Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

назначение и изготовление своими руками. Особенности диодных мостов и их применение

Диодный мост — простейшая схема, которая преобразует переменный ток в постоянный. Она используется практически во всей современной электронике, поэтому грамотный мастер должен понимать и уметь его ремонтировать. В российских розетках частота тока 50 Герц, и чтобы выровнять его для работы оборудования и применяют это нехитрое устройство.

Давайте разберем, как работает данное устройство. Оно собирается из диодов — элементов, пропускающих ток в одну сторону. Современные диоды являются полупроводниковыми устройствами небольшого размера — в этой статье мы не будем разбирать их особенности и маркировку, а поговорим только о том, как работает диодный мост.

Состав и принцип работы диода

У диода имеется два контакта — анод и катод. Ток течет от анода к катоду практически с нулевым сопротивлением. Но если ситуация меняется и ток подается на катод, то противоположное сопротивление не дает ему пробиться через элемент (ток практически равен нулю и в большинстве случаев им можно пренебречь).

Схему работы вы можете увидеть на приведенном выше рисунке.

Упрощенная схема

Вы уже знаете, что такое диодный мост, поэтому рассмотрим простейший принцип его работы. Когда переменный ток попадает на анод Uвх, оно проходит через положительные полупериоды, тогда как отрицательные полностью удаляются. При этом выходное напряжение, обозначенное с правой стороны под аббревиатурой Uвых, не является выпрямленным, хоть и проходит в одном направлении. Его частота равна тем же 50 Герц, или 50 пикам в секунду.

Чтобы сгладить эти пики к схеме подключается конденсатор высокой емкости. Получается выпрямительный диодный мост —на пике конденсатор заряжается, а на падении отдает заряд в сеть. Это позволяет частично сгладить график частоты и выровнять его, выведя на постоянное значение.

Подобная схема соединения диода и конденсатора носит название однополупериодной и не является достаточной для выравнивания тока в современных устройствах. У нее есть серьезные недостатки:

  1. Нормально выровнять пульсации до настоящей прямой невозможно.
  2. У схемы довольно малый коэффициент полезного действия.
  3. Нерациональное использование трансформатора, чересчур большой вес устройства.

Эти системы сегодня практически не используют или применяют их для маломощных устройств. Более логичные и надежные схемы называются двухполупериодными. Их основное достоинство — возможность инвертировать нижние волны в верхние. Именно подобные системы и называют диодным мостом.

Классический диодный мост

Стандартная содержит в себе вместо одного диода и конденсатора четыре диода, объединенных изображенным на рисунке способом. Его можно условно разбить на два полупериода. В каждом полупериоде находится два диода, работающих в одном направлении, и два — запрещающих проход тока. Положительное напряжение приходит на анод VD1, отрицательное на катод VD3. Данные диоды открываются, а VD2 и VD4 – закрываются.

Когда положительный полупериод заменяется на отрицательный, происходит смена работоспособности. Положительное напряжение приходит на анод VD2, отрицательное – на катодный выход VD4. Происходит смена направлений, но ток идет в нужном направлении. Получается, что в подобной схеме частота возрастает в два раза, за счет чего удается добиться лучшего сглаживания, используя идентичный с первой схемой конденсатор. Благодаря этому возрастает коэффициент полезного действия устройства и падают возможные потери.


Принцип работы классического моста

Изучая, не забывайте о том, что не обязательно спаивать его из четырех микроэлементов и подбирать соответствующий конденсатор. В большинстве случаев можно приобрести готовое решение в магазине, с подобранными параметрами и известными характеристиками. Достоинства подобной сборки в маленьких размерах, единых тепловых режимах и небольшом весе. Основной недостаток в том, что

если выходит из строя один элемент, то приходится менять весь узел .

Трехфазный мост

Теперь, когда вы знаете, для чего нужен диодный мост и что он собой представляет, рассмотрим более сложную трехфазную схему, выдающую пульсирующий ток. Он максимально близок к постоянному и подходит для использования в приборах, требующих стабильную подачу. Вход этой системы присоединяется к источнику, подающему трехфазное питание (разумеется речь идет о переменном токе). Это может быть трансформатор или генератор. На выходе системы оказывается практически идеальный постоянный ток, который можно легко сгладить.


Схема выпрямителя

Чтобы сделать качественный двухполупериодный выпрямитель из схемы подключения диодного моста с конденсатором, изучите наш рисунок. В данном случае выпрямляется ток, который снимается с понижающей трансформаторной обмотки. Выравнивание происходит за счет электролитического конденсатора на 5-10 тысяч микрофарад, заряжающегося и отдающего заряд в сеть. В схему также введен дополнительный резистор, который выпрямляет ток при холостой работе. Чем выше нагрузка, тем меньше напряжение на выходе, поэтому к нему подсоединяют стабилизатор на классических транзистора х.

Диодный мост — электрическая схема, предназначенная для преобразования переменного тока в постоянный импульсный. Изобретение схемы в 1897 году приписывается немецкому физику Лео Гретцу, хотя англоязычные источники утверждают, что ещё в 1895 году диодный мост создал «польский Эдисон» — электротехник Карол Поллак. Наибольшее распространение схема получила после широкого внедрения полупроводниковых диодов.

Принцип действия этого типа выпрямительного устройства основан на свойстве полупроводникового диода пропускать электроток в одном направлении и не пропускать в другом. Так, если мы правильно подключим плюс и минус, через устройство пойдёт ток. Поменяем плюс и минус местами — движения не будет.

Переменный ток отличается тем, что в течение одного полупериода он движется в одном направлении, а в течение второго — в противоположном. И если просто включить в цепь один диод, то он будет работать «с пользой» только в течение одного полупериода. А если соединить диоды так, чтобы использовать оба полупериода? Благодаря этой идее и появились мостовые выпрямители.

Схема диодного моста—выпрямителя довольно проста и может быть собрана своими руками. Он состоит из четырёх диодов, соединённых в виде квадрата. На два противолежащих угла подаётся переменный ток от генератора. С двух других противолежащих углов снимается постоянный. В первый полупериод открываются два диода, выпрямляя полуволну переменного тока. Во второй полупериод открываются два других диода, преобразуя вторую полуволну. В итоге на выходе получается постоянный ток с частотой импульсов в два раза выше, чем частота переменного тока.

Преимущества и недостатки схемы

  1. Для использования выпрямленного тока импульсная составляющая должна быть сглажена с помощью фильтра—конденсатора. Чем выше частота, тем лучше проходит процесс сглаживания. Поэтому удвоение частоты в мостовой схеме является преимуществом.
  2. Двухполупериодное выпрямление позволяет лучше использовать мощность питающего трансформатора и за счёт этого уменьшить его размеры.

Недостатки .

  1. Удвоенное падение напряжения по сравнению с однополупериодным выпрямителем.
  2. Удваиваются потери мощности на рассеяние тепла. Для снижения потерь в мощных низковольтных схемах используются диоды Шоттки с малым падением напряжения.
  3. При выходе из строя одного из диодов моста выпрямительное устройство будет работать, однако его параметры будут отличаться от нормальных. Это, в свою очередь, может негативно сказаться на работе систем, запитанных от выпрямителя.

Использование и применение

Сегодня мосты широко применяются во всех случаях, когда используется постоянный ток — от мобильных телефонов, до автомобилей. Промышленность выпускает большое количество выпрямительных устройств, выполненных по мостовой схеме. Поэтому подобрать нужный мостик не составляет труда при условии ясного понимания, зачем он приобретается и какие функции будет выполнять.

Конструктивно выпрямители могут быть выполнены на отдельных диодах либо в виде единого блока. В первом случае при повреждении одного из диодов можно произвести замену. Для этого надо знать, как прозвонить диодный мост.

Проверка проводится в виде последовательного перебора всех диодов на пропускание тока в прямом и обратном направлении. В качестве индикатора можно использовать как обычную лампочку, так и прибор, измеряющий силу тока или сопротивление.

Несмотря на доступность фабричных выпрямителей, многих интересует, как сделать диодный мост на 12 вольт самостоятельно. Дело в том, что 12 вольт — наиболее распространённое напряжение для питания многих устройств, например, персональных компьютеров. А стремление собрать выпрямитель самостоятельно зачастую вполне оправданно. Ведь большинство недорогих блоков питания, которые можно приобрести, не соответствуют заявленным параметрам по току и мощности.

Конечно, самодельный блок вряд ли будет выглядеть как фабричный, зато позволит произвести подключение устройств в полном соответствии с нужными параметрами.

Несмотря на то что выпрямительный мостик не является сложной схемой, его сборка требует не только умения спаять детали, но и правильно рассчитать их параметры. Прежде всего потребуется силовой трансформатор, понижающий напряжение до 10 вольт. Дело в том, что выходное напряжение моста выше входного примерно на 18 процентов. Поэтому если подать на выпрямитель 12 вольт переменного тока, то получим 14−15 вольт постоянного тока, а это может быть опасным для устройств, рассчитанных на 12 вольт.

Далее, нужно подобрать диоды, рассчитанные на двукратный запас по току. Так, если предполагается, что выпрямитель должен обеспечить ток силой в 5 ампер, то диоды должны выдерживать не менее 10 ампер. Двукратный запас должен иметь и конденсатор, но по напряжению. А для того чтобы лучше сглаживать выпрямленный ток, он должен иметь большую ёмкость. Поэтому оптимальным является электролитический конденсатор, рассчитанный на напряжение 25 вольт, ёмкостью от 2000 микрофарад. Все эти детали остаётся правильно соединить и проверить выходные параметры с помощью приборов.

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 , 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.

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.

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.

Большинство электростанций вырабатывает переменный ток. Это связано с особенностью конструкции генераторов. Исключение составляют лишь солнечные панели, с которых снимается постоянный ток.

Вообще, выбор между постоянным и переменным током с точки зрения производства, транспортировки и потребления – это борьба противоречий.

Производить (вырабатывать на электростанциях) удобнее и проще переменный ток.

Транспортировать экономически выгодно постоянный ток. Смена полупериодов переменного напряжения приводит к потерям.

С точки зрения трансформации (уменьшение величины напряжения) удобнее работать с переменным током. Принцип работы трансформаторы построен на пульсирующем или переменном напряжении.

Большинство потребителей электроэнергии (речь идет об устройствах) работают на постоянном токе. Электросхемы не могут работать с переменным напряжением.

В результате мы имеем следующую картину:
До розетки доходит переменный ток с напряжением 220 вольт. А все домашние электроприборы (за исключением тех, которые содержат мощные электродвигатели и нагревательные элементы) питаются постоянным током.

Внутри большинства домашнего оборудования есть блоки питания. После понижения (трансформации) величины напряжения, необходимо преобразовать ток из переменного в постоянный. Основой такой схемы является диодный мост.

Для чего нужен диодный мост?

Исходя из определения, переменный ток с определенной частотой (в бытовой электросети 50Гц) меняет свое направление, при неизменной величине.

Важно! Поскольку мы знаем, что для питания большинства электросхем нужно полярное напряжение – в блоках питания приборов происходит замена переменного тока на постоянный.

Происходит это в два или три этапа:
С помощью диодной сборки переменный ток превращается в пульсирующий. Это уже выпрямленный график, однако, для нормального функционирования схемы такого качества питания недостаточно.

Для сглаживания пульсаций, после моста устанавливается фильтр. В простейшем случае – это обычный полярный конденсатор. При необходимости увеличить качество – добавляется дроссель.

После преобразования и сглаживания, необходимо обеспечить постоянную величину рабочего напряжения.

Для этого, на третьем этапе устанавливаются стабилизаторы напряжения.

И все же, первым элементом любого блока питания является диодный мост.

Он может быть выполнен как из отдельных деталей, так и в моно корпусе.


Первый вариант занимает много места и сложнее в монтаже.

Есть и преимущества:
такая конструкция стоит недорого, легче диагностируется, и в случае выхода из строя одного элемента – меняется только он.

Вторая конструкция компактна, исключены ошибки в монтаже. Однако стоимость несколько выше, чем у отдельных диодов и невозможно отремонтировать один элемент, приходится менять весь модуль.

Принцип работы диодного моста

Вспомним характеристики и назначение диода. Если не вдаваться в технические детали – он пропускает электрический ток в одном направлении, и закрывает ему путь в противоположном.

Этого свойства уже достаточно для того, чтобы собрать простейший выпрямитель на одном диоде.

Элемент просто включается в цепь последовательно, и каждый второй импульс тока, идущий в противоположном направлении – отрезается.

Такой способ называется однополупериодным, и у него есть множество недостатков:

Очень сильная пульсация, между полупериодами возникает пауза в подаче тока, равная длине половины синусоиды.

В результате отрезания нижних волн синусоиды, напряжение уменьшается вдвое. При точном измерении уменьшение оказывается больше, поскольку потери есть и в диодах.

Способность снижать напряжение вдвое при его выпрямлении, нашла применение в ЖКХ.

Жильцы многоквартирных подъездов, устав менять постоянно перегорающие лампочки – оснащают их диодами.

При включении последовательно, снижается яркость свечения и лампа «живет» гораздо дольше.

Правда сильное мерцание утомляет глаза, и такой светильник годится лишь для дежурного освещения.

Для уменьшения потерь, применяется соединение четырех элементов.

Двухполупериодный диодный мост, схема работы:

В каком бы направлении не протекал переменный ток на вводных контактах, выход диодного моста обеспечивает неизменную полярность на его выходных контактах.

Частота пульсаций такого соединения ровно в два раза выше частоты переменного тока на входе.

Поскольку плечи моста не могут одновременно пропускать ток в обоих направлениях – обеспечивается стабильная защита схемы.

Даже если у вас в устройстве перегорел диодный мост – короткого замыкания или скачка напряжения не будет.

Надежность мостовой схемы проверена десятилетиями. Защита от перенапряжения на входе гарантируется трансформатором.

От перегрузки спасает стабилизатор на выходе. Пробивает диодный мост лишь в случае использования бракованных деталей, или в автомобиле, где схема подвергается постоянным нагрузкам.

Как работает диодный мост при минимальном напряжении?

Падение напряжения в диодном мосту составляет до 0,7 вольт. При использовании обычной элементной базы в низковольтных схемах, иногда падение напряжения составляет до 50% от номинала блока питания. Такая погрешность недопустима .

Для обеспечения работы блоков питания с напряжением от 1,5 вольт до 12 вольт – используются диоды Шоттки.

При прямом протекании тока, падение напряжения на одном кристалле составляет не более 0,3 вольта. Умножаем на четыре элемента в мосту – получается вполне приемлемое значение потерь.

Кроме того, если диодный мост Шоттки на уровень помех – вы получите значение, недостижимое для кремниевых p-n диодов.

Еще одно достоинство, обусловленное отсутствием p-n перехода – способность работать на высокой частоте.

Поэтому выпрямители сверх высокочастотного напряжения делают исключительно на диодах этого типа.

Однако у диодов Шоттки есть и недостатки
. При воздействии обратного напряжения, пусть даже кратковременном – элемент выходит из строя.

Проверка диодного моста мультиметром показывает, что именно эта причина имеет необратимые последствия.

Обычный германиевый или кремниевый элемент с p-n переходом самостоятельно восстанавливаются после переполюсовки.

Поэтому мосты на диодах Шоттки применяются только в низковольтных блоках питания и при наличии защиты от обратного напряжения.

Что делать, если есть подозрения на поломку моста?

Выпрямитель собран на обычной элементной базе, поэтому мы расскажем, как в домашних условиях проверить диодный мост мультиметром.

На иллюстрации видно, как протекает ток по мосту. Принцип тестирования такой же, как при проверке одиночных диодов.

Смотрим по справочнику, какие выводы модуля соответствуют переменному входу или полярному выходу – и выполняем прозвонку.

Как прозвонить диодный мост без выпаивания из схемы?

Поскольку ток в обратном направлении через диод не течет, неправильные результаты проверки говорят о пробое моста.

Извлекать мост нет необходимости, остальные элементы блока питания не оказывают влияния на измерение.

Итог: Любой из вас сможет как самостоятельно собрать диодный мост, так и отремонтировать его в случае поломки. Достаточно иметь элементарные навыки в электротехнике.

Смотрите видео: как мультиметром проверить диодный мост генератора вашего автомобиля.

Подробный рассказ о том как проверить диодный мост мультиметром в этом видео сюжете

Одной из важнейших частей электронных приборов питающихся от сети переменного тока 220 вольт является так называемый диодный мост. Диодный мост – это одно из схемотехнических решений, на основе которого выполняется функция выпрямления переменного тока.

Как известно, для работы большинства приборов требуется не переменный ток, а постоянный. Поэтому возникает необходимость в выпрямлении переменного тока.

