устройство, принцип работы, назначение, схемы

Мы рассматривали пассивные компоненты электронных схем, такие как резисторы и конденсаторы. Но кроме них электрикам и радиолюбителям приходится сталкиваться и с другими, например полупроводниковыми диодами, стабилитронами и т.д. В этой статье мы расскажем, что такое диодный мост, как он работает и для чего нужен.

Определение

Диодный мост – это схемотехническое решение, предназначенное для выпрямления переменного тока. Другое название – двухполупериодный выпрямитель. Строится из полупроводниковых выпрямительных диодов или их разновидности – диодов Шоттки.

Мостовая схема соединения предполагает наличие нескольких (для однофазной цепи – четырёх) полупроводниковых диодов, к которым подключается нагрузка.

Он может состоять из дискретных элементов, распаянных на плате, но в 21 веке чаще встречаются соединенные диоды в отдельном корпусе. Внешне это выглядит, как и любой другой электронный компонент – из корпуса определенного типоразмера выведены ножки для подключения к дорожкам печатной платы.

Стоит отметить, что несколько совмещенных в одном корпусе вентилей, которые соединены не по мостовой схеме, называют диодными сборками.

В зависимости от сферы применения и схемы подключения диодные мосты бывают:

• однофазные;
• трёхфазные.

Обозначение на схеме может быть выполнено в двух вариантах, какое использовать УГО на чертеже зависит от того, собирается мост из отдельных элементов или используется готовый.

Принцип действия

Давайте разбираться, как работает диодный мост. Начнем с того, что диоды пропускают ток в одном направлении. Выпрямление переменного напряжения происходит за счет односторонней проводимости диодов. За счет правильного их подключения отрицательная полуволна переменного напряжения поступает к нагрузке в виде положительной. Простыми словами – он переворачивает отрицательную полуволну.

Для простоты и наглядности рассмотрим его работу на примере однофазного двухполупериодного выпрямителя.

Принцип работы схемы основам на том, что диоды проводят ток в одну сторону и состоит в следующем:

• На вход диодного моста подают переменный синусоидальный сигнал, например 220В из бытовой электросети (на схеме подключения вход диодного моста обозначается как AC или ~).
• Каждая из полуволн синусоидального напряжения (рисунок ниже) пропускается парой вентилей, расположенных на схеме по диагонали.

Положительную полуволну пропускают диоды VD1, VD3, а отрицательную — VD2 и VD4. Сигнал на входе и выходе схемы вы видите ниже.

Такой сигнал называется – выпрямленное пульсирующее напряжение. Для того, чтобы его сгладить, в схему добавляется фильтр с конденсатором.

Основные характеристики

Рассмотрим основные характеристики полупроводниковых диодов. Латинскими буквами приведено их обозначение в англоязычной технической документации (т.н. Datasheet):

• V_rpm – пиковое или максимальное обратное напряжение. При превышении этого напряжения pn-переход необратимо разрушается.
• V_r(rms) – среднее обратное напряжение. Нормальное для работы, то же что и U_обр в характеристиках отечественных компонентов.
• I_o – средний выпрямленный ток, то же что и I_пр у отечественных.
• I_fsm – пиковый выпрямленный ток.
• V_fm – падение напряжения в прямом смещении (в открытом проводящем состоянии) обычно 0.6-0.7В, и больше у высокотоковых моделей.

При ремонте электронной техники и блоков питания или их проектировании новички спрашивают: как правильно выбрать диодный мост?

В этом случае самыми важными для вас параметрами будут обратное напряжение и ток. Например, чтобы подобрать диодный мост на 220В, нужно смотреть на модели с номинальным напряжением больше 400В и нужный ток, например, KBPC106 (или 108, 110). Его технические характеристики:

• максимальный выпрямленный ток – 3А;
• пиковый ток (кратковременно) – 50А;
• обратное напряжение – 600В (800В, 1000В у KBPC108 и 110 соответственно).

Запомните эти характеристики и вы легко сможете определить, какой выбрать вариант по каталогу.

Схемы выпрямителей

Выпрямление тока в блоках питания – основное назначение, среди других компонентов схемы можно выделить входной фильтр, который подключают после выпрямителя – он предназначен для сглаживания пульсаций. Давайте разберемся в этом вопросе подробнее!

В первую очередь стоит отметить, что диодным мостом называют схему однофазного выпрямителя из 4 диодов или трёхфазного из 6. Но любители часто так называют схему выпрямителя со средней точкой.

У двухполупериодного выпрямителя к нагрузке поступает две полуволны, а у однополупериодного – одна.

Чтобы не было путаницы, давайте разбираться в терминологии.

Ниже вы видите однофазную двухполупериодную схему, её правильное название «Схема Гретца», именно её чаще всего подразумевают под названием «диодный мост».

Схема Ларионова – трёхфазный диодный мост, на выходе сигнал двухполупериодный. Диоды в нём пропускают полуволны, открываясь на линейное напряжение, т.е. поочередно: верхний диод фазы A и нижний диод фазы B, верхний фазы B и нижний фазы C и т.д.

Для полноты картины следует рассказать и о других схемах выпрямителей переменного напряжения.

Однополупериодный выпрямитель из 1 диода, включенного последовательно с нагрузкой. Применяется в балластных блоках питания, маломощных миниатюрных блоках питания, а также в приборах, нетребовательных к коэффициенту пульсаций. К нагрузке поступает только одна полуволна.

Двухполупериодный со средней точкой – это и есть то, что ошибочно называют мостом из 2 диодов. Здесь каждую полуволну проводит только один диод. Её преимуществом является больший КПД, чем у схемы Гретца, за счет меньшего числа полупроводниковых вентилей. Однако её использование осложнено тем, что нужен трансформатор с отводом от средней точки, что отражено на схеме принципиальной. Её нельзя использовать для выпрямления сетевого напряжения 220В.

Выпрямитель из сборок Шоттки. Используется в импульсных блоках питания, потому что у диодов Шоттки меньше время обратного восстановления, малая барьерная ёмкость (быстрее переход из открытого состояния в закрытое) и малое прямое падение напряжения (меньше потерь). Чаще всего Шоттки встречаются в сборках, с общим анодом или катодом, как изображено на рисунке ниже.

Поэтому для сборки схемы моста потребуется несколько сборок. Ниже приведен пример из 3 сборок Шоттки с общим катодом.

Из 4 сборок с общим катодом. Отличается от предыдущей тем, что выдерживает больший ток, при тех же компонентах потому, что Шоттки в ней соединены параллельно.

Из 2 сборок Шоттки – одна с общим анодом и одна с общим катодом. Узнать о том, что такое анод и катод, вы можете в нашей отдельной статье.

Как спаять и подключить

Изучать и знать схемы не сложно, основные трудности возникают, когда новичок решает спаять диодный мост своими руками. Для пайки выпрямителя из 4 советских экземпляров типа кд202 используйте иллюстрацию приведенную ниже.

Для сборки диодного моста из современных дискретных диодов типа маломощных 1n4007 (и других – все выглядят аналогично и отличаются только размерами) внимательно посмотрите на следующую иллюстрацию.

Но если вы не собираете его из отдельных деталей, а используете готовый мост, то смотрите ниже, как правильно подключить его в цепь.

Также новичкам будет интересно посмотреть видео о том, как сделать простейший блок питания на 12В:

Область применения и назначение

Чаще всего диодные мосты используют в блоках питания. В трансформаторных БП они подключаются ко вторичной обмотке трансформатора

В импульсных БП – ко входу сети 220В. При этом электронная схема управления и силовая цепь ИБП питается от выпрямленного и сглаженного (не всегда) сетевого напряжения (достигает порядка 300-310 Вольт).

На выводах вторичной обмотки импульсного блока питания высокочастотное переменное напряжение. Для того, чтобы его выпрямить, устанавливают сборки из сдвоенных диодов Шоттки. В связи с этим часто используют схему выпрямления со средней точкой.

В автомобилях и мотоциклах используются трёхфазные диодные мосты, собранные по схеме Ларионова с тремя дополнительными вентилями, потому что для питания бортовой сети используется трёхфазный генератор. Мост в генераторе выполняется в виде сектора окружности и устанавливается на его задней части.

 

Исключение составляют некоторые современные автомобили Toyota и прочих марок, в них используют 6 фазный генератор, для реализации двенадцатипульсной схемы выпрямления из 12 вентилей. Это нужно для снижения пульсации и увеличения выходного тока.

Способы проверки

Для проверки диодного моста лучше всего подходит мультиметр в режиме проверки диодов.

Для этого нужно прозвонить на короткое замыкание входную, затем выходную (диодный мост должен быть выпаян).

Не выпаивая прямо на плате, вы можете измерить падение напряжения на переходах диодов. Для этого нужно определить цоколевку моста, обычно она указывается прямо на корпусе, что мы и рассматривали выше.

На экране мультиметра в прямом смещении должно отображаться цифры в пределах 500-800 мВ, а в обратном – выше 1500 и до бесконечности (зависит от конкретного компонента и измерительного прибора). Тоb же самое можно сделать в режиме Омметра, как показано на рисунке ниже.

Более подробно этот процесс описан в статье «как проверить диодный мост», где кроме методики проверки мы рассказали и о признаках неисправности. Также ознакомьтесь с видео о том, как проверить однофазный выпрямитель и диодный мост автомобильного генератора:

На этом мы и заканчиваем наше подробное объяснение. Надеемся, теперь вам стало понятно, для чего нужен диодный мост и что он делает в электрической цепи. Если возникли вопросы, задавайте их в комментариях под статьей!

Материалы по теме:

Как получить постоянное напряжение из переменного

Осциллограмма постоянного напряжения

Давайте для начала уточним, что мы подразумеваем под «постоянным напряжением». Как гласит нам Википедия, постоянное напряжение (он же и постоянный ток)  —  это такой ток, параметры,свойства и направление которого не изменяются со временем. Постоянный ток течет только в одном направлении и для него частота равна нулю.

Осциллограмму постоянного тока мы с вами рассматривали в статье Осциллограф. Основы эксплуатации:

Как вы помните, по горизонтали на графике у нас время (ось Х), а по вертикали напряжение (ось Y).

Для того, чтобы преобразовать переменное однофазное напряжение одного значения в  однофазное переменное напряжение меньшего (можно и большего) значения, мы используем простой однофазный  трансформатор. А для того, чтобы преобразовать в постоянное пульсирующее напряжение, мы с вами после трансформатора подключали Диодный мост. На выходе получали постоянное пульсирующее напряжение. Но с таким напряжением, как говорится, погоду не сделаешь.

Но как же   нам из пульсирующего постоянного напряжения

получить самое что ни на есть настоящее постоянное напряжение?

Для этого нам нужен всего один радиокомпонент: конденсатор.  А вот так он должен подключаться к диодному мосту:

В этой схеме используется важное свойство конденсатора: заряжаться и разряжаться. Конденсатор с маленькой емкостью быстро заряжается и быстро разряжается. Поэтому, для того, чтобы получить почти прямую линию на осциллограмме, мы должны вставить конденсатор приличной емкости.

Зависимость пульсаций напряжения от емкости конденсатора

Давайте же рассмотрим на практике, зачем нам надо ставить конденсатор большой емкости. На фото ниже у нас три конденсатора различной емкости:

Рассмотрим первый. Замеряем его номинал с помощью нашего LC — метр. Его емкость 25,5 наноФарад или 0,025микроФарад.

Цепляем его к диодному мосту по схеме выше

И цепляемся осциллографом:

Смотрим осциллограмму:

Как вы видите, пульсации все равно остались.

[quads id=1]

Ну что же, возьмем конденсатор емкостью побольше.

Получаем 0,226 микрофарад.

Цепляем к диодному мосту также, как и первый конденсатор снимаем показания с него.

А вот собственно и осциллограмма

 

Не… почти, но все равно не то. Пульсации все равно видны.

Берем наш третий конденсатор. Его емкость 330 микрофарад.  У меня даже LC-метр не сможет ее замерить, так как у меня предел на нем 200 микрофарад.

Цепляем его к диодному мосту снимаем с него осциллограмму.

А вот собственно и она

Ну вот. Совсем ведь другое дело!

Итак, сделаем небольшие выводы:

 — чем больше емкость конденсатора на выходе схемы, тем лучше. Но не стоит злоупотреблять емкостью! Так как в этом случае наш прибор будет очень габаритный, потому что конденсаторы больших емкостей как правило очень большие. Да и начальный ток заряда будет огромным, что может привести к перегрузке питающей цепи.

 — чем низкоомнее будет нагрузка на выходе такого блока питания, тем больше будет проявляться амплитуда пульсаций. С этим борются с помощью пассивных фильтров, а также используют интегральные стабилизаторы напряжения, которые выдают чистейшее постоянное напряжение.

Как подобрать радиоэлементы для выпрямителя

Давайте вернемся к нашему вопросу в начале статьи. Как все-таки получить на выходе постоянный ток 12 Вольт для своих нужд?  Сначала нужно подобрать трансформатор, чтобы на выходе он выдавал … 12 Вольт?  А вот и не угадали!  Со вторичной обмотки трансформатора мы будем получать действующее напряжение.

где

U_Д — действующее напряжение, В

U_max — максимальное напряжение, В

Поэтому, чтобы получить 12 Вольт постоянного напряжения, на выходе трансформатора должно быть 12/1,41=8,5 Вольт переменного напряжения. Вот теперь порядок. Для того, чтобы получить такое напряжение на трансформаторе, мы должны убавлять или добавлять обмотки трансформатора. Формула здесь. Потом подбираем диоды. Диоды подбираем исходя из максимальной силы тока в цепи. Ищем подходящие диоды по даташитам (техническим описаниям на радиоэлементы). Вставляем конденсатор с приличной емкостью. Его подбираем исходя из того, чтобы постоянное напряжение на нем не превышало то, которое написано на его маркировке. Простейший источник постоянного напряжения готов к использованию!

Кстати,  у меня получился 17 Вольтовый источник постоянного напряжения, так как у  трансформатора на выходе 12 Вольт (умножьте 12 на 1,41).

Ну и напоследок, чтобы лучше запомнилось:

 

Показываем на примере в видео:

принцип работы, сфера применения. Выпрямительный мост своими руками

В подавляющем большинстве блоков питания для выпрямления переменного электрического тока используются диодные мосты. Рассмотрим диодный мост, схема включает в себя только 4 диода. На принципиальной схеме, диодный мост обозначают как квадрат повернутый на 45 градусов в центре квадрата на одной из диагоналей чертят диод, катод ближе к положительному выходу моста, анод ближе к отрицательному выходу моста. Оставшиеся две вершины квадрата являются входами переменного напряжения.

