Электроника в вопросах и ответах - И. Хабловски

Что такое выпрямитель на мостовой схеме?

Выпрямитель на мостовой схеме, называемой иногда схемой Гретца, является двухполупериодным выпрямителем с четырьмя диодами, соединенными, как это показано на рис. 6.4.

Рис. 6.4. Двухполупериодная мостовая схема выпрямителя

Когда мгновенная полярность напряжения на вторичной обмотке такая, как это показано на рисунке, то проводит диод Д1, а диод Д2 не проводит. В это же время в другой ветви проводит диод Д3, а диод Д4 не проводит. При этом в один полупериод входного напряжения ток протекает следующим путем: вывод трансформатора, находящийся при отрицательном потенциале («нижний»), диод Д3, нагрузка, диод Д1, вывод трансформатора, находящийся при положительном потенциале («верхний»), В данный момент — это однополупериодный выпрямитель с двумя диодами Д3 и Д1, соединенными последовательно. В следующий полупериод полярность входного напряжения изменяется. Проводят диоды Д2 и Д4 и не проводят Д1 и Д3. Теперь ток течет от верхнего вывода трансформатора через диод Д4, нагрузку и диод Д2 к нижнему выводу трансформатора. Схема также работает как однополупериодный выпрямитель, и ток, текущий, через нагрузку, имеет то же самое направление, что и в предыдущий полупериод. Следовательно, ток течет через нагрузку в течение обоих полупериодов, и в сумме мостиковый выпрямитель работает как двухполупериодный выпрямитель.

Что называется коэффициентом пульсаций выпрямителя?

Коэффициентом пульсаций выпрямителя называется отношение максимального значения переменной составляющей напряжения на выходе выпрямителя к значению его постоянной составляющей на этом выходе. В большинстве применении желательно, чтобы коэффициент пульсации был как можно меньше (например, меньше чем 0,002). Уменьшение пульсаций достигается путем применения соответствующих фильтров.

Что называется коэффициентом использования трансформатора в выпрямительной схеме?

Использование трансформатора, работающего в выпрямительной схеме, характеризуется коэффициентом, определенным как отношение двух мощностей: выходной мощности постоянного тока и номинальной мощности вторичной обмотки трансформатора.

Что называется коэффициентом полезного действия выпрямителя?

Это параметр, характеризующий эффективность схемы выпрямителя при преобразовании переменного напряжения в постоянное.

Коэффициент полезного действия (КПД) выпрямителя выражается отношением мощности постоянного тока, выделяемой в нагрузке, к входной мощности переменного тока. Коэффициент полезного действия определяется для резистивной нагрузки.

Что называется частотой пульсаций выпрямителя?

Это основная частота переменной составляющей, существующей на выходе выпрямителя. В случае однополупериодного выпрямителя частота пульсаций равна частоте входного колебания. Фильтрация пульсаций тем проще, чем выше частота пульсаций.

Что следует из сравнения основных схем выпрямителей?

Существенным является сравнение с точки зрения технических параметров. При сравнении допустим, что действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора, питающего выпрямитель, во всех схемах одинаково и равно U, и его частота составляет 50 Гц. Трансформаторы влияют на напряжение U и тем самым на выпрямленное напряжение. Простыми расчетами можно показать, что параметры отдельных схем такие, как указано в табл. 6.1. Из сопоставления следует, что наиболее выгодным с точки зрения технических параметров является выпрямитель по мостиковой схеме. Однако следует помнить, что в этой схеме применяют четыре диода или другие выпрямительные элементы.

Какую роль играют фильтры, расположенные на выходе выпрямителей?

Задачей фильтра, размещенного на выходе выпрямителя, является уменьшение пульсаций в выпрямленном напряжении. Выходное напряжение выпрямителя представляет собой полусинусоиду, мгновенное значение которой изменяется от нуля до максимального значения. Такое напряжение имеет определенную постоянную составляющую, которая, однако, не подходит для питания транзисторов и ламп из-за наличия «нежелательной» переменной составляющей.

