Диодный мост

Что такое диодный мост

Термин «диодный мост» образован от слова «диод». Итак, диодный мост — это радиодеталь, состоящая из диодов. Здесь очень важно, как эти диоды соединены, иначе диодный мост становится просто кучей диодов.

Диод на электрических схемах обозначается так.

Простейший диодный мост состоит из 4-х диодов, соединенных между собой вот так.

Эта цифра также является наиболее распространенным обозначением диодного моста в электрических цепях.

Упрощенный вариант выглядит так.

Вы даже можете увидеть что-то подобное на графиках.

Для корректной работы диодного моста нам необходимо правильно его подключить. Правильное подключение диодного моста выглядит так.

Принцип работы диодного моста

Диод в цепи переменного напряжения

Итак в статье про диод мы рассмотрели что будет на выходе диода если на него подать переменный ток. Для этого мы даже собрали такую ​​схему, где G — генератор синусоид. Сигнал с клемм X1 и X2 уже снят.

На диод подали переменное напряжение.

А на выходе после диода уже получили такой сигнал.

Я имею в виду, вот как мы это сделали.

Да, мы получили постоянный ток из переменного тока, но оно того стоило? В данном случае мы получили постоянный пульсирующий ток, где полностью вырезалась половина мощности сигнала.

Как работает диодный мост в теории

Как известно, переменный ток меняет направление несколько раз в секунду. Следовательно, его можно разбить на положительные полуволны и отрицательные полуволны. Положительные полуволны я обозначил красным, а отрицательные полуволны синим.

Для работы диодного моста ему нужна какая-то нагрузка. Пусть будет сопротивление. Поэтому, когда на диодный мост придет положительная полуволна, ток через него будет выглядеть так.

Как видите, при положительной полуволне диоды не задействованы, что я и показал штриховой линией.

После положительной полуволны следует отрицательная полуволна, и в этом случае ток в диодном мосту выглядит так.

При этом диоды, которые работали на положительной полуволне, те, что на отрицательной полуволне, отдыхают). Эстафету принимает другая пара диодов. Можно даже сказать, что в диодном мосту они работают попарно. Одна пара диодов работает на положительной полуволне, а другая пара на отрицательной.

Обратите внимание на нагрузку. При любых обстоятельствах к нему всегда приходит одна и та же полярность тока.

Работа диодного моста на практике

Посмотрим, что происходит на выходе диодного моста, если подать на него переменное напряжение. Для этого возьмем 4 простых кремниевых диода и соединим их диодным мостом. Важно, чтобы диоды были одной марки.

На вход диодного моста подадим переменное напряжение, и посмотрим, что мы получим на выходе.

Итак, я подаю на вход следующий сигнал.

На выходе получаю постоянное пульсирующее напряжение.

Здесь мы видим, что отрицательная полуволна в диодном мосту не обрывается, а меняется на положительную. Потери мощности сигнала нет, так как отрицательная полуволна просто инвертируется в положительную полуволну. Ну разве это не чудо?

Внимательный читатель также может заметить, что амплитуда сигнала несколько уменьшилась. Если мы подавали на вход синусоидальный сигнал с амплитудой 6 вольт, то на выходе диодного моста имеем чуть меньше 6 вольт, а точнее где-то 4,8 вольта.

Почему это произошло? Дело в том, что на кремниевый диод падает напряжение 0,6-0,7 вольта. Поскольку переменное напряжение проходит через 2 диода на каждой полуволне, на каждом диоде падает 0,6 вольта. 2×0,6=1,2 Вольта. 6-1,2 = 4,8 вольта.

Теперь можно с гордостью нарисовать картину.

Виды диодных мостов

Примерно так выглядят импортные и советские диодные мосты.

Например, в СССР контакты, на которые необходимо подать переменное напряжение, обозначены знаком «~», а контакты, с которых мы снимаем постоянное пульсирующее напряжение, знаками «+» и «-» и «-«.

Существует много типов диодных мостов в разных корпусах.

Есть даже диодный мост на трехфазное напряжение.

