Что называют коэффициентом пульсаций выпрямленного напряжения

9. Вопрос. Коэффициент пульсаций

Ответ: Если напряжение на нагрузке пульсирует, достигая максимального значения один раз за период, такую кривую напряжения можно представить в виде суммы постоянной составляющей и ряда синусоид различной амплитуды и частоты.. Из переменных составляю­щих выпрямленного напряжения наибольшую амплитуду имеет составляющая самой низкой (основной) частоты, т. е. амплитуда первой гармоники. Можно доказать, что для однополупериодной схемы ампли­туда первой гармоники

Частота первой гармоники равна частоте сети так как кривая напряжения на нагрузке достигает максимального значения один раз за период.

Пульсации напряжения на нагрузке оцениваются коэффициентом пульсаций

Для однополупериодной схемы коэффициент пульсаций : т. е. амплитуда первой гармоники в 1,57 раза больше выпрямленного напряжения.

По вторичной обмотке проходит постоянная составляющая тока нагрузки . Она подмагничивает сердечник трансформатора. В стали трансформатора возникают потери, увеличивается ток холостого хода трансформатора и снижается КПД всего устройства.

Вопрос 10 : Двухполупериодные выпрямители.

Ответ: Двухполупериодные схемы выпрямления бывают двух типов, схема c выведенной средней точкой вторичной обмотки трансформатора и мостовая схема.

Двухполупериодная схема с выводом средней точки (рис. 8.2, а) состоит из трансформатора , вторичная обмотка которого имеет дополнительный вывод от средней точки, двух диодов и . Данная схема представляет собой сочетание двух однополупериодных схем, работающих на общую нагрузку. В этой схеме в течение первого полупериода (интервал 0-) диод будет открыт, так как к аноду диода приложен положительный потенциал с верхней точки вторичной обмотки трансформатора, а катод через нагрузку подключен к среднему выводу вторичной обмотки, который имеет отрицательный

потенциал. Через нагрузку будет проходить ток первого диода (см. рис. 8.2). На этом же отрезке времени к диоду будет приложено обратное напряжение (с другой половины вторичной обмотки трансформатора) и он окажется закрытым. В течение следующего полупериода (интервал -2) прямое напряжение окажется приложенным ко второму дио­ду, а обратное- к первому диоду, поэтому открытым будет диод и по нагрузке проходит ток.

Таким образом, ток в нагрузке в течение всего периода переменного напряжения протекает в одном и том же направлении. Этот ток вызывает на нагрузке пульсирующее напряжение .

Основные параметры схемы:

• Среднее значение выпрямленного напряжения на нагруз­ке за период будет в 2 раза больше, чем при однополупериодном выпрямлении

где действующее значение напряжения на одной из полуобмоток трансформатора.

• Среднее значение выпрямленного тока:
• Максимальное обратное напряжение на диоде например на определяется максимальным напряжением между концами вторичной обмотки, так как к аноду диода приложено напряжение верхнего конца вторичной обмотки, в данный момент отрицательное, а к катоду через диод , который проводит ток, приложено положитель­ное напряжение нижнего конца вторичной обмотки.

Следовательно, в двухполупериодной схеме макси­мальное обратное напряжение на диоде более чем в 3 раза превышает выпрямленное напряжение.

• Действующее значение токов, проходящих через первичную и вторичную обмотки трансформатора:

• Максимальное значение тока вентиля

• Среднее значение тока через диод равно половине тока нагрузки, так как в схеме поочередно проводят ток два вентиля:

Действующее значение тока вентиля

• Коэффициент пульсаций

Сердечник трансформатора в схеме двухполупериодного выпрямления не подмагничивается, Сравнивая двухполупериодную схему выпрямле­ния с однополупериодной, можно сделать следующие выводы: а)среднее значение тока диода уменьшается в 2 раза при одном и том же токе нагрузки; б)меньше коэффициент пульсаций (0,67), с)лучше используется трансформатор; д) обратное напряжение в обоих схемах одинаково. Однако есть и недостатки: необходимость вывода средней точки вторичной обмотки трансфор­матора, а также наличие двух диодов вместо одного.

