Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

       На рис.2.4.2,а показана схема двухполупериодного выпрямителя с выведенной средней точкой вторичной обмотки трансформатора. К концам вторичной обмотки трансформатора присоединены анодные выводы двух диодов, а катодные выводы через нагрузку соединяются со средней точкой вторичной обмотки трансформатора.

       В течение первого полупериода первый диод открыт, а второй закрыт, поэтому ток проходит через первый диод и нагрузку. В течение второго полупериода первый диод закрывается, а второй открывается, поэтому ток проходит через второй диод и нагрузку. Таким образом, в течение всего периода через нагрузку проходят две полуволны тока одного направления. При этом напряжение на открытом диоде равно нулю, а ко второму диоду в этот момент приложено отрицательное обратное напряжение. Графики напряжений на нагрузке и диодах показаны на рис.2.4.2,б.

       Коэффициент пульсаций при двухполупериодном выпрямлении значительно меньше, чем при однополупериодном (k_п=0,667), что дает преимущество данной схеме перед однополупериодной. Недостатком данной схемы является большое отрицательное обратное напряжение на закрытых диодах.

Однофазный мостовой выпрямитель

       Наиболее широкое распространение получила мостовая схема двухполупериодного выпрямителя (рис.2.4.3).

Схема состоит из трансформатора и четырех диодов. К одной диагонали моста подключена вторичная обмотка трансформатора, а ко второй – сопротивление нагрузки. Особенность данной схемы в том, что в течение каждого полупериода два диода в схеме включены в прямом направлении, а два – в обратном. При этом ток в течение обоих полупериодов течет через нагрузку в одном направлении. Графики тока и напряжения на нагрузке соответствуют двухполупериодному выпрямлению.

Коэффициент пульсаций тока и напряжения для данной схемы имеет то же значение, что и в схеме со средне точкой (0,667). Однако отрицательное обратное напряжение на закрытых диодах в данной схеме в два раза меньше, чем в схеме со средней точкой, что является преимуществом данной схемы.

Сглаживающие фильтры

       Для питания ряда узлов электронной аппаратуры требуется постоянное напряжение. Напряжение, получаемое на выходе выпрямительных схем, имеет пульсирующую формую. Для придания выпрямленному напряжению требуемой формы используют сглаживающие фильтры. Количественно работа сглаживающего фильтра характеризуется коэффициентом сглаживания пульсаций q, который показывает, во сколько раз уменьшается пульсация при прохождении сигнала через данный фильтр:

здесь k_п и k_п’ – коэффициенты пульсаций сигнала до и после фильтра.

       Сглаживающие фильтры делятся на емкостные, индуктивные, индуктивно-емкостные и резисторно-емкостные.

       Наиболее простым является емкостный фильтр, представляющий собой конденсатор, включенный параллельно нагрузке. Работа фильтра основана на способности конденсатора достаточно быстро накапливать электрическую энергию, а затем относительно медленно отдавать ее в нагрузку. Когда напряжение на диоде положительно, диод находится в открытом состоянии, и конденсатор заряжается. Поскольку сопротивление диода в прямом направлении близко к нулю, то конденсатор заряжается практически до величины входного напряжения. Когда напряжение на диоде становится отрицательным, диод закрывается, и зарядка конденсатора прекращается. Конденсатор начинается медленно разряжаться через нагрузку. Его напряжение изменяется незначительно до следующего открытия диода. Таким образом, напряжение и ток нагрузки выравниваются. Емкостный фильтр применяется для выпрямителей малой мощности.

       Индуктивный фильтр представляется собой дроссель (катушку с большим индуктивным и малым активным сопротивлением), который включается последовательно с сопротивлением нагрузки. Индуктивные фильтры эффективно работают в двухполупериодных выпрямителях, так как за счет явления самоиндукции ток в нагрузке не падает до нуля при нулевом напряжении и коэффициент пульсации заметно уменьшается.

       Также на практике применяются комбинированные Г-образные и П-образные фильтры (рис.2.4.4). Они хорошо обеспечивают сглаживание тока в нагрузке за счет уменьшения переменной составляющей в катушке индуктивности.

Стабилизаторы напряжения

       Стабилизатор напряжения – это устройство, автоматически поддерживающее постоянное напряжение на нагрузке при изменении дестабилизирующих факторов в определенных пределах. Дестабилизирующими факторами являются входное напряжение и сопротивление нагрузки, которые изменяются в процессе работы устройства.

       Существует два метода стабилизации напряжения: параметрический и компенсационный. В параметрических стабилизаторах используются элементы с нелинейной вольт-амперной характеристикой.

       Работа компенсационных стабилизаторов основана на сравнении входного напряжения с заданным стабильным. Схема стабилизатора напряжения показана на рис.2.4.5.

Стабильное (опорное) напряжение создается на кремниевом стабилитроне. Транзистор играет роль сравнивающего и регулирующего элемента. Между эмиттером и базой действует небольшое положительное напряжение

здесь U_ст – напряжение на стабилитроне, U_вых  - напряжение на выходе. Пусть напряжение на входе несколько возросло. Это увеличит напряжение на выходе. При этом напряжение U_эб уменьшится и уменьшится ток эмиттера, равный выходному току. Это приведет к уменьшению выходного напряжения практически до прежнего значения.

       Важным параметром, характеризующим работу стабилизатора, является коэффициент стабилизации, представляющий собой отношение относительного изменения входного напряжения к относительному изменению выходного напряжения при неизменном сопротивлении нагрузки:

где U_вх  и U_вых – номинальные значения входного и выходного напряжений.