"Исследование источников питания"

Тираж: 10 экз.
МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Методические указания к лабораторной работе
"Исследование источников питания"
по курсу «Электроника и микросхемотехника» для студентов
направлений «Автоматизация и управление» и «Информатика и
вычислительная техника» дневной и заочной
формы обучения.
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Тюмень 2002
Утверждено редакционно-издательским советом Тюменского
государственного нефтегазового университета
Составили: к.т.н. доцент Крамнюк А.И. ст. преп. Гурьева Л.В.
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Электронную копию данных материалов
Исполнил студент группы АТПс-1
заочного отделения ТГНГУ Харченко Г.Г.
адрес: ЯНАО, Надымский район, пос.
Пангоды, ул. Энергетиков, 29, к.7. 2002 г
2
31
Методические указания к лабораторной работе
« Источники питания »
Введение
В настоящее время почти вся электронная аппаратура, кроме переносной, питается
от сети переменного тока. Чтобы иметь возможность питать аппаратуру от сети
переменного тока, используется специальное устройство, которое относится к
классу источников питания. Основное назначение источника питания преобразовывать переменное напряжение в постоянное необходимого значения.
1 .Функциональная схема источника питания.
На рис. 1.1 приведены формы напряжения, которые имеются в сети и на выходе
источника питания.
U вых
Uвх
+
_-
+
ИСТОЧНИК
ПИТАНИЯ
_-
Рис.1.1.
На рис. 1.2 приведена функциональная схема источника питания:
Трансформатор
Выпрямитель
Фильтр
Стабилизатор
Нагрузка
220 В
Рис.1.2.
а) Трансформатор – служит для получения нужных значений тока и
напряжения.
30
3
Если выходное напряжение источника питания меньше 220В, применяется
понижающий трансформатор. В случае, когда U=220B, в принципе, можно обойтись
без трансформатора, но в этом случае выход источника питания будет иметь общую
точку с сетью, что не желательно с точки зрения техники безопасности.
б) Выпрямитель - блок, в котором происходит преобразование разнополярного
напряжения в напряжение одной полярности. Но, при этом, напряжение с течением
времени не остается постоянным, так как в нём, наряду с постоянной составляющей
напряжения, будут присутствовать и переменные составляющие.
в) Фильтр - служит для того, чтобы на выход источника питания пропускать
только постоянную составляющую, а переменную не пропускать;
г) Стабилизаторы напряжения применяются для обеспечения строго заданного
значения выходного напряжения.
В дальнейшем каждый из блоков будет рассмотрен более подробно.
Примечание. В технической литературе часто под понятием "выпрямитель"
подразумевается одновременно два блока: выпрямитель и фильтр, а иногда и три:
трансформатор, выпрямитель и фильтр.
Рассмотрим простейшую схему источника питания с использованием
однополупериодного выпрямителя.
Содержание
Введение...........................................................................................................………3
1.Функциональная схема источника питания.................………………………..3
2. Однополупериодная схема выпрямителя......................…………………….....4
3. Двухполупериодиый выпрямитель с использованием трансформатора
со средней точкой................................……………………………………… …13
4. Мостовая схема выпрямления........................................………………………16
5. Программа выполняемых работ...............................…………………………20
6. Методические указания...................................................………………………20
7. Контрольные вопросы.....................................................…………………..… ..22
Литература.................................................................................……………..…....23
Приложения................................................................................................… …….24
2.Однополупериодная схема выпрямителя.
На рис. 2.1 приведена схема электрическая принципиальная для
однополупериодного выпрямителя.
VD1
Ua
220 В
Uw2
Cф
Iзар
Трансформатор
Вентиль
Rн
Iразр
Фильтр
Нагрузка
Рис.2.1.
4
29
5.Возможные схемы двухполупериодного
выпрямления с П-образным фильтром на основе
лабораторного макета.
Напряжение на входе выпрямителя будет определяться соотношением
числа витков в первичной W1 и вторичной W2 обмотках трансформатора.
Рассмотрим эпюры напряжений с I-го по IV-й полупериоды в различных
точках схемы без ёмкости фильтра Сф и при этой ёмкости. Эпюры
приведены на рис. 2.2.
