Двухполупериодные схемы выпрямления бывают двух типов, схема с выведенной средней точкой вторичной обмотки силового трансформатора и мостовая схема.

Двухполупериодная схема с выводом средней точки (рис.5.3,а) состоит из трансформатора Тр, вторичная обмотка которого имеет дополнительный вывод от средней точки, двух диодов VD1 и VD2. Данная схема представляет собой сочетание двух однополупериодных схем, работающих на общую нагрузку. В этой схеме в течение первого полупериода (интервал 0 - π) диод VD1 будет открыт, так как к аноду диода приложен положительный потенциал с верхней точки вторичной обмотки трансформатора, а катод через нагрузку подключен к среднему выводу вторичной обмотки, который имеет отрицательный потенциал. Через нагрузку Rн будет проходить ток первого диода. На этом же отрезке времени к диоду VD2 будет приложено обратное напряжение (с другой половины вторичной обмотки трансформатора) и он окажется закрытым.

а б

Рис.5.3 Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой: а – схема, б – диаграммы напряжений и токов.

В течение следующего полупериода (интервал π - 2π) прямое напряжение окажется приложенным ко второму диоду, а обратное - к первому диоду, поэтому открытым будет диод VD2 и по нагрузке проходит ток второго диода.Таким образом, ток в нагрузке в течение всего периода переменного напряжения протекает в одном и том же направлении. Этот ток вызывает на нагрузке пульсирующее напряжение Uн.

Постоянная составляющая напряжения на нагрузке Uo за период будет в 2 раза больше, чем при однополупериодном выпрямлении, и тогда

U0 = 0.9U2 .

где U2 - действующее значение напряжения на одной из полуобмоток трансформатора.

Средний выпрямленный ток:

I0 = 0,636 I2m .

Максимальное обратное напряжение на диоде, например на VD1 определяется максимальным напряжением между концами вторичной обмотки, так как к аноду диода VD1 приложено напряжение верхнего конца вторичной обмотки, в данный момент отрицательное, а к катоду через диод VD2, который проводит ток, приложено положительное напряжение нижнего конца вторичной обмотки.

Следовательно, в этой схеме максимальное обратное напряжение на диоде в 2 раза превышает напряжение на диоде предыдущей схемы.

Если в данной схеме ток через каждый диод проходит только в течение половины периода, то в это же время через нагрузку он идет в течение всего периода. Это означает, что среднее значение тока через диод в 2 раза меньше, чем среднее значение тока через нагрузку. Обозначив среднее значение тока через диод /прср» получим

Из временных диаграмм (рис.5.3,б) видно, что напряжение на нагрузке достигает максимума дважды за период напряжения сети. Поэтому частота основной гармоники пульсирующего напряжения равна удвоенной частоте напряжения сети.

Для двухполупериодной схемы коэффициент пульсаций: Кп = 0,67.

Следовательно, рассмотренная схема дает более сглаженное выпрямленное напряжение, чем однополупериодная.

Сердечник трансформатора в схеме двухполупериодного выпрямления не подмагничивается, так как во время четных полупериодов постоянная составляющая тока, проходя по нижней части вторичной обмотки трансформатора, размагничивает сердечник трансформатора, который намагнитился во время нечетных полупериодов. Ток первичной обмотки синусоидален. Так как для получения выпрямленного напряжения необходим трансформатор с средним выводом вторичной обмотки и каждая из половин вторичной обмотки работает только полпериода, то вторичная обмотка в этой схеме выпрямления используется не полностью и коэффициент использования обмоток трансформатора ниже.

Сравнивая двухполупериодную схему выпрямления с однополупериодной, можно сделать следующие выводы: среднее значение тока диода уменьшается в 2 раза при одном и том же токе нагрузки; меньше коэффициент пульсаций (0,67), лучше используется трансформатор. Однако есть и недостатки: необходимость вывода средней точки вторичной обмотки трансформатора, а также наличие двух диодов вместо одного.

Широкое распространение получила двухполупериодная мостовая схема выпрямителя (рис.5.4). В ней используется трансформатор и четыре диода, включенных по мостовой схеме. Переменное. напряжение подводится к одной диагонали моста, а выпрямленное напряжение снимается с другой.

Рис.5.4 Двухполупериодный мостовой выпрямитель.

Рассмотрим работу мостовой схемы. Пусть в некоторый момент времени переменное напряжение на вторичной обмотке трансформатора таково, что потенциал точки А выше потенциала точки В. Тогда от точки А («+» источника напряжения) ток будет проходить через диод VD4 к точке Г, далее через нагрузку к точке Б и через диод VD2 к точке В («—» источника напряжения). В течение следующего полупериода, когда потенциал точки В выше потенциала точки А, ток от точки В будет проходить через диод VDЗ, нагрузку и диод VD1 к точке А. Для первого полупериода направление тока показано сплошными стрелками, для второго полупериода направление тока показано пунктирными стрелками. В любой полупериод ток через нагрузку проходит в одном направлении.

Временные диаграммы мостовой схемы совпадают с диаграммами двухполупериодной схемы со средней точкой.

Обратное напряжение на мостовой схеме в 2 раза меньше, чем в двухполупериодной со средней точкой. Коэффициент пульсаций такой же, как и в схеме со средней точкой.

Преимущества мостовой схемы выпрямителя перед схемой со средней точкой:

· обратное напряжение, прикладываемое к неработающим диодам, в 2 раза меньше;

· конструкция трансформатора проще, так как не требуется вывода средней точки вторичной обмотки;

· возможность применения схемы без трансформатора, когда напряжение сети соответствует напряжению, которое должно быть приложено к мосту;

· габариты и масса трансформатора меньше вследствие лучшего использования обмоток.

Недостатком мостовой схемы следует считать наличие четырех диодов по сравнению с двумя диодами в схеме со средней точкой.

Выпрямители с умножением напряжения. Схемы умножения напряжения позволяют получать напряжение на нагрузке в несколько раз больше напряжения вторичной обмотки трансформатора.

Простейшая схема выпрямителя с умножением напряжения приведена на рис.5.5. Она состоит из двух однополупериодных выпрямителей, питаемых от одной и той же вторичной обмотки трансформатора. Один из выпрямителей образован диодом VD1 и конденсатором С1, второй - диодом VD 2 и конденсатором С2. Нагрузка включена параллельно конденсатору С2.

В течение полупериода, когда нижний конец вторичной обмотки трансформатора является положительным, ток проходит через диод VD1 и заряжает конденсатор С1.

Рис.5.5 Выпрямитель с удвоением напряжения

В следующий полупериод напряжение вторичной обмотки трансформатора суммируется с напряжением на конденсаторе С2, разряжающемся на нагрузку. Эта сумма напряжений заряжает конденсатор С2 через диод VD2. В результате напряжение на конденсаторе С2 и нагрузке Rн будет приблизительно равным двойному амплитудному значению напряжения вторичной обмотки трансформатора. Эта схема имеет все недостатки, присущие однополупериодной схеме выпрямления.

На основе однополупериодной схемы умножения напряжения строятся по схеме многократного умножения, позволяющей получить увеличение напряжения в 3 - 5 раз и более. Схемы умножения применяются в маломощных выпрямителях, например для питания анодов электронно-лучевых трубок, в электронных микроскопах и т. п.