Рисуя схему моста достаточно помнить, что от каждого входа приходят к «+» выходу два диода, прием анод подключается на вход, а катод на выход. Тоже и с отрицательным выходом, только к выходу подключаются аноды диодов.

Представим, что на вход диодного моста подается переменное напряжение и в текущий момент на верхнем по рисунку входе присутствует положительный потенциал, то диоды VD2 и VD3 откроются так как к к ним приложено положительное напряжение (на рисунке путь тока показан линией красного цвета), а VD1 и VD4 будут заперты обратным напряжением. При обратной полярности входного напряжения ток потечет от нижнего входа через VD4, нагрузку и VD1 (на рисунке путь тока показан синим цветом), а VD2 и VD3 будут заперты обратным напряжением.

Получается положительный выход будет соединен с тем входом диодного моста, на котором в данный момент присутствует положительный потенциал, а отрицательный выход с тем входом на котором отрицательный потенциал.

Трехфазный диодный мост схема

Рассмотренный нами диодный мост используется для однофазного выпрямления, его и называют однофазным мостом. Для выпрямления переменного электрического тока в трехфазных сетях используют трехфазный диодный мост.

Он состоит из 6 диодов, по паре диодов на каждую фазу. В данной схеме, ток протекает от фазы с наибольшим потенциалом, через нагрузку к фазе с наименьшем потенциалом. Оставшаяся фаза ни к чему не подключена. Если в однофазном мосте проводили ток два диода из четырех, то тут тоже проводят ток 2 диода, а 4 при этом заперты.

Диодный мосты выпускаются как законченные компоненты, но если нет в наличии такой детальки, то можно использовать 4 отдельных диода включенных по схеме диодного моста.

Для плат с поверхностным монтажом удобно использовать сдвоенные диоды. Например из двух диодных сборок BAT54S или BAV99 получается полноценный диодный мост.

Зачастую использование двух сборок из двух диодов оказывается дешевле, чем использование диодного моста из четырех диодов в одном корпусе или четырех диодов по отдельности.

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

Это зарядное устройство я сделал для зарядки автомобильных аккумуляторов, выходное напряжение 14.5 вольт, максимальный ток заряда 6 А. Но им можно заряжать и другие аккумуляторы, например литий-ионные, так как выходное напряжение и выходной ток можно регулировать в широких пределах. Основные компоненты зарядного устройства были куплены на сайте АлиЭкспресс.

Вот эти компоненты:

Еще потребуется электролитический конденсатор 2200 мкФ на 50 В, трансформатор для зарядного устройства ТС-180-2 (как распаивать трансформатор ТС-180-2 посмотрите в ), провода, сетевая вилка, предохранители, радиатор для диодного моста, крокодилы. Трансформатор можно использовать другой, мощностью не менее 150 Вт (для зарядного тока 6 А), вторичная обмотка должна быть рассчитана на ток 10 А и выдавать напряжение 15 – 20 вольт. Диодный мост можно набрать из отдельных диодов, рассчитанных на ток не менее 10А, например Д242А.

Провода в зарядном устройстве должны быть толстые и короткие. Диодный мост нужно закрепить на большой радиатор. Необходимо нарастить радиаторы DC-DC преобразователя, или использовать для охлаждения вентилятор.

Сборка зарядного устройства

Подсоедините шнур с сетевой вилкой и предохранителем к первичной обмотке трансформатора ТС-180-2, установите диодный мост на радиатор, соедините диодный мост и вторичную обмотку трансформатора. Припаяйте конденсатор к плюсовому и минусовому выводам диодного моста.

Подключите трансформатор к сети 220 вольт и произведите замеры напряжений мультиметром. У меня получились такие результаты:

1. Переменное напряжение на выводах вторичной обмотки 14.3 вольта (напряжение в сети 228 вольт).
2. Постоянное напряжение после диодного моста и конденсатора 18.4 вольта (без нагрузки).

Руководствуясь схемой, соедините с диодным мостом DC-DC понижающий преобразователь и вольтамперметр.

Настройка выходного напряжения и зарядного тока

На плате DC-DC преобразователя установлены два подстроечных резистора, один позволяет установить максимальное выходное напряжение, другим можно выставить максимальный зарядный ток.

Включите зарядное устройство в сеть (к выходным проводам ничего не подсоединено), индикатор будет показывать напряжение на выходе устройства, и ток равный нулю. Потенциометром напряжения установите на выходе 5 вольт. Замкните между собой выходные провода, потенциометром тока установите ток короткого замыкания 6 А. Затем устраните короткое замыкание, разъединив выходные провода и потенциометром напряжения, установите на выходе 14.5 вольт.

Данное зарядное устройство не боится короткого замыкания на выходе, но при переполюсовке может выйти из строя. Для защиты от переполюсовки, в разрыв плюсового провода идущего к аккумулятору можно установить мощный диод Шоттки. Такие диоды имеют малое падение напряжения при прямом включении. С такой защитой, если перепутать полярность при подключении аккумулятора, ток протекать не будет. Правда этот диод нужно будет установить на радиатор, так как через него при заряде будет протекать большой ток.

Подходящие диодные сборки применяются в компьютерных блоках питания. В такой сборке находятся два диода Шоттки с общим катодом, их нужно будет запараллелить. Для нашего зарядного устройства подойдут диоды с током не менее 15 А.

Нужно учитывать, что в таких сборках катод соединен с корпусом, поэтому эти диоды нужно устанавливать на радиатор через изолирующую прокладку.

Необходимо еще раз отрегулировать верхний предел напряжения, с учетом падения напряжения на диодах защиты. Для этого, потенциометром напряжения на плате DC-DC преобразователя нужно выставить 14.5 вольт измеряемых мультиметром непосредственно на выходных клеммах зарядного устройства.

Как заряжать аккумулятор

Протрите аккумулятор тряпицей смоченной в растворе соды, затем насухо. Выверните пробки и проконтролируйте уровень электролита, если необходимо, долейте дистиллированную воду. Пробки во время заряда должны быть вывернуты. Внутрь аккумулятора не должны попадать мусор и грязь. Помещение, в котором происходит заряд аккумулятора должно хорошо проветриваться.

Подключите аккумулятор к зарядному устройству и включите устройство в сеть. Во время заряда напряжение будет постепенно расти до 14.5 вольт, ток будет со временем уменьшаться. Аккумулятор можно условно считать заряженным, когда зарядный ток упадет до 0.6 – 0.7 А.

Диод представляет собой полупроводниковый агрегат с разной проводимостью, определяемой прикладываемым напряжением. Он имеет два вывода: катод и анод. Если подается прямое напряжение, то есть на аноде в сравнении с катодом потенциал положителен, агрегат открыт.

Если напряжение отрицательно, он закрывается. Такая особенность нашла применение в электротехнике: диодный мост активно используется в сварочном деле для выпрямления переменного тока и улучшения качества сварных операций.

Как сделать выпрямитель своими руками?

Если в наличии мастера имеются комплектующие детали, вполне реально изготовить самодельный сварочный выпрямитель. При условии соблюдения всех рекомендаций специалистов он гарантировано обеспечит процесс ручной дуговой сварки постоянным током, но потребуется применить электрод с обмазкой.

Использовать проволоку без обмазки также допустимо, но только при условии большого опыта в сварных вопросах. Для неопытного сварщика справиться с ней будет практически нереально.

Диодный мост для сварочного аппарата.

Обмазка при расплавлении электрода препятствует проникновению составляющих воздуха в расплавленный металл сварного соединения. Без нее контакт металла в расплавленном виде с азотом и кислородом снизят прочностные свойства шва, сделав его хрупким и пористым.

Сначала потребуется выбрать или смотать своими руками понижающий трансформатор с требуемыми параметрами. Собирают трансформатор до подключения диодного моста.

Если выбран путь самостоятельного изготовления аппарата, важно правильно рассчитать его элементы, в том числе:

• параметры магнитопровода;
• актуальное количество витков;
• размеры сечения шин, проводов.

На заметку! Расчеты для изготовления трансформаторов осуществляются по единой методике, поэтому данная задача не представляет трудностей даже для малоопытного сварщика со школьными знаниями электричества.

В работе не обойтись без светодиодов: нужны они в качестве проводников тока в одном единственном направлении. Простейший диодный , созданный по мостиковой схеме, монтируют на радиатор с целью теплообмена и охлаждения.

Мощные диоды для сварочного аппарата, по типу ВД-200, выделяют при работе довольно большой объем тепловой энергии. Чтобы обеспечить падающую характеристику тока, в цепь потребуется включить дроссель последовательно.

Активное переменное сопротивление в такой схеме обеспечит сварщику возможность плавно регулировать сварочный ток. Далее, один полюс нужно подключить к сварной проволоке, а второй ‒ к рабочему объекту.

Электролитический конденсатор в составе схемы необходим в качестве сглаживающего фильтра для снижения пульсаций.

Выполнить намотку реостата несложно своими силами, но для такой задачи потребуется керамический сердечник и проволока из никелина или нихрома. Актуальный диаметр проволоки определит величина регулируемого тока сварной операции.

Расчет сопротивления реостата нужно проводиться учетом удельного сопротивления электрода, его сечения и общей длины.

Электрическая схема сварки с диодным мостом.

Шаг регулировки тока для сварки зависит от диаметра витков. Если правильно собрать перечисленные детали в единый агрегат, процесс сварки будет сопровождаться постоянным током. Не лишним будет и монтаж резистора, препятствующего короткому замыканию при работе.

Оно может происходить при касании проволоки о металл без зажигания дуги. Если в это время на конденсаторе нет сопротивления, он мгновенно разрядится, произойдет щелчок, электрод разрушится или прилипнет к металлу.

При наличии резистора можно сгладить разряды на конденсаторе, сделать поджога электрода более простым и мягким. Изготовление аппарата для выпрямления сварного тока своими руками позволит создавать максимально аккуратные и долговечные сварные швы.

Итоги

Диодный мост для сварочного аппарата преобразует переменный ток в постоянный, что позволяет повысить качества сварных соединений. Такое приспособление можно приобрести в готовом виде или создать своими руками, следуя советам, озвученным в статье.

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

Обозначение на схеме

Диодный мост на схемах выглядит подобным образом:

Иногда в схемах его обозначают еще так:

Как мы с вами видим, схема состоит из четырех диодов. Для того, чтобы она работала корректно, мы должны правильно соединить диоды и правильно подать на них переменное напряжение. Слева мы видим два значка “~”. На эти два вывода мы подаем переменное напряжение, а снимаем постоянное напряжение с других двух выводов обозначенных значками “+” и “-“. Диодный мост также называют диодным выпрямителем.

Принцип работы

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

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

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

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

Практические опыты

Для начала возьмем простой диод.

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

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

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

3,3х5=16.5В – это максимальное значение напряжения. А если разделить максимальное амплитудное значение на корень из двух, то получим где то 11,8 Вольт. Это и есть . Осциллограф не врет, все ОК.

Еще раз повторюсь, можно было использовать и 220 Вольт, но 220 Вольт – это не шутки, поэтому я и понизил переменное напряжение.

Припаяем к одному концу вторичной обмотки трансформатора наш диод.

Цепляемся снова осциллографа

Смотрим на осциллограмму

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

Находим еще три таких диода и спаиваем диодный мост .

Цепляемся ко вторичной обмотке трансформатора по схеме диодного моста.

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

Вот, теперь порядок.

Виды диодных мостов

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

Например, на советском диодном мосте показаны контакты, на которые нужно подавать переменное напряжение значком ” ~ “, а контакты, с которых надо снимать постоянное пульсирующее напряжение значком “+” и “-“.

Существует множество видов диодных мостов в разных корпусах

Есть даже автомобильный диодный мост

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

В основном трехфазные диодные мосты используются в силовой электронике.

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

Как проверить диодный мост

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

2) Второй способ 100%-ый. Но для этого потребуется осциллограф, или понижающий трансформатор. Давайте проверим импортный диодный мост. Для этого цепляем два его контакта к переменному напряжению со значками “~”, а с двух других контактов, с “+” и “-” снимаем показания с помощью осциллографа.

Смотрим осциллограмму

Значит, импортный диодный мост исправен.

Резюме

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

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

Какие диоды нужны для диодного моста. Наиболее важные характеристики диода для выпрямителя тока.

Диодный мост используется там, где есть необходимость в получении постоянного  тока из переменного. То есть, если взять самый обычный трансформаторный блок питания, то в его основных элементах будет присутствовать – понижающий трансформатор (с железным магнитопроводом), диодный выпрямительный мост, фильтрующий конденсатор (электролит относительно большой емкости). Силовой трансформатор из более высокого сетевого напряжения, величиной 220 вольт, делает более низкое (стандартными напряжениями являются 3, 5, 6, 9, 12, 24 вольта). Но, с выхода этого трансформатора выходит (так же как и входит) переменный ток. И для того, чтобы из переменного тока сделать постоянный, то есть его выпрямить, и используется диодный мост. Но, на выходе моста мы получим постоянный ток, который будет иметь форму скачков напряжения. Эти скачки сглаживаются фильтрующим конденсатором электролитом.

В этой теме давайте с Вами рассмотрим, как именно правильно подобрать диодный мост, и на какие основные и важные параметры, характеристики в первую очередь обращать внимание. Как известно, диодный мост состоит из четырёх одинаковых диодов, спаянных определенным образом (схема диодного моста). Для примера возьмём такой популярный диод, как 1N4007.

1 » Максимальный долговременный прямой ток.

Максимальный долговременный прямой ток – это одна из наиболее важных характеристик диода. К примеру, у диода (1N4007) этот ток равен 1 ампер. Это значит, что при температуре не выше 75 °С данный диод спокойно может через себя пропускать силу тока до 1 ампера без ущерба для себя (не получая тепловой или электрический пробой). Ток выше 1 ампера уже грозит увеличением вероятности пробоя и последующего выхода из строя (либо при сгорании он станет диэлектриком, то есть его внутреннее сопротивление уже будет бесконечно большим, или же после сгорания он, наоборот, станет проводником, у которого сопротивление станет очень малым). При выборе диодов для мостов и готовых диодных сборок мостов нужно делать некий запас по току. Например, Ваш блок питания должен выдавать на выходе максимальный ток 0,5 ампера, и поставив диодный мост на 1 ампер мы получим 50% запас по току, что обеспечивает на дополнительную защиту от случайных токовых перегрузок до 1 ампера. Это позволит обеспечить дополнительную надёжность работающего диодного моста в блоке питания.

