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.

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.

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

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.

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.

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.

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.

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