Выпрямители переменного тока

Электростанции вырабатывают переменный ток. Однако 25-30% электрической энергии используется в устройствах, работающих на постоянном токе. Для преобразования переменного тока в постоянный ток применяют выпрямители.
Для выпрямления переменного тока раньше использовались электромагнитные преобразователи, ртутные, ионные, электронные лампы. В настоящее время в основном применяются полупроводниковые выпрямители. Они проще по конструкции, меньше по размерам, надежнее при эксплуатации, удобнее при обслуживании и имеют более высокий КПД.

Полупроводники по электропроводимости занимают промежуточное место между проводниками и изоляторами. Для них характерно наличие двух типов проводимости: электронной, или  n-проводимости, за счет свободных электронов; дырочной, или p-проводимости, за счет валентных электронов (дырок). Введение определенных примесей позволяет получать полупроводники проводимости n- или p-типа. Если полупроводник имеет две зоны с различными типами проводимости, то на их границе образуется n-p-переход, обладающий односторонней проводимостью электрического тока.

Действительно, при подключении положительного полюса источника к зоне с проводимостью р-типа, а отрицательного — к зоне с проводимостью n-типа дырки будут отталкиваться положительным потенциалом источника тока, а электроны — отрицательным. В результате этого они движутся навстречу друг другу, частично рекомбинируя в зоне перехода, а затем притягиваются к электродам источника питания, обеспечивая прохождение электрического тока через диод (рис. справа, а). Если же последний подключить иначе (рис. справа, б), то зона перехода обедняется носителями зарядов, а его сопротивление резко возрастает и ток через диод не проходит.

Одностороннюю проводимость диода демонстрируют с помощью установки, схематически изображенной на рис. слева.

Такая конструкция диода имеет специфическую зависимость тока от напряжения и имеет вид «клюшки». Для резистора вольт-амперная характеристика имеет вид прямой линии.

Для наблюдения
осциллограммы вольт-амперной характеристики диода, выражающей зависимость величины проходящего через него тока от приложенного напряжения, собирают установку, изображенную на рис. справа, а. Используя вольт-амперную характеристику диода, можно объяснить его свойство выпрямлять переменный ток, нарисовав графики тока и напряжения (рис. справа, б). Если включить генератор развертки осциллографа в установке, то можно наблюдать осциллограмму выпрямленного тока.

Для проводника развернутая диаграмма тока имеет вид синусоиды. 


С помощью выпрямителей получают пульсирующий ток, направление которого не меняется, а меняется величина.  Для  того, чтобы сгладить   пульсацию   тока, последовательно  с диодом включают дроссель (катушка с сердечником), а параллельно — конденсаторы большой емкости (рис. слева). Дроссель и конденсаторы представляют собой фильтр, который сглаживает пульсацию тока. На выходе выпрямителя получают постоянный ток по величине и направлению.

Для выпрямления переменного тока используют три вида выпрямителей: однополупериодный (рис. справа, а), двухполупериодный со средней точкой (рис. справа, б) и двухполупериодный по мостовой схеме (рис. справа, в).
Полупроводниковые диоды разнообразны по конструкции и назначению. Для сильных токов применяют плоскостные диоды, а для слабых токов — точечные диоды.