Схема диодного моста выпрямителя с конденсатором: Диодный мост схема с конденсатором

Содержание

Диодный мост схема с конденсатором

Многие электронные приборы, для работы которых применяется переменный ток в 220 вольт, используют в своих схемах диодные мосты. Основной функцией данного устройства являются действия по выпрямлению переменного тока. Это связано с тем, что многие приборы рассчитаны на питание постоянного тока. Поэтому, и возникает постоянная необходимость в выпрямлении. Есть много вариантов подключения подобных устройств. Так, существует диодный мост, схема с конденсатором у которого, отличается от традиционной сборки. Дешевые полупроводниковые диоды позволяют повсеместно применять такие схемы.

Работа диодного моста

Принцип работы диодного моста заключается в следующем. На его вход, обозначенный переменным значком, производится подача переменного тока с изменяющейся полярностью. Частота изменений, как правило, совпадает с частотой в электрической сети. На выходе, где расположены положительный и отрицательный выводы, получается ток исключительно с одной полярностью.

Однако, на выходящем токе будут наблюдаться пульсации с частотой, превышающей частоту переменного тока, подаваемого на вход. Такие пульсации являются нежелательными и препятствуют нормальной работе всей схемы. Для ликвидации таких пульсаций, применяются специальные фильтры. Для самых простых фильтров используются электролитические конденсаторы с большой емкостью. Таким образом, во всех блоках питания устанавливается диодный мост, схема с конденсатором которого позволяет эффективно сглаживать все пульсации выходящего тока.

Чтобы повысить производительность выпрямляющих устройств, в их конструкции применяется схема диодной сборки. В ее состав входят четыре диода с одинаковыми параметрами, объединенные в одном общем корпусе. Для их соединения используется схема мостового выпрямителя. Такая сборка очень компактная, для всех диодов соблюдается одинаковый тепловой режим. Стоимость общей конструкции значительно ниже, чем у четырех отдельных диодов. Однако, существенным недостатком является необходимость замены всего диодного моста, при выходе из строя хотя-бы одного диода.

Применение диодных мостов

Эти схемы применяются, практически, во всех областях электроники, где для питания используется переменный ток однофазной электрической сети. Данный элемент имеет в своей конструкции блоки питания трансформаторного и импульсного типа. В качестве примера импульсного варианта можно привести блок питания компьютера.

Диодные мосты также используются для устойчивой работы люминесцентных и энергосберегающих ламп. Они устанавливаются в светильники, взамен устаревших дросселей. Диодные приборы с большой мощностью входят в состав конструкции сварочных аппаратов.

Простой конденсаторный выпрямитель

Схема диодного моста с конденсатором

Выпрямитель – это устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное. Это одна из самых часто встречающихся деталей в электроприборах, начиная от фена для волос, заканчивая всеми типами блоков питания с выходным напряжением постоянного тока. Есть разные схемы выпрямителей и каждая из них в определённой мере справляется со своей задачей. В этой статье мы расскажем о том, как сделать однофазный выпрямитель, и зачем он нужен.

Определение

Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования переменного тока в постоянный. Слово «постоянный» не совсем корректно, дело в том, что на выходе выпрямителя, в цепи синусоидального переменного напряжения, в любом случае окажется нестабилизированное пульсирующие напряжение. Простыми словами: постоянное по знаку, но изменяющееся по величине.

Различают два типа выпрямителей:

Однополупериодный. Он выпрямляет только одну полуволну входного напряжения. Характерны сильные пульсации и пониженное относительно входного напряжение.

Двухполупериодный. Соответственно, выпрямляется две полуволны. Пульсации ниже, напряжение выше чем на входе выпрямителя – это две основных характеристики.

Что значит стабилизированное и нестабилизированное напряжение?

Стабилизированным называется напряжение, которое не изменяется по величине независимо ни от нагрузки, ни от скачков входного напряжения. Для трансформаторных источников питания это особенно важно, потому что выходное напряжение зависит от входного и отличается от него на Ктрансформации раз.

Нестабилизированное напряжение – изменяется в зависимости от скачков в питающей сети и характеристик нагрузки. С таким блоком питания из-за просадок возможно неправильное функционирование подключенных приборов или их полная неработоспособность и выход из строя.

Выходное напряжение

Основные величины переменного напряжения – амплитудное и действующее значение. Когда говорят «в сети 220В переменки» имеют в виду действующее напряжение.

Если говорят об амплитудной величине, то имеют в виду, сколько вольт от нуля до верхней точки полуволны синусоиды.

Опустив теорию и ряд формул можно сказать, что действующее напряжение в 1.41 раз меньше амплитудного. Или:

Амплитудное напряжение в сети 220В равняется:

Схемы

Однополупериодный выпрямитель состоит из одного диода. Он просто не пропускает обратную полуволну. На выходе получается напряжение с сильными пульсациями от нуля до амплитудного значения входного напряжения.

Если говорить совсем простым языком, то в этой схеме к нагрузке поступает половина от входного напряжения. Но это не совсем корректно.

Двухполупериодные схемы пропускают к нагрузке обе полуволны от входного. Выше в статье упоминалось об амплитудном значении напряжения, так вот напряжение на выходе выпрямителя то же ниже по величине, чем действующее переменное на входе.

Но, если сгладить пульсации с помощью конденсатора, то, чем меньшими будут пульсации, тем ближе напряжение будет к амплитудному.

О сглаживания пульсаций мы поговорим позже. А сейчас рассмотрим схемы диодных мостов.

1. Выпрямитель по схеме Гретца или диодный мост;

2. Выпрямитель со средней точкой.

Первая схема более распространена. Состоит из диодного моста – четыре диода соединены между собой «квадратом», а в его плечи подключена нагрузка. Выпрямитель типа «мост» собирается по схеме приведенной ниже:

Её можно подключить напрямую к сети 220В, так сделано в современных импульсных блоках питания, или на вторичные обмотки сетевого (50 Гц) трансформатора. Диодные мосты по этой схеме можно собирать из дискретных (отдельных) диодов или использовать готовую сборку диодного моста в едином корпусе.

Вторая схема – выпрямитель со средней точкой не может быть подключена напрямую к сети. Её смысл заключается в использовании трансформатора с отводом от середины.

По своей сути – это два однополупериодных выпрямителя, подключенные к концам вторичной обмотки, нагрузка одним контактом подключается к точке соединения диодов, а вторым – к отводу от середины обмоток.

Её преимуществом перед первой схемой является меньшее количество полупроводниковых диодов. А недостатком – использование трансформатора со средней точкой или, как еще называют, отводом от середины. Они менее распространены чем обычные трансформаторы со вторичной обмоткой без отводов.

Сглаживание пульсаций

Питание пульсирующим напряжением неприемлемо для ряда потребителей, например, источники света и аудиоаппаратура. Тем более, что допустимые пульсации света регламентируются в государственных и отраслевых нормативных документах.

Для сглаживания пульсаций используют фильтры – параллельно установленный конденсатор, LC-фильтр, разнообразные П- и Г-фильтры…

Но самый распространенный и простой вариант – это конденсатор, установленный параллельно нагрузке. Его недостатком является то, что для снижения пульсаций на очень мощной нагрузке придется устанавливать конденсаторы очень большой емкости – десятки тысяч микрофарад.

Его принцип работы заключается в том, что конденсатор заряжается, его напряжение достигает амплитуды, питающее напряжение после точки максимальной амплитуды начинает снижаться, с этого момента нагрузка питается от конденсатора. Конденсатор разряжается в зависимости от сопротивления нагрузки (или её эквивалентного сопротивления, если она не резистивная). Чем больше емкость конденсатора – тем меньшие будут пульсации, если сравнивать с конденсатором с меньшей емкостью, подключенного к этой же нагрузке.

Простым словами: чем медленнее разряжается конденсатор – тем меньше пульсации.

Скорости разряда конденсатора зависит от потребляемого нагрузкой тока. Её можно определить по формуле постоянной времени:

где R – сопротивление нагрузки, а C – емкость сглаживающего конденсатора.

Таким образом, с полностью заряженного состояния до полностью разряженного конденсатор разрядится за 3-5 t. Заряжается с той же скоростью, если заряд происходит через резистор, поэтому в нашем случае это неважно.

Отсюда следует – чтобы добиться приемлемого уровня пульсаций (он определяется требованиями нагрузки к источнику питания) нужна емкость, которая разрядится за время в разы превышающее t. Так как сопротивления большинства нагрузок сравнительно малы, нужна большая емкость, поэтому в целях сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя применяют электролитические конденсаторы, их еще называют полярными или поляризованными.

Обратите внимание, что путать полярность электролитического конденсатора крайне не рекомендуется, потому что это чревато его выходом из строя и даже взрывом. Современные конденсаторы защищены от взрыва – у них на верхней крышке есть выштамповка в виде креста, по которой корпус просто треснут. Но из конденсатора выйдет струя дыма, будет плохо, если она попадет вам в глаза.

Расчет емкости ведется исходя из того какой коэффициент пульсаций нужно обеспечить. Если выражаться простым языком, то коэффициентом пульсаций показывает, на какой процент проседает напряжение (пульсирует).

Чтобы посчитать емкость сглаживающего конденсатора можно использовать приближенную формулу:

Где Iн – ток нагрузки, Uн – напряжение нагрузки, Kн – коэффициент пульсаций.

Для большинства типов аппаратуры коэффициент пульсаций берется 0.01-0.001. Дополнительно желательно установить керамический конденсатор как можно большей емкости, для фильтрации от высокочастотных помех.

Как сделать блок питания своими руками?

Простейший блок питания постоянного тока состоит из трёх элементов:

Если нужно получить высокое напряжение, и вы пренебрегаете гальванической развязкой то можно исключить трансформатор из списка, тогда вы получите постоянное напряжение вплоть до 300-310В. Такая схема стоит на входе импульсных блоков питания, например, такого как у вас на компьютере. О них мы недавно писали большую статью – Как устроен компьютерный блок питания.

Это нестабилизированный блок питания постоянного тока со сглаживающим конденсатором. Напряжение на его выходе больше чем переменное напряжение вторичной обмотке. Это значит, что если у вас трансформатор 220/12 (первичная на 220В, а вторичная на 12В), то на выходе вы получите 15-17В постоянки. Эта величина зависит от емкости сглаживающего конденсатора. Эту схему можно использовать для питания любой нагрузки, если для нее неважно, то, что напряжение может «плавать» при изменениях напряжения питающей сети.

У конденсатора две основных характеристики – емкость и напряжение. Как подбирать емкость мы разобрались, а с подбором напряжения – нет. Напряжение конденсатора должно превышать амплитудное напряжение на выходе выпрямителя хотя бы в половину. Если фактическое напряжение на обкладках конденсатора превысит номинальное – велика вероятность его выхода из строя.

Старые советские конденсаторы делались с хорошим запасом по напряжению, но сейчас все используют дешевые электролиты из Китая, где в лучшем случае есть малый запас, а в худшем – и указанного номинального напряжения не выдержит. Поэтому не экономьте на надежности.

Стабилизированный блок питания отличается от предыдущего всего лишь наличием стабилизатора напряжения (или тока). Простейший вариант – использовать L78xx или другие линейные стабилизаторы, типа отечественного КРЕН.

Так вы можете получить любое напряжение, единственное условие при использовании подобных стабилизаторов, это то, напряжение до стабилизатора должно превышать стабилизированную (выходную) величину хотя бы на 1.5В. Рассмотрим, что написано в даташите 12В стабилизатора L7812:

Входное напряжение не должно превышать 35В, для стабилизаторов от 5 до 12В, и 40В для стабилизаторов на 20-24В.

Входное напряжение должно превышать выходное на 2-2.5В.

Т.е. для стабилизированного БП на 12В со стабилизатором серии L7812 нужно, чтобы выпрямленное напряжение лежало в пределах 14.5-35В, чтобы избежать просадок, будет идеальным решением применять трансформатора с вторичной обмоткой на 12В.

Но выходной ток достаточно скромный – всего 1.5А, его можно усилить с помощью проходного транзистора. Если у вас есть PNP-транзисторы, можно использовать эту схему:

На ней изображено только подключение линейного стабилизатора «левая» часть схемы с трансформатором и выпрямителем опущена.

Если у вас есть NPN-транзисторы типа КТ803/КТ805/КТ808, то подойдет эта:

Стоит отметить, что во второй схеме выходное напряжение будет меньше напряжения стабилизации на 0.6В – это падение на переходе эмиттер база, подробнее об этом мы писали в статье о биполярных транзисторах. Для компенсации этого падения в цепь был введен диод D1.

Можно и в параллель установить два линейных стабилизатора, но не нужно! Из-за возможных отклонений при изготовлении нагрузка будет распределяться неравномерно и один из них может из-за этого сгореть.

Установите и транзистор, и линейный стабилизатор на радиатор, желательно на разные радиаторы. Они сильно греются.

Регулируемые блоки питания

Простейший регулируемый блок питания можно сделать с регулируемым линейным стабилизатором LM317, её ток тоже до 1.5 А, вы можете усилить схему проходным транзистором, как было описано выше.

Вот более наглядная схема для сборки регулируемого блока питания.

Чтобы получить больший ток можно и использовать более мощный регулируемый стабилизатор LM350.

В последних двух схемах есть индикация включения, которая показывает наличие напряжения на выходе диодного моста, выключатель 220В, предохранитель первичной обмотки.

Вот пример регулируемого зарядного устройства для аккумулятора с тиристорным регулятором в первичной обмотке, по сути такой же регулируемый блок питания.

Кстати похожей схемой регулируют и сварочный ток:

Заключение

Выпрямитель используется в источниках питания для получения постоянного тока из переменного. Без его участия не получится запитать нагрузку постоянного тока, например светодиодную ленту или радиоприемник.

Также используются в разнообразных зарядных устройствах для автомобильных аккумуляторов, есть ряд схем с использованием трансформатора с группой отводов от первичной обмотки, которые переключаются галетным переключателем, а во вторичной обмотке установлен только диодный мост. Переключатель устанавливают со стороны высокого напряжения, так как, там в разы ниже ток и его контакты не будут пригорать от этого.

По схемам из статьи вы можете собрать простейший блок питания как для постоянной работы с каким-то устройством, так и для тестирования своих электронных самоделок.

Схемы не отличаются высоким КПД, но выдают стабилизированное напряжение без особых пульсаций, следует проверить емкости конденсаторов и рассчитать под конкретную нагрузку. Они отлично подойдут для работы маломощных аудиоусилителей, и не создадут дополнительного фона. Регулируемый блок питания станет полезным автолюбителями и автоэлектрикам для проверки реле регулятора напряжения генератора.

Регулируемый блок питания используется во всех областях электроники, а если его улучшить защитой от КЗ или стабилизатором тока на двух транзисторах, то вы получите почти полноценный лабораторный блок питания.

Простейшим преобразователем переменного тока в постоянный является диодный мост. Им называется такой элемент электрической цепи, который состоит из нескольких диодов, соединённых друг с другом по специальной схеме. Придуманный ещё в 1895 году такой способ включения до сих пор успешно применяется в электроцепях. Практически ни один блок питания не обходится без его использования, ведь фактически все электронные схемы запитываются от источников постоянного тока.

История изобретения

В 1873 году английский учёный Фредерик Гутри разработал принцип работы вакуумных ламповых диодов с прямым накалом. Уже через год в Германии физик Карл Фердинанд Браун предположил похожие свойства в твердотельных материалах и изобрел точечный выпрямитель.

В начале 1904 года Джон Флеминг создал первый полноценный ламповый диод. В качестве материала для его изготовления он использовал оксид меди. Диоды начали широко использоваться в радиочастотных детекторах. Изучение полупроводников привело к тому, что в 1906 году Гринлиф Виттер Пиккард изобрел кристаллический детектор.

В середине 30-х годов XX века основные исследования физиков были направлены на изучение явлений, проходящих на границе контакта металл-полупроводник. Их результатом стало получение слитка кремния, обладающего двумя типами проводимости. Изучая его, в 1939 году американский учёный Рассел Ол открыл явление, названное позже p-n переходом. Он установил, что в зависимости от примесей, существующих на границе соприкосновения двух полупроводников, изменяется приводимость. В начале 50-х годов инженеры компании Bell Telephone Labs разработали плоскостные диоды, а уже через пять лет в СССР появились диоды на основе германия с переходом менее 3 см.

Изобретателем же схемы выпрямительного моста считается электротехник из Польши Карол Поллак. Позже в журнале Elektronische Zeitung опубликовали результаты исследований Лео Гретца, поэтому в литературе можно встретить и другое название диодного моста — схема или мост Гретца.

Физические процессы

В основе принципа работы диодного моста лежит способность p-n перехода пропускать ток только в одном направлении. Под p-n переходом понимается контакт двух полупроводников с различным типом проводимости. Граница, разделяющая области, характеризуется шириной запрещённой зоны, препятствующей прохождению зарядов. С одной её стороны находится p область, в которой основными носителями считаются дырки (положительный заряд), а с другой n область, где основные носители электроны (отрицательный заряд).

Находясь изолированно друг от друга, в каждой области элементарные частички совершают беспорядочные тепловые колебания, из-за чего их выделяемая энергия компенсируется и результирующий ток равен нулю. При соприкосновении этих областей возникают диффузионные токи, вызванные притягиванием зарядов друг к другу. В итоге частички сталкиваются и рекомбинируют (исчезают). В зоне соприкосновения происходит обеднение носителей, и их движение прекращается. Устанавливается состояние динамического равновесия.

При приложении к p-n переходу электрического поля картина меняется. При прямом смещении, то есть таком, когда положительный полюс источника питания подключается к p области, а отрицательный к n области, происходит введение основных носителей в области. Из-за этого ширина запрещённой зоны уменьшается, и частички свободно начинают проходить через барьер, образуя ток. Если же полярность источника питания изменить, то произойдёт ещё большее обеднение слоёв, в итоге барьер увеличится, и ток не возникнет.

Таким образом, в зависимости от полярности сигнала, приложенного к переходу, ширина запрещённой зоны увеличивается или уменьшается. Если на элемент, в основе работы которого используется p-n переход подать переменный сигнал, то в результате к нему попеременно будет прикладываться прямое и обратное напряжение. Соответственно, часть сигнала он будет задерживать, а часть пропускать.

Если же взять измерительный прибор, умеющий показывать форму сигнала (осциллограф), то на выходе радиоэлемента можно будет увидеть импульсы, длительность которых определяется периодом полуволны. Именно поэтому диод и называется выпрямительным, хотя к нему больше подходит название импульсный преобразователь. То есть устройство, преобразующее переменный сигнал в пачку импульсов.

Схема сборки из диодов

Выражение «мост из диодов» происходит от слияния двух слов, подчёркивающих принцип работы устройства. Под этим словосочетанием понимается электрический прибор, служащий для преобразования переменного тока в пульсирующий. Состоит он из четырёх диодов, образующих соединение по схеме Гретца.

Переменное электрическое напряжение представляет собой гармонический сигнал, амплитуда которого изменяется по синусоидальному закону во времени. Условно его можно представить в виде отрицательных и положительных полуволн. При подаче сигнала на вход диода через него может пройти только одна полуволна, в результате чего на выходе направление тока станет односторонним.

На этом принципе и работает диодный мост. Но так как один диод при прохождении через него изменяющегося во времени сигнала даёт на выходе только пачку импульсов, то для получения действительно постоянного напряжения необходимо, чтобы устройство выпрямляло две полуволны. Другими словами, являлось двухполупериодным.

Для создания полноценного выпрямителя схема диодного моста должна обеспечивать преобразование как положительной, так и отрицательной составляющей сигнала. Если диоды подключить по схеме Гретца, то в каждый полупериод волны ток сможет протекать только через два элемента. То есть устройство будет поочерёдно выпрямлять каждую полуволну.

При подаче на вход моста переменного напряжения в тот момент, когда сигнал будет описываться положительной составляющей, диоды VD2 и VD3 будут для него открыты, а VD1 и VD4 заперты. При смене полярности состояние выпрямителей изменится, ток потечёт через VD4 и VD1, в то время как VD3, VD2 окажутся закрытыми.

В итоге форма сигнала станет постоянной, так как на выходе устройства практически не будет промежутка времени, при котором напряжение будет равно нулю. При этом частота выходного сигнала увеличится вдвое. Например, если на устройство подать напряжение 220 в из электросети, то на его выходе получится постоянный ток с частотой 100 Гц. Это пульсирование считается паразитным, мешающим работе электронных узлов, поэтому в электрических схемах выход прибора подключается к электролитическому конденсатору, сглаживающему пульсации. Такая схема применяется в однофазных сетях, в трёхфазных же используется шесть диодов, работающих попарно (по аналогии со схемой Гретца).

Виды и характеристики

Современная промышленность выпускает различные по конструкции и характеристикам устройства. Все выпрямительные мосты разделяют на два вида: монолитные и наборные. Первые выполняются в цельном диэлектрическом корпусе, наподобие микросхемы, и имеют четыре вывода. Форма их корпуса может быть прямоугольной, квадратной, цилиндрической. При этом тип корпуса может быть также любым, например, SOT 23, MDI, SDIP, SMD.

На корпусе обычно подписываются полярные ноги символами + и —, соответствующие выходному сигналу. Входные же выводы могут не подписываться или обозначаться знаком тильды

. Вторые же представляют собой четыре отдельных диода, запаянных по схеме моста, чаще всего в специально отведённые для них места на плате.

При работе выпрямительный мост может нагреваться, поэтому некоторые конструкции предполагают их совместное использование с радиатором. Как и любой электрический прибор, мост характеризуется рядом параметров:

  1. Наибольшее обратное напряжение, В — характеризуется максимальным значением напряжения, приложенного при обратном включении диодов, подача которого на прибор не приводит к его повреждению. Превышение этого значения вызывает пробой, то есть полупроводник превращается в проводник.
  2. Действующее напряжение, В — определяется среднеквадратичным значением амплитуды входного сигнала.
  3. Максимальный ток, А — это величина, определяющая наибольшую мощность, которую может потреблять нагрузка, подключённая к прибору.
  4. Максимальное падение напряжения, В — этот параметр обозначает потери мощности сигнала на элементе, то есть фактически характеризует эффективность прибора. Потери мощности связаны с активным внутренним сопротивлением устройства, на котором электрическая энергия преобразуется в тепловую.
  5. Интервал рабочих температур, С — обозначает диапазон, в котором характеристики устройства практически не изменяются.

Кроме этого, в зависимости от типа используемых диодов устройства могут быть высокочастотными и импульсными. Первые используются в цепях с высокочастотным электричеством. Диоды, на базе которых собирается конструкция, называются Шотки. В них вместо классического p-n перехода используется контакт металл-полупроводник. Вторые же являются обычными выпрямителями.

Обозначение и маркировка

Условно-графическое обозначение полупроводникового моста на принципиальных электрических схемах выглядит как ромб, из вершин которого выходят прямые короткие линии, символизирующие выводы. Каждый вывод подписывается знаком, соответствующим виду сигнала. Так, плюсом обозначается положительный выход, минусом — отрицательный, а тильдой — входы для подачи переменного сигнала. В середине ромба может как изображаться выпрямительный диод, так и нет.

В литературе, различных спецификациях и на схемах устройство подписывается латинскими символами VDS, после которых ставится арабская цифра, обозначающая порядковый номер. В иностранной литературе можно также встретить обозначение BDS. Стандарта для маркировки мостов не существует. Каждый производитель обозначает свою продукцию, как хочет, согласно своей системе.

