30. Однофазные выпрямители
Однофазные выпрямители
Выпрямителем называется электронное устройство, преобразующее энергию переменного тока (обычно синусоидального) в энергию постоянного тока.
Основным элементом выпрямителя является полупроводниковый диод – вентиль.
Для преобразования однофазного переменного напряжения в источниках в основном используют три схемы: однополупериодную, двухполупериодную мостовая и двухполупериодную со средней точкой трансформатора. Схема однополупериодного выпрямителя и временные диаграммы приведены на рис. 17.2.
Выпрямитель состоит из трансформатора ТV, первичная обмотка которого включена в сеть переменного тока, а последовательно со вторичной включен диод VD и сопротивление нагрузки. Трансформатор служит для получения необходимого уровня переменного напряжения и гальванической развязки цепей переменного и выпрямленного тока.
|
|
|
|
Рис. 17.2
Рассмотрим
работу выпрямителя по временной диаграмме
(рис. 17.2 б). При этом для простоты анализа
будем считать активное сопротивление
обмоток трансформатора и прямое
сопротивление диода равными нулю. В
первый полупериод (0 –
)
напряжение
положительно,
диод открыт, в сопротивлении нагрузки
возникает ток
.
Во время
напряжение
отрицательно
– диод закрыт. Ток нагрузки равен нулю
и все напряжение
приложено
ко второму диоду.
Достоинством такой схемы является ее простота. Недостатками – высокий коэффициент пульсации выпрямленного напряжения и наличие постоянной составляющей тока во вторичной обмотке трансформатора. Эти недостатки могут быть значительно уменьшены при использовании двухполупериодных схем выпрямления.
31. Сглаживающие фильтры
Рассмотренные схемы выпрямления переменного тока позволяют получать выпрямленное, но пульсирующее напряжение. Для питания электронных приборов пульсирующее напряжение непригодно: оно создает фон переменного тока, вызывает искажения сигналов и приводит к неустойчивой работе приборов. Для устранения пульсаций (сглаживания) применяют сглаживающие фильтры.
Сглаживающий фильтр состоит из реактивных элементов: конденсаторов и катушек индуктивности (дросселей). Сущность работы сглаживающего фильтра состоит в разделении пульсирующего тока i(t) на постоянную /о и переменную ^ составляющие (рис. 12.9). Постоянная составляющая направляется в нагрузку, а нежелательная переменная замыкается через конденсатор, минуя нагрузку.
Физическая сущность работы в фильтре конденсатор» и дросселя состоит в том, что конденсатор (обычно большой емкости), подключенный параллельно нагрузке, заряжается при нарастании импульсов выпрямленного напряжения и разряжается при их убывании, сглаживая тем самым ого пульсации. Дроссель, наоборот, при нарастании импульсов спрямленного тока в результате действия ЭДС самоиндукции задерживает рост тока, а при убывании импульсов задерживает его убывание, сглаживая пульсации тока в цепи нагрузки. С другой стороны, конденсатор и дроссель можно рассматривать как некие резервуары энергии. Они запасают ее, когда ток в цепи нагрузки превышает среднее значение, и отдают, когда ток стремится уменьшиться ниже среднего значения. Это и приводит к сглаживанию пульсаций.
Рассмотрим несколько подробнее емкостной 1 фильтр, в котором на выходе двухполупериодного ' выпрямителя параллельно нагрузке R включен конденсатор С (рис. 12.10).
При возрастании выпрямленного напряжения (при открытом диоде VD1 конденсатор зарядится (рис. 12.11, а), а при убывании выпрямленного напряжения полярность напряжения на диоде изменится на противоположную и диод закроется, отключив вторичную обмотку трансформатора от нагрузки. Ток через диод будет иметь форму короткого
импульса (рис. 12.11,6).Когда входной сигнал начинает падать в отрицательном поправлении, конденсатор разряжается через нагрузку. Скорость разряда конденсатора зависит от постои и пой времени RС, а следовательно, от сопротивления нагрузки. Постоянная времени разряда велика по сравнению с периодом переменного тока. Следовательно, период заканчивается раньше, чем конденсатор может разрядиться. Поэтому после первой четверти периода ток через нагрузку поддерживается разряжающимся конденсатором. Как только конденсатор начинает разряжаться, напряжение на нем уменьшается. Однако до того как конденсатор полностью разрядится, начнется следующий период синусоиды. На аноде диода опять появится положительный потенциал, что позволит ему проводить ток. Конденсатор зарядится снова, и цикл повторится. В результате пульсации напряжения сгладятся и выходное напряжение фактически повысится. Чем больше емкость конденсатора, тем больше постоянная времени НС. Это приводит к более медленному разряду конденсатора, что повышает выходное напряжение. Наличие конденсатора позволяет диоду в цепи проводить ток в точение короткого периода времени. Когда диод не проводит, конденсатор обеспечивает погрузку током. Если нагрузка потребляет большой ток, то должен использоваться конденсатор большой емкости.