SOh 50н 50k C=l-r-CZ>rCZ>

й, Дг Дэ

-W-CZ1-I Ш

Рис. 27. Схемы с полупроводниковыми диодами (продолжение). 89

через общую нагрузку в одном и том же направлении (рис. 27-2). У каждого выпрямителя, у каждой половинки такой схемы свой собственный источник переменного напряжения, своя вторичная обмотка трансформатора - и ". Практически для удобства намотки это одна вторичная обмотка, дающая удвоенное напряжение, от середины которой сделан отвод.

В другом двухполупериодной выпрямителе - его схема (рис. 27-3) называется мостовой или мостиковой - только один источник переменного напряжения, но благодаря двум дополнительным диодам и здесь удается использовать оба полупериода для создания тока /=. В обеих этих двухполупериодных схемах постоянная составляющая выпрямленного тока достигает почти 70% от /макс

Нагрузкой всех нащих выпрямителей, как видно из схем, является некое условное сопротивление Ra- Практически же нагрузкой могут быть анодные или накальные цепи радиоламп, электродвигатель, транзисторный усилитель, обмотка электромагнита, заряжаемый аккумулятор, измерительный прибор и другие потребители.

До сих пор вместе с постоянной составляющей, которая нужна нагрузке, мы пропускали через нее и все переменные составляющие импульсного тока, все его гармоники. В некоторых случаях гармоники не вредят делу, но чаще их нельзя пускать в нагрузку - от выпрямителя, как правило, требуется «чистый» постоянный ток. Отделение переменных составляющих от постоянной осуществляется с помощью электрических фильтров.

Полностью избавиться от переменных составляющих выпрямленного тока практически нельзя, да это и не нужно. Нужно лищь ослабить их в определенное число раз, с тем чтобы эти переменные составляющие стали значительно слабее постоянной. А чтобы ослабить неременный ток, идущий в нагрузку, нужно создать для него более легкий обходный путь. Причем этот обходный путь должен быть легким только для переменных составляющих, иначе вместе с ними мы ослабим и постоянную составляющую /=.

Простейшим фильтром выпрямителя может служить конденсатор Сф, подключенный параллельно нагрузке /?н (рис. 27-4). Постоянную составляющую этот конденсатор (как и всякий другой!) не пропускает, а для переменной он ведет себя как резистор, сопротивление которого Хс зависиг от частоты / и емкости Сф (Воспоминание № 13).

Емкость конденсатора Сф выбирают с таким расчетом, чтобы его сопротивление Хс было значительно меньше, чем /?«

для первой гармоники выпрямленного тока, то есть для его самой низкочастотной синусоидальной составляющей. При этом исходят из того, что если конденсатор достаточно хорощо отводит от нагрузки, достаточно легко пропускает через себя первую гармонику, то он еще легче пропустит высщие гармоники, имеющие более высокие частоты, потому что емкостное сопротивление конденсатора уменьщается с частотой.

В тех случаях, когда нужна более тщательная фильтрация, более тонкая очистка выпрямленного тока от переменных составляющих, можно применить более сложные фильтры.

В П-образном фильтре с резистором (рис. 27-5) уже знакомый нам конденсатор (здесь он называется Сфг) выполняет свои обычные обязанности - накоротко замыкает переменные составляющие, отводит их от нагрузки. Но в этой схеме задача нащего конденсатора облегчается, так как еще до него фильтрацию осуществляет звено Сф1/?ф. Емкостное сопротивление конденсатора Сф, значительно меньще, чем Яф, и переменные составляющие в значительной степени замыкаются уже через этот конденсатор. Недостаток фильтра в том, что и постоянная составляющая, прежде чем она доберется до нагрузки, должна преодолеть сопротивление Яф. На сопротивлении Яф теряется часть энергии постоянного тока, и из-за этого, как мы сейчас увидим, несколько снижается постоянное напряжение на нагрузке.

