Полупроводниковые выпрямители

Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения в постоянное. Основное назначение выпрямителей заключается в сохранении направления тока в нагрузке при изменении полярности напряжения, приложенного ко входу выпрямителя. Существуют разновидности полупроводниковых выпрямителей, отличающиеся количеством диодов и схемой их включения. Ниже рассмотрены некоторые из этих схем.

Схема однофазного однополупериодного выпрямителя приведена на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 - Схема однофазного однополупериодного выпрямителя: Т_р - трансформатор; R_н – сопротивление нагрузки; u₁, u₂ - напряжения на первичной и вторичной обмотках трансформатора; u_н - напряжение на нагрузке

 

Однофазный однополупериодный выпрямитель пропускает на выход только одну полуволну питающего напряжения (рисунок 1.6). Среднее значение напряжения на выходе такого выпрямителя вычисляется по формуле:

(1.7)

где U_m - амплитуда напряжения на вторичной обмотке трансформатора; Т - пе­риод входного напряжения; со - круговая частота сигнала, ω=2π/Т.

Период сигнала на выходе однополупериодного выпрямителя равен периоду входного сигнала. Максимальное обратное напряжение на диоде равно максимуму входного напряжения:

(1.8)

 

Рисунок 1.6 - Форма напряжений на входе (а) и выходе (б) однофазного однополупериодного выпрямителя

На рисунке 1.7 приведена схема двухфазного двухполупериодного выпрямителя. По сути, она представляет собой два параллельно соединенных однофазных выпрямителя, которые питаются от двух половин вторичной обмотки трансформатора. В результате создаются два противофазных питающих выпрямителя напряжения. Форма напряжения на выходе такого выпрямителя приведена на рисунке 1.8.

Рисунок 1.7 - Схема двухполупериодного выпрямителя:

- напряжения на вторичных обмотках ()

Рисунок 1.8 - Форма напряжений на входе (а) и выходе (б) двухфазного двухполупериодного выпрямителя

Двухфазный двухполупериодный выпрямитель характеризуется хорошим использованием трансформатора. Среднее значение напряжения на выходе вы­прямителя вычисляется по формуле:

(1.9)

Период сигнала на выходе двухполупериодного выпрямителя в два раза меньше, чем у однополупериодного. Максимальное обратное напряжение на каждом диоде равно разности максимального значения напряжения на вторичной обмотке (сумма напряжений на двух полуобмотках и₂ = и₂' + u₂") и прямого падения напряжения на диоде U_np:

(1.10)

Наиболее широкое практическое распространение получил однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель, схема которого приведена на рисунке 1.9.

Рисунок 1.9 - Схема однофазного мостового выпрямителя

Форма напряжений на входе и выходе мостового выпрямителя, а также среднее значение выходного напряжения U_вых такие же, как и для двухфазного полупериодного выпрямителя. Максимально обратное напряжение U_maxдля мостового выпрямителя равно напряжению на вторичной обмотке трансформатора.

Мостовой выпрямитель в отличии от двухфазного двухполупериодного может работать без трансформатора. К недостаткам мостовой схемы относится удвоенное число выпрямительных диодов.