15в
а)
I
Uw2
II
III
IV
t
Общ
б) URн
без Сф
URн
t
k
15в
в) URн
с Сф
г)
UД
без Сф
o m1
k
n1 m2
n2
t
t
15в
t
д) UД
с Сф
Общ
Рис.2.2.
а) I-ый полупериод. Ёмкость фильтра не включена. Предположим, что в I-ый
полупериод на верхнем выводе вторичной обмотки трансформатора плюс, а на
нижнем минус напряжения Uw2, при этом (+) приложен к аноду диода, а
отрицательный потенциал Uw2 через Rн — к катоду диода. При такой полярности
приложенного к диоду напряжения он будет открыт, а через него протекать ток..
Этот же ток будет протекать и через нагрузку RН и создавать падение напряжения URн..
15в
28
5
Так как сопротивление открытого диода очень мало, то его можно рассматривать,
как закоротку, т.е. сопротивление RH подключается параллельно вторичной
обмотке трансформатора W2 и поэтому ток и напряжение на нагрузке повторяют
форму напряжения на вторичной обмотке Uw2.
Так как сопротивление открытого диода не равно нулю, хотя и мало, то за
счет протекающего через него тока, на диоде будет просматриваться небольшое
напряжение Uд (в зависимости от типа диодов оно имеет значение от 0,1 до 1 В).
б) II-й полупериод. Полярность напряжения на вторичной обмотке меняется: у
верхнего вывода на отрицательный, а у нижнего – на положительный потенциал..
В этом случае к аноду диода приложен (-), а к катоду (+) через Rн. При такой
полярности напряжения диод заперт, и ток, практически, близок к нулю. Поэтому
падение напряжения на нагрузке стремится к нулю. Но, учитывая, что в закрытом
состоянии через диод протекает тепловой ток, то на нагрузке Rн будет выделяться
напряжение, отличное от нуля. Практически, это напряжение можно не учитывать,
а к диоду будет приложено в этом случае обратное напряжение Uобр, равное Uw2.
4. Возможные схемы двухполупериодного выпрямления Гобразным фильтром на основе лабораторного макета.
15в
Общ
15в
в) III-й полупериод. Повторяется процесс, аналогичный процессу в первом
полупериоде.
Если рассмотреть напряжение на нагрузке, то можно сделать вывод: из
разнополярного напряжения получили однополярное. Полярность выходного
напряжения показана на рис.2.2. Это достигнуто благодаря тому, что диоды
проводят ток только в одном направлении. Но напряжение на нагрузке не остается
постоянным во времени.
Для обеспечения постоянства напряжения во времени используются
фильтры. Чтобы фильтры максимально уменьшали переменную составляющую и
максимальным образом изменяли постоянную составляющую, их обычно
составляют из реактивных элементов - емкостей и индуктивностей, обладающих
малыми активными потерями. Кроме того, фильтры должны иметь малые размеры,
вес и стоимость.
Схемы наиболее часто используемых в практике сглаживающих
фильтров приведены на рис.2.3.
15в
Общ
15в
6
27
3. Возможные схемы двухполупериодного выпрямления с Сфильтром на основе лабораторного макета
а) емкостной фильтр
Сф
Uвх
Uвых
15в
б) индуктивный фильтр
L
Общ
Uвх
Uвых
в) Г-образный фильтр
L
15в
R
C
C
г) П-образный (состоит из С и Г-образных) фильтр
L
15в
С1
Rн
С2
С1
С2
Рис.2.3.
Общ
Иногда встречаются многозвеньевые и специальные (например, резонансные)
фильтры. При очень малых выпрямленных токах (до 10 mА) целесообразно
пользоваться Г-образным и RC-фильтром. В качестве простейшего фильтра
используется конденсатор, который подключен параллельно выходу выпрямителя.
Любой конденсатор обладает способностью накапливать электрическую энергию, а
затем отдавать ее в нагрузку. Но необходимо помнить, что любые реактивные
элементы (конденсаторы, индуктивности) не могут мгновенно как накопить
энергию, так и отдать ее в нагрузку, т.е. обладают определенной инерционностью.
