Выпрямление переменного тока

Если в качестве источника питания приемника или усилителя используется электроосветительная сеть, то переменный ток обязательно должен быть вы­прямлен.

Помнишь свойства полупроводниковых диодов? Полупроводниковый диод хорошо проводит ток одного направления — прямой, и очень плохо ток. другого направления — обратный. Будем для простоты считать, что он, как и вакуумный Диод, не пропускает ток обратного направления.

Схема простейшего выпрямителя переменного тока изображена на рис. 123. На ней резистором Rн обозначена нагрузка выпрямителя, т. е. питаемые выпрямителем цени транзисторов или электронных ламп радиотехнического устройства.

Всмотрись внимательно в графики, иллюстрирующие сущность действия выпрямителя. Они должны напомнить тебе работу детектора в своих первых приемниках. Только там диод выпрямлял модулированные колебания высокой частоты, а здесь он выпрямляет переменный ток электросети. В дан­ном случае диод пропускает к на­грузке положительные полуволны переменного тока и не пропускает отрицательные. В результате в на­грузке Ra течет ток одного направ­ления, но пульсирующий с частотой 50 Гц.

Можно ли таким током питать приемник? В принципе можно. Он выпрямленный. Но этого делать не следует. При прохождении пульси­рующего тока через телефон или головку громкоговорителя, вклю­ченную в коллекторную цепь тран­зистора или анодную цепь лампы, будет прослушиваться гул низкого тона с частотой 50 Гц, называемый фоном переменного тока. Этот недостаток можно частично устранить, если на выходе выпря­мителя параллельно нагрузке вклю­чить конденсатор, как это показано на рис. 124, а. Заряжаясь от импуль­сов тока, конденсатор С1 в момент спадания тока или его исчезновения (между импульсами) разряжается через нагрузку Rn. Если конденсатор достаточно большой емкости, то за время между импульсами тока он не будет успевать полностью разря­жаться и через нагрузку будет непрерывно поддерживаться ток. Ток, под­держиваемый за счет заряда конденсатора, показан на рис. 124, а сплош­ной волнистой линией. Но и таким, несколько приглаженным током тоже нельзя питать приемник или усилитель: он будет «фонить», так как пульса­ции пока еще очень ощутимы.

Для устранения этого неприятного явления на выход выпрямителя можно включить ячейку сглаживающего фильтра, состоящую еще из одного конденсатора большой емкости и дросселя низкой частоты, как пока­зано на рис. 124, б. Дроссель низкой частоты — эта катушка со стальным магнитопроводом. Обладая большим индуктивным сопротивлением, дроссель оказы­вает сильное противодействие всяким изменениям протекающего через него тока: препятствует нарастанию тока и, наоборот, поддерживает убывающий ток. Это свойство дросселя и используют для сглаживания пульсаций выпрямленного тока. В результате совместного действия всех элементов фильтра в нагрузке Ra течет хорошо «приглаженный» ток.

Конденсатор С1? с которого подается пульсирующее напряжение на ячейку фильтра, называют входным конденсатором фильтра, а конденсатор С2, включенный после дросселя,— выходным.

В выпрямителях, работу которых мы сейчас разобрали, полезно исполь­зуется энергия только половины волн переменного тока. Такое выпрямление переменного тока называют однополупериодным, а выпрямители — однополупериодными выпрямителями. Однако выпрямители, по­строенные по таким схемам, страдают двумя существенными недостатками.

Рис. 125. Двухполупериодный выпрямитель с трансформатором питания.

Первый из них заключается в том, что напряжение выпрямленного тока равно примерно напряжению сети, в то время как для питания транзисторных конструкций необходимо более низкое напряжение, а для ламповых часто более высокое напряжение. Второй недостаток — недопустимость присоединения за­земления к приемнику, питаемому от такого выпрямителя. Если приемник за­землить, ток из электросети пойдет через приемник в землю — могут перегореть предохранители. Кроме того, приемник или усилитель, питаемые от такого выпрямителя и, таким образом, имеющие прямой контакт с электросетью, опасны — можно получить электрический удар.

Оба эти недостатка устранены в выпрямителе с трансформатором питания (рис. 125). Здесь выпрямляется не напряжение электросети, а напря­жение вторичной II обмотки трансформатора Тр. Поскольку эта обмотка изо­лирована от первичной сетевой обмотки I, радиоконструкция не имеет контакта с сетью и к ней можно подключать заземление.

В выпрямителе четыре диода, включенные по так называемой мостовой схеме. Диоды являются плечами моста. Нагрузка Rн включена в диагональ 1-2 моста. В таком выпрямителе в течение каждого полупериода работают поочередно два диода противоположных плеч моста, включенных между собой последовательно, но встречно по отношению ко второй паре диодов. Следи внимательно! Когда на верхнем (по схеме) конце вторичной обмотки положи­тельный полупериод, ток идет через диод Д2» нагрузку RH, диод Д3 к нижнему концу обмотки II (график а). Диоды Д1 и Д4 в это время закрыты. В течение другого полупериода переменного напряжения, когда плюс на нижнем конце обмотки II, ток идет через диод Д4, нагрузку Rн, диод Д1 к верхнему концу обмотки (график б). В это время диоды Д2 и Д3 закрыты и, естественно, ток через себя не пропускают. И вот результат: меняются знаки напряжения на концах вторичной обмотки трансформатора, а через нагрузку выпрямителя идет ток одного направления (график в).

В таком выпрямителе полезно используются, оба полупериода переменного тока, поэтому подобные выпрямители называют двухполупериодными.

Эффективность работы двухполупериодного выпрямителя по сравнению с однополупериодным налицо: частота пульсаций выпрямленного тока удвои­лась, «провалы» между импульсами уменьшились. Среднее значение напряжения постоянного тока на выходе такого выпрямителя равно примерно переменному напряжению, действующему во всей вторичной обмотке трансформатора. А если его дополнить фильтром, сглаживающим пульсации выпрямленного Тока, выходное напряжение увеличится в 1,4 раза, т. е. примерно на 40%.

Нужно, однако, отметить, что даже при использовании двухполупериодного выпрямителя и наличии фильтра некоторые пульсации выпрямленного тока на нагрузке все же остаются, но они настолько малы, что практически не влияют на работу приемно-усилительных устройств.

В. Г. Борисов. Юный Радиолюбитель