Основные схемы выпрямления переменного тока — Студопедия

Поделись с друзьями: 

 

Одним из главных применений полупроводнико­вых диодов является выпрямление переменного тока. Выпрямитель служит для преобразования перемен­ного напряжения в постоянное. Выпрямленное на­пряжение еще содержит переменные составляющие, которые называются пульсациями. От пульсаций избавляются с помощью сглаживающих фильтров.

Для обеспечения неизменной величины выход­ного напряжения используется стабилизатор напря­жения. Стабилизатор напряжения удерживает вы­ходное напряжение на постоянном уровне.

Основными параметрами, характеризующими выпрямители, являются: номинальное среднее вып­рямленное напряжение U₀, номинальный средний выпрямленный ток I₀ и коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения k_n.

Коэффициентом пульсаций k_n называется отно­шение амплитуды первой гармоники выпрямленно­го напряжения к среднему значению выпрямленно­го напряжения.

Основными параметрами, характеризующими диоды в выпрямителях, являются: среднее значение прямого тока, максимальное значение обратного на­пряжения и рассеиваемая мощность.

Трансформаторы, работающие в выпрямителях, ха­рактеризуются действующими значениями токов и напряжений первичной и вторичной обмоток и но­минальной мощностью.

Наиболее распространены три основные схемы выпрямителей: однополупериодная, двухполупериодная и мостовая.

Схема однополупериодного выпрямителя изобра­жена на (рис. 12.1), где Т — трансформатор, VD — по­лупроводниковый диод, a R — нагрузка.

Рис. 12.1

Когда на верхнюю часть вторичной обмотки по­дан положительный полупериод переменного тока, на диод подается прямое напряжение, и он пропус­кает его, а когда отрицательный, то диод заперт. Через нагрузку протекает пульсирующий прерывистый ток (рис. 12.2).

Сопротивление R_д диода непостоянно: оно опре­деляется крутизной вольтамперной характеристи­ки в каждой точке. Однако при включении после­довательно с диодом нагрузки R_H, сопротивление этой цели становится равным R_Д + R_H, и характе­ристику можно считать линейной (динамическая ха­рактеристика).

Рис. 12.2

 

Среднее за период значение тока, выпрямленно­го однополупериодным выпрямителем

I₀=I_m/ π (12.1)

где I_m ~ амплитуда тока, а среднее постоянное на­пряжение на нагрузке

U₀ = I₀R_H =U_m/π -I₀R_д (12.2)

Без нагрузки (I₀ = 0) напряжение на зажимах вы­прямителя будет равно среднему за период значе­нию положительной волны синусоиды:

U₀=U_m/ π =0.318U_m=0.45U (12.3)

 

где U — действующее значение переменного напря­жения. При увеличении тока нагрузки напряжение на ней уменьшается на величину падения напряже­ния на диоде (I₀R_д).

Во время отрицательного полупериода, когда диод закрыт, он находится под напряжением вторичной обмотки трансформатора, поэтому наибольшее обрат­ное напряжение, действующее на диод,

(12,4)

Мы видим, что обратное напряжение на диоде бо­лее чем в 3 раза превышает выпрямленное напряже­ние на нагрузке.

Однополупериодная схема очень редко использует­ся в современных выпрямителях, поскольку вторич­ная обмотка трансформатора работает только полови­ну периода, и поэтому габаритная мощность транс­форматора должна превышать мощность выпрямлен­ного тока примерно в 3 раза. Кроме того, выпрямлен­ное напряжение имеет очень высокий коэффициент пульсаций, что затрудняет его сглаживание.

На (рис. 12.3) изображена двухполупериодная схе­ма, где Т — трансформатор с отводом от середины вторичной обмотки, VD₁ и VD₂ — полупроводнико­вые диоды, a R — нагрузка.

Рис. 12.3

 

Эту схему можно рассматривать как две самосто­ятельные однополупериодные схемы, имеющие общую нагрузку. В ней диоды VD₁ и VD₂ оказывают­ся открытыми в разные половины периода перемен­ного напряжения, и поэтому ток через нагрузку R протекает в обе половины периода, пульсируя с двой­ной частотой (рис. 12.4).

Рис. 12.4

Каждый диод здесь работает как в однополупериодной схеме.

