Основные параметры выпрямительных диодов — ЛукиЭлектроЗамер

Оставьте комментарий / Основы электроники / От Юрий Козырев

Для выпрямления низкочастотных переменных токов, то есть для превращения переменного тока в постоянный или пульсирующий, служат выпрямительные диоды, принцип действия которых основан на односторонней электронно-дырочной проводимости p-n-перехода. Диоды данного типа применяются в умножителях, выпрямителях, детекторах и т. д.

Производятся выпрямительные диоды с плоскостным либо с точечным переходом, причем площадь непосредственно перехода может составлять от десятых долей квадратного миллиметра до единиц квадратных сантиметров, в зависимости от номинального для данного диода выпрямленного за полупериод тока.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) полупроводникового диода имеет прямую и обратную ветви. Прямая ветвь ВАХ практически показывает связь тока через диод и прямого падения напряжения на нем, их взаимозависимость.

Обратная ветвь ВАХ отражает поведение диода при подаче на него напряжения обратной полярности, где ток через переход очень мал и практически не зависит от величины приложенного к диоду напряжения, пока не будет достигнут предел, при котором случится электрический пробой перехода и диод выйдет из строя.

Максимальное обратное напряжение диода — Vr

Первой и главной характеристикой выпрямительного диода является максимально допустимое обратное напряжение. Это то напряжение, приложив которое к диоду в обратном направлении, можно будет еще уверенно утверждать, что диод его выдержит, и что данный факт не скажется отрицательно на дальнейшей работоспособности диода. Но если данное напряжение превысить, то нет гарантии, что диод не будет пробит.

Данный параметр для разных диодов отличается, лежит он в диапазоне от десятков вольт до нескольких тысяч вольт. Например для популярного выпрямительного диода 1n4007 максимальное постоянное обратное напряжение равно 1000В, а для 1n4001 – составляет всего 50В.

Средний ток диода — If

Диод выпрямляет ток, поэтому следующей важнейшей характеристикой выпрямительного диода будет средний ток диода — средняя за период величина выпрямленного постоянного тока, текущего через p-n-переход. Для выпрямительных диодов данный параметр может составлять от сотен миллиампер до сотен ампер.

Например для выпрямительного диода 2Д204А максимальный прямой ток составляет всего 0,4А, а для 80EBU04 — целых 80А. Если средний ток окажется длительное время большим по величине, чем приведенное в документации значение, то нет гарантии что диод выживет.

Максимальный импульсный ток диода — Ifsm (единичный импульс) и Ifrm (повторяющиеся импульсы)

Максимальный импульсный ток диода — это пиковое значение тока, которое данный выпрямительный диод способен выдержать только определенное время, которое указывается в документации вместе с этим параметром. Например, диод 10А10 способен выдержать единичный импульс тока в 600А длительностью 8,3мс.

Что касается повторяющихся импульсов, то их ток должен быть таким, чтобы средний ток уложился бы в допустимый диапазон. Например, повторяющиеся прямоугольные импульсы с частотой 20кГц диод 80EBU04 выдержит даже если их максимальный ток составит 160А, однако средний ток должен оставаться не более 80А.

Средний обратный ток диода — Ir (ток утечки)

Средний обратный ток диода показывает средний за период ток через переход в обратном направлении. Обычно это значение меньше микроампера, максимум — единицы миллиампер. Для 1n4007, к примеру, средний обратный ток не превышает 5мкА при температуре перехода +25°С, и не превышает 50мкА при температуре перехода +100°С.

Среднее прямое напряжение диода — Vf (падение напряжения на переходе)

Среднее прямое напряжение диода при указанном значении среднего тока. Это то напряжение, которое оказывается приложено непосредственно к p-n-переходу диода при прохождении через него постоянного тока указанной в документации величины. Обычно не более долей, максимум — единиц вольт.

Например в документации для диода EM516 приводится прямое напряжение в 1,2В для тока в 10А, и 1,0В при токе 2А. Как видим, сопротивление диода нелинейно.

Дифференциальное сопротивление диода

Дифференциальное сопротивление диода выражает отношение приращения напряжения на p-n-переходе диода к вызвавшему это приращение небольшому приращению тока через переход. Обычно от долей Ома до десятков Ом. Его можно вычислить по графикам зависимости падения напряжения от прямого тока.

