олярность напряжения на вторичной обмотке меняется: меняются местами «плюс» и «минус», и тот диод, который пропускал ток, оказывается закрытым, а тот, что не пропускал, — открытым (Р-169;2). Каждая половинка вторичной обмотки трансформатора для такой схемы должна давать расчетное напряжение, необходимое для выпрямителя, а вся обмотка — удвоенное напряжение.
В мостовой схеме (Р-169;3) двухполупериодное выпрямление получается без двух отдельных переменных напряжений, для мостовой схемы достаточно иметь одну вторичную обмотку. Но за это приходится платить двумя дополнительными диодами — в мостовой схеме их 4, а не 2. Если разобраться в начертании мостовой схемы, то окажется, что в ней просто найден такой способ включения диодов, при котором ток через нагрузку при любой полярности напряжения на вторичной обмотке идет в одну и ту же сторону.
В выпрямителях блока питания используют плоскостные диоды (Т-136; С-14), хотя при небольших токах вполне могут подойти и точечные. Диоды подбирают по величине постоянного тока, который должен давать выпрямитель, и по обратному напряжению (Т-134), которое для страховки всегда считают равным удвоенной амплитуде переменного напряжения на вторичной обмотке. Это, однако, еще не означает, что выпрямленное напряжение действительно получается равным амплитуде переменного напряжения, хотя такое в принципе возможно.
Т-284. Фильтр выпрямителя сглаживает пульсации и, кроме того, влияет на величину выпрямленного напряжения. Чтобы отвести от нагрузки переменную составляющую, сгладить пульсации напряжения, которое подводится к нагрузке, после диодов включают фильтр, обычно из конденсаторов и резистора (Р-170;1,3), реже из конденсаторов и дросселя (Р-170;2). Элементы фильтра выбираются исходя из известных соотношений — чем больше емкость конденсаторов Сф1Сф2, тем лучше, тем большая часть переменных составляющих замыкает через них и меньшая часть идет в нагрузку. И чем больше сопротивление резистора Rф, тем труднее переменным составляющим пробраться в нагрузку. Есть, правда, такое ограничение: чем больше сопротивление Rф, тем большая часть постоянного напряжения на нем теряется.
Р-170
Здесь, наверное, уместно напомнить, что нагрузка выпрямителя Rн — это вся электронная схема, которую он питает, например коллекторные цепи всех транзисторов или анодные цепи всех ламп. То есть нагрузка Rн — это не резистор, а некий условный элемент, само его сопротивление зависит от тока, который потребляется от выпрямителя: чем больше этот ток, тем сопротивление нагрузки меньше, тем, как принято говорить, сильней нагружен выпрямитель. Что касается сопротивления фильтра Rф, то по нему проходит весь выпрямленный ток, и нужно, чтобы этот ток не создавал на Rф слишком большого напряжения.
В некоторых случаях используют трехзвенный фильтр, показанный на Р-170;3. Со второго звена снимают выпрямленное напряжение с несколько большими пульсациями, с третьего — напряжение, сглаженное лучше. Удобство такого фильтра связано вот с чем: некоторые цепи не очень-то чувствуют изменения питающего напряжения, для иных же недопустимы даже малейшие пульсации. Поэтому нет смысла весь выпрямленный ток фильтровать с одинаковой тщательностью, часть его можно пропустить только по одному из двух резисторов фильтра, получить при этом более высокое напряжение Uпит и одновременно уменьшить мощность, теряемую в фильтре. В качестве примера потребителя, для которого удобна такая система питания, можно назвать мощный усилитель НЧ — коллекторную цепь его выходного каскада может питать напряжение с пульсациями 1–2 % (отсчет от уровня постоянного напряжения), а на предварительные каскады нужно подавать напряжение, у которого пульсации не превышают 0,01-0,05 %.
Это легко объясняется: пульсации, попавшие в первые каскады, в дальнейшем усиливаются. Кстати, плохая фильтрация питающего напряжения в усилителях НЧ проявляется в виде фона с частотой 50 или 100 Гц в зависимости от схемы выпрямителя.
Кондиционеры фильтра не только сглаживают пульсации, они, особенно первый Сф1, влияют еще и на величину выпрямленного напряжения Uпит, подводимого к нагрузке. Импульсы тока через диод выпрямителя заряжают конденсатор Сф1, и потом он постепенно разряжается через нагрузку Rн. Чем больше емкость конденсатора, тем медленнее он разряжается и тем больше среднее напряжение на нем (Р-170;4). В этом процессе, правда, есть еще одно действующее лицо, от которого тоже зависит скорость разряда конденсатора Сф1. Это сама нагрузка: чем меньше сопротивление Rн, тем быстрей разряжается конденсатор, тем меньше выпрямленное напряжение и выше уровень пульсаций. Отсюда практический вывод: чем меньше сопротивление нагрузки Rн, то есть чем больше потребляемый от выпрямителя ток, тем больше должна быть емкость конденсаторов фильтра Сф1 и Сф2. И еще: выпрямленное напряжение определяется не только подводимым к выпрямителю переменным напряжением, но также потребляемым током и емкостью первого конденсатора фильтра Сф1: чем меньше этот ток и чем больше Сф1, тем больше выпрямленное напряжение (Р-170;4). При достаточно большой емкости Сф2 выпрямленное напряжение довольно близко к амплитуде переменного.
