2. Сглаживающие фильтры

Д ля большинства устройств пульсация питающего напряжения нежелательна, и для уменьшения ее применяют различные сглаживающие фильтры. Простейший фильтр – это конденсатор достаточно большой емкости, подключенный параллельно сопротивлению нагрузки:

Рис. 2.

Быстрота зарядки и разрядки конденсатора определяется произведением его емкости на сопротивление цепи зарядки или разрядки (работа № 8). За время воздействия положительной полуволны (от 0 до t₁) конденсатор достаточно быстро заряжается через малое прямое сопротивление диода и внутреннее сопротивление источника напряжения (у идеального источника напряжения внутреннее сопротивление равно нулю) почти до амплитудного значения переменного напряжения Е. В момент t₁ диод оказывается включенным в обратном направлении, и конденсатор достаточно медленно разряжается через сравнительно большое сопротивление нагрузки (до момента t₂), далее диод открывается и конденсатор подзаряжается и т.д. Очевидно, что чем больше емкость конденсатора и сопротивление нагрузки, тем больше постоянная составляющая U_СРЕД и меньше амплитуда напряжения пульсаций U_П.

Улучшить работу фильтра в случае чисто активной нагрузки можно путем включения последовательно с нагрузкой катушки с большой индуктивностью (дросселя). Дроссель с нагрузкой образуют частотно-зависимый делитель напряжения. Для постоянной составляющей сопротивление дросселя равно довольно малому активному сопротивлению провода обмотки R_ОБМ, а для переменного напряжения пульсаций сопротивление дросселя R_L = L, где  –циклическая частота пульсаций, L –индуктивность дросселя. Если выполняется соотношение R_ОБМ  R_Н  R_L, то почти все напряжение постоянной составляющей приходится на нагрузку, а почти все напряжение пульсаций падает на дросселе.

3. Двухполупериодные выпрямители

О ни используют обе полуволны питающего напряжения. Если выпрямитель питается от вторичной обмотки трансформатора, то можно использовать схему с двумя диодами, при этом половины вторичной обмотки должны иметь одинаковое число витков:

Рис. 3.

Во время « верхней» полуволны напряжения Е открыт диод D₁ (т.е. включен в прямом направлении), а диод D₂ закрыт, во время «нижней», наоборот, открыт диод D₂.

Т ак же выглядит напряжение на нагрузке и в мостовой схеме двухполупериодного выпрямителя (рис. 4).

Рис. 4.

Здесь оказываются включенными в прямом направлении и пропускают ток поочередно пары диодов D₁ и D₃, D₂ и D₄. Сглаживающие фильтры при использовании двухполупериодных выпрямителей работают эффективнее, чем с однополупериодными, т.е. при одинаковых фильтрах и входных переменных напряжениях схемы с двухполупериодным выпрямлением обеспечивают на нагрузке более высокое значение напряжения постоянной составляющей и меньшую амплитуду пульсаций. Это связано с тем, что частота напряжения пульсаций при двухполупериодном выпрямлении вдвое больше, чем при однополупериодном.

4. Описание экспериментальной установки

Установка содержит выпрямитель, питающийся от вторичной обмотки сетевого трансформатора, переменную нагрузку и элементы фильтра – два конденсатора и дроссель. Сдвоенный переключатель позволяет выбирать схему выпрямления – одно- или двухполупериодную. Имеются также контактные гнезда для подключения осциллографа, позволяющие наблюдать вид напряжения на нагрузке или на входе выпрямителя.