Основные схемы выпрямителей напряжения

Транспортировать и преобразовывать электроэнергию удобнее всего в виде переменного напряжения, к потребителю, соответственно, она и доходит в таком виде. Многие приборы для питания требуют постоянное напряжение, следовательно, внутри таких устройств находятся различного типа выпрямители.

Схемы выпрямителей обычно состоят из трансформатора, выпрямительных диодов и сглаживающего фильтра. Трансформатор предназначен для преобразования входного напряжения до необходимого уровня. Выпрямительные схемы могут и не содержать трансформатор. Вторым элементом выпрямителей являются диоды – это полупроводниковые приборы односторонней проводимости. Именно они “выпрямляют” переменное напряжение. Фильтр необходим для сглаживания пульсаций напряжения после диодов. В качестве него может использоваться, например, конденсатор, включенный параллельно нагрузке.

Выпрямители также могут включать в себя устройства стабилизации напряжения, устройства контроля и защиты.

Однополупериодная схема выпрямителя

Со вторичной обмотки трансформатора напряжение прикладывается к одному последовательно соединенному диоду, вследствие чего, выпрямитель пропускает одну положительную полуволну к выходу (рис.2). Данная схема является конструктивно очень простой, однако имеет огромный недостаток в виде потери половины всей энергии, прикладываемой ко входу, а также, выделения этой энергии в виде тепла, что делает невозможным ее применение в мощных цепях, а в цепях малой и средней мощности создает существенные неудобства из-за необходимости отвода тепла от полупроводникового элемента. Схема однополупериодного выпрямителя приведена на рисунке ниже.

Рис. 1. Однополупериодная схема выпрямителя

Рис. 2. Осциллограмма однополупериодного выпрямителя без фильтра

Рис. 3. Осциллограмма однополупериодного выпрямителя с фильтром

Двухполупериодная схема выпрямителя

Данное решение имеет преимущество перед однополупериодной схемой выпрямителя в контексте сохранения полезной энергии, однако требует более сложного в исполнении силового трансформатора, что сказывается на ее стоимости. Такой выпрямитель пропускает уже две полуволны к выходу (рис.5), инвертируя каждую вторую половину синусоиды, подающуюся на вход при помощи двух диодов, соединенных параллельно.

Рис. 4. Двухполупериодная схема выпрямителя

Рис. 5. Осциллограмма двухполупериодного выпрямителя без фильтра

Рис. 6. Осциллограмма двухполупериодного выпрямителя с фильтром

Мостовая схема выпрямителя

Рис. 7. Мостовая схема выпрямителя напряжения

Мостовая схема применяется в тех случаях, когда требуется производить двухполупериодное выпрямление, имея в своем распоряжении трансформатор без центрального вывода от вторичной обмотки.

В выпрямителе мостового типа используются четыре полупроводниковых диода, включенных по мостовой схеме, за которыми следует обычный фильтр для подавления пульсаций выходного напряжения.

В течение одного полупериода ток протекает через одну пару диодов, нагрузку и вторичную обмотку трансформатора. Во вторую половину периода работает другая пара диодов. Таким образом, через нагрузку ток протекает в течение всего периода в одном направлении.

Рис. 8. Осциллограмма мостового выпрямителя напряжения без фильтра

Рис. 9. Осциллограмма мостового выпрямителя с фильтром

Таблица

Достоинства и недостатки выпрямительных схем