Переменная составляющая в напряжении питания вызывает неустойчивость рабочей точки и проникает в полезный сигнал, проходящий через схемы, питаемые этим «нежелательным» колебанием. Из-за использования фильтра на выходе выпрямителя получают постоянное напряжение с относительно небольшой переменной составляющей, значение которой может быть настолько малым, что его можно использовать для питания транзисторов и ламп, т. е. в качестве напряжения питания. Переменная составляющая в питающем напряжении должна быть во много раз меньше полезного сигнала, проходящего через данную схему. Поэтому при питании выпрямленным напряжением схем, работающих при малых сигналах, необходимо применять фильтры с достаточной эффективностью фильтрации.

Какие типы фильтров используются на выходе выпрямителей?

Это фильтры нижних частот, пропускающие с малым затуханием постоянную составляющую (с частотой, равной 0 Гц) и с большим затуханием переменную составляющую (в случае выпрямителей сетевого напряжения с частотой 50, 100 Гц и более), причем ослабление пульсаций тем больше, чем больше частота переменной составляющей. В однополупериодных сетевых выпрямителях частота основной составляющей пульсаций равна 50, в двухполупериодных — 100 Гц. Из этого следует, что эффективней подавляются пульсации, возникающие на выходе двухполупериодного выпрямителя. Помимо основной частоты в выпрямленном колебании имеется ряд гармонических частот.

Типы фильтров, используемых на выходе выпрямителей, представлены на рис. 6.5–6.10. Они отличаются не только электрической схемой, но и эффективностью фильтрации и влиянием на работу выпрямителя. Используемые на выходе выпрямителей фильтры обычно подразделяют на две группы: с емкостным и индуктивным входами.

Рис. 6.5. Простейшие типы фильтров с емкостным (а) и индуктивным (б) входами

Рис. 6.6. Однополупериодный выпрямитель с простым фильтром, имеющим емкостный вход (а), и форма напряжения на выходе (б):

1 — заряд емкости С; 2 — разряд; 3 — выходное напряжение на конденсаторе; 4 — постоянное напряжение на выходе

Рис. 6.7. Выпрямитель с простым фильтром и индуктивным входом (а) и форма напряжения на выходе (б):

1 — форма выходного напряжения; 2 — постоянная составляющая выходного напряжения

Рис. 6.8. LC-фильтр с индуктивным (а) и емкостным (б) входами

Рис. 6.9. П-образный фильтр

Рас. 6.10. Примеры многозвенных фильтров

Что называется фильтром с емкостным входом?

Фильтром с емкостным входом называется фильтр, на входе которого параллельно схеме выпрямителя включен конденсатор (см. рис. 6.5, а). Существуют несколько вариантов такого фильтра. Рассмотрим сначала простейший фильтр (см. рис. 6.6, а).

Конденсатор фильтра, включенный параллельно как с выпрямителем, так и с нагрузкой, заряжается в то время, когда диод проводит ток. Вторичная обмотка трансформатора, диод и конденсатор образуют цепь зарядки. Постоянная времени зарядки мала, поскольку как сопротивление обмотки, так и сопротивление диода в открытом состоянии малы. Благодаря этому конденсатор очень быстро заряжается до пикового значения напряжения, попадающего на фильтр. Если мгновенное значение напряжения начинает убывать, то конденсатор разряжается через сопротивление нагрузки. Постоянная времени разряда, зависящая при заданной емкости конденсатора в основном от сопротивления нагрузки, относительно велика, поэтому разряд происходит медленно. Напряжение на конденсаторе имеет небольшие изменения, а его среднее значение велико. Это означает, что конденсатор фильтра уменьшает пульсации (сглаживает выходное колебание) и одновременно увеличивает постоянную составляющую по сравнению с постоянной составляющей колебания в отсутствие этого конденсатора. При очень большой постоянной времени разряда, которую получают при большом сопротивлении нагрузки, постоянная составляющая близка к максимальному значению напряжения.