Думаю понятно, что в случае отдельных диодов нужно просто заменить один неисправный диод, что, соответственно, обойдётся дешевле.

В реальности сборка диодного моста может выглядеть вот так.


Диодная сборка KBL02 на печатной плате

Или вот так.


Диодная сборка RS607 на плате компьютерного блока питания

А вот так выглядит диодная сборка DB107S для поверхностного (SMD) монтажа. Несмотря на свои малые размеры, сборка DB107S выдерживает прямой ток 1 A и обратное напряжение в 1000 V.

Более мощные выпрямительные диодные мосты требуют охлаждения, так как при работе они сильно нагреваются. Поэтому их корпус конструктивно выполнен с возможностью крепления на радиатор. На фото – диодный мост KBPC2504 , рассчитанный на прямой ток 25 ампер.

Естественно, любую мостовую сборку можно заменить 4-мя отдельными диодами, которые соответствуют нужным параметрам. Это бывает необходимо, когда нужной сборки нет под рукой.

Иногда это вводит новичков в замешательство. Как же правильно соединить диоды, если предполагается изготовление диодного моста из отдельных диодов? Ответ изображён на следующем рисунке.


Условное изображение диодного моста и диодной сборки

Как видим всё довольно просто. Чтобы понять, как нужно соединить диоды, нужно вписать в стороны ромба изображение диода.

На принципиальных схемах и печатных платах диодный мост могут обозначать по-разному. Если используются отдельные диоды, то рядом с ними просто указывается сокращённое обозначение – VD , а рядом ставиться его порядковый номер в схеме. Например, вот так: VD1 VD4 . Иногда применяется обозначение VDS . Данное обозначение указывается обычно рядом с условным обозначением выпрямительного моста. Буква S в данном случае подразумевает, что это сборка. Также можно встретить обозначение BD .

Где применяется схема диодного моста?

Мостовая схема активно применяется практически в любой электронике, которая питается от однофазной электросети переменного тока (220 V): музыкальных центрах, DVD-проигрывателях, кинескопных и ЖК-телевизорах… . Да где его только нет! Кроме этого, он нашёл применение не только в трансформаторных блоках питания , но и в импульсных. Примером импульсного блока питания, в котором применяется данная схема, может служить рядовой компьютерный блок питания. На его плате легко обнаружить либо выпрямительный мост из отдельных мощных диодов, либо одну диодную сборку.

В сварочных аппаратах можно обнаружить очень мощные диодные мосты, которые крепятся к теплоотводу. Это лишь несколько примеров того, где может применяться данное схемотехническое решение.

Как подключить к понижающему трансформатору диодный мост

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.

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

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 Uвх (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 Uвых (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.

Схема диодного моста

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.

Словосочетание “диодный мост” образуется от слова “диод”. Следовательно, диодный мост должен состоять из диодов, но они должны соединятся с друг другом в определенной последовательности. Почему это имеет важное значение мы как раз и поговорим в этой статье.

Обозначение на схеме

Диодный мост на схемах выглядит подобным образом:

Иногда в схемах его обозначают еще так:

Как мы с вами видим, схема состоит из четырех диодов. Для того, чтобы она работала корректно, 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 обозначенных значками “+” и “-“. Диодный мост также называют диодным выпрямителем.

Принцип работы

Для выпрямления переменного напряжения в постоянное можно использовать один диод для выпрямления, но не желательно. Давайте рассмотрим рисунок, как все это будет выглядеть:

Диод срезает отрицательную полуволну переменного напряжения, оставляя только положительную, что мы и видим на рисунке выше. Вся прелесть этой немудреной схемы состоит в том, что мы получаем постоянное напряжение из переменного. Проблема кроется в том, что мы теряем половину мощности переменного напряжения. Ее срезает диод.

Чтобы исправить эту ситуацию, была придумана великими умами схема диодного моста. Диодный мост “переворачивает” отрицательную полуволну, превращая ее в положительную полуволну, тем самым у нас сохраняется мощность.

На выходе диодного моста появляется постоянное пульсирующее напряжение с частой в 100 Герц. Это в два раза больше, чем частота сети.

Практические опыты

Для начала возьмем простой диод.

Катод можно легко узнать по серебристой полоске. Почти все производители показывают катод полоской или точкой.

Чтобы наши опыты были безопасными, я взял понижающий трансформатор, который из 220В делает 12В.

На первичную обмотку цепляем 220 Вольт, со вторичной обмотки снимаем 12 Вольт. Мультиметр показал чуть больше, так как на вторичной обмотке нет никакой нагрузки. Трансформатор работает на так называемом “холостом ходу”.

Давайте же рассмотрим осциллограмму, которая идет со вторичной обмотки трансформатора. Максимальную амплитуду напряжения нетрудно посчитать. Если не помните как это делать, можно прочитать статью Осциллограф. Основы эксплуатации.

3,3х5=16.5В – это максимальное значение напряжения. А если разделить максимальное амплитудное значение на корень из двух, то получим где то 11,8 Вольт. Это и есть действующее значение напряжения. Осциллограф 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 трансформатора наш диод.

Цепляемся снова щупами осциллографа

Смотрим на осциллограмму

А где же нижняя часть изображения? Ее срезал диод. Он оставил только верхнюю часть, то есть ту, которая положительная.

Находим еще три таких диода и спаиваем диодный мост.

Цепляемся ко вторичной обмотке трансформатора по схеме диодного моста.

С двух других концов снимаем постоянное пульсирующее напряжение щупом осциллографа и смотрим на осциллограмму

Вот, теперь порядок.

Виды диодных мостов

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

Например, на советском диодном мосте показаны контакты, на которые нужно подавать переменное напряжение значком ”

“, а контакты, с которых надо снимать постоянное пульсирующее напряжение значком “+” и “-“.

Существует множество видов диодных мостов в разных корпусах

Есть даже автомобильный диодный мост

Существует также диодный мост для трехфазного напряжения. Он собирается по так называемой схеме Ларионова и состоит из 6 диодов:

В основном трехфазные диодные мосты используются в силовой электронике.

Как вы могли заметить, такой трехфазный выпрямитель имеет пять выводов. Три вывода на фазы и с двух других выводов мы будем снимать постоянное пульсирующее напряжение.

Как проверить диодный мост

1) Первый способ самый простой. Диодный мост проверяется целостностью всех его диодов. Для этого прозваниваем каждый диод мультиметром и смотрим целостность каждого диода. Как это сделать, читаем эту статью.

2) Второй способ 100%-ый. Но для этого потребуется осциллограф, ЛАТР или понижающий трансформатор. Давайте проверим импортный диодный мост. Для этого цепляем два его контакта к переменному напряжению со значками “

”, а с двух других контактов, с “+” и “-” снимаем показания с помощью осциллографа.

Значит, импортный диодный мост исправен.

Резюме

Диодный мост (выпрямитель) используется для преобразования переменного тока в постоянный.

Диодный мост используется почти во всей радиоаппаратуре, которая “кушает” напряжение из переменной сети, будь то простой телевизор или даже зарядка от сотового телефона.

КАК СДЕЛАТЬ БЛОК ПИТАНИЯ

Всем людям, и даже по роду занятий далеким от электротехники и электроники известно, что любому электрическому устройству, будь то двигатель, обогреватель, компьютер или сотовый телефон для работы необходимо питание. Питание может быть, как от сети, от блока питания, так и от гальванических элементов или аккумуляторов. Причем последние также нужно периодически подключать для заряда к блоку питания. 

Адаптер питания 220В

Все пользуются такими адаптерами питания, которые понижают напряжение сети до необходимого для питания наших устройств напряжения, выпрямляют его, фильтруют, часто применяется стабилизация напряжения на выходе. Все эти необходимые операции, прежде чем питание поступит к вашему устройству, выполняет блок питания. В этой статье мы подробно разберем, для чего нужна каждая из этих операций. Сразу скажу, что блоки питания делятся на трансформаторные, и импульсные, последние более сложны для понимания начинающим, и их мы в этой статье касаться не будем.

Блок питания усилителя с трансформатором

На фото выше блок питания мощного усилителя. Как ясно становится из названия в основе трансформаторных блоков питания лежит трансформатор. Именно с его помощью мы получаем из 220 вольт напряжения сети нужные нам для питания аппаратуры 9, 12, 18 вольт и любые другие напряжения. Все зависит от того, на какое напряжение вторичной обмотки рассчитывался трансформатор. Разумеется, трансформатор может не только понижать, но и повышать напряжение. Посчитать, какое напряжение будет на выходе, можно через коэффициент трансформации:

  • U1 = напряжение первичной обмотки.  
  • U2 = напряжение вторичной обмотки.
  • w1 = количество витков первичной обмотки.   
  • w2 = количество витков вторичной обмотки.
  • кт  = коэффициент трансформации.

На трансформаторах часто пишут количество витков первичной и вторичной обмоток. Зная эти цифры, можно узнать, не подключая трансформатор, какое напряжение будет у нас на выходе, посчитав по формуле, через коэффициент трансформации. Также по ним можно ориентироваться, если нам требуется домотать какое-то количество витков, для изменения напряжение на выходе, либо если мы собрались мотать новую обмотку, например проводом большего сечения. Внешне можно определить обмотку, вторичная это, или первичная, по толщине проводов подходящих к выводам трансформатора. Вторичная обмотка, обычно бывает выполнена проводом значительно большего сечения. Но ориентироваться только на это нельзя, обязательно нужно померить сопротивление обмоток мультиметром в режиме омметра. Сопротивление первичной обмотки может быть порядка 300 Ом, тогда как сопротивление вторичной, из-за того что в ней относительно малое количество витков, может быть близко к нулю. Разница в сечении связана с тем, что мощность у нас, что на первичной, что на вторичной обмотке практически одинаковая, но так как в первичной напряжение обычно значительно выше, то и токи протекают в ней при одинаковой мощности значительно меньшие, чем во вторичной. Следовательно, для того, чтобы провода у нас не перегревались, вторичная обмотка и выполняется более толстым проводом. Те, кто видели разобранными сварочные аппараты с трансформаторами, знают, что вторичная обмотка у них значительно толще первичной, потому что сваривают как раз низким напряжением и большим током. Так выглядит график тока до диодного моста:

После трансформатора выходит переменный ток, а для питания аппаратуры необходим, как известно постоянный. Поэтому ток необходимо выпрямить. Существуют разные виды выпрямителей, одно полупериодные, двух полупериодные  выпрямители со средней точкой, но эти схемы имеют определенные недостатки. Чаще всего в выпрямителях применяется мостовая схема, или говоря другими словами, всем известный диодный мост. Разберем его более подробно.

Диодный мост – схема

На рисунке изображена схема подключения моста. Диодный мост имеет в своем составе 4 диода, соединенных по специальной мостовой схеме. Подключается в схеме мост 4 контактами, их видно на схеме. Это 2 контакта, которые соединяются со вторичной обмоткой трансформатора, и оставшиеся 2 контакта, с них снимают плюс и минус. Так выглядит график после моста:

Выводы на диодном мосту обычно бывают подписаны или обозначены. Для питания маломощной нагрузки бывает достаточно и моста на 0.5 Ампера или на 1 Ампер, например такого как на фото ниже: 

Диодный мост на фото

Тогда как для выпрямления значительных токов могут потребоваться мощные диоды или мосты, которые для лучшего теплоотведения крепят на радиатор. Такие диоды имеют крепление с резьбой, позволяющее прикрутить такой диод на радиатор:

Мощный диод

Радиатор может быть разной формы и размеров, выполнен из стали или алюминиевого сплава. Часто это простая пластинка П–образной формы, с отверстием под гайку или с резьбой внутри. Ниже на фото приведен радиатор для стабилизатора, такие же радиаторы применяются для охлаждения транзисторов.

Радиатор пластина

Но ток после диодного моста у нас получается пульсирующий, и не годится для питания, даже не требовательной аппаратуры. Необходим фильтр. Для этого применяется электролитический конденсатор большой емкости, например 1000 мкф, 2200 мкф и выше. Особенно нуждаются в хороших фильтрах усилители. 

Электролитический конденсатор

На конденсаторах обычно указывается максимальное допустимое напряжение и емкость в микрофарадах, что мы и видим на фото выше. Также электролитические конденсаторы имеют полярность, если спутать которую, впаять конденсатор и включить устройство, это  может привезти к порче конденсатора, к его вздуванию, а иногда даже к взрыву, если на конденсаторе нет специальных клапанов – насечек, для снятия давления. 

Вздувшийся конденсатор

Ток после фильтра у нас будет выпрямленный, но еще не стабилизированный, что необходимо для питания большинства цифровой техники. Для стабилизации тока часто применяют интегральные стабилизаторы, напряжение на входе которых может изменяться в заданных пределах, а на выходе будет стабильно неизменным. Для питания цифровой техники часто требуется напряжение питания 5 вольт. Для этих целей удобно применять стабилизатор КРЕН5 или 7805. 

Стабилизатор l7805cv

Такие стабилизаторы существуют и на другие напряжения. В блоках питания используются часто стабилизаторы в корпусе ТО-220 рассчитанные на токи в 1 ампер без радиатора. Если требуется, чтобы стабилизатор работал при больших токах, его требуется установить на радиатор. Соответственно чем больший ток стабилизируется, тем больше должна быть площадь ребер радиатора. Существуют также схемы регулируемых блоков питания, напряжение на выходе которых можно плавно менять, вращая ручку переменного резистора. Такие схемы могут быть реализованы как на транзисторах, так и на микросхемах:

Регулируемый блок питания на транзисторах схема

Выше приведена схема блока питания на транзисторах. Регулируемый блок питания можно собрать и намного проще, если применить микросхему lm338. Ниже приведена её схема подключения:  

Регулятор напряжения на микросхеме – схема

Достаточно подать на эту схему напряжение после фильтра выпрямителя, до 28 вольт, и получить на выходе плавно регулируемое напряжение от 1.2 до 25 вольт. Стабилизатор,  конечно же, нужно будет установить на радиатор. Как видим, собрать блок питания под свои потребности, под силу даже начинающим. С вами был AKV.

Как правильно собрать диодный мост?

Схема и принцип действия диодного моста

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

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 Uвх (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 Uвых (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.

Схема диодного моста

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.

Устройство и работа выпрямительного диода. Диодный мост.

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.

Диодный мост: схема подключения и назначение

В электротехнике существует несостыковка. С одной стороны, передавать энергию на большие расстояния удобнее, если она имеет форму переменного напряжения. С другой, для питания смартфонов, светодиодов в лампочках, плат в телевизорах и подобной бытовой техники требуется постоянный ток. Данную проблему успешно решает такое семейство радиодеталей, как выпрямительные диоды.

Что такое диоды

Диод – это полупроводниковый элемент на основе кристалла кремния. Ранее эти детали также изготавливались из германия, но со временем этот материал был вытеснен из-за своих недостатков. Электрический диод функционирует как клапан, т.е. он пропускает ток в одном направлении и блокирует его в другом. Такие возможности в эту деталь заложены на уровне атомарного строения его полупроводниковых кристаллов.

Один диод не может получить из переменного напряжения полноценное постоянное. Поэтому на практике используют более сложные сочетания этих элементов. Сборка из 4 или 6 деталей, объединённых по специальной схеме, образует диодный мост. Он уже вполне способен справиться с полноценным выпрямлением тока.

Интересно. Диоды обладают паразитной чувствительностью к температуре и свету. Прозрачные выпрямители в стеклянном корпусе могут использоваться как датчики освещённости. Германиевые диоды (прим. Д9Б) подходят в качестве термочувствительного элемента. Собственно из-за сильной зависимости свойств этих элементов от температуры их и перестали производить.

Однофазный и трёхфазный диодный мост

Существует две основные разновидности выпрямляющих сборок:

  • Однофазный мост. Чаще используется в бытовых электроприборах. Имеет 4 вывода. На два их них подаётся переменное напряжение, т.е. фаза (L) и ноль (N). С двух оставшихся снимается постоянное, т.е. плюс (+) и минус (-).
  • Трёхфазный мост. Встречается в мощных промышленных установках и оборудовании, питающимся от сети 380 вольт. На его вход подаются три фазы (L1, L2, L3). С выхода так же снимается постоянное напряжение. Такие мосты отличаются большими размерами и внушительными токами, которые они способны через себя пропустить.

Принцип работы диодного моста

Понять, как мост выполняет свою задачу, можно, разобравшись в том, как ведёт себя отдельный диод. Изначально имеются только два провода с переменным напряжением (L и N). Оно имеет форму синусоиды (рис. а). Если в схему добавить один диод, то он будет пропускать только положительную полуволну (рис. б), если этот компонент развернуть, то отрицательную составляющую (рис. в). Такое напряжение уже не будет переменным. Всё же оно не годится для питания серьёзных электроприборов. В нём наблюдаются моменты, когда ток совсем отсутствует. Применение четырёх диодов позволит получить постоянное напряжение без всяких прерываний (рис. г). Трёхфазные мосты выпрямляют по такому же методу. Однако они делают это одновременно с тремя синусоидами.