У вас большие запросы!

Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.

Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.

Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад

26. Однофазный однополупериодный выпрямитель. Диаграммы и принцип работы. Основные параметры схемы.

Однополупериодный выпрямитель или четвертьмост является простейшим выпрямителем и включает в себя один вентиль (диод или тиристор).

Допущения: нагрузка чисто активная, вентиль — идеальный электрический ключ.

Напряжение со вторичной обмотки трансформатора проходит через вентиль на нагрузку только в положительные полупериоды переменного напряжения. В отрицательные полупериоды вентиль закрыт, всё падение напряжения происходит на вентиле, а напряжение на нагрузке Uн равно нулю. Среднее значение переменного тока по отношению к подведенному действующему составит:

Эта величина вдвое меньше, чем в полномостовом. Важно отметить, что среднеквадратичное (устар. эффективное, действующее) значение напряжения на выходе однополупериодного выпрямителя будет в корень из 2 меньше подведенного действующего, а потребляемая нагрузкой мощность в 2 раза меньше (для синусоидальной формы сигнала)

Отношение среднего значения выпрямленного напряжения Uн ср к действующему значению входного переменного напряжения Uвх д называется коэффициентом выпрямления (Kвып). Для рассматриваемой схемы Kвып=0,45.

Максимальное обратное напряжение на диоде Uобр max=Uвх max=πUн ср , т.е. более чем в три раза превышает среднее выпрямленное напряжение (это следует учитывать при выборе диода для выпрямителя).

Коэффициент пульсаций, равный отношению амплитуды низшей (основной) гармоники пульсаций к среднему значению выпрямленного напряжения, для описываемой схемы однополупериодного выпрямителя равен:

Kп=Uпульс max01Uн ср=π2=1,57.

27. Двуполупериодный выпрямитель со средней точкой. Диаграммы работы. Принцип действия. Основные параметры.

На интервале времени [0;T/2] под действием напряжения Uвх1 диод VD1 смещен в прямом направлении (диод VD2 при этом смещен в обратном направлении) и поэтому ток в нагрузочном резисторе определяется только напряжением Uвх1. На интервале [T/2;T] диод VD1 смещен в обратном направлении, а ток нагрузки протекает через прямосмещенный диод VD2 и определяется напряжением Uвх2. Таким образом, средние значения тока и напряжения на нагрузочном резисторе в случае двухполупериодного выпрямления будут в два раза превышать аналогичные показатели для однополупериодной схемы:

Uвх max и Iвх max — максимальные амплитудные значения входного напряжения и тока выпрямителя (по одному из напряжений питания),

Uвх д и Iвх д — действующие значения входного напряжения и тока выпрямителя .

Отрицательным свойством двухполупериодной схемы выпрямления со средней точкой является то, что во время прохождения тока через один из диодов обратное напряжение на другом (закрытом) диоде в пике достигает удвоенного максимального входного напряжения: Uобр max=2Umax. Этого нельзя забывать при выборе диодов для выпрямителя.

Основная частота пульсаций выпрямленного напряжения в данной схеме будет равна удвоенной частоте входного напряжения. Коэффициент пульсаций рассчитанный по методике, аналогичной описанной для схемы однофазного однополупериодного выпрямителя (разложение в ряд Фурье и выделение первой составляющей пульсаций) будет равен: Kп=0,67.

параметры смотреть в предыдущем пункте.

28. Однофазный мостовой выпрямитель. Диаграммы работы и принцип действия. Основные параметры выпрямителя.

В однофазной мостовой схеме к одной из диагоналей моста подключается источник переменного напряжения (вторичная обмотка трансформатора), а к другой – нагрузка.

В мостовой схеме диоды работают попарно: в течение одной половины периода сетевого напряжения ток протекает от вторичной обмотки трансформатора по цепи VD1, RН, VD2, а на втором полупериоде – по цепи VD3, RН, VD4, причем в каждом полупериоде через нагрузку ток проходит в одном направлении, что и обеспечивает выпрямление. Коммутация диодов происходит в моменты перехода переменного напряжения через нуль.

