6. Внешняя характеристика выпрямителя

В расчётных формулах, приведённых в таблице 1, не учтены внутреннее сопротивление диодов и сопротивления обмоток трансформатора. При учёте этих сопротивлений для активной нагрузки получаем следующую зависимость между выпрямленным током и напряжением для двухполупериодной схемы выпрямления:

.

(18)

С увеличением тока растёт падение напряжения на диодах и в обмотках трансформатора, а выпрямленное напряжение уменьшается. Зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от среднего значения выпрямленного тока называют внешней характеристикой выпрямителя. Внешняя характеристика выпрямителя, имеющего чисто активную нагрузку, показана на рисунке 7 (кривая 1).

Наличие фильтра на выходе выпрямителя изменяет ход внешней характеристики. В случае ёмкостного фильтра при холостом ходе конденсатор заряжается практически до амплитудного значения напряжения вторичной обмотки трансформатора, поэтому (вместо 0,9U₂ при отсутствии ёмкости). С уменьшением сопротивления нагрузки увеличивается скорость разряда конденсатора, и среднее значение выпрямленного напряжения уменьшается (см. рисунок 4.). Поэтому при наличии ёмкостного фильтра выпрямленное напряжение при изменении тока изменяется сильнее, чем при работе без фильтра, а наклон внешней характеристики получается больше (кривая 2 на рисунке 7). В случае применения Г-образного RC-фильтра с увеличением тока нагрузки выпрямленное напряжение уменьшается ещё быстрее, так как увеличивается падение напряжения от постоянной составляющей выпрямленного напряжения на сопротивлении R (кривая 3 на рисунке 7).

I_dкр

Р

Рисунок 7 – Внешние характеристики маломощного выпрямителя

1- при работе без фильтра; 2- при работе с ёмкостным фильтром;

3- при работе с RC-фильтром; 4- при работе c LC-фильтром.

Внешняя характеристика выпрямителя с Г-образным LC-фильтром имеет излом при некотором значении тока I_dкр (кривая 4 на рисунке 7). При холостом ходе конденсатор заряжается до амплитудного значения напряжения вторичной обмотки трансформатора, как и случае емкостного фильтра. При изменении тока от нуля до I_dкр внешняя характеристика подобна характеристике выпрямителя с ёмкостным фильтром, но имеет, более крутой наклон, что объясняется ещё большей скоростью разряда конденсатора при изменении сопротивления нагрузки и повышением напряжения на дросселе при увеличении тока через него. Критическое значение тока нагрузки I_dкр соответствует моменту, при котором переменная составляющая напряжения на дросселе почти не меняется.

Наклон внешней характеристики при I_d>I_dкр (см. кривую 4 на рисунке 7) определяется падением напряжения на диодах, обмотках трансформатора и дросселе.

Для поддержания неизменным среднего значения выпрямленного напряжения на нагрузке при возможных колебаниях напряжения питания или изменении тока нагрузки (в определённых пределах), применяется стабилизатор напряжения.

Основными параметрами стабилизатора являются:

- коэффициент стабилизации при R_н=const;

- выходное сопротивление при R_в=U_в/I_н.

Коэффициент стабилизации полупроводниковых стабилитронов может достигать нескольких сотен и даже тысяч, а выходное сопротивление – единиц и десятков Ом.

Различают параметрические и компенсационные стабилизаторы. В работе исследуется влияние параметрического стабилизатора на внешнюю характеристику выпрямителя. Принцип работы полупроводникового параметрического стабилизатора основан на свойствах вольтамперной характеристики кремниевого стабилизатора. Схема включения стабилизатора показана на рисунке 8.