Если внимательно изучить различные обозначения, то можно проследить тенденцию в маркировке, нанесённой на корпус прибора. На ней почти всегда присутствуют данные о его основных характеристиках. То есть указывается максимальный ток или рабочее напряжение. Например, DB151S — первые две цифры обозначают ток 1,5 А, а вторая напряжение согласно таблице, в этом случае 50 В.

Отечественные изделия классифицируются по-другому. Сам мост обозначается буквой «Ц», стоящее за ней число обозначает материал, а последующие цифры номер разработки. Например, популярный мостик у радиолюбителей выдерживающий обратное напряжение до 400 В, маркируется как КЦ407А.

Самостоятельное изготовление

Выпрямительные однофазные мосты обычно не являются дефицитными радиодеталями, поэтому их можно купить и выбрать по необходимым параметрам практически в любом радиомагазине. Но не всегда есть на это время, поэтому нужный мост можно собрать и своими руками. Для этого понадобится подготовить:

  1. Четыре одинаковых по своим характеристикам диода. Можно в принципе брать и любые, но следует понимать, что общие параметры моста будут определяться самым слабым элементом.
  2. Монтажный провод.
  3. Паяльник.
  4. Пинцет.
  5. Флюс и припой.
  6. Бокорезы.
  7. Электрическую схему диодного моста выпрямителя.

После того как всё подготовлено, на первом этапе залуживают выводы диодов. Для этого ножки радиоэлементов смазываются флюсом, и на них с помощью разогретого паяльника переносится олово, образующее тонкий слой. На следующем этапе диоды соединяются согласно схеме.

Для этого необходимо знать, где у элемента катод, а где анод. На схеме аноду соответствует вершина треугольника, а катоду — основание. На самом же элементе обозначается только анод. Это может быть полоска, точка или условно-графическое обозначение, смещённое к одному из выводов.

Затем берутся два элемента, и анод одного соединяется с катодом другого. Аналогичное действие повторяется и для оставшихся элементов. В итоге получается пара, каждая из которых состоит из двух диодов. Далее, между собой спаиваются катоды, а поле — аноды. После того как диоды соединены к точкам пайки, подсоединяются проводники, формирующие выводы устройства. На последнем этапе конструкция проверяется с помощью мультиметра.

Проверка радиоприбора

Чтобы проверить мост, понадобится взять цифровой прибор и переключить его в режим прозвонки диодов. На мультиметре этот режим соответствует символу диода. К тестеру подключается щуп чёрного цвета в гнездо COM, а красного в V/Ω. Суть проверки заключается в прозвонке переходов. Если за вывод № 1 принять положительный электрод устройства, за № 2 и 3 — входы для переменного сигнала, а за № 4 — отрицательный выход, то тестирование можно выполнить в следующем порядке:

  1. Чёрным щупом дотрагиваются до первого вывода, а красным до третьего. На экране тестера должно загореться трёхзначное число, обозначающее сопротивление перехода. При смене полярности на табло должна появиться единица (бесконечность).
  2. Красным щупом дотрагиваются до третьего вывода, а чёрным — до четвёртого. Тестер должен показать бесконечность, а при смене полярности должно появиться трёхзначное число.
  3. К первой ноге подключается чёрный провод, а ко второй — красный. Прибор должен показать сопротивление перехода, при смене полярности — обрыв.
  4. К третьему выводу подключается красный провод, к четвёртому — чёрный. Переход звониться не должен. При смене положения проводов тестер должен показать сопротивление.

Если все четыре пункта выполняются, то можно считать, что выпрямитель собран правильно и находится в работоспособном состоянии. При этом таким способом можно проверить любой полупроводниковый мост.

Назначение и практическое использование

Область использования моста, набранного из диодов, довольно широка. Это могут быть блоки питания и узлы управления. Он стоит во всех устройствах, питающихся от промышленной сети 220 вольт. Например, телевизоры, приёмники, зарядки, посудомоечные машины, светодиодные лампы.

Не обходятся без него и автомобили. После запуска двигателя начинает работать генератор, вырабатывающий переменный ток. Так как бортовая сеть вся питается от постоянного напряжения, ставится выпрямительный мост, через который происходит подача выпрямленного напряжения. Этим же постоянным сигналом происходит и подзарядка аккумуляторной батареи.

Выпрямительное устройство используется для работы сварочного аппарата. Правда, для него применяются мощные устройства, способные выдерживать ток более 200 ампер. Использование в устройствах диодной сборки даёт ряд преимуществ по сравнению с простым диодом. Такое выпрямление позволяет:

  • увеличить частоту пульсаций, которую затем просто сгладить, используя электролитический конденсатор;
  • при совместной работе с трансформатором избавиться от тока подмагничивания, что даёт возможность эффективнее использовать габаритную мощность преобразователя;
  • пропустить большую мощность с меньшим нагревом, тем самым увеличивая коэффициент полезного действия.

Но также стоит отметить и недостаток, из-за которого в некоторых случаях мост не используют. Прежде всего, это двойное падение напряжения, что особенно чувствительно в низковольтных схемах. А также при перегорании части диодов устройство начинает работать в однополупериодном режиме, из-за чего в схему проникают паразитные гармоники, способные вывести из строя чувствительные радиоэлементы.

Блок питания

Ни один современный блок питания не обходится без выпрямительного устройства. Качественные источники изготавливаются с использованием мостовых выпрямителей. Классическая схема состоит всего из трёх частей:

  1. Понижающий трансформатор.
  2. Выпрямительный мост.
  3. Фильтр.

Синусоидальный сигнал с амплитудой 220 вольт подаётся на первичную обмотку трансформатора. Из-за явления электромагнитной индукции во вторичной его обмотке наводится электродвижущая сила, начинает течь ток. В зависимости от вида трансформатора величина напряжения за счёт коэффициента трансформации снижается на определённое значение.

Между выводами вторичной обмотки возникает переменный сигнал с пониженной амплитудой. В соответствии со схемой подключения диодного моста это напряжение подаётся на его вход. Проходя через диодную сборку, переменный сигнал преобразуется в пульсирующий.

Такая форма часто считается неприемлемой, например, для звукотехнической аппаратуры или источников освещения. Поэтому для сглаживания используется конденсатор, подключённый параллельно выходу выпрямителя.

Трёхфазный выпрямитель

На производствах и в местах, где используется трёхфазная сеть, применяют трёхфазный выпрямитель. Состоит он из шести диодов, по одной паре на каждую фазу. Использование такого рода устройства позволяет получить большее значение тока с малой пульсацией. А это, в свою очередь, снижает требования к выходному фильтру.

Наиболее популярными вариантами включения трёхфазных выпрямителей являются схемы Миткевича и Ларионова. При этом одновременно могут использоваться не только шесть диодов, но и 12 или даже 24. Трёхфазные мосты используются в тепловозах, электротранспорте, на буровых вышках, в промышленных установках очистки газов и воды.

Таким образом, использование мостовых выпрямителей позволяет преобразовывать переменный ток в постоянный, которым запитывается вся электронная аппаратура. Самостоятельно сделать диодный мост несложно. При этом его применение позволяет получить не только качественный сигнал, но и повысить надёжность устройства в целом.

Почти вся электронная аппаратура для своей работы требует определённую величину постоянного напряжения. В электрический сети передаётся синусоидальный сигнал с частотой 50 Гц. Для преобразования сигнала используется свойство полупроводниковых элементов пропускать ток только в одном направлении, а в другом блокировать его прохождение. В качестве преобразователя применяется схема диодного моста, позволяющая получать на выходе сигнал постоянной величины.

Физические свойства p-n перехода

Главным элементом, использующимся при создании выпрямительного узла, является диод. В основе его работы лежит электронно-дырочный переход (p-n).

Общепринятое определение гласит: p-n переход — это область пространства, находящаяся на границе соединения двух полупроводников разного типа. В этом пространстве образуется переход n-типа в p-тип. Значение проводимости зависит от атомного строения материала, а именно от того, насколько прочно атомы удерживают электроны. Атомы в полупроводниках располагаются в виде решётки, а электроны привязаны к ним электрохимическими силами. Сам по себе такой материал является диэлектриком. Он или плохо проводит ток, или не проводит его совсем. Но если в решётку добавить атомы определённых элементов (легирование), физические свойства такого материала кардинально изменяются.

Примешанные атомы начинают образовывать, в зависимости от своей природы, свободные электроны или дырки. Образованный избыток электронов формирует отрицательный заряд, а дырок — положительный.

Избыток заряда одного знака заставляет носителей отталкиваться друг от друга, в то время как область с противоположным зарядом стремится притянуть их к себе. Электрон, перемещаясь, занимает свободное место, дырку. При этом на его старом месте также образовывается дырка. В результате чего создаётся два потока движения зарядов: один основной, а другой обратный. Материал с отрицательным зарядом в качестве основных носителей использует электроны, его называют полупроводником n-типа, а с положительным зарядом, использующим дырки, p-типа. В полупроводниках обоих типов неосновные заряды образуют ток, обратный движению основных зарядов.

В радиоэлектронике из материалов для создания p-n перехода используется германий и кремний. При легировании кристаллов этих веществ образуется полупроводник с различной проводимостью. Например, введение бора приводит к появлению свободных дырок и образованию p-типа проводимости. Добавление фосфора, наоборот, создаст электроны, и полупроводник станет n-типа.

Принцип работы диода

Диод — это полупроводниковый прибор, имеющий малое сопротивление для тока в одном направлении, и препятствующий его прохождению в обратном. Физически диод состоит из одного p-n перехода. Конструктивно представляет собой элемент, содержащий два вывода. Вывод, подключённый к p-области, называется анодом, а соединённый с n-областью — катодом.

При работе диода существует три его состояния:

  • сигнал на выводах отсутствует;
  • он находится под действием прямого потенциала;
  • он находится под действием обратного потенциала.

Прямым потенциалом называется такой сигнал, когда плюсовой полюс источника питания подключён к области p-типа полупроводника, другими словами, полярность внешнего напряжения совпадает с полярностью основных носителей. При обратном потенциале отрицательный полюс подключён к p-области, а положительный к n.

В области соединения материала n- и p-типа существует потенциальный барьер. Он образуется контактной разностью потенциалов и находится в уравновешенном состоянии. Высота барьера не превышает десятые доли вольта и препятствует продвижению носителей заряда вглубь материала.

Если к прибору подключено прямое напряжение, то величина потенциального барьера уменьшается и он практически не оказывает сопротивление протеканию тока. Его величина возрастает и зависит только сопротивления p- и n- области. При прикладывании обратного потенциала, величина барьера увеличивается, так как из n-области уходят электроны, а из p-области дырки. Слои обедняются и сопротивление барьера прохождению тока возрастает.

Основным показателем элемента является вольт-амперная характеристика. Она показывает зависимость между приложенным к нему потенциалом и током, протекающим через него. Представляется эта характеристика в виде графика, на котором указывается прямой и обратный ток.

Схема простого выпрямителя

Синусоидальное напряжение представляет собой периодический сигнал, изменяющийся во времени. С математической точки зрения он описывается функцией, в которой начало координат соответствует времени равным нулю. Сигнал состоит из двух полуволн. Находящаяся полуволна в верхней части координат относительно нуля называется положительным полупериодом, а в нижней части — отрицательным.

При подаче переменного напряжения на диод через подключённую к его выводам нагрузку, начинает протекать ток. Этот ток обусловлен тем, что в момент поступления положительного полупериода входного сигнала диод открывается. В этом случае к аноду прикладывается положительный потенциал, а к катоду отрицательный. При смене волны на отрицательный полупериод диод запирается, так как меняется полярность сигнала на его выводах.

Таким образом, получается, что диод как бы отрезает отрицательную полуволну, не пропуская её на нагрузку и на ней появляется пульсирующий ток только одной полярности. В зависимости от частоты приложенного напряжения, а для промышленных сетей она составляет 50 Гц, изменяется и расстояние между импульсами. Такого вида ток называется выпрямленным, а сам процесс —однополупериодным выпрямлением.

Выпрямляя сигнал, используя один диод, можно питать нагрузку, не предъявляющую особых требований к качеству напряжения. Например, нить накала. Но если запитать, например, приёмник, то появится низкочастотный гул, источником которого и будет промежуток, возникающий между импульсами. В некоторой мере для избавления от недостатков однополупериодного выпрямления совместно с диодом применяется параллельно включённый нагрузке конденсатор. Этот конденсатор будет заряжаться при поступлении импульсов и разряжаться при их отсутствии на нагрузку. А значит, чем больше значение ёмкости конденсатора, тем ток на нагрузке будет более сглажен.

Но наибольшего качества сигнала возможно достичь, если использовать для выпрямления одновременно две полуволны. Устройство, позволяющее это реализовать, получило название диодный мост, или по-другому — выпрямительный.

Диодный мост

Такое устройство представляет собой электрический прибор, служащий для преобразования переменного тока в постоянный. Словосочетание «диодный мост» образуется из слова «диод», что предполагает использование в нём диодов. Схема диодного моста выпрямителя зависит от сети переменного тока, к которой он подключается. Сеть может быть:

В зависимости от этого и выпрямительный мост называется мостом Гретца или выпрямителем Ларионова. В первом случае используется четыре диода, а во втором прибор собирается уже на шести.

Первая схема выпрямительного прибора собиралась на радиолампах и считалась сложным и дорогим решением. Но с развитием полупроводниковой техники диодный мост полностью вытеснил альтернативные способы выпрямления сигнала. Вместо диодов редко, но ещё применяются селеновые столбы.

Конструкции и характеристики прибора

Конструктивно выпрямительный мост выполняется из набора отдельных диодов или литого корпуса, имеющего четыре вывода. Корпус может быть плоского или цилиндрического вида. По принятому стандарту, значками на корпусе прибора отмечаются выводы подключения переменного напряжения и выходного постоянного сигнала. Выпрямители, имеющие корпус с отверстием, предназначены для крепления на радиатор. Основными характеристиками выпрямительного моста являются:

  1. Наибольшее прямое напряжение. Это максимальная величина, при которой параметры прибора не выходят за границы допустимых.
  2. Наибольшее допустимое обратное напряжение. Это максимальное импульсное напряжение, при котором мост длительно и надёжно работает.
  3. Наибольший рабочий ток выпрямления. Обозначает средний ток, протекающий через мост.
  4. Максимальная частота. Частота подаваемого на мост напряжения, при которой прибор работает эффективно и не превышает допустимый нагрев.

Превышение значений характеристик выпрямителя приводит к резкому сокращению срока его службы или пробою p-n переходов. Необходимо отметить такой момент, что все параметры диодов указываются для температуры окружающей среды 20 градусов. К недостаткам применения мостовой схемы выпрямления относят большее падение напряжения, по сравнению с однополупериодной схемой, и более низкое значение коэффициента полезного действия. Для уменьшения величины потерь и снижения нагрева мосты часто изготавливают с применением быстрых диодов Шотки.

Схема подключения устройства

На электрических схемах и печатных платах диодный выпрямитель обозначается в виде значка диода или латинскими буквами. Если выпрямитель собран из отдельных диодов, то рядом с каждым ставится обозначение VD и цифра, обозначающая порядковый номер диода в схеме. Редко используются надписи VDS или BD.

Диодный выпрямитель может подключаться напрямую к сети 220 вольт или после понижающего трансформатора, но схема включения его остаётся неизменной.

При поступлении сигнала в каждом из полупериодов ток сможет протекать только через свою пару диодов, а противоположная пара будет для него заперта. Для положительного полупериода открытыми будут VD2 и VD3, а для отрицательного VD1 и VD4. В итоге на выходе получится постоянный сигнал, но его частота пульсации будет увеличена в два раза. Для того чтобы уменьшить пульсацию выходного сигнала, используется, как и в случае с одним диодом, параллельное включение конденсатора С1. Такой конденсатор ещё называют сглаживающим.

Но случается так, что диодный мост ставится не только в переменную сеть, но и подключается в уже выпрямленную. Для чего нужен диодный мост в такой цепи, станет понятно, если обратить внимание в каких схемах используется такое его включение. Эти схемы связаны с использованием чувствительных радиоэлементов к переполюсовке питания. Использование моста позволяет осуществить простую, но эффективную защиту «от дурака». В случае ошибочного подключения полярности питания радиоэлементы, установленные за мостом, не выйдут из строя.

Проверка на работоспособность

Такой тип электронного прибора можно проверить, не выпаивая из схемы, так как в конструкциях устройств никакое его шунтирование не используется. В случае выпрямителя, собранного из диодов, проверяется каждый диод в отдельности. А в случае с монолитным корпусом измерения проводятся на всех четырёх его выводах.

Суть проверки сводится к прозвонке мультиметром диодов на короткое замыкание. Для этого выполняются следующие действия:

  1. Мультиметр переключается в режим позвонки диодов или сопротивления.
  2. Штекер одного провода (чёрного) вставляется в общее гнездо тестера, а второго (красного) в гнездо проверки сопротивления.
  3. Щупом, подключённым чёрным проводом, дотроньтесь до первой ножки, а щупом красного провода до третьего вывода. Тестер должен показать бесконечность, а если поменять полярность проводов, то мультиметр покажет сопротивление перехода.
  4. Минус тестера подается на четвёртую ногу, а плюс на третью. Мультиметр покажет сопротивление, при смене полярности бесконечность.
  5. Минус на первую ногу, плюс на вторую. Тестер покажет открытый переход, при смене – закрытый.

Такие показания тестера говорят об исправности выпрямителя. В случае отсутствия мультиметра можно воспользоваться обычным вольтметром. Но при этом придётся подать питание на схему и замерить напряжение на сглаживающем конденсаторе. Его величина должна превышать входное в 1,4 раза.

устройство, принцип работы, назначение, схемы

Мы рассматривали пассивные компоненты электронных схем, такие как резисторы и конденсаторы. Но кроме них электрикам и радиолюбителям приходится сталкиваться и с другими, например полупроводниковыми диодами, стабилитронами и т.д. В этой статье мы расскажем, что такое диодный мост, как он работает и для чего нужен.

Определение

Диодный мост – это схемотехническое решение, предназначенное для выпрямления переменного тока. Другое название – двухполупериодный выпрямитель. Строится из полупроводниковых выпрямительных диодов или их разновидности – диодов Шоттки.

Мостовая схема соединения предполагает наличие нескольких (для однофазной цепи – четырёх) полупроводниковых диодов, к которым подключается нагрузка.

Он может состоять из дискретных элементов, распаянных на плате, но в 21 веке чаще встречаются соединенные диоды в отдельном корпусе. Внешне это выглядит, как и любой другой электронный компонент – из корпуса определенного типоразмера выведены ножки для подключения к дорожкам печатной платы.

Стоит отметить, что несколько совмещенных в одном корпусе вентилей, которые соединены не по мостовой схеме, называют диодными сборками.

В зависимости от сферы применения и схемы подключения диодные мосты бывают:

  • однофазные;
  • трёхфазные.

Обозначение на схеме может быть выполнено в двух вариантах, какое использовать УГО на чертеже зависит от того, собирается мост из отдельных элементов или используется готовый.

Принцип действия

Давайте разбираться, как работает диодный мост. Начнем с того, что диоды пропускают ток в одном направлении. Выпрямление переменного напряжения происходит за счет односторонней проводимости диодов. За счет правильного их подключения отрицательная полуволна переменного напряжения поступает к нагрузке в виде положительной. Простыми словами – он переворачивает отрицательную полуволну.

Для простоты и наглядности рассмотрим его работу на примере однофазного двухполупериодного выпрямителя.

Принцип работы схемы основам на том, что диоды проводят ток в одну сторону и состоит в следующем:

  • На вход диодного моста подают переменный синусоидальный сигнал, например 220В из бытовой электросети (на схеме подключения вход диодного моста обозначается как AC или ~).
  • Каждая из полуволн синусоидального напряжения (рисунок ниже) пропускается парой вентилей, расположенных на схеме по диагонали.

Положительную полуволну пропускают диоды VD1, VD3, а отрицательную — VD2 и VD4. Сигнал на входе и выходе схемы вы видите ниже.

Такой сигнал называется – выпрямленное пульсирующее напряжение. Для того, чтобы его сгладить, в схему добавляется фильтр с конденсатором.

Основные характеристики

Рассмотрим основные характеристики полупроводниковых диодов. Латинскими буквами приведено их обозначение в англоязычной технической документации (т.н. Datasheet):

  • Vrpm – пиковое или максимальное обратное напряжение. При превышении этого напряжения pn-переход необратимо разрушается.
  • Vr(rms) – среднее обратное напряжение. Нормальное для работы, то же что и Uобр в характеристиках отечественных компонентов.
  • Io – средний выпрямленный ток, то же что и Iпр у отечественных.
  • Ifsm – пиковый выпрямленный ток.
  • Vfm – падение напряжения в прямом смещении (в открытом проводящем состоянии) обычно 0.6-0.7В, и больше у высокотоковых моделей.

При ремонте электронной техники и блоков питания или их проектировании новички спрашивают: как правильно выбрать диодный мост?

В этом случае самыми важными для вас параметрами будут обратное напряжение и ток. Например, чтобы подобрать диодный мост на 220В, нужно смотреть на модели с номинальным напряжением больше 400В и нужный ток, например, KBPC106 (или 108, 110). Его технические характеристики:

  • максимальный выпрямленный ток – 3А;
  • пиковый ток (кратковременно) – 50А;
  • обратное напряжение – 600В (800В, 1000В у KBPC108 и 110 соответственно).

Запомните эти характеристики и вы легко сможете определить, какой выбрать вариант по каталогу.

Схемы выпрямителей

Выпрямление тока в блоках питания – основное назначение, среди других компонентов схемы можно выделить входной фильтр, который подключают после выпрямителя – он предназначен для сглаживания пульсаций. Давайте разберемся в этом вопросе подробнее!

В первую очередь стоит отметить, что диодным мостом называют схему однофазного выпрямителя из 4 диодов или трёхфазного из 6. Но любители часто так называют схему выпрямителя со средней точкой.

У двухполупериодного выпрямителя к нагрузке поступает две полуволны, а у однополупериодного – одна.

Чтобы не было путаницы, давайте разбираться в терминологии.

Ниже вы видите однофазную двухполупериодную схему, её правильное название «Схема Гретца», именно её чаще всего подразумевают под названием «диодный мост».

Схема Ларионова – трёхфазный диодный мост, на выходе сигнал двухполупериодный. Диоды в нём пропускают полуволны, открываясь на линейное напряжение, т.е. поочередно: верхний диод фазы A и нижний диод фазы B, верхний фазы B и нижний фазы C и т.д.

Для полноты картины следует рассказать и о других схемах выпрямителей переменного напряжения.

Однополупериодный выпрямитель из 1 диода, включенного последовательно с нагрузкой. Применяется в балластных блоках питания, маломощных миниатюрных блоках питания, а также в приборах, нетребовательных к коэффициенту пульсаций. К нагрузке поступает только одна полуволна.

Двухполупериодный со средней точкой – это и есть то, что ошибочно называют мостом из 2 диодов. Здесь каждую полуволну проводит только один диод. Её преимуществом является больший КПД, чем у схемы Гретца, за счет меньшего числа полупроводниковых вентилей. Однако её использование осложнено тем, что нужен трансформатор с отводом от средней точки, что отражено на схеме принципиальной. Её нельзя использовать для выпрямления сетевого напряжения 220В.

Выпрямитель из сборок Шоттки. Используется в импульсных блоках питания, потому что у диодов Шоттки меньше время обратного восстановления, малая барьерная ёмкость (быстрее переход из открытого состояния в закрытое) и малое прямое падение напряжения (меньше потерь). Чаще всего Шоттки встречаются в сборках, с общим анодом или катодом, как изображено на рисунке ниже.

