Выпрямители

Используя тот факт, что полупроводниковый диод обладает односторонней проводимостью, создают устройства, называемые выпрямителями. Выпрямители преобразуют переменный ток в однополярный.

Схема простейшего (однополупериодного) выпрямителя и временной график его работы показана на рис.6.

Рисунок 6. Однополупериодный выпрямитель и графики токов и напряжений в нем.

К огда на входе этого выпрямителя существует напряжение (U_вх) полярностью, показанной знаками «+» и «-», диод VD проводит ток i, и на сопротивлении нагрузки оказывается положительная полуволна входного напряжения U_вх . Когда на входе выпрямителя напряжение имеет полярность, показанную знаками «-» и «+», диод VD не проводит ток, то есть ток через него практически не идет, и выходное напряжение практически равно нулю. Таким образом, переменное напряжение преобразовалось в однополярное. Более качественное преобразование получается при применении мостовой схемы выпрямления, показанной на рис. 7, где даны так же графики работы.

Рисунок 7. Мостовой выпрямитель и графики его работы

Как видно из схемы, сопротивление нагрузки включено наподобие электрического моста, откуда и название схемы.

Когда на входе мостового выпрямителя имеется полярность входного напряжения (~U_вх), показанная знаками «+» и «-», диоды VD1 и VD4 проводят ток, а диоды VD2 и VD3 – нет. Поэтому ток i₁ идет от клеммы со знаком «+» через диод VD1, нагрузку R_Н, диод VD4 на клемму со знаком «-» (как известно, ток течет от плюса к минусу). На выходе выпрямителя получается положительное напряжение (U_вых), изображенное на временной графике рис. 7 цифрой «1».

Когда на входе мостового выпрямителя полярность входного напряжения, обозначенная знаками «-» и «+», то проводят диоды VD2 и VD3, а диоды VD1 и VD4 – не проводят. В результате этого идет ток i₂ идет от клеммы со знаком «(+)» через диод VD2, сопротивление нагрузки R_Н, диод VD3 на клемму со знаком «(-)». На выходе выпрямителя получается положительное напряжение (U_вых), изображенное на временной графике рис. 7 цифрой «2».

В схеме на рис.6 преобразуется один из двух полупериодов переменного напряжения, и выпрямитель называют однополупериодным. В схеме на рис.7 преобразуют оба полупериода, и выпрямитель называют двухполупериодным.

Фильтры

Для того чтобы получить на выходе выпрямителя напряжение по форме более близкое к постоянной величине применяют так называемые фильтры.

Простейший фильтр, подключенный к однополупериодному выпрямителю, показан на рисунке 8, там же даны временные диаграммы его работы.

Рисунок 8 – Выпрямитель с RC-фильтром.

К сопротивлению нагрузки R_Н подключен конденсатор С через резистор R. Как известно из электротехники, конденсатор обладает способностью накапливать электрическую энергию при заряде и отдавать ее при разряде, поддерживая напряжение на элементах к нему подключенных. На временной диаграмме рис.8 видно, что через резистор R, когда на выходе выпрямителя увеличивается напряжение (пунктир на временной диаграмме рис.8) по кривым 0 – 1, 2 – 3 и т.д. Когда же напряжение начинает уменьшаться, конденсатор разряжается на сопротивление нагрузки R_Н по кривой 1 – 2, 3 – 4 и т.д. В результате получается линия, близкая к графику постоянного тока. При большой величине С - линия – почти прямая. Откуда и название «выпрямитель» - выпрямляет переменный ток.