§ 15.53. Выпрямление переменного напряжения.

Под выпрямлением переменного напряжения понимают процесс преобразования переменного напряжения в постоянное или пульсирующее. Выпрямление производят с помощью полупроводниковых, ламповых или других типов диодов.

Неуправляемый диод изображают на схемах в виде большой треугольной стрелки с поперечной чертой у острия. Стрелка показывает проводящее направление. Сопротивление диода в проводящем направлении в тысячи раз меньше, чем в непроводящем.

Рис. 15.36

Рис. 15.37

Рис. 15.38

По числу фаз выпрямленного переменного напряжения выпрямительные схемы делятся на одно- и многофазные. Однофазные схемы подразделяют на схемы одно- и двухполупериодного выпрямления.

В однополупериодных схемах выпрямление производится, грубо говоря, в течение одного полупериода питающего напряжения, в двухполупериодных — в течение обоих полупериодов.

Мостовая схема однофазного двухполупериодного выпрямления представлена на рис. 15.37, а. Она состоит из четырех полупроводниковых диодов (1, 2, 3 и 4), источника выпрямляемого синусоидального напряжения и нагрузки . На рис. 15.38, а показаны положительные направления тока i и напряжения на диоде.

На рис. 15.38, б изображена ВАХ диода. В целях облегчения анализа вместо нее будем пользоваться идеализированной ВАХ, изображенной на рис. 15.38, в.

В соответствии с этой идеализированной характеристикой, когда через диод проходит ток, падение напряжения на нем равно нулю и, следовательно, сопротивление самого диода равно нулю. Когда напряжение на диоде отрицательно (т. е. отрицательна взятая в направлении стрелки рис. 15.38, а разность потенциалов на самом диоде), диод не проводит тока и сопротивление его равно бесконечности.

Диод открывается, когда напряжение на нем, увеличиваясь, становится равным нулю, и закрывается, когда ток через него, уменьшаясь, становится равным нулю.

Рассмотрим работу мостовой схемы (рис. 15.37, а). Источник ЭДС включен в одну диагональ этой схемы, а нагрузка — в другую. Диоды работают попарно.

В первый полупериод, когда ЭДС действует согласно с положительным направлением напряжения на диодах и 3, эти диоды проводят ток, а диоды 2 и 4 тока не проводят. Во второй полупериод, когда ЭДС изменит знак и действует согласно с положительным направлением напряжения на диодах 2 и 4, эти диоды проводят ток, а диоды не проводят. Направление прохождения тока через нагрузку показано на рис. 15.37, а стрелкой. Ток через нагрузку протекает все время в одном и том же направлении. Форма напряжения на нагрузке иллюстрируется кривой на рис. 15.37, б. Через обозначено среднее значение напряжения на нагрузке.

Рис. 15.39

Пример. 156. Рассмотреть работу схемы однополупериодного выпрямления, когда нагрузка шунтирована конденсатором емкостью С (рис. 15.39,а).

Решение. По законам Кирхгофа, в соответствии с ВАХ (рис. 15.38, в) диод закрыт и сопротивление его теоретически равно бесконечности, когда напряжение на нем отрицательно. Диод открывается в момент , когда напряжение на нем увеличиваясь, становится равным нулю. Как только диод откроется, напряжение на конденсаторе становится равным ЭДС и ток через конденсатор станет изменяться по закону (пунктир на рис. 15.39, б), а ток через нагрузку — по закону (пунктир с точкой на рис. 15.39, б). Ток через диод г) в момент становится равным нулю и диод закрывается;

В интервале от до конденсатор разряжается на (рис. 15.39, в) и напряжение на нем изменяется во времени по показательному закону (см. гл. 8). При этом (кривые на рис. 15.39, д, е). Зависимость изображена на рис. 15.39, ж. Момент открытия диода определим из условия Из этого условия получаем трансцендентное уравнение относительно :

Рис. 15.40

В следующий период процесс повторяется. Чем больше значение по сравнению с периодом тем меньше пульсация напряжения на нагрузке