Наряду с линейными устройствами в электрической цепи можно встретить и нелинейные полупроводниковые элементы, имеющие самый разнообразный функционал в составе электронной схемы. Среди полупроводниковых приборов особое место занимает диодный мост, выполняющий роль преобразователя переменного напряжения в постоянное. Хоть для этих целей с тем же успехом может применяться и обычный диод, но сфера их применения существенно ограничивается рабочими параметрами одного элемента. Решить недостатки единичной детали помогла диодная сборка из нескольких, существенно отличающихся характеристиками и принципом работы.
Устройство и принцип работы
Диодный мост представляет собой электронную схему, собранную на основе выпрямительных диодов, который предназначен для преобразования подаваемого на него переменного тока в постоянный. Чаще всего в состав схемы включаются диоды Шоттки, но это не категоричное требование, поэтому в каком-либо конкретном случае может заменяться и другими моделями, подходящими по техническим параметрам. Схема моста из полупроводниковых диодов включает в себя четыре элемента для одной фазы. Диодный мостик может набираться как отдельными диодами, так и собираться единым блоком, в виде монолитного четырехполюсника.
Принцип работы диодного моста основывается на способности p – n перехода пропускать электрический ток только в одном направлении. Схема включения диодов в мост построена таким образом, чтобы для каждой полуволны создавался свой путь протекания электрического тока к подключенной нагрузке.
Рис. 1. Принцип работы диодного моста
Для пояснения выпрямления диодным мостом необходимо рассматривать работу схемы относительно формы напряжения на входе. Следует отметить, что кривая напряжения за один период имеет две полуволны – положительную и отрицательную. В свою очередь, каждая полуволна имеет процесс нарастания и убывания по отношению к максимальной точке амплитуды.
Поэтому работа выпрямительного устройства будет иметь такие этапы:
- На вход выпрямительного моста, обозначенного буквами А и Б подается переменное напряжение 220В.
- Каждая полуволна, подаваемая из электрической сети или от обмоток трансформатора, преобразуется в постоянную величину парой диодов, расположенных по диагонали.
- Положительная полуволна будет проводиться парой диодов VD1 и VD4 и выдавать на выход моста полуволну в положительной области оси ординат.
- Отрицательная полуволна будет выпрямляться парой диодов VD2 и VD3, с которых на том же выходе моста возникнет очередная полуволна в положительной области.
В связи с тем, что оба полупериода получают реализацию на выходе диодного моста, такое электронное устройство получило название двухполупериодного выпрямителя, также его называют схемой Гретца.
Обозначение на схеме и маркировка
На электрической схеме диодный мост может иметь различные варианты изображения. Чаще всего вы можете встретить такие обозначения:
Рис. 2. Обозначение на схеме
Первый вариант обозначения мостового выпрямителя используется, как правило, в тех ситуациях, когда электронный прибор представляет собой монолитную конструкцию, единую сборку. На схеме маркировка выполняется латинскими буквами VD, за которыми указывается порядковый номер.
Второй вариант наиболее распространен для тех ситуаций, когда диодный мост состоит из отдельных полупроводниковых устройств, собранных в одну схему. Маркировка второго варианта, чаще всего, выполняется в виде ряда VD1 – VD4.
Следует также отметить, что вышеприведенное схематическое обозначение и маркировка хоть и имеет общепринятый характер, но может нарушаться при составлении схем.
Разновидности диодных мостов
В зависимости от количества фаз, которые подключаются к диодному мосту, различают однофазные и трехфазные модели. Первый вариант мы детально рассмотрели на примере схемы Гретца выше.
Трехфазные выпрямители, в свою очередь, разделяются на шести- и двенадцатипульсовые модели, хотя схема диодного моста у них идентична. Рассмотрим более детально работу диодного устройства для трехфазной схемы.
Рис. 3. Схема трехфазного диодного моста
Диодный мост, приведенный на рисунке выше, получил название схемы Ларионова. Конструктивно для каждой из фаз устанавливается сразу два диода в противоположном направлении друг относительно друга. Здесь важно отметить, что синусоида во всех трех фазах имеет смещение в 120° друг относительно друга, поэтому на выходах устройства при наложении результирующей диаграммы получится следующая картина:
Рис. 4. Напряжение выпрямленное трехфазным мостом
Как видите, в сравнении с однофазным выпрямителем на базе диодного моста картина получается более плавной, а скачки напряжения имеют значительно меньшую амплитуду.
