5.2 Выпрямительный диод

Выпрямительные диоды делятся на низкочастотные мощные (силовые) и высокочастотные маломощные.

Их назначение – преобразование переменного напряжения в постоянное.

Работа выпрямительного диода основана на его односторонней проводимости.

Схема однополупериодного выпрямителя

Трансформатор служит для понижения входного напряжения до значения . U₂

0 + t

Т

I_Д

0 t

U_ВЫХ

заряд

разряд

0 t

При положительной полуволне напряжения диод находится под прямым напряжением, сопротивление диода мало, через него протекает ток , который создает на нагрузке падение напряжения (закон Ома). При отрицательной полуволне напряжения диод находится под обратным напряжением, его сопротивление велико, через диод протекает небольшой тепловой ток, которым можно пренебречь, т.е. считать его равным 0. При этом и падение напряжения на нагрузке будет .

Таким образом, через диод и нагрузку протекает пульсирующий ток (то он есть, то его нет), длительность импульсов которого равна половине периода входного сигнала (), поэтому схема называется однополупериодной. Этот ток является выпрямленным, т.к. не меняет знак – всегда положителен.

Для сглаживания пульсаций параллельно сопротивлению нагрузки подключают блокировочный конденсатор .

Механизм сглаживания пульсаций:

При положительной полуволне конденсатор быстро заряжается через малое сопротивление открытого диода.

При отрицательной полуволне конденсатор медленно разряжается через относительно большое сопротивление нагрузки.

В результате выходное напряжение приближается к постоянному напряжению.

Чем больше емкость блокировочного конденсатора и чем больше сопротивление нагрузки, тем меньше пульсации.

Емкость блокировочного конденсатора выбирается из условия: реактивное сопротивление конденсатора должно быть много меньше сопротивления нагрузки, т.е. .

В электронной технике понятие «много» означает на порядок, поэтому данное неравенство можно переписать: .

Учитывая, что , получим: .

Отсюда выражаем или

, где

Таким образом, зная частоту входного сигнала и сопротивление нагрузки, легко определить емкость блокировочного конденсатора.

Конденсатор пропускает переменный ток и не пропускает постоянный.

Докажем это. Для постоянного тока , следовательно, реактивное сопротивление конденсатора в этом случае будет стремиться к бесконечности (вытекает из выражения 5), а через бесконечно большое сопротивление ток протекать не может.