ЛЕКЦИЯ 4
Расчёт выпрямителей
План лекции:
4.1. Однополупериодный выпрямитель с ёмкостной нагрузкой
4.2. Двухполупериодный выпрямитель с ёмкостной нагрузкой
4.1. Однополупериодный выпрямитель с ёмкостной нагрузкой
Рассмотрим работу цепи переменного тока низкой частоты с полупроводниковым диодом, нагрузкой которого является параллельное соединение резистора и ёмкости (рис. 4.1).
Рис. 4.1. Эквивалентная схема электрической цепи переменного тока с полупроводниковым диодом и емкостной нагрузкой
Наиболее часто в цепи действует гармоническая эдс
В диапазоне низких частот (как правило, до 1÷1,5 кГц) такую простейшую схему однополупериодного выпрямителя с ёмкостной нагрузкой используют в качестве источника постоянного напряжения как источника питания аппаратуры.
Основными выходными параметрами выпрямителя являются среднее значение выпрямленного выходного напряжения , коэффициент пульсаций и среднее значение тока через нагрузку . Здесь .
В диапазонах средних и высоких частот (более 100 кГц) эту схему используют в качестве амплитудного детектора для выделения огибающей амплитудно-модулированного сигнала. В этом случае основным выходным параметром схемы является минимум нелинейных искажений огибающей.
Существуют инженерные методики расчёта выпрямителя и амплитудного детектора в установившемся режиме работы по средним показателям. Однако весьма интересными являются переходные процессы, расчёт которых очень труден и возможен только методами дискретной математики с использованием современных ЭВМ.
Качественно переходный процесс в выпрямителе с ёмкостной нагрузкой можно представить следующей моделью.
Предположим, что напряжение на ёмкости отсутствует. После включения эдс в цепь первая положительная полуволна напряжения отпирает диод и через него начинает проходить ток, часть которого протекает через сопротивление нагрузки, а другая часть через ёмкость, заряжая её. На спаде положительной полуволны, когда напряжение эдс сравнивается с напряжением на ёмкости, диод запирается и начинается разряд ёмкости через сопротивление нагрузки. Разряд продолжается до тех пор, пока входное напряжение отрицательно и пока положительное напряжение второй полуволны не превысит напряжение на ёмкости (рис. 4.2).
За время одного периода напряжение на ёмкости не успевает достичь своего максимального значения. Поэтому в следующий положительный полупериод волны эдс, когда диод находится в открытом состоянии, ёмкость успевает зарядиться до большей величины. Затем диод запирается и начинается новый разряд ёмкости через сопротивление нагрузки. Процесс заряда-разряда продолжается непрерывно, пока в цепи действует эдс.