Токи диодов складываются, поэтому постоянные составляющие тока и напряжения

(12.5)

 

(12.6)

 

Из выражения (12.6) следует, что в отсутствие нагрузки напряжение на выходе двухполупериодного выпрямителя вдвое больше напряжения на выходе однополупериодного выпрямителя.

В двухполупериодной схеме максимальное обрат­ное напряжение, действующее на каждый диод, находящийся в закрытом состоянии, равно сумме амп­литуд напряжений обеих половин вторичной обмот­ки:

(12.7)

Ток, протекающий через каждый диод, равен:

 

т. е. по сравнению с однополупериодной в двухполупериодной схеме через каждый диод протекает вдвое меньший ток. Коэффициент пульсаций в двухполупериодной схеме значительно ниже.

Двухполупериодная схема довольно часто исполь­зуется на практике. Ее недостатками являются: не­обходимость отвода от середины вторичной обмот­ки трансформатора и неполное использование вто­ричной обмотки трансформатора по напряжению. Эти недостатки устранены в мостовой схеме.

Мостовая схема выпрямления изображена на (рис. 12.5) и состоит из трансформатора Т и четырех дио­дов: VD₁ — VD_4.

Рис. 12.5

Диагональ AВ моста подключена к вторичной обмотке трансформатора, а диагональ CD — к нагрузке. Полярность напряжения на вторичной обмотке

изменяется каждую половину периода, в результа­те чего при более высоком потенциале точки А (+) по сравнению с потенциалом точки В (-) ток прохо­дит в течение полупериода A —>VD₁—>С —>R —> D —> VD₃ —>B—>A, а в следующий полупериод по пути В—> VD₂ —> С—>R—>D —> VD₄ —>A —> R

Таким образом, выпрямленный ток идет через на­грузку R в течение всего периода переменного тока, поэтому мостовая схема является двухполупериодной.

В мостовой схеме выпрямленный ток и напряже­ние имеют такую же форму, как и в двухполупериодной схеме со средней точкой, поэтому согласно (12.5) значение выпрямленного тока

а выпрямленного напряжения согласно (12. 6):

Без нагрузки (I₀ — 0) напряжение на зажимах вы­прямителя

Особенностью мостовой схемы является отсут­ствие во вторичной обмотке трансформатора отвода от ее середины, поэтому для получения одного и того же значения выпрямленного напряжения по срав­нению со схемой с отводом от середины вторичной обмотки в мостовой схеме требуется обмотка с вдвое меньшим числом витков. Вследствие этого обрат­ное напряжение, действующее на каждый диод, в два раза меньше, чем в схеме с отводом от середины вторичной обмотки:

(12.9)

 

Действующее значение тока, протекающего через Диод,

В мостовой схеме ток через каждый диод идет только в течение одногополупериода, тогда как че­рез вторичную обмотке трансформатора — в течение всего периода. Действующее значение тока, проте­кающего через вторичную обмотку,

 

(12.10)

Частота пульсаций и коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения в мостовой схеме та­кие же, как и в схеме с отводом от середины вто­ричной обмотки.

Рассмотрим теперь трехфазные схемы выпрям­ления. Простейшая трехфазная схема выпрямле­ния тока с нейтральной точкой изображена на (рис. 12.6а).

А

 

 

Б

Рис. 12.6

В этой схеме первичные обмотки трехфазного трансформатора соединяются звездой или треуголь­ником, а вторичные — звездой, причем в каждую вторичную обмотку включено по диоду. В этом слу­чае в каждый момент, выпрямленный ток проходит только через тот диод, анод которого соединен с за­жимом обмотки, имеющим наибольший положи­тельный потенциал по отношению к нейтральной точке трансформатора. Поэтому выпрямленное на­пряжение будет изменяться по кривой, являющей­ся огибающей положительных полуволн фазных напряжений вторичных обмоток трансформатора (рис. 12.6) Переключение диодов происходит в моменты, соответствующие пересечению положи­тельных полусинусоид напряжения. В нагрузке Е„ токи, походящие через три диода, суммируются.