2 » Максимальное обратное напряжение диодов в диодном мосте.

Максимальное обратное напряжение диодов – это та максимальная величина амплитудного напряжения, которое будет приложено к диоду при его обратном включении. Напомню, что обратное включение диода, это когда плюс источника питания подсоединяется к минусу (катоду) диода, а минус источника питания подсоединяется к плюсу диода (аноду). То есть, наоборот, плюс к минусу, а минус к плюсу. При этом подключении (обратном) диод находится в закрытом состоянии, его сопротивление бесконечно большое. Следовательно, максимальная амплитуда напряжения оседает на диоде. Максимальное обратное напряжение у нашего (к примеру взятого) диода 1N4007 равна 1000 вольтам (1кВ). Это значит, что диодный мост, собранный на таких диодах может выдерживать амплитудное переменное напряжение аж до 1000 вольт. Напряжение выше этого значения уже, как и в случае с током, увеличивает вероятность электрического пробоя диода, с последующим выходом его из строя. При подборе диода по этой характеристики также делайте некий запас (от 25% до 100%, а то и более). Хотя 1000 вольт это и так достаточно много!

3 » Максимальная рабочая частота диода.

Максимальная рабочая частота диода – это наиболее высокая частота, на которой диод (диодный выпрямительный мост) может работать не теряя свои номинальные характеристики, функционировать (переходить из закрытого состояния в открытое и обратно) с максимальный быстродействием, сохраняя свою надёжность. Наш диод серии 1N4007 имеет максимальную рабочую частоту 1 мГц. Это достаточно высокая частота. Работая в схеме обычного блока питания (запитываемого от сети с частотой 50 Гц) этих диодов более чем будет достаточно, касательно этой характеристики. И даже они нормально будут работать в схемах импульсных БП, где обычно используется частота около 10-18 кГц.

4 » Интервал рабочих температур диода.

Интервал рабочих температур диода, что будет работать в схеме диодного моста – это температурная характеристика диода. Она говорит о том, что в определённом диапазоне температур диод будет нормально работать, и его другие параметры останутся в рамках допустимого (поскольку температура полупроводника влияет на электрические характеристики, например изменением внутреннего сопротивления диода). У диода 1N4007 интервал рабочих температур лежит в пределах -65…+175°С. При очень низких температура вряд ли в быту Вы будете использовать диодный мост, а вот высокая температура легко может образоваться при прохождении большой величины тока. Причем, как известно, большинство диодов, и мостов сделаны из кремния. Кремний имеет свою критическую температуру, после которой он начинает необратимо разрушаться. Эта температура около 150-180°С. Работа диода на предельных температурах, это также не совсем хорошо. Нормальной температурой для работы полупроводников можно считать от 0 до 60 °С.

5 » Падение напряжения на диоде.

Падение напряжения на диоде – это то напряжение, которое присутствует на диоде при его прямом включении. Как я ранее говорил о обратном напряжении диода, так вот прямое включение диода, это когда плюс диода (его анод) подключен к плюсу источника питания, а минус диода (его катод) подключен к минусу источника питания. При таком подключении диод находится в открытом состоянии, через него нормально проходит ток. Но даже в открытом состоянии диод имеет своё некоторое внутреннее сопротивление, которое и вызывает определенное падение напряжения на этом диоде. К примеру на нашем диоде 1N4007 при токе в 1 ампер падение напряжения составляет около 1,1 вольта. В общем это самое падение напряжения у диодов из кремния лежит в пределах от 0,6 до 1,2 вольта. На это падение напряжения влияет и сила тока, которая проходит через этот диод. А в целом, чем меньше это самое падение напряжения на полупроводнике, тем меньшая мощность на нём оседает, тем меньше он будет грется, тем лучше (для некоторых схем очень важно, чтобы было как можно меньшее падение напряжения на диоде).

6 » Максимальный импульсный ток.

Максимальный импульсный ток диода. Этот пункт логичнее было указать вторым, но я его опустил по причине упорядочивания по важности характеристик диода. Итак, первым пунктом у нас было максимальный долговременный ток, то есть ток, величина которого постоянна во времени. Импульсный ток уже характеризует амплитудное значение силы тока. Во времени это ток может меняться, и в некоторые моменты времени быть равен нулю. Поэтому общая мощность, которая будет оседать на диоде при прохождении через него импульсного тока будет меньше, чем та, которая была бы при долговременном токе. К примеру, для диода 1N4007 при длительности импульса 3.8 мс величина тока равна 30 ампер. И тут мы видим ощутимую разницу. Если при длительном токе диод может выдерживать до 1 ампера, то при импульсном это значение увеличилось аж в 30 раз.

Видео по этой теме:

P.S. Это и были основные характеристики диодов, которые будут работать в диодном мосте, на которые нужно обращать внимание при выборе. Хотя если свести к еще большей простоте, то для обычных трансформаторных блоков питания важны две характеристики, это максимальный длительный ток и обратное напряжение (первый и второй пункт в моей статье). Все остальные параметры обычно у современных диодов достаточно велики и их более чем достаточно для всех диодных мостов, которые могут быть использованы для простых блоков питания.

Особенности проектирования блока питания для светодиодных ламп

Электрической лампочке как осветительному прибору уже немногим более 100 лет. За это время ее конструкция и принцип действия многократно менялись, и лишь назначение оставалось прежним. В середине XX века лампу накаливания потеснила люминесцентная лампа, обладающая большей эффективностью и долговечностью. А в начале XXI в. появилась так называемая светодиодная лампа. Необходимо отметить, что под этим названием в действительности скрывается довольно сложная система, состоящая из нескольких элементов, среди которых основными являются: блок питания, светодиодная матрица, система охлаждения и оптическая система. В статье затрагиваются вопросы, связанные с проектированием блока питания для светодиодных ламп.

Типичная схема блока питания светодиодной лампы показана на рис. 1.

 

Сетевое переменное напряжение проходит через фильтр электромагнитных помех (ЭМП) на выпрямитель. Затем выпрямленное напряжение проходит через ступень коррекции коэффициента мощности (ККМ) и питает, собственно, импульсный стабилизатор тока, к выходу которого подключены светодиоды.

Фильтр ЭМП

Входной помехоподавляющий фильтр обладает свойством двунаправленного помехоподавления, то есть предотвращает проникновение высокочастотных импульсных помех как из сети в блок питания, так и наоборот — из блока питания в сеть. Помехи в сети появляются, например, при подключении к ней мощных нагрузок. Помехи в блоке питания обусловлены, прежде всего, импульсным режимом работы транзистора, резонансом в силовых цепях блока в моменты коммутации и работой выпрямителя. Электромагнитные помехи, создаваемые импульсным блоком питания, подразделяются на два типа: симметричная (помеха измеряется между двумя полюсами шин питания) и синфазная (напряжение между каждым проводом питания и землей).

Для подавления симметричной помехи применяется фильтр со сдвоенным дросселем и двумя конденсаторами, шунтирующими шины питания (рис. 2). Конденсатор С1 представляет собой очень большое сопротивление для питающего тока сетевой частоты (50 Гц), и поэтому этот ток через конденсатор С1 не ответвляется. Для импульсного высокочастотного тока помехи этот конденсатор, напротив, имеет очень малое сопротивление, и поэтому большая часть тока помехи замыкается через него. Однако, как показывает практика, этого не всегда достаточно. Поэтому далее включается двухобмоточный дроссель Т1 (нейтрализующий трансформатор), обмотки которого имеют одинаковое число витков и намотаны на одном сердечнике согласно. Из этого следует, что полезный ток сетевой частоты, протекающий по обмоткам I и II в противоположных направлениях, будет создавать в сердечнике Т1 два равных встречно-направленных магнитных потока, взаимно компенсирующих друг друга. Поэтому независимо от величины потребляемого от сети тока сердечник Т1 не будет намагничиваться, а значит, индуктивность обеих обмоток будет максимальна. Основное назначение конденсатора С4 — фильтрация помех, создаваемых диодным мостом. Дело в том, что процесс восстановления обратного сопротивления диодов при переключении не является мгновенным, и при смене полярности приложенного напряжения через диоды протекают импульсные обратные токи, обусловленные рассасыванием избыточных носителей. Эти импульсные токи и являются помехами, генерируемыми сетевым выпрямителем. Конденсатор С4, включенный в диагональ диодного моста, замыкает через себя токи этих импульсных помех, препятствуя их проникновению в питающую сеть и нагрузку блока питания. Также, если есть провод заземления, то конденсаторы C2 и C3 позволяют подавить синфазную помеху.

 

Выпрямитель

Выпрямитель выполняется по схеме диодного моста. Если вместо обыкновенных установить в мост так называемые «быстрые диоды», то уровень помех, создаваемых выпрямителем, значительно уменьшится. Также при разработке лампы следует учесть, что диоды выпрямителя испытывают значительную нагрузку импульсным током заряда конденсатора С5 при включении. Например, диодный мост DB107 (номинальный ток 1 А) выдерживает импульс тока с амплитудой, в 50 раз превышающей номинальный ток в одном цикле или полуволне сетевого напряжения. Зависимость количества возможных циклов от амплитуды импульса тока показана на рис. 3.

 

Поэтому в цепь заряда C5 необходимо включить термистор. Этот элемент имеет сопротивление порядка нескольких Ом во время заряда конденсатора и, следовательно, ограничивает импульсный ток через диодный мост. С другой стороны, через одну-две секунды проходящий через термистор ток разогревает его и приводит к снижению сопротивления. Таким образом, в штатном режиме сопротивление термистора стремится к нулю. График тока в цепи «диодный мост — конденсатор» с термистором (пунктир) и без термистора (сплошная линия) показан на рис. 4

 

Расчет сопротивления термистора производится следующим образом. Во-первых, по закону Ома выбирается минимальное сопротивление при температуре 25 °С.

 

где V_in — входное переменное напряжение, I_max — максимальный допустимый ток диодного моста в одном цикле.

Затем определяется максимальная энергия, которую должен поглотить термистор в момент включения:

 

где С — емкость входного конденсатора, U — выпрямленное напряжение (1,414 × V_in).

Еще одним важным параметром, который стоит принимать во внимание (особенно для светодиодных ламп, где рабочая температура весьма высока), является срок жизни электролитического конденсатора. Как правило, конденсаторы снабжаются информацией о максимальной рабочей температуре. Срок жизни или, другими словами, срок, за который емкость конденсатора снизится в два раза, при этой температуре колеблется от 2 до 7 тыс. ч. В сравнении со светодиодами, которые имеют срок жизни 50-100 тыс. ч, это очень мало. Однако производители конденсаторов утверждают, что со снижением температуры на каждые 10 градусов относительно максимальной срок жизни увеличивается в два раза. Поэтому входную емкость необходимо выбирать с учетом окружающей температуры конденсаторов.

ККМ

Несмотря на то, что выпрямитель является чуть ли не самым простым элементом схемы блока питания, физические процессы, происходящие в его нелинейных элементах (диодах), создают эффект реактивной мощности, которую потребляет лампа. Коэффициентом мощности называется отношение активной (полезной) мощности к суммарной (активная + реактивная). У резистивной нагрузки КМ = 1, т. е. реактивная составляющая равна 0. Активная мощность полностью потребляется нагрузкой и совершает полезную работу. Реактивная же сперва запасается, а затем снова возвращается в сеть. В этой ситуации в сети текут большие токи, чем требовалось бы для данной нагрузки. Таким образом, главная задача ступени ККМ — сократить величину реактивной составляющей мощности до минимума. Разберемся теперь в предпосылках ее появления в источнике питания.

На рис. 5 показаны графики тока и напряжения, которые потребляет от сети обычный нагруженный выпрямитель с конденсатором значительной емкости.

 

В такой схеме ток потребляется короткими импульсами в моменты, когда мгновенное значение напряжения в питающей сети максимально. В промежутках нагрузка питается напряжением, запасенным в конденсаторе, и напряжение на нем постепенно падает. Так происходит до тех пор, пока мгновенное значение сетевого напряжения не превысит снова напряжение, оставшееся на конденсаторе. В этот момент открываются диоды выпрямительного моста, и происходит короткий бросок тока подзарядки. Такой режим работы порождает нежелательную реактивную мощность, которая, не выполняя полезной работы, разогревает питающие сети. Однако причины ее появления на первый взгляд неочевидны. Попробуем в них разобраться.

Рассмотрим передачу энергии от источника к нагрузке через некоторую поверхность S. Форма напряжения задается источником, форма тока — реакцией нагрузки. Ток и напряжение могут быть представлены рядами Фурье. Мгновенная мощность, которая является, очевидно, произведением рядов тока и напряжения, может принимать как положительные, так и отрицательные значения. То есть энергия может течь через поверхность в обоих направлениях.

В случае, когда ток и напряжение не имеют общих гармоник, мощности, передаваемые в обоих направлениях через поверхность S, равны. Другими словами, нагрузка потребляет столько же, сколько и отдает, мощность является чисто реактивной и полезная работа в нагрузке не совершается. Если же гармоники тока и напряжения полностью совпадают по частоте, то вся энергия источника передается в нагрузку и совершает полезную работу. При разложении в ряд Фурье импульсного тока видно, что кроме гармоники частотой 50 Гц, на которой, собственно, и передается полезная энергия, в спектре тока присутствуют гармоники 100, 150 Гц и так далее, практически до бесконечности. Для повышения КМ их следует подавить.

Для импульсных стабилизаторов без ККМ значение коэффициента мощности, как правило, колеблется около значения 0,6. Простейшим ККМ является так называемая схема Valley Filler, которая фактически просто расширяет импульсы тока, приближая, таким образом, их форму к синусоидальной, и, следовательно, сокращает количество гармоник тока и увеличивает КМ. Схема такого устройства изображена на рис. 6. Как правило, с этой схемой удается достичь значений КМ 0,7-0,75.

