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:
- Нормально выровнять пульсации до настоящей прямой невозможно.
- У схемы довольно малый коэффициент полезного действия.
- 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
- 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.
- Двухполупериодное выпрямление позволяет лучше использовать мощность питающего трансформатора и за счёт этого уменьшить его размеры.
Недостатки .
- Удвоенное падение напряжения по сравнению с однополупериодным выпрямителем.
- Удваиваются потери мощности на рассеяние тепла. Для снижения потерь в мощных низковольтных схемах используются диоды Шоттки с малым падением напряжения.
- 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. 1Название 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.
Загрузка...