Выпрямитель

Полученное после диодного моста напряжение имеет форму синусоиды, у которой отрицательная составляющая отражена относительно оси времени. Проще говоря, оно имеет форму холмов и называется пульсирующим. Такое напряжение положительное. Не содержит моментов, когда ток не течёт. Но всё же оно нестабильное. Например, в точке «a» оно рано 0 вольт, а в «b» – имеет максимальное значение. Данный выпрямитель нельзя считать законченным.

Для решения этой проблемы требуется сглаживающий электролитический конденсатор. На плате он обычно располагается там же, где и диодная сборка. Ёмкость накапливает энергию в те моменты, когда она имеет пиковые значения (точка b), и отдаёт её в моменты провалов (a). На выходе получается прямая линия – полноценный постоянный ток, пригодный для питания последующих электронных компонентов, процессоров, микросхем и т.п.

Преимущества двухполупериодного диодного моста

Полный мост, также называемый двухполупериодным выпрямителем, по ряду характеристик лучше, чем просто одиночный диод. Объясняется это тем, что он даёт возможность:

  1. снизить подмагничивание трансформатора, после которого стоит двухполупериодный выпрямитель;
  2. снять с выхода напряжение с удвоенной частотой, которое в итоге проще сгладить;
  3. повысить КПД трансформатора, на вторичной обмотке которого установлен полный диодный мост.

Недостатки полного моста

У полноценного двухполупериодного моста имеются недостатки:

  1. Ток вынужден протекать не по одному диоду, а сразу по двум, включенным последовательно. Поэтому удваивается падение напряжения на выпрямительном элементе. Для маломощных мостов на кремниевых диодах оно может достигать 2 вольт. В мощных выпрямителях – порядка 10 В. Отсюда существенные потери мощности на выпрямляющем элементе и его повышенный нагрев.
  2. При выходе из строя одного и четырёх диодов мост продолжает работать. Данный дефект может быть незаметен без специальных замеров. Однако он создаёт риск более серьёзной поломки устройства, которое питается через неисправный мостик.

Конструкция

Схема любого выпрямительного моста включает в себя диоды. Они могут быть по отдельности распаяны на печатную плату или находиться в одном корпусе. Касаемо размера выпрямители бывают миниатюрными, например, импортные MB6S или советские КЦ405А. Последние в народе именуют «ка-цэшками» или «шоколадками».

Встречаются образцы с внушительными габаритами. Например, трёхфазный выпрямительный мост китайского производства. Прибор предназначен для токов в сотни ампер, поэтому имеет винтовой крепёж под силовые провода и плоскую металлическую теплопроводящую поверхность с отверстиями для фиксации на радиаторе охлаждения.

Маркировка выпрямителей

Не существует общепринятых правил, согласно которым производители маркируют свои диодные мосты. Каждый вправе называть своё изделие так, как считает нужным, т.е. по своей собственной номенклатуре.

Однако у большинства из этих деталей есть схожие признаки, помогающие визуально определить назначение их выводов. На фото трёхфазного моста (см. выше) отдельно выделен символ переменного тока – волнистая линия. Он указывает на то, что к этому контакту подключается входное синусоидальное напряжение. Также на некоторых моделях мостиков входные выводы помечаются буквами AC (Alternative Current), указывающими на переменный ток. При этом выходные контакты, с которых снимается постоянный ток, обозначаются символами DC (Direct Current) или традиционными «+» и «-». Дополнительно на некоторых выпрямителях со стороны плюса «подпилен» один из углов. Также на «+» может указывать и удлинённый вывод. Подобная маркировка свойственна многим электронным компонентам и называется ключом.

Диодный мостик своими руками

Чтобы самостоятельно собрать выпрямитель, понадобится 4 однотипных диода. При этом они должны подходить по обратному напряжению, максимальному току и рабочей частоте. Соединения нужно сделать в соответствии со схемой ниже. Между двумя катодами снимается положительное напряжение, между анодами – отрицательное. К точкам, в которых подключены разноимённые выводы диодов, подсоединяется источник переменного напряжения. Всю схему можно за пару минут спаять навесным монтажом или потрудиться и выполнить в виде небольшой печатной платы.

Дополнительная информация. Обратные напряжения диодов, включенных в последовательную цепь, складываются между собой.

Выбор типа сборки

Для каждой задачи существует свой оптимальный вариант выпрямительной диодной сборки. Все их можно условно разделить на 3 вида:

  • Выпрямитель на одном диоде. Применяется в самых простых и дешёвых схемах, где нет к.л. требований к качеству выходного напряжения, как, например, в ночниках.
  • Сдвоенный диод. Эти детали внешне похожи на транзисторы, ведь они выпускаются в таких же корпусах. Они также имеют 3 вывода. По сути, это два диода, помещённых в один корпус. Один из выводов – средний. Он может быть общим катодом или анодом внутренних диодов.
  • Полноценный диодный мост. 4 детали в одном корпусе. Подходит для устройств с большими токами. Применяется в основном на входах и выходах различных блоков питания и зарядных устройств.

Дополнительная информация. Выпрямители используются и в автомобилях. Они нужны для преобразования идущего с генератора переменного напряжения в постоянное. Оно, в свою очередь, необходимо для зарядки аккумулятора. Обычный бензогенератор вырабатывает переменный ток.

Проверка элементов

В большинстве случаев для проверки выпаивать мостик из платы не требуется. Тестировать его следует точно так же, как 4 p-n перехода с подключением по схеме диодного моста. Данное измерение настолько распространено, что его возможность реализована в любом мультиметре. Прибор для теста нужно переключить в режим диодной прозвонки.

Падение напряжения в прямом направлении на исправном выпрямительном диоде составляет 500-700 мВ. В обратном – прибор отобразит «1». Сгоревшая деталь чаще всего показывает в обоих направлениях «0», т.е. короткое замыкание. Реже бывает полный обрыв элемента (также в обе стороны). Все замеры следует повторить для каждого входящего в состав моста диода. Итого 8 измерений, т.е. 4 в прямом направлении и 4 – в обратном. Если тестируется диод Шоттки, то этот параметр составляет 200-400 мВ.

Использование барьера Шоттки

Применение диода Шоттки оправдано в двух случаях. Во-первых, когда нужно выпрямить высокочастотный ток. Барьер Шоттки идеально подходит для подобной задачи, ведь он имеет низкую ёмкость перехода и, соответственно, является быстродействующим. Во-вторых, когда требуется выпрямить большой ток в десятки или сотни ампер. В этом случае деталь отлично себя показывает ввиду низкого падения напряжения и малого тепловыделения.

Диодные мосты в мире электроники играют роль согласующего элемента. С их помощью можно подключать устройства, требующие постоянный ток, к сети удобного для передачи переменного напряжения. Подобных устройств очень много в быту, они крайне важны для комфортной жизни человека.

Что такое диодный мост схема устройства

В данной статье мы постараемся дать ответ, что же это, диодный мост схема его и каково предназначение. Как сразу слышно, в данном термине присутствует слово «диод». И действительно, главный компонент диодного моста это диоды, для которых основное свойство пропускать напряжение только в одном направлении. Именно по этой характеристике определяют работоспособность диодов.

Предназначение диодного моста — преобразовывать напряжение переменное в напряжение постоянное.

Схема диодного моста

Схема диодного моста состоит из правильно соединенных четырех диодов, а чтобы эта схема была работоспособной, к ней нужно правильно подключить переменное напряжение.

На схеме, как и на корпусе моста две точки для подачи переменного напряжения обозначены значком «

». А с двух других проводов или выходов, плюса и минуса, снимается постоянное напряжение.

Теоретически, сделать из переменного напряжения постоянное можно и одним диодом, но для практики такое выпрямление не желательно. Как известно диод пропускает напряжение, только превышающее ноль, в противоположном случае диод заперт, а переменное напряжение изменяет свою величину в течение времени. Вроде бы все понятно.

Но получается, что при таком методе получения из переменного напряжения постоянный ток, по этой «замечательной» схеме, диод оставляет только положительную полуволну, а отрицательную срезает. Вместе с ней он просто срезает половину мощности тока переменного напряжения. Такая потеря мощности — главный недостаток выпрямления тока одним диодом.

Вышеописанную ситуацию исправляет диодный мост схема которого разрабатывалась специально для того, чтобы отрицательную полуволну перевернуть. Получиться вторая положительная полуволна и вся мощность электрического тока будет сохранена. В результате диодный мост подает постоянный ток, с напряжением, пульсирующем в два раза большей частотой, чем частота сети переменного тока.

Уверен, схема в особом описании не нуждается, главное помнить, куда подключать переменное напряжение, а откуда получают постоянный ток. Теперь давайте посмотрим на работу диода и диодного моста на практике. На корпусе диода, практически любого производителя, катод помечен точкой или полоской. Для безопасности экспериментов используем трансформатор, выдающий двенадцать вольт.

На осциллографе видно, что максимальная амплитуда 16 с половиной вольт, следовательно, простые расчеты (делим на корень из двух максимальное амплитудное значение) говорят, что действующее напряжение имеет значение 11.8 В.

Теперь припаяем к проводу обмотки (вторичной, естественно) трансформатора диод и измеряем осциллографом. Видно, как диод срезал нижнюю, отрицательную часть графика напряжения. Соответственно, потерялась и половина мощности.

Теперь возьмем еще три таких же диода и собираем диодный мост. Подключаем к обмотке трансформатора диодный мост, там, где вход для переменного тока, а с двух оставшихся точек снимаем щупами прибора постоянное напряжение. Смотрим на осциллограф и видим на экране пульсирующее напряжение, но без потери мощности.

Как сделать диодный мост видео

Для того чтобы не возиться с диодами и пайкой, промышленность выпускает готовые диодные мосты в одном корпусе с четырьмя контактами, отечественные — побольше, а импортные покомпактнее. На диодных мостах советского производства промаркированы и контакты постоянного тока, и контакты для переменного напряжения.

Если подключить импортный диодный мост к переменному напряжению и осциллографу, вы увидите, что эта радиодеталь отлично работает, выдавая пульсирующий постоянный ток. Сам диодный мост если проверять, то только прозвонив каждый из четырех диодов.

Итак, теперь вы знаете для чего нужен в радиоэлектронике диодный мост схема и принцип действия которого описаны в данной статье. Следует отметить, что это весьма популярная деталь, широко применяемая в самой разнообразной радиоаппаратуре, подключаемой к электрической сети. Магнитофон, телевизор, зарядное устройство для мобилки — везде используется диодный мост.

Особенность сборки диодного моста для сварочного аппарата

Диод – это полупроводниковый прибор, который обладает различной проводимостью в зависимости от прикладываемого напряжения. Имеет всего два вывода: анод и катод. При подаче прямого напряжения (на анод подается положительный потенциал по сравнению с катодом) он открыт. При подаче отрицательного напряжения он закрывается.

Эта особенность прибора широко используется в электротехнике, в частности диодный мост применяют для сварочного аппарата, чтобы выпрямлять переменный ток, улучшая качество сварки.

Основные характеристики

Главными параметрами, на которые обращают внимание при выборе выпрямителей для сварочных аппаратов, являются:

  • максимально допустимое постоянное обратное напряжение;
  • максимальный средний прямой ток за период;
  • рабочая частота переключения;
  • постоянное прямое напряжение при максимальном прямом токе;
  • максимально допустимая температура корпуса.

Амплитуда бытовой сети составляет около 310 В, поэтому нужно использовать диоды с обратным напряжением 400 В и выше. Прямой ток жестко связан с мощностью прибора, и на него также обращают внимание. Рабочая частота показывает, в каком выпрямителе можно использовать полупроводник, применять его в сетевом или выходном блоке инвертора.

Прямое напряжение полупроводника характеризует мощность рассеяния на самом приборе. Это позволяет рассчитать размеры радиатора или системы охлаждения. Предельная температура корпуса сварочного аппарата дает возможность предусмотреть схему защиты от перегрева.

Применение в сварке

В любом трансформаторном сварочном аппарате постоянного тока или инверторе присутствуют силовые диоды. Они предназначены для выпрямления переменного тока. Для повышения коэффициента полезного действия диоды подключают по мостовой схеме, в этом случае оба полупериода приходятся на нагрузку.

В трансформаторном сварочном аппарате выпрямительные диоды устанавливают на выходе вторичной обмотки. Сварочное оборудование имеет понижающий трансформатор, соответственно, напряжение холостого хода значительно ниже входного, поэтому здесь требуются приборы большой мощности и низкой частоты. Для этого подойдут выпрямительные диоды В200 (максимальный ток 200А).

Для сварочного инвертора требуется два выпрямителя. Один располагается на входе источника питания. Он преобразует переменный ток 220 вольт 50 Гц в постоянный, который преобразуется в дальнейшем в переменный ток высокой частоты (40-80 кГц).

При мощности аппарата 5 кВт выпрямительные диоды должны иметь обратное напряжение 600-1000 В и средний прямой ток 25-35 А при частоте 50 Гц.

Второй выпрямитель располагается после высокочастотного трансформатора. Здесь требования другие. Максимальный прямой ток должен быть не менее 200 А на частоте 80 кГц, а обратное напряжение превышать напряжение холостого хода (60-70 В).

В любом случае используются диоды из категории мощных, с площадкой для монтажа радиатора, поскольку без отведения тепла устройство быстро сгорит.

Особенность выпрямителей

Выпрямитель для сварочного аппарата выполняется по мостовой схеме. При изготовлении сварочного аппарата своими руками и применении диодов В200 нужно учитывать, что их корпус находится под напряжением.

Поэтому когда выпрямитель устанавливают на радиатор, он должен быть изолирован от остальных элементов схемы, от корпуса прибора и от соседних диодов тоже. А это создает определенные неудобства для сварщика.

Приходится использовать более крупный корпус. Для уменьшения габаритов аппарата применяют выпрямительный прибор ВЛ200, который имеет другую полярность. Это позволяет объединить полупроводники на два парных радиатора.

В последние годы стали выпускать довольно мощные диодные мосты в одном корпусе. По размерам такая конструкция из диодов примерно соответствует спичечному коробку, имеет площадку для посадки радиатора, максимальный прямой ток 30-50 А. Диодная сборка имеет значительно меньшую стоимость по сравнению с диодами В200.

Если по работе устройства требуется более мощный мост, то эту проблему можно легко решить, используя параллельное подключение мостовых сборок. Однако их надежность в таком случае будет ниже, чем у одиночных мощных диодов.

При использовании параллельной схемы соединения диодных мостов необходимо учитывать, что все они имеют некоторый разброс по параметрам.

Поэтому при подборе элементов необходимо делать это с некоторым запасом прочности. При соблюдении этого требования для сварочного аппарата можно получить диодный мост более компактный, чем при использовании одиночных диодов.

Диодные сборки позволяют размещать их на одном радиаторе, так как корпусы не находятся под напряжением. Это позволяет монтировать их в любом месте, и даже снаружи.

В зависимости от требуемого сварочного тока для выпрямителя могут потребоваться от 3 до 5 диодных сборок. Для лучшей теплоотдачи диодные мосты устанавливаются на радиатор через теплопроводящую пасту.

К контактам проводники рекомендуется подсоединяться пайкой, в противном случае могут быть потери мощности в месте контакта и его сильный нагрев.

Применение на практике

Для примера, рассмотрим инверторный аппарат TELWIN Force 165. Во входном выпрямителе используются диодные сборки GBPC3508. Выпрямительный мост GBPC3508 может работать с током 35 А, обратное напряжение – 800 В.

С ним вместе идет обязательно сглаживающий фильтр из конденсаторов большой емкости. Кроме этого имеется фильтр электромагнитной совместимости, который не пропускает помехи от инвертора в бытовую сеть.

На выходе инвертора используются мощные сдвоенные диоды с общим катодом. Они имеют высокое быстродействие в отличие от диодов расположенных на входе устройства.

Благодаря малому времени восстановления, менее 50 наносекунд, приборы успевают переключать высокочастотный ток на выходе вторичной обмотки.

В данном приборе используются сдвоенные диоды марок STTH6003CW, FFh40US30DN или VS-60CPH03, рассчитаны на прямой ток 30 ампер на один прибор (60 ампер на оба) и обратное напряжение 300 вольт.

Устанавливаются на радиатор. Для защиты полупроводников от перегрузки используется RC фильтр. Схема управления требует стабильный источник питания без бросков напряжения.