Например, для диода 80EBU04 приращение тока на 1А (от 1 до 2А) дает приращение падения напряжения на переходе в 0,08В. Следовательно дифференциальное сопротивление диода в этой области токов равно 0,08/1 = 0,08Ом.

Средняя рассеиваемая мощность диода Pd

Средняя рассеиваемая мощность диода — это средняя за период мощность, рассеиваемая корпусом диода, при протекании через него тока в прямом и обратном направлениях. Данная величина зависит от конструкции корпуса диода, и может варьироваться от сотен милливатт до десятков ватт.

Например, для диода КД203А средняя рассеиваемая корпусом мощность составляет 20 Вт, данный диод можно даже установить при необходимости на радиатор для отвода тепла.

Источник: http://electricalschool.info

Характеристики и параметры выпрямительных и универсальных диодов

Характеристики и параметры выпрямительных и универсальных диодов

 

Выпрямительные диоды служат для выпрямления переменного тока низкой частоты. В основе выпрямительных свойств этих диодов лежит принцип односторонней проводимости электронно-дырочных р-и-переходов.

Универсальные диоды используют в различной радиоэлектрон­ной аппаратуре в качестве выпрямителей переменного тока высоких и низких частот, умножителей и преобразователей частоты, детекто­ров больших и малых сигналов и т. д. Диапазон рабочих токов и напряжений выпрямительных и уни­версальных диодов очень широк, поэтому они выпускаются как с точечным так и плоскостным р-n-переходом в структуре полупроводника с площадями от десятых долей квад­ратного миллиметра до несколь­ких квадратных сантиметров. Обычно в универсальных диодах используются переходы с малыми площадями и емкостями, но с от­носительно высокими значениями прямых токов и обратных напря­жений. Этим требованиям удовлет­воряют точечные, микросплавные плоскостные и мезапланарные дио­ды. Характеристики и параметры универсальных диодов те же, что и у выпрямительных диодов.

Вольтамперная характеристи­ка (ВАХ) выпрямительных диодов выражает зависимость тока, про­ходящего через диод, от значения и полярности приложенного к нему постоянного напряжения Прямая ветвь характеристики  показывает зависи­мость тока через диод при прямой пропускной полярности приложен­ного напряжения. Сила прямого тока  экспоненциаль­но зависит от приложенного к диоду прямого напряжения и может достигать больших значений при малом (порядка 0,3 — 1 В) падении напряжения на диоде. 

Обратная ветвь характеристики  соответствует не­проводящему направлению тока через диод при обратной полярно­сти приложенного к диоду напряжения. Обратный ток (участок. ОД) незначительно зависит от приложенного обратного напряжения. При относительно большом обратном напряжении (точка В на характе­ристике) наступает электрический пробой р-n-перехода, при кото­ром быстро увеличивается обратный ток, что может привести к теп­ловому пробою и повреждению диода. При повышении температуры возрастут тепловой ток и ток генерации носителей зарядов в пере­ходе, что приведет к увеличению прямого и обратного токов и сме­щению характеристик диода.

Свойства и взаимозаменяемость диодов оценивают по их пара­метрам. К основным параметрам относят токи и напряжения, свя­занные с ВАХ Диоды применяют в цепях как переменного, так и постоянного тока. Поэтому для оценки свойств диодов наряду с параметрами на постоянном токе пользуются дифференциальными параметрами, ха­рактеризующими их работу на переменном токе.

Выпрямленный (прямой) ток

Iпр представляет собой ток (сред­нее значение за период), проходящий через диод, при котором обес­печивается его надежная и длительная работа. Сила этого тока ог­раничивается разогревом или максимальной мощностью Рмакс. Пре­вышение прямого тока ведет к тепловому пробою и повреждению диода.

• Прямое падение напряжения UПр.Ср — среднее значение за пери­од на диоде при прохождении через него допустимого прямого тока.
• Допустимое обратное напряжение U0бр —среднее значение за период, при котором обеспечивается надежная и длительная работа диода. Превышение обратного напряжения приводит к пробою и вы­ходу диодов из строя. При повышении температуры значения об-ратного напряжения и прямого тока снижаются.
• Обратный ток Iобр — среднее значение за период обратного то­ка при допустимом Uобр. Чем меньше обратный ток, тем лучше

Вы­прямительные свойства диода. Повышение температуры на каждые 10 °С приводит к увеличению обратного тока у германиевых « крем­ниевых диодов, в 1,5 — 2 раза и более.

