Выпрямитель это полупроводниковый диод, используемый для преобразования переменного тока в постоянный. Однако, это далеко не все на что способен выпрямительный диод: его широко применяют в цепях управления, в умножителях напряжения, в сильноточных цепях и т.п.
В зависимости от номинала максимального прямого тока выпрямительные диоды можно условно разделить на малой (до 300mA), средней (300mA-10А) и большой мощности (>10А). По типу используемого материала они бывают германиевые и кремниевые.
Кремневые выпрямительные диоды имеют во много раз меньшие обратные токи и гораздо более высокую величину допустимого обратного напряжения, которое может быть даже и 1000, и даже 1500В, тогда как у германиевых максимум 400В. Согласитесь, весьма существенная разница.
Работоспособность кремневых выпрямительных диодов сохраняется при температурах от -60
до +150º С, а германиевых -60 до +85º С.
Работа выпрямителя на одном диоде
Конструкция выпрямительный диод представляет собой пластину кристалла полупроводника , в объеме которой внесены две области разной проводимости.
Кристаллы полупроводника из кремния или германия (3) с p-n переходом (4) крепятся к кристаллодержателю (2), который еще выполняет роль основания корпуса. К нему приваривается корпус (7) со стеклянным изолятором (6), через который проходит металлический вывод, обычно это катод (5).
Основные параметры выпрямительного диода :Если на вход однополупериодного выпрямителя подадим переменное напряжение, К его выходу подключим нагрузку (Rн), а функцию выпрямляющего элемента будет выполнять диод, на принципиальных схемах он обозначается VD.
При положительной полуволне синусоидального напряжения, диод открывается. В этот момент времени через нагрузку (Rн ), течет прямой ток диода Iпр .
Во время отрицательной полуволне переменного напряжения, диод закрывается, и через нагрузку будет протекать незначительный обратный ток Iобр , которым в первом приближении можно пренебречь. Таким образом на выходе схемы как бы отсекается отрицательная полуволна переменного тока (на правом рисунке эта полуволна показана желтой пунктирной линией).
В результате мы видим, что через нагрузку Rн , подключенную к источнику переменного напряжения через VD, течет уже пульсирующий ток – ток одного направления. Это и есть процесс выпрямления переменного тока.
Но таким напряжением можно питать разве что лампу накаливания, кроме того это пойдет ей на пользу т.к увеличится ее жизненный цикл. А мерцание лампы не будет заметно, по причине инерционности ее нити, т.к она даже не успеет остыть.
Если же подключить к такому напряжению приемник или усилитель мощности, то в колонках мы услышим гул с частотой 50 Гц, называемый фоном переменного тока. Так как проходя через нагрузку пульсирующий ток, создает пульсирующее напряжение, которое и будет источником фона.
От этого недостатка легко избавится, если параллельно нагрузке подсоединить фильтрующую емкость Cф большого номинала.
Работа однополупериодного выпрямителя с сглаживающим конденсатором Заряжаясь во время положительных полупериодов, емкость во время отрицательных полупериодов разряжается на нагрузку. Если конденсатор будет достаточно большого номинала, то за время паузы между импульсами он не будет успевать разряжаться, а значит, на нагрузке будет непрерывно поддерживаться ток во время обоих полупериодов. Ток, поддерживаемый за счет зарядки емкости, отображен на правом графике сплошной волнистой линией.
Но и таким, несколько сглаженным емкостью конденсатора током тоже нельзя подключить питание к приемнику так как уровень пульсаций все равно большой.
Работа выпрямителя, не очень эффективна, т.к он использует энергию только половины волн переменного тока, поэтому на нем уходит в никуда половина КПД. Такие выпрямители назвали однополупериодными. Их недостатки устранены в схемах с использованием диодного моста
Двухполупериодный выпрямитель
Различают схему выпрямителя со средней точкой и мостовую схему. Первая требует более сложного в исполнении силового трансформатора (число витков вторичной обмотки должно быть в два раза больше, чем в мостовой схеме), зато там применяется всего два диода. К недостаткам двухполупериодного выпрямителя со средней точкой можно отнести то, что для получения одинакового напряжения. На рисунке ниже показана стандартная схема двухполупериодного выпрямителя со средней точкой.
Как видим изграфика, на выходе схемы в два разаменьше "провалов" напряжения - пульсаций.
Работа выпрямителя на основе диодного моста
Небольшая и простая схема, составленная из четырех диодов применяется для преобразования переменного тока в постоянный называется диодным мостом. В отличие от ранее рассмотренной схемы однополупериодного выпрямителя пропускающего ток только в один полупериод, мостовая схема позволяет пропускать ток в течение обоих полупериодов.
Выпрямитель с удвоением напряжения
Работа выпрямителя с удвоением напряжения Латура-Делона-Гренашера базируется на поочерёдном заряде-разряде емкостей С1 и С2 разными полуволнами входного напряжения. Поэтому между катодом первого диода и анодом второго возникает напряжение в два раза большее.
Умножитель напряжения
Многие электронщики часто используют схемы питания выполненные по принципу умножения напряжения. Ведь использование умножителя напряжения позволяют существенно уменьшить вес и габариты устройства. Для понимания физики работы умножителя напряжения, рассмотрим основные схемотехнические варианты построения таких конструкций. Их можно условно поделить на симметричные и несимметричные. Несимметричные в свою очередь, подразделяются на два вида: первого и второго рода
трехфазный выпрямитель
Конструкции, которые предназначены для получения постоянного тока из переменного трехфазного тока, получили название трёхфазных выпрямителей. В основе работы трехфазных выпрямителей лежат две схемы Миткевича и Ларионова. Самая простой считается схема Миткевича, поэтому с нее и начнем
Назначение и принцип работы сглаживающего фильтра в выпрямителе
Выпрямленный ток и напряжение с выхода выпрямителя являются пульсирующими. Для сглаживания пульсаций параллельно нагрузке можно включить конденсатор определенной емкости, но для более совершенного сглаживания пульсации лучше всего использовать сглаживающий фильтр из элементов L и С.