Для этого в приборе предусмотрены стабилитроны или уже готовый интегральный стабилизатор, которые обеспечивают стабильное питание на микросхемах управления. В результате получается компактное устройство, позволяющее качественно варить металл.

Устройство и работа выпрямительного диода. Диодный мост

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.

Удачи!

Источник:

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.

Трансформатор 220 14 какой нужен диодный мост. Диодный мост – как он работает

Большинство электростанций вырабатывает переменный ток. Это связано с особенностью конструкции генераторов. Исключение составляют лишь солнечные панели, с которых снимается постоянный ток.

Вообще, выбор между постоянным и переменным током с точки зрения производства, транспортировки и потребления – это борьба противоречий.

Производить (вырабатывать на электростанциях) удобнее и проще переменный ток.

Транспортировать экономически выгодно постоянный ток. Смена полупериодов переменного напряжения приводит к потерям.

С точки зрения трансформации (уменьшение величины напряжения) удобнее работать с переменным током. Принцип работы трансформаторы построен на пульсирующем или переменном напряжении.

Большинство потребителей электроэнергии (речь идет об устройствах) работают на постоянном токе. Электросхемы не могут работать с переменным напряжением.

В результате мы имеем следующую картину:
До розетки доходит переменный ток с напряжением 220 вольт. А все домашние электроприборы (за исключением тех, которые содержат мощные электродвигатели и нагревательные элементы) питаются постоянным током.

Внутри большинства домашнего оборудования есть блоки питания. После понижения (трансформации) величины напряжения, необходимо преобразовать ток из переменного в постоянный. Основой такой схемы является диодный мост.

Для чего нужен диодный мост?

Исходя из определения, переменный ток с определенной частотой (в бытовой электросети 50Гц) меняет свое направление, при неизменной величине.

Важно! Поскольку мы знаем, что для питания большинства электросхем нужно полярное напряжение – в блоках питания приборов происходит замена переменного тока на постоянный.

Происходит это в два или три этапа:
С помощью диодной сборки переменный ток превращается в пульсирующий. Это уже выпрямленный график, однако, для нормального функционирования схемы такого качества питания недостаточно.

Для сглаживания пульсаций, после моста устанавливается фильтр. В простейшем случае – это обычный полярный конденсатор. При необходимости увеличить качество – добавляется дроссель.

После преобразования и сглаживания, необходимо обеспечить постоянную величину рабочего напряжения.

Для этого, на третьем этапе устанавливаются стабилизаторы напряжения.

И все же, первым элементом любого блока питания является диодный мост.

Он может быть выполнен как из отдельных деталей, так и в моно корпусе.

Первый вариант занимает много места и сложнее в монтаже.

Есть и преимущества:
такая конструкция стоит недорого, легче диагностируется, и в случае выхода из строя одного элемента – меняется только он.

Вторая конструкция компактна, исключены ошибки в монтаже. Однако стоимость несколько выше, чем у отдельных диодов и невозможно отремонтировать один элемент, приходится менять весь модуль.

Принцип работы диодного моста

Вспомним характеристики и назначение диода. Если не вдаваться в технические детали – он пропускает электрический ток в одном направлении, и закрывает ему путь в противоположном.

Этого свойства уже достаточно для того, чтобы собрать простейший выпрямитель на одном диоде.

Элемент просто включается в цепь последовательно, и каждый второй импульс тока, идущий в противоположном направлении — отрезается.

Такой способ называется однополупериодным, и у него есть множество недостатков:

Очень сильная пульсация, между полупериодами возникает пауза в подаче тока, равная длине половины синусоиды.

В результате отрезания нижних волн синусоиды, напряжение уменьшается вдвое. При точном измерении уменьшение оказывается больше, поскольку потери есть и в диодах.

Способность снижать напряжение вдвое при его выпрямлении, нашла применение в ЖКХ.

Жильцы многоквартирных подъездов, устав менять постоянно перегорающие лампочки – оснащают их диодами.

При включении последовательно, снижается яркость свечения и лампа «живет» гораздо дольше.

Правда сильное мерцание утомляет глаза, и такой светильник годится лишь для дежурного освещения.

Для уменьшения потерь, применяется соединение четырех элементов.

Двухполупериодный диодный мост, схема работы:

В каком бы направлении не протекал переменный ток на вводных контактах, выход диодного моста обеспечивает неизменную полярность на его выходных контактах.

Частота пульсаций такого соединения ровно в два раза выше частоты переменного тока на входе.

Поскольку плечи моста не могут одновременно пропускать ток в обоих направлениях – обеспечивается стабильная защита схемы.

Даже если у вас в устройстве перегорел диодный мост – короткого замыкания или скачка напряжения не будет.

Надежность мостовой схемы проверена десятилетиями. Защита от перенапряжения на входе гарантируется трансформатором.

От перегрузки спасает стабилизатор на выходе. Пробивает диодный мост лишь в случае использования бракованных деталей, или в автомобиле, где схема подвергается постоянным нагрузкам.

Как работает диодный мост при минимальном напряжении?

Падение напряжения в диодном мосту составляет до 0,7 вольт. При использовании обычной элементной базы в низковольтных схемах, иногда падение напряжения составляет до 50% от номинала блока питания. Такая погрешность недопустима .

Для обеспечения работы блоков питания с напряжением от 1,5 вольт до 12 вольт – используются диоды Шоттки.

При прямом протекании тока, падение напряжения на одном кристалле составляет не более 0,3 вольта. Умножаем на четыре элемента в мосту – получается вполне приемлемое значение потерь.

Кроме того, если диодный мост Шоттки на уровень помех – вы получите значение, недостижимое для кремниевых p-n диодов.

Еще одно достоинство, обусловленное отсутствием p-n перехода – способность работать на высокой частоте.

Поэтому выпрямители сверх высокочастотного напряжения делают исключительно на диодах этого типа.

Однако у диодов Шоттки есть и недостатки
. При воздействии обратного напряжения, пусть даже кратковременном – элемент выходит из строя.

Проверка диодного моста мультиметром показывает, что именно эта причина имеет необратимые последствия.

Обычный германиевый или кремниевый элемент с p-n переходом самостоятельно восстанавливаются после переполюсовки.

Поэтому мосты на диодах Шоттки применяются только в низковольтных блоках питания и при наличии защиты от обратного напряжения.

Что делать, если есть подозрения на поломку моста?

Выпрямитель собран на обычной элементной базе, поэтому мы расскажем, как в домашних условиях проверить диодный мост мультиметром.

На иллюстрации видно, как протекает ток по мосту. Принцип тестирования такой же, как при проверке одиночных диодов.

Смотрим по справочнику, какие выводы модуля соответствуют переменному входу или полярному выходу – и выполняем прозвонку.

Как прозвонить диодный мост без выпаивания из схемы?

Поскольку ток в обратном направлении через диод не течет, неправильные результаты проверки говорят о пробое моста.

Извлекать мост нет необходимости, остальные элементы блока питания не оказывают влияния на измерение.

Итог: Любой из вас сможет как самостоятельно собрать диодный мост, так и отремонтировать его в случае поломки. Достаточно иметь элементарные навыки в электротехнике.

Смотрите видео: как мультиметром проверить диодный мост генератора вашего автомобиля.
https://m.youtube.com/watch?v=SDMj2xcuCOo

Подробный рассказ о том как проверить диодный мост мультиметром в этом видео сюжете

Одной из важнейших частей электронных приборов питающихся от сети переменного тока 220 вольт является так называемый диодный мост. Диодный мост – это одно из схемотехнических решений, на основе которого выполняется функция выпрямления переменного тока.

Как известно, для работы большинства приборов требуется не переменный ток, а постоянный. Поэтому возникает необходимость в выпрямлении переменного тока.

Думаю понятно, что в случае отдельных диодов нужно просто заменить один неисправный диод, что, соответственно, обойдётся дешевле.

В реальности сборка диодного моста может выглядеть вот так.


Диодная сборка KBL02 на печатной плате

Или вот так.


Диодная сборка RS607 на плате компьютерного блока питания

А вот так выглядит диодная сборка DB107S для поверхностного (SMD) монтажа. Несмотря на свои малые размеры, сборка DB107S выдерживает прямой ток 1 A и обратное напряжение в 1000 V.

Более мощные выпрямительные диодные мосты требуют охлаждения, так как при работе они сильно нагреваются. Поэтому их корпус конструктивно выполнен с возможностью крепления на радиатор. На фото – диодный мост KBPC2504 , рассчитанный на прямой ток 25 ампер.

Естественно, любую мостовую сборку можно заменить 4-мя отдельными диодами, которые соответствуют нужным параметрам. Это бывает необходимо, когда нужной сборки нет под рукой.

Иногда это вводит новичков в замешательство. Как же правильно соединить диоды, если предполагается изготовление диодного моста из отдельных диодов? Ответ изображён на следующем рисунке.



Условное изображение диодного моста и диодной сборки

Как видим всё довольно просто. Чтобы понять, как нужно соединить диоды, нужно вписать в стороны ромба изображение диода.

На принципиальных схемах и печатных платах диодный мост могут обозначать по-разному. Если используются отдельные диоды, то рядом с ними просто указывается сокращённое обозначение – VD , а рядом ставиться его порядковый номер в схеме. Например, вот так: VD1 VD4 . Иногда применяется обозначение VDS . Данное обозначение указывается обычно рядом с условным обозначением выпрямительного моста. Буква S в данном случае подразумевает, что это сборка. Также можно встретить обозначение BD .

Где применяется схема диодного моста?

Мостовая схема активно применяется практически в любой электронике, которая питается от однофазной электросети переменного тока (220 V): музыкальных центрах, DVD-проигрывателях, кинескопных и ЖК-телевизорах… . Да где его только нет! Кроме этого, он нашёл применение не только в трансформаторных блоках питания , но и в импульсных. Примером импульсного блока питания, в котором применяется данная схема, может служить рядовой компьютерный блок питания. На его плате легко обнаружить либо выпрямительный мост из отдельных мощных диодов, либо одну диодную сборку.

В сварочных аппаратах можно обнаружить очень мощные диодные мосты, которые крепятся к теплоотводу. Это лишь несколько примеров того, где может применяться данное схемотехническое решение.

Для начала ответьте на простои вопрос: «Какое напряжение в сети?» Наверняка большинство скажут; «220 вольт». Иные ещё добавят: «Переменное, 50 герц». Всё это, конечно, верно. Напряжение (эффективное) в большинстве осветительных сетей составляет 220 В, и оно переменное, синусоидальной формы, а частота синусоидальных колебаний составляет 50 Гц, что соответствует периоду повторения 20 миллисекунд.

Рисунок 1.

Но немногие знают, что амплитудное значение напряжения в сети составляет примерно 310 В, а разница (размах) между максимальным и минимальным значениями – целых 620 В (рисунок 1а). Подсчитать амплитудное значение несложно – нужно эффективное напряжение умножить на √2. Что это даёт? Таким образом можно подсчитать, какое постоянное напряжение получится из переменного, если его выпрямить.

Делают это с помощью полупроводниковых диодов (рисунок 2а). Диод (он обозначен символом VD1) имеет два электрода – катод (к) и анод (а). Ток через диод может проходить только в направлении от анода к катоду (по «стрелке» его графического изображения). Б обратную сторону ток через диод (особенно если он кремниевый) почти не течёт – говорят, что тогда диод «закрыт».

Рисунок 2.

Чтобы выпрямление было наиболее совершенным – двухполупериодным, четыре (VD1 – VD4) диода объединяют в так называемую мостовую схему (рисунок 2б). Но есть и готовые диодные мосты – на рисунке 2в приведён один из них – VD1.

Работает мостовой двухпопупериодный выпрямитель так.

Представим себе обычную лампу накаливания HL1 на напряжение 220 В, Тогда по схеме на рисунке 3а она будет светить примерно так же, как если бы диодов VD1 – VD4 не было вовсе. Ведь когда в сети в течение 10 мс действует полярность напряжения, показанная на рисунке 3б, ток будет течь через диод VD1, лампу HL1 и диод VD4. Когда же в течение других 10 мс полярность напряжения в сети изменится на противоположную (рисунок 3в), ток потечёт через VD3, пампу HL1 и диод VD2. Иными словами, теперь ток через лампу HL1 все время идёт в одном и том же направлении, а не в разных, как рис. 1 в сети переменного тона. Но для лампы накаливания это как бы безразлично – её нить нагревается одинаково, в какую бы сторону ни шёл ток. Нагрев будет тем же самым, приложим мы к лампе напряжение по графику рисунка 1а (переменное напряжение с частотой 50 Гц) либо по графику на рисунке 1б (пульсирующее напряжение с частотой 100 Гц).


Рисунок 3.

Если же теперь параллельно лампе подключить оксидный (электролитический) конденсатор С1 (на рисунке 3г), лампа HL1 вспыхнет значительно ярче. Ведь запаса электроэнергии в конденсаторе С1 почти хватает для того, чтобы компенсировать снижение напряжения в «антрактах» между отдельными пульсациями. Следовательно, напряжение на конденсаторе С1 будет близко к амплитудному значению 310 В (рисунок 1в). В ходе такого эксперимента наша лампочка вполне может попросту перегореть!

Будем считать, что наш эксперимент чисто умозрительный – вряд ли вам потребуется такое высокое напряжение (310 В!), которое между тем, было популярно в ламповой технике. Теперь транзисторная и микросхемная техника имеет дело с напряжениями меньше в 10…50 раз. Да это и хорошо – такой уровень уже вполне безопасен.

Уменьшим напряжение обычным способом – с помощью понижающего трансформатора Т1 (рисунок 4). Он может быть накальным от старого лампового телевизора. Если на первичную обмотку I подать 220 В, то на вторичной обмотке II напряжение будет примерно до 7,5 В. Мы уже знаем, что это эффективное значение напряжения. Значит, амплитудное значение должно получиться вроде бы в 1,41 раза больше, и будет составлять примерно 10,5 В. Но на конденсаторе С1 на самом деле будет несколько меньше, а именно – около 9 В. Дело в том, что до сих пор мы условно не учитывали падение напряжения на двух «открытых» диодах. А оно составляет ни много ни мало – приблизительно 1,4 В (для кремниевых диодов). Следовательно, реально мы получим постоянное напряжение около 9 В. И наш сетевой выпрямитель сможет выполнять роль батарей «Крона», «Корунд», «Ореол-1» или аккумуляторной батареи 7Д-0, 115-У1.1. От такого выпрямителя вполне можно питать небольшой приёмник, маленький плейер…

Рисунок 4.

Для подключения к сети в выпрямителе используется обычная вилка ХР1 (рисунок 4), Аппаратуру к нему подсоединяют с помощью розетки XS1, которую берут от старой батареи «Крона». Оксидный конденсатор С1 может быть любого типа: чем его ёмкость больше – тем лучше, меньше будут пульсации выпрямленного напряжения. Диодный мост VD1 берут с любым буквенным индексом из диодных сборок серий КЦ405, КЦ402. Если готовой сборки нет, её заменяют мостом, собранным из четырёх диодов. Наиболее подходящие диоды для такой замены – серий КД105 или КД208, КД209. Но можно применить и современную серию КД226 либо использовать популярные в прошлом диоды серии Д226. Если же вы возьмёте не кремниевые, а германиевые диоды, то выпрямленное напряжение повысится почти до 10 В, что, впрочем, вполне допустимо для аппаратуры. Полученная «добавка» объясняется тем, что у германиевых диодов прямое падение напряжения меньше (около 0,4 В для каждого диода), чем у кремниевых (порядка 0,7 В). Такие диоды, вполне возможно, «завалялись» у заядлых радиолюбителей, и они поделятся ими. Очень хорошо будут работать старые диоды серии Д7 (например, Д7Ж, Д7Е). Но годятся и более древние – ДГЦ-24, ДГЦ-25, ДГЦ-26, ДГЦ-27.

Не забудьте перед сборкой проверить диоды на исправность, это особенно важно, если вам они достались случайно. Проверять их можно по-разному, но лучше всего это сделать омметром. В одном направлении диод (в особенности если он германиевый) будет иметь очень маленькое сопротивление, а в другом – напротив, очень большое (если он кремниевый).

Диодный мост, принцип работы и схема

Несмотря на то что в бытовых розетках, как известно, присутствует переменное напряжение величиной 220 В, подавляющее большинство электронных приборов требует намного меньших значений. Более того, это питание должно осуществляться не переменным, а постоянным током. Именно поэтому практически каждый бытовой прибор имеет в составе своей схемы выпрямитель — диодный мост.

