпрямителя (т. е. при уменьшении потребляемого тока) и емкости сглаживающего конденсатора. В особых случаях применяют более сложные сглаживающие фильтры, содержащие последовательно включенный резистор или дроссель и дополнительный сглаживающий конденсатор.

Более совершенен двухполупериодный выпрямитель (рис. 64). Вторичная обмотка трансформатора рассчитывается на удвоенное напряжение, но имеет отвод от середины, т.е. состоит как бы из двух одинаковых обмоток (начала их показаны точками). Во время одной полуволны напряжения открыт диод VD1, а во время другой - VD2. Постоянное подмагничивание магнитопровода трансформатора теперь отсутствует, так как токи в половинах вторичной обмотки направлены в разные стороны, а частота пульсаций на выходе равна 100 Гц, что позволяет примерно вдвое уменьшить емкость сглаживающего конденсатора С1. Половины вторичной обмотки также рассчитываются на вдвое меньший ток.

Другая разновидность двухполупериодного выпрямителя - мостовой (рис. 65). содержащий четыре диода и только одну вторичную обмотку. При каждой полуволне переменного напряжения работают два диода, включенных в противоположные диагонали моста. Эта схема получила наибольшее распространение, для таких выпрямителей выпускаются специальные сборки из четырех диодов, включенных по мостовой схеме.

При расчете трансформатора оперируют с эффективными значениями напряжения на обмотках. Постоянное напряжение на сглаживающем конденсаторе выпрямителя без нагрузки равно амплитудному значению Um. т. е. в 1.41 раз больше. Например, если вторичная обмотка рассчитана на напряжение 12 В (2x12 В для схемы рис. 64), напряжение холостого хода выпрямителя составит около 17 В. Под нагрузкой оно несколько уменьшается из-за падения на прямом сопротивлении диодов и на сопротивлении обмоток

Диоды выпрямителя характеризуются допустимыми прямым током и обратным напряжением (для диодов Д7А, например, это будет 0.3 А и 50 В). Для однополупериодного выпрямителя (рис. 62) прямой ток диода должен быть не меньше, чем ток, потребляемый нагрузкой, а обратное напряжение - не меньше 2UW. В двухполупериодном выпрямителе два диода работают поочередно, поэтому допустимый прямой ток диодов может быть вдвое меньше, а обратное напряжение - такое же. В мостовой схеме (рис. 65) прямой ток ровен половине выпрямленного, а обратное напряжение - Um. Диоды обычно выбирают с некоторым запасом по прямому току и обратному напряжению.

Из других интересных схем выпрямителей надо упомянуть схему с удвоением напряжения (рис. 66). Она содержит как бы два однополупериодных выпрямителя, включенных по входу параллельно, а по выходу - последовательно (такой же принцип использован и в умножителях большей кратности). Выпрямленное напряжение здесь достигает 2Um, но нужны два сглаживающих конденсатора значительной емкости.

Иногда требуется выпрямитель, создающий относительно общего провода два одинаковых по величине, но разнополярных напряжения (для питания операционных усилителей, некоторых УМЗЧ и т. д.). В этом случае удобно объединить два выпрямителя по схеме рис. 64, но с обратным включением диодов и конденсатора во втором выпрямителе. Что в этом случае получится, показано на рис. 67.