Максимальная постоянная, или средняя за период мощность Pмакс, рассеиваемая диодом, при которой диод может длительно ра­ботать, не изменяя своих параметров. Эта мощность складывается из суммы произведений токов и напряжений при прямом и обрат­ном смещениях перехода, т. е. за положительный и отрицательный полупериоды переменного тока. Для приборов большой мощности, работающих с хорошим теплоотводом, Pмакс=(Tп.макс — Тк)/Rпк. Для приборов малой мощности, работающих без теплоотвода,

Pмакс = (Tп.макс — Т с) /Rп.с.

Максимальная температура перехода Гп.макс зависит от мате­риала (ширины запрещенной зоны) полупроводника и степени его легирования, т. е. от удельного сопротивления области р-n-перехода — базы. Диапазон Гп.макс для германия лежит в пределах 80 — 110°С, а для кремния 150 — 220 °С.

Тепловое сопротивление Rп.к между переходом и корпусом оп­ределяется температурным перепадом между переходом Тпи кор­пусом Tк и средней выделяемой в переходе мощностью Ра и состав­ляет 1 — 3°С/Вт: Ra.K=(Ta — TK)/Pa. Тепловое сопротивление Rn c между переходом и окружающей средой зависит от температурного перепада между переходом Тп и окружающей средой Тс. Поскольку практически RПK<RK с, то Rn с определяется тепловым сопротивлением между корпусом при­бора и окружающей средой- Rnc=(Ta — Tc)/Pn=Rn K+RK c. Для обычных широко распространенных корпусов Ra c=0,2 — 0,4 °С/мВт.

Предельный режим использования диодов характеризуют мак­симально допустимое обратное напряжение UОбр макс, максимальный выпрямительный ток IПр макс и максимальная темпера­тура перехода ТПмакс С повышением частоты переменного напряжения, подводимого к диоду, ухудшаются его выпрямительные свойства. Поэтому для определения свойств выпрямительных диодов обычно оговаривается диапазон рабочих частот Дf или максимальная частота выпрямле­ния fмакс На частотах, больших fмакс, не успевают скомпенсироваться накопленные за время прямого полупериода неосновные носите­ли заряда в базе, поэтому при обратном полупериоде выпрямляемо­го напряжения переход некоторое время остается прямосмещенным (т е теряет свои выпрямительные свойства). Это свойство прояв­ляется тем значительнее, чем больше импульс прямого тока или вы­ше частота подводимого переменного напряжения Кроме того, на высоких частотах начинает проявляться шунтирующее действие барьерной и диффузионной емкостей p-n-перехода, снижающих его выпрямительные свойства

При расчете режима выпрямителей используются статическое со­противление постоянному току и дифференциальное сопротивление диодов переменному току

• Дифференциальное сопротивление переменному току rдиф=dU/dI или rДиф=ДU/ДI определяет изменение тока через диод при изменении напряжения вблизи выбранной рабочей точки на харак­теристике диода. При прямом включении напряжения rдиф Пр=0,026/ /IПр и токе IПр>10 мА оно составляет несколько омов При под­ключении обратного напряжения rДИф обр велико (от десятков ки-лоомов до нескольких мегаомов).
• Статическое сопротивление диода постоянному току гпрд = UПр/Iпр, rобр д = Uобр/Iобр В Области прямых токов rПр д>rдиф пр, а в области обратных r0бр д<rдифобр Поскольку электрическое со­противление p-n-перехода в прямом направлении меньше, чем в об­ратном, диод обладает односторонней проводимостью и использует­ся для выпрямления переменного тока

Емкости диодов оказывают существенное влияние на их работу на высоких частотах и в импульсных режимах. В паспортных дан­ных диодов обычно приводится общая емкость диода Сд, которая помимо барьерной и диффузионной включает емкость корпуса при­бора Эту емкость измеряют между внешними токоотводами диода при заданных обратном напряжении смещения и частоте тока

