Та же самая цепь может быть использована как удлиняющая .или интегрирующая, если ее включить, как показано на рис. 118, а, и выбрать R к С так, чтобы to=RC>x. В этом случае напряжение на конденсаторе имеет вид, показанный на рис. 118, в, а

h-г

Рис. 117. Включение дифференцирующей цепи:

а - схема включения; б - прямоугольный импульс; в - дифференцированный импульс

utt]

Рис. 118. Включение иитегри-рующей цепи:

а - схема включения; 6 - прямоугольный импульс; в - интегрированный импульс

длительность импульса получается намного больше, чем исходного импульса u{t). Названия дифференцирующая или интегрирующая цепи связаны с тем, что, например, в рассмотренной цепи сила тока является производной напряжения на конденсаторе и, наоборот, напряжение на конденсаторе является интегралом силы тока.

§ 2. ВЫПРЯМИТЕЛИ

Выпрямители предназначены для преобразования энергии переменного тока ли напряжения в энергию постоянного тока или напряжения. Основной элемент выпрямителя - вентиль, т. е. нелинейный элемент с односторонней проводимостью. Такой вентиль может быть как полупроводниковым, так и электровакуумным (диод, газотрон, тиратрон и т. д.), это не изменяет принципа действия схемы.

Принцип действия однополупериодного выпрямителя

Если в цени рис. 119 действует переменное синусоидальное напряжение и, то, благодаря односторонней проводимости (характеристику вентиля см. на рис. 120), сила тока через сопротивление нагрузки будет изменяться во времени по кривой рис.

Л Л-

Рис. 119. Последовательное соединение вентиля и со-поотивлеиия нагрузки

Рис. 120. Идеализированная характеристика веитнля

I , I f I t

Рис. 121. Изменение во зремеии переменного напряжения 1 и силы тока (н

191 б т е получится пульсирующий ток через нагрузку. Хотя ioK тече; в одном направлении, но он меняется по величине поэтому еще не является постоянным. Преобразование пульсирую-

-Of-

Р,нс. 122. Схема однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром

Рис. 123. График изменения во времени напряжений н токов в однаполулериодном выпрямителе

щего тока в постоянный (сглаживание) осуществляется фильтром. Простейшим фильтром является конденсатор С, который совместно с сопротивлением нагрузки i? осуществляет сглаживание (рис. 122).

Схема рис. 122 работает следующим образом. При положи- Сапротивлеиием нагрузки является тот прибор, который питается током от выпрямителя.

тельной полуволне сетевого напряжения (рис. 123) ток, протекающий через вентиль, заряжает конденсатор, отчего напряжение на нем с (равное напряжению на нагрузке ы ) увеличивается. Как видно из схемы, напряжение на вентиле всегда равно

в= - с- (37)

Ток гв через вентиль течет только тогда, когда положительно, т. е. когда и>и. Поэтому в момент времени ток через вентиль прекратится и, следовательно, прекратится заряд конденсатора.

Рис. 124. Разряд конденсатора на сопротивление на-

ГруЗНИ при ttfi<0

Рис. 125. Механическая аналогия для однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром

Между моментом и /г конденсатор будет разряжаться через сопротивление нагрузки R (рис. 124), причем ток через нагрузку течет в ту же сторону, что и до момента ti. После момента /г снова u>Uc и конденсатор опять заряжается, а через нагрузку течет ток от источника переменного напряжения. Если конденсатор заряжается быстро, а разряжается медленно, то напряжение с = н изменяется по кривой рис. 123 и приближается к постоянному. Так как сопротивление нагрузки активно, то график силы тока через нагрузку по своей форме не отличается от графика напряжения и = и и близок к прямой, параллельной оси времени.

Таким образом конденсатор выполняет роль резервуара энергии, которую он отдает в нагрузку в те отрезки времени, когда ток от источника э. д. с. через вентиль не течет (см. кривую на рис. 123). Механической аналогией схемы может служить пульверизатор, в котором первый баллон создает переменное давление, клапан играет роль вентиля, а второй баллон поддерживает почти постоянный поток воздуха в трубке, когда клапан закоыт (рис. 125).

Кривая = и рис. 123 тем меньще отличается от пря.мой, чем быстрее заряжается и чем медленнее разряжается конденса-

тор. Так как заряд происходит через вентиль, а разряд -через сопротивление нагрузки, то для хорощего сглаживания пульсаций необходимо, чтобы соблюдались условия:

/о.вр€7 /орвзр (38)

/?зС ГС/? С, (39)

где Г -период синусоидального напряжения.

