Для питания электронных приборов необходимо постоянное напряжение высокого качества. В связи с тем, что в первичной сети, как правило, действует переменное напряжение 220 В, то возникает необходимость в промежуточном устройстве, которое выполняло бы функции понижения переменного напряжения, выпрямления, фильтрации и стабилизации.

Для понижения переменного напряжения чаще всего используются трансформаторы (бывают и бестрансформаторные схемы). С трансформатора переменное напряжение поступает на выпрямитель. Выпрямителем называется устройство для преобразования двухполярного напряжения переменного тока в однополярное пульсирующее напряжение.  Выпрямители бывают трех типов: однополупериодные, двухполупериодные и мостовые.

На рисунке 40 представлена схема однофазного однополупериодного выпрямителя.

Рисунок 40 – Схема однополупериодного выпрямителя.

В подобной схеме с трансформатора переменное напряжение поступает на диод, который служит для выпрямления переменного тока в однополярный ток. Так как диод пропускает ток только в одном направлении, то при подобном включении он будет пропускать только положительную полуволну, как это показано на рисунке 41.

Рисунок 41 – Диаграмма напряжений однополупериодного выпрямления

Потеря одной (отрицательной) полуволны является существенным недостатком. На рисунке 42 представлена однофазная двухполупериодная схема выпрямления переменного тока.

Рисунок 42 – Схема двухполупериодного выпрямления

На рисунке 43 представлена диаграмма выпрямленного однополярного напряжения при двухполупериодной схеме выпрямления.

Рисунок 43–Диаграмма тока при двухполупериодной схеме

выпрямления

Однофазный двухполупериодный выпрямитель содержит трансформатор, вторичная обмотка которого состоит из 2-х частей и 2-х полупроводниковых диодов (рис.42). Наличие средней точки трансформатора приводит к тому, что напряжение на каждой половине вторичной обмотки w₁ и w₂ будет приложено к каждому из диодов VD₁ и VD₂. В течение положительного, для половины обмотки w₁, полупериода диод VD₁ открывается и возникает ток в цепи этого диода, протекающий через нагрузку. В течение отрицательного полупериода диод VD₁ закрыт, и открывается диод VD₂. В этом случае также возникает импульс тока через нагрузку. Таким образом, в цепи нагрузки ток протекает в течение обоих полупериодов. Kоэффициент пульсаций в двухполупериодной схеме значительно меньше, чем в однополупериодной. Недостатком двухполупериодной схемы является необходимость в удвоенном количестве витков трансформатора, поэтому на практике самой распространенной схемой выпрямления является мостовая, которая представлена на рисунке 44.

Рисунок 44 – Мостовая схема однофазного выпрямителя

Рисунок 45 – Диаграмма тока на нагрузке в мостовой схеме выпрямления

 В мостовой схеме выпрямления в течение положительной полуволны входного напряжения открываются диоды VD₁ и VD₃, и в цепи нагрузки возникает импульс тока. Отрицательная волна напряжения открывает диоды VD₂ и VD₄, что также приводит к протеканию импульса тока через нагрузку. Мостовая схема имеет характеристики, аналогичные предыдущей схеме. Достоинством мостовой схемы является меньшее число витков вторичной обмотки, чем в предыдущей схеме. В настоящее время в схемах выпрямителя наиболее часто используют не отдельные диоды, а диодные сборки (КЦ 402, КД 405 и т.д.), состоящие из 4-х диодов, образующих мостовую схему.

Сглаживающие фильтры. Напряжение после его выпрямления, как это видно на предыдущих рисунках, является пульсирующим и в подобном виде не может быть использовано в электронных функциональных устройствах. Для сглаживания (уменьшения) пульсаций выпрямленного напряжения применяют сглаживающие фильтры. В качестве подобных фильтров используются фильтры нижних частот, имеющие следующие схемные решения (рис.46).

Рисунок 46 – Схемы фильтров сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения

Существует несколько типов фильтров низших частот.

1. Емкостный фильтр (конденсатор) включается параллельно нагрузке. Для удовлетворительной работы фильтра необходимо, чтобы емкостное сопротивление фильтра Хс для основной (первой) гармоники было меньше сопротивления нагрузки (рис.46-а), т.е.,  

1/ωСф << Rн

2. Индуктивный фильтр включается последовательно с сопротивлением нагрузки (рис.46-б). Для удовлетворительного сглаживания необходимо выполнить условие:

ωLф >> Rн

Эффективность использования такого фильтра (только индуктивности) очень низка, особенно в однополупериодной схеме, т.к. постоянная составляющая там очень мала. Поэтому индуктивность используется, как правило, в составе более сложных Г-образных (рис.47-а) и П-образных (рис.47-б) фильтров. Подобные фильтры обеспечивают высокий коэффициент сглаживания

_,

где К_nвх - коэффициент пульсаций на входе фильтра. K_nвых -коэффициент пульсаций на выходе фильтра.