Среднее значение выпрямленного напряжения в этой схеме

(12. 11)

а среднее за период значение выпрямленного тока, проходящего через каждый диод,

(12.12)

Обратное напряжение, действующее на каждый диод, равно амплитуде линейного напряжения, дей­ствующего в системе вторичных обмоток трансфор­матора, соединенных звездой, поскольку диоды под­ключены анодами к каждой из фаз, а катодами к другой фазе через открытый диод:

Существенным недостатком этой схемы является то, что проходящие только через вторичные обмот­ки токи одного направления (выпрямленный ток) создают во взаимно связанных стержнях трехфазного трансформатора дополнительный постоянный магнитный поток. Чтобы не допустить насыщения магнитной системы за счет этого дополнительного потока, приходится увеличивать сечение стержней и габариты трансформатора. Трехфазную схему выпрямления с нейтральной точкой применяют толь­ко в маломощных силовых установках.

Мостовая трехфазная схема выпрямления пе­ременного тока изображена на (рис. 12.7). В ней со­четаются принципы мостовой схемы и схемы мно­гофазного выпрямления. В этой схеме нулевая точ­ка трансформатора для выпрямления не нужна и поэтому первичные и вторичные обмотки могут быть соединены как звездой, так и треугольником.

Рис. 12.7

Шесть диодов образуют две группы — нечетную VD₁, VD₃, и VD₅ и четную VD₂, VD₄ и VD₆. У нечет­ной группы катоды соединены вместе и служат точ­кой вывода выпрямителя с положительным потен­циалом, а у четной группы — аноды соединены вме­сте и служат точкой вывода с отрицательным по­тенциалом. При работе этой схемы выпрямляются обе полуволны переменных напряжений всех вто­ричных обмоток трансформатора, благодаря чему пульсации выпрямленного напряжения значитель­но уменьшаются. В схеме на (рис. 12.7) в каждый момент работает тот диод нечетной группы, у кото­рого анод в этот момент имеет наибольший положи­тельный потенциал, а вместе с ним тот диод четной группы, у которого катод имеет наибольший по аб­солютной величине отрицательный потенциал. Вып­рямленное напряжение будет изменяться по огиба­ющей с двойной частотой пульсаций (рис. 12.8).

Рис. 12.8

Среднее значение выпрямленного напряжения в этой схеме

(12.13)

Средний ток через диод I_д = I₀ / 3, причем этот ток проходит через два последовательно включен­ных диода. Обратное напряжение, действующее на каждый диод, здесь также равно амплитудному зна­чению линейного напряжения:

 

(12.14)

В мощных выпрямителях в основном использу­ется мостовая трехфазная схема. Она получила широкое применение в управляемых выпрямите­лях, в которых, регулируя моменты открывания и закрывания диодов (тиристоров), можно в ши­роких пределах регулировать среднее значение выпрямленного тока.

 

Сглаживающие фильтры

 

Рассмотренные схемы выпрямления переменно­го тока позволяют получать выпрямленное, но пуль­сирующее напряжение. Для питания электронных приборов пульсирующее напряжение непригодно: оно создает фон переменного тока, вызывает иска­жения сигналов и приводит к неустойчивой работе приборов. Для устранения пульсаций (сглаживания) применяют сглаживающие фильтры.

Сглаживающий фильтр состоит из реактивных элементов: конденсаторов и катушек индуктивнос­ти (дросселей). Сущность работы сглаживающего фильтра состоит в разделении пульсирующего тока i(t) на постоянную I₀ и переменную i₌ составляю­щие (рис. 12.9). Постоянная составляющая направ­ляется в нагрузку, а нежелательная переменная за­мыкается через конденсатор, минуя нагрузку.

 

Рис. 12.9

Физическая сущность работы в фильтре конден­сатора и дросселя состоит в том, что конденсатор (обычно большой емкости), подключенный парал­лельно нагрузке, заряжается при нарастании импуль­сов выпрямленного напряжения и разряжается при их убывании, сглаживая тем самым его пульсации. Дроссель, наоборот, при нарастании импульсов выпрямленного тока в результате действия ЭДС само­индукции задерживает рост тока, а при убывании импульсов задерживает его убывание, сглаживая пульсации тока в цепи нагрузки. С другой стороны, конденсатор и дроссель можно рассматривать как не­кие резервуары энергии. Они запасают ее, когда ток в цепи нагрузки превышает среднее значение, и отда­ют, когда ток стремится уменьшиться ниже среднего значения. Это и приводит к сглаживанию пульсаций. Рассмотрим несколько подробнее емкостной фильтр, в котором на выходе двухполупериодного выпрямителя параллельно нагрузке R включен кон­денсатор С (рис. 12.10).