В приближенных расчетах можно считать, что выпрямленное напряжение получится таким, как эффективное значение напряжения на вторичной обмотке. И если, скажем, нужно питать усилитель напряжением 22 В, то нужен силовой трансформатор с коэффициентом трансформации 0,1 (при напряжении сети 220 В). Конденсаторы фильтра, однако, во всех случаях нужно рассчитывать на амплитуду напряжения — в какой-то момент выпрямитель может остаться без нагрузки, конденсаторы разряжаться не будут, и напряжение на них поднимется до уровня амплитуды. При этом в такие моменты к нему будет добавляться сама амплитуда переменного напряжения и общее напряжение как раз и станет равным удвоенной амплитуде; на нее должны быть рассчитаны диоды.
Т-285. Транзистор оказывает малое сопротивление постоянному току и большое переменному, он может быть элементом фильтра. Открытый транзистор легко пропускает постоянный ток, его сопротивление для этого тока мало, и падение напряжения на участке коллектор — эмиттер составляет несколько вольт. В то же время коллекторное напряжение слабо влияет на величину коллекторного тока, и поэтому изменения напряжения Uк вызывают незначительные изменения Iк. То есть для меняющегося тока транзистор представляет большое сопротивление. Сочетание этих свойств (малое сопротивление для постоянного тока и большое для переменного) делает открытый транзистор идеальным элементом фильтра выпрямителя (Р-170;5) — он не пропускает к нагрузке переменную составляющую выпрямленного тока и в то же время не оказывает препятствий постоянной составляющей, не снижает выпрямленного напряжения.
Т-286. Кремниевый стабилитрон, особенно в сочетании с транзисторами, позволяет создавать стабилизаторы напряжения. Включение транзистора в качестве элемента фильтра позволяет воспользоваться эффективными системами стабилизации напряжения. Стабилизатор напряжения, как об этом говорит само название, поддерживает неизменным выпрямленное напряжение, если по каким-то причинам изменится напряжение на его входе (это может произойти из-за изменений напряжения в сети или если изменится режим самой нагрузки, например увеличится или уменьшится потребляемый ток).
Основа большинства стабилизирующих схем — особый кремниевый диод, стабилитрон (Р-171;1), который сам по себе предназначен для стабилизации напряжения. Особенность его состоит в том, что в определенном режиме сопротивление этого диода сильно меняется при изменении пропускаемого им тока (такая характеристика у стабилитрона получается за счет определенных свойств самого полупроводникового материала), и в итоге напряжение на диоде остается неизменным. Если собрать делитель с кремниевым стабилитроном (Р-171;2) и менять подводимое к этому делителю напряжение, то сопротивление диода будет меняться и напряжение, снимаемое с диода, окажется стабилизированным.
Р-171
Используя стабилитрон в качестве источника опорного постоянного напряжения, можно создать электронную схему, которая будет управлять работой транзисторного фильтра и менять его режим таким образом, чтобы напряжение на выходе во всех случаях оставалось неизменным. Это настоящий электронный автомат, со следящей системой (Т-265), — он следит за изменением подводимого напряжения. И с памятью в виде стабилитрона: на нем записано опорное напряжение, по которому нужно равняться (Р-171;4).
Некоторые варианты стабилизированного выпрямителя, например схема, показанная на Р-171;5, позволяют в широких пределах регулировать выпрямленное напряжение Uпит. Изменяя с помощью Uуст «минус» на базе, мы меняем опорное напряжение и в итоге выпрямленное напряжение Uвых, которое достается нагрузке. Одна из практических схем такого выпрямителя с регулируемым напряжением приводится на К-15.
Т-287. Цепочки конденсаторов и диодов позволяют увеличивать выпрямленное напряжение. Понизить выпрямленное напряжение всегда просто: для этого достаточно увеличить сопротивление фильтра, ввести дополнительный гасящий резистор или делитель напряжения. А вот для того, чтобы получить выпрямленное напряжение побольше, нужно переделать или заменить силовой трансформатор, увеличить напряжение на его вторичной обмотке, которое подводится к выпрямителю. Есть, правда, и другой путь — умножение напряжения, но пользуются им сравнительно редко.