Поэтому для сборки схемы моста потребуется несколько сборок. Ниже приведен пример из 3 сборок Шоттки с общим катодом.

Из 4 сборок с общим катодом. Отличается от предыдущей тем, что выдерживает больший ток, при тех же компонентах потому, что Шоттки в ней соединены параллельно.

Из 2 сборок Шоттки – одна с общим анодом и одна с общим катодом. Узнать о том, что такое анод и катод, вы можете в нашей отдельной статье.

Как спаять и подключить

Изучать и знать схемы не сложно, основные трудности возникают, когда новичок решает спаять диодный мост своими руками. Для пайки выпрямителя из 4 советских экземпляров типа кд202 используйте иллюстрацию приведенную ниже.

Для сборки диодного моста из современных дискретных диодов типа маломощных 1n4007 (и других – все выглядят аналогично и отличаются только размерами) внимательно посмотрите на следующую иллюстрацию.

Но если вы не собираете его из отдельных деталей, а используете готовый мост, то смотрите ниже, как правильно подключить его в цепь.

Также новичкам будет интересно посмотреть видео о том, как сделать простейший блок питания на 12В:

Область применения и назначение

Чаще всего диодные мосты используют в блоках питания. В трансформаторных БП они подключаются ко вторичной обмотке трансформатора

В импульсных БП – ко входу сети 220В. При этом электронная схема управления и силовая цепь ИБП питается от выпрямленного и сглаженного (не всегда) сетевого напряжения (достигает порядка 300-310 Вольт).

На выводах вторичной обмотки импульсного блока питания высокочастотное переменное напряжение. Для того, чтобы его выпрямить, устанавливают сборки из сдвоенных диодов Шоттки. В связи с этим часто используют схему выпрямления со средней точкой.

В автомобилях и мотоциклах используются трёхфазные диодные мосты, собранные по схеме Ларионова с тремя дополнительными вентилями, потому что для питания бортовой сети используется трёхфазный генератор. Мост в генераторе выполняется в виде сектора окружности и устанавливается на его задней части.

 

Исключение составляют некоторые современные автомобили Toyota и прочих марок, в них используют 6 фазный генератор, для реализации двенадцатипульсной схемы выпрямления из 12 вентилей. Это нужно для снижения пульсации и увеличения выходного тока.

Способы проверки

Для проверки диодного моста лучше всего подходит мультиметр в режиме проверки диодов.

Для этого нужно прозвонить на короткое замыкание входную, затем выходную (диодный мост должен быть выпаян).

Не выпаивая прямо на плате, вы можете измерить падение напряжения на переходах диодов. Для этого нужно определить цоколевку моста, обычно она указывается прямо на корпусе, что мы и рассматривали выше.

На экране мультиметра в прямом смещении должно отображаться цифры в пределах 500-800 мВ, а в обратном – выше 1500 и до бесконечности (зависит от конкретного компонента и измерительного прибора). Тоb же самое можно сделать в режиме Омметра, как показано на рисунке ниже.

Более подробно этот процесс описан в статье «как проверить диодный мост», где кроме методики проверки мы рассказали и о признаках неисправности. Также ознакомьтесь с видео о том, как проверить однофазный выпрямитель и диодный мост автомобильного генератора:

На этом мы и заканчиваем наше подробное объяснение. Надеемся, теперь вам стало понятно, для чего нужен диодный мост и что он делает в электрической цепи. Если возникли вопросы, задавайте их в комментариях под статьей!

Материалы по теме:

Выпрямление 12 вольт переменного тока. Диодный мост

Итак, дорогие мои, мы собрали нашу схемку и пришло время ее проверить, испытать и нарадоваться сему счастью. На очереди у нас — подключение схемы к источнику питания. Приступим. На батарейках, аккумуляторах и прочих прибамбасах питания мы останавливаться не будем, перейдем сразу к сетевым источникам питания. Здесь рассмотрим существующие схемы выпрямления, как они работают и что умеют. Для опытов нам потребуется однофазное (дома из розетки) напряжение и соответствующие детальки. Трехфазные выпрямители используются в промышленности, мы их рассматривать также не будем. Вот электриками вырастете — тогда пожалуйста.

Источник питания состоит из нескольких самых важных деталей: Сетевой трансформатор — на схеме обозначается похожим как на рисунке,

Выпрямитель — его обозначение может быть различным. Выпрямитель состоит из одного, двух или четырех диодов, смотря какой выпрямитель. Сейчас будем разбираться.

а) — простой диод.
б) — диодный мост. Состоит из четырех диодов, включенных как на рисунке.
в) — тот же диодный мост, только для краткости нарисован попроще. Назначения контактов такие же, как у моста под буквой б).

Конденсатор фильтра. Эта штука неизменна и во времени, и в пространстве, обозначается так:

Обозначений у конденсатора много, столько же, сколько в мире систем обозначений. Но в общем они все похожи. Не запутаемся. И для понятности нарисуем нагрузку, обозначим ее как Rl — сопротивление нагрузки. Это и есть наша схема. Также будем обрисовывать контакты источника питания, к которым эту нагрузку мы будем подключать.

Далее — пара-тройка постулатов.
— Выходное напряжение определяется как Uпост = U*1.41. То есть если на обмотке мы имеем 10вольт переменного напряжения, то на конденсаторе и на нагрузке мы получим 14,1В. Примерно так.
— Под нагрузкой напряжение немного проседает, а насколько — зависит от конструкции трансформатора, его мощности и емкости конденсатора.
— Выпрямительные диоды должны быть на ток в 1,5-2 раза больше необходимого. Для запаса. Если диод предназначен для установки на радиатор (с гайкой или отверстие под болт), то на токе более 2-3А его нужно ставить на радиатор.

Так же напомню, что же такое двуполярное напряжение. Если кто-то подзабыл. Берем две батарейки и соединяем их последовательно. Среднюю точку, то есть точку соединения батареек, назовем общей точкой. В народе она известна так же как масса, земля, корпус, общий провод. Буржуи ее называют GND (ground — земля), часто ее обозначают как 0V (ноль вольт). К этому проводу подключаются вольтметры и осциллографы, относительно нее на схемы подаются входные сигналы и снимаются выходные. Потому и название ее — общий провод. Так вот, если подключим тестер черным проводом в эту точку и будем мерить напряжение на батарейках, то на одной батарейке тестер покажет плюс1,5вольта, а на другой — минус1,5вольта. Вот это напряжение +/-1,5В и называется двуполярным. Обе полярности, то есть и плюс, и минус, обязательно должны быть равными. То есть +/-12, +/-36В, +/-50 и т.д. Признак двуполярного напряжения — если от схемы к блоку питания идут три провода (плюс, общий, минус). Но не всегда так — если мы видим, что схема питается напряжением +12 и -5, то такое питание называется двухуровневым, но проводов к блоку питания будет все равно три. Ну и если на схему идут целых четыре напряжения, например +/-15 и +/-36, то это питание назовем просто — двуполярным двухуровневым.

Ну а теперь к делу.

1. Мостовая схема выпрямления.
Самая распространенная схема. Позволяет получить однополярное напряжение с одной обмотки трансформатора. Схема обладает минимальными пульсациями напряжения и несложная в конструкции.

2. Однополупериодная схема.
Так же, как и мостовая, готовит нам однополярное напряжение с одной обмотки трансформатора. Разница лишь в том, что у этой схемы удвоенные пульсации по сравнению с мостовой, но один диод вместо четырех сильно упрощает схему. Используется при небольших токах нагрузки, и только с трансформатором, намного большим мощности нагрузки, т.к. такой выпрямитель вызывает одностороннее перемагничивание трансформатора.

3. Двухполупериодная со средней точкой.
Два диода и две обмотки (или одна обмотка со средней точкой) будут питать нас малопульсирующим напряжением, плюс ко всему мы получим меньшие потери в сравнении с мостовой схемой, потому что у нас 2 диода вместо четырех.

4. Мостовая схема двуполярного выпрямителя.
Для многих — наболевшая тема. У нас есть две обмотки (или одна со средней точкой), мы с них снимаем два одинаковых напряжения. Они будут равны, пульсации будут малыми, так как схема мостовая, напряжения на каждом конденсаторе считается как напряжение на каждой обмотке помножить на корень из двух — всё, как обычно. Провод от средней точки обмоток выравнивает напряжения на конденсаторах, если нагрузки по плюсу и по минусу будут разными.

5. Схема с удвоением напряжения.
Это две однополупериодные схемы, но с диодами, включенными по разному. Применяется, если нам надо получить удвоенное напряжение. Напряжение на каждом конденсаторе будет определяться по нашей формуле, а суммарное напряжение на них будет удвоенным. Как и у однополупериодной схемы, у этой так же большие пульсации. В ней можно усмотреть двуполярный выход — если среднюю точку конденсаторов назвать землей, то получается как в случае с батарейками, присмотритесь. Но много мощности с такой схемы не снять.


6. Получение разнополярного напряжения из двух выпрямителей.
Совсем не обязательно, чтобы это были одинаковые блоки питания — они могут быть как разными по напряжению, так и разными по мощности. Например, если наша схема по +12вольтам потребляет 1А, а по -5вольтам — 0,5А, то нам и нужны два блока питания — +12В 1А и -5В 0,5А. Так же можно соединить два одинаковых выпрямителя, чтобы получить двуполярное напряжение, например, для питания усилителя.


7. Параллельное соединение одинаковых выпрямителей.
Оно нам дает то же самое напряжение, только с удвоенным током. Если мы соединим два выпрямителя, то у нас будет двойное увеличение тока, три — тройное и т.д.

Ну а если вам, дорогие мои, всё понятно, то задам, пожалуй, домашнее задание. Формула для расчета емкости конденсатора фильтра для двухполупериодного выпрямителя:

Для однополупериодного выпрямителя формула несколько отличается:

Двойка в знаменателе — число «тактов» выпрямления. Для трехфазного выпрямителя в знаменателе будет стоять тройка.

Во всех формулах переменные обзываются так:
Cф — емкость конденсатора фильтра, мкФ
Ро — выходная мощность, Вт
U — выходное выпрямленное напряжение, В
f — частота переменного напряжения, Гц
dU — размах пульсаций, В

Для справки — допустимые пульсации:
Микрофонные усилители — 0,001…0,01%
Цифровая техника — пульсации 0,1…1%
Усилители мощности — пульсации нагруженного блока питания 1…10% в зависимости от качества усилителя.

Эти две формулы справедливы для выпрямителей напряжения частотой до 30кГц. На бОльших частотах электролитические конденсаторы теряют свою эффективность, и выпрямитель рассчитывается немного не так. Но это уже другая тема.

Мост бывает через реку, через овраг, а также через дорогу. Но приходилось ли Вам слышать словосочетание «диодный мост»? Что за такой мост? А вот на этот вопрос мы с вами попробуем найти ответ.

Словосочетание «диодный мост» образуется от слова «диод». Получается, диодный мост должен состоять из диодов. Но если в диодном мосту есть диоды, значит, в одном направлении диод будет пропускать электрический ток, а в другом нет. Это свойство диодов мы использовали, чтобы определить их работоспособность. Кто не помнит, как мы это делали, тогда вам сюда . Поэтому мост из диодов используется, чтобы из переменного напряжение получать постоянное напряжение.

А вот и схема диодного моста:

Иногда в схемах его обозначают и так:

Как мы с вами видим, схема состоит из четырех диодов. Но чтобы схемка диодного моста заработала, мы должны правильно соединить диоды, и правильно подать на них переменное напряжение. Слева мы видим два значка «~». На эти два вывода мы подаем переменное напряжение, а снимаем постоянное напряжение с других двух выводов: с плюса и минуса.

Для того, чтобы превратить переменное напряжение в постоянное можно использовать один диод для выпрямления, но не желательно. Давайте рассмотрим рисунок:

Переменное напряжение изменяется со временем. Диод пропускает через себя напряжение только тогда, когда напряжение выше нуля, когда же оно становится ниже нуля, диод запирается. Думаю все элементарно и просто. Диод срезает отрицательную полуволну, оставляя только положительную полуволну, что мы и видим на рисунке выше. А вся прелесть этой немудреной схемки состоит в том, что мы получаем постоянное напряжение из переменного. Вся проблема в том, что мы теряем половину мощности переменного напряжения. Ее тупо срезает диод.

Чтобы исправить эту ситуацию, была разработана схемка диодного моста. Диодный мост «переворачивает» отрицательную полуволну, превращая ее в положительную полуволну. Тем самым мощность у нас сохраняется. Прекрасно не правда ли?

На выходе диодного моста у нас появляется постоянное пульсирующее напряжение с частой в два раза больше, чем частота сети: 100 Гц.

Думаю, не надо писать, как работает схема, Вам все равно это не пригодится, главное запомнить, куда цепляется переменное напряжение, а откуда выходит постоянное пульсирующее напряжение.

Давайте же на практике рассмотрим, как работает диод и диодный мост.

Для начала возьмем диод.

Я его выпаял из блока питания компа. Катод можно легко узнать по полоске. Почти все производители показывают катод полоской или точкой.

Чтобы наши опыты были безопасными, я взял понижающий трансформатор, который из 220 Вольт трансформирует 12 Вольт. Кто не знает как он это делает, можете прочитать статью устройство трансформатора .

На первичную обмотку цепляем 220 Вольт, со вторичной снимаем 12 Вольт. Мультик показывает чуть больше, так как ко вторичной обмотке не подцеплена никакая нагрузка. Трансформатор работает на так называемом «холостом ходу».

Давайте же расмотрим осциллограмму, которая идет со вторичной обмотки транса. Максимальную амплитуду напряжение нетрудно посчитать. Если не помните как расчитать, можно глянуть статейку Осциллограф. Основы эксплуатации . 3,3х5= 16.5В — это максимальное значение напряжения. А если разделить максимальное значение амплитуда на корень из двух, то получим где то 11.8 Вольт. Это и есть действующее значение напряжения . Осцилл не врет, все ОК.

Еще раз повторюсь, можно было использовать и 220 Вольт, но 220 Вольт — это не шутки, поэтому я и понизил переменное напряжение.

Припаяем к одному концу вторичной обмотки транса наш диод.

Цепляемся снова щупами осцилла

Смотрим на осцилл

А где же нижняя часть изображения? Ее срезал диод. Диод оставил только верхнюю часть, то есть та, которая положительная. А раз он срезал нижнюю часть, то он следовательно срезал и мощность.

Находим еще три таких диода и спаиваем диодный мост.

Цепляемся ко вторичной обмотке транса по схеме диодного моста.

С двух других концов снимаем постоянное пульсирующее напряжение щупами осцилла и смотрим на осцилл.

Вот, теперь порядок, и мощность у нас никуда не пропала:-).

Чтобы не замарачиваться с диодами, разработчики все четыре диода вместили в один корпус. В результате получился очень компактный и удобный диодный мост. Думаю, вы догадаетесь, где импортный, а где советский))).

А вот и советский:

А как Вы догадались? 🙂 Например, на советском диодном мосте, показаны контакты, на которые надо подавать переменное напряжение (значком » ~ «), и показаны контакты, с которых надо снимать постоянное пульсирующее напряжение («+» и «-«).

Давайте проверим импортный диодный мост. Для этого цепляем два его контакта к переменке, а с двух других контактов снимаем показания на осцилл.

А вот и осциллограмма:

Значит импортный диодный мостик работает чики-пуки.

В заключении хотелось бы добавить, что диодный мост используется почти во всей радиоаппаратуре, которая кушает напряжение из сети, будь то простой телевизор или даже зарядка для сотового телефона. Проверяются диодный мост исправностью всех его диодов.

Во многих электронных приборах, работающих при переменном токе в 220 вольт устанавливаются диодные мосты. Схема диодного моста на 12 вольт позволяет эффективно выполнять функцию по выпрямлению переменного тока. Это связано с тем, что для работы большинства приборов используется постоянный ток.

Как работает диодный мост

Переменный ток, имеющий определенную меняющуюся частоту, подается на входные контакты моста. На выходах с положительным и отрицательным значением образуется однополярный ток, обладающий повышенной пульсацией, значительно превышающей частоту тока, подаваемого на вход.

Появляющиеся пульсации нужно обязательно убрать, иначе электронная схема не сможет нормально работать. Поэтому, в схеме присутствуют специальные фильтры, представляющие собой электролитические с большой емкостью.

Сама сборка моста состоит из четырех диодов с одинаковыми параметрами. Они соединены в общую схему и размещаются в общем корпусе.

Диодный мост имеет четыре вывода. К двум из них подключается переменное напряжение, а два остальных являются положительным и отрицательным выводом пульсирующего выпрямленного напряжения.


Выпрямительный мост в виде диодной сборки обладает существенными технологическими преимуществами. Таким образом, на печатную плату устанавливается сразу одна монолитная деталь. Во время эксплуатации, для всех диодов обеспечивается одинаковый тепловой режим. Стоимость общей сборки ниже четырех диодов в отдельности. Однако, данная деталь имеет серьезный недостаток. При выходе из строя хотя-бы одного диода, вся сборка подлежит замене. При желании, любая общая схема может быть заменена четырьмя отдельными деталями.

Применение диодных мостов

В любых приборах и электронике, для питания которых используется переменный электрический ток, присутствует схема диодного моста на 12 вольт. Ее используют не только в трансформаторных, но и в импульсных выпрямителях. Наиболее характерным импульсным блоком является блок питания компьютера.

Кроме того диодные мосты применяются в люминесцентных компактных лампах или в энергосберегающих лампах. Они дают очень хороший эффект при использовании их в пускорегулирующих электронных аппаратах. Широко применяются и во всех моделях современных аппаратов.

Как сделать диодный мост

Преобразовать переменный ток в постоянный поможет диодный мост — схема и принцип действия этого устройства приводятся ниже. В обычной осветительной цепи течет переменный ток, который 50 раз в течение одной секунды меняет свою величину и направление. Его превращение в постоянный — достаточно часто встречающаяся необходимость.

Принцип действия полупроводникового диода

Рис. 1

Название описываемого устройства ясно указывает, что эта конструкция состоит из диодов — полупроводниковых приборов, хорошо проводящих электричество в одном направлении и практически не проводящих его в противоположную сторону. Изображение этого прибора (VD1) на принципиальных схемах приведено на рис. 2в. Когда ток по нему течет в прямом направлении — от анода (слева) к катоду (справа), сопротивление его мало. При изменении направления тока на противоположное сопротивление диода многократно возрастает. В этом случае через него течет мало отличающийся от нуля обратный ток.

Поэтому при подаче на цепочку, содержащую диод, переменного напряжения U вх (левый график), электричество через нагрузку течет только в течение положительных полупериодов, когда к аноду приложено положительное напряжение. Отрицательные полупериоды «срезаются», и ток в сопротивлении нагрузки в это время практически отсутствует.

Строго говоря, выходное напряжение U вых (правый график) является не постоянным, хотя и течет в одном направлении, а пульсирующим. Нетрудно понять, что количество его импульсов (пульсаций) за одну секунду равно 50. Это не всегда допустимо, но пульсации можно сгладить, если подсоединить параллельно нагрузке конденсатор, имеющий достаточно большую емкость. Заряжаясь во время импульсов напряжения, в промежутках между ними конденсатор разряжается на сопротивление нагрузки. Пульсации сглаживаются, а напряжение становится близким к постоянному.

Изготовленный в соответствии в этой схемой выпрямитель называется однополупериодным, поскольку в нем используется лишь один полупериод выпрямленного напряжения. Наиболее существенные недостатки такого выпрямителя следующие:

  • повышенная степень пульсаций выпрямленного напряжения;
  • низкий КПД;
  • большой вес трансформатора и его нерациональное использование.

Поэтому применяются такие схемы только для питания устройств малой мощности. Для исправления этой нежелательной ситуации разработаны двухполупериодные выпрямители, которые превращают отрицательные полуволны в положительные. Сделать это можно по-разному, но самый простой способ — использование диодного моста.

Рис. 2

Диодный мост — схема двухполупериодного выпрямления, содержащая 4 диода вместо одного (рис. 2в). В каждом полупериоде два из них открыты и пропускают электричество в прямом направлении, а два других закрыты, и ток через них не течет. Во время положительного полупериода положительное напряжение приложено к аноду VD1, а отрицательное — к катоду VD3. В результате оба этих диода открыты, а VD2 и VD4 — закрыты.

Во время отрицательного полупериода положительное напряжение приложено к аноду VD2, а отрицательное — к катоду VD4. Эти два диода открываются, а открытые во время предыдущего полупериода закрываются. Ток через сопротивление нагрузки течет в том же направлении. В сравнении с однополупериодным выпрямителем количество пульсаций возрастает вдвое. Результат — более высокая степень сглаживания при той же емкости конденсатора фильтра, увеличение КПД используемого в выпрямителе трансформатора.

Диодный мост может быть не только собран из отдельных элементов, но и изготовлен как монолитная конструкция (диодная сборка). Ее легче монтировать, а диоды обычно подобраны по параметрам. Немаловажно и то, что они работают в одинаковых тепловых режимах. Недостаток диодного моста — необходимость замены всей сборки при выходе из строя даже одного диода.

Еще ближе к постоянному будет пульсирующий выпрямленный ток, который позволяет получить трехфазный диодный мост. Его вход подключается к источнику трехфазного переменного тока (генератору или трансформатору), а напряжение на выходе почти не отличается от постоянного, и сгладить его еще проще, чем после двухполупериодного выпрямления.

Выпрямитель на основе диодного моста

Схема двухполупериодного выпрямителя на основе диодного моста, пригодная для сборки своими руками, изображена на рис. 3а. Выпрямлению подвергается напряжение, снимаемое со вторичной понижающей обмотки трансформатора Т. Для этого нужно подключить диодный мост к трансформатору.

Пульсирующее выпрямленное напряжение сглаживается электролитическим конденсатором С, имеющим достаточно большую емкость — обычно порядка нескольких тысяч мкФ. Резистор R играет роль нагрузки выпрямителя на холостом ходу. В таком режиме конденсатор С заряжается до амплитудного значения, которое в 1,4 (корень из двух) раза выше действующего значения напряжения, снимаемого со вторичной обмотки трансформатора.

С ростом нагрузки выходное напряжение уменьшается. Избавиться от этого недостатка можно, подключив к выходу выпрямителя простейший транзисторный стабилизатор. На принципиальных схемах изображение диодного моста часто упрощают. На рис. 3б показано, как еще может быть изображен соответствующий фрагмент на рис. 3а.

Следует заметить, что, хотя прямое сопротивление диодов невелико, тем не менее, оно отлично от нуля. По этой причине они нагреваются в соответствии с законом Джоуля-Ленца тем сильнее, чем больше величина тока, протекающего по цепи. Для предотвращения перегрева мощные диоды часто устанавливаются на теплоотводах (радиаторах).

Диодный мост — это практически обязательный элемент любого электронного устройства, питающегося от сети, будь то компьютер или выпрямитель для зарядки мобильного телефона.

Похожие записи:

Выпрямление напряжения диодным мостом — Морской флот

Диодный мост – это мостовая схема соединения диодов, для выпрямления переменного тока в постоянный.

Диодные мосты являются простейшими и самыми распространенными выпрямителями, их используют в радиотехнике, электронике, автомобилях и в других сферах, там, где требуется получение пульсирующего постоянного напряжения.

Для лучшего понимания принципа работы диодного моста, рассмотрим работу одного диода:

Диод как полупроводниковый элемент, имеет один p-n переход, что дает ему возможность проводить ток только в одном направлении. Ток через диод начинает проходить при подключении анода к положительному, а катода к отрицательному полюсу источника. В обратной ситуации диод запирается, и ток через него не протекает.