 

В первый момент времени конденсаторы заряжаются до пика сетевого напряжения — 310 В. Однако благодаря диоду D6 ток разряда через них не потечет, пока мгновенное значение сетевого напряжения не упадет до 155 В. Все это время нагрузка питается сетевым напряжением, за счет чего и удается расширить импульсы тока. После этого открываются диоды D5 и D7, позволяя включенным параллельно конденсаторам разряжаться через нагрузку. Далее цикл снова повторяется. Иногда вводится резистор R1 небольшого сопротивления, чтобы еще больше растянуть время заряда конденсаторов и увеличить значение КМ. Форма напряжения и тока в схеме с таким ККМ показана на рис. 7. Однако следует помнить, что в данной схеме пульсации напряжения достигают амплитуды 150 В!

 

Еще одной разновидностью ККМ является активный ККМ. Он представляет собой повышающий импульсный преобразователь, причем скважность импульсов на его выходе зависит от мгновенного значения питающего напряжения. На его вход подается пульсирующее напряжение непосредственно с диодного моста (без входного конденсатора). Пульсации в выходном напряжении отсутствуют — в отличие от предыдущей схемы. Применение такого ККМ требуется, если мощность лампы превышает 25 Вт. Форма тока на его входе обычно близка к синусоидальной, а КМ стремится к 1.

Источник тока

Яркость светодиода сильно зависит от тока, через него протекающего. Ток же, в свою очередь, определяется многими параметрами, важнейшими из которых являются питающее напряжение и температура p-n-перехода светодиода. Поэтому первая и основная функция блока питания светодиодной лампы — обеспечивать стабильный ток, вне зависимости от изменения внешних параметров. При конструировании лампы обычно выбирают метод импульсной стабилизации, так как он обеспечивает достаточную точность и высокую эффективность (около 90%).

Рассмотрим схему стабилизатора тока на примере микросхемы HV9910 (или HV9961), изображенную на рис. 8. В принципе, все нижеследующее относится к большому количеству подобных микросхем. HV9910 выбрана из-за наглядности, предельной простоты и доступности.

 

HV9910 — это драйвер светодиодов с широтно-импульсной модуляцией. В первый момент времени открывается силовой транзистор, и ток в цепи светодиодов линейно нарастает. Как только напряжение, вызванное протеканием этого тока через резистор-датчик тока в цепи истока транзистора, достигнет порогового значения, микросхема закроет транзистор, и ток в свето-диодах начнет линейно уменьшаться. Диаграмма работы драйвера показана на рис. 9.

 

Существует два метода управления: с постоянной частотой fи с постоянным Toff, то есть, с постоянным временем, в течение которого транзистор закрыт. Рассмотрим их особенности. Режим с постоянной частотой ограничивает выходное напряжение до величины, составляющей 50% от питающего. Режим с постоянным Tff позволяет получать выходные напряжения до 80% от питающего, однако в данном случае пульсации выходного тока растут пропорционально выходному напряжению. Следовательно, управляемость по току падает. Таким образом, существуют пределы максимального тока для обоих режимов, которые рассчитываются согласно следующим формулам:

 режим с постоянным T_off

 

максимальная частота переключения — {1–V_0max/V_inmin}/T_off ;

режим с постоянной f

 

где ΔI — ток пульсации, а I_LED — максимальный ток светодиодов, который, как видно, ограничивается током пульсаций. Однако следует иметь в виду, что эффективность драйвера тем больше, чем больше его выходная мощность. Поэтому следует находить баланс между указанными значениями выходного тока и напряжения.

 Методы расчета номиналов основных элементов этой схемы подробно описаны в документации на сайте производителя, поэтому не будем останавливаться на них подробно. Несмотря на то, что данная схема обладает многими достоинствами, среди которых стабильность, доступность и простота, однако необходимо указать на некоторые нюансы проектирования ламп на основе HV9910 или любого другого подобного драйвера.

 Во-первых, следует обратить внимание на максимальную рассеиваемую корпусом микросхемы мощность. Корпус SO8 рассеивает 650 мВт, SO16 — 1000 мВт. Практически половина мощности тратится на управление затвором полевого транзистора. Причем определяется эта мощность питающим напряжением, частотой коммутации и зарядом затвора полевого транзистора согласно формуле:

 

где V_in — входное напряжение, Q_g — заряд затвора, F_s — частота коммутации, 1 мА — ток, потребляемый логикой микросхемы. Таким образом, для частот до 100 кГц верхней границей заряда затвора является значение 25 нКл, для частот больше 100 кГц — 15 нКл. В некоторых случаях можно снизить потребляемую микросхемой мощность, поставив в цепь ее питания стабилитрон с напряжением стабилизации 100 В. Мощность стабилитрона рассчитывается по формуле:

 

где V_cm — напряжение стабилизации. Этот стабилитрон необходим в случае, когда микросхема HV9910 включается после ступени активной коррекции коэффициента мощности с выходным напряжением 400-420 В. При этом следует учесть, что на конденсаторе в цепи питания будет оставаться высокое напряжение, поскольку микросхема прекращает работу, когда напряжение упадет ниже напряжения пробоя стабилитрона. Поэтому необходимо шунтировать конденсатор сопротивлением порядка 1 МОм.

 Во-вторых, кроме ограничений входного напряжения, вызванных максимально возможной рассеиваемой мощностью, существует также минимально возможное выходное напряжение, при котором все еще осуществляется адекватная регулировка тока. Его зависимость от входного напряжения и выбранного значения T_off определяется формулой:

 

где D_min = 1 мкс/(1 мкс × T_off). Несоблюдение этого условия приведет к неконтролируемому повышению тока через светодиоды и выходу их из строя.

 В-третьих, показанная на рис. 8 схема генерирует электромагнитные помехи в радиовещательном и телевизионном диапазонах. Чтобы значительно снизить уровень ВЧ-помех, необходимо установить шунтирующие конденсаторы небольшой емкости. Емкость выбирается в пределах 1-10 нФ. Схема включения стабилитрона в цепь питания микросхемы и расположения блокировочных конденсаторов показана на рис. 10.

 

Также, в случае использования ККМ, появляется возможность применить модуляцию рабочей частоты импульсного преобразователя, используя пульсации питающего напряжения, согласно схеме на рис. 11. Таким образом можно распределить мощность помех, создаваемых преобразователем по всему спектру радиочастот. Модулирующее напряжение снимается непосредственно с диодного моста.

 

Поскольку частотозадающий резистор подключен к делителю, на который подается пульсирующее напряжение амплитудой 310 В, в этой схеме период коммутации рассчитывается с использованием мгновенного значения питающего напряжения по формуле:

 

Инженерам, проектирующим блоки питания, следует напомнить, что эффективность данной схемы тем больше, чем меньше время восстановления диода, сопротивления открытого канала транзистора, а также сопротивления постоянному току у индуктивности.

Разумеется, в статье были описаны далеко не все нюансы проектирования блоков питания для светодиодных ламп. Однако надеемся, что приведенный обзорный материал поможет найти ответ хотя бы на некоторые общие вопросы.

Махлин Александр

Схема диодного моста фото — Морской флот

Схема диодного моста

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.

Например, в составе блока питания, о котором уже заходила речь на страницах сайта, присутствует однофазный полномостовый выпрямитель – диодный мост. На принципиальной схеме диодный мост изображается следующим образом.

Схема диодного моста

Это так называемый однофазный выпрямительный мост, один из нескольких типов выпрямителей, которые активно применяются в электронике. С его помощью производят двухполупериодное выпрямление переменного тока.

В железе это выглядит следующим образом.

Диодный мост из отдельных диодов S1J37

Схему эту придумал немецкий физик Лео Гретц, поэтому данное схемотехническое решение иногда называют «схема Гретца» или «мост Гретца». В электронике данная схема применяется в настоящее время повсеместно. С появлением дешёвых полупроводниковых диодов эту схему стали применять всё чаще и чаще. Сейчас ею уже никого не удивишь, но в эпоху радиоламп «мост Гретца» игнорировали, поскольку она требовала применения аж 4 ламповых диодов, которые стоили по тем временам довольно дорого.

Как работает диодный мост?

Пару слов о том, как работает диодный мост. Если на его вход (обозначен значком «

») подать переменный ток, полярность которого меняется с определённой частотой (например, с частотой 50 герц, как в электросети), то на выходе (выводы «+» и «-») мы получим ток строго одной полярности. Правда, этот ток будет иметь пульсации. Частота их будет вдвое больше, чем частота переменного тока, который подаётся на вход.

Таким образом, если на вход диодного моста подать переменный ток электросети (частота 50 герц), то на выходе получим постоянный ток с пульсациями частотой 100 герц. Эти пульсации нежелательны и могут в значительной степени помешать работе электронной схемы.

Чтобы «убрать» пульсации необходимо применить фильтр. Простейший фильтр – это электролитический конденсатор достаточно большой ёмкости. Если взглянуть на принципиальные схемы блоков питания, как трансформаторных, так и импульсных, то после выпрямителя всегда стоит электролитический конденсатор, который сглаживает пульсации тока.

Обозначение диодного моста на схеме.

На принципиальных схемах диодный мост может изображаться по-разному. Взгляните на рисунки ниже – всё это одна и та же схема, но изображена она по-разному. Думаю, теперь взглянув на незнакомую схему, вы с лёгкостью обнаружите его.

Диодная сборка.

Диодный мост во многих случаях обозначают на принципиальных схемах упрощённо. Например, вот так.

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.

Сборка диодного моста (или просто диодная сборка) – это 4 одинаковых по параметрам диода, которые соединены по схеме мостового выпрямителя и запакованы в один общий корпус. У такой сборки 4 вывода. Два служат для подключения переменного напряжения и обозначаются значком «

». Иногда могут иметь обозначение AC (Alternating Current – переменный ток).

Оставшиеся два вывода имеют обозначения « + » и « – ». Это выход выпрямленного, пульсирующего напряжения (тока).

Диодная сборка выпрямительного моста является более технологичной деталью. Она занимает меньше места на печатной плате. Для робота-сборщика на заводе проще и быстрее установить одну монолитную деталь вместо четырёх. Ещё одним из плюсов такой сборки можно считать то, что при работе все диоды внутри неё находятся в одном тепловом режиме.

Также стоит отметить и то, что сборки, порой, стоят дешевле, чем четыре отдельных диода. Но и в бочке мёда должна быть ложка дёгтя. Минус диодных сборок в том, что если выходит из строя хотя бы один диод, то менять её придётся полностью. Поэтому не лишним будет научиться проверять диодный мост мультиметром.

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

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.

Вы легко найдёте диодный мост на печатных платах электро-пускорегулирующих аппаратов (ЭПРА) или по-простому «балластах», а также в компактных люминесцентных лампах (КЛЛ).

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

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

Предназначение диодного моста — преобразовывать напряжение переменное в напряжение постоянное.

Схема диодного моста

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Как сделать диодный мост видео

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

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

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

Диодный мост – это мостовая схема соединения диодов, для выпрямления переменного тока в постоянный.

Диодные мосты являются простейшими и самыми распространенными выпрямителями, их используют в радиотехнике, электронике, автомобилях и в других сферах, там, где требуется получение пульсирующего постоянного напряжения.

Для лучшего понимания принципа работы диодного моста, рассмотрим работу одного диода:

Диод как полупроводниковый элемент, имеет один p-n переход, что дает ему возможность проводить ток только в одном направлении. Ток через диод начинает проходить при подключении анода к положительному, а катода к отрицательному полюсу источника. В обратной ситуации диод запирается, и ток через него не протекает.

Схема и принцип работы диодного моста

На данной схеме 4 диода соединенных по мостовой схеме подключены к источнику переменного напряжения 220В. В качестве нагрузки подключен резистор Rн.

Переменное напряжение на входе меняется не только по мгновенному значению, но и по знаку. При прохождении положительной полуволны (от 0 до π) к анодам диодов VD2 и VD4 приложено положительное напряжение относительно их катодов, что вызывает прохождение тока Iн через диоды и нагрузку Rн. В этот момент диоды VD1 и VD3 заперты и не пропускают ток, так как напряжение положительной полуволны для них является обратным.

В момент, когда входное напряжение пересекает точку π, оно меняет свой знак. В этом случае диоды VD1 и VD3 начинают пропускать ток, так как к их анодам приложено положительное напряжение относительно катодов, а диоды VD2 и VD4 оказываются запертыми. Это продолжается до точки 2π, где переменное входное напряжение снова меняет свой знак и весь процесс повторяется заново.

Важно отметить, что ток Iн протекающий через нагрузку Rн, не изменяется по направлению, т.е. является постоянным.

Но если обратить внимание на график, то можно заметить, что напряжение на выходе является не постоянным, а пульсирующим. Соответственно, выходной ток, появляющийся от такого напряжения и протекающий через активную нагрузку, будет также – пульсирующим. Данную пульсацию можно немного уменьшить с помощью параллельно включенного конденсатора к выходу диодного моста. Напряжение на конденсаторе, согласно закону коммутации, не может измениться мгновенно, а значит в данном случае, выходное напряжение примет более сглаженную форму.

Изменение напряжения после диодного моста

Предисловие

Очень много вопросов задают по статье как получить из переменного напряжения постоянное. Напомню, что мы получали постоянное напряжение с помощью типичной схемы, которая используется во всей электронике:

Да, та статья получилась чуток сыровата, но суть преобразования переменного тока в постоянный мы постарались объяснить на пальцах. Но читатели все равно «не вкурили» ту статью, поэтому было решено написать еще одну статейку, но на этот раз разжевать все досконально.

Снова да ладом…

Придется возвращаться к истокам. Вместо трансформатора я возьму ЛАТР, который будет выдавать переменный ток:

Выставляем на ЛАТРе с помощью цифрового осциллографа напряжение амплитудой в 10 Вольт:

Как мы можем увидеть в нижнем левом углу, частота нашего сигнала 50 Герц. Это и есть частота сети. Длина одного кубика по вертикали равна 2 Вольтам.

Далее берем 4 кремниевых диода

И спаиваем из них диодный мост вот по такой схеме:

Подаем напряжение с ЛАТРа на диодный мост, а с других концов цепляем щуп осциллографа

Тыкаем щупом осциллографа в эти красные кружочки на схеме. Землю на один кружочек, а сигнальный на другой.

Смотрим, что получилось на дисплее осциллографа

Дело в том, что сопротивление щупа осциллографа обладает очень высоким входным сопротивлением, или иначе простыми словами: мы подцепили очень-очень высокоомный резистор к выходу диодного моста. Поэтому диодный мост в холостом режиме, то есть в режиме без нагрузки, не функционирует.