где U2 ─ действующее значение переменного напряжения на входе выпрямителя.

• Действующее значение напряжения на входе выпрямителя

• Среднее значение тока через диод в два раза меньше среднего значения тока нагрузки Id:

• Максимальное значение тока, протекающего через диод

• Действующее значение тока диода

• Действующее значение переменного тока на входе выпрямителя

• Максимальное обратное напряжение на диоде в непроводящую часть периода
• Амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения с частотой 2ω

следовательно,

• коэффициент пульсации выпрямленного напряжения

• Коэффициент трансформации трансформатора

• Мощность первичной и вторичной обмоток вентильного трансформатора

• Расчетная мощность трансформатора

29. Назначение сглаживающих фильтров. Схема однофазного однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром. Особенности работы. Внешние характеристики выпрямителей с фильтрамиСглаживающий фильтр — устройство, предназначенное для уменьшения переменной составляющей выпрямленного напряжения до величины, при которой обеспечивается нормальная работа питаемой аппаратуры или её каскадов. Схема однофазного однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром.Особенности работы. Для снижения уровня пульсаций на выходе выпрямителя включаются разнообразные индуктивно-емкостные фильтры. Наличие конденсаторов и индуктивностей в цепи нагрузки оказывает значительное влияние на работу выпрямителя. В маломощных выпрямителях обычно применяют простейший емкостный фильтр, который представляет собой конденсатор, включенный параллельно нагрузке. В установившемся режиме работы, когда напряжение на входе выпрямителя Uвх больше напряжения на нагрузке Uн и диод выпрямителя открыт, конденсатор будет подзаряжаться, накапливая энергию, поступающую от внешнего источника. Когда же напряжение на входе выпрямителя упадет ниже уровня открывания диода и он закроется, конденсатор начнет разряжаться через Rн, предотвращая при этом быстрое падение уровня напряжения на нагрузке. Таким образом, результирующее напряжение на выходе выпрямителя (на нагрузке) окажется уже не таким пульсирующим, а будет значительно сглажено, причем тем сильнее, чем большую емкость будет иметь применяемый конденсатор. Обычно, емкость конденсатора фильтра выбирают такой, чтобы его реактивное сопротивление было намного меньше сопротивления нагрузки (1/ωC ≪Rн). В этом случае пульсации напряжения на нагрузке малы и допустимо предполагать, что это напряжение постоянно (Uн ≈const). 30. Основные параметры стабилизаторов напряжения. Параметрические стабилизаторы.Основные параметры стабилизатора: 1. Коэффициент стабилизации, равный отношению приращений входного и выходного напряжений. Коэффициент стабилизации характеризует качество работы стабилизатора. 2. Выходное сопротивление стабилизатораRвых = Rдиф Для нахождения Кст и Rвых рассматривается схема замещения стабилизатора для приращений. Нелинейный элемент работает на участке стабилизации, где его сопротивление переменному току Rдиф является параметром стабилизатора. Дифференциальное сопротивление Rдиф определяется из уравнения: Для схемы замещения получаем коэффициент стабилизации с учетом, что Rн >> Rдиф и Rбал >> Rдиф,: Параметрический стабилизатор:В приведенной схеме, при изменении входного напряжения или тока нагрузки — напряжение на нагрузке практически не меняется (оно остаётся таким же, как и на стабилитроне), вместо этого изменяется ток через стабилитрон (в случае изменения входного напряжения и ток через балластный резистор тоже). То есть, излишки входного напряжения гасятся балластным резистором, величина падения напряжения на этом резисторе зависит от тока через него, а ток через него зависит в том числе от тока через стабилитрон, и таким образом, получается, что изменение тока через стабилитрон регулирует величину падения напряжения на балластном резисторе. Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора напряжения Кст = 5 ÷ 30 Для получения повышения стабилизированного напряжения применяют последовательное включение стабилитронов. Параллельное включение стабилитронов не допускается. С целью увеличения коэффициента стабилизации возможно каскадное включение нескольких параметрических стабилизаторов напряжения. 31. Структурные схемы компенсационных стабилизаторов. Принципиальная схема непрерывного стабилизатора напряжения. Получить выражение для выходного напряжения. Недостатки таких стабилизаторов. Компенсационный стабилизатор напряжения, по сути, является устройством, в котором автоматически происходит регулирование выходной величины, то есть он поддерживает напряжение на нагрузке в заданных пределах при изменении входного напряжения и выходного тока. По сравнению с параметрическими компенсационные стабилизаторы отличаются большими выходными токами, меньшими выходными сопротивлениями, большими коэффициентами стабилизации. Непрерывный Принципиальная схема стабилизатора напряжения непрерывного действия приведена на рис. б. Здесь роль ИЭ выполняет делитель напряжения на резисторах R₁ и R₂. Балластный резистор R_б и стабилитрон VD представляют собой маломощный параметрический стабилизатор, выполняющий роль ИОН. Операционный усилитель (ОУ) DA, включенный по схеме дифференциального усилителя, выполняет роль УС. ТранзисторVT является РЭ стабилизатора. Выходное напряжение стабилизатора можно регулировать, меняя соотношение сопротивлений делителя R₁ и R₂:

Основные характеристики схем выпрямителей при работе на резистивную нагрузку

2

Действующий ток вторичной обмотки I₂

Действующий ток первичной обмотки I₁

Расчётная мощность трансформатора Р_ТР

Обратное напряжение на диоде U_ОБР

Среднее значение тока диода

Действующее значение тока диода I_Д

Амплитудное значение тока диода I_Д

Частота основной гармоники пульсации

Коэффициент пульсаций выходного напряжения q

Лабораторная работа №1

Исследование однофазного мостового выпрямителя с ёмкостным фильтром

Цель работы – исследовать схему однофазного мостового выпрямителя при работе на активную нагрузку и с ёмкостным сглаживающим фильтром.

1.1. Краткие теоретические сведения

Однофазный мостовой выпрямитель (рис.1.1) чаще всего применяется в маломощных источниках вторичного электропитания.

Рис. 1.1. Схема однофазного мостового выпрямителя.

Рассмотрим вначале работу выпрямителя без учёта влияния ёмкостного фильтра (конденсатор С отключён). Диоды в схеме работают попарно. В один из полупериодов сетевого напряжения, когда потенциал точки «а» положителен относительно потенциала точки «б», диоды VD1 и VD4 открыты, а VD2 иVD3 закрыты. Напряжение вторичной обмотки создаёт ток i_а, который протекает по цепи: диод VD1, резистор R_Н и диод VD4. К диодам VD2 и VD3 прикладывается переменное обратное напряжение, равное u₂. В следующий период сетевого напряжения точка «а» имеет отрицательный потенциал по отношению к потенциалу точки «б». Теперь открыты диоды VD3 и VD2, а ток протекает от точки «б» к точке «а» по цепи: диод VD3, резистор R_Н и диод VD2. Таким образом, в течение всего периода через нагрузку R_Н протекает ток в одном направлении, что и обеспечивает на нагрузочном резисторе однополярное (униполярное) напряжение, при этом диоды, работая попарно, открыты (проводят ток в прямом направлении) в течение одного полупериода сетевого напряжения. Выпрямленное напряжение на нагрузке имеет пульсирующий характер и является периодическим несинусоидальным напряжением, представляющим собой однополярные импульсы следующие с частотой равной удвоенной частоте сетевого напряжения (f = 2f_C) (рис. 1.2 а).

Рис. 1.2. Временные диаграммы напряжения на нагрузке и токов в диодах однофазного мостового выпрямителя: а) без фильтра, б) с ёмкостным фильтром.

Оно может быть разложено в ряд Фурье на постоянную и гармонические составляющие

. (1.1)

При этом частота первой (основной) гармоники для двухполупериодного выпрямителя равна удвоенной частоте выпрямляемого напряжения. Все другие (высшие) гармонические составляющие имеют более высокие частоты, кратные основной частоте, а амплитуды уменьшаются по мере повышения частоты гармоники и их можно определить воспользовавшись выражением

, (1.2)

где номера гармонических составляющих;m – эквивалентное число фаз выпрямления (число пульсаций выпрямленного напряжения за период сетевого напряжения — пульсность схемы) (для данной схемы m = 2).