Схема и принцип работы диодного моста

На данной схеме 4 диода соединенных по мостовой схеме подключены к источнику переменного напряжения 220В. В качестве нагрузки подключен резистор Rн.

Переменное напряжение на входе меняется не только по мгновенному значению, но и по знаку. При прохождении положительной полуволны (от 0 до π) к анодам диодов VD2 и VD4 приложено положительное напряжение относительно их катодов, что вызывает прохождение тока Iн через диоды и нагрузку Rн. В этот момент диоды VD1 и VD3 заперты и не пропускают ток, так как напряжение положительной полуволны для них является обратным.

В момент, когда входное напряжение пересекает точку π, оно меняет свой знак. В этом случае диоды VD1 и VD3 начинают пропускать ток, так как к их анодам приложено положительное напряжение относительно катодов, а диоды VD2 и VD4 оказываются запертыми. Это продолжается до точки 2π, где переменное входное напряжение снова меняет свой знак и весь процесс повторяется заново.

Важно отметить, что ток Iн протекающий через нагрузку Rн, не изменяется по направлению, т.е. является постоянным.

Но если обратить внимание на график, то можно заметить, что напряжение на выходе является не постоянным, а пульсирующим. Соответственно, выходной ток, появляющийся от такого напряжения и протекающий через активную нагрузку, будет также – пульсирующим. Данную пульсацию можно немного уменьшить с помощью параллельно включенного конденсатора к выходу диодного моста. Напряжение на конденсаторе, согласно закону коммутации, не может измениться мгновенно, а значит в данном случае, выходное напряжение примет более сглаженную форму.

Предисловие

Очень много вопросов задают по статье как получить из переменного напряжения постоянное. Напомню, что мы получали постоянное напряжение с помощью типичной схемы, которая используется во всей электронике:

Да, та статья получилась чуток сыровата, но суть преобразования переменного тока в постоянный мы постарались объяснить на пальцах. Но читатели все равно “не вкурили” ту статью, поэтому было решено написать еще одну статейку, но на этот раз разжевать все досконально.

Снова да ладом…

Придется возвращаться к истокам. Вместо трансформатора я возьму ЛАТР, который будет выдавать переменный ток:

Выставляем на ЛАТРе с помощью цифрового осциллографа напряжение амплитудой в 10 Вольт:

Как мы можем увидеть в нижнем левом углу, частота нашего сигнала 50 Герц. Это и есть частота сети. Длина одного кубика по вертикали равна 2 Вольтам.

Далее берем 4 кремниевых диода

И спаиваем из них диодный мост вот по такой схеме:

Подаем напряжение с ЛАТРа на диодный мост, а с других концов цепляем щуп осциллографа

Тыкаем щупом осциллографа в эти красные кружочки на схеме. Землю на один кружочек, а сигнальный на другой.

Смотрим, что получилось на дисплее осциллографа

Дело в том, что сопротивление щупа осциллографа обладает очень высоким входным сопротивлением, или иначе простыми словами: мы подцепили очень-очень высокоомный резистор к выходу диодного моста. Поэтому диодный мост в холостом режиме, то есть в режиме без нагрузки, не функционирует.

Для того, чтобы проверить диодный мост на работоспособность, нам надо его нагрузить. Это может быть резистор в несколько десятков или сотен Ом, лампочка, либо какая-нибудь электронная безделушка. В моем случае я взял лампочку накаливания на 12 Вольт от поворотника мотоцикла:

Цепляем ее к диодному мосту

Тыкаем щуп осциллографа в эти точки и смотрим осциллограмму

Как мы видим, напряжение с ЛАТРа чуть просело. Все зависит, конечно, от подключаемой нагрузки и мощности самого ЛАТРа. Про это я писал еще в статье работа трансформатора

Теперь тыкаем щупом в эти точки

Классика жанра! Превращаем отрицательную полуволну в положительную и получаем “горки” с частотой в 100 Герц ;-). Но ваш внимательный глаз ничего не заметил? Если даже мы и выпрямили напряжение с помощью диодного моста, то почему амплитуда каждой полуволны стала еще чуть меньше?

Дело все в том, что на PN-переходе диода в прямом смещении падает напряжение в 0,6-0,7 Вольт. Именно поэтому оно и вычитается с амплитуды напряжения, которое надо выпрямить.

Давайте теперь к диодному мосту запаяем конденсатор емкостью в 5000 мкФ и не будем цеплять никакую нагрузку

Тыкаем щупом сюда

Получили вот такую осциллограмму постоянного тока. Она в 1,41 раз больше, чем действующее (среднеквадратичное) значение сигнала с ЛАТРа (о действующем напряжении чуть ниже)

А теперь цепляем лампочку

Осциллограмма кардинально изменилась.

Как мы видим, напряжение просело и у нас получилась осциллограмма постоянного напряжения с небольшими пульсациями. Вот эти маленькие “холмики” и есть пульсации, в отличите от “гор” сразу после диодного моста с лампочкой-нагрузкой. Физический смысл здесь такой: конденсатор не успевает разряжаться на нагрузке, как снова приходит новая “горка” и снова заряжает конденсатор.

Правило диодного выпрямителя с конденсатором очень простое: чем больше емкость конденсатора и чем больше сопротивление нагрузки, тем меньше по амплитуде будут пульсации, и наоборот.

Но почему у нас просело напряжение? Ведь было уже 10 Вольт постоянного напряжения на конденсаторе без нагрузки?

А как цепанули лампочку стало намного меньше…

В чем же проблема? А проблема именно в законе сохранения энергии…

Среднеквадратичное значения напряжения

Допустим, у нас есть лампочка накаливания. Я ее подцепил к источнику постоянного тока и она у меня загорелась с какой-то яркостью. Потом я цепляю эту лампу к источнику переменного тока и добиваюсь такого же свечения лампы. Форма сигнала постоянного и переменного напряжения разные, а мощность, выдаваемая в нагрузку, в данном случае лампочку, одинаковая. Можно сказать, что среднеквадратичное значение переменного тока равняется значению постоянного тока.

То есть если у нас лампочка на 12 Вольт, я могу подать на нее 12 Вольт с блока питания или 12 Вольт с ЛАТРа. Лампочка будет светить с такой же яркостью. Мультиметр в режиме измерения переменного тока показывает именно среднеквадратичное значение напряжения.

Итак, чему же равняется среднеквадратичное значение вот этого сигнала?

А давайте замеряем. Для этого я беру мой любимый прибор токоизмерительные клещи, в который встроен целый мультиметр с True RMS и начинаю замерять среднеквадратичное значение

Мультиметр показал 7,18 Вольт. Это и есть среднеквадратичное значение этого сигнала.

Для синусоидальных сигналов оно легко вычисляется по формуле:

Umax – максимальная амплитуда, В

UД – действующее (среднеквадратичное) значение напряжения, В

Если считать по формуле, то получим 10/√2=7,07 Вольт. Сходится с небольшой погрешностью.

Как мы подцепили нагрузку, у нас сразу просела амплитуда напряжения с ЛАТРа, а следовательно, и среднеквадратичное значение напряжения

6, 68 Вольт. Хотя по формуле получается 9/1,41=6,38. Спишем на погрешности измерения.

Среднеквадратичное значение сложных сигналов

Но чему же равняется среднеквадратичное значение напряжения после диодного моста с включенной нагрузкой-лампочкой?

Для определения среднеквадратичного значения такого сигнала:

нам понадобится формула и табличка.

где Ka – это коэффициент амплитуды

Umax – максимальная амплитуда сигнала

U – действующее (среднеквадратичное) значение сигнала

А вот и табличка:

Теперь ищем по табличке наш пульсирующий сигнал с выпрямителя. Как мы видим, его коэффициент амплитуды равен 1,41 или, если быть точнее, √2. То есть точно такой же, как и у синусоидального сигнала.

Вычисляем по формуле и получаем:

После того, как мы поставили конденсатор, у нас почти получилась осциллограмма постоянного тока с значением в примерно в 6 Вольт, если полностью усреднить нашу кривую, то есть пренебречь небольшими пульсациями. Можно даже сказать, что это значение постоянного тока будет равняться среднеквадратичному значению переменного тока номиналом в 6 Вольт. Не забываем, что 0,6-0,7 Вольт у нас падают на диодах.

Заключение

Итак, какие выводы делаем из всего вышесказанного и показанного? Среднеквадратичное значение напряжения на выходе диодного выпрямителя чуточку меньше, чем до диодного моста. По 0,6-0,7 Вольт падает на диодах. Если бы мы поставили диоды Шоттки, то выиграли бы 0,3-0,4 Вольта, так как падения на Шоттках 0,2-0,3 Вольта. Схема двухполупериодного выпрямителя, с энергетической точки зрения является очень неплохой и поэтому используется в большинстве радиоэлектронных устройств.

18 Июн 2013г | Раздел: Радио для дома

Здравствуйте уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Продолжаем знакомиться с полупроводниковыми диодами. В предыдущей части статьи мы с Вами разобрались с принципом работы диода, рассмотрели его вольт-амперную характеристику и выяснили, что такое пробой p-n перехода.
В этой части мы рассмотрим устройство и работу выпрямительных диодов.

Выпрямительный диод – это полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный. Однако, это далеко не полная область применения выпрямительных диодов: они широко используются в цепях управления и коммутации, в схемах умножения напряжения, во всех сильноточных цепях, где не предъявляется жестких требований к временным и частотным параметрам электрического сигнала.

Общие характеристики выпрямительных диодов.

В зависимости от значения максимально допустимого прямого тока выпрямительные диоды разделяются на диоды малой, средней и большой мощности:

малой мощности рассчитаны для выпрямления прямого тока до 300mA;
средней мощности – от 300mA до 10А;
большой мощности — более 10А.

По типу применяемого материала они делятся на германиевые и кремниевые, но, на сегодняшний день наибольшее применение получили кремниевые выпрямительные диоды ввиду своих физических свойств.

Кремниевые диоды, по сравнению с германиевыми, имеют во много раз меньшие обратные токи при одинаковом напряжении, что позволяет получать диоды с очень высокой величиной допустимого обратного напряжения, которое может достигать 1000 – 1500В, тогда как у германиевых диодов оно находится в пределах 100 – 400В.

Работоспособность кремниевых диодов сохраняется при температурах от -60 до +(125 — 150)º С, а германиевых – лишь от -60 до +(70 – 85)º С. Это связано с тем, что при температурах выше 85º С образование электронно-дырочных пар становится столь значительным, что происходит резкое увеличение обратного тока и эффективность работы выпрямителя падает.

Технология изготовления и конструкция выпрямительных диодов.

Конструкция выпрямительных диодов представляет собой одну пластину кристалла полупроводника, в объеме которой созданы две области разной проводимости, поэтому такие диоды называют плоскостными.

Технология изготовления таких диодов заключается в следующем:
на поверхность кристалла полупроводника с электропроводностью n-типа расплавляют алюминий, индий или бор, а на поверхность кристалла с электропроводностью p-типа расплавляют фосфор.

Под действием высокой температуры эти вещества крепко сплавляются с кристаллом полупроводника. При этом атомы этих веществ проникают (диффундируют) в толщу кристалла, образуя в нем область с преобладанием электронной или дырочной электропроводностью. Таким образом получается полупроводниковый прибор с двумя областями различного типа электропроводности — а между ними p-n переход. Большинство распространенных плоскостных кремниевых и германиевых диодов изготавливают именно таким способом.

Для защиты от внешних воздействий и обеспечения надежного теплоотвода кристалл с p-n переходом монтируют в корпусе.
Диоды малой мощности изготавливают в пластмассовом корпусе с гибкими внешними выводами, диоды средней мощности – в металлостеклянном корпусе с жесткими внешними выводами, а диоды большой мощности – в металлостеклянном или металлокерамическом корпусе, т.е. со стеклянным или керамическим изолятором. Пример выпрямительных диодов германиевого (малой мощности) и кремниевого (средней мощности) показан на рисунке ниже.

Кристаллы кремния или германия (3) с p-n переходом (4) припаиваются к кристаллодержателю (2), являющемуся одновременно основанием корпуса. К кристаллодержателю приваривается корпус (7) со стеклянным изолятором (6), через который проходит вывод одного из электродов (5).

Маломощные диоды, обладающие относительно малыми габаритами и весом, имеют гибкие выводы (1) с помощью которых они монтируются в схемах.
У диодов средней мощности и мощных, рассчитанных на значительные токи, выводы (1) значительно мощнее. Нижняя часть таких диодов представляет собой массивное теплоотводящее основание с винтом и плоской внешней поверхностью, предназначенное для обеспечения надежного теплового контакта с внешним теплоотводом (радиатором).

Электрические параметры выпрямительных диодов.

У каждого типа диодов есть свои рабочие и предельно допустимые параметры, согласно которым их выбирают для работы в той или иной схеме:

Iобр – постоянный обратный ток, мкА;
Uпр – постоянное прямое напряжение, В;
Iпр max – максимально допустимый прямой ток, А;
Uобр max – максимально допустимое обратное напряжение, В;
Р max – максимально допустимая мощность, рассеиваемая на диоде;
Рабочая частота, кГц;
Рабочая температура, С.

Здесь приведены далеко не все параметры диодов, но, как правило, если надо найти замену, то этих параметров хватает.

Схема простого выпрямителя переменного тока на одном диоде.

Разберем схему работы простейшего выпрямителя, которая изображена на рисунке:

На вход выпрямителя подадим сетевое переменное напряжение, в котором положительные полупериоды выделены красным цветом, а отрицательные – синим. К выходу выпрямителя подключим нагрузку (), а функцию выпрямляющего элемента будет выполнять диод (VD).

При положительных полупериодах напряжения, поступающих на анод диода диод открывается. В эти моменты времени через диод, а значит, и через нагрузку (), питающуюся от выпрямителя, течет прямой ток диода Iпр (на правом графике волна полупериода показана красным цветом).

При отрицательных полупериодах напряжения, поступающих на анод диода диод закрывается, и во всей цепи будет протекать незначительный обратный ток диода (Iобр). Здесь, диод как бы отсекает отрицательную полуволну переменного тока (на правом графике такая полуволна показана синей пунктирной линией).

В итоге получается, что через нагрузку (), подключенную к сети через диод (VD), течет уже не переменный, поскольку этот ток протекает только в положительные полупериоды, а пульсирующий ток – ток одного направления. Это и есть выпрямление переменного тока.

Но таким напряжением можно питать лишь маломощную нагрузку, питающуюся от сети переменного тока и не предъявляющую к питанию особых требований, например, лампу накаливания.
Напряжение через лампу будет проходить только во время положительных полуволн (импульсов), поэтому лампа будет слабо мерцать с частотой 50 Гц. Однако, за счет тепловой инертности нить не будет успевать остывать в промежутках между импульсами, и поэтому мерцание будет слабо заметным.

Если же запитать таким напряжением приемник или усилитель мощности, то в громкоговорителе или колонках мы будем слышать гул низкого тона с частотой 50 Гц, называемый фоном переменного тока. Это будет происходить потому, что пульсирующий ток, проходя через нагрузку, создает в ней пульсирующее напряжение, которое и является источником фона.

Этот недостаток можно частично устранить, если параллельно нагрузке подключить фильтрующий электролитический конденсатор (Cф) большой емкости.

Заряжаясь импульсами тока во время положительных полупериодов, конденсатор () во время отрицательных полупериодов разряжается через нагрузку (). Если конденсатор будет достаточно большой емкости, то за время между импульсами тока он не будет успевать полностью разряжаться, а значит, на нагрузке () будет непрерывно поддерживаться ток как во время положительных, так и во время отрицательных полупериодов. Ток, поддерживаемый за счет зарядки конденсатора, показан на правом графике сплошной волнистой красной линией.

Но и таким, несколько сглаженным током тоже нельзя питать приемник или усилитель потому, что они будут «фонить», так как уровень пульсаций (Uпульс) пока еще очень ощутим.
В выпрямителе, с работой которого мы познакомились, полезно используется энергия только половины волн переменного тока, поэтому на нем теряется больше половины входного напряжения и потому такое выпрямление переменного тока называют однополупериодным, а выпрямители – однополупериодными выпрямителями. Эти недостатки устранены в выпрямителях с использованием диодного моста.

Диодный мост.

Диодный мост – это небольшая схема, составленная из 4-х диодов и предназначенная для преобразования переменного тока в постоянный. В отличие от однополупериодного выпрямителя, состоящего из одного диода и пропускающего ток только во время положительного полупериода, мостовая схема позволяет пропускать ток в течение каждого полупериода. Диодные мосты изготавливают в виде небольших сборок заключенных в пластмассовый корпус.

Из корпуса сборки выходят четыре вывода напротив которых расположены знаки «+», «» или «

», указывающие, где у моста вход, а где выход. Но не обязательно диодные мосты можно встретить в виде такой сборки, их также собирают включением четырех диодов прямо на печатной плате, что очень удобно.

Например. Вышел из строя один из диодов моста, если будет стоять сборка, то ее смело выкидываем, а если мост будет собран из четырех диодов прямо на плате — меняем неисправный диод и все готово.

На принципиальных схемах диодный мост обозначают включением четырех диодов в мостовую схему, как показано в левой части нижнего рисунка: здесь, диоды являются как бы плечами выпрямительного моста.
Такое графическое обозначение моста можно встретить еще в старых журналах по радиотехнике. Однако, на сегодняшний день, в основном, диодный мост обозначают в виде ромба, внутри которого расположен значок диода, указывающий только на полярность выходного напряжения.

Теперь рассмотрим работу диодного моста на примере низковольтного выпрямителя. В таком выпрямителе, с использованием четырех диодов, во время каждой полуволны работают поочередно два диода противоположных плеч моста, включенных между собой последовательно, но встречно по отношению ко второй паре диодов.

Со вторичной обмотки трансформатора переменное напряжение поступает на вход диодного моста. Когда на верхнем (по схеме) выводе вторичной обмотки возникает положительный полупериод напряжения, ток идет через диод VD3, нагрузку , диод VD2 и к нижнему выводу вторичной обмотки (см. график а). Диоды VD1 и VD4 в этот момент закрыты и через них ток не идет.

В течение другого полупериода переменного напряжения, когда плюс на нижнем (по схеме) выводе вторичной обмотки, ток идет через диод VD4, нагрузку , диод VD1 и к верхнему выводу вторичной обмотки (см. график б). В этот момент диоды VD2 и VD3 закрыты и ток через себя не пропускают.

В результате мы видим, что меняются знаки напряжения на вторичной обмотке трансформатора, а через нагрузку выпрямителя идет ток одного направления (см. график в). В таком выпрямителе полезно используются оба полупериода переменного тока, поэтому подобные выпрямители называют двухполупериодными.

И в заключении отметим, что работа двухполупериодного выпрямителя по сравнению с однопериодным получается намного эффективней:

1. Удвоилась частота пульсаций выпрямленного тока;
2. Уменьшились провалы между импульсами, что облегчило задачу сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя;
3. Среднее значение напряжения постоянного тока примерно равно переменному напряжению, действующему во вторичной обмотке трансформатора.

А если такой выпрямитель дополнить фильтрующим электролитическим конденсатором, то им уже смело можно запитывать радиолюбительскую конструкцию.

Ну вот, мы с Вами практически и закончили изучать диоды. Конечно, в этих статьях дано далеко не все, а только основные понятия, но этих знаний Вам уже будет достаточно, чтобы собрать свою радиолюбительскую конструкцию для дома, в которой используются полупроводниковые диоды.

А в качестве дополнительной информации посмотрите видеоролик, в котором рассказывается, как проверить диодный мост мультиметром.

1. Борисов В.Г — Юный радиолюбитель. 1985г.
2. Горюнов Н.Н., Носов Ю.Р — Полупроводниковые диоды. Параметры, методы измерений. 1968г.
3. Пасынков В.В., Чиркин Л.К — Полупроводниковые приборы: Учеб. для вузов по спец. «Полупроводники и диэлектрики» и «Полупроводниковые и микроэлектронные приборы» — 4-е изд. перераб. и доп. 1987г.

принцип действия, обозначения на схеме, проверка исправности

Почти вся электронная аппаратура для своей работы требует определённую величину постоянного напряжения. В электрический сети передаётся синусоидальный сигнал с частотой 50 Гц. Для преобразования сигнала используется свойство полупроводниковых элементов пропускать ток только в одном направлении, а в другом блокировать его прохождение. В качестве преобразователя применяется схема диодного моста, позволяющая получать на выходе сигнал постоянной величины.

Физические свойства p-n перехода

Главным элементом, использующимся при создании выпрямительного узла, является диод. В основе его работы лежит электронно-дырочный переход (p-n).

Общепринятое определение гласит: p-n переход — это область пространства, находящаяся на границе соединения двух полупроводников разного типа. В этом пространстве образуется переход n-типа в p-тип. Значение проводимости зависит от атомного строения материала, а именно от того, насколько прочно атомы удерживают электроны. Атомы в полупроводниках располагаются в виде решётки, а электроны привязаны к ним электрохимическими силами. Сам по себе такой материал является диэлектриком. Он или плохо проводит ток, или не проводит его совсем. Но если в решётку добавить атомы определённых элементов (легирование), физические свойства такого материала кардинально изменяются.

Примешанные атомы начинают образовывать, в зависимости от своей природы, свободные электроны или дырки. Образованный избыток электронов формирует отрицательный заряд, а дырок — положительный.

Избыток заряда одного знака заставляет носителей отталкиваться друг от друга, в то время как область с противоположным зарядом стремится притянуть их к себе. Электрон, перемещаясь, занимает свободное место, дырку. При этом на его старом месте также образовывается дырка. В результате чего создаётся два потока движения зарядов: один основной, а другой обратный. Материал с отрицательным зарядом в качестве основных носителей использует электроны, его называют полупроводником n-типа, а с положительным зарядом, использующим дырки, p-типа. В полупроводниках обоих типов неосновные заряды образуют ток, обратный движению основных зарядов.

В радиоэлектронике из материалов для создания p-n перехода используется германий и кремний. При легировании кристаллов этих веществ образуется полупроводник с различной проводимостью. Например, введение бора приводит к появлению свободных дырок и образованию p-типа проводимости. Добавление фосфора, наоборот, создаст электроны, и полупроводник станет n-типа.

Принцип работы диода

Диод — это полупроводниковый прибор, имеющий малое сопротивление для тока в одном направлении, и препятствующий его прохождению в обратном. Физически диод состоит из одного p-n перехода. Конструктивно представляет собой элемент, содержащий два вывода. Вывод, подключённый к p-области, называется анодом, а соединённый с n-областью — катодом.

При работе диода существует три его состояния:

  • сигнал на выводах отсутствует;
  • он находится под действием прямого потенциала;
  • он находится под действием обратного потенциала.

Прямым потенциалом называется такой сигнал, когда плюсовой полюс источника питания подключён к области p-типа полупроводника, другими словами, полярность внешнего напряжения совпадает с полярностью основных носителей. При обратном потенциале отрицательный полюс подключён к p-области, а положительный к n.

В области соединения материала n- и p-типа существует потенциальный барьер. Он образуется контактной разностью потенциалов и находится в уравновешенном состоянии. Высота барьера не превышает десятые доли вольта и препятствует продвижению носителей заряда вглубь материала.

Если к прибору подключено прямое напряжение, то величина потенциального барьера уменьшается и он практически не оказывает сопротивление протеканию тока. Его величина возрастает и зависит только сопротивления p- и n- области. При прикладывании обратного потенциала, величина барьера увеличивается, так как из n-области уходят электроны, а из p-области дырки. Слои обедняются и сопротивление барьера прохождению тока возрастает.

