Випрямний діод - основний елемент випрямлення змінного струму. Його вплив на змінний струм можна порівняти зі зворотним клапаном водопроводу: туди воду пропускає, назад - закривається. Існує кілька варіантів побудови принципової схеми випрямляча, кожен з них розберемо в міру підвищення складності.
Принципова схема випрямляча однонапівперіодна
Найпростіша схема, що працює на одному діоді. Чому випрямляч називається однополуперіодним? Як відомо зі шкільних уроків фізики, змінний струм тече в одну сторону, потім змінює напрямок у зворотний - так 50 разів в секунду. Зміна напряму струму виражається синусоїдою. Одноразова зміна напрямку називається періодом. А так як діод пропускає струм тільки в одному напрямку, природно, зворотній напрямок струму ланцюга закривається. Діод як би відсікає нижню половину періоду в нульовій точці проходження струму (Рис.2). Тобто в освіті постійного струму бере участь тільки один напівперіод.
Звичайно, такий струм назвати постійним можна з великою натяжкою, це ток пульсуючий. Ідеальний постійний струм показаний червоною лінією на графіку Рис.2, але випрямлячі навіть з ідеальним сглаживающим фільтром не досягають такого рівня. А щоб хоч трохи згладити пульсацію, в схему підключається електролітичний конденсатор С. Чим більше навантаження випрямляча R, тим більше повинна бути ємність конденсатора.
При прямому проходженні струму через діод конденсатор заряджається, при зворотному конденсатор видає накопичений заряд в навантаження, тим самим згладжуючи пульсацію (на Рис.3 згладжування відображено синім кольором). Конденсатор є елементом фільтра, що згладжує, в якому ще може бути присутнім дросель або резистор невеликого опору (їх я не накреслив, щоб не ускладнювати принципову схему випрямляча).
Такий випрямляч застосовується в основному в схемах комутації - реле постійного струму. в електромагнітах постійного струму, в деяких електронних генераторах, а ось в підсилювачах низької частоти, в радіоапаратурі він не дає потрібної якості - пульсація створює в цих пристроях огидний рокіт. Ще один недолік - використовується тільки половина потужності трансформатора і половина напруги.
Графічне зображення діода є щось на зразок рівнобедреного трикутника, покладеного на бік. Цей трикутник вістрям, як стрілкою, вказує напрямок проходження струму. Струм по ньому тече від точки 1 до точки 2. Точка 1 називається анодом. а точка 2 - катодом.
Важливо не переплутати дві деталі: у випрямлячі з катода діода завжди виходить плюсове напруга, а в електронних схемах, де діод виконує зовсім іншу роль, на катод подається мінус, на анод - плюс. У нашому випрямлячі в точці 2 плюс, якщо перевернути діод до точки 2 анодом, то в цій точці буде мінус. Обидва варіанти мають право бути.
Принципова схема випрямляча двонапівперіодна
Це вже більш досконала схема випрямлення змінного струму. Чому двонапівперіодний - сподіваюся, зрозуміло: в випрямленні беруть участь обидва напівперіоду. На Рис.5 видно, як нижня частина синусоїди, яка відрізалась однополуперіодним випрямлячем, тепер встала поруч з верхньою частиною синусоїди. Перша половина періоду проходить через D1, навантаження R і повертається до середньої точки обмотки трансформатора. Друга половина періоду - через D2, навантаження R і теж повертається до середньої точки (Рис.4).
Випрямлений струм вже ближче до ідеального, а з сглаживающим фільтром ще ближче (Рис.6). Схема всім хороша, єдиний недолік - важко знайти відповідний трансформатор з симетричними вторинними обмотками, якщо тільки трансформатор перемотати самому. Тому двонапівперіодний випрямляч якось не прижився в народі.
Принципова схема випрямляча з доданими мостом
Найкращий варіант схеми випрямлення: немає проблем з наявністю трансформатора, постійний струм, як і в двопівперіодним випрямлянні, близький до ідеального. Це широко застосовується схема блоків живлення, зарядних пристроїв.
Перша половина періоду проходить через D2, навантаження R, діод D4 і повертається до висновку обмотки 2. Друга половина періоду - через діод D3, навантаження R, діод D1 і до висновку 1. Як би ток ні міняв напрямок, через навантаження R він протікає завжди в одному напрямку.
Твердо усвідомте: на виході моста діоди D2 і D3 зустрічаються катодами - це плюс, на вході моста діоди D1 і D4 з'єднуються анодами - це мінус. Змінна напруга підключається в місцях з'єднання катода D1 і анода D2, катода D4 і анода D3. Це найважливіша деталь, яка на початковому етапі важко запам'ятовується. Просто частіше креслите схему моста.
Ну і наостанок трифазний діодний міст. Ступінь випрямлення, звичайно, у нього вище, ніж у однофазного моста, але застосовується він в основному в промислових зарядний пристрій, в динамічному гальмуванні двигунів з фазним ротором. в перетворювачах частоти трифазного струму. У побуті його застосування не виправдовується.