Выпрямители. Схемы выпрямления.

Выпрямление переменного тока – один из основных процессов в радиоэлектронике. Выпрямление необходимо для выделения постоянной составляющей тока или напряжения из гармонического сигнала, для которого постоянная составляющая за один период колебаний равна нулю.

Такое преобразование возможно только с применением приборов обладающих вентильными свойствами – различными сопротивлениями при изменении полярности сигнала. Полупроводниковый диод относится к элементам с сильно выраженными вентильными характеристиками.

В выпрямительном устройстве энергия переменного тока преобразуется в энергию постоянного тока (тока, содержащего постоянную составляющую).

Любой выпрямитель можно рассматривать как потребитель переменного тока и как генератор постоянного тока.

Потребитель Генератор

переменного тока постоянного тока

Схема однополупериодного выпрямителя

Среднее значение периодической функции f(t) за период Т определяется по формуле:

, если ,то U_ср=0 (за период)

– для одной полуволны

– для двух полуволн

Если генератор е_г формирует синусоидальную ЭДС и его внутренним сопротивлением можно пренебречь, то в течение одного полупериода напряжение + → ─ для диода является прямым и через него протекает ток, создающий на нагрузке R_н напряжение U_Rн. В течение другого полупериода напряжение ─ → + для диода будет обратным и ток через него будет отсутствовать (I_обр=I₀≈0).

На нагрузке создаётся напряжение, которое длится полпериода, а полпериода – отсутствует.

Такое выпрямление является однополупериодным, т.е. происходящее в течение одного полупериода.

Недостаток – не используется энергия отрицательной полуволны напряжения. Поэтому

Повышение эффективности выпрямления возможно при двухполупериодном выпрямлении, когда используется энергия обеих полуволн.

Такое выпрямление возможно получить двумя способами:

- с помощью мостовой схемы;

- с помощью трансформатора со средней точкой и двух однополупериодных выпрямителей.

Мостовая схема двухполупериодного выпрямителя

При подаче на вход мостовой схемы положительной полярности ток протекает по следующей цепи: +е_г – Д1 – +R_н – -R_н – Д4 – -е_г;

при отрицательной полярности следующая цепь: (+)е_г – Д2 – (+)R_н – (-)R_н – Д3 – (-)е_г.

В результате через нагрузку протекает ток в одном направлении при любой полярности на входе выпрямителя.

Другой вариант схемы двухполупериодного выпрямления может быть реализована с помощью специального трансформатора со средней точкой и двух диодов.

Н едостаток схемы: наличие трансформатора и двойная амплитуда обратного напряжения на диодах.

;

;

Поскольку , то .

В рассмотренных схемах выпрямителей к диодам, обычно, не предъявляются высокие требования по быстродействию, ёмкости p-n перехода и стабильности параметров.

Поэтому диоды, предназначенные для преобразования переменного тока невысокой частоты в постоянный называют выпрямительными.

Основные параметры выпрямительных диодов:

1.	Uобр.max	– максимально допустимое обратное напряжение, которое диод может выдержать в течение длительного времени (от десятков до тысяч вольт);
2.	Iср.пр	– средний выпрямленный ток (среднее значение выпрямленного тока за период) – от сотен мА до десятков А;
3.	Iимп	– импульсный прямой ток (пиковое значение тока при заданной длительности, скважности и форме импульса);
4.	Iобр.ср	– средний обратный ток (средний за период) – от долей мкА до единиц мА;
5.	Uпр.ср	– среднее прямое напряжение при заданном прямом токе (доли В);
6.	Рср	– средняя рассеиваемая мощность (за период), при протекании прямого и обратного токов;
7.	rдиф	– дифференциальное сопротивление диода (от единиц до сотен Ом);
8.	t°C	– максимальная температура корпуса.