От такого недостатка свободен другой П-образный фильтр (рис. 27-7), в котором вместо Яф включен дроссель Др. Индуктивное сопротивление х, в отличие от емкостного хс, уменьщается не с ростом, а с уменьщением частоты (Воспоминание № 15), а для постоянного тока индуктивное сопротивление вообще равно нулю. Поэтому постоянная составляющая /= встречает лищь активное сопротивление проводов дросселя, а оно невелико. В то же время переменным составляющим дроссель оказывает большое сопротивление. Такой фильтр хотя и стоит сравнительно дорого (во всяком случае, дроссель Др более сложная и дорогая деталь, чем резистор Яф), зато почти не снижает выпрямленного напряжения

И, наконец, еще одна схема фильтра, применяемая сравнительно часто (рис. 27-6). На выходе этого фильтра мы получаем два постоянных напряжения-Uaun-\ и С/вып-2 Первое из них отфильтровано хуже, второе - лучше. Но зато ток /вып-! не проходит через Яф, не теряет на нем энергии, и напряжение Овып-х оказывается больше, чем Uaan-2. Полезность такой схемы связана с тем, что в реальной аппаратуре не все узлы требуют выпрямленного напряжения, одинаково хорошо очищенного от гармоник. Так, например, при питании

некоторых мощных усилителей можно допустить, чтобы мощность гармоник составляла 1-2% общей мощности питающего тока. В то же время для микрофонных усилителей мощность гармоник в питающем напряжении не должна превышать нескольких тысячных долей процента.

Как видите, электрические фильтры вместе с диодом участвуют в преобразовании формы сигнала, в нашем случае - в преобразовании переменного тока в постоянный Диод усложняет спектр сигнала, создает в нем новые составляющие. Фильтры, наоборот, упрощают спектр, подавляя некоторые его составляющие. Электрические фильтры - это важнейшие и, пожалуй, самые распространенные элементы радиоэлектронных устройств. Мы будем с ними встречаться на протяжении всей книги и постепенно увидим, из каких сообра-л(ений в тех или иных случаях выбираются элементы фильтра.

Так, например, уже сейчас нетрудно сообразить, что необходимая емкость конденсаторов фильтра выпрямителя зависит от того, насколько нужно очистить выпрямленный ток от гармоник, а также от величины сопротивления нагрузки Ян Чем меньше Яа, тем меньшим должно быть и шунтирующее нагрузку емкостное сопротивление конденсаторов, тем, следовательно, большей должна быть их емкость

Емкость этих конденсаторов зависит также и от выбранной схемы - в двухполупериодных схемах частота самой опасной (самой низкочастотной) первой гармоники в два раза выше, чем в однополупериодной схеме, так как импульсы тока следуют в два раза чаще. А это значит, что емкость фильтра конденсаторов в двухполупериодном выпрямителе может быть в два раза меньше, чем в однополупериодном.

(Проще всего, конечно, при выборе Сф1 и Сф2 исходить из правила «чем больше емкость фильтра, тем лучше», но такой подход может привести вас к серьезным затруднениям, причем не только схемным, но и финансовым.)

Емкость первого конденсатора фильтра Сф1(Сф) (в схеме рис. 27 - 4, 5,6, 7) влияет не только на фильтрацию, но и на величину выпрямленного напряжения. Можно считать, что это напряжение создается на нагрузке постоянной составляющей тока /= и, согласно закону Ома, численно равно =/- /?а. Прежде чем говорить о влиянии Сф1(Сф) на напряжение С=, несколько слов еще об одной скромной пpoфeccиf диода - о его работе в качестве ограничителя

Давайте вместе с переменным напряжением подведем к диоду постоянное, причем так, чтобы это постоянное напряжение яяпипяло пиоп. пействовало на него не в поямом,

а в обратном направлении (рис. 27-8). В этом случае диод не будет пропускать ток не только во время отрицательного полупериода переменного напряжения Ur, но в течение некоторой части положительного полупериода. Только после того, как переменное напряжение, действчощее во время положительного полупернода против постоянного (Уогр, полностью скомпенсирует его, только после этого диод откроется - начнет пропускать ток.

Время существования тока зависит от соотношения постоянного и переменного напряжений. Чем больше t/orp, тем дольше диод остается закрытым, тем меньше времени существуют импульсы тока, или, как говорят иначе, тем сильнее они подрезаны снизу. Такое ограничение тока «снизу» обычно называют его отсечкой. Плавно изменяя Уогр, можно регулировать степень отсечки (рис. 27-10). Если t/orp будет больше, чем амплитуда переменного напряжения Uгамаке, то диод не откроется никогда и тока в его цепи вообще не будет.