Блок: 1/8 | Кол-во символов: 369
Источник: https://pochini.guru/sovety-mastera/diodnyiy-most

Порядок работы

На вход (Input) схемы подаётся переменное напряжение (не обязательно синусоидальное). В каждый из полупериодов ток проходит только через 2 диода, 2 других — заперты:

Выпрямление положительной полуволны

Выпрямление отрицательной полуволны

При выпрямлении 3-фазного тока 3-фазным выпрямителем результат получается ещё более «гладким»

В результате, на выходе (DC Output) получается напряжение, пульсирующее с частотой, вдвое большей частоты питающего напряжения:

Красным — исходное синусоидальное напряжение , зелёным — однополупериодное выпрямление (для сравнения), синим — рассматриваемое двухполупериодное

Эта же схема может быть использована при питании ответственных нагрузок постоянным током в целях их защиты от переполюсовки.

Блок: 2/10 | Кол-во символов: 750
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BC%D0%BE%D1%81%D1%82

Постоянный и переменный ток

Из учебного курса физики все знают, что электрический ток подразумевает протекание электрического заряда из одного проводника в другой. В отличие от постоянного тока, который действительно идет в одном направлении (от минуса к плюсу), переменный течет сначала в одну сторону, а затем — в другую. Если подключить к розетке осциллограф, можно получить схематическое изображение такого движения тока.

На рисунке представлена осциллограмма переменного тока, где по оси абсцисс показано время, а по оси ординат — напряжение. Из графика хорошо видно, что напряжение плавно нарастает до величины 220 В, потом уменьшается до нуля и нарастает до той же величины, но с противоположным знаком. Иными словами, напряжение в розетке постоянно меняет знак со скоростью 50 раз в секунду.

Для сравнения можно подключить щупы осциллографа к источнику постоянного тока. В качестве него могут использоваться клеммы батарейки. В этом случае картина будет несколько иная.

Осциллограмма постоянного тока, показанная на изображении, наглядно демонстрирует, как на протяжении всего времени напряжение на клеммах имеет постоянную величину. При замыкании цепи ток будет течь в одну сторону.

Блок: 2/8 | Кол-во символов: 1187
Источник: https://pochini.guru/sovety-mastera/diodnyiy-most

Выпрямитель

Практически, для получения постоянного (а не пульсирующего) напряжения, схему надо дополнить фильтром на конденсаторе, а также, возможно, дросселем и стабилизатором напряжения.

Блок: 3/10 | Кол-во символов: 192
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BC%D0%BE%D1%81%D1%82

Особенности видов напряжения

Возникает закономерный вопрос о том, зачем в розетках используется переменный ток, если подавляющее большинство электронной аппаратуры питается постоянным током. Дело в том, что для питания узлов той или иной аппаратуры требуются напряжения разной величины. Процессор компьютера, например, питается 3 В, а мобильный телефон требует для своей зарядки целых 5 В. Усилителю музыкального центра нужно уже около 25 В.

Постоянное напряжение достаточно сложно трансформировать из одной величины в другую, а вот переменное — запросто. Для этого служат, к примеру, трансформаторы. Некоторые важные силовые узлы, такие как двигатели, все же нуждаются в переменном напряжении. Поэтому промышленные генераторы, питающие бытовые розетки, вырабатывают его до общепринятой величины (например, 220 В), а каждый прибор уже на месте получает из него то, что ему требуется.

Блок: 3/8 | Кол-во символов: 881
Источник: https://pochini.guru/sovety-mastera/diodnyiy-most

Как работает диодный мост: для чайников, просто и коротко

На вход диодного моста подается переменный ток, полярность которого в бытовой электросети меняется с частотой 50 Гц. Диодная сборка «срезает» часть синусоиды, которая для прибора «является» обратной, и меняет ее знак на противоположный. В результате на выходе к нагрузке подается пульсирующий ток одной полярности.

Обозначение диодного моста на схеме

Частота этих пульсаций в 2 раза превышает частоту колебаний переменного тока и равна в данном случае 100 Гц.

Работа диодного моста

На рисунке а) изображена обычная синусоида напряжения переменного тока. На рисунке б) – срезанные положительные полуволны, полученные при использовании выпрямительного диода, который пропускает через себя положительную полуволну и запирается при прохождении отрицательной полуволны. Как видно из схемы, одного диода для эффективной работы недостаточно, поскольку «срезанная» отрицательная часть полуволн теряется и мощность переменного тока снижается в 2 раза. Диодный мост нужен для того, чтобы не просто срезать отрицательную полуволну, а поменять ее знак на противоположный. Благодаря такому схемотехническому решению, переменный ток полностью сохраняет мощность. На рисунке в) – пульсирующее напряжение после прохождения тока через диодную сборку.

Пульсирующий ток строго назвать постоянным нельзя. Пульсации мешают работе электроники, поэтому для их сглаживания после прохождения диодного моста в схему нужно включить фильтры. Простейший тип фильтра – электролитические конденсаторы значительной емкости.

На печатных платах и принципиальных схемах диодный мост, в зависимости от того, как он устроен (отдельные элементы или сборка), может обозначаться по-разному. Если он состоит из отдельно впаянных диодов, то их обозначают буквами VD, рядом с которыми указывают порядковый номер – 1-4. Буквами VDS обозначают сборки, иначе –VD.

Блок: 3/9 | Кол-во символов: 1892
Источник: https://www.RadioElementy.ru/articles/chto-takoe-diodnyy-most/

Преимущества и недостатки

Кроме диодного моста существуют и другие способы преобразования переменного в постоянный ток. В сравнении с однополупериодным, двухполупериодное выпрямление обладает рядом преимуществ:

  • И отрицательная, и положительная полуволна синусоиды преобразуются в выходное напряжение, поэтому вся мощность трансформатора используется в наиболее оптимальной степени.
  • За счет большей частоты пульсации получаемое от диодного выпрямителя напряжение куда проще сглаживать при помощи фильтров.
  • Использование электроэнергии под нагрузкой уменьшает потери мощности на перемагничивание сердечника, возникающее из-за процессов взаимоиндукции в обмотках питающего трансформатора.
  • Гармоничное перераспределение кривой электротока и напряжения на выходе – за счет передачи каждого полупериода сразу двумя диодами в мосте, выходной параметр получается куда более равномерным.

К недостаткам диодного моста следует отнести и большее падение напряжения, в сравнении с однополупериодной схемой или выпрямителем с отводом из средней точки. Это обусловлено тем, что ток протекает сразу черед два полупроводниковых элемента и встречает омическое сопротивление от каждого из них. Такой недостаток может оказывать существенное влияние в слаботочных цепях, где доли ампера могут решать значение сигналов, режимы работы агрегатов и т.д. В качестве решения могут применяться диодные мосты с диодами Шотки, у которых падение прямого напряжения относительно ниже.  

Еще одним недостатком является сложность определения перегоревшего звена, так как при выходе со строя хотя бы одного диода вся схема будет продолжать работать. Понять, что один из полупроводниковых элементов выпал из цепи можно лишь с помощью измерений, далеко не всегда прибор или схема отреагируют при сбое видимой неисправностью.

Блок: 4/5 | Кол-во символов: 1795
Источник: https://www.asutpp.ru/diodnyy-most.html

Практические опыты

Для начала возьмем простой диод.

Катод можно легко узнать по серебристой полоске. Почти все производители показывают катод полоской или точкой.

Чтобы наши опыты были безопасными, я взял понижающий трансформатор, который из 220В делает 12В.

На первичную обмотку цепляем 220 Вольт, со вторичной обмотки снимаем 12 Вольт. Мультиметр показал чуть больше, так как на вторичной обмотке нет никакой нагрузки. Трансформатор работает на  так называемом “холостом ходу”.

3,3х5=16.5В – это максимальное значение напряжения.  А если разделить максимальное амплитудное значение на корень из двух, то получим где то 11,8 Вольт. Это и есть действующее значение напряжения. Осциллограф 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 трансформатора наш диод.

Цепляемся снова щупами осциллографа

Смотрим на осциллограмму

А где же нижняя часть изображения? Ее срезал диод. Он оставил только верхнюю часть, то есть ту, которая положительная.

Находим еще  три таких диода и спаиваем диодный мост.

Цепляемся ко вторичной обмотке трансформатора по схеме диодного моста.

С двух других  концов снимаем постоянное пульсирующее напряжение щупом осциллографа и смотрим на осциллограмму

Вот, теперь порядок.

Блок: 4/7 | Кол-во символов: 1357
Источник: https://www.RusElectronic.com/diodnyj-most/

Практическое применение

На практике диодный мост имеет довольно широкий спектр применения – это и цифровая техника, блоки питания в персональных компьютерах, ноутбуках, различных устройствах, автомобильных генераторах, питающихся от низкого постоянного напряжения. Помимо этого их можно встретить в системах звуковоспроизведения, измерительной техники, теле- радиовещания, они устанавливаются в ряде различных устройств по всему дому. Для лучшего понимания роли диодного моста в этих приборах мы рассмотрим несколько конкретных схем, в которых он применяется.

Примеры схем с диодным мостом и их описание

Одна из наиболее простых схем с применением диодного моста – это зарядное устройство, применяемое для оборудования, питаемого низким напряжением. Один из таких вариантов рассмотрим на следующем примере

Рис. 5. Схема зарядного устройства

Как видите на рисунке, от понижающего трансформатора Т1 напряжение из переменного 220В преобразуется в переменное на уровне 7 – 9В. После этого пониженное напряжение подается на диодный мост VD, от которого выпрямленное через сглаживающий конденсатор С1 на микросхему КР. От микросхемы выпрямленное напряжение стабилизируется и выдается на клеммы разъема.

Рис. 6. Схема карманного фонаря

На рисунке выше приведен пример схемы карманного фонаря, данная модель подключается к бытовой сети 220В через розетку, что представлено соединением разъема Х1 и Х2. Далее напряжение подается на мост  VD, а с него уже на микросхему DA1, которая при наличии входного питания сигнализирует об этом через светодиод HL1. После этого напряжение питания приходит на аккумулятор GB, который заряжается и затем используется в качестве основного источника питания для лампы фонарика.

Пример схемы сварочного агрегата

Здесь представлен пример схемы сварочного агрегата, в котором диодный мост устанавливается сразу после понижающего трансформатора для выпрямления электрического тока. Из-за сложности схемы дальнейшее рассмотрение работы устройства нецелесообразно. Стоит отметить, что существуют и другие устройства с еще более сложным принципом работы – импульсные блоки питания, ШИМ модуляторы, преобразователи и т.д.

Блок: 5/5 | Кол-во символов: 2153
Источник: https://www.asutpp.ru/diodnyy-most.html

Выпрямительный мост своими руками

Каждый, кто занимается конструированием электронных устройств, не обходится без выпрямителя. Он присутствует практически в каждом самодельном приборе, питаемом от сети. Для того чтобы собрать выпрямитель, недостаточно взять четыре диода и скрутить им ножки согласно приведенной схеме. Для того чтобы мост работал, придется ближе познакомиться с диодами и их характеристиками перед тем, как браться за паяльник. Основные характеристики, которые понадобятся при построении выпрямителя у полупроводников, следующие:

  1. Максимально допустимое обратное напряжение. Напряжение, которое способен выдерживать диод в закрытом состоянии.
  2. Максимально допустимый прямой ток. Ток, который может долговременно выдерживать диод без повреждения.
  3. Прямое напряжение. Величина падения напряжения на открытом диоде.
  4. Граничная частота. Частота переменного тока, на которой прибор еще может работать.

При сборке сетевого выпрямителя, способного отдавать в нагрузку ток в 1 А, необходимо сделать диодный мост на 12 вольт. Так выглядит практическая схема мостового выпрямителя.

Прежде всего, необходимо правильно всё рассчитать и подобрать нужный тип полупроводников, исходя из имеющихся диодов. Если в распоряжении есть диоды Д226, КД204А, КД201А и Д247, нужно открыть справочник и ознакомиться с их основными характеристиками (напряжением, током и граничной частотой):

  • Д226 — 400 В, 0,3 А, 1 кГц;
  • КД204А — 400 В, 0,4 А, 50 кГц;
  • КД201А — 100 В, 5 А, 1,1 кГц;
  • Д247 — 500 В, 10 А, 1 кГц.

Все четыре типа диодов подходят по напряжению и частоте, но первые два не выдержат ток в 1 А. Остаются КД201А и Д247. Решение взять те или другие зависит от конструкции блока питания. Первые диоды компактнее, вторые имеют хороший запас по току.

Сглаживающий конденсатор С1 нужно выбирать по типу, электрической емкости и напряжению. Понадобится электролитический конденсатор емкостью от 1 000 до 20 000 мкФ с рабочим напряжением не ниже 25 В. Чем выше емкость сглаживающего конденсатора, тем качественнее будет выпрямленное напряжение, но тем больше по габаритам окажется сама конструкция. Всю необходимую информацию, включая емкость, полярность и рабочее напряжение можно увидеть прямо на конденсаторе.

Осталось включить паяльник и спаять схему, не забывая при этом, что электролитические конденсаторы — полярные приборы. Они имеют плюс и минус, путать которые нельзя.

Блок: 5/8 | Кол-во символов: 2349
Источник: https://pochini.guru/sovety-mastera/diodnyiy-most

Конструкция

Внешний вид однокорпусных мостов

Мосты могут быть изготовлены из отдельных диодов, и могут быть выполнены в виде монолитной конструкции (диодная сборка).

Монолитная конструкция, как правило, предпочтительнее — она дешевле и меньше по объёму (хотя не всегда той формы, которая требуется). Диоды в ней подобраны на заводе и наверняка имеют одинаковые параметры и при работе находятся в одинаковом тепловом режиме. Сборку проще монтировать.

В монолитной конструкции при выходе из строя одного диода приходится менять весь монолит. В конструкции из отдельных диодов может меняться только один диод.

При выпрямлении больших токов на диодах рассеивается значительная тепловая энергия, поэтому применяются дискретные диоды средней или большой мощности, допускающие установку на внешний теплоотвод.

Блок: 6/10 | Кол-во символов: 804
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BC%D0%BE%D1%81%D1%82

Выбор типа сборки

Использование выпрямительного моста вместо четырех диодов не только существенно упрощает сборку, но и делает конструкцию более компактной. Принцип выбора типа сборки тот же — по напряжению, току и частоте. Чтобы определить, подойдет ли, к примеру, сборка КЦ402Г, фото и схема которого приведены выше, нужно обратиться к справочнику. В нём указаны следующие характеристики моста:

  • максимальное обратное напряжение диодов — 300 В;
  • прямой ток всей сборки — 1 А;
  • граничная частота — 5 кГц.

Мостик подходит, но микросборка будет работать на пределе своих возможностей по току. Для обеспечения надежности схемы лучше использовать более мощный прибор. Например, мост КЦ409А на ток 3 А или КЦ409И на 6 А.

Блок: 6/8 | Кол-во символов: 708
Источник: https://pochini.guru/sovety-mastera/diodnyiy-most

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.

Блок: 6/9 | Кол-во символов: 1487
Источник: https://rusenergetics.ru/%D0%B1%D0%B5%D0%B7-%D1%80%D1%83%D0%B1%D1%80%D0%B8%D0%BA%D0%B8/sxema-podklyucheniya-i-naznachenie-diodnogo-mosta

Резюме

Диодный мост (выпрямитель) используется для преобразования переменного тока в постоянный.

Диодный мост используется почти во всей радиоаппаратуре, которая “кушает” напряжение из переменной сети, будь то простой телевизор или даже зарядка от сотового телефона.

Блок: 7/7 | Кол-во символов: 266
Источник: https://www.RusElectronic.com/diodnyj-most/

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.

Блок: 7/9 | Кол-во символов: 1570
Источник: https://rusenergetics.ru/%D0%B1%D0%B5%D0%B7-%D1%80%D1%83%D0%B1%D1%80%D0%B8%D0%BA%D0%B8/sxema-podklyucheniya-i-naznachenie-diodnogo-mosta

Использование барьера Шоттки

Еще одна основная характеристика, которая не использовалась в предыдущих расчетах, — прямое падение напряжения на открытом диоде. Диод только теоретически проводит ток в одну сторону, а диэлектрик — в другую. На практике в прямом подключении на приборе падает напряжение, которое может достигать 1,5 В и более.

Это значит, что напряжение на выходе однополупериодного выпрямителя будет ниже входного на 1,5 В, а если использовать мостовую схему, то на все 3 В. Кроме того, вольты, помноженные на протекающий через выпрямитель ток, будут бесполезно рассеиваться на диодах в виде тепла, уменьшая КПД схемы.

Избежать подобной неприятности позволяют диоды с барьером Шоттки. Они отличаются низким (десятые вольта) прямым падением напряжения, а значит, собранная на них схема будет обладать более высоким КПД и работать в облегченном режиме. Вид и схема мощной диодной сборки Шоттки представлены на изображении.

