Однополупериодный выпрямитель. Достоинства, недостатки.

Выпрямитель – это устройство, позволяющее получать однополярное выходное напряжение при двухполярном входном.

Основные схемы выпрямителей можно разделить на однополупериодные и двухполупериодные. Входы выпрямителей подключаются ко вторичным обмоткам силового трансформатора, а выходы, как правило, к сглаживающему фильтру. На рис.1 представлена схема однополупериодного выпрямителя с использованием диода VD и временные диаграммы, поясняющие его работу.

Рис.1. Схема однополупериодного выпрямителя – а), временные диаграммы его работы – б)

Напряжение  – это напряжение на вторичной обмотке силового трансформатора в интервалы времени, когда верхний зажим вторичной обмотки силового трансформатора более положителен, чем нижний . В дальнейшем будем говорить, что на вторичной обмотке положительная полуволна. Когда диод VD находится в прямосмещенном состоянии, его проводимость высока, а сопротивление мало, и практически все напряжение  подается в сопротивление нагрузки  (рис.1б), при этом по нему протекает ток . Пренебрегая потерями напряжения на омическом сопротивлении вторичной обмотки трансформатора и падением напряжения на диоде, можно считать, что все напряжение прикладывается к сопротивлению нагрузки .

Когда напряжение  имеет отрицательную полуволну (напряжение на верхнем зажиме вторичной обмотки более отрицательное по отношению к нижнему), диод VD переходит в состояние с низкой проводимостью, что эквивалентно разрыву цепи. Таким образом, в интервале времени  (см. рис.1б) напряжение на нагрузке нулевое.

С качественной точки зрения всегда интересует вопрос о среднем напряжении на нагрузке  и о среднеквадратичном напряжении на нагрузке .

, .

Полагая напряжение сети синусоидальным, найдем  и  для напряжения, выделяемого на сопротивлении нагрузки в случае однополупериодного напряжения. Пусть в интервале времени , а в интервале , тогда

,

откуда .

Из выражения для среднего напряжения видно, что среднее напряжение, а значит и средний ток в нагрузке, составляет . Поскольку ток в нагрузке протекает только в одном направлении, то и ток во вторичной обмотке силового трансформатора также протекает в одном направлении, т. е. через трансформатор протекает постоянный ток. Это является основным недостатком данного выпрямителя и ограничивает его использование только для маломощных схем (иначе трансформатор может быть замагничен). Другим недостатком является значительный уровень пульсаций выходного напряжения. К достоинствам следует отнести простоту.