15в
26
7
В нашем случае инерционность конденсатора проявится следующим образом. Так
как конденсатор подключается параллельно выходу источника питания и
параллельно Rн (см. рис.2.1.), то к нему будет прикладываться напряжение, форма
которого соответствует графику рис.2.2.б, и за счет этого напряжения
конденсатор будет заряжаться.
На рис. 2.2.в. показана форма зарядного напряжения (участок o-m1). Кривая
заряда приблизительно соответствует экспоненте:
URзар = URн (1- е
- t
RзарС
),
где Rзар = rд + r2 + r1n2, a r2 и r1 в свою очередь- сопротивления
первичной и вторичной обмоток трансформатора, а rд - сопротивление открытого
диода. Наклон экспоненты зависит от величины постоянной цепи заряда  зар =
RзарC. Чем больше  зар или Rзар , или С, тем положе кривая:
- t
URpазр = U* е зарС,
где Rразр = Rн  (rзакр д + r2 + r1n2)  Rн, т.к. rзакр д >> Rн.
В течение времени « o - m1» диод открыт. В момент « m1 » Cф=UW2 и эти
напряжения оказываются включенными встречно, а напряжение, которое приложено
к диоду на этом участке, равно разности (Uw2 - UСф). В точке m1 (Uw2 = UСф =
0), т.е. к диоду приложено нулевое напряжение. После точки m1 напряжение на
вторичной обмотке W2 начинает падать. Напряжение же на конденсаторе фильтра
уменьшиться мгновенно не может, т.е. после m1 Ucф > Uw2 . При этом
положительный потенциал UСф приложен к катоду диода. Плюс (+) на катоде
диода больше, чем положительный потенциал в верхней точке вторичной
обмотки, к которой подключен анод диода. Диод закрывается, т.к. к нему
приложена обратная полярность напряжения. Конденсатор начинает разряжаться
через RH и параллельную ветвь: запертый диод → сопротивление вторичной
обмотки трансформатора. Он же (конденсатор) поддерживает в течение
некоторого времени напряжение на RH временно падающим.
8
2.
Возможные
схемы
однополупериодного
выпрямления без фильтра на основе лабораторного
макета (продолжение).
15в
Общ
15в
15в
Общ
15в
25
ПРИЛОЖЕНИЯ
1.Возможные схемы однополупериодного выпрямления без
фильтра на основе лабораторного макета.
15в
В случае, когда Сф отсутствует, диод начинает открываться в момент времени k
(рис.2.2.б). Но когда Сф включена, то ( в третий полупериод) диод будет
открываться при UW2, превышающем оставшееся UСф, т.е. диод откроется в точке n1
и будет открыт дo m2 и т.д. При этом, напряжение на диоде Uд будет определяться
диаграммой на рис.2.2.д.: Uд=UW2. Эту форму напряжения на диоде можем
получить графическим путем, вычитая из графика рис. 2.2.а. график рис. 2.2. в.
Из графика 2.2.д видно, что в момент, когда диод закрыт (от m1 – n1, от m2 –n2),
обратное напряжение, приложенное к диоду будет больше, чем амплитудное значение
Uw2, т.е. Uoбp..Д | > | UW2. В случае, когда RH отключено, конденсатор разряжаться
не будет (разряд через RH =), и максимальное напряжение, до которого он может
зарядиться, будет равно напряжению на вторичной обмотке W2. При этом Uобр.д
будет равно 2Um, т.е.
(Uw2 + Uсф)m = (UW2 + UW2) = 2UW2.
Общ
15в
Эпюры напряжения на элементах схемы, когда RH =  см.. на рис.2. 4. Для
характеристики формы выходного напряжения используется коэффициент
пульсаций. Принцип работы фильтра можно рассмотреть с другой точки зрения.
Выходное напряжение с выпрямителя можно представить, разложив его в ряд Фурье,
как сумму гармонических составляющих (см. рис.2.5).
15в
а)Uвх;
б) постоянная составляющая;
Общ
в) первая гармоника;
г) вторая гармоника ...
Задача фильтра заключается в том, чтобы на выход пропустить только постоянную
составляющую, а переменную задержать. Выпрямитель совместно с Сф можно
представить эквивалентной
схемой (рис.2.6), где Rэкв - сопротивление,
учитывающее сопротивление обеиих обмоток трансформатора и диода.