Для того, чтобы проверить диодный мост на работоспособность, нам надо его нагрузить. Это может быть резистор в несколько десятков или сотен Ом, лампочка, либо какая-нибудь электронная безделушка. В моем случае я взял лампочку накаливания на 12 Вольт от поворотника мотоцикла:

Цепляем ее к диодному мосту

Тыкаем щуп осциллографа в эти точки и смотрим осциллограмму

Как мы видим, напряжение с ЛАТРа чуть просело. Все зависит, конечно, от подключаемой нагрузки и мощности самого ЛАТРа. Про это я писал еще в статье работа трансформатора

Теперь тыкаем щупом в эти точки

Классика жанра! Превращаем отрицательную полуволну в положительную и получаем «горки» с частотой в 100 Герц ;-). Но ваш внимательный глаз ничего не заметил? Если даже мы и выпрямили напряжение с помощью диодного моста, то почему амплитуда каждой полуволны стала еще чуть меньше?

Дело все в том, что на PN-переходе диода в прямом смещении падает напряжение в 0,6−0,7 Вольт. Именно поэтому оно и вычитается с амплитуды напряжения, которое надо выпрямить.

Давайте теперь к диодному мосту запаяем конденсатор емкостью в 5000 мкФ и не будем цеплять никакую нагрузку

Тыкаем щупом сюда

Получили вот такую осциллограмму постоянного тока. Она в 1,41 раз больше, чем действующее (среднеквадратичное) значение сигнала с ЛАТРа (о действующем напряжении чуть ниже)

А теперь цепляем лампочку

Осциллограмма кардинально изменилась.

Как мы видим, напряжение просело и у нас получилась осциллограмма постоянного напряжения с небольшими пульсациями. Вот эти маленькие «холмики» и есть пульсации, в отличите от «гор» сразу после диодного моста с лампочкой-нагрузкой. Физический смысл здесь такой: конденсатор не успевает разряжаться на нагрузке, как снова приходит новая «горка» и снова заряжает конденсатор.

Правило диодного выпрямителя с конденсатором очень простое: чем больше емкость конденсатора и чем больше сопротивление нагрузки, тем меньше по амплитуде будут пульсации, и наоборот.

Но почему у нас просело напряжение? Ведь было уже 10 Вольт постоянного напряжения на конденсаторе без нагрузки?

А как цепанули лампочку стало намного меньше…

В чем же проблема? А проблема именно в законе сохранения энергии…

Среднеквадратичное значения напряжения

Допустим, у нас есть лампочка накаливания. Я ее подцепил к источнику постоянного тока и она у меня загорелась с какой-то яркостью. Потом я цепляю эту лампу к источнику переменного тока и добиваюсь такого же свечения лампы. Форма сигнала постоянного и переменного напряжения разные, а мощность, выдаваемая в нагрузку, в данном случае лампочку, одинаковая. Можно сказать, что среднеквадратичное значение переменного тока равняется значению постоянного тока.

То есть если у нас лампочка на 12 Вольт, я могу подать на нее 12 Вольт с блока питания или 12 Вольт с ЛАТРа. Лампочка будет светить с такой же яркостью. Мультиметр в режиме измерения переменного тока показывает именно среднеквадратичное значение напряжения.

Итак, чему же равняется среднеквадратичное значение вот этого сигнала?

А давайте замеряем. Для этого я беру мой любимый прибор токоизмерительные клещи, в который встроен целый мультиметр с True RMS и начинаю замерять среднеквадратичное значение

Мультиметр показал 7,18 Вольт. Это и есть среднеквадратичное значение этого сигнала.

Для синусоидальных сигналов оно легко вычисляется по формуле:

U_max — максимальная амплитуда, В

U_Д — действующее (среднеквадратичное) значение напряжения, В

Если считать по формуле, то получим 10/√2=7,07 Вольт. Сходится с небольшой погрешностью.

Как мы подцепили нагрузку, у нас сразу просела амплитуда напряжения с ЛАТРа, а следовательно, и среднеквадратичное значение напряжения

6, 68 Вольт. Хотя по формуле получается 9/1,41=6,38. Спишем на погрешности измерения.

Среднеквадратичное значение сложных сигналов

Но чему же равняется среднеквадратичное значение напряжения после диодного моста с включенной нагрузкой-лампочкой?

Для определения среднеквадратичного значения такого сигнала:

нам понадобится формула и табличка.

где K_a — это коэффициент амплитуды

U_max — максимальная амплитуда сигнала

U — действующее (среднеквадратичное) значение сигнала

А вот и табличка:

Теперь ищем по табличке наш пульсирующий сигнал с выпрямителя. Как мы видим, его коэффициент амплитуды равен 1,41 или, если быть точнее, √2. То есть точно такой же, как и у синусоидального сигнала.

Вычисляем по формуле и получаем:

После того, как мы поставили конденсатор, у нас почти получилась осциллограмма постоянного тока с значением в примерно в 6 Вольт, если полностью усреднить нашу кривую, то есть пренебречь небольшими пульсациями. Можно даже сказать, что это значение постоянного тока будет равняться среднеквадратичному значению переменного тока номиналом в 6 Вольт. Не забываем, что 0,6−0,7 Вольт у нас падают на диодах.

Заключение

Итак, какие выводы делаем из всего вышесказанного и показанного? Среднеквадратичное значение напряжения на выходе диодного выпрямителя чуточку меньше, чем до диодного моста. По 0,6−0,7 Вольт падает на диодах. Если бы мы поставили диоды Шоттки, то выиграли бы 0,3−0,4 Вольта, так как падения на Шоттках 0,2−0,3 Вольта. Схема двухполупериодного выпрямителя, с энергетической точки зрения является очень неплохой и поэтому используется в большинстве радиоэлектронных устройств.

Предисловие

Очень много вопросов задают по статье как получить из переменного напряжения постоянное. Напомню, что мы получали постоянное напряжение с помощью типичной схемы, которая используется во всей электронике:

Да, та статья получилась чуток сыровата, но суть преобразования переменного тока в постоянный мы постарались объяснить на пальцах. Но читатели все равно «не вкурили» ту статью, поэтому было решено написать еще одну статейку, но на этот раз разжевать все досконально.

Снова да ладом…

Придется возвращаться к истокам. Вместо трансформатора я возьму ЛАТР, который будет выдавать переменный ток:

Выставляем на ЛАТРе с помощью цифрового осциллографа напряжение амплитудой в 10 Вольт:

Как мы можем увидеть в нижнем левом углу, частота нашего сигнала 50 Герц. Это и есть частота сети. Длина одного кубика по вертикали равна 2 Вольтам.

Далее берем 4 кремниевых диода

И спаиваем из них диодный мост вот по такой схеме:

Подаем напряжение с ЛАТРа на диодный мост, а с других концов цепляем щуп осциллографа

Тыкаем щупом осциллографа в эти красные кружочки на схеме. Землю на один кружочек, а сигнальный на другой.

Смотрим, что получилось на дисплее осциллографа

Дело в том, что сопротивление щупа осциллографа обладает очень высоким входным сопротивлением, или иначе простыми словами: мы подцепили очень-очень высокоомный резистор к выходу диодного моста. Поэтому диодный мост в холостом режиме, то есть в режиме без нагрузки, не функционирует.

Для того, чтобы проверить диодный мост на работоспособность, нам надо его нагрузить. Это может быть резистор в несколько десятков или сотен Ом, лампочка, либо какая-нибудь электронная безделушка. В моем случае я взял лампочку накаливания на 12 Вольт от поворотника мотоцикла:

Цепляем ее к диодному мосту

Тыкаем щуп осциллографа в эти точки и смотрим осциллограмму

Как мы видим, напряжение с ЛАТРа чуть просело. Все зависит, конечно, от подключаемой нагрузки и мощности самого ЛАТРа. Про это я писал еще в статье работа трансформатора

Теперь тыкаем щупом в эти точки

Классика жанра! Превращаем отрицательную полуволну в положительную и получаем «горки» с частотой в 100 Герц ;-). Но ваш внимательный глаз ничего не заметил? Если даже мы и выпрямили напряжение с помощью диодного моста, то почему амплитуда каждой полуволны стала еще чуть меньше?

Дело все в том, что на PN-переходе диода в прямом смещении падает напряжение в 0,6−0,7 Вольт. Именно поэтому оно и вычитается с амплитуды напряжения, которое надо выпрямить.

Давайте теперь к диодному мосту запаяем конденсатор емкостью в 5000 мкФ и не будем цеплять никакую нагрузку

Тыкаем щупом сюда

Получили вот такую осциллограмму постоянного тока. Она в 1,41 раз больше, чем действующее (среднеквадратичное) значение сигнала с ЛАТРа (о действующем напряжении чуть ниже)

А теперь цепляем лампочку

Осциллограмма кардинально изменилась.

Как мы видим, напряжение просело и у нас получилась осциллограмма постоянного напряжения с небольшими пульсациями. Вот эти маленькие «холмики» и есть пульсации, в отличите от «гор» сразу после диодного моста с лампочкой-нагрузкой. Физический смысл здесь такой: конденсатор не успевает разряжаться на нагрузке, как снова приходит новая «горка» и снова заряжает конденсатор.

Правило диодного выпрямителя с конденсатором очень простое: чем больше емкость конденсатора и чем больше сопротивление нагрузки, тем меньше по амплитуде будут пульсации, и наоборот.

Но почему у нас просело напряжение? Ведь было уже 10 Вольт постоянного напряжения на конденсаторе без нагрузки?

А как цепанули лампочку стало намного меньше…

В чем же проблема? А проблема именно в законе сохранения энергии…

Среднеквадратичное значения напряжения

Допустим, у нас есть лампочка накаливания. Я ее подцепил к источнику постоянного тока и она у меня загорелась с какой-то яркостью. Потом я цепляю эту лампу к источнику переменного тока и добиваюсь такого же свечения лампы. Форма сигнала постоянного и переменного напряжения разные, а мощность, выдаваемая в нагрузку, в данном случае лампочку, одинаковая. Можно сказать, что среднеквадратичное значение переменного тока равняется значению постоянного тока.

То есть если у нас лампочка на 12 Вольт, я могу подать на нее 12 Вольт с блока питания или 12 Вольт с ЛАТРа. Лампочка будет светить с такой же яркостью. Мультиметр в режиме измерения переменного тока показывает именно среднеквадратичное значение напряжения.

Итак, чему же равняется среднеквадратичное значение вот этого сигнала?

А давайте замеряем. Для этого я беру мой любимый прибор токоизмерительные клещи, в который встроен целый мультиметр с True RMS и начинаю замерять среднеквадратичное значение

Мультиметр показал 7,18 Вольт. Это и есть среднеквадратичное значение этого сигнала.

Для синусоидальных сигналов оно легко вычисляется по формуле:

U_max — максимальная амплитуда, В

U_Д — действующее (среднеквадратичное) значение напряжения, В

Если считать по формуле, то получим 10/√2=7,07 Вольт. Сходится с небольшой погрешностью.

Как мы подцепили нагрузку, у нас сразу просела амплитуда напряжения с ЛАТРа, а следовательно, и среднеквадратичное значение напряжения

6, 68 Вольт. Хотя по формуле получается 9/1,41=6,38. Спишем на погрешности измерения.

Среднеквадратичное значение сложных сигналов

Но чему же равняется среднеквадратичное значение напряжения после диодного моста с включенной нагрузкой-лампочкой?

Для определения среднеквадратичного значения такого сигнала:

нам понадобится формула и табличка.

где K_a — это коэффициент амплитуды

U_max — максимальная амплитуда сигнала

U — действующее (среднеквадратичное) значение сигнала

А вот и табличка:

Теперь ищем по табличке наш пульсирующий сигнал с выпрямителя. Как мы видим, его коэффициент амплитуды равен 1,41 или, если быть точнее, √2. То есть точно такой же, как и у синусоидального сигнала.

Вычисляем по формуле и получаем:

После того, как мы поставили конденсатор, у нас почти получилась осциллограмма постоянного тока с значением в примерно в 6 Вольт, если полностью усреднить нашу кривую, то есть пренебречь небольшими пульсациями. Можно даже сказать, что это значение постоянного тока будет равняться среднеквадратичному значению переменного тока номиналом в 6 Вольт. Не забываем, что 0,6−0,7 Вольт у нас падают на диодах.

Заключение

Итак, какие выводы делаем из всего вышесказанного и показанного? Среднеквадратичное значение напряжения на выходе диодного выпрямителя чуточку меньше, чем до диодного моста. По 0,6−0,7 Вольт падает на диодах. Если бы мы поставили диоды Шоттки, то выиграли бы 0,3−0,4 Вольта, так как падения на Шоттках 0,2−0,3 Вольта. Схема двухполупериодного выпрямителя, с энергетической точки зрения является очень неплохой и поэтому используется в большинстве радиоэлектронных устройств.

Всем привет, увидел в интернете схему зарядки акб на трансформаторе от старых телевизоров ТС-180 и вспомнил что такой у меня есть.
Собрал по схеме, с трансформатора получаем 12.8−13 В, а на выходе с диодного моста 11.2−11.5.Подскажите пожалуйста что можно сделать, ведь данного напряжения не хватит для зарядки АКБ.0.5=1,4142, т.е. 12,9*1,4142=18,2433 В, такое напряжение получится если подключить конденсатор, который заряжается до амплитудного значения. НО, это если конденсатор не разряжаю, т.е. без нагрузки. Когда подключаем нагрузку, то
во-первых амплитудное значение понизится, т.к. будет просадка на всех элементах.
во-вторых, не забываем, что чем выше напряжение на аккуме, тем ниже разность между напряжением заряда и напряжением аккума, и тем ниже ток.
в-третьих, чем выше напряжение аккума, тем меньшая часть полусинусоиды будет использована для заряда аккума, и тем меньше во времени ток будет протекать через аккум.
Конденсатор конечно будет повышать ток в первичной цепи, таким образом подтягивая напряжение, но этот эффект будет тем меньше, чем выше напряжение на аккумуляторе.
Тут можно ещё много чего писать, кому надо могу на доске написать и сфотать, благо я ТОЭ не первый год преподаю, но это по желанию.
А здесь, приведу простые примеры в мультисиме.
Предлагаемая многими схема, с диодным мостом и конденсатором, с учетом внутренних сопротивлений аккумулятора и трансформатора, т.е. схема замещения.
Схема savepic.su/6794265.jpg
Смотрим амперметр справа, в цепи аккумулятора.
Обратите внимание, конденсатор 10 000 мкф, сопротивление трансформатора 0,5 Ом — это ещё с запасом, реально оно больше в указанном автором, сопротивление аккума 0,1 Ом, примерно соответствует.
В итоге ток всего 0,85 А.
Если понизить напряжение аккумулятора, ток возрастет, но не сильно. Смотрите
savepic.su/6785049.jpg
savepic.su/6784025.jpg
С одной стороны результат есть, но как видите ток ограничен не трансформатором, а именно схемным решением. Получится зарядник размером с табурет и током чуть больше 2 А, когда аккум разряжен, и меньше 1 А при более чем 50 заряда. Заряжать будете трое суток.
Поэтому, я предложил вариант с умножителем, смотрите:
savepic.su/6788121.jpg
savepic.su/6777881.jpg
savepic.su/6780953.jpg
Как видите, можно получить ток заряда достаточно большой величины. И величина тока будет зависеть от номиналов конденсаторов. Чем больше ёмкость конденсаторов, тем выше ток. Смотрите:
savepic.su/6780953.jpg
savepic.su/6767641.jpg
Хотя, конечно при использовании умножителя ток на трансформаторе будет значительно выше.

