Глава 4. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА

Рассмотренные типовые цепи используются при создании электронных устройств, выполняющих такие функции, как выпрямление, усиление, генерирование и преобразование сигналов. Из них, подобно строительным блокам, составляют самые различные электронные «конструкции», со многими из них мы и познакомимся в этой главе.

Работе же разнообразных преобразователей электрических сигналов, широко используемых в вычислительной технике, будет целиком посвящена вторая часть книги.

16. Выпрямители

Выпрямители относятся к вторичным источникам электропитания. Без них не могут обойтись все электронные устройства, питающиеся от сети переменного электрического тока. Существуют следующие основные схемы полупроводниковых выпрямителей.

Однополупериодное выпрямление получают при включении в цепь переменного тока одного диода (рис. 69). На концах вторичной обмотки трансформатора периодически меняется напряжение по величине и по знаку. Во время положительного полупериода, когда потенциал верхнего конца обмотки положителен, диод включается в прямом направлении и в цепи течет ток. Во время отрицательного полупериода диод находится в запертом состоянии, ток в нем практически отсутствует и напряжение на нагрузочном резисторе равно нулю. На выходе получается пульсирующее напряжение с частотой 50 Гц (50 полупериодов в секунду).

В двухполупериодной схеме выпрямление осуществляется

Рис. 69. Схема простейшего однополупериодного выпрямителя (а) и график выпрямленного напряжения (б)

Рис. 70. Схема двухполупериодного выпрямителя (а) и график выпрямленного напряжения (б)

двумя диодами, включенными в цепь трансформатора со средней точкой (рис. 70). Потенциалы концов обмотки в разные полупериоды относительно средней или нулевой точки показаны знаками « + » и «-». Во время положительного полупериода, когд? верхний конец обмотки имеет положительный потенциал, «работает» верхний диод т. е. он включен в прямом направлении, нижний диод заперт. Ток течет по замкнутой цепи от положительного полюса обмотки к средней точке через диод и резистор нагрузки. Во время отрицательного полупериода проводит нижний диод, а верхний заперт. В результате ток в каждый полупериод течет по резистору нагрузки в одном направлении, т. е. осуществляется двухполупериодное выпрямление. Выходное напряжение пульсирует с частотой 100 Гц.

Эта схема имеет большое практическое применение, в частности она используется в учебном выпрямителе Ее недостатком является наличие в схеме трансформатора с отводом от средней точки.

В другой схеме двухполупериодного выпрямления используют четыре диода, включенные по мостовой (мостиковой) схеме (рис. 71). В каждый из полупериодов работает одна из пар диодов, как показано на рисунке Выходное напряжение

Рис. 71. Мостовая схема двухполупериодногцзпрямителя (а) и поочередная работа ее диодов (б, в)

пульсирует с частотой 100 Гц. Мостовую схему выпрямления широко используют во вторичных источниках электропитания, например в учебных выпрямителях и др.

На выходе одно- и двухполупериодного выпрямителей имеется постоянное по знаку, но меняющееся по величине пульсирующее напряжение с частотой 50 и 100 Гц. Для питания электронных схем подобное напряжение непригодно. Если, например, подключить к нему транзисторный приемник, то в громкоговорителе будет слышен сильный гул с соответствующей частотой, забивающей полезный сигнал принимаемой станции. Поэтому все выпрямители, являющиеся вторичными источниками радиоприемников, телевизоров, осциллографов, электронных вычислительных машин и другой электронной аппаратуры, имеют сглаживающие фильтры, предназначенные для уменьшения пульсаций до допустимой величины. Отметим, что в этом отношении химические источники тока, используемые, например, для питания переносной радиоаппаратуры, отличаются важным свойством — полным отсутствием пульсаций выходнрго напряжения.

Сглаживающие фильтры имеют в качестве основных элементов конденсаторы, катушки индуктивности с сердечником (дроссели) и резисторы.

Простейший фильтр состоит из конденсатора, подключенного параллельно резистору нагрузки (рис. 72, а). Сглаживание пульсаций осуществляется следующим образом: в течение полупериода, когда диод открыт, ток течет по нагрузке и одновременно заряжается конденсатор почти до амплитудного значения переменного напряжения. В следующий полупериод, когда диод закрыт, конденсатор разряжается через резистор нагрузки. В результате пульсации становятся меньше (рис. 72, б). Чем больше емкость конденсатора и сопротивление нагрузки, тем медленнее разряжается конденсатор и, соответственно, уменьшаются пульсации. При очень больших сопротивлениях нагрузки, например

Рис. 72. Простейший сглаживающий фильтр (а) и график напряжения на нагрузке (б)

Рис.

Рис. 74. «П»-образный LC-фильтр

1-2 МОм, и, соответственно, незначительных токах нагрузки для сглаживания пульсации достаточно использовать конденсатор сравнительно малой емкости 0,1-0,05 мкФ. Примером использования простой схемы однополупериодного выпрямителя с -фильтром является источник питания электронно-лучевой трубки школьного осциллографа.

Более эффективное сглаживание пульсаций осуществляется при включении в цепь резистора и еще одного конденсатора (рис. 73).

Емкостные -фильтры низких частот хорошо работают при небольших токах нагрузки, так как при этом напряжение на обкладках конденсатора меняется незначительно. Важно также и то, что падение напряжения на резисторе фильтра не превышает допустимых значений.

При больших токах нагрузки вместо резистора ставится катушка индуктивности с сердечником — дроссель (рис. 74). Сглаживание пульсаций связано с тем, что дроссель имеет большое сопротивление для меняющегося тока и малое для постоянного тока, т. е. вместе с конденсатором он работает как эффективный фильтр низких частот. В последнее время вместо дросселя, являющегося дорогой, громоздкой и массивной деталью, используются транзисторы в так называемых электронных фильтрах.

Схему LC-фильтра используют в школьных демонстрационных осциллографах ОЭШ-61 и ОЭУ.

(см. скан)

(см. скан)