РАЗДЕЛ II. ВЫПРЯМИТЕЛИ И СТАБИЛИЗАТОРЫ

ГЛАВА 8. ВЫПРЯМИТЕЛИ

§ 8.1. Определение и параметры выпрямителя

Выпрямитель — это устройство, преобразующее переменное разнополярное напряжение в пульсирующее однополярное. Такое преобразование можно осуществить с помощью одного или нескольких вентилей — приборов с односторонней проводимостью, включенных по определенной схеме.

Для выпрямителей в качестве вентилей можно использовать электровакуумные (кенотроны), ионные (газотроны) и полупроводниковые диоды, обеспечивающие протекание тока только в одном направлении.

Наиболее распространены полупроводниковые диоды, имеющие по сравнению с кенотронами и газотронами меньшие габариты и вес, большие срок службы и механическую прочность. Полупроводниковые диоды потребляют малую мощность, так как не нуждаются в цепи накала.

Недостатком полупровониковых диодов является сильная зависимость их параметров от температуры. Предельная рабочая температура для германиевых диодов, для кремниевых.

Если обратное напряжение в схеме выпрямителя превышает допустимое обратное напряжение данного типа вентиля, то для обеспечения надежной работы выпрямителя можно использовать последовательное соединение вентилей. В этом случае при одинаковых обратных сопротивлениях вентилей напряжение распределяется поровну между отдельными вентилями. Например, если имеем три последовательно включенных Вентиля (рис. 8.1), то обратное напряжение, приложенное к каждому из них, равно .

При разбросе значений обратных сопротивлений, что харатерно для полупроводниковых диодов, обратное напряжение, приложенное к каждому из диодов, различно. Наибольшее обратное напряжение падает на диоде с наибольшим обратным сопротивлением и может превысить для данного типа диода.

Для равномерного распределения обратного напряжения между последовательно включенными диодами каждый из них шунтируют резистором (рис. 8.1), сопротивление которого на порядок меньше обратного сопротивления данного типа диодов.

Рис. 8.1.

При выборе типа вентиля для выпрямителя кроме необходимо также знать максимально допустимый прямой ток через вентиль. Этот параметр связан с максимально допустимой мощностью, выделяемой на диоде, соотношением

где — падение напряжения на открытом диоде при протекании тока , которое составляет для германиевых диодов примерно , а для кремниевых - .

Рис. 8.2.

По значению полупроводниковые диоды условно разделяют на маломощные , средней мощности и мощные .

Рис. 8.3.

Для выпрямления токов, больших , можно использовать параллельное включение вентилей (рис. 8.2). Выпрямленный ток распределяется поровну между параллельно соединенными вентилями, если их прямые сопротивления равны.

включении полупроводниковых диодов необходимо учитывать разброс сопротивлений . Наибольший ток протекает через диод с меньшим прямым сопротивлением. Для равномерного распределения токов в каждую ветвь последовательно с диодом включают небольшое добавочное сопротивление .

Обычно выпрямители используются как основные элементы источников питания радиоэлектронной аппаратуры постоянным током. Общая структурная схема такого источника питания представлена на рис. 8.3. В схеме силовой трансформатор изменяет стандартное переменное напряжение сети до такого значения, при котором на выходе выпрямителя обеспечивается заданное постоянное напряжение.

Наличие пульсаций на выходе выпрямителя ухудшает работу большинства потребителей энергии постоянного тока. Например, колебания напряжения питания усилителя могут, накладываясь на полезный сигнал, существенно исказить форму выходного сигнала.

Пульсации на выходе выпрямителя уменьшаются при включении сглаживающих фильтров и стабилизаторов постоянного напряжения.

Для оценки пульсаций на выходе выпрямителя вводится коэффициент пульсаций , определяемый как отношение амплитуды основной (первой) гармоники к постоянной составляющей выпрямленного напряжения, т. е.

Постоянная составляющая представляет собой среднее значение выпрямленного напряжения за период Т

и обычно является исходной величиной при расчете выпрямителя.

Постоянная составляющая выпрямленного тока также задается при расчете выпрямителя