Мини-лекции. Источники питания. Выпрямители

   Не секрет, что большую часть электроэнергии к нам приходит из сетей переменного тока. Да, те самые 220/380! Ну про 380 в основном узнают те у кого трёхфазные железяки, а для остальных смертных только 220В! Хотя в разных западных существуют и другие значения... Нас это тоже коснулось в прошлом... Такой разнобой во всём?! Достаточно посмотреть схему радиоприёмника 50-60-х. Там стояли переключатели напряжения сети: 220; 127; 110 В. Даже у меня валяется дома раритет, паяльник на 127В, купленный в Москве, ГУМе в 1961-м! Это получается, что в Москве было 127??? Как бы там ни было, для нас с Вами всё те же 220В. Частота 50 Гц. И вид тока СИНУСОИДАЛЬНЫЙ!

   И всё бы ничего, да вот всё изобретенное на свете (радио) работает только на постоянном токе. И мало того, что ламповые схемы срочно требуют 200-250 вольтей, так ещё и телевизоры туда же?! И подавай им 15-30 тыщ вольт! А откуда их взять? Так по-тихому, как бы невзначай появились источники питания. Позже их стали обзывать блоками питания БП. Хотя это не всегда верно?! А так-как у нас всё те же 220, да ещё и переменные до невозможности, то? Правильно, надоть выровнить эту синусоиду в прямую, точнее выпрямить в постоянный ток! Так, что на повестке дня эти чёртовы ВЫПРЯМИТЕЛИ.

   Что значит постоянный ток? Это значит, что в любой наугад взятый отрезок времени по проволоке протечёт один и тот же заряд! На практике же это лишь приближённо можно так считать. Но в общем виде всё как бы постоянно и протекает только в одну сторону?! А график такого тока Вы и видите на рис4а. Горка детская на конце, ток убывающий. Стало быть у нас две задачи! Во-первых, пустить ток только в одном направлении, а во-вторых, построить прямую линию. Первую задачу решают элементы имеющие одностороннюю проводимость. То есть туда пожалуйста, а обратно большой-большой кирпич! Этим занимаются вентили-диоды, как вакуумные (ламповые), так и полупроводниковые. А так-как в наше бандитское время в основном применяют полупровода, то о них и речь. Точнее о схемных решениях на их основе. А кто же выправлять загогулину будет? Правильно, фильтр!

   На рис1 самый простецкий из всех простых выпрямитель. Диод пропускает ток только в одну сторону, а конденсатор пытается выровнить загогулину. А так как выпрямитель делает постоянный ток только пропуская один полупериод синусоиды, то его обозвали однополупериодным. А, что потом? То, что потом Вы и видите на рис4с. Для начала сделаем вид, что нет никакого конденсатора С и на рис4с не никаких наклонных перекладин. Мы видим график того, что осталось от синусоиды. Те самые полупериоды. И, что с ними делать? Правильно выпрямить в прямую линию, в постоянный ток. Вот теперь появился конденсатор и? Далее у Вас два варианта восприятия-рассуждения. Первый с точки зрения спектральных составляющих из коих состоит последовательность полупериодов. Второй, более как бы по душе, вспомнить про свойства конденсатора-накопителя зарядов. Выбирайте любой!

   С точки зрения спектра, то конденсатор хорошо пропускает переменный ток (составляющие) и не пропускает постоянный. Значит на схеме рис1 он закорачивает всё переменное! Весь вопрос как? Проще говоря из всего ряда Фурье он оставит нам только постоянную составляющую и замкнёт переменную. А переменная, это частоты от 50 Гц и до бесконечности... И всё бы было красиво, если бы не сопротивление нагрузки... Оно всё и портит. Не получается идеальной картинки, хочь тресни?..

   Более понятнее для нас второй вариант рис4с. С приходом первого импульса (полупериода) конденсатор заряжается до максимума. И как только, так сразу же начинает разряжаться через сопротивление нагрузки. Напряжение постепенно понижается (те самые перекладины). Второй импульс опять заряжает и опять конденсатор начинает разряжаться и тд. И вместо импульсов-полупериодов в установившемся режиме мы получим вот такой график рис4b нашего постоянного тока! Такая вот пила получается?! А можно ли как-то ещё сгладить график не меняя остальное? Можно, применяя не однополупериодную схему, а двухполупериодную. С помощью такого варианта два графика рис4с и рис4d объединяются и получается рис4e. На рис2 такая вот схема. В нашем выпрямителе появился трансформатор с двумя вторичными обмотками. Когда ток течёт по верхней обмотке, верхний диод пропускает ток в направлении нагрузки и заряжает конденсатор. Тоже самое происходит при протекании тока по нижней обмотке, но уже через нижний диод. В итоге тот самый график на рис4е. Та же пила, только зубьев больше а высота их меньше. Стало быть пульсаций меньше. Более продвинутая схема на рис3. Там трансформатор всего лишь с одной вторичной обмоткой, но? Но с четырьмя диодами (мостовая схема). Что и как получается в этом варианте картинка рис4е, Вы можете и сами проследить, учитывая одностороннюю проводимость диодов. Попробуйте!

   Первоначально применяли действительно отдельно взятые диоды но позже?.. Правильно, решили всё это минимизировать и выпускать готовые мосты для таких вот выпрямителей и для разных токов-напряжений разные. На рис8 мостик КЦ402В допустимый ток 1А. Обратное импульсное напряжение 400В. На рис9 «старинный» селеновый мост АВС-80-260. Ток 80 мА и напряжение 260В.

   Теперь поговорим о не совсем «нормальных» выпрямителях-умножителях. С некоторых пор появилась необходимость получения очень высоких напряжений и с маленькими токами нагрузки. А так как человек существо мыслящее, то он и домыслил до такого понятия как умножитель! Но не тот, что частоту умножает, только напряжение постоянного тока! Вот на рис5 Вы и видите такой, схема Латура. Здесь конденсаторы попеременно заряжаются и в сумме дают удвоенное напряжение. Ещё круче умножитель на рис6, а на рис7 расписаны напряжения на ветвях. Определение напряжений простое (только в случае синусоидального тока!). Сколько пар (диод-конденсатор), столько и удвоений. В смысле умножения напряжения с выходной обмотки трансформатора. На рис6 четырёхкратное умножение, а на рис7 пятикратное!

   На рис10 умножитель цветного телевизора 3УСЦТ (УН9/27-1,3), а на рис11 сам во всей красе. Правда на схеме диодов шесть, а конденсаторов 5. Шестой внешний. На рис10 это С9, в красной окружности. Значит мы имеем шестикратное умножение. Правда переменное напряжение скорее имеет импульсный характер нежели синусоидальное в сети. Поэтому удвоения здесь нет и скорее напоминает суммирование двух напряжений рис10а. Это U1 и U2. Как видите они различные по величине. На выходе умножителя напряжение достигает 27 кВ. А U1 где-то 4-5 кВ.

   Казалось бы всё хорошо придумано! Только вот не совсем! Но об этом в следующей мини-лекции.