Схема выпрямителя на основе диодного моста: Схема выпрямителя на диодах. Устройство и работа выпрямительного диода. Диодный мост.

схема сборки своими руками, подключение к трансформатору

Автор Aluarius На чтение 5 мин. Просмотров 2.5k. Опубликовано 02.11.2015

Содержание

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.

Схема 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

Рис. 3

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.

Как правильно подобрать диоды для диодного моста, выпрямителя – основные параметры, на которые нужно обращать внимание | ЭлектроХобби

27.07.2022

Обычный выпрямительный диодный мост содержит в себе 4 одинаковых диода. Он может быть спаян самостоятельно из подходящих диодов, а может иметь вид готовой выпрямительной диодной сборки. Эта сборка имеет целостный вид, продаваемая отдельным компонентом. Но общая суть, как у спаянного моста, так и у диодной сборки, одна и та же. Как и их основные характеристики.

На вход диодного моста, выпрямителя подается переменное напряжение, а на его выходе мы уже имеем постоянное напряжение, выпрямленный ток (без сглаживающего конденсатора этот ток имеет скачкообразный вид). Ниже приведена простейшая схема трансформаторного блока питания, где работает диодный мост, выпрямитель.

Схема простейшего трансформаторного блока питания с диодным мостом

Внешний вид простого, уже спаянного выпрямительного диодного моста представлен на картинке ниже (содержит 4 одинаковых диода типа 1n4007).

Как выглядит спаянный выпрямительный диодный мост на 1N4007

Этот диодный мост способен выпрямлять электрический ток до 1 ампера (при температуре 75°С). Импульсный ток, максимальный до 30 ампер. Обратное напряжение, с которым диоды могут нормально работать это до 1000 вольт. Максимальная частота переменного тока может быть до 1 МГц. Диапазон рабочих температур -65…+175°С. Величина падение напряжения на каждом диоде (при токе в 1 ампер) будет 1,1 вольта.

Из выше написанного видно, что у диодных мостов есть много весьма значимых параметров, которые обязательно нужно учитывать при их выборе. Но если напряжения в 1000 вольт (при обратном включении диода) может хватить для многих электронных схем, где применяется выпрямитель, то силы тока до 1 ампера может быть маловато. И тут понадобятся совсем уже другие выпрямительные диоды.

Как выглядят различные выпрямительные диодные мосты и выпрямительные сборки

Ну, а теперь о том, на какие основные и наиболее важные параметры выпрямительных диодов и диодных мостов стоит обращать внимание при их подборе.

1. Максимальный прямой ток (постоянный), с которым могут работать выпрямительные диоды в диодном мосте при своем прямом включении. Именно на эту характеристику, в первую очередь, стоит обращать внимание. Более того, по возможности диоды по току должны иметь некий запас. Минимальный запас должен быть не менее 25%, а лучше брать 50%, а то, и вовсе 100%. Это позволит диодному мосту выдерживать перегрузки, что могу возникать по тем или иным причинам. Допустим, вы к своему трансформаторному блоку питания подсоединили нагрузку с достаточно маленьким сопротивлением, а то, и вовсе произошло непредвиденное короткое замыкание. А защита от КЗ и перегрузки в таком БП отсутствует. Вот вам перегрузка по току. Конечно этот чрезмерный ток еще будет идти через диоды выпрямительного моста. Диоды, не имеющие запаса по току, скорей всего перегорят.

2. Максимальное обратное напряжение. Обратное напряжение, это то напряжение, что прикладывается между анодом и катодом выпрямительного диода при его обратном подключении. Поскольку в этом состоянии диод (полупроводник) находится в закрытом состоянии, то все это приложенное напряжение будет пытаться сдерживать имеющийся p-n переход диода. С этой характеристикой дело обстоит проще. Практически все современные выпрямительные диоды легко могут справятся с достаточно большим обратным напряжением. Допустим, такой популярный диод как 1n4007 может выдерживать обратное напряжение аж до 1000 вольт (при своих небольших размерах). Поскольку такие высокие напряжения практически не используются в низковольтной электронике, то с данным параметром проблем не возникнет. Имея дело с незнакомым диодом лучше величину этого напряжения уточнить для себя. И обязательно у диода должен быть запас по обратному напряжению (от 50% до 100%). Это если вы используете старотипные диоды для своего моста.

3. Величина падения напряжения на диоде при его прямом включении. На диоде, при прямом его включении, будет возникать некоторое падение напряжения. Для кремневых диодов величина этого напряжения находится в пределах 0,6-1,4 вольта. Учтите, что чем больше сила тока, протекающего через диод, тем больше будет это падение напряжения. А чем больше это падение напряжение (при больших токах), тем сильнее будет нагреваться  выпрямительный диод в мосте. Увеличивается мощность, рассеиваемая в тепло, а это уже не экономично! К тому же, это требует дополнительного охлаждения (установка радиатора). Учитывая это стараемся подбирать выпрямительные диоды, имеющие минимальное падение напряжения. Для некоторых схем лучше применять диоды Шоттки (они имеют уменьшенное падение напряжения около 0,3V).