Основным показателем элемента является вольт-амперная характеристика. Она показывает зависимость между приложенным к нему потенциалом и током, протекающим через него. Представляется эта характеристика в виде графика, на котором указывается прямой и обратный ток.

Схема простого выпрямителя

Синусоидальное напряжение представляет собой периодический сигнал, изменяющийся во времени. С математической точки зрения он описывается функцией, в которой начало координат соответствует времени равным нулю. Сигнал состоит из двух полуволн. Находящаяся полуволна в верхней части координат относительно нуля называется положительным полупериодом, а в нижней части — отрицательным.

При подаче переменного напряжения на диод через подключённую к его выводам нагрузку, начинает протекать ток. Этот ток обусловлен тем, что в момент поступления положительного полупериода входного сигнала диод открывается. В этом случае к аноду прикладывается положительный потенциал, а к катоду отрицательный. При смене волны на отрицательный полупериод диод запирается, так как меняется полярность сигнала на его выводах.

Таким образом, получается, что диод как бы отрезает отрицательную полуволну, не пропуская её на нагрузку и на ней появляется пульсирующий ток только одной полярности. В зависимости от частоты приложенного напряжения, а для промышленных сетей она составляет 50 Гц, изменяется и расстояние между импульсами. Такого вида ток называется выпрямленным, а сам процесс —однополупериодным выпрямлением.

Выпрямляя сигнал, используя один диод, можно питать нагрузку, не предъявляющую особых требований к качеству напряжения. Например, нить накала. Но если запитать, например, приёмник, то появится низкочастотный гул, источником которого и будет промежуток, возникающий между импульсами. В некоторой мере для избавления от недостатков однополупериодного выпрямления совместно с диодом применяется параллельно включённый нагрузке конденсатор. Этот конденсатор будет заряжаться при поступлении импульсов и разряжаться при их отсутствии на нагрузку. А значит, чем больше значение ёмкости конденсатора, тем ток на нагрузке будет более сглажен.

Но наибольшего качества сигнала возможно достичь, если использовать для выпрямления одновременно две полуволны. Устройство, позволяющее это реализовать, получило название диодный мост, или по-другому — выпрямительный.

Диодный мост

Такое устройство представляет собой электрический прибор, служащий для преобразования переменного тока в постоянный. Словосочетание «диодный мост» образуется из слова «диод», что предполагает использование в нём диодов. Схема диодного моста выпрямителя зависит от сети переменного тока, к которой он подключается. Сеть может быть:

  • однофазной;
  • трёхфазной.

В зависимости от этого и выпрямительный мост называется мостом Гретца или выпрямителем Ларионова. В первом случае используется четыре диода, а во втором прибор собирается уже на шести.

Первая схема выпрямительного прибора собиралась на радиолампах и считалась сложным и дорогим решением. Но с развитием полупроводниковой техники диодный мост полностью вытеснил альтернативные способы выпрямления сигнала. Вместо диодов редко, но ещё применяются селеновые столбы.

Конструкции и характеристики прибора

Конструктивно выпрямительный мост выполняется из набора отдельных диодов или литого корпуса, имеющего четыре вывода. Корпус может быть плоского или цилиндрического вида. По принятому стандарту, значками на корпусе прибора отмечаются выводы подключения переменного напряжения и выходного постоянного сигнала. Выпрямители, имеющие корпус с отверстием, предназначены для крепления на радиатор. Основными характеристиками выпрямительного моста являются:

  1. Наибольшее прямое напряжение. Это максимальная величина, при которой параметры прибора не выходят за границы допустимых.
  2. Наибольшее допустимое обратное напряжение. Это максимальное импульсное напряжение, при котором мост длительно и надёжно работает.
  3. Наибольший рабочий ток выпрямления. Обозначает средний ток, протекающий через мост.
  4. Максимальная частота. Частота подаваемого на мост напряжения, при которой прибор работает эффективно и не превышает допустимый нагрев.

Превышение значений характеристик выпрямителя приводит к резкому сокращению срока его службы или пробою p-n переходов. Необходимо отметить такой момент, что все параметры диодов указываются для температуры окружающей среды 20 градусов. К недостаткам применения мостовой схемы выпрямления относят большее падение напряжения, по сравнению с однополупериодной схемой, и более низкое значение коэффициента полезного действия. Для уменьшения величины потерь и снижения нагрева мосты часто изготавливают с применением быстрых диодов Шотки.

Схема подключения устройства

На электрических схемах и печатных платах диодный выпрямитель обозначается в виде значка диода или латинскими буквами. Если выпрямитель собран из отдельных диодов, то рядом с каждым ставится обозначение VD и цифра, обозначающая порядковый номер диода в схеме. Редко используются надписи VDS или BD.

Диодный выпрямитель может подключаться напрямую к сети 220 вольт или после понижающего трансформатора, но схема включения его остаётся неизменной.

При поступлении сигнала в каждом из полупериодов ток сможет протекать только через свою пару диодов, а противоположная пара будет для него заперта. Для положительного полупериода открытыми будут VD2 и VD3, а для отрицательного VD1 и VD4. В итоге на выходе получится постоянный сигнал, но его частота пульсации будет увеличена в два раза. Для того чтобы уменьшить пульсацию выходного сигнала, используется, как и в случае с одним диодом, параллельное включение конденсатора С1. Такой конденсатор ещё называют сглаживающим.

Но случается так, что диодный мост ставится не только в переменную сеть, но и подключается в уже выпрямленную. Для чего нужен диодный мост в такой цепи, станет понятно, если обратить внимание в каких схемах используется такое его включение. Эти схемы связаны с использованием чувствительных радиоэлементов к переполюсовке питания. Использование моста позволяет осуществить простую, но эффективную защиту «от дурака». В случае ошибочного подключения полярности питания радиоэлементы, установленные за мостом, не выйдут из строя.

Проверка на работоспособность

Такой тип электронного прибора можно проверить, не выпаивая из схемы, так как в конструкциях устройств никакое его шунтирование не используется. В случае выпрямителя, собранного из диодов, проверяется каждый диод в отдельности. А в случае с монолитным корпусом измерения проводятся на всех четырёх его выводах.

Суть проверки сводится к прозвонке мультиметром диодов на короткое замыкание. Для этого выполняются следующие действия:

  1. Мультиметр переключается в режим позвонки диодов или сопротивления.
  2. Штекер одного провода (чёрного) вставляется в общее гнездо тестера, а второго (красного) в гнездо проверки сопротивления.
  3. Щупом, подключённым чёрным проводом, дотроньтесь до первой ножки, а щупом красного провода до третьего вывода. Тестер должен показать бесконечность, а если поменять полярность проводов, то мультиметр покажет сопротивление перехода.
  4. Минус тестера подается на четвёртую ногу, а плюс на третью. Мультиметр покажет сопротивление, при смене полярности бесконечность.
  5. Минус на первую ногу, плюс на вторую. Тестер покажет открытый переход, при смене – закрытый.

Такие показания тестера говорят об исправности выпрямителя. В случае отсутствия мультиметра можно воспользоваться обычным вольтметром. Но при этом придётся подать питание на схему и замерить напряжение на сглаживающем конденсаторе. Его величина должна превышать входное в 1,4 раза.

Диодный мост своими руками — ProDemio.ru

Хотя в бытовых розетках, как известно, присутствует переменное напряжение 220 В, подавляющее большинство электронных устройств требует гораздо меньших значений. Также этот блок питания должен питаться не переменным, а постоянным током. Именно поэтому практически вся бытовая техника имеет в своей цепи выпрямитель — диодный мост.

Постоянный и переменный ток

Из учебной программы по физике всем известно, что электрический ток включает в себя перетекание электрического заряда от одного проводника к другому. В отличие от постоянного тока, который на самом деле идет в одном направлении (от минуса к плюсу), переменный ток течет сначала в одном направлении, а затем в другом. Если вы подключите осциллограф к розетке, вы можете получить схематическое изображение этого тока.

На рисунке представлена ​​осциллограмма переменного тока, где по оси абсцисс показано время, а по оси ординат — напряжение. Из графика хорошо видно, что напряжение постепенно увеличивается до 220 В, затем падает до нуля и увеличивается до той же величины, но с обратным знаком. Другими словами, напряжение в розетке постоянно меняет знак со скоростью 50 раз в секунду.

Для сравнения можно подключить щупы осциллографа к источнику постоянного тока. Клеммы аккумулятора можно использовать как таковые. В этом случае изображение будет немного другим.

Форма сигнала постоянного тока, показанная на изображении, ясно демонстрирует, что напряжение на клеммах все время остается постоянным. Когда цепь замкнута, ток будет течь в одном направлении.

Особенности видов напряжения

Возникает естественный вопрос, почему в розетках используется переменный ток, если подавляющее большинство электронного оборудования питается от постоянного тока. Дело в том, что для питания узлов того или иного оборудования нужны напряжения разной величины. Например, компьютерный процессор питается от 3 В, а мобильному телефону для зарядки требуется до 5 В. Усилителю музыкального центра уже требуется около 25 В.

преобразовать постоянное напряжение из одного значения в другое довольно сложно, а вот переменное — легко. Для этого используются, например, трансформаторы. Некоторым важным компонентам питания, таким как двигатели, по-прежнему требуется напряжение переменного тока. Таким образом, промышленные генераторы, питающие бытовые розетки, вырабатывают его на общепринятом значении (например, 220 В), и каждое устройство, уже находящееся на объекте, получает от него то, что ему нужно.

Выпрямление электроэнергии

До конца 19 века преобразование переменного напряжения в постоянное было проблемой. С изобретением диода, сначала вакуумного, а затем полупроводникового, ситуация радикально изменилась. Благодаря своим уникальным свойствам диод отлично различает полярность и облегчает сортировку токов в нужном направлении. Изначально для этих целей использовались отдельные диоды, позже появились диодные мосты, обеспечивающие качественное выпрямление.

Выпрямитель на одном диоде

Диод проводит ток только в одном направлении, поэтому его называют полупроводниковым прибором. Если положительный полюс источника напряжения подключен к катоду устройства, а отрицательный — к аноду, диод будет вести себя как обычный проводник. Если поменять полярность, устройство закроется и превратится в диэлектрик. Чтобы ответить на вопрос, что дает, потребуется собрать простейшую схему и снова вооружиться осциллографом.

На схеме показана работа полупроводникового диода в цепи переменного тока. Осциллограмма слева показывает изображение на выходе трансформатора — нормальный переменный ток. После диода все существенно меняется — на графике исчезает отрицательная полуволна переменного напряжения. Ток еще не стал постоянным, но он больше не может быть переменным: нет движения электрического заряда в обратном направлении. Этот тип тока называется пульсирующим током. Они пока не могут запитать электронику, но изменения очевидны. Осталось сгладить пики импульсов. Делается это с помощью конденсаторов.

На схеме изображен однополупериодный выпрямитель со сглаживающим конденсатором. Во время положительного импульса напряжение не только питает нагрузку, но и заряжает конденсатор. Когда импульс заканчивается, конденсатор высвобождает накопленную энергию, ослабляя пики напряжения.

Чем больше емкость конденсатора, тем больше энергии он может хранить и тем более постоянным будет казаться напряжение.

Двухполупериодный прибор

Несмотря на значительный прогресс, достигнутый в преобразовании переменного тока в постоянный со времени предыдущего эксперимента, результат все еще далек от идеального. Дело в том, что частота переменного тока довольно низкая (50 Гц), и зависание сглаживающих конденсаторов имеет свои ограничения. Чтобы значительно улучшить форму выходного сигнала, необходимо увеличить частоту.

Однако в розетках он строго фиксирован и не зависит от внешних факторов. Отрицательная полуволна напряжения прерывается диодом. Сменить полярность несложно: достаточно лишь добавить несколько диодов, собрав мостовую схему. На рисунке показан двухполупериодный выпрямитель с четырьмя диодами, поясняющий принцип работы диодного моста:

При появлении положительной полуволны диоды VD2, VD3 повернутся вперед и откроются. VD1, VD2 — закрыты. Полуволна свободно проходит на выход выпрямителя. Когда напряжение меняет полярность, диодные пары меняются местами: VD1 и VD4 открываются, VD2 и VD3 закрываются. Отрицательная полуволна тоже пойдет на выход, но ее полярность изменится. В результате будет такое же импульсное униполярное напряжение, но его частота увеличится вдвое. Осталось только добавить сглаживающий конденсатор и посмотреть, что получится.

Двухполупериодный выпрямитель со сглаживающим конденсатором на изображении показывает, что задача решена: переменное напряжение преобразуется в постоянное. Конечно, согласованность несовершенная — есть рябь, но с ними можно справиться с помощью фильтров. Кроме того, любая электроника допускает ту или иную величину пульсации.

Эта схема, состоящая из четырех диодов, стала классической и называется диодным или выпрямительным мостом. Есть отдельная категория электронных устройств — выпрямительные мосты. Они состоят из четырех соответственно подключенных диодов. Например, вы можете посмотреть выпрямительный мост КЦ402Г и его электрическую схему.

Выпрямительный мост своими руками

Тот, кто занимается проектированием электронных устройств, не может обойтись без выпрямителя. Он присутствует практически во всех самодельных устройствах, питающихся от сети. Для сборки выпрямителя недостаточно взять четыре диода и скрутить ими ножки по приведенной выше схеме. Для того, чтобы мост работал, вам нужно будет больше узнать о диодах и их характеристиках, прежде чем браться за паяльник. Основные характеристики, которые потребуются при создании полупроводникового выпрямителя, следующие:

  1. Максимально допустимое обратное напряжение. Напряжение, которое выдерживает диод в выключенном состоянии.
  2. Максимально допустимый прямой ток. Сила тока, которую диод выдерживает длительное время без повреждений.
  3. Постоянное напряжение. Величина падения напряжения на открытом диоде.
  4. Частота среза. Частота переменного тока, при которой устройство еще может работать.

При сборке сетевого выпрямителя, способного подавать на нагрузку ток 1 А, необходимо сделать диодный мост на 12 вольт. Вот так выглядит схема удобного мостового выпрямителя.

В первую очередь нужно все правильно рассчитать и выбрать нужный тип полупроводника, исходя из имеющихся диодов. Если у вас есть диоды D226, KD204A, KD201A и D247, вам необходимо открыть каталог и ознакомиться с их основными характеристиками (напряжение, ток и частота среза):

  • D226 — 400 В, 0,3 А, 1 кГц;
  • КД204А — 400В, 0,4А, 50кГц;
  • КД201А — 100В, 5А, 1,1кГц;
  • D247 — 500 В, 10 А, 1 кГц.

Все четыре типа диодов подходят по напряжению и частоте, но первые два не выдерживают тока в 1 А. Остались КД201А и Д247. Решение сделать тот или иной зависит от конструкции блока питания. Первые диоды более компактные, вторые имеют хороший запас по току.

Сглаживающий конденсатор С1 нужно выбирать по типу, электрической емкости и напряжению. Вам понадобится электролитический конденсатор емкостью от 1000 до 20000 мкФ с рабочим напряжением не менее 25 В. Чем больше емкость сглаживающего конденсатора, тем лучше выпрямленное напряжение, но тем больше будет сама структура. Всю необходимую информацию, включая емкость, полярность и рабочее напряжение, можно увидеть прямо на конденсаторе.

Осталось включить паяльник и спаять схему, не забывая, что электролитические конденсаторы — это полярные устройства. У них есть преимущество и минус, которые не следует путать.

Выбор типа сборки

Использование выпрямительного моста вместо четырех диодов не только значительно упрощает сборку, но и делает конструкцию более компактной. Принцип выбора типа сборки такой же по напряжению, току и частоте. Чтобы определить, подходит ли, например, сборка КЦ402Г, фото и схема которой приведены выше, нужно обратиться к справочнику. Содержит следующие функции моста:

  • максимальное обратное напряжение диодов — 300 В;
  • постоянный ток всей группы — 1 А;
  • частота среза — 5 кГц.

Мост подходит, но микросборка будет работать с текущим пределом. Чтобы обеспечить надежность схемы, лучше использовать более мощный прибор. Например, мост КЦ409А на ток 3А или КЦ409И на 6А.

Проверка элементов

Часто в самодельных устройствах приходится использовать уже бывшие в употреблении детали. Все эти компоненты необходимо проверить перед установкой. Поскольку выпрямительный блок состоит из четырех диодов, соединенных встречно последовательно, и к выводам всех диодов можно добраться с помощью щупа, вопрос, как сделать диодный мост звучным, решить несложно.

Для этого достаточно обычным омметром измерить сопротивление каждого диода, ориентируясь на схему выпрямителя и распиновку моста. При одной полярности щупов прибор должен показывать высокое сопротивление, при другой — низкое. При обрыве соответствующего диода в обоих положениях щупов сопротивление будет низким, при перегоревшем — большим.

Использование барьера Шоттки

Еще одна основная особенность, которая не использовалась в предыдущих расчетах, — это прямое падение напряжения на открытом диоде. Теоретически диод проводит ток в одном направлении, а диэлектрик — в другом. На практике при прямом подключении на устройстве падает напряжение, которое может достигать 1,5В и более.

Это означает, что напряжение на выходе однополупериодного выпрямителя будет меньше, чем на входе, на 1,5 В, а если используется мостовая схема, то на все 3 В. Кроме того, вольты, умноженные на ток, протекающий через выпрямитель, будут излишне рассеиваться на диодах в виде тепла, снижая эффективность схемы.

Диоды с барьером Шоттки позволяют избежать такой неприятности. Они отличаются малым прямым падением напряжения (десятые доли вольта), а значит, собранная на них схема будет иметь больший КПД и будет работать в легком режиме. Тип и схема мощной группы диодов Шоттки показаны на рисунке.

Сегодня как одиночные диоды, так и диодные мосты Шоттки широко используются в качестве выпрямителей и выпускаются как отдельные устройства, так и группами. Монтаж выпрямителя на диодах Шоттки ничем не отличается от сборки на обычных диодах.

Отзывы и комментарии

Как электроны и позитроны превращаются друг в друга

GIF-анимации: https://tverd4.narod.ru/mosty.gif https://tverd4.narod.ru/Animation-1-.gif

Теорию этого явления следует начинать с осознания того, что в металлических проводниках нет электрического тока, который распространяется от плюса к минусу.
Разность потенциалов, порождающая силу движения зарядов, образуется не между плюсом и минусом, а между плюсовым и нулевым потенциалом (позитронный ток) и между минусом и нулевым потенциалом (электронный ток).
То есть электронный ток имеет разность потенциалов — / 0.
Ток позитронов имеет разность потенциалов + / 0.
Согласно нашей гипотезе, превращение электронов и позитронов друг в друга происходит за счет замены вектора движения зарядов на противоположный вектор.
Это объясняется тем, что все элементы электронной магнитоэлектрической системы противоположны всем элементам позитронной магнитоэлектрической системы. И это противостояние определяется вектором их движения в пространстве.
Поэтому достаточно изменить вектор движения одного из зарядов на противоположный, тогда этот заряд сразу становится его антиподом.
Анимация показывает, как полупроводниковый мост пропускает позитронный ток, управляемый разностью потенциалов + / 0. Но когда полуволна электронов обеспечивает разность потенциалов — / 0 для моста, здесь происходит замена вектора движения электронов из вектора движения позитронов, с превращением электронов в позитроны.
Преобразование позитронов в электроны в мостике, собранном на вакуумных диодах, происходит аналогично.
Единственное отличие состоит в том, что преобразование позитронов в электроны происходит при приложении к мосту разности потенциалов + / 0.
Диоды работают попарно. Одна пара диодов всегда открыта, другая всегда закрыта.
Кроме того, генераторы постоянного тока генерируют позитронный ток для правого вращения и генерируют электронный ток для вращения против часовой стрелки.
Это явление объясняется тем, что сначала формирующийся заряд задает вектор движения, а антипод вынужден следовать принятому вектору движения.
Вектор движения электрона противоположен вектору движения позитрона как в проводниках, так и в электромагнитных волнах.
Заключение:
1. Любой любознательный восьмиклассник способен провести описанные эксперименты.
2. Комичность ситуации заключается в том, что с повсеместным использованием осциллографов любой любознательный восьмиклассник видит на экране, что ток — это движение как отрицательных, так и положительных зарядов.
3. Двести лет назад Фарадей получил ток с отрицательным и положительным зарядом, который распространяется в слой эфира, прилегающий к проводнику.
4. Все современные тепловые, гидравлические и атомные электростанции получают ток Фарадея.

В подавляющем большинстве источников питания диодные мосты используются для выпрямления переменного электрического тока. Рассмотрим диодный мост, в схему входит всего 4 диода. На принципиальной схеме диодный мост обозначен квадратом, повернутым на 45 градусов в центре квадрата на одной из диагоналей, диод нарисован, катод ближе к положительному выводу моста, анод ближе к отрицательный выход моста. Остальные две вершины квадрата — это входы переменного напряжения.

При рисовании мостовой схемы просто помните, что два диода идут от каждого входа к выходу «+», приемный анод подключен к входу, а катод — к выходу. Даже при отрицательном выходе к выходу подключаются только аноды диодов.

Принцип работы диодного моста

Представьте себе, что на вход диодного моста подается переменное напряжение и в настоящий момент на входе в верхней части рисунка есть положительный потенциал, тогда диоды VD2 и VD3 откроются при приложении к ним положительного напряжения. (на рисунке 1а путь тока обозначен красной линией) и VD1 и VD4 будут заблокированы при обратном напряжении. При изменении полярности входного напряжения ток будет течь от нижнего входа через VD4, нагрузку и VD1 (путь тока показан синим на рисунке), а VD2 и VD3 будут заблокированы обратным напряжением.

Получается, что положительный выход будет подключен ко входу диодного моста, на котором в данный момент есть положительный потенциал, а отрицательный выход — к входу, на котором есть отрицательный потенциал.

Трехфазный диодный мост схема

Рассмотренный нами диодный мост применяется для однофазного выпрямления и называется однофазным мостом. Для выпрямления переменного электрического тока в трехфазных сетях используется трехфазный диодный мост.

Он состоит из 6 диодов, по одной паре диодов на каждую фазу. В этой цепи ток течет от фазы с наивысшим потенциалом через нагрузку к фазе с самым низким потенциалом. Остальная фаза ни к чему не подключена. Если в однофазном мосте присутствовали два диода из четырех, то здесь также проводят ток 2 диода, а 4 блокируются одновременно.

Диодные мосты производятся как комплектные, но если такой части нет, можно использовать 4 отдельных диода, соединенных по схеме диодного моста.

Двойные диоды удобны для поверхностного монтажа плат. Например, полный диодный мост получается из двух наборов диодов BAT54S или BAV99.

Часто дешевле использовать два набора из двух диодов, чем использовать диодный мост из четырех диодов в одном корпусе или четырех диодов по отдельности.

8 мыслей по теме «Схема диодного моста, принцип работы ”

Как будет выглядеть синусоида при соединении двух фаз?

Вопрос, вводящий в заблуждение.
Подключение 3-х трехфазных диодных мостов с общей нейтралью. То есть на каждом диодном мосту есть N и L1, N и L2, N и L3 на 220 вольт. На выходе из мостов делитель на 100 и конденсатор на общую отрицательную массу.
Я думал, что нет фазы и нет выходного напряжения с диодного моста, но это не тот случай.
Так как же работает однофазный мост, установленный по 3 раза на каждую фазу и объединенный с менее распространенным?

