Исследование выпрямительных схем

Для электропитания радиоэлектронной аппаратуры используются источники питания сети переменного тока промышленной частоты 50 Гц, автономные сети повышенной частоты 400 или 1000 Гц или химические источники питания. На практике наибольшее распространение получил способ питания, основанный на выпрямлении переменного тока внешней сети. Устройства, осуществляющие выпрямление, принято называть выпрямителями.

Назначение и состав схем выпрямления

Выпрямительные устройства используются для преобразования переменного напряжения в постоянное. Обычно они состоят из:

· повышающего или понижающего (в зависимости от назначения выпрямителя) трансфор­матора (на практике могут использоваться и бестрансформаторные схемы выпрямления);

· полупроводниковых диодов, осуществляющих выпрямление переменного напряжения;

· сглаживающего фильтра, уменьшающего пульсацию выпрямленного напряжения. Выпрямители без сглаживающего фильтра применяются сравнительно редко (только в тех случаях, когда пульсации напряжения на нагрузке не имеют существенного значения);

Так же могут включать в себя устройства стабилизации напряжения, устройства контроля, защиты и коммутации.

Схемы выпрямления могут быть с умножением выпрямленного напряжения.

Требования к выпрямителям

Выбор схемы выпрямителя зависит от ряда требуемых значений параметров, характеризующих выпрямительное устройство. К ним относятся:

· выпрямленное напряжение и мощность;

· частота пульсации выпрямленного напряжения;

· число диодов;

· обратное напряжение на диоде;

· коэффи­циент использования мощности трансформатора;

· напряжение вторичной обмотки.

Коэффициент пульсаций

Качество выпрямления переменного напряжения оценивают с помощью коэффициента пульсаций, который определяется следующим образом:

, (2)

где ,

- приближенная оценка среднего значения выпрямителя.

Однополупериодная схема выпрямления

Состав

Однополупериодный выпрямитель (рис. 32) состоит из трансформатора T1 и диода D1. В схеме для его исследования в качестве питающей сети используется источник переменного напряжения V1, в качестве нагрузки – резистор R1. Для получения временных диаграмм используется осциллограф.

Рис. 32. Однополупериодный выпрямитель

Работа схемы

В моменты времени, когда диод включен в прямом направлении, ток протекает через диод и нагрузку. При этом собственное сопротивление диода значительно меньше сопротивления нагрузки, и практически все напряжение с вторичной обмотки трансформатора приложено к нагрузке.

В моменты обратного включения диодов собственное сопротивление диода превышает сопротивление нагрузки, ток через нагрузку не проходит, а все напряжение оказывается приложенным к диоду.

Таким образом, на выходе однополупериодной схемы выпрямления имеют место импульсы напряжения, частота следования которых равна частоте питающей сети (рис. 33).

Достоинства и недостатки

Достоинствами однополупериодной схемы выпрямления являются:

· простота;

· наличие только одного диода;

· использование однофазного трансформатора.

К недостаткам схемы следует отнести:

· относительно большое значение коэффициента пульсаций;

· низкий коэффициент использования мощности трансформатора, так как он работает только в течение одного полупериода;

· большая величина обратного напряжения на диоде.

а) б)

Рис. 33. Напряжение на входе (а) и выходе (б) однополупериодного
выпрямителя

Применение

Как правило, однополупериодную схему выпрямления применяют в маломощных выпрямителях с высокоомной нагрузкой, когда не требуется высокой степени сглаживания выпрямленного напряжения.