Рис. 12.10

При возрастании выпрямленного напряжения (при открытом диоде VD₁) конденсатор зарядится (рис. 12.11, а), а при убывании выпрямленного на­пряжения полярность напряжения на диоде изме­нится на противоположную, и диод закроется, отклю­чив вторичную обмотку трансформатора от нагруз­ки. Ток через диод будет иметь форму короткого импульса (рис. 12.11, б).

Когда входной сигнал начинает падать в отрица­тельном направлении, конденсатор разряжается че­рез нагрузку. Скорость разряда конденсатора зави­сит от постоянной времени RC, а, следовательно, от сопротивления нагрузки. Постоянная времени раз­ряда велика по сравнению с периодом переменного тока. Следовательно, период заканчивается раньше, чем конденсатор может разрядиться. Поэтому пос­ле первой четверти периода ток через нагрузку под­держивается разряжающимся конденсатором. Как только конденсатор начинает разряжаться, напря­жение на нем уменьшается. Однако до того как кон­денсатор полностью разрядится, начнется следую­щий период синусоиды. На аноде диода опять по­явится положительный потенциал, что позволит ему проводить ток. Конденсатор зарядится снова, и цикл повторится. В результате пульсации напряжения сгладятся, и выходное напряжение фактически по­высится.

 

 

Рис. 12.11

Чем больше емкость конденсатора, тем больше постоянная времени RC. Это приводит к более мед­ленному разряду конденсатора, что повышает выход­ное напряжение. Наличие конденсатора позволяет диоду в цепи проводить ток в течение короткого периода времени. Когда диод не проводит, конденса­тор обеспечивает нагрузку током. Если нагрузка

потребляет большой ток, то должен использоваться конденсатор большой емкости.

Целью фильтрующего конденсатора является сглаживание пульсаций постоянного напряжения выпрямителя. Качество работы фильтра определя­ется величиной пульсаций, остающихся в постоян­ном напряжении. Величину пульсаций можно уменьшить путем использования конденсатора боль­шей емкости или путем увеличения сопротивления нагрузки. Обычно сопротивление нагрузки опреде­ляется при расчете цепи. Следовательно, емкость фильтрующего конденсатора определяется допусти­мой величиной пульсаций.

Необходимо отметить, что фильтрующий конден­сатор создает дополнительную нагрузку на диоды, используемые в выпрямителе. Конденсатор заряжа­ется до максимального значения напряжения вто­ричной обмотки и удерживает это значение в тече­ние всего цикла входного напряжения. Когда диод становится смещенным в обратном напряжении, он запирается и максимальное отрицательное напря­жение попадает на анод диода. Фильтрующий кон­денсатор удерживает максимальное положительное напряжение на катоде диода. Следовательно, разность потенциалов на диоде в два раза превышает макси­мальное значение напряжения вторичной обмотки. Для выпрямителя должен быть выбран диод, выдер­живающий такое напряжение.

Максимальное напряжение, которое может выдер­жать диод, будучи смещенным, в обратном направ­лении, называется импульсным обратным напря­жением диода. Импульсное обратное напряжение ди­ода, выбранного для выпрямителя, должно быть выше, чем удвоенное максимальное напряжение вто­ричной обмотки. В идеале диод должен работать при 80% номинального значения обратного напряжения для того, чтобы выдержать изменения входного на­пряжения. Это касается как однополупериодного, так и двухполупериодного выпрямителя. Но это не так для мостового выпрямителя.

К диодам в мостовом выпрямителе никогда не прикладывается напряжение, большее, чем макси­мальное значение напряжения вторичной обмотки, поскольку в каждом полупериоде работают по два последовательно включенных диода. Возможность использования диодов с более низкими значениями импульсного обратного напряжения является еще одним преимуществом мостового выпрямителя.

Следует отметить, что пиковое значение тока, про­текающего через диод, может во много раз превы­шать ток нагрузки, что опасно для целостности дио­да. Б реальной цепи ток через диод возрастает не мгновенно и передний фронт импульса тока также закруглен.

