Двухполупериодный выпрямитель

Понятия и определения

­Источники питания постоянного тока представляют собой электронные схемы, преобразующие переменный ток в постоянный. Рассмотрим как линейные, так и импульсные источники питания.

­ Линейная стабилизация напряжения ­ это создание постоянного напряжения с заранее заданным уровнем, непрерывно управляемым переменным сопротивлением, включенным последовательно или параллельно нагрузке (под переменным сопротивлением подразу­мевают электронный элемент или устройство).

Обычно для поддержания выходного напряжения на желаемом уровне вне зависимости от изменений нагрузки или входного напряжения определяют значение выходногo напряжения и соответствующим образом изменяют значение переменного сопротивления.

 

Неста6илизированные источники питания

­Выпрямитель преобразует переменный ток в пульсирующий постоянный ток. На рис. 1, а показан однополупериодный выпрямитель.­ Когда на вход подается сигнал переменного тока) диод пропускает только положительные полупериоды. В это время через диод течет ток, который создает на сопротивлении нагрузки пульсирующее положительное напряжение. Для получения отрицательного напря­жения нужно изменить полярность включения диода (рис. 1, 6).

Среднее значение переменного напряжения на входе выпрями­теля, показанного на рис.1, равно нулю, поск­льку положительный по­лупериод компенсирует отрицательный.

Дрyгой характеристикой напряжения является eгo среднеквадратичное (ил­ эффективное) значение.

Среднеквадратичное (эффективное) значение ­ это переменное напряжение, при котором в резисторе выделяется такое же коли­чество тепла, как и при известном постоянном напряжении.

­Как оказалось, среднеквадратичное значение переменного напря­жения 120 В эквивалентно 120 В постоянного напряжения. Так как измерительные приборы градуируются в среднеквадратичных значе­ниях напряжения, амплитудные значения можно найти по формуле (рис.2):

­

Среднее значение полуволны выходного напряжения можно определить, умножая амплитудное значение на коэффициент 0,318 (рис. 3).

 

Двухполупериодный выпрямитель

 

­Двухполупериодное выпрямление получают при использовании схемы:

· с двумя диодами и выводом от средней точки вторичной обмот­ки трансформатора (рис. 4);

· мостовой схемы (рис. 5).

При двухполупериодном выпрямлении:

· диод VDl пропускает положительный полупериод поступающе­гo напряжения (рис. 4, а);

· диод VD2 пропускает отрицательный (рис. 4, 6).

 

В результате на нагрузке оказывается пульсирующее постоянное напряжение, частота пульсаций которого в два раза выше, чем в случае однополупериодного выпрямителя. При этом на нагрузке выделяется большая мощность, чем при однополупериодном выпрямлении.

Недостатком такого выпрямления является то, что максимальное выпрямленное напряжение не может превышать половину максимального напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

­Поскольку используется трансформатор с выводом средней точки), в каждый момент времени эффективно используется только поло­вина напряжения вторичной обмотки трансформатора.

Измерив среднеквадратичное значение напряжения на нагрузке, можно рассчитать амплитудное значение нап­ряжения:

­Среднее напряжение в два раза больше, чем в случае однополупе­риодного выпрямления; eгo находят по формуле

 

Мостовой выпрямитель

 

Мостовой выпрямитель создает на нагрузке максимальное напря­жение, равное по значению напряжению на вторичной обмотке трансформатора. Как показано на рис. 5, а:

· диоды VD 1 и VD2 пропускают первый полупериод;

· диоды VD3 и VD4 пропускают второй полупериод.

Мостовая схема обеспечивает двухполупериодное выпрямление, при котором среднее значение напряжения снова можно найти по формуле

 

­5. Схемы фильтров

Для получения постоянного напряжения с низким уровнем пульса­ций, необходимого для большинства электронных схем, между выходом выпрямителя и нагрузкой включают сглаживающие фильтры.

­5.1 Емкостные фильтры

Простейшим фильтром может быть конденсатор, включенный на выходе одно- ­ или двухполупериодного выпрямителя (рис.6, а). При возрастании входного напряжения конденсатор заряжается. В про­межутках времени, когда напряжение пульсаций снижается относи­тельно максимального значения, он поддерживает на нагрузке рабо­чее напряжение (рис. 6, б).

