8. Практические занятия

8.1. Однофазная однополупериодная схема выпрямления

Задача любого выпрямителя - сформировать однополярное напряжение

с заданой величиной постоянной составляющей Ud. В идеальном случае

график выпрямленного напряжения должен быть прямой линией. Схема

выпрямления и идеальная ВАХ диода VD представлены на рис.154.

Трансформатор TV нужен для того, чтобы на нагрузке Rн иметь заданный

уровень выпрямленного напряжения. Графики напряжений и тока в схеме

показаны на рис.155, где U2 - напряжение на вторичной обмотке

трансформатора, Uд - действующее значение вторичного напряжения.

+

} - положительная полуволна;

.

(.)

} - отрицательная полуволна.

(+)

Среднее значение выпрямленного напряжения:

. U 45 , 0 U ; t sin U 2 ) t ( U ; dt ) t ( U

T

1 U Д d Д 2

2 / T

0

2 d = . . = = .

Равенство S1 и S2 определяет уровень Ud. Диаграммы с учетом реальных

свойств диода показаны на рис.156.

Работа схемы при прямоугольном напряжении представлена на рис.

157.

8.2. Однофазная двухполупериодная схема выпрямления

Усложнение схемы выпрямления делается для того, чтобы приблизить

мгновенное выпрямленное напряжение к значению среднего выпрямленного

напряжения. Среднее выпрямленное напряжение - это постоянный уровень.

Мгновенное выпрямленное напряжение - это пульсирующее напряжение.

Схема представлена на рис.158. Для получения второй полуволны

выпрямленного напряжения применяют вторую полуобмотку питающего

трансформатора. Схема реализуема только в трансформаторном варианте,

трансформатор позволяет получить два напряжения, которые имеют общую

точку. Обязательно должно быть согласное включение обмоток. Диаграммы

показаны на рис. 159. Надписи VD1, VD2 на диаграмме напряжения на

нагрузке Uн показывают, при работе какого диода образуется полуволна

выпрямленного напряжения. Частота выпрямленного напряжения в два раза

больше, чем питающего.

50

51

8.3. Работа однофазного двухполупериодного выпрямителя

при прямоугольном питающем напряжении

Будем полагать, что фронта питающего напряжения являются

вертикальными. Диаграммы работы схемы для этого случая показаны на

рис.160. В действительности фронта напряжения не являются

вертикальными, а имеют какой-то наклон, как показано на рис. 160 тонкими

линиями. В выпрямленном напряжении при этом имеются провалы, для

устранения которых приходится применять фильтр. Чем ближе к идеальному

случаю, тем эти провалы меньше.

8.4. Стабилизатор напряжения на стабилитроне

В реальных условиях работы схем выпрямления возможно изменение

питающего напряжения и тока нагрузки. Это приводит к изменению

среднего значения выходного напряжения схемы выпрямления. Кроме того,

напряжение на выходе выпрямителя является пульсирующим. Пульсации

напряжения на выходе выпрямителя могут быть уменьшены с помощью

фильтра. Схема и диаграммы работы однополупериодного выпрямителя с

фильтром на выходе в виде конденсатора Сф представлены на рис.161. Чем

меньше емкость конденсатора и больше ток нагрузки, тем выше пульсации

напряжения на нагрузке и меньше его среднее значение (из-за внутреннего

падения на элементах схемы). Т.о. даже применение фильтра не позволяет

получить постоянное по величине напряжение без пульсаций.

Задача схемы стабилизатора - получить выходное напряжение в виде

прямой линии. Желательно его иметь неизменным при изменении входного

напряжения и тока нагрузки.

Схема простейшего стабилизатора на стабилитроне и диаграммы его

работы показаны на рис.162. Uпит - пульсирующее, постоянное по знаку

напряжение. Например, это выпрямленное отфильтрованное напряжение.

Для схемы можно записать уравнение: Uпит=URб+Uст; Uст=Uн. Условие

нормальной работы схемы: Uст<Uпит.min. Rб -баластное сопротивление, на

котором падает разница между Uпит и Uст. Наличие Rб в схеме обязательно.

Выбор Rб выполняется на основе следующих уравнений:

I1=Iст+Iн;

Iн=Uст/Rн; Iн.max=Uст/Rн.min.

Для худшего случая, когда ток нагрузки равен Iн.max:

I1=Iн.max+Iст.min.

Для стабилитрона Iст.min величина заданная. Rб рассчитывается по

уравнению:

Rб=URб/I1=(Uпит.min.Uст)/I1.

Отсюда получаем:

Rб=(Uпит.min.Uст)/(Iн.max+Iст.min).

В этой схеме нельзя получить ток нагрузки больше Iст.max , если этот

ток меняется в широких пределах от 0 при х.х. до max. Если ток нагрузки

величина постоянная, то схема стабилизатора всегда работоспособна.

Однако, колебания Uпит будут приводить к изменению тока через

стабилитрон и эти изменения не должны превышать диапазона

Iст.min...Iст.max. В схеме стабилизатора возможно последовательное

включение стабилитронов для получения нужного напряжения стабилизации

Uст=Uст1+Uст2. Параллельное включение стабилитронов не применяется.