Схема диодного моста
И самодельный мост, и промышленная диодная сборка изготавливаются по одной и той же схеме. Два диода последовательно спаиваются разноимёнными полюсами. Потом две пары спаивают одноимёнными полюсами на концах этих пар. К точкам соединения разноимённых полюсов подключается источник переменного напряжения, к точкам соединения одноимённых полюсов подключают нагрузку.
Диодные мосты применяются для выпрямления однофазного и трёхфазного тока.
Однофазный выпрямитель
Этот выпрямитель применяется в бытовой электронной технике чаще всего, так как бытовая электросеть однофазная. Как правило, пульсации выпрямленного тока с частотой 100 Гц не годятся для нормальной работы аппаратуры, появится неприятный звуковой фон – гудение. После выпрямителя следует ставить качественный сглаживающий фильтр из катушки индуктивности (последовательно) и конденсатора достаточной ёмкости (параллельно выходу выпрямителя).
ФОТО: electroinfo.netСхема однофазного моста
Трёхфазный выпрямитель
Трёхфазные выпрямители на выходе дают меньшую частоту пульсаций, чем однофазные. Понижаются требования к сглаживающим фильтрам.
Схемы выпрямителей для трёхфазных цепей бывают однотактные и двухтактные. В однотактной схеме к каждой обмотке трёхфазного трансформатора подключается минус диода. Свободные концы каждой из трёх катушек соединяются в общую точку. Плюсы диодов тоже соединяются в одну точку. Нагрузка подключается между этими двумя общими точками.
ФОТО: electricalschool.infoПринципиальная схема однотактного трёхфазного моста-выпрямителя
Если требуется выходное напряжение более высокого значения, а пульсации поменьше, то собирается двухтактна схема. Собираются три пары диодов, в каждой паре плюсовой вывод одного подключается к минусу другого. Плюсовые выводы трёх пар тоже собираются в одну точку, так же объединяются минусы диодов, а общие точки в каждой паре диодов подключаются к свободным концам трёх обмоток вторичной обмотки трансформатора. Нагрузка подключается между общим минусом и плюсом сборки. В такой схеме выходное напряжение несколько выше, а пульсации намного меньше. Иногда можно обойтись без сглаживающего фильтра. Такая схема имеет название «Мостовой трёхфазный выпрямитель Ларионова».
ФОТО: electricalschool.infoПринципиальная схема двухтактного трёхфазного моста-выпрямителя
ФОТО: electricalschool.infoСборка «Трёхфазный диодный мост»
Технические характеристики
При выборе конкретного диодного моста для замены в выпрямительном блоке или для любой другой схемы важно хорошо ориентироваться в основных технических параметрах.
Среди таких характеристик наиболее значимыми для диодного моста являются:
- Амплитудное максимальное напряжение обратной полярности – это пороговое значение более которого уже произойдет необратимый процесс и полупроводник выйдет со строя. Обозначается как UАобр в отечественных моделях или Vrpm для зарубежных.
- Среднее обратное напряжение – представляет собой номинальное значение электрической величины, которое может прикладываться в процессе эксплуатации. Имеет обозначение Uобр в отечественных образцах или Vr(rms) для зарубежных диодных мостов.
- Средний выпрямленный ток – обозначает действующую величину электрического тока на выходе диодного моста. На устройствах указывается как Iпр или Io для моделей отечественного или зарубежного производства соответственно.
- Амплитудный выпрямленный ток – это максимальный ток на выходе выпрямителя, определяемый пиком полуволны на кривой, обозначается как Ifsm для пульсирующего тока на положительном и отрицательном выводе.
- Падение напряжения в прямой полярности – определяет потерю напряжения от собственного сопротивления диодного моста. На устройстве обозначается как Vfm.
Если вы хотите выбрать модель на замену, допустим в сети 220 В, то главный параметр для диодного моста обратный ток и напряжение. Рабочие характеристики должны значительно превышать номинал сети, к примеру, при напряжении 220 В – диодный мост должен выдерживать около 400 В. По току подойдет и меньший запас, но его также следует предусмотреть.
Что такое диоды
Схема диодной сборки Из приведенного выше рисунка видно, что в мостовую схему входят четыре полупроводниковых элемента диода , порядок соединения которых соответствует встречно-параллельному принципу. Любое преобразование напряжения требует применения диодных мостов.
Избыток заряда одного знака заставляет носителей отталкиваться друг от друга, в то время как область с противоположным зарядом стремится притянуть их к себе. В электронике данная схема применяется в настоящее время повсеместно.
