Выпрямитель состоит из четырех основных элементов: силового трансформатора, который трансформирует напряжение сети до величины, необходимой для получения заданного напряжения постоянного тока на выходе выпрямителя; системы вентилей, преобразующих переменный ток в постоянный; сглаживающего фильтра, который уменьшает пульсацию выпрямленного напряжения на выходе выпрямителя; стабилизатора, который поддерживает неизменным напряжение на нагрузке при изменениях напряжения сети или сопротивления нагрузки. В зависимости от требований, предъявляемых к выпрямителю условиями работы нагрузки, сглаживающий фильтр и стабилизатор могут отсутствовать.
Простейшим однофазным выпрямителем является однополупериодный, схема которого представлена на рис. 3.
Если вентиль идеальный (его сопротивление в прямом направлении Rпр=0, а
в обратном Rобр=
), то при синусоидально изменяющемся вторичном напряжении
трансформатора u2, ток в резисторе Rн появится только в те полупериоды напряжения
u2, когда потенциал точки 1 будет положителен относительно точки 2, т.к. при
таком напряжении вентиль открыт (рис.3). Когда потенциал точки 1 относительно
точки 2 отрицательный, вентиль закрыт и ток в цепи вторичной обмотки трансформатора
и в цепи нагрузки равен нулю. Таким образом, ток в резисторе пульсирует и
появляется только в один из полупериодов напряжения u2.
Т.к. сопротивление вентиля в прямом направлении Rпр=0, в положительный полупериод
напряжения падение напряжения на вентиле 
и как следует из второго закона Кирхгофа
для контура вторичной обмотки u2 = uн. В отрицательный полупериод напряжения
u2, ток нагрузки iн=0 (рис. 4) и, как вытекает из второго закона Кирхгофа
для контура вторичной обмотки трансформатора, uобр.=u2, а максимальное значение
обратного напряжения Um обр.=U2m. Выпрямители характеризуются средними выпрямленными
значениями напряжений и токов, т.е. средними арифметическими значениями из
всех их мгновенных значений за период:
|
|
(1) |
.После интегрирования получим:
|
|
(2) |
.Аналогично для тока:
|
|
(3) |
.Переходя от амплитудного значения напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора к действующему, будем иметь:
|
|
(4) |
.Действующее значение выпрямленного тока - среднее квадратичное его значение за период, т.е.
|
|
(5) |
=
,т.к. ток во вторичной обмотке трансформатора и через вентиль протекает в течение только одного полупериода, верхний предел интегрирования будет равным Т/2.
После интегрирования получим:
|
|
(6) |
.Совместное решение уравнений (3) и (6) относительно (1) дает:
|
|
(7) |
.Электрические параметры выпрямителей определяют выбор вентилей для них.
Выпрямители надежно работают только в том случае, когда параметры вентилей
превышают параметры выпрямителей. Поэтому при подборе вентиля для выпрямителя
необходимо, чтобы его максимальное допустимое обратное напряжение Um.обр.доп.
(приводится в паспорте вентиля) было больше расчетного значения обратного
напряжения, т.е. должно выполняться условие Um.обр.доп
Um.обр.=U2m, а с учетом соотношения
(2):
|
|
(8) |
.Необходимо также, чтобы максимальное значение выпрямленного тока вентиля (приводится в паспорте вентиля) было больше расчетного значения, т.е. должно выполняться условие:
|
|
(9) |
.Из рис. 4 видно, что напряжение на нагрузке достигает максимума один раз за период. Следовательно, частота пульсации напряжения на нагрузочном резисторе в однополупериодной схеме равна частоте источника энергии. Большая пульсация выпрямленного напряжения является одним из основных недостатков однополупериодного выпрямителя. Другим - недостаточное использование трансформатора по току, т.к. среднее значение выпрямленного тока, как видно из уравнения (7), значительно меньше действующего значения тока вторичной обмотки трансформатора.
Рис. 5
Указанных недостатков лишены двухполупериодные выпрямители, в которых используются оба полупериода напряжения источника энергии. Наиболее распространенная мостовая схема двухполупериодного выпрямителя приведена на рис. 5.