Надеюсь, я правильно разобрался в этой схеме… Если совместить недостатки хотя бы двух диодных мостов, мы получим межфазное замыкание между диодами.

Если бы произошло короткое замыкание между фазами, диоды 1n4007 (1А, 1000В) испарились бы в пыль. Так что скорее всего короткого замыкания нет.

Если бы было короткое замыкание, были бы вещатели, но это не так, и все работает неправильно.

насколько постоянным он будет на выходе из моста, если предположить, что есть фаза 220 В постоянного тока?

Если фильтры не используются, то после однофазного диодного моста не будет постоянного напряжения, будет однополюсный. Если вы поместите конденсатор сглаживания пульсаций, вы можете получить напряжение: умножьте входное напряжение на корень на 2, минус двойное падение на диодах (это примерно 2 В).
Если посмотреть на трехфазные цепи, то даже без фильтров пульсаций меньше. Среднее выходное напряжение будет сильно зависеть от схемы подключения.
Например, для схемы дельта-Ларионова средний выход составляет 1,35 от фактического входа. А для звезды Ларионова коэффициент равен 2,34.

Немного уточним терминологию, чтобы после настоящего конденсатора даже постоянного напряжения не было. Во всех случаях (даже после однофазного диодного моста) будет постоянная составляющая и переменная составляющая. В этом случае постоянная составляющая в первом случае, видимо, будет равна половине рабочего напряжения за вычетом падения на диоде (в количественной оценке я могу ошибаться, лень считать) ». И переменная во втором корпус будет намного меньше: чем меньше, тем ближе реальный конденсатор к идеальной бесконечной емкости (с реальным источником напряжения).

Определение

Диодный мост — это схемное решение для выпрямления переменного тока. Другое название — двухполупериодный выпрямитель. Он построен из полупроводниковых выпрямительных диодов или их разновидностей — диодов Шоттки.

Схема мостового подключения предполагает наличие нескольких (для однофазной схемы — четырех) полупроводниковых диодов, к которым подключена нагрузка.

Он может состоять из дискретных элементов, припаянных к плате, но в 21 веке более распространены диоды, соединенные в отдельном корпусе. Внешне он похож на любой другой электронный компонент — из корпуса вынуты ножки определенного типоразмера для подключения к дорожкам PCB.

Стоит отметить, что объединенные в одном корпусе несколько вентилей, не соединенных по мостовой схеме, называются диодными сборками.

В зависимости от области применения и схемы подключения диодные мосты бывают:

Обозначение на схеме может быть выполнено в двух вариантах, какие УГО использовать на чертеже, зависит от того, собирается ли мост из отдельных элементов или используется готовый.

Принцип действия

Давайте разберемся, как устроен диодный мост. Начнем с того, что диоды пропускают ток в одном направлении. Выпрямление переменного напряжения происходит за счет односторонней проводимости диодов. За счет их правильного подключения отрицательная полуволна переменного напряжения подводится к нагрузке в виде положительной. Проще говоря, он переворачивает отрицательную полуволну.

Для простоты и наглядности рассмотрим его работу на примере однофазного двухполупериодного выпрямителя.

Принцип работы схемы основан на том, что диоды проводят ток в одном направлении и выглядит следующим образом:

    На вход диодного моста подается переменный синусоидальный сигнал, например 220 В от бытовой электросети (на схеме подключения вход диодного моста обозначен как AC или

).

  • Каждая из полуволн синусоидального напряжения (рисунок ниже) проходит через пару вентилей, расположенных по диагонали на схеме.
  • Положительная полуволна проходит через диоды VD1, VD3, а отрицательная полуволна — через VD2 и VD4. Вы можете увидеть сигнал на входе и выходе схемы ниже.

    Этот сигнал называется выпрямленным пульсирующим напряжением. Для его выравнивания в схему добавлен фильтр с конденсатором.

    Основные характеристики

    Рассмотрим основные характеристики полупроводниковых диодов. Латинские буквы дают свое обозначение в технической документации на английском языке (так называемый Datasheet):

    • Vrpm — пиковое или максимальное обратное напряжение. При превышении этого напряжения pn переход необратимо разрушается.
    • Vr (rms) — Среднее обратное напряжение. Нормальный для работы, равный Уобр по характеристикам бытовых комплектующих.
    • Io — средний выпрямленный ток, равный Iпр для бытовых.
    • Ifsm — выпрямленный пиковый ток.
    • Vfm — падение напряжения прямого смещения (в состоянии открытой проводимости) обычно составляет 0,6-0,7 В и более для сильноточных моделей.

    При ремонте электронного оборудования и блоков питания или их проектировании новички задаются вопросом: как правильно выбрать диодный мост?

    В этом случае наиболее важными параметрами для вас будут обратное напряжение и ток. Например, чтобы выбрать диодный мост 220В, нужно смотреть модели с номинальным напряжением больше 400В и требуемым током, например, KBPC106 (или 108, 110). Его технические характеристики:

    • максимальный выпрямленный ток — 3А;
    • пиковый ток (кратковременный) — 50 А;
    • обратное напряжение — 600В (800В, 1000В для KBPC108 и 110 соответственно).

    Запомните эти особенности, и вы легко определите, какой вариант выбрать из каталога.

    Схемы выпрямителей

    Основное назначение — выпрямление тока в блоках питания, среди других компонентов схемы можно выделить входной фильтр, который подключается после выпрямителя — он предназначен для сглаживания пульсаций. Давайте подробнее рассмотрим эту проблему!

    В первую очередь стоит отметить, что диодный мост называется однофазной схемой выпрямителя из 4 диодов или трехфазной из 6. Но любители часто называют ее схемой выпрямителя со средней точкой.

    В двухполупериодном выпрямителе на нагрузку подаются две полуволны, а в полуволновом выпрямителе — одна.

    Во избежание недоразумений попробуем разобраться в терминологии.

    Ниже вы можете увидеть однофазную двухполупериодную схему, правильное ее название — «Схема Гретца», именно это чаще всего понимают под названием «диодный мост».

    Схема Ларионова представляет собой трехфазный диодный мост, на выходе — двухполупериодный сигнал. Диоды в нем пропускают полуволны, открываясь для линейного напряжения, то есть поочередно: верхний диод фазы A и нижний диод фазы B, верхняя фаза B и нижняя фаза C и т.д.

    Для полноты картины стоит рассказать о других схемах выпрямителя переменного напряжения.

    Однополупериодный выпрямитель из 1 диода, последовательно подключенного к нагрузке. Применяется в балластных блоках питания, маломощных миниатюрных блоках питания, а также в нетребовательных к коэффициенту пульсаций устройствах. На нагрузку подается только одна полуволна.

    Полная волна со средней точкой — это то, что ошибочно называют 2-х диодным мостом. Здесь каждую полуволну проводит только один диод. Его преимущество — большая эффективность, чем у схемы Гретца, из-за меньшего количества полупроводниковых портов. Однако его использование осложняется тем, что необходим трансформатор со средней точкой, что отражено на принципиальной схеме. Его нельзя использовать для выпрямления сетевого напряжения 220 В.

    Выпрямитель с группами Шоттки. Он используется в импульсных источниках питания, поскольку диоды Шоттки имеют более короткое время обратного сброса, низкую барьерную емкость (более быстрый переход из открытого в закрытое состояние) и небольшое прямое падение напряжения (меньше потерь). Чаще всего Schottkies встречаются в сборках с общим анодом или катодом, как показано на следующем рисунке.

    Поэтому для сборки мостовой схемы требуется несколько сборок. Ниже приведен пример 3-х распространенных катодных сборок Шоттки.

    Из 4 сборок с общим катодом. Он отличается от предыдущего тем, что может выдерживать более высокий ток с теми же компонентами, потому что внутри него параллельно соединены Schottkys.

    Из двух сборок Шоттки одна с общим анодом и одна с общим катодом. Что такое анод и катод, вы можете узнать в нашей отдельной статье.

    Как спаять и подключить

    Изучить и познакомиться со схемами несложно, основные трудности возникают, когда новичок решает спаять диодный мост своими руками. Для пайки советского 4-х экземпляра выпрямителя типа КД202 используйте иллюстрацию ниже.

    Чтобы собрать диодный мост из современных дискретных диодов, таких как маломощные 1n4007 (и другие — все они выглядят одинаково и отличаются только размером), внимательно посмотрите на следующую иллюстрацию.

    Но если вы собираете его не из отдельных деталей, а с помощью готового моста, смотрите ниже, как правильно подключить его к схеме.

    Также новичкам будет интересно посмотреть видео, как сделать простой блок питания на 12 В:

    Область применения и назначение

    Чаще всего в источниках питания используются диодные мосты. В трансформаторных блоках питания они подключаются ко вторичной обмотке трансформатора

    В импульсных источниках питания — на входе сети 220 В. В этом случае электронная схема управления и силовая цепь ИБП питаются от выпрямленного и сглаженного (не всегда) сетевого напряжения (достигает примерно 300-310 вольт).

    На выводах вторичной обмотки импульсного блока питания присутствует высокочастотное переменное напряжение. Для его выпрямления устанавливаются группы двойных диодов Шоттки. В связи с этим часто используется схема выпрямления средней точки.

    В автомобилях и мотоциклах используются трехфазные диодные мосты, собранные по схеме Ларионова с тремя дополнительными клапанами, так как для питания бортовой сети используется трехфазный генератор. Мост в генераторе выполнен в виде кругового сектора и установлен в его задней части.

    Исключение составляют некоторые современные автомобили Toyota и других марок, в которых используется 6-фазный генератор для реализации двенадцатипульсной 12-клапанной схемы выпрямления. Это необходимо для уменьшения пульсаций и увеличения выходного тока.

    Способы проверки

    Мультиметр в режиме проверки диодов идеально подходит для проверки диодного моста.

    Для этого необходимо прозвонить короткое замыкание на входе, затем — на выходе (диодный мост необходимо спаять).

    Без пайки непосредственно на плату можно измерить падение напряжения на диодных переходах. Для этого необходимо определиться с распиновкой моста, обычно она указывается прямо на корпусе, о чем мы говорили выше.

    На экране мультиметра должны отображаться числа в прямой поляризации в диапазоне 500-800 мВ, и наоборот — выше 1500 и в бесконечности (в зависимости от конкретного компонента и измерительного прибора). То же самое можно сделать в режиме омметра, как показано на рисунке ниже.

    Более подробно этот процесс описан в статье «Как проверить диодный мост», где помимо метода тестирования мы рассказали о симптомах неисправности. Также смотрите видео, как проверить однофазный выпрямитель и диодный мост автомобильного генератора:

    На этом наше подробное объяснение закончено. Надеюсь, теперь вам стало ясно, для чего нужен диодный мост и что он делает в электрической цепи. Если у вас есть вопросы, задавайте их в комментариях под статьей!

    Полноволновой выпрямитель

    и теория мостового выпрямителя

    В предыдущем руководстве по силовым диодам мы обсудили способы уменьшения пульсаций или колебаний напряжения постоянного постоянного напряжения путем подключения сглаживающих конденсаторов через сопротивление нагрузки.

    Хотя этот метод может быть подходящим для приложений с низким энергопотреблением, он не подходит для приложений, которым требуется «стабильное и плавное» напряжение питания постоянного тока. Один из способов улучшить это — использовать каждый полупериод входного напряжения вместо каждого другого полупериода.Схема, которая позволяет нам это делать, называется полноволновым выпрямителем .

    Подобно полуволновой схеме, двухполупериодная схема выпрямителя вырабатывает выходное напряжение или ток, которые являются чисто постоянным током или имеют некоторую заданную составляющую постоянного тока. Двухполупериодные выпрямители имеют несколько фундаментальных преимуществ перед своими полуволновыми выпрямителями. Среднее (постоянное) выходное напряжение выше, чем для полуволны, выход двухполупериодного выпрямителя имеет гораздо меньше пульсаций, чем у полуволнового выпрямителя, что обеспечивает более плавную форму выходного сигнала.

    В схеме полноволнового выпрямителя теперь используются два диода, по одному на каждую половину цикла. Используется многообмоточный трансформатор, вторичная обмотка которого разделена поровну на две половины с общим центральным ответвленным соединением (C). Эта конфигурация приводит к тому, что каждый диод проводит по очереди, когда его анодный вывод является положительным по отношению к центральной точке C трансформатора, производя выходной сигнал в течение обоих полупериодов, в два раза больше, чем для полуволнового выпрямителя, поэтому он имеет 100% эффективность, как показано ниже.

    Схема полноволнового выпрямителя

    Схема двухполупериодного выпрямителя состоит из двух мощных диодов , подключенных к одному сопротивлению нагрузки (R L ), каждый из которых по очереди подает ток на нагрузку. Когда точка A трансформатора является положительной по отношению к точке C, диод D 1 проводит в прямом направлении, как показано стрелками.

    Когда точка B положительна (в отрицательной половине цикла) относительно точки C, диод D 2 проводит в прямом направлении, а ток, протекающий через резистор R, имеет одинаковое направление для обоих полупериодов.Поскольку выходное напряжение на резисторе R представляет собой векторную сумму двух комбинированных сигналов, этот тип схемы двухполупериодного выпрямителя также известен как «двухфазная» схема.

    Мы можем увидеть этот эффект довольно ясно, если запустим схему в схеме симулятора партисимулятора с удаленным сглаживающим конденсатором.

    Форма волны симуляции частичного симулятора

    Поскольку промежутки между каждой полуволной, создаваемой каждым диодом, теперь заполняются другим диодом, среднее выходное напряжение постоянного тока на нагрузочном резисторе теперь вдвое больше, чем у схемы однополупериодного выпрямителя, и составляет около 0.637V max пикового напряжения без потерь.

    Где: V MAX — максимальное пиковое значение в одной половине вторичной обмотки, а V RMS — действующее значение.

    Пиковое напряжение выходного сигнала такое же, как и прежде, для полуволнового выпрямителя при условии, что каждая половина обмоток трансформатора имеет одинаковое среднеквадратичное значение напряжения. Чтобы получить различное выходное напряжение постоянного тока, можно использовать разные коэффициенты передачи трансформатора.

    Основным недостатком этого типа схемы двухполупериодного выпрямителя является то, что для данной выходной мощности требуется трансформатор большего размера с двумя отдельными, но идентичными вторичными обмотками, что делает этот тип двухполупериодной схемы выпрямления более дорогостоящей по сравнению со схемой «Полнополупериодный мостовой выпрямитель». эквивалент.

    Полноволновой мостовой выпрямитель

    Другой тип схемы, которая выдает ту же форму выходного сигнала, что и схема двухполупериодного выпрямителя, описанная выше, — это схема полноволнового мостового выпрямителя . В этом типе однофазного выпрямителя используются четыре отдельных выпрямительных диода, соединенных в «мостовую» конфигурацию с обратной связью для получения желаемого выходного сигнала.

    Основным преимуществом этой мостовой схемы является то, что она не требует специального трансформатора с центральным ответвлением, что снижает ее размер и стоимость.Одиночная вторичная обмотка подключена к одной стороне сети диодного моста, а нагрузка — к другой, как показано ниже.

    Выпрямитель диодного моста

    Четыре диода с маркировкой от D 1 до D 4 расположены «последовательными парами», причем ток в каждом полупериоде проходит только через два диода. Во время положительного полупериода питания диоды D1 и D2 проходят последовательно, в то время как диоды D3 и D4 имеют обратное смещение, и ток течет через нагрузку, как показано ниже.

    Положительный полупериод

    Во время отрицательного полупериода питания диоды D3 и D4 проходят последовательно, но диоды D1 и D2 выключаются, поскольку теперь они смещены в обратном направлении. Ток, протекающий через нагрузку, имеет то же направление, что и раньше.

    Отрицательный полупериод

    Поскольку ток, протекающий через нагрузку, является однонаправленным, напряжение, развиваемое на нагрузке, также является однонаправленным, таким же, как и в двухдиодном двухполупериодном выпрямителе, поэтому среднее напряжение постоянного тока на нагрузке равно 0.637V макс .

    Типичный мостовой выпрямитель

    Однако в действительности в течение каждого полупериода ток протекает через два диода вместо одного, поэтому амплитуда выходного напряжения на два падения напряжения (2 * 0,7 = 1,4 В) меньше амплитуды входного V MAX . Частота пульсаций теперь в два раза превышает частоту источника питания (например, 100 Гц для источника питания 50 Гц или 120 Гц для источника питания 60 Гц).

    Хотя мы можем использовать четыре отдельных силовых диода для изготовления двухполупериодного мостового выпрямителя, готовые компоненты мостового выпрямителя доступны «в готовом виде» в диапазоне различных значений напряжения и тока, которые могут быть впаяны непосредственно в печатную плату. плату или быть подключенными лопатками разъемов.

    На изображении справа показан типичный однофазный мостовой выпрямитель с обрезанным одним углом. Этот срезанный угол указывает, что ближайшая к углу клемма является положительной или положительной выходной клеммой или выводом, а противоположный (диагональный) вывод является отрицательным или отрицательным выводом. Два других соединительных провода предназначены для ввода переменного напряжения от вторичной обмотки трансформатора.

    Сглаживающий конденсатор

    В предыдущем разделе мы видели, что однофазный однополупериодный выпрямитель генерирует выходную волну каждые полупериод, и что было непрактично использовать этот тип схемы для создания стабильного источника постоянного тока.Однако двухполупериодный мостовой выпрямитель дает нам большее среднее значение постоянного тока (0,637 В макс.) С меньшими наложенными пульсациями, в то время как форма выходного сигнала вдвое превышает частоту входной частоты источника питания.

    Мы можем улучшить средний выход постоянного тока выпрямителя, в то же время уменьшив изменение переменного тока выпрямленного выхода, используя сглаживающие конденсаторы для фильтрации формы выходного сигнала. Сглаживающие или накопительные конденсаторы, подключенные параллельно нагрузке на выходе схемы двухполупериодного мостового выпрямителя, увеличивают средний выходной уровень постоянного тока еще выше, поскольку конденсатор действует как запоминающее устройство, как показано ниже.

    Двухполупериодный выпрямитель со сглаживающим конденсатором

    Сглаживающий конденсатор преобразует двухполупериодную рябь на выходе выпрямителя в более плавное выходное напряжение постоянного тока. Если мы теперь запустим схему симулятора Partsim с разными значениями установленного сглаживающего конденсатора, мы сможем увидеть эффект, который он оказывает на выпрямленную форму выходного сигнала, как показано.

    5 мкФ Сглаживающий конденсатор

    Синий график на осциллограмме показывает результат использования 5.Сглаживающий конденсатор 0 мкФ на выходе выпрямителя. Раньше напряжение нагрузки соответствовало выпрямленной выходной форме волны до нуля вольт. Здесь конденсатор 5 мкФ заряжается до пикового напряжения выходного импульса постоянного тока, но когда оно падает с пикового напряжения обратно до нуля вольт, конденсатор не может разряжаться так быстро из-за постоянной времени RC цепи.

    Это приводит к разрядке конденсатора примерно до 3,6 В, в этом примере напряжение на нагрузочном резисторе поддерживается до тех пор, пока конденсатор не перезарядится еще раз при следующем положительном наклоне импульса постоянного тока.Другими словами, конденсатор успевает разрядиться лишь ненадолго, прежде чем следующий импульс постоянного тока снова зарядит его до пикового значения. Таким образом, постоянное напряжение, приложенное к нагрузочному резистору, падает лишь на небольшую величину. Но мы можем улучшить это еще, увеличив емкость сглаживающего конденсатора, как показано.

    Сглаживающий конденсатор 50 мкФ

    Здесь мы увеличили емкость сглаживающего конденсатора в десять раз с 5 мкФ до 50 мкФ, что уменьшило пульсации, увеличив минимальное напряжение разряда по сравнению с предыдущими 3.От 6 до 7,9 вольт. Однако, используя схему симулятора Partsim, мы выбрали нагрузку 1 кОм, чтобы получить эти значения, но по мере уменьшения импеданса нагрузки увеличивается ток нагрузки, вызывая более быструю разрядку конденсатора между импульсами зарядки.

    Эффект от подачи большой нагрузки с помощью одного сглаживающего или накопительного конденсатора может быть уменьшен за счет использования конденсатора большего размера, который накапливает больше энергии и меньше разряжается между импульсами зарядки. Обычно для цепей питания постоянного тока сглаживающий конденсатор является алюминиево-электролитическим типом, который имеет значение емкости 100 мкФ или более с повторяющимися импульсами постоянного напряжения от выпрямителя, заряжающего конденсатор до пикового напряжения.

    Однако есть два важных параметра, которые следует учитывать при выборе подходящего сглаживающего конденсатора: его рабочее напряжение , которое должно быть выше, чем выходное значение холостого хода выпрямителя, и его значение емкости , которое определяет величину пульсации, которая появится поверх напряжения постоянного тока.

    Слишком низкое значение емкости, и конденсатор мало влияет на форму выходного сигнала. Но если сглаживающий конденсатор достаточно большой (можно использовать параллельные конденсаторы) и ток нагрузки не слишком велик, выходное напряжение будет почти таким же плавным, как чистый постоянный ток.Как правило, мы стремимся к тому, чтобы пульсации напряжения составляли менее 100 мВ от пика к пику.

    Максимальное напряжение пульсаций, присутствующее в схеме полноволнового выпрямителя , определяется не только значением сглаживающего конденсатора, но и частотой и током нагрузки, и рассчитывается как:

    Мостовой выпрямитель пульсаций напряжения

    Где: I — постоянный ток нагрузки в амперах, ƒ — частота пульсаций или удвоенная входная частота в герцах, а C — емкость в фарадах.

    Основное преимущество двухполупериодного мостового выпрямителя состоит в том, что он имеет меньшее значение пульсаций переменного тока для данной нагрузки и меньший резервуар или сглаживающий конденсатор, чем эквивалентный полуволновой выпрямитель. Следовательно, основная частота пульсаций напряжения вдвое больше, чем частота переменного тока (100 Гц), тогда как для полуволнового выпрямителя она точно равна частоте питания (50 Гц).

    Величину пульсаций напряжения, которые накладываются диодами поверх напряжения питания постоянного тока, можно практически устранить, добавив значительно улучшенный π-фильтр (пи-фильтр) к выходным клеммам мостового выпрямителя.Этот тип фильтра нижних частот состоит из двух сглаживающих конденсаторов, обычно одинакового номинала, и дросселя или индуктивности между ними, чтобы ввести путь с высоким сопротивлением к переменной составляющей пульсаций

    .

    Другой более практичной и дешевой альтернативой является использование стандартной микросхемы трехконтактного регулятора напряжения, такой как LM78xx (где «xx» означает номинальное выходное напряжение) для положительного выходного напряжения или его обратный эквивалент LM79xx для отрицательное выходное напряжение, которое может уменьшить пульсации более чем на 70 дБ (техническое описание), обеспечивая при этом постоянный выходной ток более 1 А.

    Почему бы не проверить свои знания о схемах двухполупериодного выпрямителя с помощью программы Partsim Simulator Tool сегодня. Попробуйте разные значения сглаживающего конденсатора и сопротивления нагрузки в вашей схеме, чтобы увидеть влияние на форму выходного сигнала.

    В следующем уроке о диодах мы рассмотрим стабилитрон, который использует свою характеристику напряжения обратного пробоя для создания постоянного и фиксированного выходного напряжения на самом себе.

    Мостовой выпрямитель с фильтром

    «Это статья про мостовой выпрямитель с фильтром.Если ты хочешь чтобы прочитать только про мостовой выпрямитель посетите: мостовой выпрямитель «

    »

    В центр нажат двухполупериодный выпрямитель, как положительная, так и отрицательная половина циклы исправлены. Так что нет напряжения тратится на выходе. Кроме того, выход постоянного тока производимый двухполупериодным выпрямителем с центральным отводом, более плавный чем выход полуволнового выпрямителя.

