Принимая во внимание, что коэффициент пульсаций р есть отношение амплитуды основной (первой) гармоники, частота которой в данном случае равна ω1, к выпрямленному напряжению Uн. ср, получим
p ~= 1,57.
Основное преимущество однополупериодного выпрямителя его простота; недостатки - большой коэффициент пульсаций, малые значения выпрямленного тока и напряжения. Однополупериодный выпрямитель применяют обычно для питания высокоомных нагрузочных устройств мощностью не более 10…15 Вт (например, электронно-лучевых трубок), допускающих повышенную пульсацию.
Диод в выпрямителях является основным элементом. Поэтому диоды должны соответствовать основным электрическим параметрам выпрямителей. Иначе говоря, диоды во многом определяют основные показатели выпрямителей. Для надежной работы диодов в выпрямителях требуется выполнение условий: Iпр. ср > Iн. ср и Uобp.max > √(2U2m) примерно с превышением в 30 %.
Двухполупериодные выпрямители бывают двух типов: мостовые и с выводами средней точки вторичной обмотки трансформатора. Эти выпрямители являются более мощными, чем однополупериодные, так как с их помощью нагрузочные устройства используют для своего питания оба полупериода напряжения сети. Наибольшее распространение получил двухполупериодный мостовой выпрямитель (рис. 5.3, а). Он состоит из трансформатора и четырех диодов, подключенных к вторичной обмотке трансформатора по мостовой схеме. К одной из диагоналей моста присоединяется вторичная обмотка трансформатора, а к другой - нагрузочный резистор Rн. Каждая пара диодов (VD1, VD3 и VD2, VD4) работает поочередно.
Диоды VD1, VD3 открыты в первый полупериод напряжения вторичной обмотки трансформатора u2 (интервал времени 0 - Т/2), когда потенциал точки а выше потенциала точки б. При этом в нагрузочном резисторе Rн появляется ток Iн (рис. 5.3, б). В этом интервале диоды VD2, VD4 закрыты. В следующий полупериод напряжения вторичной обмотки (интервал времени Т/2 - Т) потенциал точки б выше потенциала точки а, диоды VD2, VD4 открыты, а диоды VD1, VD3 закрыты. В оба полупериода, как видно из рис. 5.3, а ток через нагрузочный резистор Rн имеет одно и то же направление.
Рис. 5.3. Схема (а) и временные диаграммы напряжений и токов (б) мостового выпрямителя
Основные параметры мостового выпрямителя:
Анализ приведённых соотношений показывает, что при одинаковых значениях параметров трансформаторов и сопротивления Rн мостовой выпрямитель по сравнению с однополупериодным имеет следующие преимущества: средние значения выпрямленных тока Iн. ср и напряжения Uн. ср в два раза больше, а пульсации значительно меньше. Амплитуда основной гармоники частотой 2ω1 равна (2/3)∙Uн. ср. Следовательно, р ~= 0,67.
В то же время максимальное обратное напряжение на каждом из закрытых диодов, которые по отношению к зажимам вторичной обмотки включены параллельно, имеет такое же значение, что и в однополупериодном выпрямителе, т. е. U2m = √(2U2). Все эти преимущества достигнуты за счет увеличения количества диодов в четыре раза, что является основным недостатком мостового выпрямителя.
Двухполупериодный выпрямитель с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора (рис. 5.4, а) можно рассматривать как сочетание двух однополупериодных выпрямителей, включённых на один и тот же нагрузочный резистор Rн.
Действительно, в каждый из полупериодов напряжения uab работает либо верхняя, либо нижняя часть выпрямителя. Когда потенциал точки а выше потенциала средней точки 0 (интервал времени 0 - Т/2), диод VD1 открыт, диод VD2 закрыт, так как потенциал точки b ниже потенциала точки 0.
В этот период времени в нагрузочном резисторе Rн появляется ток iн (рис. 5.4, б). В следующий полупериод напряжения uab, (интервал времени Т/2 - Т) потенциал точки b выше, а потенциал точки а ниже потенциала точки 0. Диод VD2 открыт, а диод VD1 закрыт. При этом ток в нагрузочном резисторе Rн имеет то же направление, что и в предыдущий полупериод. При одинаковых значениях напряжений U2a и U2b эти токи будут равны.
Рис. 5.4.Схема (а) и временные диаграммы напряжений и токов (б) выпрямителя с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора
Данный тип выпрямителя имеет те же преимущества перед однополупериодным выпрямителем, что и мостовой выпрямитель, за исключением напряжения Uобр. max которое определяется напряжением uab. При Uab = 2U2 и одинаковых значениях сопротивлений нагрузочных резисторов Rн
Uобр. max ~= 3,14∙Uн. ср.
Все остальные соотношения для токов и напряжений определяются по формулам (5.5–5.7, 5.9), полученным для мостового выпрямителя, а коэффициент пульсаций р ~= 0,67.
Помимо указанного недостатка, в рассматриваемом двухполупериодном выпрямителе габариты, масса и стоимость трансформатора больше, чем в однополупериодном и мостовом выпрямителях, поскольку вторичная обмотка имеет вдвое больше число витков и требуется вывод от средней точки обмотки.
Достоинства этого выпрямителя - вдвое меньше количество диодов.
Двухполупериодные выпрямители применяют для питания нагрузочных устройств малой и средней мощностей.