Так же, хорошие варианты тут предложили, это домотать обмотку, чтобы повысить напряжение.

Прошу только конструктивное обсуждение, и обоснованные аргументы.

220 В после выпрямления 300 В не хватает для работы схемы — тоже умножитель ставлю. Почитайте приключенческую историю, как я решил вспомнить институтские годы спустя 25 лет:
www.drive2.ru/b/4899916394579136451/

Интересно, спасибо, почитаю))))

Так, хочу написать своё ИМХО, т.к. это элементарная тема, и её почему-то мало кто понимает.
И так, на выходе у вас среднее значение 11.2−11.5 В, это с учетом падения напряжения на диодном мосту. До моста следовательно действующее значение 11,2(11,5) + 2*0,7=12,6 (12,9). Это именно действующее или эффективное значение значение напряжения. Его можно вычислить через интеграл от тока в квадрате по времени.0.5=1,4142, т.е. 12,9*1,4142=18,2433 В, такое напряжение получится если подключить конденсатор, который заряжается до амплитудного значения. НО, это если конденсатор не разряжаю, т.е. без нагрузки. Когда подключаем нагрузку, то
во-первых амплитудное значение понизится, т.к. будет просадка на всех элементах.
во-вторых, не забываем, что чем выше напряжение на аккуме, тем ниже разность между напряжением заряда и напряжением аккума, и тем ниже ток.
в-третьих, чем выше напряжение аккума, тем меньшая часть полусинусоиды будет использована для заряда аккума, и тем меньше во времени ток будет протекать через аккум.
Конденсатор конечно будет повышать ток в первичной цепи, таким образом подтягивая напряжение, но этот эффект будет тем меньше, чем выше напряжение на аккумуляторе.
Тут можно ещё много чего писать, кому надо могу на доске написать и сфотать, благо я ТОЭ не первый год преподаю, но это по желанию.
А здесь, приведу простые примеры в мультисиме.
Предлагаемая многими схема, с диодным мостом и конденсатором, с учетом внутренних сопротивлений аккумулятора и трансформатора, т.е. схема замещения.
Схема savepic.su/6794265.jpg
Смотрим амперметр справа, в цепи аккумулятора.
Обратите внимание, конденсатор 10 000 мкф, сопротивление трансформатора 0,5 Ом — это ещё с запасом, реально оно больше в указанном автором, сопротивление аккума 0,1 Ом, примерно соответствует.
В итоге ток всего 0,85 А.
Если понизить напряжение аккумулятора, ток возрастет, но не сильно. Смотрите
savepic.su/6785049.jpg
savepic.su/6784025.jpg
С одной стороны результат есть, но как видите ток ограничен не трансформатором, а именно схемным решением. Получится зарядник размером с табурет и током чуть больше 2 А, когда аккум разряжен, и меньше 1 А при более чем 50 заряда. Заряжать будете трое суток.
Поэтому, я предложил вариант с умножителем, смотрите:
savepic.su/6788121.jpg
savepic.su/6777881.jpg
savepic.su/6780953.jpg
Как видите, можно получить ток заряда достаточно большой величины. И величина тока будет зависеть от номиналов конденсаторов. Чем больше ёмкость конденсаторов, тем выше ток.0.5, просто ток заряда будет очень низким. Акб все-таки не конденсатор, конденсатор обладает обладает практически нулевым внутренним сопротивлением и другой зависимостью напряжения заряда/разряда от времени. Но так — да, повышаться будет!

НАШ САЙТ РЕКОМЕНДУЕТ:

Метки:

Полноволновой выпрямитель

и теория мостового выпрямителя

В предыдущем руководстве по силовым диодам мы обсудили способы уменьшения пульсаций или колебаний напряжения постоянного постоянного напряжения путем подключения сглаживающих конденсаторов через сопротивление нагрузки.

Хотя этот метод может подходить для приложений с низким энергопотреблением, он не подходит для приложений, которым требуется «стабильное и плавное» напряжение питания постоянного тока. Один из способов улучшить это — использовать каждый полупериод входного напряжения вместо каждого другого полупериода.Схема, которая позволяет нам это делать, называется полноволновым выпрямителем .

Подобно полуволновой схеме, двухполупериодная схема выпрямителя вырабатывает выходное напряжение или ток, которые являются чисто постоянным током или имеют некоторую заданную составляющую постоянного тока. Двухполупериодные выпрямители имеют некоторые фундаментальные преимущества перед своими полуволновыми выпрямителями. Среднее (постоянное) выходное напряжение выше, чем для полуволны, выход двухполупериодного выпрямителя имеет гораздо меньше пульсаций, чем у полуволнового выпрямителя, что обеспечивает более плавную форму выходного сигнала.

В схеме полноволнового выпрямителя теперь используются два диода, по одному на каждую половину цикла. Используется многообмоточный трансформатор, вторичная обмотка которого разделена поровну на две половины с общим центральным ответвленным соединением (C). Эта конфигурация приводит к тому, что каждый диод проводит по очереди, когда его анодный вывод является положительным по отношению к центральной точке трансформатора C, создавая выходной сигнал в течение обоих полупериодов, в два раза больше, чем для полуволнового выпрямителя, поэтому он имеет 100% эффективность, как показано ниже.

Схема полноволнового выпрямителя

Схема двухполупериодного выпрямителя состоит из двух мощных диодов , подключенных к одному сопротивлению нагрузки (R _L ), каждый из которых по очереди подает ток на нагрузку. Когда точка A трансформатора является положительной по отношению к точке C, диод D ₁ проводит в прямом направлении, как показано стрелками.

Когда точка B положительна (в отрицательной половине цикла) относительно точки C, диод D ₂ проводит в прямом направлении, а ток, протекающий через резистор R, имеет одинаковое направление для обоих полупериодов.Поскольку выходное напряжение на резисторе R представляет собой векторную сумму двух комбинированных сигналов, этот тип схемы двухполупериодного выпрямителя также известен как «двухфазная» схема.

Мы можем ясно увидеть это влияние, если запустим схему в схеме симулятора партисимулятора с удаленным сглаживающим конденсатором.

Форма волны симуляции частичного симулятора

Поскольку промежутки между каждой полуволной, создаваемой каждым диодом, теперь заполняются другим диодом, среднее выходное напряжение постоянного тока на нагрузочном резисторе теперь вдвое больше, чем у схемы однополупериодного выпрямителя, и составляет около 0.637V _max пикового напряжения без потерь.

Где: V _MAX — максимальное пиковое значение в одной половине вторичной обмотки, а V _RMS — действующее значение.

Пиковое напряжение выходного сигнала такое же, как и раньше, для полуволнового выпрямителя при условии, что каждая половина обмоток трансформатора имеет одинаковое среднеквадратичное значение напряжения. Чтобы получить различное выходное напряжение постоянного тока, можно использовать разные коэффициенты трансформатора.

Основным недостатком этого типа схемы двухполупериодного выпрямителя является то, что для данной выходной мощности требуется трансформатор большего размера с двумя отдельными, но идентичными вторичными обмотками, что делает этот тип двухполупериодной схемы выпрямления более дорогостоящей по сравнению со схемой «Полнополупериодный мостовой выпрямитель». эквивалент.

Полноволновой мостовой выпрямитель

Другой тип схемы, которая выдает ту же форму выходного сигнала, что и схема двухполупериодного выпрямителя, описанная выше, — это схема полноволнового мостового выпрямителя . В этом типе однофазного выпрямителя используются четыре отдельных выпрямительных диода, соединенных в виде «мостовой» конфигурации с обратной связью для получения желаемого выходного сигнала.

Основным преимуществом этой мостовой схемы является то, что она не требует специального трансформатора с центральным ответвлением, что снижает ее размер и стоимость.Одиночная вторичная обмотка подключена к одной стороне сети диодного моста, а нагрузка — к другой, как показано ниже.

Выпрямитель диодного моста

Четыре диода с маркировкой от D ₁ до D ₄ расположены «последовательными парами», причем ток в каждом полупериоде проходит только через два диода. Во время положительного полупериода питания диоды D1 и D2 проходят последовательно, в то время как диоды D3 и D4 смещены в обратном направлении, и ток течет через нагрузку, как показано ниже.

Положительный полупериод

Во время отрицательного полупериода питания диоды D3 и D4 проходят последовательно, но диоды D1 и D2 выключаются, поскольку теперь они смещены в обратном направлении. Ток, протекающий через нагрузку, имеет то же направление, что и раньше.

Отрицательный полупериод

Поскольку ток, протекающий через нагрузку, является однонаправленным, напряжение, развиваемое на нагрузке, также однонаправлено, как и в двухполупериодном двухполупериодном выпрямителе с двумя предыдущими диодами, поэтому среднее напряжение постоянного тока на нагрузке равно 0.637V _макс .

Типичный мостовой выпрямитель

Однако в действительности в течение каждого полупериода ток протекает через два диода вместо одного, поэтому амплитуда выходного напряжения на два падения напряжения (2 * 0,7 = 1,4 В) меньше амплитуды входного V _MAX . Частота пульсаций теперь вдвое превышает частоту источника питания (например, 100 Гц для источника питания 50 Гц или 120 Гц для источника питания 60 Гц).

Хотя мы можем использовать четыре отдельных силовых диода для изготовления двухполупериодного мостового выпрямителя, готовые компоненты мостового выпрямителя доступны в готовом виде в диапазоне различных значений напряжения и тока, которые могут быть впаяны непосредственно в печатную плату. платы или быть подключенными лопатками разъемов.

На изображении справа показан типичный однофазный мостовой выпрямитель с срезанным одним углом. Этот срезанный угол указывает на то, что ближайшая к углу клемма является положительной или положительной выходной клеммой или выводом, а противоположный (диагональный) вывод является отрицательным или отрицательным выводом. Два других соединительных провода предназначены для ввода переменного напряжения от вторичной обмотки трансформатора.

Сглаживающий конденсатор

В предыдущем разделе мы видели, что однофазный однополупериодный выпрямитель генерирует выходную волну каждые полупериод, и что было непрактично использовать этот тип схемы для создания стабильного источника постоянного тока.Однако двухполупериодный мостовой выпрямитель дает нам большее среднее значение постоянного тока (0,637 В макс.) С меньшими наложенными пульсациями, в то время как форма выходного сигнала вдвое превышает частоту входной частоты источника питания.

Мы можем улучшить средний выход постоянного тока выпрямителя, в то же время уменьшив изменение переменного тока выпрямленного выхода, используя сглаживающие конденсаторы для фильтрации формы выходного сигнала. Сглаживающие или накопительные конденсаторы, подключенные параллельно нагрузке на выходе схемы двухполупериодного мостового выпрямителя, увеличивают средний выходной уровень постоянного тока еще выше, поскольку конденсатор действует как запоминающее устройство, как показано ниже.

Двухполупериодный выпрямитель со сглаживающим конденсатором

Сглаживающий конденсатор преобразует двухполупериодную рябь на выходе выпрямителя в более плавное выходное напряжение постоянного тока. Если мы теперь запустим схему симулятора Partsim с разными значениями установленного сглаживающего конденсатора, мы сможем увидеть, как он влияет на выпрямленную форму выходного сигнала, как показано.

5 мкФ Сглаживающий конденсатор

Синий график на осциллограмме показывает результат использования 5.Сглаживающий конденсатор 0 мкФ на выходе выпрямителя. Раньше напряжение нагрузки соответствовало выпрямленной выходной форме волны до нуля вольт. Здесь конденсатор 5 мкФ заряжается до пикового напряжения выходного импульса постоянного тока, но когда оно падает с пикового напряжения обратно до нуля вольт, конденсатор не может разряжаться так быстро из-за постоянной времени RC цепи.

Это приводит к разрядке конденсатора примерно до 3,6 В, в этом примере напряжение на нагрузочном резисторе поддерживается до тех пор, пока конденсатор не перезарядится еще раз при следующем положительном наклоне импульса постоянного тока.Другими словами, у конденсатора есть время лишь ненадолго разрядиться, прежде чем следующий импульс постоянного тока снова зарядит его до пикового значения. Таким образом, напряжение постоянного тока, приложенное к нагрузочному резистору, падает лишь на небольшую величину. Но мы можем улучшить это еще, увеличив емкость сглаживающего конденсатора, как показано.

Сглаживающий конденсатор 50 мкФ

Здесь мы увеличили емкость сглаживающего конденсатора в десять раз с 5 мкФ до 50 мкФ, что уменьшило пульсации, увеличив минимальное напряжение разряда по сравнению с предыдущими 3.От 6 вольт до 7,9 вольт. Однако, используя схему симулятора Partsim, мы выбрали нагрузку 1 кОм, чтобы получить эти значения, но по мере того, как сопротивление нагрузки уменьшается, ток нагрузки увеличивается, что приводит к более быстрой разрядке конденсатора между импульсами зарядки.

Влияние подачи большой нагрузки с помощью одного сглаживающего или накопительного конденсатора можно уменьшить за счет использования конденсатора большего размера, который накапливает больше энергии и меньше разряжается между импульсами зарядки. Обычно для цепей питания постоянного тока сглаживающий конденсатор является алюминиево-электролитическим типом, который имеет значение емкости 100 мкФ или более с повторяющимися импульсами постоянного напряжения от выпрямителя, заряжающего конденсатор до пикового напряжения.

