V současné době se ve velké většině případů jako usměrňovací prvky používají polovodičové diody, které zajišťují jednosměrnost výstupního proudu díky vlastnostem ventilů voltampérové charakteristiky (VAC).
Ventilová povaha proudově-napěťové charakteristiky diody předurčuje, že v kladné poloperiodě bude výstupní napájecí napětí určeno vstupním napětím mínus úbytek napětí v propustném směru na diodě a v záporné poloperiodě bude výstupní napětí určeno svodovým proudem diody a v první aproximaci lze předpokládat, že v záporné poloperiodě výstupní napětí chybí.
Činnost usměrňovače lze graficky znázornit vykreslením celkové voltampérové charakteristiky sériového zapojení diody a rezistoru součtem napětí dvou proudově-napěťových charakteristik se stejným protékajícím proudem.
Sinusové napětí přivedené na vstup obvodu tedy povede ke vzniku jednosměrného proudu v zatěžovacím odporu (a v důsledku toho k úbytku napětí na něm).
Střední hodnota funkce je definována jako
overline=displaystylefrac 1 tint_0^tx(t)dt .
Pro periodickou funkci se průměrná hodnota určuje za dané období:
overline=displaystylefrac 1 Odstín_0^T x(t)dt .
Pro případ půlvlnné usměrnění získáme výraz:
overline =displaystylefrac 1 left (int_0^pi sinomega t domega t+int_pi^ 0 domega trright)=displaystylefrac 1 int_0^pi sinomega t domega t=left .displaystylefrac 1 (-cosomega t)right |_0^pi .
nadpis x=displaystylefraccdot(-(-1)-(-1))=displaystylefrac 1 pí.
Průměrná hodnota usměrněného proudu:
Maximální zpětné napětí na diodě je určeno amplitudou vstupního napětí:
Volba diody pro konstrukci usměrňovače by měla být provedena na základě následujících vztahů:
Kromě toho je maximální povolený proud diody určen jako
Funkce obvodu je ilustrována modelem LTspice.
Nejjednodušší celovlnný usměrňovač je realizován sekundárním vinutím transformátoru se středním vývodem ( U21 = U22 = U2 ) a dvěma usměrňovacími diodami zapojenými koordinovaně vzhledem k zátěži k krajním vývodům sekundárního vinutí. V každé půlperiodě napětí jedna z diod střídavě pracuje ve vodivém režimu, čímž se realizuje jednopůlvlnný usměrňovací obvod. Střídání diod umožňuje získat napětí a proud celovlnného usměrnění v zátěži.
nadkreslení I_Д=styledisplayfrac Šipka doprava nad čarou I_H=styledisplayfrac ,
Funkce obvodu je ilustrována modelem LTspice.
Je realizován můstkovým zapojením usměrňovacích diod. Zdroj střídavého napětí je připojen k jedné diagonále můstku se střídavým směrem proudu a zátěž je připojena k druhé diagonále s jednosměrným proudem.
Během kladné půlperiody vstupního napětí protéká proud obvodem: horní svorka vinutí – dioda VD1 – Rн – dioda VD4 – spodní svorka vinutí. Při změně polarity napětí na vinutí protéká proud obvodem: spodní svorka vinutí – dioda VD2 – Rн – dioda VD3 – horní svorka vinutí. Během obou půlperiod je směr toku proudu v zátěži konstantní (shora dolů). Napětí na zátěži se liší od napětí na vinutí o dva přímé úbytky na usměrňovacích diodách.
Fungování obvodu lze ilustrovat simulací v programu LTspice.
Stejně jako v předchozím obvodu se průměrný proud každé diody rovná polovině průměrného zatěžovacího proudu, ale zpětné napětí je určeno amplitudou střídavého napětí vinutí.
Při implementaci nízkonapěťových usměrňovačů (3-5 V) se tedy doporučuje použít plnovlnný obvod, protože má vysokou účinnost, jelikož zatěžovací proudy protékají v každé poloperiodě napájecího napětí pouze jednou usměrňovací diodou. Pro konstrukci relativně vysokonapěťových usměrňovačů (více než 20 V) je účelnější použít můstkový obvod, protože zpětné napětí na každé z diod v něm je poloviční oproti plnovlnnému obvodu a dvojnásobný úbytek napětí na usměrňovacích diodách mírně zhoršuje účinnost zařízení.