Сегодня и отдельные диоды, и диодные мосты Шоттки используются в качестве выпрямительных очень широко и выпускаются как отдельными приборами, так и сборками. Монтаж выпрямителя на диодах Шоттки ничем не отличается от сборки на обычных диодах.

Блок: 8/8 | Кол-во символов: 1173
Источник: https://pochini.guru/sovety-mastera/diodnyiy-most

Другие материалы по теме

Блок: 9/9 | Кол-во символов: 127
Источник: https://www.RadioElementy.ru/articles/chto-takoe-diodnyy-most/

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.

Блок: 9/9 | Кол-во символов: 3749
Источник: https://rusenergetics.ru/%D0%B1%D0%B5%D0%B7-%D1%80%D1%83%D0%B1%D1%80%D0%B8%D0%BA%D0%B8/sxema-podklyucheniya-i-naznachenie-diodnogo-mosta

Кол-во блоков: 39 | Общее кол-во символов: 38925
Количество использованных доноров: 7
Информация по каждому донору:
  1. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BC%D0%BE%D1%81%D1%82: использовано 3 блоков из 10, кол-во символов 1746 (4%)
  2. https://www.asutpp.ru/diodnyy-most.html: использовано 2 блоков из 5, кол-во символов 3948 (10%)
  3. https://rusenergetics.ru/%D0%B1%D0%B5%D0%B7-%D1%80%D1%83%D0%B1%D1%80%D0%B8%D0%BA%D0%B8/sxema-podklyucheniya-i-naznachenie-diodnogo-mosta: использовано 5 блоков из 9, кол-во символов 10550 (27%)
  4. https://pochini.guru/sovety-mastera/diodnyiy-most: использовано 7 блоков из 8, кол-во символов 10532 (27%)
  5. https://go-radio.ru/diodniy%20most.html: использовано 3 блоков из 6, кол-во символов 2780 (7%)
  6. https://www.RadioElementy.ru/articles/chto-takoe-diodnyy-most/: использовано 5 блоков из 9, кол-во символов 4824 (12%)
  7. https://www.RusElectronic.com/diodnyj-most/: использовано 6 блоков из 7, кол-во символов 4545 (12%)

2R нагрев катушки внутри этого трансформатора пропорционален действующему значению тока через эту катушку. Если вы сохраните этот среднеквадратичный ток на достаточно низком уровне, производитель гарантирует, что трансформатор не перегреется и не выйдет из строя. (Большинство производителей указывают этот максимальный среднеквадратичный ток косвенно, исходя из номинальной мощности трансформатора в ВА.)

быстрый, консервативный расчет

Допустим, вам уже известно пиковое количество электронов, проходящих в секунду через какой-либо диод (Id_max), и какая часть полного цикла 1/60 секунды у этого диода ненулевой поток (D).2.

Так, например, если вы каким-то образом знаете, что любой диод проводит 1/17 полного цикла – другими словами, d1 проводит 2/17 одного полупериода, тогда он имеет нулевой ток, в то время как d2 проводит 2/17. следующего полупериода, и поэтому ненулевой ток протекает через трансформатор 2/17 времени.

Скажем, например, вы также знаете, что Id_max составляет 2 А. В любой момент, когда (ненулевые) электроны проходят через какой-либо диод, через трансформатор проходит точно такое же количество электронов в секунду.2 = около 0,47 A_RMS

, поэтому для выходного трансформатора 24 В переменного тока мне нужно указать

  расчетное_ВА = среднеквадратичное значение * расчетное_И_ среднеквадратичное значение = 24 В переменного тока * 0,47 А_ среднеквадратичное значение = около 11,3 ВА.
  

Конечно, никто не продает трансформаторы мощностью ровно 11,3 ВА, поэтому я бы округлил до трансформатора 12 ВА, 15 ВА или 20 ВА – все, что есть у моих поставщиков по разумной цене.

Это консервативная оценка – фактический среднеквадратичный ток через трансформатор несколько меньше, чем эта оценка, но больше, чем действующий ток через нагрузку.

подробнее

Для более точного расчета действительного среднеквадратичного значения тока, протекающего через трансформатор, Я мог бы разделить полный цикл на 6 или около того временных отрезков, оценить ток, протекающий в течение каждого временного интервала – это довольно просто, когда оно равно нулю – а затем выполните расчет среднеквадратичного значения (RMS): возвести в квадрат каждый ток, усреднить каждое из этих значений в квадрате, взвешенное по времени протекания тока, а затем получить квадратный корень из этого среднего. Возможно, будет быстрее и точнее запустить моделирование с тысячами временных интервалов, чем обрабатывать его вручную.

Существует множество способов уменьшения среднеквадратичного значения тока через трансформатор при подаче точно такой же мощности на нагрузку. Электроэнергетические компании любят эти методы, потому что их клиенты так же довольны (нагрузка получает точно такую ​​же мощность), им платят одинаковую сумму денег (для клиентов, которые платят за кВтч), и они могут тратить меньше денег на трансформаторы и длинные линии электропередач (потому что более высокие среднеквадратичные токи требуют больших, более тяжелых и более дорогих трансформаторов и линий электропередач).Эти методы известны под общим названием «коррекция коэффициента мощности».

Связанный:

Возможно, самым простым из таких приемов является резистор “R1” на приведенной выше схеме. В некоторых системах используется более сложная схема «заливки впадин» – см. Последовательные конденсаторы в электронном балласте люминесцентной лампы. И многие системы, такие как большинство компьютерных блоков питания, используют еще более сложную систему «коррекции активной мощности».

Полнополупериодный мостовой выпрямитель – инженеры в последнюю минуту

Существует еще одна, более популярная конструкция двухполупериодного выпрямителя, построенная на основе конфигурации четырехдиодного моста.Он известен как полноволновой мостовой выпрямитель или просто мостовой выпрямитель .

Преимущество этого типа конструкции перед версией с центральным отводом состоит в том, что он не требует специального трансформатора с центральным отводом, что резко снижает его размер и стоимость.

Также эта конструкция использует все вторичное напряжение в качестве входа для выпрямителя. Используя тот же трансформатор, мы получаем в два раза больше пикового напряжения и вдвое больше постоянного напряжения с мостовым выпрямителем, чем с двухполупериодным выпрямителем с центральным ответвлением.

Вот почему мостовые выпрямители используются гораздо чаще, чем двухполупериодные.

Полноволновой мостовой выпрямитель

Для выпрямления обоих полупериодов синусоидальной волны в мостовом выпрямителе используются четыре диода, соединенные вместе в «мостовой» конфигурации. Вторичная обмотка трансформатора подключена с одной стороны сети диодного моста, а нагрузка – с другой.

На следующем изображении показана схема мостового выпрямителя.

Работа этой схемы легко понять по одному полупериоду за раз.

Во время положительного полупериода источника диоды D1 и D2 проводят ток, в то время как D3 и D4 имеют обратное смещение. Это создает положительное напряжение нагрузки на нагрузочном резисторе (обратите внимание на положительную полярность нагрузочного резистора).

В течение следующего полупериода полярность напряжения источника меняется на противоположную. Теперь D3 и D4 смещены в прямом направлении, а D1 и D2 – в обратном. Это также создает положительное напряжение нагрузки на нагрузочном резисторе, как и раньше.

Обратите внимание, что независимо от полярности входа напряжение нагрузки имеет одинаковую полярность, а ток нагрузки – в одном направлении.

Таким образом, схема преобразует входное напряжение переменного тока в пульсирующее выходное напряжение постоянного тока.

Если вам неприятно помнить правильное расположение диода в схеме мостового выпрямителя, вы можете обратиться к альтернативному представлению схемы. Это точно такая же схема, за исключением того, что все диоды расположены горизонтально и направлены в одном направлении.

Значение постоянного тока для двухполупериодного сигнала

Поскольку мостовой выпрямитель выдает двухполупериодный выходной сигнал, формула для расчета среднего значения постоянного тока такая же, как и для двухполупериодного выпрямителя:

Это уравнение говорит нам, что значение постоянного тока двухполупериодного сигнала составляет около 63.6 процентов от пикового значения. Например, если пиковое напряжение двухполупериодного сигнала составляет 10 В, напряжение постоянного тока будет 6,36 В

Когда вы измеряете полуволновой сигнал с помощью вольтметра постоянного тока, показание будет равно среднему значению постоянного тока.

A Приближение второго порядка

В действительности мы не можем получить идеальное двухполупериодное напряжение на нагрузочном резисторе. Из-за барьерного потенциала диод не включается, пока напряжение источника не достигнет примерно 0,7 В .

И поскольку мостовой выпрямитель управляет двумя диодами одновременно, два диода выпадают (0.7 * 2 = 1,4 В) напряжения источника теряются в диоде. Таким образом, пиковое выходное напряжение определяется по формуле:

Выходная частота

Двухполупериодный выпрямитель инвертирует каждый отрицательный полупериод, удваивая количество положительных полупериодов. Из-за этого двухполупериодный выход имеет в два раза больше циклов, чем входной.

Следовательно, частота двухполупериодного сигнала в два раза превышает входную частоту.

Например, если частота сети 60 Гц, выходная частота будет 120 Гц.

Фильтрация выходного сигнала выпрямителя

Выходной сигнал, который мы получаем от двухполупериодного выпрямителя, представляет собой пульсирующее постоянное напряжение, которое увеличивается до максимума, а затем уменьшается до нуля.

Нам не нужно такое постоянное напряжение. Что нам нужно, так это стабильное и постоянное напряжение постоянного тока, без каких-либо колебаний или пульсаций напряжения, которые мы получаем от батареи.

Чтобы получить такое напряжение, нам нужно отфильтровать двухполупериодный сигнал. Один из способов сделать это – подключить конденсатор, известный как сглаживающий конденсатор , через нагрузочный резистор, как показано ниже.

Изначально конденсатор не заряжен. В течение первой четверти цикла диоды D1 и D2 смещены в прямом направлении, поэтому конденсатор начинает заряжаться. Зарядка продолжается до тех пор, пока входной сигнал не достигнет пикового значения. В этот момент напряжение на конденсаторе равно Vp.

После того, как входное напряжение достигает пика, оно начинает уменьшаться. Как только входное напряжение становится меньше Vp, напряжение на конденсаторе превышает входное напряжение, что отключает диоды.

Когда диоды выключены, конденсатор разряжается через нагрузочный резистор и обеспечивает ток нагрузки, пока не будет достигнут следующий пик.

Когда наступает следующий пик, диоды D3 и D4 ненадолго проводят ток и заряжают конденсатор до максимального значения.

Недостаток

Единственным недостатком мостового выпрямителя является то, что выходное напряжение на два диода (1,4 В) меньше входного.

Этот недостаток является проблемой только для источников питания с очень низким напряжением. Например, если пиковое напряжение источника составляет всего 5 В, напряжение нагрузки будет иметь пик всего 3,6 В. Но если пиковое напряжение источника составляет 100 В, напряжение нагрузки будет близко к идеальному двухполупериодному напряжению (падение на диоде незначительно).

PREV

Двухполупериодный выпрямитель

Параметры трансформатора PowerVolt для источника питания

Цель этой статьи – предоставить практическое руководство по выбору номиналов трансформатора источника питания. Чтобы упростить это обсуждение, были сделаны различные основные предположения.

Параметры трансформатора зависят от типа используемого фильтра и конфигурации выпрямителя. Обычно используемые типы фильтров – это входные фильтры индуктивности и конденсатора. Однако из-за повышенного веса и стоимости индуктивный фильтр не пользуется большой популярностью.В большинстве источников питания используется стабилизатор напряжения, который обеспечивает дополнительное снижение пульсаций, поэтому L-C фильтр не требуется. В результате емкостного фильтра достаточно для большинства приложений, и он очень популярен среди разработчиков источников питания.

Ток, потребляемый от вторичной обмотки трансформатора, зависит от типа используемой выпрямительной схемы. Наиболее часто используемые однофазные цепи:

  • Полуволна (одиночный диод) – HW
  • Full Wave Center Tap (два диода) – FWCT
  • Полноволновой мост (четыре диода) – FWB
  • Двойной дополнительный ректификатор

Однополупериодный выпрямитель прост и дешевле.Однако очень сильные всплески тока во время интервала емкостной зарядки и однонаправленный постоянный ток во вторичной обмотке трансформатора требуют большего сердечника трансформатора, чтобы избежать насыщения. Следовательно, однополупериодный выпрямитель не очень популярен, и единственный случай, когда его стоит рассмотреть, – это уровни мощности ниже одного ватта.

Полуволна

Чаще используются схемы двухполупериодного выпрямителя.Всплески вторичного тока происходят дважды за цикл, поэтому они меньше по величине при удвоенной частоте питания. Выпрямитель FWCT использует два диода, и только половина вторичной обмотки трансформатора загружается одновременно. С другой стороны, выпрямитель FWB использует 4 диода, а вторичная обмотка трансформатора постоянно нагружается. Для источников низкого напряжения обычно предпочтительнее использовать FWCT, тогда как схема FWB чаще используется для источников более высокого напряжения.

Полноволновой или

Полноволновой Центральный ответвитель

Полноволновой мост

Схема двойного дополнительного выпрямителя – это комбинация двух схем FWCT.Этот тип выпрямительной схемы очень часто используется в источниках питания с двумя выходами, где два выхода имеют обратную полярность с заземлением. Он также назван «мостовым выпрямителем с центральным отводом».

Схема двойного дополнительного выпрямителя

Полноволновый центральный ответвитель (FWCT)

На приведенной выше диаграмме представлен двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением и емкостным фильтром.Для расчета вторичного напряжения трансформатора можно сделать следующие допущения:

  • В рег., Падение напряжения на регуляторе составляет примерно 3 В постоянного тока или более
  • Vrect, падение напряжения на выпрямителе составляет приблизительно 1,25 В постоянного тока или более
  • Vripple, пульсации напряжения составляют примерно 10% пика выходного напряжения.

Тогда для определения номинального напряжения вторичной обмотки трансформатора можно использовать следующую формулу:

где 0.9 – типичный КПД выпрямителя, Vном = номинальное входное линейное напряжение и Vlow = необходимое низкое линейное напряжение.

В качестве примера мы можем рассмотреть источник питания с емкостным фильтром и выходом 24 В постоянного тока при 2,4 А для работы при низком линейном напряжении 95 В переменного тока.

Следовательно, вторичное напряжение трансформатора может быть указано как 59 В переменного тока с центральным ответвлением.

Чтобы точно определить вторичный среднеквадратичный рейтинг манжеты, необходимо провести сложные вычисления.Однако для всех практических целей можно безопасно использовать приведенную ниже таблицу.

Тип выпрямителя

Тип выпрямителя Тип фильтра Среднеквадратичный вторичный ток
Полноволновой центральный метчик Вход дросселя = 0,7 х постоянного тока
Полноволновой центральный метчик Вход конденсатора = 1 к 1.2 x усилителя постоянного тока
Полноволновой мост Вход дросселя = 1 х постоянного тока
Полноволновой центральный метчик Вход конденсатора = от 1,6 до 1,8 x постоянного тока

В приведенном выше примере среднеквадратичный вторичный ток трансформатора должен быть: 1,2 x 2,4 = 2,88 А (среднеквадратичное значение). Полная спецификация трансформатора может быть определена как: 59VCT @ 2.88 А при 170 ВА

Полноволновой мост (FWB)

Те же соображения для FWCT применимы и к FWB. Единственное отличие – падение выпрямителя в два раза больше (4 диода вместо 2). Следовательно, для тех же требований к выходу, что и выше, Vrect = 2 x 1,25 = 2,5 В.

То есть, напряжение переменного тока можно указать на уровне 30,5 В переменного тока. Согласно приведенной выше таблице, номинал манжеты для емкостного фильтра должен быть 1.8 x 2,4 = 4,32 А среднеквадратичное значение. Таким образом, полные характеристики трансформатора можно определить как: 30,5 В при 4,32 А при 132 ВА

Двойная дополнительная поставка

Вышеупомянутые вычисления для FWCT также применимы к двойной дополнительной цепи. Рассмотрим пример источника питания с двумя выходами на 15 В постоянного тока при 800 мА. Таким образом, Vout = 15V, Vreg = 3V, Vrect = 1,25V, Vripple = 0,75V (1,0V P-P)

Следовательно, VAC = 38 В с центральным отводом; IAC = 1.8 x 800 = 1,44 А (среднеквадратичное значение). Таким образом, вторичный номинал трансформатора может быть определен как: 38VCT @ 1,44 А (среднеквадратичное значение), при 55 ВА

.

