Однополупериодный выпрямитель

Рассмотрим принцип действия выпрямителя на примере простейшей схемы так называемого однополупериодного выпрямления (рис. 3.2). Здесь U₁ – напряжение сети; U_тр - напряжение на вторичной обмотке трансформатора ; VD - выпрямительный диод, R_н -сопротивление нагрузки. Работа выпрямителя рассматривается в предположении, что диод — идеальный, т.е. сопротивление его при включении в прямом направлении (в открытом состоянии) равно нулю, а при обратном включении (в закрытом состоянии) — бесконечно велико.

Рис.3. 2. Схема однополупериодного выпрямителя

На временных диаграммах токов и напряжений рассматриваемого выпрямителя (рис.3.3): t - время, с; I₀ и U₀ - постоянные составляющие (средние значения за период) тока и напряжения на нагрузке. В течение первого полупериода напряжения на нагрузке, когда положительный потенциал приложен к аноду диода, он открыт и через нагрузочное сопротивление пойдёт ток, соответствующий току диода, включенного в прямом направлении, при этом к нагрузке окажется приложено полное напряжение вторичной обмотки трансформатора. Во второй полупериод полярность напряжения на вторичной обмотке трансформатора изменится на противоположную и диод окажется включенным в обратном направлении, диод закроется, и всё напряжение окажется приложенным к закрытому диоду, при этом напряжение на нагрузке будет равно нулю, и ток через нагрузку течь не будет. Максимальное значение обратного напряжения на диоде равно , где U₂ – действующее значение напряжения.

Из временных диаграмм видно, что напряжение на нагрузке имеет пульсирующий характер и значительно отличается от постоянного значения. Из разложения значений пульсирующего напряжения в ряд Фурье следует, что в составе напряжения будут постоянное напряжения (среднее значение) U₀ и ряд гармоник.

Рис 3. 3. Временные диаграммы однополупериодного выпрямителя

Из анализа разложения в ряд Фурье, для однополупериодного выпрямителя вытекают следующие соотношения:

,

Для характеристики степени пульсации выпрямленного напряжения вводят коэффициент пульсации , где - амплитуда наибольшей гармоники, для однополупериодного выпрямителя эта гармоника имеет частоту питающей сети переменного тока; U₀ – постоянная составляющая выпрямленного напряжения; для однополупериодного выпрямителя К_пульс=1,57. Основным преимуществом однополупериодного выпрямителя является его простота, а недостатками – большой коэффициент пульсаций и малые значения выпрямленного тока и напряжения. Поэтому значительно большее распространение получили двухполупериодные выпрямители, в которых выпрямленное напряжение создается в оба полупериода напряжения сети. Двухполупериодные выпрямители бывают двух типов: мостовые и с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора. Схема выпрямителя показана на рис.4.