Схемы выпрямителей для источников питания

Двухполупериодная мостовая схема. На рис. 1.4.1 показана схема источника пита­ния постоянного тока с мостовым выпря­мителем, который мы только что рас­смотрели. Промышленность изготавли­вает мостовые схемы в виде функцио­нальных модулей. Маленькие мостовые модули рассчитаны на предельный ток 1 А и напряжение пробоя от 100 до 600 В, а иногда до 1000 В. Для больших мосто­вых выпрямителей предельный ток равен 25 А и выше. В табл. 6.4 приведены пара­метры нескольких типов таких модулей.

Рис. 1.74. Схема мостового выпрямителя.

Значок по­лярности и электрод в виде дуги служат для обозначе­ния поляризованного конденсатора, заряжать его с другой полярностью недопустимо.

Рис. 1.4.2. Двухполупериодный выпрямитель на осно­ве трансформатора со средней точкой. Формирование двухполярного (расщепленного) напряжения питания

Двухполупериодный однофазный вы­прямитель. Схема двухцолуцериодного однофазного выпрямителя приведена на рис. 1.4.2. Выходное напряжение здесь в 2 раза меньше, чем в схеме мостового выпрямителя. Схема двухполупериодного однофазного выпрямителя не является эффективной с точки зрения использова­ния трансформатора, так как каждая по­ловина вторичной обмотки используется только в одном полупериоде. В связи с этим ток в обмотке за этот интервал времени в 2 раза больше, чем в простой двухполупериодной схеме. Согласно за­кону Ома, температура нагрева обмотки пропорциональна произведению l2R9 зна­чит, за время в 2 раза меньшее нагрев будет в 4 раза больше или в среднем больше по сравнению с эквивалентной двухполупериодной схемой. Трансформа­тор для этой схемы следует выбирать так, чтобы его предельный ток был в 1,4 раз больше, чем у трансформатора мостовой схемы, в противном случае та­кой выпрямитель будет более дорогим и более громоздким, чем мостовой.

Широко распространена мостовая одно­фазная двухполупериодная схема выпря­мителя. Она позволяет рсщеплять напряжение питания (получать на выходе одинаковые напря­жения положительной и отрицательной полярности). Эта схема эффективна, так как в каждом полуперйоде входного сигнала используются обе половины вторичной обмотки.

Упражнение 1.4.1.Это упражнение поможет вам разобраться в механизме нагрева обмотки, пропорци­онального I²R, и понять, в чем проявляется недоста­ток однофазного выпрямителя. На какое предельное минимальное значение тока должен быть расчитан плавкий предохранитель, чтобы в цепи мог протекать ток, изменяющийся согласно графику, показанному на рис. 1.76, и имеющий среднюю амплитуду 1 А? Подсказка: предохранитель «перегорает», когда в цепи начинает протекать ток, превышающий предель­ное значение тока предохранителя. При этом в предо­хранителе расплавляется металлический проводник (температура его нагрева пропорциональна I²R). Допустим, что и в нашем случае температурная постоянная времени для плавкого предохранителя значительно больше, чем период прямоугольных колебаний, т. е. предохранитель реагирует на значение 1\ осредненное за несколько периодов входного сигнала.

ТРАНЗИСТОРЫ

Транзистор-это один из основных «ак­тивных» компонентов. Он представляет собой устройство, которое может усили­вать входной сигнал по мощности. Уве­личение мощности сигнала происходит за счет внешнего источника питания. Отме­тим, что увеличение амплитуды сигнала не является в данном случае определяю­щим. Так, например, повышающий транс­форматор - «пассивный» компонент, та­кой же, как резистор или конденсатор, обеспечивает усиление по напряжению, но не может усилить сигнал по мощности. Устройства, которые обладают свойст­вом усиления по мощности, характеризу­ются способностью к генерации, обуслов­ленной передачей выходного сигнала об­ратно на вход.

Изобретателей транзистора когда-то заинтересовала именно способность уст­ройства усиливать сигнал по мощности. Для начала они соорудили с помощью транзистора усилитель звуковых частот для громкоговорителя и убедились, что на выходе сигнал больше, чем на входе.

Транзистор является неотъемлемой частью всякой электронной схемы, начи­ная от простейшего усилителя или гене­ратора до сложнейшей цифровой вычис­лительной машины. Интегральны^ схемы (ИС), которые в основном заменили схе­мы, собранные из дискретных транзисто­ров, представляют собой совокупности транзисторов или других компонентов, построенные на едином кристалле полу­проводникового материала.

Обязательно следует разобраться в том, как работает транзистор, даже если вам придется пользоваться в основном интегральными схемами. Дело в том, что, для того чтобы собрать электронное устройство из интегральных схем и под­ключить его к внешним цепям, необходи­мо знать входные и выходные характе­ристики каждой используемой ИС. Кроме того, транзистор служит основой постро­ения межсоединений, как внутренних (между ИС), так и внешних. И наконец, иногда (и даже довольно часто) случается, что подходящей ИС промышленность не выпускает и приходится прибегать к схе­мам, собранным из дискретных компо­нентов. Как вы сами вскоре убедитесь, транзисторы сами по себе очень интерес­ны, и ознакомление с их работой доставит вам удовольствие.

Мы будем рассматривать транзисторы совершенно не так, как авторы других книг. Обычно изучая транзистор, поль­зуются его эквивалентной схемой и А-па-раметрами. На наш взгляд, такой подход сложен и надуман. И дело не только в том, что, глядя на мудреные уравнения, вы едва ли поймете, как работает схема, скорее всего вы будете иметь смутное представление о параметрах транзистора, их значениях и самое главное диапазонах изменения.

Мы предлагаем вам другой подход. В этой главе мы построим простую мо-дель транзистора и с ее помощью созда­дим несколько схем. Как только начнут проявляться ограничения модели, допол­ним ее с учетом уравнений Эберса-Молла. Полученная таким образом модель даст правильное представление о работе транзистора; с ее помощью вы сможете создавать самые хорошие схемы, не при­бегая к большим расчетам. Кроме того, характеристики ваших схем не будут серь­езно зависеть от таких неуправляемых параметров транзистора как, например, коэффициент усиления по току.

И наконец, несколько слов о принятых инженерной практике условностях. Напряжение на выводе транзистора, взя­тое по отношению к потенциалу земли, обозначается буквенным индексом (К, Б или Э): например, Uк-это напряжение на коллекторе. Напряжение между выводами обозначается двойным индексом, напри­мер, U_бэ-это напряжение между базой и эмиттером. Если индекс образован дву­мя одинаковыми буквами, то это-напряжение источника питания: U_кк-это напряжение питания (обычно положи­тельное) коллектора, U_э напряжение питания (обычно отрицательное) эмит­тера.