    Однако Двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением имеет один недостаток. Тот трансформатор, используемый в двухполупериодном выпрямитель очень дорог и занимает много места. Итак, чтобы преодолев этот недостаток, был разработан выпрямитель нового типа. разработан под названием мост выпрямитель.

    В мост выпрямитель, трансформатор не нужен.Однако два лишних диоды (всего четыре диода) необходимы для работы моста выпрямитель.

    общая стоимость мостового выпрямителя невысока по сравнению с двухполупериодный выпрямитель с отводом по центру.

    Нравится двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением, прямой выход Ток (DC) мостового выпрямителя содержит небольшой рябь.Эту небольшую рябь можно уменьшить, если использовать фильтр на выходе.

    фильтр преобразует пульсирующий постоянный ток (DC) в чистый Постоянный ток (DC). Фильтр состоит из комбинации компонентов, таких как конденсаторы, резисторы, и индукторы.

    В в этом руководстве мостовой выпрямитель, состоящий из конденсатора фильтр объяснен.

    Нравится двухполупериодный выпрямитель с отводом по центру, мостовой выпрямитель также исправляет как положительные, так и отрицательные полупериоды входной сигнал переменного тока. Однако строительство моста выпрямитель отличается от двухполупериодного с отводом по центру выпрямитель. В мостовом выпрямителе диоды расположены по схеме моста.

    мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов а именно D 1 , D 2 , D 3 и D 4 . Вход сигнал подается на две клеммы A и B, в то время как Выход постоянного тока получается через нагрузочный резистор R L подключен между клеммами C и D.

    пульсирующий выход постоянного тока, полученный через нагрузочный резистор R L содержит мелкую рябь.Чтобы уменьшить эту рябь, мы используем фильтр на выходе.

    Фильтр, обычно используемый в мостовом выпрямителе, представляет собой конденсатор фильтр. На приведенной ниже принципиальной схеме конденсаторный фильтр подключается через нагрузочный резистор R L ..

    Когда подается входной сигнал переменного тока в течение положительного полупериода оба диода D 1 и D 3 передние пристрастный.При этом диоды D 2 и D 4 имеют обратное смещение.

    Вкл. с другой стороны, во время отрицательного полупериода диоды D 2 и D 4 смещены вперед. В то же время, диоды D 1 и D 3 стоят с обратным смещением.

    Таким образом, мостовой выпрямитель позволяет использовать как положительную, так и отрицательную половину циклы входного сигнала переменного тока.

    Выход постоянного тока, создаваемый мостовым выпрямителем, не является чистым постоянным током. но пульсирующий постоянный ток. Этот пульсирующий постоянный ток содержит как переменный ток, так и Компоненты постоянного тока.

    Компоненты переменного тока колеблются во времени, в то время как постоянный ток компоненты остаются неизменными во времени. Итак, AC компоненты, присутствующие в пульсирующем постоянном токе, являются нежелательными сигнал.

    конденсатор фильтр, присутствующий на выходе, удаляет нежелательный переменный ток компоненты. Таким образом, на нагрузочном резисторе получается чистый постоянный ток. Р Л .

    Как работает мостовой выпрямитель — шаг за шагом

    Мостовые выпрямители

    Что такое выпрямитель?

    В электронной промышленности одно из наиболее популярных применений полупроводниковых диодов — преобразование сигнала переменного тока (AC) любой частоты, которая обычно составляет 60 или 50 Гц, в сигнал постоянного тока (DC).Этот сигнал постоянного тока может использоваться для питания электронных устройств, а не батарей. Схема, которая преобразует переменный ток в сигнал постоянного тока, обычно состоит из особого набора блокированных диодов и известна как выпрямитель. В схемах питания обычно используются два типа выпрямительных схем — полуволновые и двухполупериодные. Полупериодные выпрямители допускают только половину цикла, тогда как двухполупериодные выпрямители допускают прохождение как верхней, так и нижней половины цикла, преобразуя нижнюю половину в ту же полярность, что и верхняя.Это различие между ними показано на рисунке 1.

    Рисунок 1: Разница между выходами полупериодных и двухполупериодных выпрямителей

    Между двумя типами двухполупериодный выпрямитель более эффективен, поскольку он использует полный цикл входящей формы волны. Существует два типа двухполупериодных выпрямителей: двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением, для которого требуется трансформатор с центральным ответвлением, и мостовой выпрямитель, для которого не требуется трансформатор с центральным ответвлением. В этой статье будет обсуждаться мостовой выпрямитель, поскольку он является наиболее популярным и обычно поставляется в виде предварительно собранных модулей, что упрощает их использование.

    В мостовых выпрямителях

    используются четыре диода, которые грамотно расположены для преобразования напряжения питания переменного тока в напряжение питания постоянного тока. Выходной сигнал такой схемы всегда имеет одну и ту же полярность, независимо от полярности входного сигнала переменного тока. На рисунке 2 изображена схема мостового выпрямителя с блокированными диодами по мостовой схеме. Сигнал переменного тока подается на входные клеммы a и b, а выходной сигнал наблюдается через нагрузочный резистор R1.

    Рисунок 2 Мостовой выпрямитель с нагрузочным резистором

    Давайте посмотрим, как эта схема выпрямителя реагирует на сигнал переменного тока с изменением полярности в каждом цикле:

    1. В первом положительном полупериоде сигнала переменного тока диоды D2 и D3 смещаются в прямом направлении и начинают проводить.В то же время диоды D1 и D4 будут иметь обратное смещение и не будут проводить. Ток будет протекать через нагрузочный резистор через два диода с прямым смещением. Напряжение на выходе будет положительным на клемме d и отрицательным на клемме c.
    2. Теперь, во время отрицательного полупериода сигнала переменного тока, диоды D1 и D4 будут смещены в прямом направлении, а диоды D2 и D3 будут смещены в обратном направлении. На аноде D4 появится положительное напряжение, а на катод D1 будет подаваться отрицательное напряжение.Здесь стоит отметить, что ток, протекающий через нагрузочный резистор, будет иметь то же направление, что и при положительном полупериоде. Следовательно, независимо от полярности входного сигнала полярность на выходе всегда будет одинаковой. Мы также можем сказать, что отрицательный полупериод сигнала переменного тока был инвертирован и проявляется как положительное напряжение на выходе.

    Как конденсатор работает как фильтр?

    Тем не менее, это выходное напряжение одной полярности не является чистым напряжением постоянного тока, поскольку оно пульсирующее, а не прямолинейное по своей природе.Эта проблема быстро решается путем подключения конденсатора параллельно нагрузочному резистору, как показано на рисунке 3. В этой новой конструкции положительный полупериод заряжает конденсатор через диоды D2 и D3. А во время отрицательного полупериода конденсатор перестанет заряжаться и начнет разряжаться через нагрузочный резистор.

    Рисунок 3 Мостовой выпрямитель с нагрузочным резистором и фильтрующим конденсатором

    Этот процесс известен как фильтрация, и конденсатор действует как фильтр.Конденсатор улучшил пульсирующий характер выходного напряжения, и теперь на нем будет только пульсация. Эта форма волны теперь намного ближе к чистой форме волны постоянного напряжения. Форму сигнала можно дополнительно улучшить, используя другие типы фильтров, такие как L-C-фильтр и круговой фильтр.

    Типы мостовых выпрямителей

    Только что обсужденный мостовой выпрямитель является однофазным, однако его также можно расширить до трехфазного выпрямителя. Эти два типа можно разделить на полностью управляемые, полууправляемые или неуправляемые мостовые выпрямители.Схема, которую мы только что обсуждали, является неконтролируемой, поскольку мы не можем контролировать смещение диода, но если все четыре диода заменить тиристором, его смещение можно контролировать, управляя его углом зажигания через его сигнал затвора. В результате получается полностью управляемый мостовой выпрямитель. В полууправляемом мостовом выпрямителе половина схемы содержит диоды, а другая половина — тиристоры.

    Применение мостового выпрямителя
    • Для подачи поляризованного и устойчивого постоянного напряжения при сварке.
    • Внутренние блоки питания
    • Внутри зарядного устройства
    • Внутри ветряных турбин
    • Для определения амплитуды модулирующих сигналов
    • Для преобразования высокого переменного напряжения в низкое постоянное напряжение

    Полнополупериодный выпрямитель

    и мостовой выпрямитель

    Полнополупериодный выпрямитель

    Выпрямитель — это электрическая цепь, преобразующая переменный ток в постоянный. Как обсуждалось в предыдущей статье, однополупериодный выпрямитель преобразует только полупериоды переменного тока в положительный или отрицательный, в зависимости от ориентации диода.Также обсуждалось, что эффективность полуволнового выпрямителя меньше, поскольку он использует только полупериоды, а другие половины заблокированы / отсутствуют на выходе. Кроме того, конденсаторный фильтр использовался для устранения пульсаций и сглаживания выходного сигнала. В полуволновом выпрямителе частота пульсаций равна входной частоте. Эти однополупериодные выпрямители используются в схемах маломощных и недорогих источников питания.

    КПД выпрямителя можно повысить, используя оба цикла входного переменного тока.Схема, которая использует оба полупериода для преобразования переменного тока в постоянный, называется двухполупериодным выпрямителем . Двухполупериодные выпрямители более эффективны по сравнению с однополупериодными выпрямителями и используют более одного диода в цепи.

    Схема полнополупериодного выпрямителя с использованием трансформатора с центральным отводом

    Трансформатор с разделенной вторичной обмоткой с центральным отводом, подключенным к резистивной нагрузке через два диода. Трансформатор обычно вырабатывает ток с разностью фаз на 180 градусов и во вторичной обмотке в зависимости от расположения точек на обмотках.

    Рисунок 1: Двухполупериодный выпрямительный трансформатор с центральным ответвлением

    На рисунке 1 выше показан двухполупериодный выпрямитель, использующий трансформатор с центральным отводом. Синусоидальная волна, приложенная к первичной обмотке трансформатора с центральным ответвлением, преобразуется во вторичную обмотку, и на вторичной стороне создается потенциал напряжения. Потенциал, развиваемый во вторичной школе, чередуется каждые полупериод. Выход двухполупериодного выпрямителя имеет период времени половину входного или имеет частоту, вдвое превышающую частоту входного сигнала.

    Процесс исправления объясняется для каждого полупериода.

    В течение первого полупериода, потенциал, развиваемый прямым смещением D 1 диода и обратным смещением диода D 2 . Положительный полупериод проходит через диод D 1 и создает напряжение на нагрузочном резисторе, как показано на рисунке 2. Направление тока через нагрузочный резистор и полярность напряжения на нем должны соблюдаться и должны оставаться неизменными в течение отрицательного полупериода.

    Рисунок 2: Двухполупериодный выпрямитель Трансформатор с центральным ответвлением во время положительных полупериодов

    Во время второго полупериода полярность напряжения на вторичной обмотке показана на рисунке 3, что связано с изменением полярности на первичной обмотке. При такой полярности диод D 2 смещен в прямом направлении, а диод D 1 — в обратном. Следовательно, диод D 2 позволяет току проходить через нагрузочный резистор, в то время как диод D 1 остается выключенным в течение этого полупериода.Направление тока через нагрузочный резистор и полярность напряжения на нем остаются такими же, как и в течение первого полупериода. Такое расположение диодов с трансформатором с центральным отводом приводит к однонаправленному течению тока через диод. Выпрямление переменного тока происходит в течение обоих полупериодов, то есть в течение всего периода синусоидального сигнала.

    Рисунок 3: Двухполупериодный выпрямитель Трансформатор с центральным отводом во время отрицательных полупериодов

    Процесс выпрямления продолжается аналогичным образом, чередуя ток через диоды D 1 и D 2 для приближающихся циклов.

    Рисунок 4: Полностью выпрямленная синусоидальная волна

    Среднее значение полностью выпрямленной синусоидальной волны определяется по формуле:

    Средний выход полуволнового выпрямителя, как было показано в предыдущей статье, в 0,318 раза превышает пиковое напряжение. Но при двухполупериодном выпрямлении средняя мощность удвоилась, а средняя мощность также увеличилась в четыре раза. Следовательно, это приводит к более эффективному процессу выпрямления по сравнению с полуволновым выпрямлением.

    Выпрямитель диодный мост

    Трансформаторы, имеющие вторичную обмотку с центральным отводом, дороже и больше по размеру из-за наличия двух обмоток на вторичной стороне. Из-за этого в источниках питания в основном используются трансформаторы сигнальных обмоток, а для выполнения двухполупериодного выпрямления используется специальная диодная перемычка. Диодный мост может быть изготовлен с использованием четырех одинаковых диодов или может быть получен полный комплект готовых диодных мостов для выполнения двухполупериодного выпрямления.Диодные мосты доступны в различных номиналах и спецификациях, чтобы соответствовать различным приложениям и схемам.

    Рисунок 5: Простой мостовой двухполупериодный выпрямитель

    На рисунке 5 показан двухполупериодный простой диодный мостовой выпрямитель, и здесь используются четыре силовых диода вместо двух диодов в трансформаторе с центральным отводом. Во время первого полупериода полярность напряжения на диодном мосту показана на рисунке 6, что делает диоды D 1 и D 2 смещенными в прямом направлении.Другая половина моста, то есть диоды D 3 и D 4 , остаются в выключенном состоянии. Такое смещение моста вызывает прохождение тока через нагрузку, и на ней появляется напряжение. Направление тока и полярности напряжения на нагрузке показано на рисунке 6.

    Рисунок 6: Мостовой полнополупериодный выпрямитель во время первого полупериода

    Аналогичным образом, для следующего цикла полярность меняется на противоположную из-за переменного синусоидального источника, и напряжение на диодном мосту показано на рисунке 7.Полярность напряжения вызывает прямое смещение диодов D 3 и D 4 на этот раз, в то время как диоды D 1 и D 2 остаются выключенными. Направление тока через нагрузку и полярность напряжения на ней остаются неизменными, что означает, что даже после изменения полярности входной синусоидальной волны полярность на нагрузке остается неизменной.

    Рисунок 7: Мостовой полнополупериодный выпрямитель во время второго полупериода

    Схема диодного моста выполняет полное выпрямление последовательных чередующихся циклов.Недостатком мостового выпрямителя по сравнению с трансформатором с центральным отводом является то, что он использует два диода одновременно для выпрямления, что вызывает двойные падения напряжения в прямом направлении.

    Пример полноволнового выпрямления

    Схема источника питания из предыдущей статьи с использованием однополупериодного выпрямителя используется здесь для сравнения результатов. Источник напряжения 220 В RMS с трансформатором 100: 1 использовался для питания нагрузки 1 кОм. Использование мостового двухполупериодного выпрямителя:

    Приблизительно 20 В DC появляется на (прямое падение напряжения на диоде для простоты игнорируется), нагрузка и ток, протекающий через нагрузку 1 кОм, составляет:

    Мощность, передаваемая на нагрузку с помощью двухполупериодного мостового выпрямителя:

    Двухполупериодный выпрямитель обеспечивает вдвое большее напряжение и четырехкратную мощность на нагрузку по сравнению с однополупериодным выпрямителем.Это делает двухполупериодный выпрямитель более эффективным, и для того же источника питания можно использовать трансформатор меньшего размера по сравнению с однополупериодным выпрямителем. Например, при использовании однополупериодного выпрямителя трансформатор с соотношением 10: 1 обеспечивает питание прибл. 10 В DC к нагрузке при входном напряжении 220 В RMS . Однако можно использовать трансформатор с соотношением сторон 5: 1 для обеспечения того же напряжения нагрузки с помощью двухполупериодного мостового выпрямителя.

    Пульсации и фильтрующий конденсатор

    Однако повышение эффективности происходит за счет пульсации, которая увеличивается вдвое по сравнению с полуволновыми выпрямителями.Увеличение ряби связано с увеличением частоты, которая увеличилась вдвое. Пульсации — нежелательные элементы любой электронной схемы, и выходной сигнал источников питания можно сгладить с помощью фильтрующего конденсатора. Пиковая схема выпрямителя с конденсаторным фильтром показана на рисунке 8.

    Рисунок 8: Мостовой полнополупериодный выпрямитель с конденсаторным фильтром

    Конденсатор действует как накопитель или резервуар и обеспечивает нагрузку в период выключения. Емкость конденсатора должна быть достаточно большой, чтобы его постоянная времени (RC) >> период времени синусоидального сигнала.Конденсатор заряжается, когда напряжение увеличивается до пикового напряжения, а затем начинает разряжаться, подавая ток на нагрузку. Конденсатор продолжает питать нагрузку до следующего цикла, когда напряжение снова начнет расти. Для каждого цикла конденсатор заряжается и разряжается при повышении и понижении напряжения соответственно. В течение периода проводимости (Δt) диоды питают нагрузку и заряжают конденсатор.

    Рисунок 9: Выход полнополупериодного выпрямителя с конденсаторным фильтром

    Напряжение пульсаций для двухполупериодного выпрямителя рассчитывается по следующей формуле, и обратите внимание, что частота пульсаций увеличилась вдвое по сравнению с полуволновым выпрямителем:

    Например, если желаемое напряжение пульсации составляет 1 В для вышеприведенного примера, тогда значение конденсаторного фильтра равно:

    Итак, конденсатор емкостью 325 мкФ должен иметь пульсирующее напряжение 1 В для источника питания мостового выпрямителя, приведенного в приведенном выше примере.

    Период проводимости диода можно приблизительно определить по следующей формуле:

    Диоды будут проводить только 4% от общего периода, а остальную часть периода нагрузка будет обеспечиваться конденсатором.

    Двухполупериодные выпрямители, использующие мостовые диоды, в основном используются в источниках питания и выпрямителях. К недостаткам можно отнести использование двух диодов и увеличение пульсаций. Оба эти фактора могут привести к искажениям и гармоникам в цепях.

    Заключение

    • Двухполупериодные выпрямители чаще всего используются в процессе выпрямления, поскольку они более эффективны по сравнению с полуволновыми выпрямителями.
    • Двухполупериодные выпрямители могут быть сконструированы с использованием трансформатора с центральным отводом или мостовых диодов. Выпрямитель с центральным отводом использовал один диод для проводимости, тогда как мост-диод — два диода для проводимости.
    • Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом использует двухобмоточный трансформатор, что увеличивает его размер и стоимость. В то время как выпрямитель мост-диод использует два диода для выпрямления одновременно, то есть двойное прямое падение напряжения и добавление нелинейного устройства.
    • Среднее напряжение или напряжение постоянного тока, выдаваемое двухполупериодным выпрямителем, равно 0.В 636 раз больше пикового напряжения, что в два раза больше напряжения, выдаваемого однополупериодным выпрямителем. В конечном итоге мощность увеличивается в четыре раза.
    • Коэффициент пульсаций у двухполупериодного выпрямителя увеличивается вдвое из-за удвоенной частоты.
    • Пульсации можно уменьшить с помощью конденсаторного фильтра, а постоянная времени конденсатора фильтра должна быть достаточно большой, чтобы он не разряжен полностью в течение периода питания.

    Мостовой выпрямитель — обзор

    α, β Модулятор пространственного вектора тока

    В зависимости от значений γ k , выходные напряжения на выводах мостового выпрямителя могут принимать только восемь возможных различных состояний, представленных в виде векторов напряжения в Система отсчета α, β (рис.36.47b) для источников с изолированной нейтралью.

    При наличии только двух независимых токов необходимо использовать два трехуровневых гистерезисных компаратора для токовых ошибок, чтобы точно выбрать все восемь доступных векторов напряжения. Каждый трехуровневый компаратор может быть получен путем суммирования выходных сигналов двух компараторов с двумя уровнями каждый. Один из этих двух компараторов ( δ , δ ) имеет большую ширину гистерезиса, а другой ( δ δ ) имеет более узкую ширину гистерезиса.Полосы гистерезиса представлены значениями e и ρ. В таблице 36.1 представлены все возможные комбинации выходов полученных четырех двухуровневых компараторов, их суммы дают два трехуровневых компаратора ( δ, α , δ), P lUS вектор напряжения, необходимый для реализации стратегии отслеживания тока. ( i α, r i α, β ) = 0 (обеспечивая ( i α, r i α, β ) d (i α, r — i α, β ) / dt < 0, плюс переменные γ k и компоненты напряжения α, β .

    Из анализа повышающего выпрямителя с ШИМ сделан вывод, что, если, например, приложен вектор напряжения 2 ( γ 1 = 1, γ 2 = 1, γ 3 = 0), в режиме повышения токи i α и i будут уменьшаться. Напротив, если приложен вектор напряжения 5 (γ 1 = 0, γ 2 = 0, γ 3 = 0), то токи i α и i оба увеличатся.Следовательно, вектор 2 должен быть выбран, когда токи i α и i выше их соответствующих опорных значений, то есть для δ α = — 1, δ = — 1, тогда как вектор 5 должен должен быть выбран, когда оба тока i α и i находятся под соответствующими ссылками, или для δ α = 1, δ = 1. Почти все выходные данные таблицы 36.2 могут быть заполнены с помощью такого рода рассуждения.

    ТАБЛИЦА 36.2. Результаты двухуровневого и трехуровневого компаратора, показывающие соответствующий выбор вектора, соответствующие напряжения компонент γ, k и вектора α, β ; векторы отображены на рис.36.47b

    − − 0,5 -0 −0,5 0,5 0,5
    δ δ δ δ δ β Vector γ 1 γ 2 γ 3 V α
    −0.5 −0,5 −0,5 −0,5 −1 −1 2 1 1 0 пол. −0,5 −0,5 −0,5 0 −1 2 1 1 0 vo / 6 9068 0,5 −0,5 −0.5 1 −1 3 0 1 0 -vo / 6 vo / 2
    -0,5 0,5 − 0 −1 3 0 1 0 -vo / 6 vo / 2
    −0,5 0,5 0 0 0 или 7 0 или 1 0 или 1 0 или 1 0 0
    0.5 0,5 0,5 −0,5 1 0 4 0 1 1 -2 / 3vo 0 0,5 0,5 −0,5 0 0 0 или 7 0 или 1 0 или 1 0 или 1 0 0
    0,5 −0.5 −1 0 1 1 0 0 2 / 3vo 0
    −0,5 −0,5 1 6 1 0 1 vo / 6 -vo / 2
    0,5 -0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 6 1 0 1 vo / 6 -vo / 2
    0.5 0,5 0,5 0,5 1 1 5 0 0 1 -vo / 6 -vo / 2
    0,5 0,5 0 1 5 0 0 1 -vo / 6 -vo / 2
    0.5 0 0 0 или 7 0 или 1 0 или 1 0 или 1 0 0
    0,5 0,5 − 1 0 4 0 1 1 -2 / 3vo 0
    0,5 -0,5 0 0 или 7 0 или 1 0 или 1 0 или 1 0 0
    −0.5 −0,5 −0,5 0,5 −1 0 1 1 0 0 2/3vo 0 92130 921000 921000 9 δ α = 0, δ β = –1, вектор выбирается по значению текущей ошибки i α (если δ > 0 и δ <0, то вектор 2; если δ <0 и δ > 0, то вектор 3).Когда δ α = 0, δ = 1, если δ > 0 и δ α 0, то вектор 6, иначе если δ <0 и δ > 0, затем вектор 5. Векторы 0 и 7 выбраны так, чтобы минимизировать частоту переключения (если включены два из трех верхних переключателей, то вектор 7, в противном случае вектор 0). Декодер пространственного вектора может быть сохранен в справочной таблице (или в EPROM), входы которой являются выходами четырех двухуровневых компараторов, а логический результат операций необходим для выбора между векторами 0 и 7.