В другой схеме диод работает ограничителем по максимуму, срезает верхушку импульса тока (рис. 27-9). Здесь диод Дг заперт, причем заперт лишь в некоторой части положительного полупериода, а в начале и в конце этого полупериода он оказывается открытым. Когда диод Дг открывается, то сильно шунтирует своим небольшим прямым сопротивлением нагрузку Rh2- При этом весь ток идет через Дг, и импульс тока /нз оказывается ограниченным сверху.

Теперь вернемся к выпрямителям.

Для того чтобы легче было понять, что происходит в схеме, когда в ней действует переменное напряжение, можно «остановить мгновенье» и рассматривать это напряжение как постоянное, действующее то в одну, то в другую сторону. Часто можно видеть, как радиолюбители пользуются таким упрощенным методом, и рассуждения их при этом выглядят примерно так: «...Если здесь «плюс», то здесь «минус»... Если этот «минус» меньше этого «плюса», то в итоге будет «плюс»... Этот «плюс» соединен с этим «минусом», значит, оба источника действуют в одну сторону...» и т. д. Причем обозначения «плюс» и «минус» относят и к переменным напряжениям, но при этом, естественно, учитывается, что «плюс» и «минус» у них непрерывно меняются местами. Подобное отношение к переменному напряжению является, конечно, упрощением, но нам такое упрощение и нужно.

На некоторых схемах возле генератора, где действует переменное напряжение U,, вы увидите пары «плюсов» и «минусов», а над каждой такой парой на черной точке стоит штрих или два штриха. Они-то и показывают, какому полу-72

периоду соответствует та или иная пара «плюс»-«минус», та или иная полярность (временная!) переменного напряжения.

В схеме рис. 27-11,также как и в ограничителях (рис. 27- 8, 10), на диод всегда действуют два напряжения - переменное с амплитудой t/~ макс и постоянная составляющая выпрямленного напряжения. Причем постоянное напряжение, как и в ограничителе, действует в обратном направлении, действует против переменного, когда оно отпирает диод. И поэтому диод в выпрямителе всегда работает с отсечкой тока.

От чего же зависит величина напряжения U, которое вполне можно назвать ограничивающим напряжением? Мы уже говорили (стр. 71), что С прежде всего зависит от потребляемого выпрямленного тока, а значит, от сопротивления нагрузки Rh- Но кроме того, величина U зависит еще и от емкости конденсатора Сф1 (Сф на схеме рис. 27-4).

Дело в том, что во время положительных полупериодов, то есть когда диод пропускает ток, этот конденсатор заряжается до амплитудного напряжения f/манс, а во время отрицательных полупериодов он разряжается через нагрузку Ru(Ci не может разрядиться через генератор - диод этого не допустит). Чем больше емкость конденсатора Сф1 и чем меньше потребляемый от него ток (то есть чем больше сопротивление Rh), тем медленнее разряжается этот конденсатор, тем меньше пульсации выпрямленного напряжения и больше его постоянная составляющая t/= (рис. 28). Отсюда можно сделать сразу два вывода - один приятный и один неприятный.

Приятный вывод такой. Увеличивая Сф, можно поднять постоянное напряжение i/= вплоть до амплитуды переменного напряжения У.„анс. Это значит, например, что если подвести к выпрямителю напряжение 6,3 в с обмотки накала ламп силового трансформатора, то можно получить У= около 9 в (при эффективном напряжении 6,3 в амплитуда достигает 6,3-1,4 = 8,8 в; см. стр. 148). Аналогично прямо от сети с напряжением 127 в можно получить постоянное напряжение до 180 в, а от сети 220 а -до 310 в. Не забудьте, что это макси--мально возможные величины. В действительности постоянное напряжение меньше, причем тем меньше, чем больше потребляемый от выпрямителя ток.

Теперь второй вывод - диод должен иметь трехкратный запас по обратному напряжению. При достаточно большой емкости Сф1 и небольшом токе /=, а кроме того, во всех случаях жизни при обрыве цепи Ru напряжение t/= примерно равно амплитуде переменного (/~ маке- А это значит, что во время отрицательного (обратного) полупериода, когда диод-не пропускает тока, к нему приложено два согласованно деп-