Сглаживающее действие конденсатора можно объяснить к другим способом. Ток через вентиль (кривая рис. 123) протекает короткими импульсами, которые можно представить в виде суммы постоянной составляющей и синусоидальных гармоник. В точках а и б ( рис. 122) эти токи разделяются. Постоянная составляющая тока не может протекать через конденсатор и потечет целиком через нагрузку; переменные составляющие (гармоники) потекут почти целиком через конденсатор, если только его емкость выбрана настолько большой, что уже для первой гармоники частоты Юн

С . (40)

Легко убедиться, что формула (40) вытекает из формулы (39).

Рассмотренная схема называется однополупериодной, так как используется только один полупериод синусоидальной э. д. с. Ее недостатком является сравнительно большая пульсация, для сглаживания которой необходима слишком большая емкость, что увеличивает стоимость схемы. Кроме того, поскольку выпрямитель обычно сочетается с трансформатором, повышающим или

Рис. 126. Схема однополупериодного выпрямителя с трансформатором

понижающим переменное напряжение (рис. 126), то трансформатор используется плохо: через первичную обмотку / ток течет весь период, а через вторичную - только часть положительного полупериода. Эти недостатки в меньшей степени присущи двухполупериодной схеме.

Однако однополупериодная схема все же применяется для питания нагрузок, сопротивление которых велико, так как при большом сопротивлении R хорошее сглаживание получается и при сравнительно небольшой емкости С. В частности, эта схема используется для питания ионизационных камер и счетчиков ча стиц.

Двухполупериодные выпрямители

В схеме рис. 127 конденсатор заряжается не только в положительный полупериод, но и в отрицательный за счет добавления второй секции вторичной обмотки и второго вентиля (путь зарядного тока показан стрелкой).

На рис, 128 изображены переменные напряжения и и

от обеих секций вторичной обмотки трансформатора, причем направление, принятое за положительное, указано на рис. 127 стрелкой. Как легко видеть из рис. 128, конденсатор заряжается через первый вентиль, когда >с через второй, когда иг, > .

ч \ Ч \ L, \

Рис. 127. Двухполупериодная схе.ма выпрямителя

Рис, 128. График изменения во времени напряжений п токов в двухполупериодной схеме выяря.мителя

Поэтому частота пульсации вдвое больше, чем в однополупери-одной схеме, что, согласно формуле (40), позволяет вдвое уменьшить (при прочих равных условиях) емкость С. Кроме того, конденсатор разряжается в меньшей степени, чем в однополупериод-ной схеме, т. е. амплитуда пульсаций значительно меньше. Это позволяет еще уменьшить емкость С. Таким образом, двухполупериодная схема позволяет существенно уменьшить емкость С и улучшить использование трансформатора.

Недостаток этой схемы - необходимость добавления второй секции вторичной обмотии в трансформаторе, что усложняет его конструкцию. Однако при небольшой мошности это усложнение незначительно и в этом случае схема широко применяется. При большой мощности применяется мостовая двухполупериодная схема, которая дает те же результаты при одной секции вторичной обмотки.

В мостовой схеме выпрямителя (рис. 129) конденсатор заряжается в течение части положительного полупериода через вентили / и 5 (стрелки с цифрой /), а в течение части отрицательного полупериода - через вентили 2 п 4 (стрелки с цифрой 2). Заряд и разряд иллюстрированы рис. 130, где пунктиром показано, напряжение вторичной обмотки в цепи отрицательного полупери-

ода и~1, а сплошной линией - то же напряжение в цепи положительного полупериода. Выбранное положительное направление показано стрелкой возле сопротивления нагрузки и совпадает с направлением выпрямленного тока. Как ясно из рисунка,

Рис, 129, Мостовая двухполупериодная схема выпрямителя

вентили коммутируют вторичную обмотку трансформатора, изменяя полярность присоединения к ней конденсатора с нагрузкой одновременно с изменением знака переменного напряжения. Это и позволяет обойтись без второй секции вторичной обмотки.

Ряс. 130, График изменения во времени напряжений и токов в мостовой схеме выпрямителя

Большое число вентилей является недостатком этой схемы, однако не очень существенным в случае применения полупроводниковых вентилей, выполненных в виде столба . Практически в схему включают один столб полупроводниковых вентилей.

Рис. 131, Мостовая схема выпрямителя на кенотронах

Применение кенотронов в качестве вентилей в этой схеме неудобно, так как два кенотрона должны иметь изолированные катоды, что осложняет питание цепей канала (рис, 131).