Средневыпрямленное напряжение в нагрузке U_Н находится из кривой рис.1.2 а, определяя напряжение U_Н как среднее за полупериод значение напряжения u₂:

, (1.3)

где U₂ – действующее значение напряжения вторичной обмотки.

Поскольку величина U_Н при расчете выпрямителя является заданной, находим вторичное напряжение:

, (1.4)

а также коэффициент трансформации трансформатора

n = . (1.5)

Как видно из рис. 1.2 а мгновенные значения выпрямленного напряжения u_Н изменяются в течении периода от максимального значения равного до нуля.

Для оценки качества выпрямленного напряжения пользуются так называемым коэффициентом пульсаций q_i, характеризующим отношение амплитуд й гармонической составляющей к среднему значению напряженияU_Н. Коэффициент пульсаций обычно определяют по амплитуде первой (основной) гармонической составляющей , как наибольшей из всех остальных и наиболее трудно поддающейся фильтрации:

(1.6)

Для рассматриваемой схемы частота первой гармоники пульсации

f_П(1) = 2f_C и при частоте питающей сети f_C = 50 Гц составляет 100 Гц.

Подстановкой в выражение (1.6) m = 2 определяем коэффициент пульсаций по первой гармонике:

т.е. амплитуда первой гармонической составляющей для данной схемы составляет 67% от U_Н.

По выражению (1.6) можно определять уровень пульсаций (коэффициент пульсаций q) выпрямительных схем, не содержащих реактивных элементов.

Диоды для схем выпрямителей подбираются по среднему и максимальному значениям тока протекающим через диод, а также максимальному обратному напряжению. Так как ток нагрузки протекает через пары диодов поочерёдно, то среднее значение тока, протекающего через диоды равно

Максимальный ток диода

. (1.9)

В то время как одна пара диодов проводит ток, оставшиеся два диода включены параллельно и к ним прикладывается обратное напряжение (U_{VD. ОБР}), максимальная величина которого равна амплитуде напряжения вторичной обмотки трансформатора, т. е.

. (1.10)

Для расчета силового трансформатора помимо напряжений U₁ и U₂ необходимо знать действующие значения токов I₁ и I₂ протекающих через его обмотки. Поскольку ток вторичной обмотки определяется током соответствующего диода (i₂ = i_а), расчет тока I₂ проводится по кривой (рис. 1.2 а) с учётом известного выражения для нахождения действующего значения тока

. (1.11)

Ток i₁ в первичной обмотке трансформатора имеет синусоидальную форму и для каждого полупериода определяется током вторичной обмотки с учётом коэффициента трансформации n. Ток I₁ находим, определив амплитуду тока I_2m во вторичной цепи по выражению 1.9 откуда

. (1.12)

Расчётные мощности обмоток трансформатора S₁ и S₂ находят по произведениям действующих значений токов и напряжений обмоток, а типовую мощность – как среднеарифметическое мощностей S₁ и S₂:

(1,13)

, (1.14)

(1.15)

Работа выпрямителя при активно-ёмкостной нагрузке.

Коэффициент пульсаций напряжения, питающего электронные устройства, _должен составлять для основных усилительных каскадов 10 -4 …10 -5 , а для входных усилительных каскадов – 10 -6 …10 -7 . Таким образом полученное непосредственно с выпрямителя напряжение нельзя использовать. В выпрямленном напряжении необходимо снизить коэффициент пульсаций до требуемой величины. Для этого применяют специальные устройства, называемые сглаживающими фильтрами.

Сглаживающие фильтры можно подразделить на два класса: пассивные и активные (электронные). В активных фильтрах содержаться электронные приборы (транзисторы, ОУ и др.). Пассивные фильтры состоят обычно из реактивных элементов: конденсаторов, дросселей. Эти фильтры имеют наибольшее распространение в схемах выпрямителей вторичных источников питания. По числу фильтрующих звеньев фильтры подразделяют на однозвенные и многозвенные.

