Шаг за шагом. Транзисторы - [22]

Кроме гармоник, в получившемся пульсирующем токе I_вып есть еще одна составляющая — постоянный ток I₌. Появление этой постоянной составляющей связано с тем, что, хотя ток в цепи диода все время меняется, заряды толчками, импульсами двигаются всегда в одну сторону. Это постоянное смещение зарядов как раз и отображается постоянной составляющей I₌. В то же время изменение тока, его пульсации отображаются всем набором гармоник.

Полупроводниковый диод в нашей схеме проводит огромную работу — он из простейшего синусоидального сигнала создает очень сложный сигнал с богатым спектром, с большим числом гармоник. В некоторых схемах такое преобразование спектра сигнала используется довольно широко. Однако в выпрямителях все получившиеся гармоники — это отходы. Здесь из всей продукции полупроводникового диода нужна только постоянная составляющая I₌.

В однополупериодной схеме постоянная составляющая I₌ сравнительно невелика — не более 35 % амплитуды импульса тока I_макс (рис. 27—1).

рис. 27—1

В то же время есть схемы, в которых I₌ оказывается вдвое больше — почти 70 % амплитуды импульса. В этих схемах для получения выпрямленного тока используются оба полупериода переменного напряжения, и называются такие схемы двухполупериодными. Никаких принципиальных отличий между одно- и двухполупериодными схемами нет. Можно сказать, что двухполупериодная схема — это своего рода остроумный фокус, гениальная шутка давно забытого конструктора.

Одна из двухполупериодных схем — она так и называется двухполупериодной — фактически представляет собой два однополупериодных выпрямителя, включенных так, что они работают поочередно и пропускают свои выпрямленные токи через общую нагрузку в одном и том же направлении (рис. 27—2). У каждого выпрямителя, у каждой половинки такой схемы свой собственный источник переменного напряжения, своя вторичная обмотка трансформатора — II' и II". Практически для удобства намотки это одна вторичная обмотка, дающая удвоенное напряжение, от середины которой сделан отвод.

рис. 27—2

В другом двухполупериодном выпрямителе — его схема (рис. 27—3) называется мостовой или мостиковой — только один источник переменного напряжения, но благодаря двум дополнительным диодам и здесь удается использовать оба полупериода для создания тока I₌. В обеих этих двухполупериодных схемах постоянная составляющая выпрямленного тока достигает почти 70 % от I_макс.

рис. 27—3

Нагрузкой всех наших выпрямителей, как видно из схем, является некое условное сопротивление R_н. Практически же нагрузкой могут быть анодные или накальные цепи радиоламп, электродвигатель, транзисторный усилитель, обмотка электромагнита, заряжаемый аккумулятор, измерительный прибор и другие потребители.

До сих пор вместе с постоянной составляющей, которая нужна нагрузке, мы пропускали через нее и все переменные составляющие импульсного тока, все его гармоники. В некоторых случаях гармоники не вредят делу, но чаще их нельзя пускать в нагрузку — от выпрямителя, как правило, требуется «чистый» постоянный ток. Отделение переменных составляющих от постоянной осуществляется с помощью электрических фильтров.

Полностью избавиться от переменных составляющих выпрямленного тока практически нельзя, да это и не нужно. Нужно лишь ослабить их в определенное число раз, с тем чтобы эти переменные составляющие стали значительно слабее постоянной. А чтобы ослабить переменный ток, идущий в нагрузку, нужно создать для него более легкий обходный путь. Причем этот обходный путь должен быть легким только для переменных составляющих, иначе вместе с ними мы ослабим и постоянную составляющую I₌.

Простейшим фильтром выпрямителя может служить конденсатор С_ф, подключенный параллельно нагрузке R_н (рис. 27—4). Постоянную составляющую этот конденсатор (как и всякий другой!) не пропускает, а для переменной он ведет себя как резистор, сопротивление которого х_с зависит от частоты f и емкости С_ф (Воспоминание № 13).

рис. 27—4

Емкость конденсатора С_ф выбирают с таким расчетом, чтобы его сопротивление х_с было значительно меньше, чем R_н для первой гармоники выпрямленного тока, то есть для его самой низкочастотной синусоидальной составляющей. При этом исходят из того, что если конденсатор достаточно хорошо отводит от нагрузки, достаточно легко пропускает через себя первую гармонику, то он еще легче пропустит высшие гармоники, имеющие более высокие частоты, потому что емкостное сопротивление конденсатора уменьшается с частотой.

В тех случаях, когда нужна более тщательная фильтрация, более тонкая очистка выпрямленного тока от переменных составляющих, можно применить более сложные фильтры.

В П-образном фильтре с резистором (рис. 27—5) уже знакомый нам конденсатор (здесь он называется С_ф2) выполняет свои обычные обязанности — накоротко замыкает переменные составляющие, отводит их от нагрузки. Но в этой схеме задача нашего конденсатора облегчается, так как еще до него фильтрацию осуществляет звено С_ф1R_ф. Емкостное сопротивление конденсатора С_ф1 значительно меньше, чем R_ф, и переменные составляющие в значительной степени замыкаются уже через этот конденсатор.