Мостовой выпрямитель — Javatpoint

следующий → ← предыдущая Мостовой выпрямитель представляет собой схему, состоящую из четырех отдельных диодов с p-n переходом, переменного источника питания и нагрузочного резистора. Четыре диода в мостовых выпрямителях образуют замкнутый контур, который называется мостом. Основным преимуществом схемы мостового выпрямителя является то, что она не требует центрального ленточного трансформатора, что уменьшает ее размеры. Одиночная обмотка подключена к входу одной стороны моста. Нагрузочный резистор с другой стороны моста, как показано ниже: Форма его выходного сигнала аналогична двухполупериодному выпрямителю. Работа четырех диодов зависит от положительной и отрицательной половины приложенного входного цикла. Давайте подробно обсудим конструкцию и работу мостового выпрямителя. Строительство Схема мостового выпрямителя включает четыре диода. Назовем эти четыре диода как D1, D2, D3 и D4. Эти четыре диода расположены последовательно парами. Только два диода из четырех диодов имеют проводимость каждые полпериода. Диоды D1 и D2 мостового выпрямителя во время положительного полупериода включены в прямом смещении. Аналогично, диоды D3 и D4 во время отрицательного полупериода включены в прямом смещении. Давайте сначала обсудим состояние диода p-n перехода при прямом и обратном смещении. Прямое смещение Состояние прямого смещения диода легко позволяет току течь через его клеммы. Это связано с наличием узкой области обеднения. Чем уже область, тем легче она позволяет перемещать носители заряда из p-области в n-область. Полярность диода при его подключении к переменному входу указана ниже: Он показывает, что положительный конец переменного источника подключен к положительному выводу диода. Точно так же отрицательный конец подключается к отрицательному выводу диода. Он определяется как состояние прямого смещения диода. Ток увеличивается с ростом уровня напряжения, когда диод работает в прямом смещении. Текущий поток зависит от большинства носителей. Обратное смещение Состояние обратного смещения диода вызывает протекание тока в обратном направлении. Имеет широкую область истощения. Полярность диода при подключении его к источнику переменного тока указана ниже: Это показывает, что положительный конец переменного источника соединен с отрицательным полюсом диода. Точно так же отрицательный конец переменного источника подключается к положительному выводу диода. Он определяется как состояние обратного смещения диода. Текущий поток зависит от неосновных носителей. Диод в случае обратного смещения вообще ведет себя как разомкнутый ключ. Рабочий Здесь мы обсудим работу мостового выпрямителя отдельно во время положительного и отрицательного полупериода. Положительный полупериод Диоды D1 и D2 смещаются в прямом направлении во время положительной половины и включаются последовательно. Но диоды D3 и D4 смещаются в обратном направлении. Это связано с полярностью диода, подключенного к сети переменного тока. Положительное напряжение подается на положительный конец обоих диодов, а отрицательный конец — на отрицательный вывод диода, что делает их смещенными в прямом направлении. Эти два диода проводят и соответствуют результирующей выходной волне, как показано ниже: Отрицательный полупериод Диоды D3 и D4 смещаются в прямом направлении во время отрицательной половины входного периода и включаются последовательно. Но диоды D1 и D2 смещаются в обратном направлении и не проводят ток. Проводимость диодов D3 и D4 создает результирующую форму выходного сигнала, как показано ниже: Аналогичным образом, после каждой положительной половины и отрицательной половины цикла ввода создается результирующий вывод, как показано ниже: Анализ выпрямителя невесты Обсудим параметры мостового выпрямителя. 1. Пиковое обратное напряжение PIV (пиковое обратное напряжение) мостового выпрямителя: Vm . 2. Средний и пиковый токи в диоде Предполагается, что прямое сопротивление резистора и диода равно RF и RL. Ток, протекающий через два диода: Поскольку два диода подключены последовательно, прямое сопротивление равно 2RF. 3. Идеальный пиковый ток нагрузки Прямое сопротивление идеального диода считается равным нулю. Следовательно, идеальный пиковый ток нагрузки определяется как: Идеальный пиковый ток нагрузки одинаков для однополупериодного выпрямителя и двухполупериодного выпрямителя. 4. Выходной постоянный ток Можно рассчитать как: Подставляя значение Im в вышеприведенное уравнение, получаем: 5. Среднеквадратичное значение тока Значение RMS может быть представлено как: Подставляя значение Im в вышеприведенное уравнение, получаем: 6. Выходное напряжение постоянного тока Выходное напряжение постоянного тока может быть представлено как: 7. Эффективность ректификации Эффективность = Мощность постоянного тока, подводимая к нагрузке / Входная мощность переменного тока от трансформатора. Максимальный КПД мостового выпрямителя в два раза выше, чем у однополупериодного выпрямителя. Он равен 81,2%. 