Коэффициент передачи такой цепи можно записать следующим образом:
15в
24
9
8. Литература:
а)
Uw2
t
б)
URн
Забродин Ю.С. Промышленная электроника. М.: Высшая школа,
1982
Виноградов Ю.В. Основы электронной и полупроводниковой техники.
t
в)
Uд
t
Uобр=2Uw2
Рис.2.4.
а)
t
б)
t
в)
t
г)
t
Рис.2.5.
Rэкв
Uвх
Uвых
Сф
t
t
Рис.2.6.
10
23
7. Контрольные вопросы.
1
1. Изобразить блок-схему выпрямительного устройства.
2. Привести схему однополупериодного выпрямителя (с одним диодом, с 2-мя
диодами, используя схему макета).
3. Подтвердить идею выпрямления в однополупериодном выпрямителе,
изобразив осциллограммы напряжений: входного, на диоде, на нагрузке.
4. Нарисовать схему двухполупериодного выпрямителя со средней заземленной
точкой трансформатора. Показать замкнутые пути протекания тока в первый и
второй полупериоды входного напряжения.
5. Привести осциллограммы напряжений: входного напряжения, напряжения на
диодах, выходного напряжения (на UH).
6. Записать выражения для Uзаряда и Uразряда конденсаторов. Нарисовать графики
кривых заряда и разряда. От чего зависит скорость заряда и скорость разряда
конденсатора ?
7. Чем отличаются кривые заряда и разряда емкости фильтра, если увеличить Сф?
А если изменить Rзаряда? А если Rзаряда уменьшить?
8. Для чего применяются фильтры в выпрямителях?
1
Xc
j c
Uвых = Uвх  = Uвх 
= Uвх  = Uвх K
1
1 + jRэквC
Xc + Rэкв
+ Rэкв
j c
Рассмотрим коэффициент передачи цепи для различных составляющих
входного сигнала: a) для постоянной составляющей: W = 0, К = 1, т.е. Uвых =
Uвх или постоянная составляющая полностью прошла через фильтр; б) для
переменной составляющей: чем выше высота (больше номер гармоники), тем
больше знаменатель. Коэффициент передачи K уменьшается и поэтому значение
переменной составляющей на выходе значительно меньше, чем на входе. При
достаточно большом значении емкости фильтра даже для первой гармоники, самой
низкой частоты, коэффициент передачи очень мал, т.е. сигнал этой частоты на
выход не пройдет (а более высокие частоты и тем более). Итак, схема пропустит
только постоянную составляющую, что и требовалось получить. В практических
схемах источников питания такая схема применяется очень редко, используются
более сложные фильтры, которые позволяют обеспечить лучшую работу
выпрямителя.. Для характеристики работы выпрямителя и фильтра вводят
коэффициент пульсаций – Кп, который определяется как отношение напряжений
переменных составляющих в выходном сигнале к постоянной составляющей.
Определить коэффициент пульсаций можно по форме выходного напряжения (см.
рис.2.7), где: 1 - это форма выходного напряжения на выходе источника питания;
2 - уровень постоянной составляющей в этом же выходном напряжении; U значение постоянной составляющей напряжения, тогда:
9. Какие виды фильтров вам известны? Приведите их схемы.
10. Чем отличаются осциллограммы выпрямленного
использовании фильтра емкостного и Г- образного ?
напряжения
при
11. Изобразить осциллограммы выпрямленного напряжения при использовании
П-образного фильтра. Что понимается под коэффициентом пульсаций и
коэффициентом сглаживания? Как они определяются.?
22
1
U  1OO %
Кп = 
U=
2
Uo
Рис.2.7.
11
2U=
На значение коэффициента Кп оказывает влияние как значение Сф, так и ток,
потребляемый нагрузкой. С увеличением Сф, Кп уменьшается, т.к. при большем
Сф постоянная времени фильтра возрастает, фильтр становится более
инерционным и меньше реагирует на изменения напряжения на входе. Те же выводы
можно сделать из схемы замещения, учитывающей влияние нагрузки (см. рис.2.8.).
