Шаг за шагом. Транзисторы - Сворень Рудольф Анатольевич. Страница 17

В этом случае диод не будет пропускать ток не только во время отрицательного полупериода переменного напряжения U_~, но в течение некоторой части положительного полупериода. Только после того, как переменное напряжение, действующее во время положительного полупериода против постоянного U_огр, полностью скомпенсирует его, только после этого диод откроется — начнет пропускать ток.

Время существования тока зависит от соотношения постоянного и переменного напряжений. Чем больше U_огр тем дольше диод остается закрытым, тем меньше времени существуют импульсы тока, или, как говорят иначе, тем сильнее они подрезаны снизу. Такое ограничение тока «снизу» обычно называют его отсечкой. Плавно изменяя U_огр, можно регулировать степень отсечки (рис. 27–10). Если U_огр будет больше, чем амплитуда переменного напряжения U_~макс, то диод не откроется никогда и тока в его цепи вообще не будет.

рис. 27–10

В другой схеме диод работает ограничителем по максимуму, срезает верхушку импульса тока (рис. 27—9). Здесь диод Д₂ заперт, причем заперт лишь в некоторой части положительного полупериода, а в начале и в конце этого полупериода он оказывается открытым. Когда диод Д₂ открывается, то сильно шунтирует своим небольшим прямым сопротивлением нагрузку R_н2. При этом весь ток идет через Д₂, и импульс тока I_н2 оказывается ограниченным сверху.

рис. 27—9

Теперь вернемся к выпрямителям.

Для того чтобы легче было понять, что происходит в схеме, когда в ней действует переменное напряжение, можно «остановить мгновенье» и рассматривать это напряжение как постоянное, действующее то в одну, то в другую сторону. Часто можно видеть, как радиолюбители пользуются таким упрощенным методом, и рассуждения их при этом выглядят примерно так: «…Если здесь «плюс», то здесь «минус»… Если этот «минус» меньше этого «плюса», то в итоге будет «плюс»… Этот «плюс» соединен с этим «минусом», значит, оба источника действуют в одну сторону…» и т. д. Причем обозначения «плюс» и «минус» относят и к переменным напряжениям, но при этом, естественно, учитывается, что «плюс» и «минус» у них непрерывно меняются местами. Подобное отношение к переменному напряжению является, конечно, упрощением, но нам такое упрощение и нужно.

На некоторых схемах возле генератора, где действует переменное напряжение U_~ вы увидите пары «плюсов» и «минусов», а над каждой такой парой на черной точке стоит штрих или два штриха. Они-то и показывают, какому полупериоду соответствует та или иная пара «плюс»-«минус», та или иная полярность (временная!) переменного напряжения.

В схеме рис. 27–11, так же как и в ограничителях (рис. 27—8, 10), на диод всегда действуют два напряжения — переменное с амплитудой U_~макс и постоянная составляющая выпрямленного напряжения. Причем постоянное напряжение, как и в ограничителе, действует в обратном направлении, действует против переменного, когда оно отпирает диод. И поэтому диод в выпрямителе всегда работает с отсечкой тока.

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 R_н. Но кроме того, величина U зависит еще и от емкости конденсатора С_ф1 (С_ф 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 R_н (С_ф1 не может разрядиться через генератор — диод этого не допустит). Чем больше емкость конденсатора С_ф1 и чем меньше потребляемый от него ток (то есть чем больше сопротивление R_н), 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 С_ф1 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 С_ф1 и небольшом токе I₌, а кроме того, во всех случаях жизни при обрыве цепи R_н 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 U_{обр-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 U_{обр-доп} всех диодов суммируется.

рис. 27–14

При выборе диода по величине наибольшего прямого тока I_{пр-макс} расчетов делать не нужно. В таблицах 1–5 указан допустимый средний выпрямленный ток I_вып 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 I_вып 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.)