Однополупериодный выпрямитель.

Схема однополупериодного выпрямителя показана на рис.93.

Вторичная обмотка трансформатора включена в электрический контур, состоящий из диода VD и резистора нагрузки Rнаг.

Рассмотрим работу схемы в соответствии с временной диаграммой, приведенной на рис. 94. На диаграмме показано изменение напряжения на вторичной обмотке Uаб и на сопротивлении нагрузки U Rнаг.

При положительной полуволне напряжения на аноде диода имеем положительный потенциал относительно катода, что приводит к прямому смещению p-n перехода и диод находится в проводящем состоянии. По контуру протекает ток, который на резисторе нагрузки выделяет напряжение равное Uаб-Uvd = Urнаг, где Uvd -- падение напряжения на диоде.

При отрицательной полуволне напряжения на вторичной обмотке трансформатора на аноде диода имеем отрицательный потенциал относительно катода, который смещает p-n переход в обратном направлении, диод закрыт и по контуру протекает только тепловой ток. Величина теплового тока настолько мала, что выделяемое им напряжение на резисторе нагрузки практически равно нулю. В целом на нагрузке имеем импульсное напряжение, и добиться нормальной работы нагрузки при таком питании будет невозможно.

Однако если параллельно нагрузке включить конденсатор работа схемы существенно измениться, что показано на рис. 94.

Как видно из рисунка напряжение на нагрузке Urнаг изменило свой вид, появилось минимальное Urmin и максимальное Urmax напряжение. Следовательно, имеется и постоянная составляющая напряжения.

Работа схемы состоит в следующем. В положительном полупериоде при возрастании напряжения происходит заряд накопительной емкости до максимального напряжения Urmax.. При уменьшении напряжения в положительном полупериоде, как только напряжение на вторичной обмотке становится равным напряжению на нагрузке в момент времени t1 ток через диод становится равным нулю, следовательно, p-n переход получает обратное смещение. С этого момента нагрузка получает ток от накопительного конденсатора за счет его разряда. Разряд проходит экспоненциально, и в момент времени t2 напряжение на нагрузке становится равным возрастающему напряжению на вторичной обмотке, только уже в следующем периоде, при этом p-n переход получает прямое смещение и начинается новый цикл заряда накопительной емкости. Таким образом, напряжение на нагрузке при наличии накопительного конденсатора Сна не становится меньше Urmin. Вводится новое понятие -- напряжение пульсации (пульсации) ∆Urнаг = Urmax - Urmin. Чем меньше будет напряжение пульсаций, тем лучшие условия для работы нагрузки. Следовательно, необходимо стремиться к минимальным пульсациям.

Для определения величины емкости накопительного конденсатора воспользуемся уравнением определяющим изменение напряжения на конденсаторе при протекании через него тока на интервале времени dt Uc = 1/C∫i_Cdt. В этом выражении С -- величина конденсатора и i_C -- ток протекающий через конденсатор. Изменение напряжения это и есть пульсация, а при переходе к конечным изменениям dt = t2 - t1 = ∆t. Для оценки величины конденсатора сделаем допущение, что разряд осуществляется неизменным током. Тогда уравнение преобразуется к виду Uc C = i_C *∆t, откуда будем иметь C = i_C*∆t/Uc. В этом выражении не определено ∆t. Для определения интервала времени возьмем ближайшее большее определяемое, учитывая, что эта оценка приведет к завышению определяемого С. Для однополупериодного выпрямителя за значение ∆t можно использовать период T. Так при напряжении пульсаций ∆Urнаг = 1В, токе нагрузки i_C = 0,5А и Т = 20мсек величина емкости будет равна 10 мФ или 10000 мкФ. Необходимо отметить, что в полупроводниковых источниках питания электронной аппаратуры накопительные конденсаторы используют в качестве функционального блока Ф2, фильтра уменьшающего пульсации напряжения.

При проектировании или ремонте источников питания диоды необходимо выбирать в соответствии с требованиями выдвигаемыми выпрямительными схемами. Поэтому нужно определить какие требования предъявляет схема к диодам. Максимально допустимый ток диода должен быть не меньше тока нагрузки. В отрицательном полупериоде напряжения на вторичной обмотке трансформатора диод находится в непроводящем состоянии и если учесть напряжение заряда конденсатора, то напряжение смещающее p-n переход в обратном направлении будет близким к удвоенному амплитудному значению напряжения на вторичной обмотке. Следовательно, максимально допустимое напряжение диода должно быть не менее удвоенного амплитудного напряжения вторичной обмотки.

Недостаток данной схемы выпрямителя состоит в том, что для уменьшения пульсаций требуется большая величина накопительной емкости. Для уменьшения величины емкости необходимо уменьшать время разряда конденсатора, что возможно, если использовать оба полупериода