Читать онлайн «Электроника в вопросах и ответах». Страница 36

Рис 6.12. Типичные нагрузочные характеристики выпрямителей с фильтрами:

а — емкостный; б — индуктивный

Это выпрямитель, работающий по схеме, в которой нагрузка включена параллельно выпрямительному элементу (диоду) (рис. 6.13). В такой схеме заряд конденсатора происходит через малое сопротивление диода во время его отпирания, разряд — через сопротивление, соответствующее параллельному соединению сопротивления нагрузки и сопротивления запертого диода.

Достоинством выпрямителя по параллельной схеме является возможность заземления одного из электродов диода и то, что постоянная составляющая выпрямленного напряжения в этой схеме не протекает через источник входного напряжения, а это весьма важно для некоторых применений. Недостатком такого выпрямителя является относительно малое сопротивление схемы со стороны источника, связанное с тем фактом, что к сопротивлению нагрузки выпрямителя параллельно подключается внешнее нагрузочное сопротивление.

Выпрямитель по параллельной схеме часто используют для демодуляции (детектирования) амплитудно-модулированных сигналов в измерительной технике и подачи смещения на управляющие сетки электронных ламп.

Рис. 6.13. Однополупериодный выпрямитель по параллельной схеме

Это выпрямительная схема, выходное напряжение которой во много раз больше пикового входного напряжения. Удвоитель напряжения дает двукратное увеличение напряжения, утроитель — трехкратное и т. д. Умножители напряжения используют для питания схем, потребляющих относительно небольшой ток при высоком напряжении, например для питания осциллографических трубок, кинескопов.

Схема удвоителя напряжения содержит два выпрямительных элемента и два конденсатора, включенных, как показано на рис. 6.14, а. В такой схеме нагрузка Rн включена параллельно конденсаторам. В момент, когда полярность входного напряжения соответствует показанной на рисунке, диод Д1 отперт и конденсатор С2 заряжается до пикового значения входного напряжения, а затем при изменении полярности очень медленно разряжается. Изменение полярности вызывает отпирание диода Д2 и заряд конденсатора С2. Напряжение на обоих конденсаторах, включенных последовательно, почти в 2 раза больше, чем пиковое значение входного напряжения. Оно полностью действует на сопротивлении нагрузки.

Разряд конденсаторов, а следовательно, и напряжение на нагрузочном сопротивлении зависят от тока, отбираемого нагрузкой, так как он одновременно является и током разряда конденсаторов. При малых сопротивлениях нагрузки напряжение на нагрузочном сопротивлении убывает быстрее. Конденсаторы одновременно действуют как элементы сглаживающего фильтра. Из рассмотренного принципа работы следует, что это схема двухполупериодного удвоителя,

Рис. 6.14. Схемы двухполупериодного (а) и однополупериодного (б) удвоителя напряжения (каскадная схема)

На рис. 6.14, б представлена другая схема удвоителя — каскадная. При такой полярности, как показано на рисунке, происходит заряд конденсатора C1 через диод Д1. При обратной полярности отперт диод Д2. Напряжение, подведенное к этому диоду и к конденсатору С2, представляет собой сумму входного напряжения и напряжения на конденсаторе С1. Следовательно, конденсатор С2 заряжается до двойного пикового значения входного напряжения. Во время разряда С2 конденсатор С1 заряжается. На нагрузке, подключенной параллельно к С2, действует удвоенное напряжение, «пополняемое» каждый второй полупериод. Это однополупериодный удвоитель, пульсации в котором больше, чем в рассмотренном выше двухполупериодном удвоителе.

Это схемы, созданные путем каскадного соединения удвоителей. На рис. 6.15 представлена схема утроителя, представляющая схему удвоителя с дополнительно введенными конденсатором С3 и диодом Д3. При отпирании диода Д3 на конденсаторе создается напряжение, равное удвоенному пиковому значению входного напряжения. Напряжение на нагрузке равно сумме напряжений на конденсаторах C1 и С3, т. е. почти утроенному пиковому значению входного напряжения. Подключение дополнительных секций к cxемe, изображенной на рис. 6.15, позволяет получить умножители напряжения в 4, 5 раз и более.

Рис. 6.15. Схема однополупериодного утроителя напряжения

Это выпрямительная схема, допускающая плавную регулировку напряжения и выпрямленного тока. В таких схемах чаще всего используются тиратроны или тиристоры. В маломощных электронных устройствах, требующих чаще всего питания низким напряжением при относительно больших токах, как правило, применяют тиристоры.

На рис. 6.16 представлена простейшая схема выпрямителя на тиристоре.

Рис. 6.16. Схема управляемого выпрямителя с тиристором:

1 — входное напряжение; 2 — ток в нагрузке; 3 — задержка по фазе

Схема работает следующим образом. Ток через нагрузку тиристора протекает только тогда, когда напряжение на аноде тиристора и управляющее напряжение на его затворе имеют соответствующие положительные значения. При подведении к тиристору синусоидального переменного напряжения протекание тока через нагрузку происходит только в течение положительной полуволны (однополупериодное выпрямление). Если затвор управляется синусоидальным напряжением, то время, в течение которого тиристор находится в состоянии пропускания, будет зависеть от фазового сдвига между переменным напряжением на аноде и на затворе. Если этот сдвиг равен нулю, то тиристор проводит в течение времени, соответствующего длительности почти всей положительной полуволны синусоидального напряжения. В этом случае среднее значение тока, протекающего через нагрузку, максимально. Если фазовый сдвиг между напряжениями увеличивается, то время отпирания тиристора уменьшается, поскольку отрезок времени, в течение которого напряжения на аноде и затворе одновременно положительны, сокращается. В связи с этим средний ток, протекающий через нагрузку, уменьшается. Регулировка фазового сдвига между напряжением, управляющим затвором, и входным напряжением, подведенным к тиристору, дает возможность регулировать протекающий через нагрузку ток и, следовательно, напряжение на этой нагрузке. Регулировку фазового сдвига осуществляют путем использования фазосдвигающих цепей типа LR или RC, в которых сопротивление резистора R устанавливается потребителем. В двухполупериодных выпрямительных схемах с регулировкой выходного тока необходимо использовать два тиристора.

Симметричный тиристор не является выпрямительным элементом и находит применение лишь для регулировки переменного тока в нагрузке.

Стабилизирующие схемы — это схемы, предназначенные для поддержания постоянного выходного напряжения или тока, например от выпрямителя при изменениях напряжения, питающего этот выпрямитель, или изменениях сопротивления нагрузки.

При питании транзисторов задачей стабилизирующих схем часто является поддержание постоянной рабочей точки, несмотря на изменение параметров транзисторов, вызванных, например, влиянием температуры. В некоторых применениях важной проблемой является обеспечение постоянной рабочей точки транзистора даже при замене одного транзистора другим того же типа, несмотря на значительный разброс параметров у отдельных экземпляров. Эту задачу выполняют также соответствующие схемы стабилизации.

В простейшем варианте стабилизацию напряжения получают на основе использования полупроводникового стабилитрона или газоразрядного диода с холодным катодом (другие названия — лампа тлеющего разряда, ионная лампа или стабиливольт), т. е. элементов, характеризующихся нелинейной зависимостью между падением напряжения на этом элементе и протекающим через него током. В определенном, относительно большом интервале изменений тока напряжение на элементе меняется незначительно. В более сложных схемах стабилизацию получают, используя транзисторы, иногда с дополнительными каскадами усиления и с использованием обратной связи. Транзистор в качестве стабилизирующего элемента в этих схемах действует как переменное сопротивление, включенное последовательно с нагрузкой или параллельно с ней.