Наиболее распространенными сглаживающими фильтрами в выпрямителях электронных приборов являются П-образные LC-фильтры (рис. 12.12, а). В них постоянная составляющая выпрямленного тока, свободно проходящая через дроссель Др., попадает затем в нагрузку и замыкается через трансформа­тор. Переменные составляющие, замыкаясь через большие емкости С₁ и С₂, в нагрузку не проходят.

При небольших, токах нагрузки успешно работа­ет Г-образный фильтр (рис. 12.12, б), а при малых токах нагрузки в качестве сглаживающего фильтра достаточно включить конденсатор (рис. 12.12, в), что и делается в переносных радиоприемниках и маг­нитолах. Во многих случаях дроссель заменяют ре­зистором, что несколько снижает качество фильтра­ции, но зато значительно удешевляет фильтр (рис. 12.12, г, д). В наиболее ответственных случаях сгла­живающий фильтр делают многозвенным, состоящим из нескольких П-образных или Г-образных LC или RC фильтров (рис. 12.12, е).

 

А Б

 

В Г

 

Д Е

Рис. 12.12

 

---

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  

---



лабораторная работа 43

Лабораторная работа № 43

 

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ

 

Цель работы - изучение работы различных схем выпрямления переменного тока.

Приборы и принадлежности: полупроводниковые диоды, соединительные провода, лабораторный трансформатор, электронный осциллограф.

 

Изучение работы схем выпрямителей.

Выпрямление переменного тока

Основное применение полупроводниковые диоды находят при построении различных выпрямителей — устройств, предназначенных для преобразования переменного тока в постоянный.

Известны несколько различных схем выпрямителей переменного тока, рассмотрим их работу.

 

Однополупериодная однофазная схема выпрямления

Выпрямленный ток фактически не является постоянным, он пульсирующий. На рис. 1, где показана однополупериодная однофазная схема выпрямления, видно, что через диод Д проходит лишь прямая полуволна тока, обратная же практически не проходит.

Рис. 1

 

Двухполупериодная однофазная схема выпрямителя

В двухполупериодном выпрямителе (схема на рис. 2) используются обе полуволны.

 

 

Рис. 2

В первую половину периода полуволна переменного тока проходит через обмотку I трансформатора, диод Д₁ и резистор Rн. Второй диод в это время закрыт, т.к. включен навстречу первому. Во вторую половину периода ток идет через обмотку II, диод Д₂ (он открылся, так как сменилось направление тока) и сопротивление нагрузки в том же направлении, что и в первом полупериоде.

Диод Д₁ в этот момент заперт. Таким образом, частота пульсаций увеличилась вдвое по сравнению с однополупериодным выпрямителем, средний выпрямленный (пульсирующий) ток стал больше, но понадобились две обмотки трансформатора.

 

Мостовая схема выпрямления

Мостовая схема (рис. 3) дает двухполупериодное выпрямление переменного тока. По сравнению с двухполупериодной однофазной схемой выпрямления в мостовой схеме используется одна обмотка трансформатора, но зато необходимы четыре диода.

Рис. 3

Ход работы

Собрав поочередно схемы (рис. 4-7), зарисовать соответственно осциллограммы переменного напряжения в сети (рис. 4), в мостовой (рис. 7), однополупериодной (рис. 5), двухполупериодной (рис. 6) схемах выпрямления переменного напряжения.

Провести сравнительный анализ различных схем выпрямления.

 

Рис. 4

 

Рис. 5

 

Рис. 6

 

Рис. 7

 

Вопросы для допуска к работе

1. Какова цель работы?

2. Какие существуют типы выпрямительных диодов?

3. Начертите принципиальную электрическую схему рабочей установки для изучения выпрямления переменного тока по однополупериодной, двухполупериодной и мостовой схемам.

 

 

Вопросы для защиты работы

1.      Каков принцип действия полупроводникового диода?

2.      Какое отличие имеет выпрямленный ток по однополупери-одной схеме с помощью лампового и полупроводникового диода?

3.      Каковы Ваши критические замечания к рабочей установке?

 

 

 

Как блоки питания превращают переменный ток в постоянный в электронных схемах

Задача преобразования переменного тока в постоянный называется выпрямлением, , а электронная схема, выполняющая эту работу, называется выпрямителем . Наиболее распространенным способом преобразования переменного тока в постоянный является использование одного или нескольких диодов , тех удобных электронных компонентов, которые позволяют току проходить в одном направлении, но не в другом.