Наконец, следует обратить особое внимание на влияние высокой входной линии. Если предположить, что максимальное входное линейное напряжение составляет 130 В переменного тока, вторичное напряжение трансформатора повысится в соотношении 130/115 по сравнению с номинальным линейным входом. Таким образом, на входе 130 В переменного тока для источника питания 24 В постоянного тока, описанного выше, В переменного тока = (130/115) x 29,15 = 33,34 В

Для схемы двойного дополнения VAC = (130/115) x 19 = 21.5В

Увеличение выходного напряжения должно падать на стабилизаторе, что приводит к увеличению рассеиваемой мощности в регуляторе. Все конкретные случаи должны быть проверены на безопасную работу при этом условии.

Перед окончательным определением номинальных характеристик трансформатора необходимо уделить должное внимание регулированию нагрузки, повышению температуры, экранированию и т. Д. Следует отметить, что все расчетные значения относятся к номинальной полной нагрузке.

Мостовой выпрямитель

– Справочная информация по электронике

Меню курса Модуль 1 Введение в теорию электричества Модуль 2 Основные понятия Модуль 3 – Цепи постоянного тока Общие сведения о цепях постоянного тока Резисторы и схемы резисторов Конденсаторы и цепи конденсаторов Модуль 5 – Полупроводники Модуль 6 – Аналоговые схемы

Выпрямители – это схемы, которые преобразуют переменный ток (AC) в постоянный ток (DC).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, но лишь немного дороже, чем полуволновый выпрямитель. Мостовой выпрямитель – это схема, которая пропускает полную форму волны переменного тока, 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.

Нормальный
Тип Кол-во диодов Тип трансформатора Выход
Полуволновой выпрямитель 1
Двухполупериодный выпрямитель 2 С отводом по центру Двухполупериодный
Мостовой выпрямитель 4 Нормальный Нормальный 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.

Мостовые выпрямители используют 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 переменного тока.

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, при которых 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, не повредив диод. 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 включает в себя следующие компоненты:

1) Источник переменного тока, который подает форму входного переменного тока для всей цепи. Скорее всего, это электросеть, подаваемая 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 выход 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 тип тока называется переменным током; ток меняет направление. Вместо того, чтобы обрабатывать электроны через цепь, они покачивают вперед и назад 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 дает импульсный сигнал 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 соединения 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 соединению 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 пульсирует, D 1 выключен.

Выход второго полупериода

Выход D 2 затем объединяется с выходом диода D 1 , формируя форму волны с постоянными импульсами:

Мы видим, что этот выход идентичен выходу 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_ {peak} = 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} -1,4 В)} {\ pi} 

Мостовой выпрямитель с конденсаторным фильтром

Мостовой выпрямитель дает более качественный выходной сигнал, чем полуволновой выпрямитель. Однако он по-прежнему показывает 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, все еще 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 выход 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 выходному сигналу 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).

Calculus 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 находится в точке 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 m , 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 m , 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.

Мы можем определить I ‘как разницу между полным током и постоянной составляющей тока:

Затем мы можем найти среднеквадратичное значение I’, вычислив квадратный корень из квадрата его среднего значения:

 I_ {rms} '= \ sqrt {\ frac {1} {2 \ pi} \ int_0 ^ {2 \ pi} I' ^ 2 \, d \ alpha} = \ sqrt {\ frac {1} {2 \ pi} \ int_0 ^ {2 \ pi} (I-I_ {DC}) ^ 2 \, d \ alpha} 

Как и раньше, мы можем упростить это, возведя обе стороны в квадрат:

 I_ {rms} '^ { 2} = \ frac {1} {2 \ pi} \ int_0 ^ {2 \ pi} (I-I_ {DC}) ^ 2 \, d \ alpha = \ frac {1} {2 \ pi} \ int_0 ^ {2 \ pi} I ^ 2-2I (I_ {DC}) + I_ {DC} ^ 2 \, d \ alpha 

Это можно разделить на три отдельных термина. 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. 2} \ frac {R_L} {2R_f + R_L} = 0.81 \ frac {R_L} {R_f + R_L}

Следовательно, максимальный коэффициент использования трансформатора для двухполупериодного выпрямителя составляет 81%.

Пиковое обратное напряжение мостового выпрямителя (PIV)

При создании мостового выпрямителя необходимо учитывать пиковое обратное напряжение, потому что диоды должны быть выбраны так, чтобы их напряжение пробоя было больше, чем PIV.

PIV равен максимальному напряжению V м :

Следовательно, диод должен быть выбран таким образом, чтобы напряжение пробоя V BR было больше, чем V м :

Мостовой выпрямитель-схема полного выпрямителя Схема с дизайном и теорией

Двухполупериодный выпрямитель – это схема, которая использует оба полупериода входного переменного тока (AC) и преобразует их в постоянный ток (DC).В нашем руководстве по Полупериодный выпрямитель мы видели, что полуволновой выпрямитель использует только половину цикла входного переменного тока. Таким образом, двухполупериодный выпрямитель намного эффективнее (двойной +), чем полуволновой выпрямитель. Этот процесс преобразования обоих полупериодов входного питания (переменного тока) в постоянный ток (DC) называется двухполупериодным выпрямлением.

Двухполупериодный выпрямитель

может быть сконструирован двумя способами. В первом методе используется трансформатор с отводом от центра и 2 диода.Эта схема известна как полноволновой выпрямитель с центральным отводом .

Во втором методе используется обычный трансформатор с 4 диодами, расположенными в виде моста. Это устройство известно как мостовой выпрямитель.

Теория полноволнового выпрямителя

Чтобы полностью понять теорию двухполупериодного моста выпрямителя , вам нужно сначала изучить полуволновой выпрямитель. В руководстве по полуволновому выпрямителю мы четко объяснили основы работы выпрямителя.Кроме того, мы также объяснили теорию , лежащую в основе pn-перехода , и характеристики диода с pn-переходом .

Полноволновой выпрямитель – Работа и эксплуатация

Работа и эксплуатация двухполупериодного мостового выпрямителя довольно проста. Приведенные ниже принципиальные схемы и формы сигналов помогут вам в совершенстве понять принцип работы мостового выпрямителя. На принципиальной схеме 4 диода расположены в виде моста. Вторичная обмотка трансформатора подключена к двум диаметрально противоположным точкам моста в точках A и C.Сопротивление нагрузки R L подключено к мосту через точки B и D.

Полноволновой мостовой выпрямитель – принципиальная схема с формами входной и выходной волны
В течение первой половины цикла

Во время первого полупериода входного напряжения верхний конец вторичной обмотки трансформатора является положительным по отношению к нижнему концу. Таким образом, в течение первого полупериода диоды D1 и D 3 смещены в прямом направлении, и ток течет через плечо AB, входит в сопротивление нагрузки R L и возвращается обратно, протекая через плечо DC.В течение этой половины каждого входного цикла диоды D 2 и D 4 смещены в обратном направлении, и ток не может течь в плечах AD и BC. На рисунке выше поток тока обозначен сплошными стрелками. Ниже мы разработали еще одну диаграмму, которая поможет вам быстро понять текущий поток. См. Схему ниже – зеленые стрелки указывают начало протекания тока от источника (вторичной обмотки трансформатора) до сопротивления нагрузки. Красные стрелки указывают обратный путь тока от сопротивления нагрузки к источнику, таким образом замыкая цепь.

Протекание тока в мостовом выпрямителе
Во время второго полупериода

Во время второго полупериода входного напряжения нижний конец вторичной обмотки трансформатора является положительным по отношению к верхнему концу. Таким образом, диоды D 2 и D 4 становятся смещенными в прямом направлении, и ток течет через плечо CB, входит в сопротивление нагрузки R L и возвращается обратно к источнику, протекая через плечо DA. Течение тока показано на рисунке пунктирными стрелками.Таким образом, направление протекания тока через сопротивление нагрузки R L остается неизменным в течение обоих полупериодов входного напряжения питания. См. Схему ниже – зеленые стрелки указывают начало протекания тока от источника (вторичной обмотки трансформатора) до сопротивления нагрузки. Красные стрелки указывают обратный путь тока от сопротивления нагрузки к источнику, таким образом замыкая цепь.

Путь тока во 2-м полупериоде

Пиковое обратное напряжение двухполупериодного мостового выпрямителя:

Давайте проанализируем пиковое обратное напряжение (PIV) двухполупериодного мостового выпрямителя, используя принципиальную схему.В любой момент, когда вторичное напряжение трансформатора достигает положительного пикового значения Vmax, диоды D1 и D3 будут смещены в прямом направлении (проводящие), а диоды D2 и D4 будут смещены в обратном направлении (непроводящие). Если рассматривать идеальные диоды в мосте, то смещенные в прямом направлении диоды D1 и D3 будут иметь нулевое сопротивление. Это означает, что падение напряжения на проводящих диодах будет нулевым. Это приведет к тому, что все вторичное напряжение трансформатора будет развиваться через сопротивление нагрузки RL.

Таким образом, PIV мостового выпрямителя = Vmax (макс. Вторичное напряжение)

Анализ схемы мостового выпрямителя

Единственная разница в анализе между двухполупериодным и центральным выпрямителями состоит в том, что

  1. В схеме мостового выпрямителя два диода проводят в течение каждого полупериода, и прямое сопротивление становится двойным (2R F ).
  2. В схеме мостового выпрямителя Vsmax – это максимальное напряжение на вторичной обмотке трансформатора, тогда как в выпрямителе с центральным ответвлением Vsmax представляет это максимальное напряжение на каждой половине вторичной обмотки.

Различные параметры объясняются уравнениями ниже:

  1. Пиковый ток

Мгновенное значение напряжения, подаваемого на выпрямитель, равно

.

vs = Vsmax Sin wt

Если предполагается, что диод имеет прямое сопротивление R F Ом и обратное сопротивление, равное бесконечности, ток, протекающий через сопротивление нагрузки, определяется как

i1 = Imax Sin wt и i2 = 0 для первого полупериода

и i1 = 0 и i2 = Imax Sin wt для второго полупериода

Полный ток, протекающий через сопротивление нагрузки R L , , являющийся суммой токов i1 и i2, задается как

i = i1 + i2 = Imax Sin wt для всего цикла.

Где пиковое значение тока, протекающего через сопротивление нагрузки R L , задается как

Imax = Vsmax / (2R F + R L )

2. Выходной ток

Поскольку ток через сопротивление нагрузки RL в двух половинах цикла переменного тока одинаков, величина od постоянного тока Idc, которая равна среднему значению переменного тока, может быть получена путем интегрирования тока i1 между 0 и pi. или текущий i2 между пи и 2пи.

Выходной ток полноволнового выпрямителя
3. Выходное напряжение постоянного тока

Среднее или постоянное значение напряжения на нагрузке задается как

. Выходное напряжение постоянного тока полноволнового выпрямителя
4. Среднеквадратичное значение тока

Действующее значение или эффективное значение тока, протекающего через сопротивление нагрузки R L , дается как

Среднеквадратичное значение тока полнополупериодного выпрямителя
5. Среднеквадратичное значение выходного напряжения

Действующее значение напряжения на нагрузке равно

. Действующее значение выходного напряжения двухполупериодного выпрямителя
6.Эффективность выпрямления

Мощность, передаваемая на нагрузку,

Эффективность выпрямления полноволнового выпрямителя
7. Коэффициент пульсации

Форм-фактор выпрямленного выходного напряжения двухполупериодного выпрямителя равен

. Коэффициент пульсаций полноволнового выпрямителя

Итак, коэффициент пульсаций, γ = 1,11 2 – 1) = 0,482

8. Постановление

Выходное напряжение постоянного тока равно

. Регулировка полнополупериодного выпрямителя

Достоинства и недостатки двухполупериодного выпрямителя над полуволновым выпрямителем

Достоинства – Позвольте нам сначала поговорить о преимуществах двухполупериодного мостового выпрямителя перед полуволновой версией.На данный момент я могу выделить 4 конкретных достоинства.

  • Для двухполупериодного мостового выпрямителя КПД увеличен вдвое. Причина в том, что полуволновой выпрямитель использует только половину входного сигнала. Мостовой выпрямитель использует обе половины и, следовательно, имеет двойной КПД
  • Остаточные пульсации переменного тока (до фильтрации) очень низкие на выходе мостового выпрямителя. Такой же процент пульсаций очень высок у полуволнового выпрямителя. Достаточно простого фильтра, чтобы получить постоянное напряжение от мостового выпрямителя.
  • Мы знаем, что эффективность моста FW вдвое выше, чем у выпрямителя HW. Это означает более высокое выходное напряжение, более высокий коэффициент использования трансформатора (TUF) и более высокую выходную мощность.

Недостатки – Двухполупериодный выпрямитель требует больше элементов схемы и дороже.

Достоинства и недостатки мостового выпрямителя над выпрямителем с центральным отводом.

Выпрямитель с центральным ответвлением всегда сложно реализовать из-за использования специального трансформатора. Трансформатор с центральным ответвлением также является дорогостоящим.Одно из ключевых различий между центральным отводом и мостовым выпрямителем заключается в количестве диодов, задействованных в конструкции. Двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением требует всего 2 диода, тогда как мостовой выпрямитель требует 4 диода. Но кремниевые диоды дешевле, чем трансформатор с центральным ответвлением, поэтому мостовой выпрямитель является более предпочтительным решением в источниках питания постоянного тока. Ниже приведены преимущества мостового выпрямителя по сравнению с выпрямителем с центральным отводом.

  • Мостовой выпрямитель может быть сконструирован с трансформатором или без него.Если задействован трансформатор, с этим справится любой обычный понижающий / повышающий трансформатор. Эта роскошь недоступна для выпрямителя с центральным отводом. Здесь конструкция выпрямителя зависит от трансформатора с центральным ответвлением, который не подлежит замене.
  • Мостовой выпрямитель подходит для высоковольтных систем. Причина в высоком пиковом обратном напряжении (PIV) мостового выпрямителя по сравнению с PIV выпрямителя с центральным ответвлением.
  • Коэффициент использования трансформатора (TUF) выше для мостового выпрямителя.
Недостатки мостового выпрямителя над выпрямителем с центральным ответвлением

Существенным недостатком мостового выпрямителя над центральным ответвлением является использование 4 диодов в конструкции мостового выпрямителя. В мостовом выпрямителе 2 диода проводят одновременно на полупериоде входного сигнала. Выпрямитель с центральным ответвлением имеет только 1 диод, проводящий за половину цикла. Это увеличивает чистое падение напряжения на диодах в мостовом выпрямителе (оно вдвое превышает значение центрального отвода).

Применение двухполупериодного мостового выпрямителя

Двухполупериодный выпрямитель находит применение при создании источников питания постоянного напряжения постоянного тока, особенно в источниках питания общего назначения. Мостовой выпрямитель с эффективным фильтром идеально подходит для любого типа обычных источников питания, таких как зарядка аккумулятора, питание устройства постоянного тока (например, двигателя, светодиода и т. Д.) И т. Д. Однако для аудиоприложения общий источник питания может не подходить. достаточно. Это связано с остаточным коэффициентом пульсаций в мостовом выпрямителе.Есть ограничения на фильтрацию ряби. Для аудиоприложений могут быть идеальными специально сконструированные блоки питания (использующие регуляторы IC).

Полноволновой мостовой выпрямитель с конденсаторным фильтром

Выходное напряжение двухполупериодного выпрямителя непостоянно, оно всегда пульсирует. Но это не может быть использовано в реальных приложениях. Другими словами, нам нужен источник постоянного тока с постоянным выходным напряжением. Чтобы добиться плавного и постоянного напряжения, используется фильтр с конденсатором или катушкой индуктивности.На схеме ниже показан полуволновой выпрямитель с конденсаторным фильтром.

Полнополупериодный выпрямитель – с конденсаторным фильтром
Коэффициент пульсаций мостового выпрямителя

Коэффициент пульсации – это отношение остаточной составляющей переменного тока к составляющей постоянного тока в выходном напряжении. Коэффициент пульсаций мостового выпрямителя вдвое меньше, чем у полуволнового выпрямителя.

Список литературы

2. Чтобы создать простые для понимания изображения, мы сослались на эту статью .

Мостовой выпрямитель

Мостовой выпрямитель

Когда четыре диода подключены, как показано на рисунке 4-8, схема называется МОСТ. ВЫПРЯМИТЕЛЬ. Вход в схему подается на диагонально противоположные углы сеть, а вывод берется из оставшихся двух углов.

Рисунок 4-8. – Мостовой выпрямитель.