Rэкв
Здесь: Rэкв = Rэкв  Rн ,
когда :
Сф
Rн
I
К = 
I = ( Rэкв  Rн ) С
Рис.2.8.
2.Для схем выпрямителя с фильтрами, напряжение U и Uo измерять для двух
значений тока нагрузки: а) при Rн = R2+R3 и б) при Rн = R3. Эти данные
нужны для построения графика зависимости (по двум токам для каждого типа
фильтров С, Г и П-образного )
коэффициента сглаживания
Ксогл = ƒ(Iн),
где К п – коэффициент пульсаций
U
Кп = .
Uo
3.Осциллограммы
выходного напряжения со всеми исследуемыми фильтрами
рисуются для максимального тока в нагрузке.
4.По
где К - коэффициент передачи цепи с нагрузкой. Реальное значение коэффициента
пульсаций источника питания Кп = (0,01…5)%. В зависимости от типа
применяемого фильтра можно в значительной степени варьировать Кп. Чтобы
характеризовать фильтры, вводят коэффициент фильтрации и коэффициент
сглаживания, который определяется: следующим образом :
результатам эксперимента сделать выводы о выпрямляющем действии
разного вида схем выпрямителей и о качестве сглаживания переменной
составляющей напряжения фильтрами.
1 = 
1 = 
К п ( с фильтром )

Кф
Кс
0,667
Кп
Ксогл =  ,
К п ( без фильтра )
Значение лежит в пределах 10…200 единиц. Чем больше Кф, тем лучше фильтр.
Кроме этих параметров, для характеристики источника питания используются
параметры :
1) значение выходного напряжения;
2) стабильность выходного напряжения;
3) максимальное значение тока, который может обеспечить источник питания;
4) ряд климатических и температурных параметров.
Рассмотренная схема однополупериодного выпрямителя, несмотря на простоту,
обладает рядом недостатков:
1) поскольку диод работает в течение одного полупериода, во второй период
трансформатор не используется;
12
21
5. Программа выполняемых работ.
1.Для исследования работы 1-полупериодной схемы выпрямителя без фильтра
собрать схемы выпрямителя:
а) с каждым из диодов VD1-VD4; б) с двумя диодами.
2.Для сравнения с однополупериодной схемой выпрямителя собрать 2-х
полупериодную схему с заземленной средней точкой трансформатора:
а) с положительным выпрямленным напряжением;
б) с отрицательным напряжением на нагрузке.
3.Собрать мостовую схему выпрямления без фильтра.
4.Исследовать влияние вида фильтра на качество выпрямления, подключив к 2-х
полупериодной схеме выпрямителя (мостовой или с заземленной средней точкой
трансформатора) следующие фильтры:
а) С1;
б) С1+С2; в) Г- образный фильтр; г) П- образный фильтр.
6. Методические указания.
2) по той же причине (работа в один полупериод) для обеспечения малого Кп на
выходе необходимо использовать сложные фильтры;
3) обратное напряжение Uобр, на которое должны быть рассчитаны диоды в этой
схеме, равно 2Um вых, т.е.
Uoбp  2  √¯2 Uдейств, поэтому наиболее широкое
распространение получили двухполупериодные выпрямители.
3.Двухполупериодная схема выпрямителя.
Для двухполупериодных выпрямителей используется два варианта схем:
1)выпрямитель, в котором используется трансформатор сo средней точкой;
2) мостовая схема.
По выходным параметрам обе схемы примерно эквивалентны.
3.1.Двухполупериодный выпрямитель с
использованием трансформатора со средней точкой.
1. Для любой схемы выпрямителя использовать:
а)
источник переменного напряжения ИП, выходные клеммы которого 
15вольт, общ. 15 вольт;
б) приборы для измерения тока нагрузки (R2, R3) 1-й постоянной составляющей
выпрямленного напряжения Uo;
в) для наблюдения формы выходного напряжения и измерения переменной
составляющей этого напряжения U подключить осциллограф к выходу выпрямителя.
Данные измерений I, Uo, U занести в таблицу:
+ (-)
VD1
W'2
220 в
- (+)
+ (-)
- Rн +
Таблица 6.1
Без фильтра
Одно п/п с
2-мя
диодами
2-х п/п
со ср.т.
