Простейшим выпрямителем является однофазный. Его применяют, когда
требуется выпрямленный ток малой величины, например для создания
отрицательного смещения на управляющих сетках электронных ламп, для
питания анодов электроннолучевых трубок. Принципиальная схема
однофазного выпрямителя дана на рис. 1. Он состоит из трансформатора
питания, диода Д (часто соединяют последовательно несколько диодов, о
чем будет подробнее сказано ниже), конденсаторов и резистора.
Конденсаторы и резистор составляют сглаживающий фильтр. Вместо резистора
в схеме может быть использован дроссель.
Работу однофазного выпрямителя поясняют графики, приведенные на рис. 2. Синусоида на верхнем графике представляет изменение во времени. Во время момента t2 напряжение вторичной обмотки становится больше напряжения на конденсаторе Сх и поэтому через диод возникает прямой ток. Частично он идет на зарядку конденсаторов и частично на нагрузку выпрямителя. В момент ts переменное напряжение достигает амплитудного значения, напряжение же на конденсаторе Сх достигает наибольшей величины позднее. Падение напряжения на диоде мало, и поэтому напряжение на конденсаторе Сх в момент г4 почти равно амплитуде переменного напряжения вторичной обмотки трансформатора. Казалось бы, что если напряжение на диоде стало равным нулю, то ток через него должен прекратиться. Но на описываемый процесс влияет индуктивность рассеяния между первичной и вторичной обмотками. При всяком изменении тока через диод во вторичной обмотке возникает э. д. с. самоиндукции. Она стремится поддержать ток в цепи в конце импульса, и в результате ток через диод прекращается только в момент г5, т. е. до этого момента конденсатор Сх продолжает заряжаться.
Длительность и амплитуда импульса тока через диод зависят от емкости конденсатора и величины тока, идущего от выпрямителя на нагрузку. Практически длительность импульса обычно в 5—10 раз меньше длительности периода питающего переменного напряжения. После того, как заряд конденсатора Сх прекратился, ток в нагрузке выпрямителя поддерживается за счет расходования энергии, накопленной в конденсаторе, последний разряжается и напряжение на нем уменьшается до момента когда снова возникает прямой ток через диод. Далее процесс в выпрямителе повторяется, как описано выше, с частотой тока в сети, т. е. 50 раз в секунду. Чем больше емкость конденсатора Сг и чем меньше ток на нагрузку, тем меньше снижается напряжение на этом конденсаторе в промежутках между заряжающими импульсами, т. е. тем меньше пульсация напряжения на конденсаторе Сг. Однако пульсация эта все же не настолько мала, чтобы со многих случаях прямо с конденсатора Сх можно было бы брать напряжение для питания каскадов аппаратуры. Значительно ослабляет пульсации резистор Rx (или дроссель) совместно с конденсатором С2, о чем подробнее будет сказано ниже. Как видно из рис. 2, в течение каждого периода переменного напряжения напряжение на конденсаторе Сх один раз достигает максимального значения
и один раз проходит через минимальное значение, т. е. в однофазной схеме частота пульсации выпрямленного напряжения равна частоте переменного тока питающей сети.
Рассмотрим теперь подробнее полупериод, когда поступающее от трансформатора на диод напряжение является для него обратным (запорным). Из верхнего графика на рис. 2 видно, что в любой момент этого полупериода раза в 2 больше его действующего значения, а постоянное напряжение на конденсаторе приближается по величине к этому амплитудному значению, то максимальное обратное напряжение на диоде обычно в 2,5—2,7 раза больше действующего значения напряжения вторичной обмотки. В отсутствие нагрузки выпрямителя, т. е. когда конденсатор Сг не разряжается на внешнюю цепь, напряжение на нем достигает амплитудного значения напряжения вторичной обмотки и, следовательно, максимальное обратное напряжение на диоде в 2,82 раза больше действующего значения напряжения обмотки. Так, например, при действующем значении напряжения вторичной обмотки 100 в максимальное обратное напряжение на диоде ненагруженного выпрямителя достигает величины 100 X 2,82 = 282 в, а при подключении к выпрямителю нагрузки оно снизится примерно до 250—270 в. Следовательно, при напряжении вторичной обмотки трансформатора питания величиной 100 в в выпрямителе можно применить, например, диод типа Д226В, для которого допустимое обратное напряжение равно 300 в. Чтобы выпрямитель работал надежно, в любом случае необходимо применять диод, допустимое обратное напряжение которого по крайней мере в 3 раза больше действующего значения напряжения вторичной обмотки трансформатора питания.
|