Основи електроніки (стр. 18 )

З рис. 2, б видно, що напруга на навантаженні досягає максимума один раз за період. Отже, частота пульсацій напруги на навантаженні в однонапівперіодній схемі дорівнює частоті мережі:

Величина пульсацій випрямленої напруги зазвичай характеризується коефіцієнтом пульсацій:

де Uпт - амплітуда змінної складової напруги, яка змінюється з частотою повторення імпульсів, тобто амплітуда першої гармоніки.

Для однонапівперіодної схеми амплітуда першої гармоніки випрямленого виразу становить:

Підставивши попереднє рівняння в останнє одержимо

Така велика величина коефіцієнта пульсації є основним недоліком однонапівперіодної схеми випрямлення. Крім того, постійна складова випрямленого струму І0 в даній схемі значно менша діючого значення струму у вторинній обмоткі трансформатора (І0= 0,636 І2). Це призводить до недостатнього використання обмоток трансформатора по струму. При великих значеннях струму І0 силовий трансформатор виявляється дуже громіздким. Тому однонапівперіодна схема випрямлення в сучасних випрямних пристроях застосовується рідко.

5.3 Двонапівперіодна схема випрямлення

Двонапівперіодні схеми випрямлення діляться на два види: схеми з виведенням середньої точки вторинної обмотки силового трансформатора і мостові схеми

Рис. 3

В схемі з виводом середньої точки (рис. 3) вторинна обмотка силового трансформатора має три виводи: два - від кінців обмотки А і Б і третій - від її середини О. По суті дана схема являє собою поєднання двох однонапівперіодних випрямлячів, які працюють на загальне навантаження Rн. За кількістю фаз вторинної обмотки трансформатора схему можна вважати двофазною так як напруги , що підводяться до кожного діода, рівні за величиною, але протилежні по фазі.

В один з напівперіодів, коли кінець обмотки А позитивний по відношенню до середнього виводу, струм і2 проходить від виводу А, через діод Д1, навантажувальний опір Rн і замикається через вторинну обмотку ОА в напрямку від О до А. В наступний напівперіод, коли вивід Б позитивний по відношенню до точки 0, струм і2 проходить від виводу Б через діод Д2, навантажувальний опір Rн і замикається через вторинну обмотку ОБ в напрямку від О до Б. Через опір навантаження струми і проходять в обидва напівперіоди в одному і тому ж напрямку, створюючи на цьому опорі випрямлену напругу U0.

На рис. 3, б наведені криві випрямленої напруги і струму для двонапівперіодної схеми із середньою точкою. З малюнка видно, що випрямлені струм і напруга мають форму синусоїдальних імпульсів, що повторюються протягом кожної половини періоду. При однакових амплітудних значеннях імпульсів постійні складові струму і напруги для двонапівперіодної схеми виявляються у два рази більші, ніж при однонапівперіодному випрямленні. Тому одержимо

Внаслідок того, що випрямлена напруга , можна записати

Якщо знехтувати внутрішнім опором діода для прямого струму, то падіння напруги можна вважати рівним максимальній напрузі на затискачах кожної половини вторинної обмотки трансформатора, т. е.

Тому

 Замінивши амплітудне значення напруги його діючим значенням, одержимо

Зі схеми, наведеної на рис. 3, а, виходить, що протягом того півперіода, коли працює діод Д1, «анод» діода Д2, з'єднаний з точкою Б вторинної обмотки, знаходиться під негативним потенціалом. У той же час «катод» діода Д2 має позитивний потенціал, рівний потенціалу точки А вторинної обмотки (падінням напруги на провідному діоді Д1 можна знехтувати). Отже, зворотна напруга, прикладена до діода Д2, дорівнює різниці потенціалів між кінцями А і Б вторинної обмотки трансформатора. Максимальне значення цієї різниці потенціалів дорівнює подвоєному амплітудному значенню напруги на одній половині вторинної обмотки трансформатора. Очевидно, при повній симетрії плечей двонапівперіодної схеми така ж зворотня напруга в наступний напівперіод буде прикладена до діода Д1. Таким чином, в схемі, що розглядається.

Цей вираз показує, що в двонапівперіодній схемі максимальна зворотна напруга на діоді більш ніж в 3 рази перевищує випрямлену напругу.

Середнє значення струму, що проходить через кожен діод, для двонапівперіодної схеми

Звідси неважко зробити висновок, що в двонапівперіодній схемі величина струму, що проходить через кожен діод, в два рази менша, ніж в однонапівперіодній. Тому при однаковому значенні потрібного випрямленого струму в двонапівперіодній схемі можна використовувати діоди, розраховані на меншу величину допустимого струму, ніж в однонапівперіодній схемі.

Діюче значення струму, що проходить через вторинну обмотку трансформатора, для двонапівперіодної схеми складає

Ця величина діючого значення струму І2 в два рази менша, ніж в однонапівперіодній схемі. Отже, в двонапівперіодній схемі значно краще, ніж в однонапівперіодній, використовуються обмотки трансформатора по струму, що дозволяє зменшити розміри і масу силового трансформатора.

З малюнка 17.3, б видно, що напруга на навантаженні досягає максимуму два рази за період. Отже, частота пульсацій напруги на навантаженні в двонапівперіодній схемі дорівнює подвоєній частоті мережі:

Неважко довести, що в двонапівперіодній схемі (при повній симетрії плечей) струм першої гармоніки в опорі навантаження відсутній. Дійсно, миттєві значення струмів першої гармоніки кожного плеча і з урахуванням зсуву фаз на 180 ° між ними можуть бути записані у вигляді:

Для знаходження струму першої гармоніки в опорі навантаження необхідно додати струми і (при цьому будемо вважати, що внаслідок симетрії схеми

Отже, коливання випрямленої напруги в даній схемі обумовлені другою гармонікою струму, що змінюється з частотою і має меншу амплітуду в порівнянні з першою гармонікою.

Для двонапівперіодної схеми, що працює на чисто активне навантаження

Отже, двонапівперіодна схема дає більш згладжену випрямлену напругу, ніж однонапівперіодна, що, однак, не виключає необхідності застосування згладжуючих фільтрів, а лише дозволяє істотно спростити їх схему.

Необхідність здійснення виводу від середини вторинної обмотки є недоліком розглянутої схеми, тому що при цьому ускладнюється трансформатор. Цей недолік усунуто в двонапівперіодній мостовій схемі.

Рис 4 Рис 5

5.4 Мостова схема

Двонапівперіодна мостова схема випрямляча наведена на рис. 17.4. У схему входять силовий трансформатор (без виведення середньої точки) і чотири діода Д1-Д4, включені за схемою моста. До однієї діагоналі моста приєднана вторинна обмотка трансформатора, до іншої підключено навантажувальний опір Rн.

Рис. 4 Рис. 5

В один з напівперіодів, коли потенціал точки А (рис. 4) позитивний, а потенціал точки Б негативний, струм проходить від точки А через діод Д1, опір навантаження і діод ДЗ до точки Б. В наступний напівперіод, коли полярність кінців А й Б вторинної обмотки трансформатора поміняється, струм пройде від точки Б через діод Д2, опір навантаження і діод Д4 до точки А. Напрямок струму, що проходить через навантажувальний опір Rн протягом обох напівперіодів залишається незмінним. Тому, як і в схемі з середньою точкою, в розглянутій схемі має місце двонапівперіодне випрямлення.