II. Однополупериодное выпрямление

Р ассмотрим в начале работу однополупериодного выпрямителя, схема которого показана на рис.3 и рис.4 для кенотронного и полупроводникового вентилей, соответственно.

Здесь диод включен последовательно с источником переменного напряжения и сопротивлением нагрузки R_H. Каждый положительный полупериод (когда к аноду вентиля приложен положительный потенциал относительно его катода) по замкнутому контуру цепи протекает прямой ток, величина которого в каждый момент времени определяется текущим значением ЭДС на вторичной обмотке, нелинейной вольтамперной характеристикой диода и сопротивлением нагрузки R_H рис.5 (Внутренним сопротивлением источника ЭДС, простоты рассуждения ради, пренебрегаем.)

Рис.5 служит для наглядного представления работы выпрямителя и в то же время показывает графический путь определения значений тока в каждый (произвольный) момент времени при последовательном включении нелинейного сопротивления, заданного своей вольтамперной характеристикой, и активного сопротивления нагрузки. Здесь параллельные прямые А^'В^', А^''В^'' и являются нагрузочными прямыми.

Положение каждой из них определяется текущим положением прямой АВ, которая расположена под углом к оси абсцисс^ и перемещаются вдоль нее, отсекая на оси абсцисс в каждый текущий момент времени значение e(t) (точки В^', В^'' и т.д.). Текущее значение точек А', А^'' и т.д., отсекаемых прямой АВ на оси ординат определяется как .

Ток в обратном направлении ввиду его относительной малости можно не учитывать. Таким образом, ток, протекающий через нагрузку, будет пульсирующим. Его можно представить как сумму спектральных составляющих, где имеются постоянная (для выпрямителя – полезная) составляющая и составляющие гармоник. Частота первой гармоники равна частоте пульсаций. При частоте сети 50 Гц, частота первой гармоники (при однополупериодном выпрямлении) также равна 50 Гц. Максимальное (амплитудное) значение обратной ЭДС, приложенной к выпрямительному диоду, равно , где е_эфф – эффективное значение ЭДС вторичной обмотки. Если параллельно сопротивлению нагрузки включена емкость фильтра, напряжение на которой равно выпрямленному – U_H (и в полупериод, когда диод заперт), то обратное напряжение на вентильном диоде равно сумме , величина которого и определяет выбор диода по обратному напряжению.

III. Двухполупериодное выпрямление с отводом от средней точки

Схемы выпрямителей приведены на рис.6 и 7.

Здесь мы имеем как бы два поочередно работающих на общую нагрузку R_H однополупериодных выпрямителя. Когда верхний вывод вторичной обмотки трансформатора имеет положительный потенциал, а нижний вывод – отрицательный, работает верхний диод D₁. В следующий полупериод, когда знаки потенциалов на этих выводах обмотки изменяются, работает нижний диод D₂. Нужно заметить, что в течение любого полупериода ток через нагрузку проходит в одном и том же направлении рис.8.

Таким образом, используются оба полупериода подводимого напряжения. Как следует из схемы (рис.6 и 7) общее напряжение на вторичной обмотке трансформатора должно быть вдвое больше напряжения, необходимого для однополупериодного выпрямителя.

Частота первой гармоники (частота пульсаций) при двухполупериодном выпрямлении вдвое больше частоты источника и равна 100 Гц для источника питания с частотой 50 Гц.