 

С приходом каждоrо поло­жительного импульса, конденсатор заряжается, а затем разря­жается. Насколько конденсатор разрядится, зависит от наrрузки, включенной в схему, от емкости конденсатора С и от тока, который способен обеспечить трансформатор.

На рис. 3.7 показан емкостный фильтр, включенный на выходе двухполупериодного источника питания.

Любой фильтр, в котором конденсатор непосредственно следует за выпрямителем, является для выпрямителя дополнительной нагрузкой.

­В момент первого включения конденсатор полностью разряжен. И пока конденсатор не зарядится, он накоротко замыкает выпрямитель. В результате ток через трансфо­рматор и выпрямитель в это время очень велик. После тoгo, как конденсатор зарядился, и напряжение вторичной обмотке приближается к максимальному во время отри­цательного полупериода, напряжение на диоде в два раза превышает напряжение на конденсаторе.

Это происходит и в однополупериодных и в двухполупериодных выпрямителях.

­ Совет. Следовательно, следует выбирать диоды, которые могут выдep­жать такое повышенное напряжение.

­В случае мостовых выпрямителей эти трудности не возникают. В них диоды никогда не подвергаются воздействию напряжения, пре­вышающего максимальное напряжение на вторичной обмотке.

5.2 RС­ - фильтры

­RС­ фильтр обеспечивает такую же фильтрацию, как и конденсатор очень большой емкости (и стоимости), но в нем применяются два конденсатора меньшей емкости и один резистор (рис. 8).

Конденсатор Cl выполняет ту же функцию) что и в емкостном фильтре.

Однако для. проходящего к нагрузке постоянного тока сопротивление конденсатора С2 очень велико. Для любых пульсаций переменного тока, прошедших через цепь Rl и Cl, сопротивление конденсатора С2 оказывается очень низ­ким. Пульсации снижаются, сглаживая постоянный ток. Если необ­ходимо, можно добавить к фильтру вторую RС ­цепь.

­ 5.3 LС - фильтры

LС - фильтр (рис. 9) подобен RС - ­фильтру, показанному на рис.8, с той разницей, что в нем вместо резистора Rl включена индуктив­ность (дроссель).Для проходящего через него постоянного тока дроссель имеет низ­кое сопротивление. В этом смысле он более эффективен, чем резистор. Однако дроссели более дороги, чем резисторы, и более громоздки.

Фильтры индуктивного типа хорошо работают потому, что они реагируют на изменения тока, в то время как конденсаторы реагируют на изменения напряжения.

­Внимание. Не отключайте нагрузку от работающего источника питания, в котором применяются LС - фильтры. Это может вызвать броски индуктивного тока, способные разрушить выпрямительные диоды.

6. Схемы удвоения напряж­ения

­Назначение. Для создания постоянного напряжения, превышающего максимальное напряжение сети, применяются повышающие трансфор­маторы или умножители напряжения. Широко известны удвоители напряжения, вдвое увеличивающие входное напряжение.

Умножители напряжения более высоких порядков применяются только в слаботочных схемах, где значение напряжения не критично.

­6.1 Однополупериодные схемы удвоения напряжения

На рис.10 показан однополупериодный удвоитель напряжения.

 

Отрицательным полупериодом входного напряжения конденсатор Сl заряжается до максимального значения (рис.10, б). Затем во время положительного полупериода к напряжению на Cl добавляется максимальное входное напряжение. В результате диод VD2 пропускает ток, а С2 заряжается до макси­мального напряжения, которое в два раза превышает входной сигнал.

­ Примечание. Поскольку конденсатор С2 заряжается только в течение одного

полупериода входного сигнала, удвоитель напряжения называют

однополупериодным.

­ 6.2 Двухполупериодный удвоитель напряжения

На рис.11, a­ показана схема двухполупериодного удвоителя напряжения.

 

Во время положительного полупериода входного сигнала конденсатор Cl заряжается через диод VDl (рис. 11, 6). 3атем, во время отрицательного полупериода конденсатор С2 заряжается через диод VD2 и напряжения на двух конденсаторах складываются, формируя общее максимальное напряжение, в два раза превышаю­щее максимальное входное напряжение.

Общее выходное напряжение распределяется между конденсаторами С1 и С2 так, что ни один из них не попадает под воздействие полного выходного напряжения, как это было в случае однополупе­риодного удвоителя напряжения.