Выпрямители.

О днополупериодная схема выпрямления переменного тока.

При рассмотрении работы выпрямителя будем считать диод идеальным, то есть имеющим такую ВАХ:

П рямое сопротивление такого диода r_пр=0, а обратная r_обр=∞. Будем считать, что работа сердечника трансформатора происходит в пределах линейного участка кривой намагничивания. В соответствии с теорией работы трансформатора ток первичной обмотки его равен

i₁=i₀+i₂’=i₀+i₂W₂/W₁=i₀+i₂/n;

где i₀ – ток XX. Он составляет несколько % от номинального I первичной обмотки, синусоидален и отстаёт по фазе на 90° от приложенного напряжения U₁. Ток i₂ состоит из полуволн синусоид.

В случае, если ВАХ диода имеет такой вид:

т о есть r_пр неравно нулю, то напряжение U_н и i_н можно определить из следующих выражений:

U_н=U₂·R/r_пр+R_н;

i_н=U₂·1/R_н+r_пр.

Постоянная составляющая напряжения U₀ представляет собой среднее значение выпрямленного напряжения

, где и - амплитудное и действующее значения напряжений. Из (*) получаем: .

Максимальное обратное напряжение, приложенное к диоду, равно:

U_обр.max=U_2m=π·U₀.

Средний ток через нагрузку равен:

I₀=I_н=U_н/R_н.

Максимальное значение тока через диод равно:

I_gmax=U_2max/R_н=(π·U₀)/R_н=π·I_н.

Полученные соотношения позволяют правильно выбрать диод для схемы. Большой коэффициент пульсаций, низкая частота основной гармоники выпрямленного напряжения – основные недостатки схемы. К недостаткам относятся также большие размеры транзистора, вызванное плохим использованием его обмоток и вынужденным намагничиванием его сердечника постоянной составляющей тока. Под коэффициентом пульсаций понимают отношение основной гармоники выпрямленного напряжения к его среднему значению. В связи с этим однополупериодная схема при работе на активную нагрузку применяется очень редко – только при условии, что получается существенный выигрыш за счёт простоты схемы.

Двухполупериодные выпрямители переменного тока.

С о средней точкой.

Д иоды идеальные. Диоды работают по очереди. Ток в нагрузке протекает каждые полупериоды. Эта схема отличается от предыдущей меньшей величиной импульсации напряжения и в 2 раза большим значением тока в нагрузке при использовании одного и тогоже типа диодов.

, откуда

U_обр.max=2U_m^’=π·U₀, I_gmax=U_2max/R_н=(π·U₀)/2R_н=1,75·I_н.

Частота основной гармоники пульсации равна удвоенной частоте сети, таким ообразом, в этой схеме трансформатор используется гораздо лучше, т. к. отсутствует подмагничивание сердечника постоянной составляющей тока. Среднее и максимальное значение тока диода уменьшается в 2 раза по сравнению с однополупериодной схемой при одном и том же токе нагрузки.

Недостатком таких выпрямителей является:

1. обязательно необходим трансформатор со средней точкой

2. обратное напряжение, прикладываемое к диодам, в 2 раза больше чем в однополупериодной схеме.

Мостовая схема выпрямления.

Т оки в первичной и вторичной обмотках трансформатора синусоидальные. Связь между действующим значением напряжения при II-ой обмотке и постоянной составляющей U₀ такая же, как и выпрямителя со средней точкой.

U₂=1,11·U₀, I_gmax=1,57·I_н.

В этой схеме диоды работают поочерёдно попарно.

Вначале проводят диоды Д₁ и Д₃, а затем – Д₂ и Д₄. Когда проводят Д₁ и Д₃, то Д₂ и Д₂ соединены параллельно и к ним приложено обратное напряжение U₂, т.е.

U_обрmax=U_2m=U₀·π/2.

Обратное напряжение, прикладываемое к диодам в этой схеме в 2 раза меньше чем в предыдущей, поэтому выпрямленное напряжении может быть в 2 раза больше чем в предыдущей при использовании одинаковых диодов. Трансформатор не имеет средних точек, а в некоторых случаях можно обойтись и без него. Такие схемы выпрямления являются наиболее распространёнными. Недостатком их является использование 4-х диодов вместо 2-х предыдущих схем. Однако при построении схем на диодах с малым U_обр число диодов в обеих схемах может оказаться одинаковым.