Описуваний незвичайний випрямляч змінного струму призначений для використання там, де потрібні малі регульовані напруги при відносно великих струмах і малих втратах. Прикладом застосування може служити харчування елементів Пелтьє, застосовуваних у системах охолодження, де, до того ж, необхідно і регулювати температуру. Гальванічні ванни і низьковольтні паяльники - інші приклади застосування такого випрямляча.
При отриманні низьких напруг живлення у випрямлячах постає проблема падіння напруги на випрямних напівпровідникових діодах, обумовлена застосованим у напівпровідникових діодах матеріалом (0,6...0,9 в кремнієвих діодах), яке надає тим більше вплив, чим нижче випрямлена напруга. Постає проблема відводу тепла при великих струмах навантаження. Коли необхідна ще і регулювання вихідної напруги, вдаються до допомоги послідовного стабілізатора напруги, падіння напруги на переході регулюючого транзистора якого становить додатково до падіння випрямляча на діодах ще кілька вольт, що веде до марного розсіювання потужності, к. п. д пристрою, при цьому, не перевищує 50%. На малюнку (Bild 1) показана схема випрямляча, взята зі збірки патентів НДР [ 1 ], який дозволяє значно зменшити втрати потужності.
Рис. 1.
Мова йде, в першу чергу, про двухполупериодном випрямлячі з середньою точкою, який характерний і відомий як випрямляч, який має два діода і відвід від середини обмотки трансформатора. Тут випрямні діоди замінені переходами емітер-колектор регулюють транзисторів (VT1 і VT2). Цим забезпечується перевага перед діодами, так як падіння напруги на переходах емітер-колектор у сучасних потужних планарних транзисторів складає всього 0,1...0,2 В, проти приблизно 0,7 В у більшості випрямних діодів, тому марне розсіювання потужності значимтельно скорочується. Крім того, при використанні транзисторів як керованих елементів, з'являється можливість регулювання вихідної випрямленої напруги, а саме - шляхом скорочення фази.
Рис. 2
Під час позитивного напівперіоду струм тече через VD1, контакти перемикача S (S - спочатку в крайньому правому, схемою, положенні), резистор R і діод VD4 в ланцюзі база-емітер VT2. VT2, при цьому, управляється, в результаті чого нижня гілка випрямляча відкривається, а конденсатор С заряджається. Під час негативного напівперіоду транзистор VT1 управляється через діод VD2, S, R і VD3, ніж відкривається верхня гілка випрямляча. Оскільки мова йде про двухполупериодном випрямлячі, в якому залишковий падіння напруги на переходах емітер-колектор транзисторів дуже мало, то мала і розсіюється на транзисторах потужність, що дорівнює падінню напруги на переході емітер-колектор помноженому на струм протікає в цьому ланцюзі. Коль мала потужність розсіювання, так невеликим може бути і тепловідвід, а якщо ще й негативний полюс випрямляча може бути з'єднаний з металевим корпусом живиться пристрій, що регулюють транзистори можна прикрутити висновками колекторів прямо на шасі без ізолюючих прокладок.
Тепер розглянемо можливість регулювання вихідної напруги випрямляча з допомогою ланцюжка діодів VD5...VDn, що комутуються перемикачем S, здійснюють відсічення фази (Bild 2). Транзистори, при цьому, починають проводити не відразу з початку відповідного напівперіоду змінної напруги, а через деякий час, коли миттєве значення амплітуди напруги в полупериоде перевищить суму прямих напруг включених діодів. Відповідно, чим менший час відкриті транзистори, тим до меншої напруги зможе заряджатися конденсатор фільтра С. Звичайно ефект більш пізнього відкривання і більш раннього закривання транзисторів залежить і від прямого падіння напруги на діодах VD1...VD4 і від напруги відкривання транзисторів VT1 і VT2. Тут краще всього застосувати германієві діоди з-за малого прямого падіння напруги на них, наприклад, 0,1 А або 1 А діоди з серії GY. Більш сучасними виявляються тут діоди з бар'єром Шотткі, але результати, одержувані з ними анітрохи не краще, а гірше, ніж зі старими добрими германиевыми діодами, тим більше, що досі не всі можуть діоди Шотткі дістати.
Слід звернути особливу увагу на максимальна допустима зворотна напруга переходів база-емітер VT1 і VT2. При перевищенні цієї напруги, струм з відповідного зовнішнього кінця вторинної обмотки силового трансформатора потече через незачинене перехід емітер-база (як струм стабілізації (або лавинний струм пробою") у стабілітроні) і звідти через включений в прямому напрямку проходження струму перехід база - колектор, - прямо на вихід випрямляча. У цьому випадку, звичайно ж, ні про яке регулювання транзисторами не може бути й мови і вони пошкоджуються. Пікове значення напруги на будь половині вторинної обмотки не повинно перевищувати допустимого зворотної напруги переходу емітер-база (Ueff * 3 2), яка має бути у межах 6...9 Ст.
Рекомендується до установки транзисторів в схему виміряти допустима зворотна напруга переходів база-емітер (і, напевно, якщо схема симетрична, підібрати пару транзисторів з однаковими параметрами). Спосіб вимірювання цієї напруги простий: необхідно включити перехід база - емітер в зворотне (замикаючому напрямку проходження постійного струму) через резистор і виміряти на переході напруга точно також як визначається напруга стабілізації на звичайному стабілітроні. Збільшуємо напруга подається на послідовно включені резистор (наприклад, опором 1 ком) і перехід база-емітер ("плюсом" до емітера, якщо це n-p-n транзистор), паралельно переходу включеному вольтметре спостерігаємо значення максимального зворотного напруги, коли воно перестає помітно зростати при збільшенні напруги харчування. Остання обставина (досить низьке допустиме зворотне напруга переходу база-емітер) обмежує максимальна вихідна напруга наведеної схеми випрямляча 5 вольтами. Величина опору R = 200 ом обрана як компроміс для вихідної напруги до 5 В при струмі навантаження 1...2 А: занадто мала його величина веде до зайвих втрат в самому резисторі (неекономічна), більша ж, - не дозволяє повністю відкриватися транзисторів, з-за чого також збільшуються втрати (тепер на регулюють транзисторах).
Транзистори повинні мати як можна більше допустима зворотна напруга переходу база-емітер і володіти максимально можливим коефіцієнтом посилення по струму. Якщо будуть застосовуватися p-n-p транзистори (наприклад, КТ818), всі діоди і оксидний конденсатор фільтровий слід "перевернути" і полярність вихідної напруги зміниться.
Можна піти далі і замість дискретною регулювання вихідної напруги застосувати плавну, встановивши замість діодів VD5...VDn і перемикача S, тієї ж провідності як VT1/VT2 (колектором до точки з'єднання діодів VD1 і VD2, емітером до резистора R) і потенціометр, висновок движка якого слід з'єднати з базою додаткового транзистора, а крайні висновки - з колектором і емітером цього транзистора. Можливі також інші включення з падаючою характеристикою (аналог динистора). Для експериментатора тут велике поле діяльності.
Література
Переклад: Віктор Бесєдін (UA9LAQ) Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. У вас повинен бути включений JavaScript для перегляду. , р. Тюмень; Публікація: www.cxem.net