Однако есть два важных параметра, которые следует учитывать при выборе подходящего сглаживающего конденсатора, и это его рабочее напряжение , которое должно быть выше, чем выходное значение холостого хода выпрямителя, и его значение емкости , которое определяет величину пульсации, которая появится поверх напряжения постоянного тока.

Слишком низкое значение емкости, и конденсатор мало влияет на форму выходного сигнала. Но если сглаживающий конденсатор достаточно большой (можно использовать параллельные конденсаторы) и ток нагрузки не слишком велик, выходное напряжение будет почти таким же плавным, как чистый постоянный ток.Как правило, мы стремимся к тому, чтобы пульсации напряжения составляли менее 100 мВ от пика к пику.

Максимальное напряжение пульсаций, присутствующее в схеме полноволнового выпрямителя , определяется не только значением сглаживающего конденсатора, но и частотой и током нагрузки, и рассчитывается как:

Напряжение пульсаций мостового выпрямителя

Где: I — постоянный ток нагрузки в амперах, ƒ — частота пульсаций или удвоенная входная частота в герцах, а C — емкость в фарадах.

Основное преимущество двухполупериодного мостового выпрямителя заключается в том, что он имеет меньшее значение пульсации переменного тока для данной нагрузки и меньший резервуар или сглаживающий конденсатор, чем эквивалентный полуволновой выпрямитель. Таким образом, основная частота пульсаций напряжения вдвое больше, чем частота переменного тока (100 Гц), тогда как для полуволнового выпрямителя она точно равна частоте питания (50 Гц).

Величину пульсаций напряжения, которые накладываются диодами поверх напряжения питания постоянного тока, можно практически устранить, добавив значительно улучшенный π-фильтр (пи-фильтр) к выходным клеммам мостового выпрямителя.Этот тип фильтра нижних частот состоит из двух сглаживающих конденсаторов, обычно одинакового номинала, и дросселя или индуктивности между ними, чтобы ввести путь с высоким сопротивлением к переменной составляющей пульсаций

.

Другой более практичной и дешевой альтернативой является использование стандартной 3-контактной ИС регулятора напряжения, такой как LM78xx (где «xx» означает номинальное выходное напряжение) для положительного выходного напряжения или его обратный эквивалент LM79xx для отрицательное выходное напряжение, которое может уменьшить пульсации более чем на 70 дБ (техническое описание), обеспечивая при этом постоянный выходной ток более 1 А.

Почему бы не проверить свои знания о схемах двухполупериодного выпрямителя с помощью программы Partsim Simulator Tool сегодня. Попробуйте разные значения сглаживающего конденсатора и сопротивления нагрузки в вашей цепи, чтобы увидеть влияние на форму выходного сигнала.

В следующем уроке о диодах мы рассмотрим стабилитрон, который использует свою характеристику напряжения обратного пробоя для создания постоянного и фиксированного выходного напряжения на самом себе.

Принципиальная схема

, типы, работа и применение

Схема выпрямителя используется для преобразования переменного (переменного тока) в постоянный (постоянный ток).Выпрямители в основном делятся на три типа: полуволновые, двухполупериодные и мостовые выпрямители. Основная функция всех этих выпрямителей такая же, как преобразование тока, но они неэффективно преобразовывают ток из переменного в постоянный. Двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением и мостовой выпрямитель эффективно преобразуют. Схема мостового выпрямителя — обычная часть электронных источников питания. Многие электронные схемы требуют выпрямленного источника питания постоянного тока для питания различных основных электронных компонентов от доступной сети переменного тока.Мы можем найти этот выпрямитель в большом количестве электронных устройств питания переменного тока, таких как бытовая техника, контроллеры двигателей, процесс модуляции, сварочные аппараты и т. Д. В этой статье обсуждается обзор мостового выпрямителя и его работы.

Что такое мостовой выпрямитель?

Мостовой выпрямитель — это преобразователь переменного тока в постоянный (DC), который выпрямляет входной переменный ток сети в выход постоянного тока. Мостовые выпрямители широко используются в источниках питания, которые обеспечивают необходимое постоянное напряжение для электронных компонентов или устройств.Они могут быть сконструированы с четырьмя или более диодами или любыми другими управляемыми твердотельными переключателями.

Мостовой выпрямитель

В зависимости от требований к току нагрузки выбирается соответствующий мостовой выпрямитель. Номинальные характеристики и характеристики компонентов, напряжение пробоя, диапазоны температур, номинальный переходный ток, номинальный прямой ток, требования к установке и другие соображения принимаются во внимание при выборе источника питания выпрямителя для соответствующей области применения электронной схемы.

Строительство

Конструкция мостового выпрямителя показана ниже. Эта схема может быть сконструирована с четырьмя диодами, а именно D1, D2, D3 и D4, а также с нагрузочным резистором (RL). Подключение этих диодов может быть выполнено по схеме замкнутого контура для эффективного преобразования переменного (переменного тока) в постоянный (постоянный ток). Основное преимущество такой конструкции — отсутствие эксклюзивного трансформатора с центральным отводом. Таким образом, размер, как и стоимость, уменьшится.

Как только входной сигнал подается на два терминала, такие как A и B, сигнал постоянного тока может быть получен через RL.Здесь нагрузочный резистор подключен между двумя клеммами, такими как C и D. Расположение двух диодов может быть выполнено таким образом, что электричество будет проводиться двумя диодами в течение каждого полупериода. Пары диодов, такие как D1 и D3, будут проводить электрический ток в течение положительного полупериода. Точно так же диоды D2 и D4 будут проводить электрический ток в течение отрицательного полупериода.

Схема мостового выпрямителя

Основным преимуществом мостового выпрямителя является то, что он дает почти вдвое большее выходное напряжение, чем в случае двухполупериодного выпрямителя с трансформатором с центральным отводом.Но этой схеме не нужен трансформатор с центральным отводом, поэтому она напоминает недорогой выпрямитель.

Схема мостового выпрямителя состоит из различных каскадов устройств, таких как трансформатор, диодный мост, фильтрация и регуляторы. Как правило, комбинация всех этих блоков называется регулируемым источником постоянного тока, питающим различные электронные устройства.

Первым каскадом схемы является трансформатор понижающего типа, который изменяет амплитуду входного напряжения.В большинстве электронных проектов используется трансформатор 230/12 В для понижения напряжения сети переменного тока с 230 В до 12 В переменного тока.

Схема мостового выпрямителя

Следующим этапом является диодно-мостовой выпрямитель, в котором используются четыре или более диодов в зависимости от типа мостового выпрямителя. При выборе конкретного диода или любого другого переключающего устройства для соответствующего выпрямителя необходимо учитывать некоторые особенности устройства, такие как пиковое обратное напряжение (PIV), прямой ток If, номинальное напряжение и т. Д. Оно отвечает за создание однонаправленного или постоянного тока на нагрузке путем проведения набор диодов для каждого полупериода входного сигнала.

Так как выход после диодных мостовых выпрямителей имеет пульсирующий характер, и для его создания как чистого постоянного тока необходима фильтрация. Фильтрация обычно выполняется с одним или несколькими конденсаторами, подключенными к нагрузке, как вы можете видеть на рисунке ниже, где выполняется сглаживание волны. Этот номинал конденсатора также зависит от выходного напряжения.

Последней ступенью этого регулируемого источника постоянного тока является регулятор напряжения, который поддерживает выходное напряжение на постоянном уровне.Предположим, микроконтроллер работает при 5 В постоянного тока, но выход после мостового выпрямителя составляет около 16 В, поэтому для снижения этого напряжения и поддержания постоянного уровня — независимо от изменений напряжения на входе — необходим регулятор напряжения.

Работа мостового выпрямителя

Как мы обсуждали выше, однофазный мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов, и эта конфигурация подключается через нагрузку. Чтобы понять принцип работы мостового выпрямителя, мы должны рассмотреть приведенную ниже схему в демонстрационных целях.

Во время положительного полупериода входного сигнала переменного тока диоды D1 и D2 смещены в прямом направлении, а D3 и D4 — в обратном направлении. Когда напряжение, превышающее пороговый уровень диодов D1 и D2, начинает проводиться — через него начинает течь ток нагрузки, как показано на пути красной линии на диаграмме ниже.

Работа схемы

Во время отрицательного полупериода входного сигнала переменного тока диоды D3 и D4 смещены в прямом направлении, а D1 и D2 — в обратном направлении.Ток нагрузки начинает течь через диоды D3 и D4, когда эти диоды начинают проводить, как показано на рисунке.

Мы можем заметить, что в обоих случаях направление тока нагрузки одинаково, то есть вверх-вниз, как показано на рисунке — так однонаправлено, что означает постоянный ток. Таким образом, с помощью мостового выпрямителя входной переменный ток преобразуется в постоянный. Выход на нагрузке с этим мостовым выпрямителем имеет пульсирующий характер, но для получения чистого постоянного тока требуется дополнительный фильтр, такой как конденсатор.Такая же операция применима для разных мостовых выпрямителей, но в случае управляемых выпрямителей срабатывание тиристоров необходимо для подачи тока на нагрузку.

Типы мостовых выпрямителей

Выпрямители

Bride подразделяются на несколько типов в зависимости от следующих факторов: типа источника питания, возможностей управления, конфигураций схемы подключения и т. Д. Мостовые выпрямители в основном подразделяются на однофазные и трехфазные. Оба эти типа далее подразделяются на неуправляемые, полууправляемые и полностью управляемые выпрямители.Некоторые из этих типов выпрямителей описаны ниже.

Однофазные и трехфазные выпрямители

Тип питания, то есть однофазное или трехфазное питание, определяет эти выпрямители. Однофазный мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов для преобразования переменного тока в постоянный, тогда как трехфазный выпрямитель использует шесть диодов, как показано на рисунке. Это могут быть неуправляемые или управляемые выпрямители, в зависимости от компонентов схемы, таких как диоды, тиристоры и т. Д.

Однофазные и трехфазные выпрямители

Неуправляемые мостовые выпрямители

Этот мостовой выпрямитель использует диоды для выпрямления входа, как показано на рисунке. Поскольку диод — это однонаправленное устройство, которое позволяет току течь только в одном направлении. Такая конфигурация диодов в выпрямителе не позволяет мощности изменяться в зависимости от требований к нагрузке. Таким образом, этот тип выпрямителя используется в постоянных или фиксированных источниках питания.

Неуправляемые мостовые выпрямители

Controlled Bridge Rectifier

В этом типе выпрямителя, преобразователя или выпрямителя переменного / постоянного тока — вместо неуправляемых диодов используются управляемые твердотельные устройства, такие как SCR, MOSFET, IGBT и т. Д.используются для изменения выходной мощности при разных напряжениях. Посредством срабатывания этих устройств в различные моменты времени выходная мощность на нагрузке изменяется соответствующим образом.

Управляемый мостовой выпрямитель

Мостовой выпрямитель IC

Мостовой выпрямитель, как и конфигурация выводов IC RB-156, обсуждается ниже.

Контакт-1 (фаза / линия): Это входной контакт переменного тока, где можно подключить фазный провод от источника переменного тока к этому фазовому контакту.

Контакт 2 (нейтраль): Это контакт входа переменного тока, на котором можно подключить нейтральный провод от источника переменного тока к этому нейтральному контакту.

Контакт 3 (положительный): Это выходной контакт постоянного тока, на котором положительное напряжение постоянного тока выпрямителя получается с этого положительного контакта

.

Контакт 4 (отрицательный / заземление): Это выходной контакт постоянного тока, на котором напряжение заземления выпрямителя получается с этого отрицательного контакта

.

Технические характеристики

Подкатегории этого мостового выпрямителя RB-15 варьируются от RB15 до RB158. Из этих выпрямителей наиболее часто используется RB156.Технические характеристики мостового выпрямителя РБ-156 включают следующее.

• O / p Постоянный ток 1,5 A
• Максимальное пиковое обратное напряжение 800 В
• Выходное напряжение: (√2 × VRMS) — 2 В
• Максимальное входное напряжение 560 В
• Падение напряжения для каждого моста составляет 1 В при 1 А
• Импульсный ток 50А

RB-156 — наиболее часто используемый компактный недорогой однофазный мостовой выпрямитель. Эта ИС имеет самое высокое напряжение переменного тока i / p, например 560 В, поэтому ее можно использовать для однофазной сети питания во всех странах.Максимальный постоянный ток этого выпрямителя — 1,5 А. Эта микросхема — лучший выбор в проектах для преобразования переменного тока в постоянный и обеспечивает до 1,5 А.

Характеристики мостового выпрямителя

Характеристики мостового выпрямителя включают следующие

• Коэффициент пульсации
• Пиковое обратное напряжение (PIV)
• КПД

Коэффициент пульсации

Измерение плавности выходного сигнала постоянного тока с использованием коэффициента называется коэффициентом пульсаций.Здесь плавный сигнал постоянного тока можно рассматривать как сигнал постоянного тока o / p, включающий небольшое количество пульсаций, тогда как сигнал постоянного тока с высокой пульсацией можно рассматривать как сигнал постоянного тока с высокой частотой, включающий высокие пульсации. Математически его можно определить как долю пульсационного напряжения и чистого постоянного напряжения.

Для мостового выпрямителя коэффициент пульсаций может быть равен

.

Γ = √ (Vrms2 / VDC) -1

Коэффициент пульсаций мостового выпрямителя составляет 0,48

PIV (пиковое обратное напряжение)

Пиковое обратное напряжение или PIV может быть определено как максимальное значение напряжения, которое исходит от диода, когда он подключен в режиме обратного смещения в течение отрицательного полупериода.Мостовая схема включает четыре диода типа D1, D2, D3 и D4.

В положительном полупериоде два диода, такие как D1 и D3, находятся в проводящем положении, тогда как оба диода D2 и D4 находятся в непроводящем положении. Аналогично, в отрицательном полупериоде диоды, подобные D2 и D4, находятся в проводящем положении, тогда как диоды, подобные D1 и D3, находятся в непроводящем положении.

КПД

Эффективность выпрямителя в основном определяет, насколько правильно выпрямитель преобразует переменный ток (переменный ток) в постоянный (постоянный ток).КПД выпрямителя можно определить как; это соотношение мощности постоянного тока и мощности переменного тока. Максимальный КПД мостового выпрямителя составляет 81,2%.

