1.5. Внешняя характеристика выпрямителя

Наличие активных сопротивлений в обмотках трансформатора и в последовательных элементах сглаживающего фильтра, а также внутрен­нее падение напряжения в вентилях приводит к тому, что с ростом нагрузочного тока выходное напряжение выпрямителя уменьшается.

Зависимость U_ср = f(I_ср) называется внешней характеристикой вып­рямителя. Среднее выпрямленное напряжение определяется уравнением

U_ср = U₀ - (U_в + U_тр + U_ф),

где:

U₀ - среднее выпрямленное напряжение при холостом ходе;

U_в - среднее значение падания напряжения на вентилях в прямом направлении;

U_тр- среднее значение падения напряжения на активном соп­ротивлении вторичной обмотки трансформатора;

U_ср - среднее значение падения напряжения на последователь­ных элементах фильтра.

Внешняя характеристика определяет границы изменений тока нагруз­ки, при которых выпрямленное напряжение не уменьшается ниже допус­тимой величины, и является одной из важнейших характеристик выпря­мителя.

На рис.1.7 приведены внешние характеристики выпрямителя. Кривая 1 соответствует выпрямителю без фильтра. Кривая 2 показывает харак­теристику выпрямителя с емкостным фильтром. Напряжение холостого хода при этом определяется амплитудой переменного напряжения U_2m. Более резкое изменение характеристики 2 объясняется уменьшением напряжения в период разряда конденсатора (рис.1.6,а). Кривая 3 со­ответствует выпрямителю с Г-образным RC-фильтром.

1.6. Умножители напряжения

Выпрямители с емкостным фильтром позволяют реализовать схемы с умножением напряжения, в результате чего можно получить удвоенное, утроенное и т.д. напряжение по сравнению с напряжением однополупе­риодного выпрямителя. Такие выпрямители применяются для питания ма­ломощных высоковольтных устройств, потребляющих незначительный ток: рентгеновские трубки, аноды высоковольтных электронно-лучевых тру­бок и др.

Принцип работы схем с умножением напряжения основан на использо­вании нескольких конденсаторов, каждый из которых заряжается от од­ной и той же обмотки трансформатора через соответствующий вентиль. По отношению к нагрузке конденсаторы оказываются включенными после­довательно, и их напряжения суммируются. Различают симметричные (параллельные) и несимметричные (последовательные) схемы.

Симметричная схема удвоения напряжения (рис.1.8,а) состоит из двух однополупериодных выпрямителей. Конденсатор С₁ заряжается че­рез вентиль V₁ во время первой полуволны напряжения U₂, а конден­сатор С₂ - через вентиль V₂ во время второй полуволны напряжения U₂. При равенстве емкостей конденсаторов C₁ и С₂ напряжение на наг­рузке при холостом ходе равно удвоенному значению напряжения на конденсаторе. В реальных условиях (при нагрузке) в связи с тем, что заряд одного конденсатора сопровождается одновременным разрядом другого через сопротивление нагрузки, это напряжение несколько меньше. С целью получения меньшей разницы в выпрямленном напряжении при холостом ходе и нагрузке стремятся удовлетворить неравенства R_нС₁ >> T и R_нС₂ >> T, где Т - период питающего напряжения.

В несимметричной схеме удвоения напряжения (рис.1.8,б) два одно­полупериодных выпрямителя питаются от разных по величине напряже­ний.

В первый полупериод заряжается конденсатор С₁ через вентиль V₁ под действием напряжения U₂, во второй полупериод - конденсатор С₂ через вентиль V₂ под действием суммы напряжений U₂ и U_С1, совпадаю­щих по направлению. В результате напряжение на конденсаторе С₂ при холостом ходе оказывается в два раза выше, чем на конденсаторе С₁. Обратные напряжения на вентилях при холостом ходе достигают удвоен­ной амплитуды напряжения трансформатора.

На основе рассмотренных удвоителей напряжения могут быть построены более сложные умножители напряжения (утроители, учетверители и т.д.).