Как вы могли заметить, такой трехфазный выпрямитель имеет пять проводов. Три выхода для фаз, а два других для постоянного напряжения.

Он собран по так называемой схеме Ларионова и состоит из 6 диодов.

Трехфазные мосты в основном используются в силовой электронике.

Характеристики диодного моста

Как мы уже обсуждали, в электронике диодные мосты бывают в разных корпусах и имеют разные габариты.

Почему? Дело в том, что каждый диодный мост имеет некоторые свои особенности, о которых мы и поговорим в этой главе.

Чтобы не ходить далеко, давайте посмотрим на диодный мост GBU6K и посмотрим на примере, как читать характеристики.

Чтобы понять, что это за фрукт и с чем его едят, необходимо скачать на него техническое описание (паспорт). Вот ссылка на этот диодный мост. Ниже рассмотрим основные характеристики диодного моста, которых будет достаточно для обычного электронщика.

Распиновка и корпус

Итак на главной странице мы видим распиновку. Распиновка — это какие выводы за что отвечают и как их правильно подключить к внешней цепи.

Как видите, мы подаем переменное напряжение на средние выводы, снимая постоянное напряжение с крайних выводов. На рисунке также показано, как диоды соединены между собой в этом диодном мосту. Эта информация будет нам очень полезна.

Чуть ниже мы видим именно такую ​​табличку, которая показывает нам наиболее важные первичные свойства.

Пакет — тип пакета. Дела GBU выглядят так.

Максимальный ток

Так что решено. Дальше следующий вариант. ПЧ (АВ) — максимальный ток, который этот диодный мост может «протянуть» через себя. В техпаспорте есть таблицы и графики, какие условия нужно соблюдать, чтобы мост смог протянуть через себя этот ток без вреда для здоровья.

Поэтому диодные мосты в больших металлических корпусах способны «протягивать» через себя очень большой ток. Если вставить небольшой диодный мостик в мощный блок питания, то он, скорее всего, просто сгорит.

В силовой электронике стараются использовать мощные диодные мосты, например, такой диодный мост может «протянуть» через себя ток в 50 ампер.

Максимальное пиковое обратное напряжение

Грубо говоря, это обратное напряжение диода. При его превышении произойдет пробой и диод, а значит, и диодный мост получат «грязевой провал». Также следует обращать внимание на этот параметр при корректировке сетевого напряжения.

Если подать на диодный мост 220 вольт, пиковое значение будет 310 вольт (220 × √2). Так как у меня диодный мост GBU6K, то нужно смотреть на табличку ниже. Как видите, пиковое напряжение диодов составляет 800 вольт. Значит, такой диодный мост вполне пригоден для выпрямления сетевого напряжения.

Как проверить диодный мост

1 способ.

Как вы теперь знаете, однофазный диодный мост состоит из 4-х диодов. Чтобы узнать, где они расположены, нам нужно скачать даташит на этот диод и посмотреть, как расположены диоды в этом диодном мосту. Например, у моего моста GBU6K диоды расположены так.

То есть все, что мне нужно сделать, это прозвонить каждый диод мультиметром. Как это сделать, я написал в этой статье.

Другой способ.

Он 100%. Но для этого потребуется осциллограф, ЛАТР или понижающий трансформатор, а также резистор, желательно 5-10 КОм. После того, как находим разводку выводов, припаиваем резистор 5-10 КОм к «+» и «-». Из тех же выводов снимаем осциллограмму.

Так что все должно выглядеть так.

Смотрим на форму волны

Значит диодный мост работает.

Однофазный выпрямитель

Этот выпрямитель чаще всего используется в бытовой электронике, так как бытовая электрическая сеть однофазная. Как правило, волны выпрямленного тока частотой 100 Гц не подходят для нормальной работы оборудования; появится неприятный звуковой фон – гудение.

После выпрямителя следует установить качественный сглаживающий фильтр из дросселя (последовательно) и конденсатора достаточной емкости (параллельно выходу выпрямителя).

Трёхфазный выпрямитель

Трехфазные выпрямители на выходе дают меньшую частоту пульсаций, чем однофазные. Снижены требования к сглаживающим фильтрам.