Хотя выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный, результирующий постоянный ток не является постоянным напряжением. Правильнее было бы назвать его «пульсирующим постоянным током». Хотя пульсирующий постоянный ток всегда движется в одном и том же направлении, уровень напряжения имеет отчетливую пульсацию, немного повышаясь и понижаясь синхронно с формой волны переменного напряжения, подаваемого на выпрямитель.

Для многих цепей постоянного тока значительная пульсация в источнике питания может привести к неисправности цепи. Следовательно, требуется дополнительная фильтрация, чтобы «сгладить» пульсирующий постоянный ток, поступающий от выпрямителя, для устранения пульсаций.

Существует три различных типа схем выпрямителей, которые вы можете построить: однополупериодные, двухполупериодные и мостовые. Далее описывается каждый из этих трех типов выпрямителей.

Однополупериодный выпрямитель

Самый простой тип выпрямителя состоит из одного диода. Этот тип выпрямителя называется 9.0003 однополупериодный выпрямитель , потому что он передает только половину входного переменного напряжения на выход.

Когда переменное напряжение положительное на катодной стороне диода, диод пропускает ток на выход. Но когда переменный ток меняет направление и становится отрицательным на катодной стороне диода, диод блокирует ток, так что на выходе не появляется напряжение.

Однополупериодные выпрямители достаточно просты в изготовлении, но не очень эффективны. Это связано с тем, что весь отрицательный цикл входного переменного тока блокируется однополупериодным выпрямителем. В результате выходное напряжение равно нулю в половине случаев. Это приводит к тому, что среднее напряжение на выходе составляет половину входного напряжения.

Обратите внимание на резистор с маркировкой R _L . Этот резистор на самом деле не является частью схемы выпрямителя. Вместо этого он представляет собой сопротивление нагрузки, которая в конечном итоге будет помещена в цепь, когда источник питания будет использоваться.

Двухполупериодный выпрямитель

Двухполупериодный выпрямитель использует два диода, что позволяет ему пропускать как положительную, так и отрицательную сторону входного переменного тока. Диоды подключены к трансформатору.

Обратите внимание, что двухполупериодный выпрямитель требует использования трансформатора с отводом от средней точки. Диоды подключены к двум внешним отводам, а центральный отвод используется в качестве общей земли для выпрямленного постоянного напряжения. Двухполупериодный выпрямитель преобразует обе половины синусоиды переменного тока в постоянный ток с положительным напряжением.

Результатом является постоянное напряжение, частота импульсов которого в два раза превышает частоту входного переменного напряжения. Другими словами, если предположить, что на вход подается бытовой ток с частотой 60 Гц, на выходе будет пульсирующий постоянный ток с частотой 120 Гц.

Мостовой выпрямитель

Проблема с двухполупериодным выпрямителем заключается в том, что для него требуется трансформатор с отводом от средней точки, поэтому он вырабатывает постоянный ток, равный половине общего выходного напряжения трансформатора.

Мостовой выпрямитель преодолевает это ограничение за счет использования четырех диодов вместо двух. Диоды расположены в виде ромба, так что на каждой половине фазы синусоиды переменного тока два диода пропускают ток к положительной и отрицательной сторонам выхода, а два других диода блокируют ток. Мостовой выпрямитель не требует трансформатора с отводом от середины.

Выход мостового выпрямителя имеет импульсный постоянный ток, как и выход двухполупериодного выпрямителя. Однако используется полное напряжение вторичной обмотки трансформатора.

Вы можете построить мостовой выпрямитель, используя четыре диода, или вы можете использовать мостовой выпрямитель IC, который содержит четыре диода в правильном расположении. ИС мостового выпрямителя имеет четыре контакта: два для входа переменного тока и два для выхода постоянного тока.

Об этом артикуле

Этот артикул можно найти в категории:

• Схема,

Основы полуволнового выпрямителя, схема, работа и применение

---

Содержание

Выпрямитель

Выпрямитель представляет собой преобразует переменный ток (AC) в постоянный ток (DC). Dc течет только в одном направлении, тогда как ac регулярно течет в обратном направлении. Выпрямитель работает по принципу смещения диода с PN-переходом. Диод обеспечивает низкое сопротивление протеканию тока в одном направлении, т. е. в состоянии прямого смещения, и обеспечивает высокое сопротивление в другом направлении, т. е. в состоянии обратного смещения. Процесс преобразования переменного сигнала в постоянный называется выпрямлением.

