Однофазный однополупериодный выпрямитель.

Вследствие односторонней проводимости диода (вентиля) ток в нагрузке проходит в один полупериод, а в другой полупериод тока в цепи нет.

Таким образом, в нагрузке имеем пульсирующий ток, который можно представить в виде суммы двух составлящих: постоянной и переменной. Постоянную составляющую тока или напряжения можно определить как среднее значение мгновенной величины за период.

Основными параметрами, характеризующими работу выпрямителя являются:

1- средние значения тока и напряжения на нагрузке Iн.cp,Uн.cp.

2- коэффициент пульсаций P.

где Uосн.н.т- амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения. Для однополупериодного выпрямителя P = 1,57.

В положительный полупериод с ростом напряжения U конденсатор заряжается почти до напряжения U , а при снижении U , а так же в отрицательный полупериод конденсатор разряжается на Rн, поддерживая в нагрузке ток i. Чем больше емкость конденсатора, тем медленнее он разряжается и тем меньше пульсации выходного напряжения. Однако, с увеличением емкости растут габариты конденсатора.

Величину емкости CФ выбирают с таким расчетом, чтобы CФRH >> T , где T - период переменной составляющей выпрямленного напряжения.

Применение емкостного фильтра рационально для малых нагрузок, т.е. при больших значениях RH . Достоинства данной схемы: 1. Простота конструкции. 2. Малое число диодов.

Недостатки: 1. Большой коэффициент пульсаций.

Однофазный двухполупериодный выпрямитель с мостовой схемой.

Основные параметры схемы:

По сравнению с однополупериодной схемой здесь меньше коэффициент пульсаций и выше значение выпрямленного напряжения.

Недостаток схемы: - большое число диодов.

Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой.

Данный выпрямитель представляет собой соединение двух однополупериодных выпрямителей, подключенных к общей нагрузке.

Средние значения выпрямленного напряжения и коэффициента пульсаций те же, что и в предыдущей схеме, т.е.

Недостатком данной схемы является необходимость наличия трансформатора с выводом средней точки.

Основные параметры стабилитронов.

1.Напряжение стабилизации Uст – напряжение на стабилитроне при протекании через него тока стабилизации;

2.Ток стабилизации Iст – значение постоянного тока, протекающего через стабилитрон в режиме стабилизации;

3.Дифференциальное сопротивление стабилитрона rст – дифференциальное сопротивление при заданном значении тока стабилизации, т. е.

4.Температурный коэффициент напряжения стабилизации– отношение относительного изменения напряжения стабилизации стабилитрона к абсолютному изменению температуры окружающей среды при постоянном значении тока стабилизации:

Предельные параметры стабилитронов.

1.Минимально допустимый ток стабилизации Iст min – наименьший ток через стабилитрон, при кото-

ром напряжение стабилизации находится в заданных пределах;

2.Максимально допустимый ток стабилизации Iст max – наибольший ток через стабилитрон, при ко-

тором напряжение стабилизации находится в заданных пределах, а температура перехода не выше допустимой;

3.Максимально допустимая рассеиваемая мощность P max – мощность, при которой не возникает те-

плового пробоя перехода.

Особенность обратной ветви вольтамперной характеристики на участке пробоя изменяться в широком диапазоне изменения токов при сравнительно небольшом отклонении напряжения. Это свойство широко используется.

Напряжение пробоя стабилитрона зависит от ширины р-n-перехода, которая определяется удельным сопротивлением материала полупроводника. Поэтому существует определенная зависимость пробивного напряжения (т. е. напряжения стабилизации) от концентрации примесей.

Низковольтные стабилитроны выполняют на основе сильно легированного кремния. Ширина р-n-пере- хода в этом случае получается очень маленькой, а напряженность электрического поля потенциального барьера – очень большой, что создает условия для возникновения туннельного пробоя. При большой ширине р-n-перехода пробой носит лавинный характер.

Прямая ветвь вольт-амперной характеристики стабилитрона практически не отличается от прямой ветви ВАХ любого кремниевого диода.

Температурная зависимость вольт-амперной характеристики стабилитрона

Существенной особенностью стабилитрона является зависимость его напряжения стабилизации от температуры. В сильно легированных полупроводниках вероятность туннельного пробоя с увеличением температуры возрастает. Поэтому напряжение стабилизации у таких стабилитронов при нагревании уменьшается, т. е. они имеют отрицательный температурный коэффициент напряжения стабилизации (ТКН)

В слабо легированных полупроводниках при увеличении температуры уменьшается длина свободного пробега носителей, что приводит к увеличению порогового значения напряжения, при котором начинается лавинный пробой. Такие стабилитроны имеют положительный ТКН.

При достижении напряжения на стабилитроне, называемого напряжением стабилизации Uстаб, ток через стабилитрон резко возрастает. Дифференциальное сопротивление Rдиф идеального стабилитрона на этом участке ВАХ стремится к 0, в реальных приборах

величина Rдиф составляет значение: Rдиф ≈ 2÷50 Ом. Пробивное напряжение диода, а значит, напряжение

стабилизации стабилитрона, зависит от толщины р-n- перехода. Поэтому разные стабилитроны имеют различные напряжения стабилизации (от 3 до 400 В).

Низковольтные стабилитроны изготовляют на основе сильнолегированного кремния. В связи с этим в низковольтных стабилитронах с напряжением стабилизации менее 6 В происходит туннельный пробой, а пробивное напряжение при туннельном пробое уменьшается с увеличением температуры

Температурная зависимость вольтамперной характеристики стабилитрона

Для устранения этого недостатка и создания термокомпенсированных стабилитронов последовательно в цепь стабилитрона включают обычные диоды в прямом направлении. Как известно, у обычных диодов в прямом направлении падение напряжения на р-n-переходе при нагревании уменьшается. И если последовательно со стабилитроном включить n диодов в прямом направлении, где

( – изменение прямого падения напряжения на диоде при нагревании от T1 до T2 ), то можно почти полностью компенсировать температурную погрешность стабилитрона.

Термокомпенсация стабилитрона

Параметрический стабилизатор напряжения.

В параметрическом стабилизаторе напряжения используют особенности вольт-амперной характеристики стабилитрона. На ВАХ стабилитрона есть участок, в котором на некотором диапазоне 1 - 2 изменения тока напряжение меняется незначительно. Для создания необходимого режима работы схемы используется резистор Rб . Согласно 2-му закону Кирхгофа:

Точка пересечения ВАХ резистора Rб и ВАХ стабилитрона является графическим решением исходного уравнения ( точка А ). Изменение входного напряжения приводит к параллельному смещению линии нагрузки ).

Принцип работы. Допустим Uвх увеличилось. В этом случае за счет нелинейности ВАХ стабилитрона увеличивается ток Iст , что вызывает увеличение URб на величину, компенсирующую приращение входного напряжения, т.е. выходное напряжение остается приблизительно постоянным. Если изменилась величина тока нагрузки Iн, допустим увеличилась, то происходит некоторое уменьшение

Uн за счет увеличения падения напряжения на балластном резисторе Rб. Это приводит к умень-