4. Максимальная рабочая частота диода. В случае, когда вы планируете диодный выпрямитель использовать для трансформаторного блока питания (на 50 Гц), то тут за частоту можно даже не суетиться. Если же хотите использовать выпрямитель в импульсном блоке питания, то медленные диоды лучше не применять для выпрямления. Этот нюанс с рабочей частотой обязательно стоит учитывать.

5. Скорость переключения диода. Помимо частоты выпрямительные диоды между собой могут отличаться и скорость своего включения и выключения. Есть обычные диоды, которые используются для частоты 50 Гц. Есть быстрые диоды, а есть ультра быстрые. Естественно, обычные диоды лучше не ставить в схемы импульсных боков питания, поскольку такие ИБП работают на достаточно высоких частотах (десятки и сотни килогерц). Тут уж нужно брать как минимум быстрые диоды.

6. Рабочий температурный диапазон выпрямительного диода, при котором этот диод нормально может работать в схеме. У кремневых диодов температурный диапазон находится в диапазоне где-то -65…+175°С. Поскольку отрицательные температуры в бытовых условиях обычно не встречаются, то вот большие положительные температуры могут легко возникать при больших токах (при перегрузки по току либо КЗ). И даже с дополнительным охлаждением выпрямительные диоды и диодные мосты легко могут сгореть из-за чрезмерного перегрева. Также нужно учитывать, что чем больше будет температура (от 50°С и выше), тем хуже может быть ВАХ (вольт-амперная характеристики) используемого диода. Следовательно, температуру мы так же обязательно учитываем. Для выпрямителей не рекомендуется использовать германиевые диоды, поскольку они имеют меньшую, максимально допустимую, температуру, чем кремниевые полупроводники.

диодымоствыпрямительныйвыборхарактеристики

Поделиться в социальных сетях

Вам может понравиться

Простая схема мостового выпрямителя

Процесс преобразования переменного тока в постоянный называется выпрямлением . Любой автономный блок питания имеет схему выпрямления, которая преобразует либо настенный источник переменного тока в постоянный ток высокого напряжения, либо понижающий сетевой источник переменного тока в постоянный ток низкого напряжения. Дальнейшим процессом будет фильтрация, преобразование DC-DC и т. д. Итак, в этой статье мы собираемся обсудить Simple Bridge Rectifier Circuit , который является наиболее популярным методом двухполупериодного выпрямления.

 

Требуемые компоненты

• Трансформатор 230 В перем.
• 1N4007A – 1 шт.
• Резистор 1 кОм – 1 шт.
• Мультиметр
• Соединительные провода

 

Что такое выпрямитель?

Проще говоря, выпрямитель представляет собой схему, которая преобразует сигнал переменного тока (переменный ток) в сигнал постоянного тока (постоянный ток). Можно также сказать, что выпрямитель преобразует двунаправленный ток в однонаправленный.

Диоды используются для создания схемы выпрямителя из-за их свойства однонаправленной проводимости. Полупроводниковый диод проводит только при прямом смещении (он ведет себя как замыкающий переключатель) и не проводит при обратном смещении (он ведет себя как разомкнутый переключатель). Эта характеристика диода очень важна и используется в конструкции выпрямителей.

 

Типы выпрямителей

Обычно выпрямители подразделяются на две категории

• Однополупериодный выпрямитель
• Двухполупериодный выпрямитель

Однополупериодный выпрямитель преобразует только половину волны переменного тока в сигнал постоянного тока, тогда как двухполупериодный выпрямитель полностью преобразует сигнал переменного тока в постоянный.

Двухполупериодное выпрямление можно дополнительно выполнить двумя способами:

• Двухполупериодный выпрямитель с отводом от средней точки с использованием двух диодов
• Мостовой выпрямитель с четырьмя диодами

 

Выпрямитель Bridger — наиболее часто используемый выпрямитель в электронике, и здесь мы будем изучать только его. Если вы хотите узнать о полуволновом выпрямителе и двухполупериодном выпрямителе с центральным отводом, перейдите по ссылкам.

 

Схема мостового выпрямителя и ее работа

Двухполупериодный мостовой выпрямитель образован путем соединения четырех диодов таким образом, что их плечи образуют мост, отсюда и название мостового выпрямителя. В мостовом выпрямителе напряжение может подаваться на диодный мост через трансформатор или напрямую через сигнал переменного тока без трансформатора.

Здесь мы используем трансформатор 6-0-6 с центральным отводом для подачи напряжения переменного тока в схему мостового выпрямителя

 

 

Во время положительного полупериода диоды D3-D2 смещаются в прямом направлении и действуют как замкнутый переключатель. Диоды D1-D4 смещаются в обратном направлении и не проводят ток, поэтому действуют как разомкнутый переключатель. Таким образом, на выходе мы получаем положительный полупериод.