Схемы выпрямителей для трехфазных цепей бывают однотактными и двухтактными. В однотактной схеме к каждой обмотке трехфазного трансформатора подключен минусовой диод. Свободные концы каждой из трех катушек соединены в общую точку. Плюсы диодов также подключаются к одной точке. Нагрузка подключается между этими двумя общими точками.

Если требуется более высокое выходное напряжение, и меньшие пульсации, собирается двухтактная схема. Собраны три пары диодов, в каждой паре плюсовой вывод одного соединен с минусовым другого.

Положительные выводы трех пар также собраны в одну точку, минусы диодов также объединены, а общие точки каждой пары диодов соединены со свободными концами трех обмоток вторичной обмотки трансформатора.

Нагрузка подключается между общим минусом и плюсом для сборки. В такой схеме выходное напряжение немного выше, а пульсации намного меньше. Иногда можно обойтись и без сглаживающего фильтра. Такая схема называется трехфазным мостовым выпрямителем Ларионова».

Где применяется схема диодного моста

Кстати, автомобильный генератор также вырабатывает переменный ток, а все электрооборудование автомобиля работает на постоянном токе. После генератора установлен мощный диодный выпрямитель.

Мостовая схема диодного выпрямителя широко применяется в бытовой радиоаппаратуре — радиоприемниках, телевизорах, различных магнитофонах и проигрывателях. Диодные мосты устанавливаются как в трансформаторных, так и в импульсных источниках питания.

Как сделать диодный мост своими руками

При необходимости и при наличии нужных диодов и паяльника диодный мост несложно собрать своими руками.

Что нужно для работы

Для работы нужно подготовить рабочее место с розеткой для паяльника, паяльник с подставкой, припой, канифоль, пинцет, маленькие кусачки. Конечно нужны диоды с нужными характеристиками. При большом желании мост можно собрать на плате с уже готовыми дорожками.

Читайте также: Аварийное освещение: виды, требования, устройство, схемы, проверка исправности

Устройство и принцип работы

Диодный мост представляет собой электронную схему, собранную на основе выпрямительных диодов, которые предназначены для преобразования подаваемого переменного тока в постоянный.

Чаще всего в схему включают диоды Шоттки, но это не является категорическим требованием, поэтому в конкретном случае его можно заменить другими моделями, подходящими по техническим параметрам. Схема полупроводникового диодного моста включает четыре элемента на одну фазу.

Диодный мост может быть собран как отдельные диоды, так и собран единым блоком, в виде монолитной четырехполюсника.

Принцип работы диодного моста основан на способности p — n перехода пропускать электрический ток только в одном направлении. Схема подключения диодов к мосту устроена таким образом, что для каждой полуволны создается отдельный путь для протекания электрического тока к подключаемой нагрузке.

Рис. 1. Принцип работы диодного моста

Чтобы объяснить выпрямление диодного моста, необходимо рассмотреть работу схемы в зависимости от формы входного напряжения. Следует отметить, что кривая напряжения за период имеет две полуволны — положительную и отрицательную. В свою очередь, каждая полуволна имеет процесс подъема и спада относительно точки максимальной амплитуды.

Поэтому работа выпрямительного блока будет иметь следующие этапы:

• На вход выпрямительного моста, обозначенный буквами А и В, подается переменное напряжение 220В.
• Каждая полуволна, поступающая от электрической сети или от обмоток трансформатора, преобразуется в постоянную величину парой диодов, расположенных по диагонали.
• Положительная полуволна будет проведена парой диодов VD1 и VD4 и выдаст полуволну на выход моста в положительной области оси у.
• Отрицательная полуволна будет выпрямляться парой диодов VD2 и VD3, от которых появится другая полуволна в положительной области на том же выходе моста.

В связи с тем, что на выходе диодного моста реализуются оба полупериода, такое электронное устройство называют двухполупериодным выпрямителем, также называемым схемой Гретца.