Мы обсудим один полный цикл работы, чтобы помочь вам понять, как это схема работает.Мы обсуждали трансформаторы в предыдущих модулях серии NEETS и не буду сейчас вдаваться в их характеристики. Предположим, трансформатор работает должным образом, и есть положительный потенциал в точке A и отрицательный потенциал в точке точка B. Положительный потенциал в точке A приведет к прямому смещению D3 и обратному смещению D4. В отрицательный потенциал в точке B приведет к прямому смещению D1 и обратному смещению D2. В это время D3 и D1 имеют прямое смещение и позволяют току проходить через них; D4 и D2 являются обратное смещение и блокирует ток.Путь для прохождения тока от точки B через D1, через R L , через D3, через вторичную обмотку трансформатора назад к точке B. Этот путь обозначен сплошными стрелками. Формы сигналов (1) и (2) могут быть наблюдается через D1 и D3.

Спустя половину цикла полярность вторичной обмотки трансформатора меняется на противоположную, прямое смещение D2 и D4 и обратное смещение D1 и D3. Текущий поток теперь будет из от точки A до D4, через R L , через D2, через вторичную обмотку T1 и вернуться к пункту А.Этот путь обозначен пунктирными стрелками. Формы сигналов (3) и (4) могут быть наблюдается в D2 и D4. Вы должны были заметить, что ток протекает через R L всегда в одном направлении. При прохождении через R L этот ток развивает напряжение, соответствующее изображенному на диаграмме (5). Поскольку ток течет через нагрузку (R L ) в течение обоих полупериодов приложенного напряжения этот мостовой выпрямитель является двухполупериодный выпрямитель.

Одним из преимуществ мостового выпрямителя перед обычным двухполупериодным выпрямителем является то, что с данным трансформатором мостовой выпрямитель выдает выходное напряжение, которое почти вдвое больше, чем у обычной двухполупериодной схемы.Это можно показать, присвоив значения параметрам некоторые компоненты показаны на видах A и B рисунка 4-9. Предположим, что то же трансформатор используется в обеих схемах. Пиковое напряжение, развиваемое между точками X и Y, равно 1000 вольт в обеих цепях. В обычной двухполупериодной схеме, показанной на виде A, пиковое напряжение от центрального отвода до X или Y составляет 500 вольт. Так как только один диод может проводить в любой момент, максимальное напряжение, которое может быть выпрямлено в любой момент, составляет 500 вольт.Следовательно, максимальное напряжение, которое появляется на нагрузочном резисторе, почти – но никогда не превышает – 500 вольт из-за небольшого падения напряжения на диоде. В мостовой выпрямитель, показанный на виде B, максимальное напряжение, которое может быть выпрямлено, равно полное вторичное напряжение, которое составляет 1000 вольт. Следовательно, пиковое выходное напряжение на нагрузочный резистор почти 1000 вольт. Если в обеих схемах используется один и тот же трансформатор, Схема мостового выпрямителя обеспечивает более высокое выходное напряжение, чем обычная двухполупериодная схема. выпрямительная схема.

Рисунок 4-9A. – Сравнение обычного и мостового двухполупериодных выпрямителей. ОБЫЧНЫЙ ПОЛНОВОЛНОВЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Рисунок 4-9B. – Сравнение обычного и мостового двухполупериодных выпрямителей. ПОЛНАЯ ВОЛНА МОСТ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Q.11 Каков главный недостаток обычного двухполупериодного выпрямителя?
В.12 Какое главное преимущество мостовой выпрямитель по сравнению с обычным двухполупериодным? выпрямитель?

Двухполупериодный выпрямитель – Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом

процесс преобразования переменного тока ток в постоянный ток ток называется выпрямлением.Исправление может быть достигается за счет использования одного диода или группа диодов. Эти диоды, которые преобразуют переменный ток преобразование тока в постоянный ток называют выпрямителями.

Выпрямители обычно делятся на два типа: половинные волновой выпрямитель и двухполупериодный выпрямитель.

А полуволновой выпрямитель использует только один диод для преобразования переменного тока в округ Колумбия.Так что построить полуволну очень просто. выпрямитель. Однако одиночный диод в полуволновом выпрямителе допускает только положительную половину цикла или отрицательную половину цикл входного сигнала переменного тока и оставшийся полупериод входной сигнал переменного тока заблокирован. В результате большая сумма силы тратится впустую. Кроме того, однополупериодные выпрямители не подходят для приложений, требующих стабильного и плавное постоянное напряжение.Значит, однополупериодные выпрямители не эффективные преобразователи переменного тока в постоянный.

ср можно легко преодолеть этот недостаток, используя другой тип выпрямитель, известный как двухполупериодный выпрямитель. Полная волна выпрямитель имеет несколько основных преимуществ перед полуволновым выпрямитель. Среднее выходное напряжение постоянного тока, создаваемое двухполупериодный выпрямитель выше, чем однополупериодный.Кроме того, выходной сигнал постоянного тока двухполупериодного выпрямителя имеет меньше пульсаций, чем полуволновой выпрямитель. Как результат, получаем более плавное выходное напряжение постоянного тока.

Let’s взгляните на двухполупериодный выпрямитель ……… ..

Полная волна выпрямитель определение

А Двухполупериодный выпрямитель – это тип выпрямителя, который преобразует оба полупериода сигнала переменного тока в пульсирующий сигнал постоянного тока.

Как как показано на рисунке выше, двухполупериодный выпрямитель преобразует как положительные, так и отрицательные полупериоды входного переменного тока сигнал в выходной пульсирующий сигнал постоянного тока.

Двухполупериодный выпрямитель подразделяется на два типа: двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением и двухполупериодный мост выпрямитель.

В в этом руководстве двухполупериодный выпрямитель с отводом по центру объяснил.

Раньше переходя на работу двухполупериодного выпрямителя с центральным отводом, Давайте сначала взглянем на трансформатор с центральным ответвлением. Поскольку трансформатор с центральным ответвлением играет ключевую роль в двухполупериодный выпрямитель с отводом по центру.

Центр ответвительный трансформатор

Когда дополнительный провод подключается точно посередине вторичная обмотка трансформатора, она известна как трансформатор с отводом по центру.

провод отрегулирован таким образом, чтобы он попадал точно в средняя точка вторичной обмотки. Итак, провод ровно при нулевом напряжении сигнала переменного тока. Этот провод известен как центральный кран.

трансформатор с ответвлением от центра работает почти так же, как и обычный трансформатор. Как и у обычного трансформатора, в центре отводился трансформатор также увеличивает или снижает напряжение переменного тока.Однако трансформатор с центральным ответвлением имеет еще одно важное особенность. Это вторичная обмотка центрального отвода. трансформатор делит входной переменный ток или сигнал переменного тока (В P ) на две части.

верхняя часть вторичной обмотки дает положительный напряжение В и 1 В нижней части вторичной обмотка выдает отрицательное напряжение V 2 .Когда мы объединяем эти два напряжения при выходной нагрузке, получаем полную Сигнал переменного тока.

Т.е. V Итого = V 1 + V 2

напряжения V 1 и V 2 равны величина, но противоположная по направлению. То есть напряжения (В 1 и V 2 ) производят верхнюю часть и нижнюю часть вторичной обмотки сдвинута по фазе на 180 градусов друг с другом.Однако при использовании двухполупериодного выпрямителя с трансформатором с центральным ответвлением, мы можем производить напряжения которые находятся в фазе друг с другом. Проще говоря, по с использованием двухполупериодного выпрямителя с трансформатором с центральным ответвлением, мы можем произвести ток, который течет только в одиночном направление.

Что такое двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом

А Двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением – это тип выпрямителя который использует трансформатор с отводом от центра и два диода для преобразовать полный сигнал переменного тока в сигнал постоянного тока.

Двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением состоит из переменного тока. источник, трансформатор с центральным ответвлением, два диода и нагрузка резистор.

Источник переменного тока подключен к первичной обмотке центра. ответвительный трансформатор. Подключен центральный отвод (дополнительный провод) точно в середине вторичного обмотка делит входное напряжение на две части.

Верхняя часть вторичной обмотки подключена к диод D 1 и нижняя часть вторичной обмотка подключена к диоду Д 2 . Оба диода D 1 и диод D 2 подключены к общая нагрузка R L с помощью центрального метчика трансформатор. Центральный кран обычно считается точка заземления или точка отсчета нулевого напряжения.

Как центр двухполупериодный выпрямитель с отводом работает

центр двухполупериодный выпрямитель с ответвлениями использует трансформатор с ответвлениями для преобразования входного переменного напряжения в выходное постоянное напряжение.

Когда подается входное переменное напряжение, вторичная обмотка Трансформатор с ответвлениями делит это входное переменное напряжение на две части: положительная и отрицательная.

Во время положительный полупериод входного сигнала переменного тока, клемма A станет положительным, клемма B станет отрицательной и центральный кран заземлен (ноль вольт). Положительный вывод A подключен к p-стороне диода D 1 и отрицательная клемма B подключена к стороне n диода Д 1 .Значит диод D 1 смещен в прямом направлении. во время положительного полупериода и пропускает электрический ток через это.

Вкл. с другой стороны, отрицательный вывод B подключен к Сторона p диода D 2 и положительный вывод А подключен к стороне n диода D 2 . Так диод D 2 имеет обратное смещение во время положительный полупериод и не пропускает электрический ток через это.

диод D 1 подает постоянный ток на нагрузку R L . В Постоянный ток, производимый на нагрузке R L , вернется ко вторичной обмотке через центральный отвод.

Во время положительный полупериод, ток течет только в верхнем часть схемы, в то время как нижняя часть схемы не переносят ток на нагрузку, потому что диод D 2 имеет обратное смещение.Таким образом, во время положительного полупериода входного сигнала переменного тока только диод D 1 пропускает электрический ток, а диод D 2 не пропускает электрический ток.

Во время отрицательный полупериод входного сигнала переменного тока, клемма A становится отрицательным, клемма B становится положительной и отводится по центру. заземлен (ноль вольт). Отрицательный вывод A подключен к p-стороне диода D 1 и положительный вывод B подключен к стороне n диода Д 1 .Значит диод D 1 имеет обратное смещение. во время отрицательного полупериода и не допускает электрического ток через него.

Вкл. с другой стороны, положительный вывод B подключен к Сторона p диода D 2 и отрицательный вывод А подключен к стороне n диода D 2 . Так диод D 2 смещен вперед во время отрицательный полупериод и пропускает через него электрический ток.

диод D 2 подает постоянный ток на нагрузку R L . В Постоянный ток, производимый на нагрузке R L , вернется ко вторичной обмотке через центральный отвод.

Во время отрицательный полупериод, ток течет только в нижнем часть схемы, а верхняя часть схемы не переносят ток на нагрузку, потому что диод D 1 имеет обратное смещение.Таким образом, во время отрицательный полупериод входного сигнала переменного тока, только диод D 2 пропускает электрический ток, а диод D 1 не допускает пропустить электрический ток.

Таким образом, диод D 1 пропускает электрический ток во время положительный полупериод и диод D 2 позволяет электрическое ток в течение отрицательного полупериода входного переменного тока сигнал.В результате оба полупериода (положительный и отрицательный) входного сигнала переменного тока. Итак, на выходе Напряжение постоянного тока почти равно входному напряжению переменного тока.

А небольшое напряжение теряется на диоде D 1 и диоде D 2 , чтобы заставить их вести себя. Однако это напряжение очень мало по сравнению с напряжением, возникающим на выход.Таким образом, этим напряжением пренебрегают.

диоды D 1 и D 2 обычно подключен к нагрузке R L. Таким образом, ток нагрузки равен сумма индивидуальных токов диодов.

ср знайте, что диод пропускает электрический ток только в одном направление. Из приведенной выше диаграммы мы видим, что как диоды D 1 и D 2 допускают ток в том же направлении.

ср знайте, что ток, который течет только в одном направлении, называется постоянным током. Таким образом, результирующий ток на выход (нагрузка) – постоянный ток (DC). Однако прямая ток, появившийся на выходе, не является чистым постоянным током но пульсирующий постоянный ток.

значение пульсирующего постоянного тока изменяется в зависимости от ко времени.Это связано с рябью выходного сигнала. Эти колебания можно уменьшить, используя такие фильтры, как конденсатор и индуктор.

среднее выходное постоянное напряжение на нагрузочном резисторе в два раза больше схема однополупериодного выпрямителя.

Выход формы сигналов двухполупериодного выпрямителя

Формы выходных сигналов двухполупериодного выпрямителя показаны на рисунок ниже.

Первый сигнал представляет входной сигнал переменного тока. Вторая форма волны и третья форма волны представляет собой сигналы постоянного тока или постоянный ток, создаваемый диодом D 1 и диод D 2 . Последний сигнал представляет общий выходной постоянный ток, создаваемый диодами D 1 и Д 2 . Из приведенных выше осциллограмм мы можем сделать вывод что выходной ток, производимый на нагрузочном резисторе, не чистый постоянный ток, но пульсирующий постоянный ток.

Характеристики двухполупериодного выпрямителя

Ripple фактор

коэффициент пульсации используется для измерения количества ряби присутствует в выходном сигнале постоянного тока. Высокий коэффициент пульсации указывает на высокий пульсирующий сигнал постоянного тока, в то время как низкий уровень пульсации коэффициент указывает на слабый пульсирующий сигнал постоянного тока.

Пульсация коэффициент определяется как отношение пульсаций напряжения к чистому Напряжение постоянного тока

коэффициент пульсации равен

Наконец, получаем

γ = 0.48

Выпрямитель эффективность

Выпрямитель КПД показывает, насколько эффективно выпрямитель преобразует Переменный ток в постоянный. Высокий процент КПД выпрямителя указывает на исправный выпрямитель, в то время как низкий процент КПД выпрямителя указывает на неэффективный выпрямитель.

Выпрямитель КПД определяется как отношение выходной мощности постоянного тока к Входная мощность переменного тока.

Это математически можно записать как

η = выход P DC / вход P AC

выпрямитель КПД двухполупериодного выпрямителя составляет 81,2%.

выпрямитель КПД двухполупериодного выпрямителя вдвое выше, чем у однополупериодный выпрямитель.Таким образом, двухполупериодный выпрямитель больше КПД полуволнового выпрямителя

Пик обратный напряжение (PIV)

Пиковое обратное напряжение или пиковое обратное напряжение является максимальным напряжение, которое диод может выдержать в условиях обратного смещения. Если приложенное напряжение больше пикового обратного напряжение, диод будет безвозвратно разрушен.

пиковое обратное напряжение (PIV) = 2 В smax

Выход постоянного тока текущий

в выходной резистор нагрузки R , L , оба диода D 1 и диод D 2 токи текут в одном направлении. Таким образом, выходной ток представляет собой сумму D 1 и D 2 . токи.

ток, производимый D 1 , составляет I max / π, а ток, производимый D 2 , равен I max / π.

Итак, на выходе ток I DC = 2I макс. / π
Где,
I макс = максимальный постоянный ток нагрузки

Выход постоянного тока напряжение

На нагрузочном резисторе R появилось выходное постоянное напряжение. L задается как

. В DC = 2 В макс / π
Где,
V макс = максимальное вторичное напряжение

Среднее значение квадрат (RMS) значение тока нагрузки I

RMS

среднеквадратичное значение тока нагрузки в полной волне выпрямитель


Корневое среднее квадратное (RMS) значение выходного напряжения нагрузки В

RMS

среднеквадратичное значение выходного напряжения нагрузки в двухполупериодный выпрямитель

Форм-фактор

Форма Фактор – это отношение действующего значения тока к выходному постоянному току. текущий

Это математически можно записать как

Ф.F = действующее значение тока / выходного постоянного тока

форм-фактор двухполупериодного выпрямителя

F.F = 1.11

Преимущества двухполупериодного выпрямителя с центральным отводным трансформатором

Высокая КПД выпрямителя

Полный волновой выпрямитель имеет высокий КПД выпрямителя, чем половина волновой выпрямитель.Это означает, что двухполупериодный выпрямитель преобразует Переменный ток в постоянный более эффективно, чем однополупериодный выпрямитель.

Низкий потеря мощности

В полупериодный выпрямитель, только полупериод (положительный или отрицательный полупериод) разрешен, а оставшийся полупериод заблокирован. В результате больше половины напряжения падает. потрачены впустую. Но в двухполупериодном выпрямителе оба полупериода (положительные и отрицательные полупериоды) разрешены одновременно. время.Таким образом, двухполупериодный выпрямитель не теряет сигнал.

Низкий рябь

выходной сигнал постоянного тока в двухполупериодном выпрямителе имеет меньше пульсаций чем полуволновой выпрямитель.

Недостатки двухполупериодного выпрямителя с центральным отводным трансформатором

Высокая стоимость

Трансформаторы с центральным ответвлением дороги и занимают много места. пространство.


“Это статья касается только двухполупериодного выпрямителя с отводом по центру.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.