8. Коэффициент пульсации Коэффициент пульсаций мостового выпрямителя можно представить как: Может быть выражен в форме напряжения или тока. 9. Положение Процентное регулирование может быть представлено как: Типы мостового выпрямителя Существует четыре типа мостового выпрямителя: 1. Однофазные мостовые выпрямители Однофазный мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов, как показано ниже: Однофазные выпрямители используются для обеспечения малых уровней мощности. В качестве входа требуется однофазный источник переменного тока. 2. Трехфазные мостовые выпрямители Трехфазный мостовой выпрямитель состоит из шести диодов, как показано ниже: Трехфазные выпрямители используются для обеспечения больших уровней мощности. В качестве входа требуется трехфазный источник переменного тока. 3. Неуправляемый мостовой выпрямитель Мы знаем, что диоды однонаправленные. Это означает, что диод с p-n переходом может проводить ток в одном направлении. Конфигурация четырех диодов неуправляемого мостового выпрямителя фиксирована. Он не допускает изменения мощности. Следовательно, обычное применение такого выпрямителя заключается в обеспечении фиксированного или постоянного источника питания. 4. Управляемый мостовой выпрямитель Конфигурация управляемого мостового выпрямителя использует полупроводниковые устройства вместо диодов. К твердотельным устройствам относятся MOSFET, SCR и др., которые обеспечивают различную мощность на выходе под нагрузкой. Выходную мощность можно изменять, запуская эти полупроводниковые устройства на различных этапах. Применение мостового выпрямителя Применение мостового выпрямителя: Цепи питания Более низкая стоимость мостовых выпрямителей по сравнению с центральными ленточными выпрямителями предпочтительнее в качестве источника питания для цепей. Сварка Большая часть сварки выполняется с помощью аппаратов, которые производят дугу постоянного тока. Выпрямитель представляет собой устройство, которое используется для преобразования дуги переменного тока в дугу постоянного тока. Это осуществляется путем подачи поляризованного напряжения. Образуемая дуга постоянного тока более плавная по сравнению с другими выпрямителями. Следовательно, в процессе сварки используются мостовые выпрямители. Модулирующие радиосигналы Мостовые выпрямители в модулирующих радиосигналах используются для определения амплитуды конкретного модулированного сигнала. Преимущества мостового выпрямителя Преимущества мостового выпрямителя следующие: Центральный ленточный трансформатор не требуется Мостовой выпрямитель не требует центрального ленточного трансформатора, как в схемах однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей. Это уменьшает размер схемы выпрямителя. Меньшая стоимость Одна вторичная обмотка, необходимая для мостового выпрямителя, стоит меньше по сравнению с другими трансформаторами. Преобразование напряжения Мостовые выпрямители могут преобразовывать переменное высокое напряжение в низкое постоянное напряжение. Выходное напряжение представляет собой не чисто постоянный, а пульсирующий постоянный ток. Более высокий TUF Мостовые выпрямители имеют более высокий коэффициент использования трансформатора, чем центральные ленточные трансформаторы. Двойное выпрямление Процент выпрямления мостового выпрямителя вдвое больше, чем у однополупериодного выпрямителя. Недостатки мостового выпрямителя Мостовой выпрямитель имеет только один существенный недостаток. Для его построения требуется четыре диода. Это усложняет схему выпрямителя. Это также увеличивает падение напряжения из-за цепи выпрямителя. Другими недостатками, которые могут возникнуть из-за наличия четырех диодов, являются повышенные потери и более низкий КПД. Центральный ленточный выпрямитель и мостовой выпрямитель Центральный ленточный выпрямитель представляет собой тип двухполупериодного выпрямителя. Его функция и работа аналогичны двухполупериодному выпрямителю. Давайте обсудим общие различия между центральным ленточным выпрямителем и мостовым выпрямителем. Для выпрямителя с центральной лентой Категория Мостовой выпрямитель Центральный ленточный выпрямитель Строительство Мостовой выпрямитель требует четырех диодов, мгновенного питания и нагрузочного резистора. требуются два диода, трансформатор с центральной лентой и нагрузочный резистор. Трансформатор Не требует трансформатора. Требуется трансформатор с центральной лентой или вторичной обмоткой. Коэффициент использования трансформатора 0,810 0,672 Размер Меньше, чем центральный ленточный трансформатор из-за отсутствия трансформатора. Размер больше, чем у мостового выпрямителя. Приложения Сварка и т. д. Питание светодиодов, двигателей и т. д. Следующая темаПолупериодный выпрямитель ← предыдущая следующий →

