Выпрямление переменного тока и напряжения
Возможности использования двухэлектродной лампы определяются её основным свойством – способностью пропускать ток только в одном направлении. Это свойство позволяет использовать диод для преобразования переменного тока в постоянный, т. е. для выпрямления переменного тока.
Однополупериодный выпрямитель
Схема однополупериодного выпрямителя очень проста. Цепь состоит из понижающего трансформатора, диода и потребителя тока (рисунок 1).
Потребителем тока может быть приемник, усилитель или какой-либо другой аппарат. В технике принято называть потребителей, пользующихся энергией из какой-нибудь цепи, нагрузкой. В соответствии с этим сопротивление Rн, олицетворяющее собой нагрузку, называется сопротивлением нагрузки, нагрузочным сопротивлением, а иногда для краткости и просто нагрузкой.
Понять процессы, происходящие в этой схеме, лучше всего при помощи графика, верхняя часть которого изображает переменное напряжение U(~) на вторичной обмотке трансформатора (рисунок 2). Оно изменяется периодически с определенной частотой. Характер изменения переменного напряжения может быть выражен кривой, носящей название синусоиды. С такой же частотой изменяется и напряжение на аноде лампы относительно её катода.
В течение половины каждого периода напряжение на аноде будет положительным, а в продолжение второй половины периода – отрицательным.
Во время положительных полупериодов на аноде лампы будет положительное напряжение (диод открыт) и через лампу будет протекать ток. Во время отрицательных полупериодов на аноде будет отрицательное напряжение (диод закрыт), т. е. диод будет смещен в обратном направлении, следовательно, ток через лампу протекать не будет.
Ток Iн будет протекать в одну сторону, но отдельными импульсами или толчками. Во время каждого периода будет один толчок тока. Эти толчки будут чередоваться с промежутками, в течение которых тока Iн не будет (рисунок 2).
Если на первичную обмотку трансформатора T подается переменное напряжение 220 В с частотой равной 50 Гц, то, следовательно, 50 раз в секунду на аноде диода окажется положительное напряжение и по цепи пройдет толчок или импульс тока. Такой ток называется пульсирующим, в данном случае частота пульсации равна 50 Гц.
При прохождении тока через сопротивление нагрузки Rн на нем образуется падение напряжения. Знак и величина этого напряжения зависят от направления и величины тока. Поскольку пульсирующий ток в цепи диода течет всегда в одном направлении, знак напряжения на нагрузке будет постоянным, но величина его окажется переменной. В течение положительного полупериода переменного тока напряжение на нагрузке будет возрастать вместе с током, дойдя до наибольшего значения, затем уменьшится до нуля. Во время отрицательного полупериода переменного тока напряжения на нагрузке вообще не будет. Следовательно, в нагрузке создается пульсирующее напряжение, которое то появляется, то снова исчезает. Между тем для питания большинства приборов и аппаратов требуется напряжение, знак и величина которого строго постоянны. Поэтому пульсирующее напряжение надо превратить в постоянное, т. е. сгладить пульсации. Такое сглаживание производится при помощи специальных фильтров.
Сглаживание пульсаций
Простейшим фильтром является конденсатор Cф, присоединенный параллельно нагрузке Rн (рисунок 3).
Во время прохождения по цепи импульса выпрямленного тока конденсатор Cф зарядится напряжением, почти равным по величине наибольшему значению напряжения на нагрузке Rн. Когда ток в цепи начнет уменьшаться, напряжение на сопротивлении должно было бы точно так же уменьшаться. Но наличие конденсатора меняет картину.
При уменьшении величины тока в цепи конденсатор начнет разряжаться через сопротивление нагрузки, поддерживая этим самым в нагрузке ток такого же направления. Поэтому при разряде конденсатора на сопротивлении нагрузки образуется падение напряжения такого же знака, как и при прохождении выпрямленного тока (рисунок 4).
Если емкость конденсатора достаточно велика, то он не успевает разрядиться до нуля за время отрицательного полупериода переменного тока, и поэтому ток в нагрузке не прекратится, а лишь уменьшится. Если бы емкость конденсатора была бесконечно велика, то конденсатор вообще не успевал бы разрядиться и напряжение на нагрузке оставалось постоянным. Поэтому на практике всегда стремятся сколь возможно увеличить емкость конденсатора Сф.
Электровакуумные диоды, предназначенные для выпрямления переменного тока и напряжения, называются кенотронами.
Использованные источники
Левитин Е.А, Левитин Л.Е. - Электронные лампы (3-е издание, 1964)
В. И. Галкин, Е. В. Пелевин - Промышленная электроника и микроэлектроника 2006