5.4 Однофазний мостовий випрямляч

У схему випрямляча (рис.5.4, а) входять силовий трансформатор з одною вторинною обмоткою й випрямний міст із чотирьох діодів VD1...VD4. Принцип дії схеми розглянемо з використанням часових діаграм напруг і струмів (рис. 5.4, в- ж). Вихідна напруга, як і в схемі з виводом нульової точки трансформатора, має вигляд однополярних напівхвиль напруги . Це виходить у результаті почергового відмикання діодівVD1,VD2 і VD3, VD4. Діоди VD1,VD2 відкриті на інтервалі при напівхвилі напруги позитивної полярності (показано на рис. 5.4, а без дужок).

При наявності напівхвилі напруга о негативної полярності на інтервалі полярність напруги негативна. Під її дією відкриті діоди VD3, VD4, а діоди VD1, VD2 - закриті.

Інші параметри напруг і струмів визначаються виразами (5)...(9). Перевагами мостової схеми випрямляча є більш простий трансформатор, що містить тільки одну вторинну обмотку, і менша зворотна напруга, на яку варто вибирати діоди. Недолік: потрібна більша кількість діодів у порівнянні зі схемою на рисунку 3.

а) б)

Рисунок 5. 4 - Однофазний мостовий випрямляч:

а) – схема;

б) – часові діаграми роботи

Контрольні питання

1. Наведіть схему випрямляча.

2. Опишіть принцип роботи випрямляча.

3. Замалюйте тимчасові діаграми роботи випрямляча.

4. Які основні параметри випрямленої напруги?

5. Де застосовують однофазні мостові випрямлячі?

5.5 Випрямлячі - помножувачі напруги

П омножувачі напруги дозволяють одержати на виході пристрою випрямлену напругу на його вході. На рис. 5.5 наведена схема паралельного подвоювача напруги. Він являє собою два однопівперіодних випрямлячі, підключених до однієї вторинної обмотки трансформатора. В один з напівперіодів вхідної напруги, коли точка "а" має позитивний потенціал, а крапка "в" - негативний, діод VD1 відкритий, а діод VD2 закритий. У цей момент часу конденсатор , через відкритий діод заряджається до амплітудного значення напруги .

У наступний напівперіод вхідної напруги потенціал точки "а" - негативний, діод VD1 буде закритий, а діод VD2- відкритий. У цей напівперіод через відкритий діод VD2 заряджається конденсатор до амплітудного значення вхідної напруги. Конденсатори і стосовно вихідних затискачів включені послідовно. Вихідна напруга практично дорівнює подвоєному амплітудному значенню напруги вторинної обмотки трансформатора.

Контрольні питання

1)Дайте визначення випрямляча- помножувача напруги.

2. Наведіть схему помножувача напруги .

1. Опишіть принцип роботи помножувача напруги.

3. Замалюйте тимчасові діаграми роботиподвоювача.

4. Де застосовують випрямлячі-помножувачі?

5.6 Згладжуючі фільтри

Згладжуючим фільтром називають пристрій, призначений для зменшення пульсацій випрямленої напруги. Як відзначалося, випрямлена напруга є пульсуючим. Коефіцієнти пульсацій випрямлених напруг мають наступні значення:

для однопівперіодного однофазного випрямляча - 1,57

для двухпівперіодного однофазного випрямляча - 0,97

для трифазного випрямляча з нейтральним виводом - 0,25

для трифазного мостового випрямляча - 0,057

З такими коефіцієнтами пульсацій випрямлену напругу в переважній більшості випадків використовувати не можна.

Основними елементами фільтрів, що згладжують, є конденсатори, індуктивні котушки й транзистори, опір яких різний для постійного та змінного струмів. Для постійного струму опір конденсатора дорівнює нескінченності, а опір індуктивної котушки малий. Опір транзистора постійному струму (статичний опір) на два - три порядки менше опору змінному струму (динамічний опір). Основним параметром, що характеризує ефективність дії фільтра, що згладжує, є коефіцієнт згладжування, що дорівнює відношенню коефіцієнтів пульсації на вході й виході фільтра.

,

(11)

Рисунок 5.6 - Схеми згладжуючих фільтрів:

а) ємнісний фільтр; б) індуктивний фільтр;

в, г) Г-подібні фільтри; д, е) П-подібні фільтри.

На рис. 5.6 наведені схеми фільтрів, що згладжують, які застосовуються у випрямних пристроях.

