Хотя полуволновой выпрямитель используется в некоторых схемах с низким энергопотреблением, например, пиковый детектор, он редко используется в силовых выпрямителях. Более популярным силовым выпрямителем является двухполупериодный выпрямитель.
Двухполупериодный выпрямитель является более сложным по конструкции, чем полуволновой выпрямитель, но он обладает некоторыми значительными преимуществами. Он использует оба полупериода синусоидальной волны, в результате чего выходное постоянное напряжение выше, чем у полуволнового выпрямителя.
Еще одним преимуществом является то, что выходное напряжение имеет гораздо меньше пульсаций, что облегчает получение плавного выходного сигнала.
Двухполупериодный выпрямитель
Для выпрямления обоих полупериодов синусоиды в двухполупериодном выпрямителе используются два диода, по одному на каждую половину цикла. Также в таком выпрямителе используется трансформатор, имеющий во вторичной обмотке центральный отвод.
Двухполупериодный выпрямитель похож на два полуволновых выпрямителя. На следующем рисунке показана двухполупериодная схема выпрямителя.
Работу этой схемы легко понять по одному полупериоду за раз. Рассмотрим первый полупериод, когда точка A положительна по отношению к C. В это время диод D1 смещен в прямом направлении, а диод D2 — в обратном. Следовательно, только верхняя половина вторичной обмотки трансформатора обеспечивает ток в течение этого полупериода. Это создает положительное напряжение на нагрузочном резисторе.
В течение следующего полупериода полярность напряжения источника меняется на противоположную. Теперь точка B положительна по отношению к C. На этот раз диод D2 смещен в прямом направлении, а диод D1 — в обратном. Как вы можете видеть, только вторая половина вторичной обмотки трансформатора обеспечивает ток. Это также создает положительное напряжение на нагрузочном резисторе, как и раньше.
В результате выпрямленный ток нагрузки протекает в течение обоих полупериодов, благодаря чему мы получаем двухполупериодный сигнал на нагрузке.
Величина выходного напряжения
Поскольку двухполупериодный выпрямитель выдает выходной сигнал в течение обоих полупериодов, он имеет в два раза больше положительных циклов, чем полуволновой выпрямитель. В результате среднее значение напряжения также в два раза больше:
Среднее значение напряжения за один цикл рассчитывается по следующей формуле:
Это уравнение указывает нам на то, что значение постоянного напряжения составляет около 63,6% от пикового значения. Например, если пиковое напряжение входного сигнала составляет 10 В, напряжение на выходе выпрямителя будет 6,36 В
Когда вы измеряете при помощи вольтметра сигнал с выхода двухполупериодного выпрямителя, показания будут равны среднему значению.
Аппроксимация второго порядка
В действительности мы не получаем идеальное двухполупериодное напряжение на нагрузочном резисторе.
Из-за потенциального барьера, диод не включается, пока напряжение источника не достигнет около 0,7 В. Таким образом, выходное напряжение на 0,7 В ниже идеального пикового выходного напряжения.
Выходная частота
Двухполупериодный выпрямитель инвертирует каждый отрицательный полупериод, удваивая количество положительных полупериодов. Из-за этого у двухполупериодного выпрямителя на выходе есть в два раза больше циклов, чем на входе.
Поэтому частота двухполупериодного сигнала в два раза превышает входную частоту:
Например, если частота источника составляет 50 Гц, выходная частота будет 100 Гц.
Фильтрация напряжения двухполупериодного выпрямителя
Выходной сигнал, который мы получаем от двухполупериодного выпрямителя, представляет собой пульсирующее постоянное напряжение, которое увеличивается до максимума, а затем уменьшается до нуля.
Чтобы получить напряжение без пульсаций, нам необходимо отфильтровать выходной сигнал. Один из способов сделать это — подключить конденсатор, известный как сглаживающий конденсатор, через нагрузочный резистор, как показано ниже:
Изначально конденсатор не заряжен. В течение первой четверти цикла диод D1 смещен в прямом направлении, поэтому конденсатор начинает заряжаться. Зарядка продолжается до тех пор, пока напряжение не достигнет своего пикового значения. В этот момент напряжение на конденсаторе будет равно Vp.
После того, как входное напряжение достигает своего пика, оно начинает уменьшаться. Как только входное напряжение станет меньше Vp, напряжение на конденсаторе будет выше входного напряжения, которое закроет диод.
Когда диод не проводит, конденсатор разряжается через нагрузку, пока не будет достигнут следующий пик. Когда наступает следующий пик, диод D2 кратковременно открывается и заряжает конденсатор до пикового значения.
Недостатки двухполупериодного выпрямителя
Одним из недостатков двухполупериодного выпрямителя является необходимость в трансформаторе, имеющий во вторичной обмотке центральный отвод. По этой причине в мощных источниках питания размеры и стоимость таких трансформаторов существенно возрастают. Вот почему использование выпрямителя с центральным отводом оправдана только в устройствах с низким энергопотреблением.
Еще одним недостатком является то, что из-за центрального отвода для выпрямления используется только половина вторичного напряжения.
Чтобы избежать этих недостатков можно использовать мостовой двухполупериодный выпрямитель.