Обозначение на схеме и маркировка

На электрической схеме диодный мост может иметь разные варианты изображения. Чаще всего можно увидеть такие обозначения:

Рис. 2. Обозначение схемы

Первое обозначение мостового выпрямителя обычно используется в ситуациях, когда электронное устройство представляет собой монолитную конструкцию, единый блок. Компоновка маркируется латинскими буквами VD, за которыми следует порядковый номер.

Второй вариант наиболее распространен для ситуаций, когда диодный мост состоит из отдельных полупроводниковых приборов, собранных в цепь. Маркировка второго варианта чаще всего выполняется в виде серии ВД1 — ВД4.

Следует также отметить, что приведенное выше схематическое обозначение и маркировка, хотя и являются общепринятыми, могут быть нарушены при вычерчивании схем.

Технические характеристики

При выборе конкретного диодного моста для замены в выпрямительном блоке или для другой схемы важно ознакомиться с наиболее важными техническими параметрами.

Среди этих свойств наиболее важными для диодного моста являются:

• Амплитудное максимальное напряжение обратной полярности является пороговым значением, выше которого уже будет происходить необратимый процесс и полупроводник выйдет из строя. Обозначается как UAobr у отечественных моделей или Vrpm у зарубежных.
• Среднее обратное напряжение — представляет собой номинальное значение количества электроэнергии, которое может быть использовано во время работы. Имеет обозначение Uобр у отечественных образцов или Вр (среднеквадратичное значение) у зарубежных диодных мостов.
• Средний выпрямленный ток — указывает действующее значение электрического тока на выходе диодного моста. На агрегатах обозначается как Ипр или Ио для моделей отечественного или зарубежного производства соответственно.
• Амплитуда выпрямленного тока представляет собой максимальный ток на выходе выпрямителя, определяемый пиком полуволны на кривой, обозначаемой как Ifsm пульсаций тока на положительном и отрицательном выводах.
• Падение напряжения при прямой полярности — определяет падение напряжения от собственного сопротивления диодного моста. На устройстве он обозначен как Vfm.

Если вы хотите подобрать модель на замену, допустим в сети 220 В, то основные параметры диодного моста — обратный ток и напряжение. Рабочие характеристики должны значительно превышать номинал сети, например, при напряжении 220 В — диодный мост должен выдерживать около 400 В. Меньший запас по току тоже подходит, но его тоже следует предусмотреть.

Преимущества и недостатки

Кроме диодного моста существуют и другие способы преобразования переменного тока в постоянный. По сравнению с однополупериодным выпрямлением двухполупериодное выпрямление имеет ряд преимуществ:

• И отрицательная, и положительная полуволны синусоиды преобразуются в выходное напряжение, так что вся мощность трансформатора используется максимально оптимально.
• Из-за более высокой частоты пульсаций напряжение, получаемое от диодного выпрямителя, гораздо проще сгладить с помощью фильтров.
• Использование электроэнергии под нагрузкой снижает потери мощности за счет перемагничивания сердечника, происходящего за счет процессов взаимной индукции в обмотках питающего трансформатора.
• Гармоническое перераспределение кривой электрического тока и напряжения на выходе — за счет передачи каждого полупериода сразу двумя диодами в мосту, выходной параметр гораздо равномернее.

К недостаткам диодного моста можно отнести большее падение напряжения, по сравнению с однополупериодной схемой или выпрямителем с отводом от центральной точки. Это связано с тем, что ток протекает сразу через два полупроводниковых элемента и встречает омическое сопротивление от каждого из них.

Такой недостаток может иметь существенное влияние в слаботочных цепях, где доли ампера могут определять величину сигналов, режимы работы устройств и т д. Диодные мосты с диодами Шоттки, где прямое падение напряжения относительно меньше, могут быть используется как раствор.

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

Практическое применение

На практике диодный мост имеет достаточно широкий спектр применения — это цифровая техника, блоки питания в персональных компьютерах, ноутбуках, различных устройствах, автомобильных генераторах, питающихся от низкого постоянного напряжения.