Более мощные выпрямительные диодные мосты требуют охлаждения, так как при работе они сильно нагреваются. Во время положительного полупериода положительное напряжение приложено к аноду VD1, а отрицательное — к катоду VD3. В обычной осветительной цепи течет переменный ток, который 50 раз в течение одной секунды меняет свою величину и направление.
Схема диодного моста Это так называемый однофазный выпрямительный мост, один из нескольких типов выпрямителей , которые активно применяются в электронике. Его превращение в постоянный — достаточно часто встречающаяся необходимость. В области соединения материала n- и p-типа существует потенциальный барьер.
Статья по теме: Объем испытаний
Физические свойства p-n перехода
Также в нем будет рассмотрен вопрос, касающийся того, как сделать диодный мост своими руками. Образованный избыток электронов формирует отрицательный заряд, а дырок — положительный. Но самое интересное, что два типа проводимости могут существовать в одном куске полупроводника. Пару слов о том, как работает диодный мост.
Схема и принцип работы диодного моста На данной схеме 4 диода соединенных по мостовой схеме подключены к источнику переменного напряжения В. Диод Раньше, в эпоху стеклянных электронных вакуумных ламп, это была самая простая из ламп.
Если взглянуть на принципиальные схемы блоков питания, как трансформаторных, так и импульсных, то после выпрямителя всегда стоит электролитический конденсатор, который сглаживает пульсации тока
Важно отметить, что ток Iн протекающий через нагрузку Rн, не изменяется по направлению, то есть является постоянным
Выпрямлению подвергается напряжение, снимаемое со вторичной понижающей обмотки трансформатора Т. При загорании включенного через ограничивающий резистор светодиода можно быть уверенным в том, что на выходе появился постоянный потенциал. В данной схеме, ток протекает от фазы с наибольшим потенциалом, через нагрузку к фазе с наименьшем потенциалом. Потому что анод холодный, а к катоду теперь приложен положительный потенциал, который возвращает выброшенные накалом катода электроны обратно. Однако отдельные образцы современных электронных устройств ваш мобильный, например нуждаются в постоянном или выпрямленном напряжении. Способы соединения диодных мостов, выпрямителей для увеличения их максимального тока и напряжения
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.
Как работает генератор авто
Схема работы генератора следующая: при повороте ключа в замке зажигания включается электросеть. Напряжение с аккумулятора поступает на регулятор, который в свою очередь, передает его на медные токосъемные кольца, конечный потребитель — обмотка возбуждения ротора. С момента вращения коленвала двигателя, через ременную передачу начинает вращаться вал ротора, создается электромагнитное поле. Ротор образует переменный ток, при достижении определенных оборотов обмотка возбуждения питается с самого генератора а не с АКБ.
Далее переменный ток поступает на диодный мост, где происходит процесс “выравнивания”. Регулятор напряжения следит за режимом работы ротора, при необходимости меняет напряжение обмотки возбуждения. Таким образом, при условии исправных деталей, на аккумулятор поступает стабильный ток, обеспечивающий бортовую сеть необходимым напряжением.
На панель приборов более современных авто выведен индикатор АКБ, который указывает на состояние генератора также (загорается при обрыве ремня или перезарядке). Такие автомобили как ВАЗ 2101-07, АЗЛК-2140, и другая советская “техника”, имеют стрелочный индикатор, амперметр или вольтметр, благодаря чему можно следить за состоянием генератора всегда.
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.
Схема диодного моста
Наиболее характерным импульсным блоком является блок питания компьютера. Нижний предел измерения сопротивлений зависит от импеданса соединений проводов и контактов. Для питания используется переменный ток, при этом две составляющие моста должны быть регулируемые, чтобы обеспечить уравновешивание, как по модулю, так и по фазе.
Теперь только два паразитных падения напряжения Eпров. Мост для измерения индуктивности методом сравнения с мерой.
Схема управления электроприводом дистанционным способом. Иногда это вводит новичков в замешательство. Она обладает несколько большим дрейфом напряжения сдвига и более низким уровнем шумов.
Обычно, такое изображение либо служить для того, чтобы упростить вид принципиальной схемы, либо для того, чтобы показать, что в данном случае применена диодная выпрямительная сборка.
Коэффициент усиления A2 устанавливается в соответствии с используемой измерительной шкалой. Участки цепи, соединяющие точки а и с, а также b и d, называются диагоналями моста. Как работает простейший блок питания