Описание двухполупериодных выпрямителей — HardwareBee

Выпрямители можно разделить на однополупериодные и двухполупериодные выпрямители , а в этой статье — двухполупериодный выпрямитель характеристики и приложения представлены всесторонне. Затем обсуждается краткое сравнение однополупериодного и двухполупериодного выпрямителя.

 

Выпрямитель — это тип преобразователя, который преобразует параметры переменного тока в параметры постоянного тока. Для достижения этой цели необходимо использовать цепь для выпрямления тока или напряжения. Самым простым и распространенным типом полупроводника является диод. Поскольку нет контроля над условиями включения и выключения диода, выпрямители на основе диодов известны как неуправляемые выпрямители. Фактически диод включается, когда напряжение на диоде превышает пороговое значение. И диод выключается, когда напряжение становится ниже порогового значения. Таким образом, пользователь не может контролировать состояние диода. Пороговое значение зависит от материала диода и производителя. Однако пороговое значение кремниевого диода и германиевого диода составляет около 0,7 В и 0,3 В соответственно. Другие типы полупроводников тиристор , полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET), биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) и так далее. Поскольку в этой статье обсуждаются принципы выпрямления, будет объяснен выпрямитель на основе диода.

 

Диод — это неуправляемый полупроводниковый элемент, который позволяет току течь только в одном направлении и предотвращает ток в обратном направлении. Схема диода представлена ​​на рис. 1. Большинство полупроводников изготовлено из кремния, но для более точных применений также используется германий. Это полупроводниковое устройство имеет две клеммы, включая анод (положительный) и катод (отрицательный). Когда анодное напряжение больше, чем катодное, диод находится в прямом смещении и действует как замыкающий переключатель. Однако диод находится в инверсном состоянии, когда анодное напряжение меньше катодного (открытый ключ). Таким образом, отсутствует внешнее управление работой диода, кроме уровня напряжения на клеммах диода.

Рис. 1. Диодные клеммы

 

 

Однополупериодные выпрямители имеют высокие пульсации и низкие средние значения, что нежелательно для некоторых приложений. Следовательно, производительность выпрямителя можно улучшить, превратив однополупериодный выпрямитель в двухполупериодный. Существует две конфигурации однофазного двухполупериодного выпрямителя, включая трансформатор с отводом от середины и мостовую схему. Основным недостатком однополупериодного выпрямителя является то, что в полупериоде входного напряжения диод выключен, а выходное напряжение в этот полупериод равно нулю, что значительно снижает производительность выпрямителя. Таким образом, если в схему добавить еще один диод, который будет включаться в указанный полупериод, параметры выпрямителя будут значительно улучшены. Первая конфигурация, представленная в этой статье, представляет собой трансформатор с отводом от средней точки, который представляет собой модифицированную версию однополупериодного выпрямителя. Как видно на рисунке 2, в этой конфигурации два диода, что означает, что двухполупериодный выпрямитель имеет более высокую стоимость. Кроме того, трансформатор с отводом от средней точки более сложен.

 

Рисунок 2. Использование трансформатора с отводом от средней точки для двухполупериодного выпрямителя как показано на рисунке 3. В положительном полупериоде D1 включен, потому что напряжение в точке анода больше, чем в точке катода, и, наоборот, D2 выключен, поскольку напряжение на диоде отрицательное. Таким образом, ток протекает через D1 и затем проходит через сопротивление нагрузки.

Рис. 3. Конфигурация трансформатора с отводом от средней точки в положительном полупериоде

 

В отрицательном полупериоде D1 отключается, а D2 включается, как показано на рис. 4. В этом состоянии вторичное напряжение применяется к сопротивлению нагрузки, потому что D2 находится в прямом смещении. Стоит отметить, что идеальным считается диод, у которого падение напряжения на нем равно нулю. В обоих случаях направление тока, протекающего через сопротивление, одинаково, а напряжение не равно нулю в каждом цикле. Следовательно, при подаче синусоидального напряжения на первичную обмотку трансформатора выходное напряжение на сопротивлении нагрузки будет похоже на форму волны, представленную на рис. 5.9.0006

Рис. 4. Конфигурация с трансформатором с отводом от средней точки в отрицательном полупериоде

 

Рис. 5. Входное и выходное напряжения в конфигурации с трансформатором с отводом от средней точки волновой выпрямитель, выходное напряжение может можно записать как:

(1)

