Принцип работы мостового выпрямителя: в полупериод от 0 до П открыты диоды 1,3, по нагрузке протекает ток, создавая падение напряжения U0 полярностью как показано на рисунке. Диоды 2,4 закрыты (находящиеся под обратным смещением). В полупериод от П до 2П – открыты диоды 2,4, через нагрузку протекает ток, создавая падение напряжения на нагрузке, при этом диоды 1,3 закрыты. Таким образом, создается двухполупериодное пульсирующее постоянное напряжение на нагрузке. Достоинства этой схемы в том, что пульсация выходного напряжения в 2 раза меньше, чем у однофазной однополупериодной схемы выпрямителя. Это достоинство дает возможность строить облегченные фильтры.
Сглаживающие фильтры устройств в автоматике
Напряжение питания устройств в автоматике не должно содержать пульсаций(переменных составляющий), поскольку пульсации напряжения питания приводят к искажению информации, циркулирующей в устройстве. Для того чтобы постоянное пульсирующее U, снимаемое с выпрямительных устройств, преобразовать в постоянное сглаживаемое U(отсутствие пульсаций), применяются сглаживающие фильтры. Эти фильтры строятся на основе активных и реактивных элементов электрических цепей(RLC). Фильтры бывают однозвенные и многозвенные. Качество фильтра определяется коэффициентом сглаживания.
Схема состоит из преобразователя переменного U в постоянное (выпрямительное устройство), С-фильтра и активного сопротивления нагрузки Rн. В качестве сопротивления фильтра - сопротивление выпрямителя. Эффект сглаживания основан на том, что по закону коммутации U на конденсаторе не может изменяться мгновенно. Если в конденсаторе идет накопление заряда, в фильтре участвуют следующие элементы, при заряде ток через внутреннее сопротивление поступает на конденсатор и нагрузку. С постоянной времени Rф*Сф происходит увеличение U на конденсаторе. При уменьшении U, поступающего от выпрямителя, конденсатор с постоянной времени Rф*Сф начинает разряжаться. В результате этого U на конденсаторе и на нагрузке принимает сглаженный вид.
Эффект сглаживания значительный, если помимо С-фильтра применить L-фильтр. Это позволит при коммутации не изменить мгновенно ток заряда. В результате этого энергия, запасенная в фильтре, дополнительно передается на нагрузку. Для того чтобы увеличить коэффициент фильтра применяются двухзвенные фильтры.
В таком фильтре пульсирующее U выпрямителя проходит 2 стадии фильтрации. 1-я стадия на фильтре Rвн вых*Сф1 и 2-я на стадии Rф*Rф2. Качество фильтрации определяется постоянными времени фильтра, для RC-фильтра это Rн*Сф. Для LC-фильтра это Lф *Сф. Чем больше постоянная времени, тем качественнее фильтрация. Для достижения качественной фильтрации необходимо выбрать большой величины емкость конденсатора Сф и сопротивление нагрузки Rн. Как правило, сопротивление нагрузки изменить нельзя, поскольку оно представлено входным сопротивлением устройства автоматики. В связи с этим необходимо выбирать конденсаторы большой емкости. В фильтрах применяются устройства для искусственного увеличения сопротивления нагрузки. Таким устройством является транзисторный эмиттерный повторитель. Устройство, в котором применяется эмиттерный повторитель называется активным фильтром:
В схему включен транзистор TV. Совместно с Rн он представляет собой эмиттерный повторитель, у которого входное сопротивление в 10 раз больше, чем Rн. При таком включении постоянная времени фильтра будет определяться как Rвх эл*Сф, где Rвх эл- R входа эмиттерного повторителя. Так существенно увеличивается постоянная времени фильтра, что ведет к увеличению качества фильтрации.
Стабилитроны
Они представляют собой особый класс диодов. Они предназначены для стабилизации постоянного U. На схеме:
Переход стабилитрона в рабочее состояние находится под обратным смещением, т.е. на анод относительно катода подается отрицательное U. Через переход протекает Iо(Iстабилитрона).Для ограничения тока стабилитрон включен по схеме:
Rо выполняет роль ограничителя Icт(балластное сопротивление). В соответствии со 2 законом Кирхгофа: Uвх = Uст + Iст * Rо
Ограничитель работает так: рост входного U вызовет рост Iст, что увеличивает падение напряжения на Rо. В результате этого Uст изменится незначительно.
ВАХ стабилитрона:
При изменении Uвх Rо обеспечивает изменение Iст от Iст min до Iст max. В соответствии с ВАХ при таком диапазоне изменений тока U на стабилитроне изменяется на ΔUст. Это эффект стабилизации. Для определения допустимого диапазона изменений ΔUвх выполняется след построения: в качестве рабочего диапазона изменения Iст – токи в В и С. Определим, как В и С отразятся на Uвх. Под углом проведем линии В -> B’ ; C ->C’ .Из построения -> что при изменении U на стабилитроне ΔU Uвх может измениться в диапазоне ΔUвх. В этом и состоит эффект стабилизации.