Исследование однофазных выпрямителей
Цель работы: изучить схемы и принцип работы базовых схем однофазных выпрямителей, изучить методику оценки их характеристик.
Используемое оборудование и средства: персональный компьютер, программа Electronics Workbench.
Краткие теоретические сведения
Выпрямители являются важнейшей составной частью вторичных источников питания предназначены для преобразования переменного напряжения в униполярное.
Функцию преобразования уровней напряжения и тока выполняют силовые трансформаторы. Напряжения на обмотках трансформатора принято давать в эффективных (действующих) значениях. Для выпрямления переменного тока используются полупроводниковые диоды. Схема простейшего однополупериодного выпрямителя и временные диаграммы на его входе и выходе представлены на рис. 1. Выпрямленное напряжение 
содержит постоянную составляющую (
), первую (
) и высшие гармоники. Известно, что среднее значение первой гармоники за полупериод равно
(1)
Рис.1 Однополупериодный выпрямитель
Коэффициент пульсации, представляющий собой отношение амплитуды первой, гармоники к постоянной составляющей. Для рассматриваемого выпрямителя с учетом (1) он равен
(2)
Для уменьшения коэффициента пульсаций параллельно с нагрузкой в цепь выпрямителя включается конденсатор. Форма напряжения на нагрузке с параллельно подключенным конденсатором показана пунктиром.
Для улучшения параметров выпрямителя применяется мостовая схема выпрямления (рис.3), которая обеспечивает протекание тока через нагрузку 
во время положительной и отрицательной полуволн. Максимальная величина обратного напряжения на диодах равна выходному напряжению схемы в режиме холостого хода (т.е. при 
):
(3)
Так как ток в нагрузке для мостовой схемы протекает в течение обоих полупериодов, то постоянная составляющая выпрямленного напряжения будет в два раза больше, чем для однополупериодного выпрямителя; т. е. 
, тогда
(4)
Рис.2 Схема мостового выпрямителя
Из выражений (2) и (4) и временных диаграмм (рис. 2 и 3) видно, что коэффициент пульсации в схеме двухполупериодного выпрямителя в два раза меньше, чем в схеме однополупериодного выпрямителя.
Так как трансформатор является габаритным и дорогим элементом, то в ряде случаев, когда потребляемая от выпрямителя мощность небольшая, применяют схемы умножения напряжения. Одна из схем удвоения напряжения приведена на рис 4.
При положительных полуволнах ток 
заряжает конденсатор С1- через диод VD 1, а при отрицательных - ток 
заряжает конденсатор С2 через диод VD2.
Общее напряжение на конденсаторах C1- и С2, включенных последовательно, обеспечивает протекание тока через нагрузку .
Рис.3 Схема удвоения напряжения
Контрольные вопросы
1. Назовите, для чего предназначены выпрямители.
2. Какова функция силовых трансформаторов?
3. Напишите выражение для коэффициента пульсации.
4. Изобразите схему однополупериодного выпрямителя.
5. Изобразите схему мостового выпрямителя, объясните принцип ее работы.
6. Для чего применяется мостовая схема выпрямления?
7. Изобразите схему удвоения напряжения, объясните принцип ее работы.