, где V _m — пиковое напряжение, t — время, f — частота, а T — период формы сигнала. В этой ситуации среднее напряжение можно рассчитать по формуле:

(2)

Следует отметить, что в неидеальном состоянии  заменяется на Vm-0,7 , так как падение напряжения на диоде составляет около 0,7 В. Более того, выходная частота двухполупериодного выпрямителя в два раза выше, чем у полуволнового выпрямителя

, поскольку период формы сигнала равен T/2, где   — период входного сигнала. Следовательно:

(3)

Другим важным параметром является пиковое обратное напряжение диода (PIV), которое выражает допустимый уровень диода при обратном смещении. В положительный полупериод D ₁ проводит, а D ₂ выключен. Таким образом, напряжение на D ₂ будет в два раза больше входного напряжения. Это означает, что диод должен терпеть, когда он выключен. Выбор диода с таким допуском по напряжению может увеличить стоимость выпрямителя. Следовательно, можно записать:

(4)

PIV = 2Vm

 

, где  – пиковое значение входного напряжения. Такая же ситуация и в отрицательном полупериоде, так как D ₁ выключен, а D ₂ проводит. Основными недостатками конфигурации трансформатора с центральным отводом являются высокая PIV и сложность изготовления трансформатора. Другой конфигурацией двухполупериодного выпрямителя является мост, состоящий из четырех диодов, одного трансформатора, подключенного к источнику напряжения, и нагрузки, как показано на рисунке 6. не является обязательным в конфигурации моста, и мост можно подключить к источнику напряжения напрямую. Следовательно, размер схемы можно уменьшить, удалив трансформатор.

Рис. 6. Схема двухполупериодного мостового выпрямителя с четырьмя диодами

 

В каждом полупериоде два из четырех диодов включены, а остальные выключены. В течение положительного полупериода D ₂ и D ₄ включаются, а D ₁ и D ₃ выключаются для питания сопротивления нагрузки. Протекание тока в положительный полупериод показано на рисунке 7.

Рисунок 7: Двухполупериодный мостовой выпрямитель в положительный полупериод

 

В отрицательный полупериод включены D ₁ и D ₃ , и ток замыкает свой путь через эти два диода для питания нагрузки. Протекание тока в отрицательном полупериоде показано на рисунке 8.

 

Рисунок 8: Двухполупериодный мостовой выпрямитель в отрицательном полупериоде форма волны выходного напряжения будет такой же, как на рис. 5, а среднее значение равно 2 Вм/Пи. Однако в неидеальном состоянии диода среднее напряжение будет 2(Vm+2*0,7)/Pi , поскольку в каждом полупериоде имеется два диода, в которых падает напряжение. PIV для мостовой конфигурации равен входному напряжению и может быть записан как:

(5)

PIV = Vm

 

 

Это уравнение показывает, что напряжение диодов в мостовой конфигурации меньше, чем в конфигурации трансформатора с отводом от средней точки. Хотя двухполупериодный выпрямитель имеет лучшую выходную мощность, он имеет пульсации. Эту нежелательную пульсацию можно уменьшить, добавив в цепь фильтр. Фильтр представляет собой конденсатор, включенный параллельно нагрузочному резистору. Сначала конденсатор полностью разряжен, а входное напряжение равно нулю. В положительном полупериоде напряжение постепенно достигает пикового входного напряжения. Пустой конденсатор действует как путь короткого замыкания и в этом состоянии заряжается. Напряжение заряженного конденсатора равно пиковому входному напряжению. При прохождении пикового напряжения входное напряжение становится меньше напряжения конденсатора (V _м ). Поэтому диод выключается, а конденсатор разряжается на резистивную нагрузку. Из-за разрядки конденсатора выходное напряжение уменьшается до следующего положительного полупериода. Этот процесс периодически повторяется, как показано на рис. 9. Выходное напряжение показано красной линией на этом рисунке, и его пульсации значительно малы.

 

Рисунок 9. Выходное напряжение двухполупериодного выпрямителя с учетом емкостного фильтра0006

(6)

где f — входная частота, RL — сопротивление нагрузки, а C — емкость конденсатора. Кроме того, эту пульсацию можно рассчитать на основе тока нагрузки как:

(7)

Кроме того, напряжение постоянного тока после фильтрации можно получить по формуле:

(8)

 

Другой параметр коэффициент пульсации, который представляет собой отношение среднеквадратичного напряжения к напряжению постоянного тока.