Напівпровідниковий однопівперіодний випрямляч із RC-фільтром

Загальна схема експериментальної установки подана на рис. 4.1.4. До її складу входить напівпровідниковий випрямляч струму з RC-фільтром. Цей випрямляч складається з напівпровідникового діода, перемикача, конденсаторів, резисторів, що з’єднані так, як показано на рис. 4.1.4. До його входу підключено генератор електричного струму звукового діапазону частот (ЗГ).

У напівпровідниковому випрямлячі використовують властивість діода Д1 пропускати електричний струм тільки в одному напрямку. До RC-фільтра входять опір R₂ та ємність C₁ або C₂ (далі індекси 1 та 2, де це можливо, використовувати не будемо). Ємність RC-фільтра можемо змінювати перемикачем П1. Фільтр призначено для згладжування пульсацій електричного струму після діода.

Рисунок 4.1.4 – Схема напівпровідникового однопівперіодного випрямляча з RC-фільтром

Фільтр працює таким чином. У ті моменти часу, коли напівпровідниковий діод Д1 пропускає електричний струм, на конденсаторі С накопичується електричний заряд. У ті моменти часу, коли діод Д1 не пропускає електричного струму, конденсатор С розряджається через опір R₂. Цей процес можемо описати, використовуючи закон Ома та означення для ємності і сили струму:

, , , (4.1.1)

де – заряд на конденсаторі; – напруга на конденсаторі (та опорі ); – сила струму в колі. Розв’язуючи цю систему, отримаємо

(4.1.2)

або

, (4.1.3)

де , – відповідно максимальне значення заряду та напруги конденсатора (у момент початку розряду ).

Як бачимо, процес розрядки конденсатора характеризується сталою

. (4.1.4)

Фізичний зміст цієї сталої – час, за який напруга конденсатора ємністю зменшується в разів. Чим більші опір та ємність, тим довше розряджається конденсатор. Якщо період змінного струму буде набагато меншим за , то конденсатор не встигне розрядитися за час, коли діод буде закритим. Напруга на конденсаторі в цьому разі змінюється у невеликих межах. Відбувається згладжування пульсацій електричного струму. Таким чином, умову згладжування пульсацій можемо записати у вигляді . Якщо стала буде меншою за період , то згладжування не відбуватиметься.

Вищеописані процеси як якісно, так і кількісно потрібно дослідити експериментально в лабораторній роботі за допомогою електронного осцилографа.