2-х полупериодная с фильтром
мостовая
С1
С1+С2
Г
П
Cф
VD2
W''2
- (+)
Рис.3.1.
Эпюры напряжений на обмотках трансформатора и выходе представлены на
рис.3.2.
Приведенная схема выпрямителя представляет два однополупериодных
выпрямителя, работающих на общую нагрузку. Рассмотрим первый полупериод.
Полярности напряжений на вторичной обмотке трансформатора показана
знаками «+» и « - » без скобок..
Iн
U
Uo
Kп
Kсгл
20
13
+
б
a)Uw2
t
VD1
220 в
VD2
в
a
VD4
б)Uw2
t
VD3
г
__
Рис.4.3.
в)URн
без Сф
t
г)URн
с Сф
б
+
t
t
д)UD
Сф вкл
VD1
220 в
VD3
W2
_
Uобр = 2Uw2
Рис.3.2.
14
а
Рис.4.4.
диоды выпускаются серийно нашей промышленностью и стоимость их
невелика, увеличение количества диодов нельзя рассматривать, как недостаток
схемы. Поэтому рассматриваемая схема в настоящее время получила наиболее
широкое применение.
19
б
Сф
+(-)
VD1
220 в
При этом на средней точке обмотки одновременно получается и положительный и
отрицательный потенциал. Необходимо помнить, что знак потенциала сам по себе
существовать не может - его определяют относительно другой точки. В данном случае,
для первого полупериода потенциал средней точки трансформатора будет отрицательным
относительно верхнего вывода обмотки W '2, но одновременно будет положительным,
относительно нижнего вывода обмотки W ' ' 2.
VD2
в
a
Rн
VD4
В первый полупериод к аноду VD1 с обмотки W'2 прикладывается положительный
потенциал, а к катоду этого же диода через RH и .Сф - отрицательный потенциал, т.е. диод VD1
открыт, его сопротивление мало, и RH и Сф подключены как бы параллельно обмотке W'2.
Через RH и Сф начнет протекать ток Iv1. Часть этого тока создаст падение напряжения на Rн,
а другая часть заряжает конденсатор Сф. Напряжение нагрузки будет повторять форму
напряжения на конденсаторе.
VD3
г
-(+)
Рис.4.1.
a)Uw2
t
б)URн
без Сф
t
UD3+UD4=Uc
в)URн
с Сф
t
0
m1
n1
m2
n2
t
г)UD2,4
t
д)UD1,3
Диод VD2 это время закрыт, т.е. к аноду его приложен потенциал (-) с обмотки W ' ' 2, а к
катоду (+) потенциал, и цепь VD2 можно рассматривать как разрыв цепи.
На рисунке 3.2. напряжение на RH без Сф будет точно повторять форму напряжения на
вторичной обмотке трансформатора и имеет форму полусинусоиды. При подключении
Сф (рис.З.2.) форма напряжения будет отличаться от синусоидальной из-за инерционности
конденсатора. А напряжения на диоде VD1 будет определяться разностью напряжений
U'w2 –Uвых (или U – U2 ) (рис 3.2.а.-3.2.г.).
По мере заряда конденсатора напряжения на выходе и на обмотке W2 постепенно
приближаются к одному значению в точке m1 - Uсф = Uw '2. При зт.ом напряжение,
приложенное к VD1, станет равным нулю, и затем напряжение Uw '2 < Uсф, т.е. полярность
напряжения на диоде Uд станет обратной, и VD1 закроется, диод VD2 в этот (m1-n1)
момент тоже закрыт, т.к. полярность напряжения на обмотке W ' '2 еще не изменилась (т.е.
первый полупериод).
В момент перехода от первого ко второму полупериоду полярность напряжения на вторичной
обмотке сменится. Знаки на рис. 3.1 показаны в скобках. При этом открывается VD2
(т.к. к аноду приложен + Uw ' '2 , к катоду + |Uсф < Uw ' '2 | ), сопротивление его становится
малым, и нагрузка вместе с Сф через oткрытый VD2 подключены параллельно
обмотке W ' '2 , и заряд конденсатора и напряжение на выходе будут сохраняться за
счет напряжения обмотки Uw ' '2 .