    Полнополупериодный мостовой выпрямитель

    с расчетом конструкции конденсаторного фильтра и формулой

    В предыдущей статье мы обсудили двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом. Для этого требуется трансформатор с центральным отводом, а пиковая мощность выпрямителя всегда равна половине вторичного напряжения трансформатора. Полноволновой мостовой выпрямитель с конденсаторным фильтром не имеет таких требований и ограничений.

    Средний выход мостового выпрямителя составляет около 64% ​​входного напряжения.Двухполупериодный выпрямитель мостового типа может преобразовывать переменный ток в постоянный с помощью четырех диодов. Диоды подключены таким образом, чтобы пиковое напряжение на выходе оставалось равным вторичной обмотке пика трансформатора. В каждом полупериоде набор из двух диодов попеременно проводит и блокирует ток. В отличие от выпрямителя с центральным отводом, мостовому выпрямителю требуется четыре диода вместо двух, что становится дорогостоящим.

    Схема мостового выпрямителя:

    Как следует из названия, конфигурация из четырех диодных соединений образует мост.На два угла моста подается входное переменное напряжение, а в двух других углах моста собирается выходное постоянное напряжение.

    Работа двухполупериодного мостового выпрямителя с конденсаторным фильтром

    Положительный полупериод выпрямителя

    Во время положительного цикла входа переменного тока верхний угол моста сравнительно положительный, где соединены диоды D1 и D2. Кроме того, нижний угол моста сравнительно отрицательный, где подключены диоды D3 и D4.

    • Введение усилителя TPA3116D2DADR
    • Разница между CAT5 и CAT6 Какой из них лучше для проводки в новом доме

    В этой ситуации диод D2 смещен вперед, поскольку его анод подключен к сравнительно более высокому потенциалу, а диод D1 — обратное смещение, поскольку его катод подключен к сравнительно более высокому напряжению. Аналогично, в нижнем углу диод D3 смещен в прямом направлении, поскольку его катод подключен к сравнительно более низкому напряжению, а диод D4 имеет обратное смещение, поскольку его анод подключен к сравнительно более высокому напряжению.

    Для положительного цикла ток течет из верхнего угла моста через диод D2, затем через нагрузочный резистор из точки a в точку b и диод D3, завершая свой путь до нижнего угла.

    Отрицательный полупериод выпрямителя:

    Во время отрицательного периода входа переменного тока верхний угол моста сравнительно отрицателен, где соединены диод D1 и D2. Кроме того, нижний угол моста относительно положительный, где подключены диоды D3 и D4.

    В этой ситуации диод D1 смещен в прямом направлении, поскольку его катод подключен к сравнительно более низкому потенциалу, а диод D2 имеет обратное смещение, поскольку его анод подключен к сравнительно более низкому напряжению. Точно так же в нижнем углу диод D4 смещен в прямом направлении, поскольку его анод подключен к сравнительно более высокому напряжению, а диод D3 имеет обратное смещение, поскольку его катод подключен к сравнительно более высокому напряжению.

    Для отрицательного цикла ток течет из нижнего угла моста через диод D4, затем через нагрузочный резистор из точки a в точку b и диод D1, завершая свой путь до верхнего угла.

    Обратите внимание, что во время обоих циклов ток в нагрузке идет от точки a к точке b, и ток является однонаправленным, как постоянный, а не переменный.

    Средний выход мостового выпрямителя

    • Как изобразить кВА трансформатора: трансформатор Калькулятор кВА
    • Классификация трансформаторов тока на основе четырех параметров

    Для полного входного синусоидального цикла выход двухполупериодного мостового выпрямителя повторяется дважды. Другими словами, цикл временного периода вывода равен $ \ pi $ вместо $ 2 \ pi $.{\ pi} {sin t dt}) $

    $ v_ {avg} = \ frac {V_ {p}} {\ pi} (2) $

    $ v_ {avg} = \ frac {2V_ {p} } {\ pi} $

    $ v_ {avg} = 0,637 V_ {p} $

    Пиковое обратное напряжение мостового выпрямителя:

    Рассмотрим положительный полупериод, где D2 и D3 смещены вперед, а D1 и D4 — обратный смещенный. Пиковое обратное напряжение появляется на диодах D1 и D4. Обратное напряжение на диоде D4 можно определить, приложив KVL к контуру

    $ v_ {p} -PIV_ {D4} -0.7v = 0 $

    $ PIV_ {D4} = v_ {p} -0.7v $

    Коэффициент пульсаций выпрямителя:

    Коэффициент пульсаций показывает эффективность двухполупериодного мостового выпрямителя с конденсаторным фильтром и определяется как

    $ r = \ frac {v_ {r (pp)}} {v_ {dc}} $

    Где v $ _ {r (pp)} $ — напряжение пульсации (пик-пик), а значение v $ _ {dc} $ фильтрованного выхода. Формулы для v $ _ {dc} $ и v $ _ {r (pp)} $ приведены ниже

    $ v_ {r (pp)} = (\ frac {1} {fR_ {L} C}) ( \ frac {v_ {p (s)}} {2} -0,7) $

    $ v_ {dc} = (1- \ frac {1} {2fR_ {L} C}) (\ frac {v_ {p ( s)}} {2} -0.7) $

    Обратите внимание на форму выходного сигнала выпрямителя: частота выходного напряжения в два раза больше входного напряжения.

    • Аналоговая и цифровая электроника для инженеров pdf Книга
    • Справочник по силовой электронике Мухаммада Х. Рашида

    Зачем добавлять конденсаторы в двухполупериодный мостовой выпрямитель?

    Конденсатор двухполупериодного мостового выпрямителя сглаживает пульсирующий постоянный ток и уменьшает пульсации. Как указано в приведенной выше формуле, пульсации напряжения уменьшаются за счет увеличения емкости конденсатора.

    Заключение

    • Мостовой выпрямитель преобразует обе половины входного цикла переменного тока в выход постоянного тока
    • В выпрямителе используются четыре диода, поэтому он считается дорогим
    • Средний выход мостового выпрямителя в два раза больше, чем у полуволнового выпрямителя
    • Пульсации напряжения двухполупериодного мостового выпрямителя с конденсаторным фильтром меньше, чем у однополупериодного выпрямителя

    Мостовой выпрямитель — Справочная информация по электронике

    Меню курса Модуль 1 Введение в теорию электричества Модуль 2 Основные концепции Модуль 3 — Цепи постоянного тока Введение в цепи постоянного тока Цепи резисторов и резисторов Конденсаторы и схемы конденсаторов Модуль 5 — Полупроводники Цепи Выпрямители — аналоговые которые превращают переменный ток (AC) в ужасный ct ток (постоянный ток).Выпрямители невероятно полезны в области электроники, потому что большинство электронных устройств используют постоянный ток, но электросеть (электрическая сеть) подает переменный ток.

    Мостовые выпрямители являются наиболее часто используемым типом выпрямителей, поскольку они сочетают в себе преимущества двухполупериодного выпрямителя и лишь немного дороже, чем полуволновый выпрямитель. Мостовой выпрямитель — это схема, которая пропускает полную форму волны переменного тока (AC), но использует стандартный трансформатор, что снижает стоимость.

    Напротив, однополупериодные выпрямители пропускают только половину (положительную половину) сигнала переменного тока, а двухполупериодные выпрямители требуют для работы более дорогих трансформаторов с центральным ответвлением.

    Компромисс заключается в том, что для работы мостовых выпрямителей требуется четыре диода в несколько более сложной конфигурации.

    В следующей таблице приводится сравнение каждого типа выпрямителя.

    9067 Нормальный 9067 967 967 Мостовой Выпрямитель Мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов, которые преобразуют входной переменный ток в импульсный выход постоянного тока.На выпрямитель подается переменное напряжение от понижающего трансформатора. Мостовые выпрямители

    объединяют в себе лучшие свойства как однополупериодных, так и двухполупериодных выпрямителей.

    Подобно двухполупериодным выпрямителям, они намного эффективнее, чем однополупериодные выпрямители, и обеспечивают более высокое качество выходного сигнала.

    Как и однополупериодные выпрямители, они дешевы и имеют меньший форм-фактор, чем двухполупериодные выпрямители.

    В мостовых выпрямителях используются четыре диода для выпрямления входного сигнала переменного тока. Термин «мост» относится к особой конфигурации из четырех диодов , которую также называют диодным мостом или схемой Гретца.

    Вся идея диодного моста состоит в том, что ток всегда течет через нагрузку в одном и том же направлении. Это означает, что нагрузка воспринимает последовательность положительных импульсов, а не переменный ток.

    Таким образом, конфигурация диодного моста — это способ использования свойств, присущих трансформатору и диодам.

    В мостовом выпрямителе два диода используются для выпрямления положительной части сигнала переменного тока, а два диода используются для выпрямления отрицательной части сигнала переменного тока.

    В результате выходной сигнал идентичен выходному сигналу двухполупериодного выпрямителя и имеет непрерывные импульсы.

    Это значительное улучшение по сравнению с выходом HWR, форма волны которого состоит из импульсов, разделенных равными периодами, где напряжение равно нулю (0).

    Схема мостового выпрямителя

    Подобно однополупериодным и двухполупериодным выпрямителям, мостовые выпрямители основаны на функциональности диодов . Диоды позволяют электрическому току течь только в одном направлении, в зависимости от работы полупроводниковых p-n-переходов.Ток в диоде может течь только от анода к катоду:

    Ток течет от анода к катоду.

    Ток может течь только от анода к катоду; он не может течь в обратном направлении без повреждения диода. Это основная функция, которая используется для преобразования переменного тока в постоянный.

    В мостовых выпрямителях используются четыре диода для преобразования входного переменного тока в выход постоянного тока. Два диода выпрямляют положительную часть (полупериод) формы волны переменного тока, а второй диод выпрямляет вторую часть формы волны переменного тока.

    Схема мостового выпрямителя

    Полный мостовой выпрямитель состоит из следующих компонентов:

    1) Источник переменного тока, который передает форму входного переменного тока всей цепи. Скорее всего, это электричество из сети (электросети), подаваемое через стенную розетку, но также может быть другой источник переменного тока или функциональный генератор.

    2) Понижающий трансформатор, который доводит пиковое напряжение до желаемого уровня. Выходной сигнал понижающего трансформатора представляет собой сигнал переменного тока с желаемым напряжением.

    3) Четыре диода (D 1 , D 2 , D 3 и D 4 ), которые выпрямляют переменный ток и создают импульсный выход постоянного тока.

    4) Резистивная нагрузка R L , которая имитирует схему, на которую мостовой выпрямитель подает питание.

    Общий выходной сигнал цепи, V out , измеряется на нагрузке R L .

    Работа мостового выпрямителя

    Как работает мостовой выпрямитель?

    Постоянный ток (DC) всегда течет в одном направлении, но переменный ток (AC) течет в обоих направлениях по синусоидальной схеме, называемой формой волны .

    И напряжение, и ток имеют синусоидальную (синусоидальную) форму.

    На изображении справа показан сигнал напряжения 120 В переменного тока в США с частотой 60 Гц.

    Синусоидальная форма стандартного сигнала переменного тока 120 В, 60 Гц (электросеть в США). Синусоидальная волна, показывающая направленность тока с положительным и отрицательным напряжением. Когда напряжение положительное, ток движется в «прямом» направлении. Когда напряжение отрицательное, ток движется в «обратном» направлении.

    Когда форма волны положительная, ток движется в «прямом» направлении.

    Когда форма волны отрицательная, ток движется в «обратном» направлении.

    Вот почему этот вид тока называется переменным током; ток меняет направление. Вместо того, чтобы обрабатывать электроны через цепь, они, , покачиваются назад и вперед в направлении, противоположном обычному току.

    В мостовом выпрямителе два диода выпрямляют форму волны переменного тока, «отсекая» нижнюю полуволну сигнала переменного тока и оставляя только верхнюю полуволну.

    Два других диода используются для пропускания тока через нагрузку и предотвращения короткого замыкания обратно на трансформатор.

    Это приводит к импульсному сигналу постоянного тока через нагрузку.

    Импульсный выход постоянного тока однополупериодного выпрямителя. Выпрямитель отфильтровывает отрицательную часть сигнала переменного тока, оставляя только положительные импульсы.

    Есть две отдельные стадии выпрямления с помощью мостового выпрямителя, каждая из которых соответствует полупериоду формы волны.

    Первый полупериод

    Во время первого полупериода «верх» вторичных обмоток трансформатора смещен положительно, а «низ» — отрицательно. Это означает, что ток должен течь через цепь сверху вниз по часовой стрелке.

    Когда ток достигает перехода между диодами D 1 и D 4 , он может проходить только через D 1 . D 1 активен, пропуская ток. D 4 также важен, так как он блокирует короткое замыкание через D 2 и обратно на трансформатор.

    Ток протекает через D 1 , а затем через нагрузку R L . Он возвращается к диодному мосту, где отрицательный потенциал в нижней части трансформатора протягивает его через D 2 и обратно к трансформатору, завершая путь.

    В течение первого полупериода ток течет сверху трансформатора через D1, через RL, через D2 к низу трансформатора.
    Выход первого полупериода

    Выход первого полупериода представляет собой импульсный выход постоянного тока, идентичный выходу полуволнового выпрямителя.

    Этот выход имеет периоды с положительным импульсом и равные периоды, в течение которых выход равен нулю (0).

    Второй полупериод

    Во время второго полупериода нижняя часть трансформатора теперь смещена положительно, а верхняя часть трансформатора — отрицательно. Это означает, что ток должен течь снизу вверх по цепи против часовой стрелки.

    Ток покидает нижнюю часть трансформатора и проходит к стыку между D 2 и D 3 , но он может проходить только через D 3 .D 2 предотвращает короткое замыкание обратно на верхнюю часть трансформатора, заставляя ток проходить через D 3 и через нагрузку.

    Ток проходит через нагрузку в том же направлении, что и в течение первого полупериода.

    Во время второго полупериода ток течет снизу трансформатора через D3, через RL, через D4 к верху трансформатора.

    Это «трюк» за мостовым выпрямителем; ток всегда проходит через нагрузку в одном и том же направлении , тем самым действуя как постоянный ток с точки зрения нагрузки.

    Ток снова проходит к стыку между D 2 и D 4 , но на этот раз он вытягивается отрицательным потенциалом в верхней части трансформатора, проходит вверх через D 4 и завершает путь.

    Выходной сигнал второго полупериода представляет собой сигнал, который идентичен выходному сигналу первого полупериода, но сдвинут по фазе на 180 градусов.

    Это означает, что, поскольку D 1 пульсирует, D 2 выключен. Поскольку D 2 мигает, D 1 выключен.

    Выход второго полупериода

    Выходной сигнал D 2 затем объединяется с выходом диода D 1 , образуя форму волны с постоянными импульсами:

    Мы видим, что этот выход идентичен выходному сигналу диода D 1 . двухполупериодный выпрямитель.

    Таким образом, элегантный дизайн мостового выпрямителя дает выход, для которого обычно требуется трансформатор вдвое большего размера.

    Формула мостового выпрямителя

    Эквивалентное выходное напряжение постоянного тока мостового выпрямителя идентично выходному напряжению двухполупериодного выпрямителя.Это среднее значение импульса напряжения .

    Это можно найти, используя пиковое напряжение (V , пик ) по следующей формуле:

     V_ {DC} = \ frac {2V_ {peak}} {\ pi} 

    Примечание : Вы можете найти вывод в конце этого руководства, если вам интересно.

    Однако пиковое напряжение не совсем соответствует пиковому входному напряжению переменного тока. На каждом диоде наблюдается падение напряжения, называемое прямым напряжением. Для кремниевых диодов падение напряжения составляет около7 вольт. Таким образом, V пик равен пиковому напряжению переменного тока минус прямое напряжение диода:

     V_ {пик} = V_ {ACpeak} - (2 \ times .7V) = V_ {ACpeak} - 1,4V 

    Следовательно среднее выходное напряжение постоянного тока может быть напрямую связано с пиком формы волны переменного тока:

     V_ {DC} = \ frac {2 (V_ {ACpeak} -1,4V)} {\ pi} 

    Мостовой выпрямитель с конденсаторным фильтром

    Мостовой выпрямитель дает более качественный выходной сигнал, чем полуволновой выпрямитель. Тем не менее, он по-прежнему имеет импульсы, которые полностью снижаются до нуля, а затем снова повышаются до пика.

    Как и другие выпрямители, выход двухполупериодного выпрямителя можно значительно улучшить, добавив в схему сглаживающий конденсатор .

    Схема конденсаторного фильтра мостового выпрямителя

    Конденсатор накапливает заряд, когда напряжение увеличивается во время «восходящего» участка волны. Соответствующее напряжение создается на конденсаторе.

    Когда напряжение начинает уменьшаться, конденсатор начинает действовать как второй источник напряжения, высвобождая накопленный заряд.

    Вместо того, чтобы падать до нуля, новая форма волны медленно спадает от пикового напряжения по мере разряда конденсатора.

    Таким образом, конденсатор буферизует полное напряжение, измеренное на нагрузке.

    Затем конденсатор перезаряжается во время следующего цикла, и процесс начинается снова.

    Выход мостового выпрямителя со сглаживающим конденсаторным фильтром. Пунктирная кривая представляет собой выход выпрямителя без конденсатора. Сплошная линия представляет улучшенную форму волны из-за включения конденсатора.

    Это приводит к форме волны, которая намного больше напоминает идеальный сигнал постоянного тока, который был бы плоской линией.

    Преимущества и недостатки мостовых выпрямителей

    Мостовые выпрямители настолько распространены, потому что они сочетают в себе основные преимущества как однополупериодных, так и двухполупериодных выпрямителей.

    Однако выходной сигнал мостового выпрямителя, даже со сглаживающим конденсатором, по-прежнему не имеет особенно высокого качества по сравнению со стандартным сигналом постоянного тока, который имеет плоскую форму волны.

    По этой причине очень важно реализовать более сложные схемы фильтрации, чтобы довести выходной сигнал мостового выпрямителя до приемлемого для электроники качества.

    В следующем разделе мы рассмотрим некоторые из наиболее важных схем фильтрации, начиная с L-фильтра.

    Вычисление формулы мостового выпрямителя

    Расчет формулы для среднего выхода мостового выпрямителя идентичен расчету двухполупериодного выпрямителя. Так что, если вы уже читали руководство по двухполупериодным выпрямителям, то, что будет дальше, будет обзором.

    Среднее значение любой кривой можно найти, найдя площадь под кривой и разделив ее на размер оси x, по которой мы пытаемся вычислить среднее значение.

    В этом случае мы пытаемся найти среднее значение верхней половины синусоидальной кривой, которое соответствует импульсному выходу постоянного тока полуволнового выпрямителя.

    Изображение синусоидального импульса. Среднее значение импульса состоит из площади, разделенной на ширину импульса.

    Нелегко определить площадь под синусоидой, используя традиционные геометрические методы (разделение кривой на прямоугольники с выступами).

    Исчисление предоставляет гораздо более простой способ найти площадь под кривой, вычислив ее интеграл.{\ pi} = -V_ {пик} [\ cos \ pi — \ cos 0] = -V_ {пик} [-1-1] = — V_ {пик} [- 2] = 2V_ {пик}

    Итак 2V пик — это площадь под кривой.

    Чтобы вычислить среднее значение, мы просто делим его на размерную «длину» оси x между точками a и b. Точка a находится в нуле, а точка b — в π, поэтому это равно π — 0 или π:

     Среднее значение = \ frac {2V_ {peak}} {\ pi - 0} = \ frac {2V_ {peak}} {\ pi} 

    Ток в мостовых выпрямителях

    Мы можем получить ток в мостовом выпрямителе, используя ту же процедуру, которую мы использовали для полуволнового выпрямителя.

    Мы начнем с того, что заметим, что ток в мостовом выпрямителе периодически (как синусоида) изменяется в зависимости от напряжения.

    Давайте использовать термин V i для обозначения напряжения, поступающего от вторичных обмоток трансформатора:

    Затем мы можем использовать закон Ома для получения тока, и мы должны отметить, что ток будет ограничен двумя типами Сопротивление: (1) сопротивление нагрузки R L и (2) прямое сопротивление диода R f .Прямое сопротивление можно определить с помощью ВАХ диода.

     I = \ frac {V_i} {2R_f + R_L} = \ frac {V_ {m}} {2R_f + R_L} \ sin {2 \ pi ft} 

    Мы также можем определить новый термин, I м , снова используя закон Ома. Это поможет нам немного упростить это уравнение и поможет в будущих расчетах:

     I_m = \ frac {V_m} {2R_f + R_L} 

    Следовательно, в терминах I м , ток равен:

    Мы также можем определить еще один полезный термин, α, чтобы еще больше упростить это уравнение:

    Следовательно, ток равен:

    Обратите внимание, что все, что мы сделали, это определили ток как синусоидальную волну и использовали I m и α, чтобы упростить его.2} {2}

    Следовательно, среднеквадратичный ток равен:

     I_ {rms} = \ frac {I_m} {\ sqrt2} 

    Форм-фактор мостового выпрямителя

    Форм-фактор (сокращенно f ) — величина, используемая для сравнения среднеквадратичного и среднего значений функции.

    Определяется как отношение среднеквадратичного значения тока к среднему:

     f = \ frac {I_ {rms}} {I_ {DC}} = \ frac {\ frac {I_m} {\ sqrt {2} }} {\ frac {2I_m} {\ pi}} = \ frac {\ pi} {2 \ sqrt {2}} \ приблизительно 1,1107 

    Выход переменного тока мостового выпрямителя

    Общий выходной ток можно разделить на составляющую постоянного тока и компонент переменного тока.Составляющая постоянного тока идентична среднему значению по всей форме сигнала, I DC , и мы можем выразить эту составляющую переменного тока как I ’.

    Где I ’представляет переменную составляющую выходного сигнала.

    Оказывается, среднеквадратичное значение I ’само по себе является важным фактором. 2-1} \ приблизительно 0.483

    Высокий коэффициент пульсации указывает на то, что сигнал все еще имеет большую составляющую переменного тока, что указывает на то, что результирующий ток далек от идеального сигнала постоянного тока.

    КПД мостового выпрямителя

    КПД схемы является мерой ее выходной мощности по отношению к входной мощности. Эффективность обозначается греческой буквой эта (η).

    Чтобы вычислить КПД, мы должны найти выходную мощность как компонентов постоянного, так и переменного тока формы выходного сигнала. Другими словами,

     \ eta = \ frac {P_ {O, DC}} {P_ {in}} 

    Где P O, DC — выходная мощность постоянного тока, а P в — входная мощность.2} \ frac {R_L} {2R_f + R_L} = 0,81 \ frac {R_L} {2R_f + R_L}

    Таким образом, мы видим, что максимально возможный КПД полуволнового выпрямителя составляет 81% . Это вдвое больше, чем у однополупериодного выпрямителя.

    Коэффициент использования трансформатора полнополупериодного выпрямителя (TUF)

    Коэффициент использования трансформатора — это отношение выходной мощности постоянного тока к номинальной мощности переменного тока вторичной обмотки.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    Тип Количество диодов Тип трансформатора Выход
    Полуволновой выпрямитель 9068 9068
    Полнополупериодный выпрямитель 2 С отводом по центру Двухполупериодный
    Мостовой выпрямитель 4 Нормальный