10.7. Мостовой выпрямитель

Мостовая схема применяется в тех случаях, когда требуется производить двухполупериодное выпрямление, имея в своем рас­поряжении трансформатор без центрального вывода от вторич­ной обмотки.

В выпрямителе мостового типа (рис. 10.6) используются четыре полупроводниковых диода, включенных по мостовой схе­ме, за которыми следует обычный фильтр для подавления пуль­саций выходного напряжения.

Рис. 10.6. Схема мостового выпрямителя.

Как и ранее, предположим, что полярность полуволны на­пряжения, появляющегося на вторичной обмотке, такова, что верхний вывод обмотки имеет положительный потенциал, а ниж­ний — отрицательный. При этих условиях электроны будут про­текать от нижнего вывода обмотки трансформатора к диодам Дз и Д₄. Поскольку в данном полупериоде диод Д₄ является непроводящим, электроны будут двигаться через диод Д₃ и далее через земляную шину и схему фильтра к диодам Д₂ и Д₄. Те­перь электроны могут проходить через любой диод, но, так как они должны вернуться к положительному выводу обмотки L₂, они будут протекать только через диод Д₂. Направление потока электронов показано стрелкой около резистора R₂, и соответ­ствующая полярность выходного напряжения указана на ри­сунке. „ ,

В течение второго полупериода верхний вывод обмотки L₂ становится отрицательным, а нижний — положительным. Теперь электроны будут двигаться к диодам Д1 и Д₂, но диод Д₂ вклю­чен в непроводящем направлении. Поэтому электроны пройдут через диод Д1 опять к земляной шине, через фильтр т резис­тор Ri в том же направлении, что и во время первого полупе­риода Электроны, достигшие диодов Д₂ и Д₄, будут теперь про­ходить через диод, Д₄ к положительному нижнему выводу об­мотки L₂. Таким образом, схема выпрямляет положительную и отрицательную полуволны переменного напряжения, т. е. осу­ществляет двухполупериодное выпрямление, как и в схеме с центральным выводом вторичной обмотки трансформатора.

10.8. Стабилизаторы напряжения

Термин «стабилизация напряжения» в отношении источников питания означает относительную величину изменения выходно­го напряжения при изменении тока нагрузки, выраженную в процентах. Коэффициент стабилизации представляет собой от­ношение разности выходных напряжений при минимальном и максимальном токе, потребляемом от источника питания, к на­пряжению при максимальной нагрузке. Выражение для коэффи­циента стабилизации в процентах записывается в виде

(10.1)

где eq — выходное напряжение без нагрузки и Е_п — выходное напряжение при максимальной нагрузке.

Чтобы сделать минимальными изменения выходного напря­жения при различных токах нагрузки, применяют различные методы стабилизации. Сложность схемы стабилизации зависит от степени стабилизации, принципиально достижимой и требуе­мой в данной системе. В промышленных электронных установ­ках применяются полупроводниковые стабилизаторы, и в неко­торых случаях могут использоваться дроссели с переменной ин­дуктивностью на входе фильтра (рис. 10.7,а). Такие дроссели с ферромагнитным сердечником легко переходят в режим насы­щения при увеличении протекающего через них тока; при этом индуктивность, а следовательно, и индуктивное сопротивление уменьшается. Для обеспечения нормальной работы при ста­бильном напряжении выходной ток, протекая через катушку, вызывает на ней определенное падение напряжения, величина которого зависит от реактивного и омического сопротивлений катушки. При увеличении потребляемого тока при изменении сопротивления нагрузки катушка переходит в состояние насы­щения и ее реактивное сопротивление уменьшается. В резуль­тате падение напряжения на катушке понизится, а выходное напряжение возрастет.

Кроме указанных дросселей, для целей стабилизации напря­жения полезно применять резисторы утечки и конденсаторы фильтра повышенной емкости. Существенное улучшение качест­ва стабилизации обеспечивается применением полупроводнико­вых стабилизирующих диодов — стабилитронов, или диодов Зенера (рис. 10.7).

Рис. 10.7. Схемы стабилизаторов с дросселем переменной индуктивности (а) и со стабилитронами (б и г), а также характеристика зенеровского диода (в).

Как можно видеть на рис. 10.7,6, стабилитрон включают последовательно с ограничивающим резистором ri, а стабили­зированное напряжение снимается с зажима Т₂. Такой диод может работать в качестве стабилизатора напряжения благо­даря своей характеристике (рис. 10.7,в). При подаче на стабилитрон прямого напряжения ток через него увеличивается с ро­стом напряжения, т. е. его поведение ничем не отличается от поведения обычного диода. Однако при подаче обратного на­пряжения сопротивление стабилитрона сначала очень велико и через него протекает ток порядка нескольких микроампер. По достижении некоторой критической точки внутреннее сопротив­ление диода резко снижается почти до нуля. Резкое уменьшение сопротивления диода вызывает резкое увеличение тока до такой величины при которой обычный кремниевый диод таких же размеров безусловно, вышел бы из строя. Однако этот явный пробой не нарушает работоспособности диода. Это происходит потому что при определенной величине обратного напряжения носители преодолевают внутренний потенциальный барьер полу­проводникового диода, приводя к появлению проводимости дио­да в обратном направлении. Если теперь обратное напряжение уменьшится до нуля, то внутренний потенциальный барьер вновь восстановится и диод перейдет в нормальный режим работы.

Точка пробоя, показанная на рис. 10.7,6, находится в преде­лах некоторой области напряжений (области пробоя), и ее по­ложение в этой области можно регулировать в процессе произ­водства путем изменения удельного сопротивления кремниевого материала.

В области пробоя протекание большого тока не сопровожда­ется изменением падения напряжения на диоде. Следователь­но это падение напряжения практически остается постоянным в точке пробоя. Благодаря такой характеристике стабилитрон можно использовать в схеме стабилизации напряжения (рис 10.7,6) Сопротивление резистора Ri подбирают таким образом чтобы удерживать диод в области пробоя. Заметим, что в этой схеме диод включается не так, как это обычно дела­ется в выпрямительных схемах: его присоединяют таким обра­зом чтобы на него подавалось напряжение обратной полярно­сти. Следовательно, когда диод находится в области пробоя, падение напряжения на нем будет оставаться почти постоянным при небольших изменениях тока, благодаря чему на зажимах Т₂ и Т₃ обеспечивается стабилизированное выходное напряжение

Кроме того стабилитроны могут применяться также и для стабилизации переменного напряжения (рис. 10.7,г). В этой схеме два стабилитрона включены навстречу друг другу (встречно) и каждый из них работает в качестве стабилитрона в течение полупериода. Обычно для этой цели промышленность выпускает специальные сдвоенные диоды, которые для обеспе­чения симметрии подбираются с одинаковыми характеристи­ками.