Рис.4.2.
18
15
Диод VD1 продолжает оставаться закрытым, т.к. к аноду приложен - Uw '2 , а к катоду
+ Uсф. Но следует отметить, что VD2 откроется только в момент n1, когда Uw2
больше остаточного Uсф, и после этой точки VD2 откроется, и начнет протекать ток
заряда по цепи: нижний конец Uw ' '2 , имеющий (+) потенциал  открытый диод
VD2  R н || Сф  верхний конец Uw ' '2 или (-) потенциал. Диод VD2 открыт, и
зарядный ток будет существовать (протекать) до тех пор, пока Uw ' '2 > Uсф.
Начиная с m2 Uw ' '2 < Uсф диод VD2 закроется.
диоды VD2 и VD4. Ток заряда будет протекать по следующей цепи: верхний вывод
обмотки W2 (+ )  диод VD2  Сф | | Rн  диод VD4  нижний вывод, обмотки W2 ( - ).
Если рассмотреть эпюры напряжения на диодах (см. рис. 3.2.д.), то в момент, когда
диоды открыты, падение напряжения на них мало и составляет доли вольта. В
момент закрытого состояния диодов полярность напряжений для них будет обратной
и составляет удвоенное амплитудное значение выходного напряжения. В случае, когда
RH 
(или нагрузка отключена) разряда конденсатора не происходит, обратное
напряжение, приложенное к диоду, будет равно точно 2Um, т.е. аналогично
однополупериодной схеме выпрямителя.
Диоды VD1 и VD3 тоже подключены параллельно обмотке W2, но полярность,
приложенных к ним напряжений такова, что они закрыты. Форма напряжений, которая
получается на нагрузке, полностью совпадает с формой напряжения в предыдущем
выпрямителе со средней точкой (см. рис.3.2.г) и приведены на рис. 4.2в.

Как видно из принципа работы рассмотренной схемы, у трансформатора также
имеется случай недоиспользования вторичных полуобмоток, т.к. они работают
только один полупериод. Это является крупным недостатком по той причине, что
трансформаторы в изготовлении достаточно дорогие элементы, а мы используем их
не полностью.
Лишенными указанных недостатков являются двухполупериодные мостовые схемы
выпрямителей.
4.Мостовая схема выпрямителя.
Сопротивление открытых диодов можно считать примерно равными нулю, т.е. можно
закоротить точки б и в, а и г, a Rн с Сф в этом случае подключатся параллельно
обмотке W2, и схема для первого полупериода будет выглядеть после преобразования
следующим образом (см. рис. 4.3, 4.4).
Форма напряжения на диодах приведена на рис. 4.2.г и 4.2.д. Причем на участках m1n1 и m2-n2 (когда все 4 диода закрыты), напряжения на диодах будут совпадать с
формой напряжения на Сф, а на участках 0-m1 и n1-m2 и т.д. (в том случае, когда
одна пара диодов открыта, а вторая закрыта). На открытом диоде падение напряжения
будет определяться током через него и сопротивлением диода в открытом состоянии, а
на закрытом диоде напряжением Uw2 трансформатора, т.к. закрытый диод подключен
параллельно вторичной обмотке (см. рис.4.4).
Из приведенных графиков и схем видно, что максимальное обратное напряжение,
которое может быть приложено в данной схеме к диоду, не превышает амплитудного
значения напряжения. Т.е. требования к диодам в данной схеме по направлению в 2 раза
ниже, чем в предыдущей схеме, что является очень важным достоинством
рассматриваемой схемы.
Диоды D1D4 образуют «мост» (см. рис.4.1.) , к одной диагонали которого между
точками б и г подводится переменное напряжение, а с другой диагонали между
точками а и в снимается выпрямленное напряжение. В первый полупериод
(полярность напряжения на вторичной обмотке указана без скобок) будут открыты
Другим достоинством является то, что в трансформаторе необходимо иметь только одну
вторичную обмотку, которая работает оба полупериода. Для этой схемы необходимо
четыре диода, но, учитывая, что
16
17