рис. 27–11
От чего же зависит величина напряжения U=, которое вполне можно назвать ограничивающим напряжением? Мы уже говорили (стр. 71), что U= прежде всего зависит от потребляемого выпрямленного тока, а значит, от сопротивления нагрузки Rн. 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 U~макс, а во время отрицательных полупериодов он разряжается через нагрузку Rн (Сф1 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 Rн), тем медленнее разряжается этот конденсатор, тем меньше пульсации выпрямленного напряжения и больше его постоянная составляющая U= (рис. 28). Отсюда можно сделать сразу два вывода - один приятный и один неприятный.
Приятный вывод такой. Увеличивая Сф1 можно поднять постоянное напряжение U= вплоть до амплитуды переменного напряжения U~макс. Это значит, например, что если подвести к выпрямителю напряжение 6,3 в с обмотки накала ламп силового трансформатора, то можно получить U= 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 в - до 310 в. Не забудьте, что это максимально 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 I=, а кроме того, во всех случаях жизни при обрыве цепи Rн напряжение U= примерно равно амплитуде переменного U~макс. А это значит, что во время отрицательного (обратного) полупериода, когда диод не пропускает тока, к нему приложено два согласованно действующих и равных напряжения U= и U~макс. А поскольку U~макс ~= 1,4U~, то общее обратное напряжение на диоде достигает 2,8U~ (для круглого счета примем 3U~). Отсюда и сам вывод - подбирать диод для выпрямителя нужно с таким расчетом, чтобы допустимое обратное напряжение диода Uобр-доп было в три раза больше, чем эффективное переменное напряжение U~ подводимое к выпрямителю.
Для мостовых схем, где в каждое плечо последовательно включено два диода, запас напряжения для каждого из них нужен лишь полуторный. Попутно заметим, что если запаса электрической прочности у диода не хватает, если допустимое обратное напряжение у него слишком мало, то во всех схемах можно включать несколько одинаковых диодов последовательно вместо одного. При этом диоды нужно зашунтировать одинаковыми сопротивлениями по 30-100 ком (рис. 27–14), чтобы уравнять обратные сопротивления диодов и чтобы обратное напряжение распределялось между ними поровну. При последовательном соединении Uобр-доп всех диодов суммируется.
рис. 27–14
При выборе диода по величине наибольшего прямого тока Iпр-макс расчетов делать не нужно. В таблицах 1–5 указан допустимый средний выпрямленный ток Iвып и уже учтено, что импульс тока может быть в два-три раза больше. Если нужно увеличить допустимую величину прямого тока, включают параллельно несколько одинаковых диодов. Так, например, при параллельном включении трех диодов общая величина Iвып будет в три раза больше, чем для одного. Чтобы всем диодам досталась равная доля общего тока, включают выравнивающие резисторы с небольшим (1–5 ом) и обязательно одинаковым сопротивлением (рис. 27–15). (В некоторых выпрямителях ток в момент включения может в десять - двадцать раз превышать средний выпрямленный ток. Чтобы диод в этот трудный момент не вышел из строя, последовательно с ним включают резистор с небольшим сопротивлением 5-10 ом.)
рис. 27–15
В качестве "бесплатного приложения" познакомимся с одной остроумной схемой спасения диода от опасного обратного напряжения (рис. 27–16). Эта схема применяется почти во всех вольтметрах, где большое переменное напряжение нужно измерить с помощью стрелочного прибора постоянного тока. Для этого прежде всего используют простейший выпрямитель - диод Д1 который под действием измеряемых напряжений создает в цепи прибора постоянный ток. При этом, естественно, по отклонению стрелки можно определять величину подводимого напряжения U~.
рис. 27–16
Но обратное сопротивление может оказаться больше добавочных сопротивлений вольтметра, и тогда при измерении достаточно высокого U~ диод может выйти из строя. И именно в тот момент, когда на него действует обратное напряжение. Эту возможность как раз и исключает диод Д2. Во время обратных для Д1 полупериодов диод Д2 пропускает ток и шунтирует участок аб. Поэтому сопротивление участка аб никогда не бывает большим и напряжение на Д1 даже в обратные для этого диода полупериоды не превышает долей вольта. Такая схема защиты выпрямляющего диода применяется в большинстве авометров.
Нам предстоит познакомиться еще с одной профессией диода - с детектированием. Собственно говоря, в детекторе диод работает так же, как выпрямитель. Главная особенность в том, что в подавляющем большинстве случаев - в частности, в приемниках и телевизорах - детектируется высокочастотный сигнал и для этого пригодны лишь точечные диоды (рис. 20).
В типичной схеме детектора (рис. 27–21) переменное напряжение Uвч-мод подводится к диоду с колебательного контура LкCккоторый в свою очередь получает сигнал либо непосредственно из антенны, либо от предварительного усилителя высокой частоты (ВЧ). Переменное напряжение Uвч-мод, подводимое к детектору, модулировано по амплитуде (рис. 29).
рис. 27–21