Ємнісний фільтр (рис. 5.6,а) включають паралельно навантажувальному резистору. Роботу ємнісного фільтра зручно розглядати за допомогою тимчасових діаграм, зображених на рис.5.7,б.

Рисунок 5.7 - Схема (а) та часові діаграми роботи ємнісного фільтра (б)

В інтервал часу конденсатор через відкриті діоди заряджається до амплітудного значення напруги , тому що в цей період напруга . У цей час через діоди протікає струм . В інтервалі часу , коли напруга стає менше напруги на конденсаторі , конденсатор розряджається через навантажувальний резистор , заповнюючи розрядним струмом струм навантаження при закритих діодах. Напруга на резисторі знижується на величину , до значення, що відповідає часу , при якому напруга в позитивний напівперіод стає рівною напрузі на конденсаторі . Після цього діоди знову відкриваються, і конденсатор починає заряджатися. Величина коефіцієнта пульсацій на виході фільтра залежить від постійної часу ланцюга розряду . При (рис. 5.7) конденсатор С розряджується швидше. Величина що приводить до збільшення коефіцієнта пульсацій.

Ємнісної фільтр доцільно застосовувати з високоомним навантажувальним резистором при потужності не більше декількох десятків ват.

Індуктивні фільтри (рис.5.6,б) звичайно застосовують у випрямлячах середньої й великої потужностей, тобто у випрямлячах, що працюють на навантажувальні пристрої з більшими струмами. При цьому повина виконуватися умова

F- образні фільтри (рис. 5.6,в,г) є найпростішими багатоланковими фільтрами. Ці фільтри можуть бути LC- Типу й RC-типу. Їх застосовують тоді, коли за допомогою фільтрів з одним звеном не виконується пред'явлене до них вимога з погляду одержання необхідних коефіцієнтів згладжування.

П- образні фільтри (рис. 5.6, д, е) ставляться до багатоланкових фільтрів, тому що складаються з ємнісного фільтра і Г-образного LC- фільтра або RC- фільтра . Коефіцієнт згладжування багатоланкових фільтрів дорівнює добутку коефіцієнтів складених ланок.

Електронні фільтри.

Рисунок 5.8 - Вихідна характеристика роботи електронного згладжуючого фільтра

Останнім часом все частіше почали застосовувати електронні фільтри, у яких замість індуктивних котушок включають транзистори. Така заміна дозволяє позбутися від перехідних процесів, при цьому знижуються габарити, маса й вартість випрямлячів.

Застосування транзисторів у фільтрах засновано на розходженні опорів для постійної й змінної складової колекторного струму.

При виборі робочої точпки на пологій ділянці вихідної характеристики (рис. 5.8) опір проміжку колектор - емітер постійному струму (статичний опір)

,

Рисунок 5.9 - Схема найпростішого електронного фільтра

на два - три порядки менше опору цього проміжку змінному струму (динамічному опору):

,

Електронні фільтри знижують пульсацію приблизно в 3-5разів. На рис. 5.9 зображена схема найпростішого електронного фільтра, у якому транзистор включений послідовно з навантажувальним резистором. Навантажувальний резистор включений в емітерний ланцюг, що дозволяє одержати низький вихідний опір випрямляча з фільтром; отже, такий фільтр мало чутливий до зміни струму . Робочу точку транзистора визначає - ланцюг, що забезпечує її стійке положення при змінах температури й коефіцієнта підсилення транзистора . Застосовують послідовно, паралельно або змішану схеми фільтрації. При послідовній схемі фільтр включають послідовно з навантаженням, при цьому повинні виконуватися умови: і . При паралельному включенні фільтра й навантаження і . При змішаній схемі один елемент фільтра включається послідовно з навантаженням та іншим елементом фільтра, а другий елемент фільтра - паралельно навантаженню.

Контрольні питання

1. Дайте визначення згладжуючого фільтра.

2. Наведіть параметри згладжуючого фільтра.

3. Який принцип послідовного згладжуючого фільтра?

4. Який принцип паралельного згладжуючого фільтра?

5. Дайте визначення ємнісного фільтра.

6. Опишіть принцип роботи.

7. Наведіть часові діаграми роботи.

8. Що являють собою індуктивні фільтри?

9. Що являють собою Г - образні фільтри?

10. Що являють собою П - образні фільтри?

11. Що являють собою електронні фільтри?

12. Наведіть схему електронного фільтра.

13. Яке призначення елементів схеми фільтра?