Кроме того, их можно встретить в системах звуковоспроизведения, приборостроении, теле- и радиовещании, а также они устанавливаются в самых разных устройствах по всему дому. Чтобы лучше понять роль диодного моста в этих устройствах, рассмотрим несколько конкретных схем, где он используется.

Диодный мост генератора

Диодный мост генератора в автомобилях выпрямляет переменное напряжение, поступающее с обмоток статора генератора. То есть, грубо говоря, без диодного моста получается трехфазный мини-генератор.

Диодный мост генератора ВАЗ 2110

В этой статье мы рассмотрим диодный мост от генератора ВАЗ 2110.

Выполнен по схеме Ларионова с некоторым дополнением в виде 3-х дополнительных диодов.

Как проверить диодный мост генератора

Проверить диодный мост генератора можно двумя способами.

Проверка с помощью лампы накаливания

Этот способ считается самым простым и им может воспользоваться каждый, так как под рукой всегда есть батарейка и лампа на 12 В. Иначе откуда у вас автомобильный генератор?)

Заранее лучше припаять или присоединить к лампе два провода, чтобы легче было проверить. Вот и собираем наше устройство для проверки диодного моста генератора из лампы и батарейки по этой схеме.

Тогда нам просто нужно проверить каждый диод. Так что помните, что диод проводит электрический ток в одном направлении, но не в другом. Получается, что приходится дважды «тыкать» в каждый диод, чтобы узнать, работает ли он. Итак, мы делаем это.

Вместо батарейки хочу лабораторный блок питания на 12 вольт, что в принципе не имеет значения. Мой «прибор» для проверки диодов выглядит так.

Красный крокодил — это плюс от аккумулятора, в моем случае — от блока питания, а черный — это минус.

Идти! У нас есть 9 диодов. Начнем пожалуй с больших диодных табличек, которые вмонтированы в металлические листы. Цепляю одним проводом-крокодилом к ​​пластине, на которой крепится один конец диода

а другим выводом, идущим от лампы накаливания, касаюсь другого вывода диода и вуаля! Лампа горит!

Теперь необходимо поменять выводы наших проводов от самодельного устройства местами и повторить это действие еще раз.

Как видите, наша лампа выключена, и это здорово! Потому что мы только что убедились, что наш диод полностью исправен и готов выполнять свою задачу на все 100%.

Таким же образом проверяем все диоды на планшете.

Маленькие черные диоды проверяются точно так же.

Меняем выводы и убеждаемся, что диод работает.

Правила:

1) Если лампочка не загорается в обе стороны, диод неисправен.

2) Если свет горит и так и сяк, то диод тоже неисправен.

3) Если лампочка горит, но не загорается при смене щупов, диод исправен.

Проверка с помощью мультиметра

Не у всех есть такой замечательный прибор, как мультиметр, но он должен быть у каждого уважающего себя электрика и электронщика.

Каждый хороший мультиметр имеет функцию проверки целостности диодов. Как я уже сказал, наш автомобильный диодный мост будет в хорошем состоянии, если все диоды в порядке.

Берем в руки мультиметр и ставим его в режим прозвонки диодов.

И начинаем поочередно проверять все диоды на исправность. В одну сторону диод должен показывать значение от 0,4 до 0,7 вольта. В нашем случае 0,552 вольта, что вполне приемлемо.

Затем меняем щупы и видим, что мультиметр показывает нам OL, что говорит нам о превышении предела измерения. Так что диод жив-здоров).

Использование барьера Шоттки

Применение диода Шоттки оправдано в двух случаях. Только когда необходимо выпрямить высокочастотный ток. Барьер Шоттки идеально подходит для этой задачи, потому что он имеет низкую коммутационную емкость и, следовательно, быстродействующий.

Во-вторых, когда необходимо выпрямить большой ток в десятки и сотни ампер. В данном случае деталь работает хорошо за счет малого падения напряжения и малого тепловыделения.

Диодные мосты в мире электроники играют роль согласующего элемента. С их помощью можно подключать устройства, требующие постоянного тока, к сети, удобной для передачи переменного напряжения. Таких устройств в быту немало, они крайне важны для комфортной жизни человека.