 

В течение отрицательных полупериодов диоды D1-D4 смещаются в прямом направлении и действуют как замкнутый переключатель. Диоды D3-D2 смещаются в обратном направлении и не проводят ток, поэтому действуют как открытый переключатель. Таким образом, на выходе мы получаем положительный полупериод.

 

Ниже показана форма сигнала на входе и выходе для схемы мостового выпрямителя. Мы можем видеть, что отрицательная часть переменного напряжения преобразуется в положительный цикл после прохождения схемы мостового выпрямителя.

 

Фильтрация

Выход после выпрямления не является правильным постоянным током, поэтому мы можем сгладить форму волны, используя конденсатор для целей фильтрации. Конденсатор заряжается до тех пор, пока сигнал не достигнет своего пика, и разряжается в цепь нагрузки, когда сигнал становится низким. Поэтому, когда выход становится низким, конденсатор поддерживает надлежащее напряжение в цепи нагрузки, создавая постоянный ток. Это уменьшает коэффициент пульсации и обеспечивает правильный постоянный ток. Регулируемое напряжение может быть дополнительно добавлено для регулируемого источника постоянного тока.

 

 

Мы можем дополнительно смоделировать схему в программном обеспечении и увидеть результат:

 

Узнайте больше о полуволновых и полноволновых выпрямителях здесь.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель | DevXplained

Он используется во многих продуктах и ​​фактически является стандартным выпрямителем: двухполупериодным мостовым выпрямителем. Давайте узнаем, как это работает.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель

Двухполупериодный мостовой выпрямитель фактически является стандартной схемой выпрямителя. Это позволяет нам использовать как отрицательную, так и положительную полуволну сигнала переменного тока. Как это возможно? Давай выясним!

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ
Эксперименты в этом руководстве проводились с генератором сигналов при размахе напряжения 9 В. При проведении экспериментов используйте напряжения ниже 24 В переменного тока. Эксперименты с сетевым напряжением могут привести к серьезным травмам или смерти.

Схема выпрямителя

Стандартный двухполупериодный выпрямитель состоит из четырех диодов, которые используются в мостовой конфигурации: два одинаковых плеча с двумя диодами в каждом соединены нагрузкой между ними.

• Макет
• Схема

Во время положительной полуволны диоды D1 и D3 проводят ток и питают нагрузку. D1 соединяет положительный верхний рельс с положительным полюсом нагрузки. D3 делает то же самое для нижней направляющей и отрицательного полюса.

Во время отрицательной полуволны два других диода проводят ток. D2 подводит положительное напряжение от нижнего рельса к положительному полюсу нагрузки, а D4 соединяет отрицательный полюс с верхним рельсом.

В демонстрационных целях я заменил диоды на светодиоды и снизил частоту сигнала переменного тока до 1 Гц. Это позволяет нам наблюдать схему выпрямителя в действии. Ваш браузер не поддерживает видео тег.

Два альтернативных пути тока позволяют питать цепь постоянного тока в обеих полуволнах. Если мы посмотрим на сигнал, то увидим, что отрицательная полуволна превращается в положительную, а не отсекается, как это делает однополупериодный выпрямитель.

Как и в случае с однополупериодным выпрямителем, выпрямленный сигнал имеет примерно ту же амплитуду, что и сигнал переменного тока. Опять же, есть потери на диодах, которые можно уменьшить, используя диоды Шоттки. Поскольку теперь у нас есть два диода на путь, потери в два раза выше, чем в однополупериодном выпрямителе только с одним диодом. Однако, поскольку мы можем использовать обе полуволны, теперь мы имеем более высокую выходную мощность при том же сопротивлении нагрузки. Среднеквадратичное напряжение теперь равно \(V_{RMS} = {V_{p}\over \sqrt{2}}\). Это не случайно идентично общему определению среднеквадратичного напряжения для синусоидальных сигналов переменного тока. За исключением небольших потерь, мы можем использовать всю мощность источника переменного тока с этим выпрямителем.

Добавление конденсаторного фильтра

Для стабилизации выходного напряжения мы снова можем использовать конденсатор, как мы использовали для однополупериодного выпрямителя:

• Макет
• Схема

Конденсатор стабилизирует напряжение, но вызывает скачки тока во время зарядки. Как и в случае с однополупериодным выпрямителем, вам необходимо увеличить значение емкости для больших нагрузок или уменьшения пульсаций. Большая разница в том, что конденсатору больше не нужно обеспечивать энергию для полной полуволны. Это уменьшает пульсации и упрощает использование большей нагрузки без необходимости использования неоправданно большого конденсатора.

Заключение

С двухполупериодным выпрямителем мы получаем мощность как в положительной, так и в отрицательной полуволне для нашей цепи постоянного тока.