Однополупериодный выпрямитель с индуктивной нагрузкой.

В положительные полупериоды напряжения U₂, когда ток i₂ нарастает индуктивность фильтра L_ф накапливает энергию, благодаря которой в первую часть отрицательного полупериода ток продолжает протекать через нагрузку. Чем больше индуктивность L_ф (т.е. чем больше постоянная времени цепи τ=L_ф/R_н), тем больше накопленная в ней энергия и тем дольше через диод протекает ток. Но с возрастанием длительности импульсов их величина понижается. Можно показать, что переменная составляющая тока и переменная составляющая напряжения на нагрузке значительно уменьшается. Но одновременно с этим уменьшается и постоянная составляющая выпрямленного тока. Следовательно, коэффициент пульсаций практически не уменьшается.

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой и индуктивной нагрузкой.

И мпульсы тока, подходящие поочерёдно через диоды Д1 и Д2, накладываясь друг на друга создают непрерывный ток по сопротивлению нагрузки R_н. Коэффициент пульсаций в таких схемах при применении индуктивного фильтра может уменьшаться в несколько раз. Поэтому индуктивные фильтры могут с успехом применяться в схемах двухполупериодных выпрямителей.

Рассмотрим подробнее работу такого выпрямителя L_ф=∞.

Выпрямленное напряжение между точками обмотки имеет форму кривой, огибающей ЭДС обоих частей II-ой обмотки. В связи с тем, что в цепи выпрямленного тока стоит дроссель с очень большой индуктивностью, ток по величине изменяться не может, т.к. переменную составляющую дроссель не пропустит, т.е. ток i_н постоянен, то и U_н также постоянной и равно величине постоянной составляющей напряжения U_аб. Переменная составляющая напряжения U_аб выделяется на дросселе L_ф.

Однополупериодный выпрямитель с ёмкостной нагрузкой.

Д о t₂ форма напряжения на нагрузке повторяет форму напряжения U₂. В момент времени t₂ i_c равно i_н и ток через диод становится равным 0 и конденсатор заряжается на R_н с постоянной времени τ₁=С_ф·R_н. Чем больше величина С_ф, тем медленнее изменяется напряжение на R_н. Диод начнёт проводить лишь в момент времени t₃, когда U₂ станет больше U_с=U_н.

Двухполупериодный выпрямитель с ёмкостной нагрузкой.

Диоды будут иметь такую ВАХ:

Т о есть r_пр неравно нулю, r_обр=∞.

Будем также считать, что С_ф=∞. В этом случае напряжение на ёмкости U_н будет постоянным и его величину можно найти из условия равновесия, т.е. из равенства заряда и заряда ёмкости С_ф:

Q_зар=Q_разр

, , , , .

Таким образом, чем меньше величина r_пр, тем больше величина выпрямленного напряжения.

Применение ёмкостного фильтра увеличивает среднее значение напряжения на нагрузке и уменьшает его переменную составляющую. Благодаря этому коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения уменьшается в несколько раз.

Простейшим типом смешанного сглаживающего фильтра является Г-образный фильтр. Различают F-образный LC и RC-фильтры. Г-образный LC-фильтр значительно эффективнее ёмкостного фильтра.

Н аличие катушки индуктивности существенно уменьшает переменную составляющую выпрямленного тока. В то же время постоянная составляющая напряжения на входе и выходе фильтра практически постоянна, т.к. активное сопротивление L_ф очень мало.

Коэффициент сглаживания фильтра q-отношение амплитуд основных гармоник на входе и выходе фильтра:

q=U_mвх/U_mвых.

Г-образные LC-фильтры находят широкое применение в выпрямительных устройствах, т.к. обеспечивают сравнительно высокий коэффициент сглаживания.

Г -образный RC-фильтр позволяет существенно уменьшать вес, габариты и стоимость фильтра. Однако его коэффициент сглаживания значительно меньше чем у Г-образного LC-фильтра. Это объясняется меньшим ослаблением пульсаций за счёт отсутствия L_ф и уменьшением постоянной составляющей напряжения на нагрузке за счёт падения напряжения на сопротивлении R.

Г-образные RC-фильтры применяются обычно в маломощных выпрямительных устройствах, когда некоторая потеря мощности в активном сопротивлении фильтра не имеет существенного значения, а важны простота, небольшие габариты и вес сглаживающего фильтра.

Для более значительного уменьшения пульсаций напряжения на нагрузке следует применять П-образные фильтры.

К оэффициент сглаживания П-образного фильтра примерно равен произведению коэффициентов сглаживания ёмкостного фильтра и Г-образного LC-фильтра, работающих на нагрузке R_н.

Для получения ещё большего коэффициента сглаживания можно применять многозвенные фильтры, в котором последовательно включено несколько Г-образных фильтров.