Основные элементы сглаживающих фильтров: конденсаторы, индуктивности и транзисторы, сопротивление которых различны для постоянного и переменного токов. Для постоянного тока сопротивление конденсатора равно бесконечности, а сопротивление индуктивной катушки очень мало. Реактивные элементы, входящие в схему фильтра, накапливают энергию, когда напряжение на выходе выпрямителя увеличивается, и отдают накопленную энергию в нагрузку, когда напряжение выпрямителя уменьшается. Сопротивление транзистора постоянному току (статическое сопротивление) на два три порядка меньше сопротивления переменному току (динамическое сопротивление). Основной параметр характеризующий эффективность действия сглаживающего фильтра, — коэффициент сглаживания, равный отношению коэффициентов пульсаций на входе и выходе фильтра:

. (1.16)

Ёмкостные фильтры. Эти фильтры относятся к однозвенным. Ёмкостной фильтр включается параллельно нагрузочному резистору R_Н (рис. 1.1). Включение конденсатора параллельно нагрузке изменяет режим работы выпрямителя по сравнению с работой при чисто активной нагрузке. Поведение схемы обуславливаемое процессами заряда и разряда конденсатора, характеризуется импульсным режимом её работы. Подключение конденсатора С изменяет интервал проводимости диодов (рис. 1.2 б). На интервале 0…t₁ и когда u₂ < u_C и все диоды заперты, конденсатор разряжается на нагрузку с постоянной времени На интервалеt₁…t₂ выполняется условие u_C < u₂, отпирается одна пара диодов и конденсатор С заряжается с постоянной времени , гдеR_i – внутреннее сопротивление выпрямителя. На интервале t₂…t₃ конденсатор вновь разряжается и далее процесс повторяется. Таким образом, ток во вторичной обмотке, а следовательно и в первичной протекает только на интервалах проводимости одной из пар открытых диодов и носит несинусоидальный характер. Чередование пар открытых и запертых диодов определяется полярностью напряжения вторичной обмотки.

При использовании ёмкостных фильтров следует иметь в виду, что импульсы тока при открытом вентиле определяются сопротивлениями вентиля и вторичной обмотки трансформатора и могут достигать значительной величины (амплитудное значение тока диодов I_Аm = (3…8) I_Н). Такие скачки тока могут привести к выходу вентиля из строя. Это особенно опасно для полупроводниковых диодов, так как их сопротивление при прямом включении имеет небольшую величину. Для ограничения величины тока через вентиль последовательно с ним следует включать добавочный резистор.

Как показывают временные диаграммы рис. 1.2, б при включении ёмкостного фильтра кривая напряжения u_Н отличается от аналогичной кривой при чисто активной нагрузке (рис. 1.2,а). Наличие конденсатора делает её сглаженной напряжение u_Н не уменьшается до нуля, а пульсирует в некоторых пределах, увеличивая средне значение выпрямленного напряжения. Без учёта падений напряжения на элементах схемы напряжение U_Н в режиме холостого хода близко к амплитудному значению U_2m = 1,41 U₂.

Ёмкость конденсатора С выбирают такой величины, чтобы для основной гармоники выпрямленного напряжения сопротивление конденсатора было много меньше R_Н, т.е.

или С >> . (1.17)

При таком выборе величины ёмкости конденсатора постоянная времени разряда значительно больше периода изменения выпрямленного напряжения:

(1.18)

и конденсатор С разряжается сравнительно медленно, т. е. напряжение на нём изменяется несущественно. Это приводит к увеличению среднего значения напряжения на нагрузочном резисторе U_Н по сравнению с величиной U_Н в отсутствии фильтра и уменьшению переменной составляющей, а следовательно к снижению коэффициента пульсаций q_ВЫХ, который вычисляется по формуле

, (1.19)

где U_Н1m – амплитуда первой гармоники напряжения пульсаций.

Расчет коэффициента пульсаций производят по формуле

, (1.20)

где .

