Краткие сведения из теории

Однофазный мостовой выпрямитель (рисунок 1) содержит четыре диода VD1–

VD4, соединенных по схеме моста. В одну диагональ моста включено сетевое на-

пряжение, а в другую – нагрузка Rн^.Положительным полюсом нагрузки является

общая точка соединения катодов диода, отрицательным – точка соединения анодов.

Принцип действия выпрямителя, работающего на активную нагрузку, поясняют

временные диаграммы (рисунок 2).

Диоды в схеме проводят ток парами пооче-

редно. В положительном полупериоде сину-

соидального входного напряжения, когда в

точке 1 положительный, а в точке 2 отрица-

тельный потенциал, ток протекает через диод

uвх

–

VD4

VD1

+

VD1, сопротивление нагрузки Rн и диод VD3.

Диоды VD2 и VD4 в этот момент ток не про-

пускают и находятся под обратным напряже-

нием. Во второй полупериод, когда точка 1

VD3

Rн

VD2

находится под отрицательным потенциалом, а

точка 2 под положительным, ток протекает

Рисунок 1 – Мостовой выпрямитель

через диод VD2, сопротивление нагрузки Rн и диод VD4. Диоды VD2 и VD4 в

этот момент ток не пропускают. Таким образом, токи, текущие через нагрузку

Rн в разные полупериоды входного напряжения, совпадают по направлению.

Основные параметры выпрямителя следующие:

– среднее значение выходного напряжения uвых

U

=

T

∫

u dt

=

T

∫

U_msin

ωt dt = −

U

m

cos

T

ωt =

2U

m ≈

U ; (1)

0,9

ср

T

вых

T

ωT

π

– среднее значение выходного тока iвых

I =²I_m≈ 0,9I .

(2)

ср

π

Среднее значение тока отдельного диода Iд. ср ⁼Iср^/2.Максимальное (ам-

плитудное) значение тока отдельного вентиля Iд. max ⁼π Iср^/2.Максимальное

обратное напряжение на диоде Uд. обр ⁼π Uср^/2.

Спектральный состав выпрямленного напряжения, полученный в ре-

зультате разложения двухполупериодных импульсов выпрямленного на-

пряжения в ряд Фурье,

+ … =

−

ω −

u

вых⁼u₀+ +u₁u₂

π

U

m

U

0, 425U_msin ω −t 0,085_msin 2

t

… , (3)

где u₀ – постоянная составляющая выходного (выпрямленного) напряжения,

u₁ – первая (основная) гармоника выходного напряжения; u₂ – вторая гар-

моника выходного напряжения и т. д.

Коэффициент пульсаций выходного напряжения (без фильтра)

U

2₌0, 67

ε =

1m = −

U n²

,

(4)

ср

где n – число последовательно включенных работающих диодов (n = 2 для

мостовой схемы).

В двухполупериодной схеме вы-

прямления по сравнению с однополу-

периодной лучше используются воз-

можности трансформации и меньше

коэффициент пульсаций.

Следует отметить, что однофазная

мостовая схема может быть непосред-

ственно (то есть без применения

трансформатора) включена в цепь

переменного тока, если напряжение

сети обеспечивает требуемое значе-

ние выпрямленного напряжения, что

является достоинством этой схемы.

Мостовая схема имеет низкое выход-

ное сопротивление. Еще одним дос-

тоинством этой схемы является то,

что диоды могут быть рассчитаны на

вдвое меньшее обратное напряжение.

Недостаток мостовой схемы – необ-

ходимо бульшее количество диодов

(четыре), а также повышенное (вдвое по

Рисунок 2 – Временные диаграммы работы

выпрямителя со сглаживающим фильтром

сравнению с однополупериодной схе-

мой) падение напряжения на диодах.

С мостовыми выпрямителями применяют также и сглаживающие фильт-

ры (см. лабораторную работу № 3). Основное отличие от однополупериод-

ного выпрямителя состоит в том, что работа сглаживающего конденсатора

(заряд–разряд) происходит в течение одного полупериода.