В зависимости от устройства диода и выпрямления сигнала переменного тока в постоянный, выпрямители делятся на два типа. Это:

1. Однополупериодный выпрямитель
2. Двухполупериодный выпрямитель

Здесь мы подробно обсудим полуволновой выпрямитель.

---

Однополупериодный выпрямитель

Выпрямитель, который преобразует сигнал переменного тока в сигнал постоянного тока, пропуская положительный или отрицательный полупериод формы волны переменного тока и блокируя другой полупериод, называется однополупериодным выпрямителем. При построении схемы однополупериодного выпрямителя для процесса выпрямления используется только один диод. Однополупериодный выпрямитель представляет собой простой тип выпрямителя.

Работа однополупериодного выпрямителя основана на том факте, что диод пропускает ток только в одном направлении. Таким образом, он преобразует сигнал переменного тока в сигнал постоянного тока. Когда к диоду приложено переменное напряжение, диод проводит ток только при прямом смещении. я. е. когда анодная сторона диода положительна по отношению к катодной стороне.

Поскольку однополупериодный выпрямитель пропускает только половину входа, его КПД ниже КПД двухполупериодного выпрямителя. Максимальный КПД однополупериодного выпрямителя составляет около 40,5 %, а КПД двухполупериодного выпрямителя вдвое выше, чем у однополупериодного выпрямителя. Полупериодный выпрямитель производит больше пульсаций, чем двухполупериодный выпрямитель. Устранение пульсирующего содержимого требует гораздо большей фильтрации. Поэтому на практике используется редко.

---

Компоненты однополупериодного выпрямителя

Однополупериодный выпрямитель состоит в основном из трех компонентов. Это:

1. Диод
2. Трансформатор
3. Резистивная нагрузка

---

Принципиальная схема

Принципиальная схема однополупериодного выпрямителя показана на рисунке ниже:

В этой схеме вход переменного тока высокого напряжения подается на первичную сторону трансформатора. Здесь используется понижающий трансформатор, поэтому на вторичной обмотке получается низкое выходное напряжение. Выход трансформатора подается на диод. Сопротивление нагрузки подключается последовательно с диодом, как показано на рисунке выше.

В схеме выпрямителя мы сосредоточимся на вторичной стороне цепи. Если мы заменим вторичную обмотку трансформатора источником напряжения, принципиальная схема однополупериодного выпрямителя упростится, как показано на схеме ниже.

---

Операции

Во время положительного полупериода переменного напряжения диод находится в состоянии прямого смещения, так как анод положителен по отношению к катоду и проводит ток к резистивной нагрузке. Из-за этого протекания тока на нагрузке создается напряжение, равное приложенному входному напряжению переменного тока положительного полупериода.

$$
V_{\text {out}}=V_{\text {in}}
$$

Цепь замыкается во время положительного полупериода. Схема цепи во время положительного полупериода показана ниже.

Во время отрицательного полупериода переменного тока диод находится в состоянии обратного смещения, так как анод отрицателен по отношению к катоду и ток через диод отсутствует. На резистивной нагрузке в отрицательный полупериод напряжение не появляется.

$$
V_{\text {out}}=0
$$

Цепь размыкается во время отрицательного полупериода. Принципиальная схема во время отрицательного полупериода показана ниже.

В связи с этим видно, что диод проводит во время положительных полупериодов и не проводит во время отрицательных полупериодов. Таким образом, однополупериодный выпрямитель отсекает отрицательные полупериоды. Полученная форма волны называется полуволновым сигналом.

Форма входного и выходного сигнала однополупериодного выпрямителя показана на рисунке ниже:

Здесь форма сигнала ввода-вывода показывает, что однополупериодный выпрямитель пропускает только положительные полупериоды через диод и блокирует отрицательные полупериоды. Форма волны напряжения однополупериодного выпрямителя до и после выпрямления показана на рисунке ниже.