Для мостового выпрямителя коэффициент пульсаций на выходе схемы выпрямления (входе фильтра) можно определить воспользовавшись формулой (1.6). Поэтому с учётом выражений (1.16 и 1.20) коэффициент сглаживания С – фильтра, включенного на выходе мостового выпрямителя будет

. (1.21)

В случае однофазного мостового выпрямителя (m = 2) получим:

. (1.22)

Из выражения (1.21) следует, что при заданной ёмкости конденсатора (вместе с величиной сопротивления нагрузки определяет значение постоянной времени ) сглаживающее действие С — фильтра улучшается с увеличением сопротивления нагрузки. Поэтому ёмкостной фильтр целесообразно применять в маломощных выпрямителях при мощности нагрузки не более нескольких десятков ватт.

Необходимо отметить, что формулы (1.20…1.22) справедливы, когда величина коэффициента пульсаций q_ВЫХ не превышает нескольких процентов.

Основное достоинство С – фильтра — простота. К его недостаткам следует отнести большую величину зарядного тока конденсатора, а значит, большую амплитуду прямого тока через выпрямительные диоды.

Внешние характеристики выпрямителей

Сопротивление нагрузочного резистора выпрямителя при работе, как правило, изменяется, вызывая изменения нагрузочного тока I_Н. Реальные трансформаторы и вентили имеют определённые величины активных сопротивлений r_ТР и r_ПР. На этих сопротивлениях происходит падение напряжения от тока I_Н, приводящее) к изменению напряжения U_Н. Нагрузочный ток I_Н и падение напряжения U_Н связаны между собой аналитическим выражением:

, (1.23)

где U_НХХ – выпрямленное напряжение при холостом ходе (I_Н = 0); r_ПРI_Н – среднее значение падения напряжения на активном сопротивлении вторичной обмотки трансформатора; r_ТРI_Н – среднее значение падения напряжения на сопротивлении вентиля в прямом направлении.

Зависимость среднего значения выходного напряжения (напряжения на нагрузке) от среднего значения выходного тока (тока нагрузки) U_Н = F(I_Н) называют внешней характеристикой выпрямителя (рис.1.3). Она определяет границы изменений нагрузочного тока, при которых выпрямленное напряжение не уменьшается ниже допустимой величины и является одной из важнейших характеристик выпрямителя.

Внешние характеристики однофазного мостового выпрямителя приведены на рис.1.3.

При отсутствии фильтра и R_Н = (режим холостого хода) напряжениеU_Н = U_НХХ = 0,9 U₂ (I_Н = 0). С ростом тока I_Н (уменьшением сопротивления R_Н) выпрямленное напряжение U_Н падает (кривая 1 на рис.1.3).

Рис. 1.3. Внешние характеристики выпрямителя.

Она не линейна, так как сопротивление открытого диода при изменении тока диода не остаётся постоянным. Кривая 2 соответствует выпрямителю с ёмкостным фильтром и значительно отличается от кривой 1.

В режиме холостого хода (I_Н = 0) выпрямленное напряжение выпрямителя с ёмкостным фильтром равно амплитудному значению выпрямляемого напряжения U_2m, а выпрямителя без фильтра в том же режиме – среднему значению этого напряжения: . С ростом тока кривая 2 изменяется более резко, чем кривая 1. Это объясняется тем, что при наличии ёмкостного фильтра снижение напряженияU_Н с ростом тока I_Н, вызванного уменьшением сопротивления R_Н, происходит не только за счёт увеличения падения напряжения на сопротивлениях вентиля и вторичной обмотки трансформатора, но и за счёт более быстрого разряда конденсатора на меньшее сопротивление R_Н, что естественно приводит к дополнительному снижению значения выпрямленного напряжения U_Н.

Наклон внешней характеристики при том или ином токе I_Н характеризуют выходным сопротивлением R_ВЫХ, которое определяется выражением

(1.24)

и показывает на сколько вольт измениться напряжение на выходе выпрямителя при изменении нагрузочного тока на один ампер.

Чем меньше величина R_ВЫХ, тем меньше выходное напряжение зависит от выходного тока, что обычно и требуется.