---

Коэффициент пульсации

Постоянный ток (постоянный ток), создаваемый однополупериодным выпрямителем, представляет собой не чистый, а пульсирующий постоянный ток. При преобразовании сигнала переменного тока в сигнал постоянного тока остаются некоторые компоненты переменного тока. Эта нежелательная составляющая переменного тока, содержащаяся на выходе выпрямителя, называется пульсацией. Пульсации выходного сигнала постоянного тока можно свести к минимуму с помощью фильтров, таких как конденсаторы и катушки индуктивности.

Коэффициент пульсаций определяет количество пульсаций в выходном сигнале постоянного тока. Он используется для измерения того, насколько хорошо однополупериодный выпрямитель может преобразовывать переменное напряжение в постоянное. Математически коэффициент пульсаций представляет собой отношение среднеквадратичного значения переменной составляющей выходного напряжения к постоянной составляющей выходного напряжения. Или это отношение напряжения пульсаций к напряжению постоянного тока.

Для создания хорошего выпрямителя коэффициент пульсаций должен быть минимальным. Таким образом, конденсаторы и катушки индуктивности используются в качестве фильтров для уменьшения пульсаций в цепи. 92\right)}{I_{d c}}
$$

Для однополупериодных выпрямителей коэффициент пульсаций составляет 1,21. \pi I_m \sin \omega t=\frac{I_m}{\pi}
$$

Здесь Im равно максимальному мгновенному току нагрузки ( Imax ). Таким образом, выходной постоянный ток через нагрузку ( Idc ) определяется как: максимальная амплитуда постоянного тока.

Для однополупериодного выпрямителя среднеквадратичное значение параметра Imax равно среднему току I_dc, кратному π/2.

Таким образом, действующее значение тока нагрузки Imax для однополупериодного выпрямителя.

$$
I_{r m s}=\frac{I_m}{2}
$$

Где Im= Imax — пиковый мгновенный ток через нагрузку.

Тогда среднеквадратичное значение выходного напряжения нагрузки определяется по формуле:
$$
V_{rm s}=I_{rm s} * R_L=\frac{I_m}{2} R_L
$$

---

Выходное напряжение постоянного тока (В пост. тока)

Выходное напряжение постоянного тока (В пост. тока) — это напряжение на нагрузке RL. Это получается путем умножения выходного постоянного тока и сопротивления нагрузки RL.

Математически это можно записать как:
$$
V_{d c}=I_{d c} * R_L
$$

Выходное напряжение постоянного тока (В пост. тока) определяется как:
$$
V_{d c}=\ frac{\left(V_{i n}\right) \max {\pi}
$$

Где, (Vin)max = максимальная амплитуда вторичного напряжения

---

КПД

КПД выпрямителя равен отношение выходной мощности постоянного тока к входной мощности переменного тока. IT обозначается ղ и математически записывается как

$$
\mathbf{l}=\frac{P_{d c}}{P_{a c}}
$$

Для однополупериодного выпрямителя КПД равен 40,6%.

$$
\text {т.е.} \eta_{\max}=40,6 \% \text {. }
$$

---

Пиковое обратное напряжение (PIV)

Пиковое обратное напряжение (PIV) — это максимальное обратное напряжение смещения, которое может выдержать диод. Диод будет разрушен, если приложенное напряжение больше, чем пиковое обратное напряжение (PIV).

Во время положительного полупериода диод смещен в прямом направлении и пропускает электрический ток. Этот ток сбрасывается на резистивную нагрузку R_L. Тогда как во время отрицательного полупериода диод смещен в обратном направлении и не пропускает электрический ток. Так что входной переменный ток падает на диод. Максимальное падение напряжения на диоде равно максимальному входному напряжению.

Следовательно, PIV диода = (Vin)max

---

Форм-фактор (FF)

Форм-фактор определяется как отношение среднеквадратичного значения к значению постоянного тока или среднему значению. Математически это задается как:
$$
\mathrm{FF}=\frac{R M S \text { Value }}{DC \text { Value }}
$$

Для однополупериодного выпрямителя форм-фактор равен до 1,57.

---

Применение

Однополупериодный выпрямитель в основном используется для следующих применений:

• Используются для ректификации
• Они используются для демодуляции сигнала
• Они используются для приложений с пиковым сигналом

---

Преимущества

Основные преимущества однополупериодного выпрямителя следующие:

• Простота: Схема его проста и совершенно понятна.