η = DC o / p Питание / AC i / p Питание

Форма волны мостового выпрямителя

Из принципиальной схемы мостового выпрямителя можно сделать вывод, что ток через резистор нагрузки одинаков на протяжении положительного и отрицательного полупериодов. Полярность сигнала постоянного тока o / p может быть либо полностью положительной, либо отрицательной.В данном случае это абсолютно положительно. Когда направление диода меняется на противоположное, может быть достигнуто полное отрицательное напряжение постоянного тока.

Таким образом, этот выпрямитель позволяет протекать току в течение как положительных, так и отрицательных циклов сигнала переменного тока i / p. Формы выходных сигналов мостового выпрямителя показаны ниже.

Почему он называется мостовым выпрямителем?

По сравнению с другими выпрямителями, это наиболее эффективный тип выпрямительной схемы. Это тип двухполупериодного выпрямителя, как следует из названия, в этом выпрямителе используются четыре диода, которые соединены в виде моста.Поэтому такой выпрямитель называется мостовым выпрямителем.

Почему мы используем 4 диода в мостовом выпрямителе?

В мостовом выпрямителе четыре диода используются для создания схемы, которая обеспечивает двухполупериодное выпрямление без использования трансформатора с центральным отводом. Этот выпрямитель в основном используется для обеспечения двухполупериодного выпрямления в большинстве приложений.

Расположение четырех диодов может быть выполнено в замкнутом контуре для эффективного преобразования переменного тока в постоянный.Основным преимуществом такой схемы является отсутствие трансформатора с центральным отводом, поэтому размер и стоимость будут уменьшены.

Преимущества

К преимуществам мостового выпрямителя можно отнести следующее.

• Эффективность выпрямления двухполупериодного выпрямителя в два раза выше, чем у полуволнового выпрямителя.
• Более высокое выходное напряжение, более высокая выходная мощность и более высокий коэффициент использования трансформатора в случае двухполупериодного выпрямителя.
• Пульсации напряжения низкие и более высокие частоты, в случае двухполупериодного выпрямителя требуется простая схема фильтрации
• Во вторичной обмотке трансформатора не требуется центральный отвод, поэтому в случае мостового выпрямителя требуемый трансформатор проще.Если повышение или понижение напряжения не требуется, можно даже отказаться от трансформатора.
• Для заданной выходной мощности в случае мостового выпрямителя можно использовать силовой трансформатор меньшего размера, поскольку ток как в первичной, так и во вторичной обмотках питающего трансформатора протекает в течение всего цикла переменного тока.
• Эффективность выпрямления вдвое больше по сравнению с однополупериодным выпрямителем
• В нем используются простые схемы фильтров для высокой частоты и низкого напряжения пульсаций
• TUF выше по сравнению с выпрямителем с центральным отводом
• Трансформатор центрального отвода не нужен

Недостатки

К недостаткам мостового выпрямителя можно отнести следующее.

• Требуется четыре диода.
• Использование двух дополнительных диодов вызывает дополнительное падение напряжения, что снижает выходное напряжение.
• Для этого выпрямителя требуется четыре диода, поэтому стоимость выпрямителя будет высокой.
• Схема не подходит, если необходимо выпрямить небольшое напряжение, потому что соединение двух диодов может быть выполнено последовательно и обеспечивает двойное падение напряжения из-за их внутреннего сопротивления.
• Эти схемы очень сложные
• По сравнению с выпрямителем с центральным отводом мостовой выпрямитель имеет большие потери мощности.

Приложение — Преобразование переменного тока в постоянный с помощью мостового выпрямителя

Источник питания постоянного тока часто требуется для многих электронных приложений. Один из самых надежных и удобных способов — преобразовать имеющийся источник питания переменного тока в источник постоянного тока. Это преобразование сигнала переменного тока в сигнал постоянного тока выполняется с помощью выпрямителя, который представляет собой систему диодов. Это может быть однополупериодный выпрямитель, который выпрямляет только половину сигнала переменного тока, или двухполупериодный выпрямитель, выпрямляющий оба цикла сигнала переменного тока.Двухполупериодный выпрямитель может быть выпрямителем с центральным отводом, состоящим из двух диодов, или мостовым выпрямителем, состоящим из 4 диодов.

Здесь демонстрируется мостовой выпрямитель. Устройство состоит из 4 диодов, расположенных таким образом, что аноды двух соседних диодов соединены для обеспечения положительного питания на выходе, а катоды двух других соседних диодов соединены для подачи отрицательного питания на выход. Анод и катод двух других соседних диодов подключены к плюсу источника переменного тока, тогда как анод и катод двух других соседних диодов подключены к минусу источника переменного тока.Таким образом, 4 диода расположены в виде моста, так что в каждом полупериоде два чередующихся диода проводят ток, создавая постоянное напряжение с отталкиванием.

Данная схема состоит из мостового выпрямителя, чей нерегулируемый выход постоянного тока подается на электролитический конденсатор через токоограничивающий резистор. Напряжение на конденсаторе контролируется с помощью вольтметра и продолжает увеличиваться по мере заряда конденсатора, пока не будет достигнут предел напряжения. Когда нагрузка подключается к конденсатору, конденсатор разряжается, чтобы обеспечить необходимый входной ток для нагрузки.В этом случае в качестве нагрузки подключается лампа.

A Регулируемый источник питания постоянного тока

Стабилизированный источник питания постоянного тока состоит из следующих компонентов:

• Понижающий трансформатор для преобразования переменного тока высокого напряжения в переменный ток низкого напряжения.
• Мостовой выпрямитель для преобразования переменного тока в пульсирующий постоянный ток.
• Схема фильтра, состоящая из конденсатора для удаления пульсаций переменного тока.
• Регулятор IC 7805 для получения регулируемого постоянного напряжения 5 В.

Понижающий трансформатор преобразует сеть переменного тока 230 В в 12 В переменного тока.Это 12 В переменного тока подается на схему мостового выпрямителя, так что чередующиеся диоды проводят в течение каждого полупериода, создавая пульсирующее напряжение постоянного тока, состоящее из пульсаций переменного тока. Конденсатор, подключенный к выходу, позволяет сигналу переменного тока проходить через него и блокирует сигнал постоянного тока, тем самым действуя как фильтр верхних частот. Таким образом, выходной сигнал через конденсатор представляет собой нерегулируемый фильтрованный сигнал постоянного тока. Этот выход может использоваться для управления электрическими компонентами, такими как реле, двигатели и т. Д. Регулятор IC 7805 подключен к выходу фильтра.Он дает постоянный регулируемый выход 5 В, который можно использовать для ввода многих электронных схем и устройств, таких как транзисторы, микроконтроллеры и т. Д. Здесь 5 В используется для смещения светодиода через резистор.

Это все о теории мостовых выпрямителей, их типах, схемах и принципах работы. Мы надеемся, что этот полезный материал по этой теме будет полезен при разработке студентами электронных или электрических проектов, а также при наблюдении за различными электронными устройствами или приборами.Благодарим вас за внимание и сосредоточенность на этой статье. И поэтому, пожалуйста, напишите нам для выбора требуемых характеристик компонентов в этом мостовом выпрямителе для вашего приложения и для любых других технических рекомендаций.

Теперь мы надеемся, что вы получили представление о концепции мостового выпрямителя и его применениях, если какие-либо дополнительные вопросы по этой теме или концепции электрических и электронных проектов оставьте комментарии в разделе ниже.

Фото:

Схема мостового выпрямителя

— Детали конструкции и советы »Электроника

Мостовой выпрямитель, состоящий из четырех диодов, обеспечивает двухполупериодное выпрямление без использования трансформатора с центральным ответвлением.

---

Цепи диодного выпрямителя Включают:
Цепи диодного выпрямителя Полуволновой выпрямитель Двухполупериодный выпрямитель Двухдиодный двухполупериодный выпрямитель Двухполупериодный мостовой выпрямитель Синхронный выпрямитель

---

Мостовой выпрямитель — это электронный компонент, который широко используется для обеспечения двухполупериодного выпрямления и, возможно, является наиболее широко используемой схемой для этого приложения.

Используя четыре диода в мостовом выпрямителе, схема имеет характерный формат, принципиальная схема которого основана на квадрате с одним диодом на каждой ножке.

Благодаря своим характеристикам и возможностям, двухполупериодный мостовой выпрямитель используется во многих линейных источниках питания, импульсных источниках питания и других электронных схемах, где требуется выпрямление.

Типовой мостовой выпрямитель для монтажа на печатной плате

Цепи мостового выпрямителя

Схема основной схемы мостового выпрямителя имеет блок мостового выпрямителя в центре. Он состоит из мостовой схемы с четырьмя диодами. Это могут быть отдельные диоды или мостовые выпрямители в виде единого электронного компонента.

Двухполупериодный выпрямитель с использованием мостового выпрямителя

Мостовой выпрямитель обеспечивает двухполупериодное выпрямление и имеет преимущество перед двухполупериодным выпрямителем, использующим два диода, в том, что в трансформаторе не требуется центральный отвод. Это означает, что для обеих половин цикла используется одна обмотка.

Электронные компоненты

с обмоткой дороги, а наличие центрального отвода означает, что для обеспечения двухполупериодного выпрямления необходимы две идентичные обмотки, каждая из которых обеспечивает полное напряжение.Это удваивает количество витков и увеличивает стоимость трансформатора. Это может быть особенно важно при разработке линейных источников питания или других электронных устройств.

Чтобы увидеть, как работает двухполупериодный выпрямитель с мостовым диодом, полезно увидеть ток, протекающий в течение полного цикла входящей формы волны.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель, показывающий протекание тока

В большинстве приложений источников питания, будь то линейные регуляторы напряжения или импульсные источники питания, выход мостового выпрямителя будет подключен к сглаживающему конденсатору как часть нагрузки.

Эти электронные компоненты принимают заряд во время высоковольтных частей формы волны, а затем отдают заряд на нагрузку при падении напряжения. Таким образом, они обеспечивают более постоянное напряжение, чем прямой выход мостового выпрямителя. Это позволяет другим схемам, таким как линейные регуляторы напряжения и импульсные источники питания, работать правильно.

Примечание по сглаживанию конденсатора источника питания:

Конденсаторы

используются во многих источниках питания как для линейных регуляторов напряжения, так и для импульсных источников питания, чтобы сгладить выпрямленную форму волны, которая в противном случае варьировалась бы от пикового напряжения формы волны до нуля.Сглаживая форму волны, можно запускать из нее электронные схемы.

Подробнее о Конденсаторное сглаживание.

Что касается мостового выпрямителя и его диодов, включение конденсатора означает, что ток, проходящий через диоды, будет иметь значительные пики по мере заряда конденсатора.

Период, в течение которого конденсатор источника питания заряжается

При выборе электронных компонентов для мостового выпрямителя необходимо убедиться, что они могут выдерживать пиковые уровни тока.

Мостовые выпрямители

Компоненты мостового выпрямителя могут быть разных форм. Их можно сделать с помощью дискретных диодов. Кольцо из четырех диодов можно легко изготовить как на бирке, так и в составе печатной платы. Необходимо следить за тем, чтобы диоды достаточно вентилировались, поскольку они могут рассеивать тепло под нагрузкой.

Схема мостового выпрямителя и маркировка

В качестве альтернативы мостовые выпрямители поставляются как отдельные электронные компоненты, содержащие четыре диода в едином блоке или корпусе.Четыре соединения выведены и отмечены «+», «-» и «~». Соединение «~» используется для подключения к переменному входу. Соединения + и — очевидны.

Некоторые из этих мостовых выпрямителей предназначены для монтажа на печатной плате и могут иметь провода для монтажа в сквозные отверстия. Другие могут быть устройствами для поверхностного монтажа.

Некоторые мостовые выпрямители заключены в корпуса большего размера и предназначены для установки на радиаторе. Поскольку эти выпрямители предназначены для пропускания значительных уровней тока, они могут рассеивать значительный уровень тепла в результате падения напряжения на диодах, а также внутреннего сопротивления объемного кремния, используемого для диодов.

Рекомендации по проектированию мостового выпрямителя

При использовании мостового выпрямителя для обеспечения выхода постоянного тока от входа переменного тока необходимо учитывать несколько моментов:

• Падение напряжения: Не следует забывать, что ток, протекающий в мостовом выпрямителе, будет проходить через два диода. В результате выходное напряжение упадет на эту величину. Поскольку в большинстве мостовых выпрямителей используются кремниевые диоды, это падение будет минимум 1.2 вольта и будет увеличиваться с увеличением тока. Соответственно, максимальное выходное напряжение, которое может быть достигнуто, составляет минимум 1,2 В от пикового напряжения на входе переменного тока.

• Рассчитайте количество тепла, рассеиваемого выпрямителем: Напряжение на диодах будет падать минимум на 1,2 В (при использовании стандартного кремниевого диода), которое будет расти с увеличением тока. Это результат стандартного падения напряжения на диоде, а также сопротивления внутри диода.Обратите внимание, что ток проходит через два диода внутри моста в течение любого полупериода. Сначала один комплект из двух диодов, затем другой.

  Чтобы увидеть падение напряжения для предполагаемого уровня тока, стоит обратиться к паспорту диодов мостового выпрямителя или всего электронного компонента мостового выпрямителя.

  Падение напряжения и ток, протекающий через выпрямитель, вызывают выделение тепла, которое необходимо отводить. В некоторых случаях его можно легко рассеять за счет воздушного охлаждения, но в других случаях мостовой выпрямитель может потребоваться прикрутить болтами к радиатору.Многие мостовые выпрямители для этой цели крепятся болтами к радиатору.

• Пиковое обратное напряжение: Очень важно следить за тем, чтобы максимальное обратное напряжение мостового выпрямителя или отдельных диодов не превышалось, в противном случае диоды могут выйти из строя.

  Рейтинг PIV диодов в мостовом выпрямителе меньше, чем требуется для конфигурации с двумя диодами, используемой с трансформатором с центральным ответвлением. Если пренебречь падением напряжения на диодах, для мостового выпрямителя требуются диоды с половиной PIV-рейтинга выпрямителя с центральным отводом для того же выходного напряжения.Это может быть еще одним преимуществом использования данной конфигурации.

  Пиковое обратное напряжение на диодах равно пиковому вторичному напряжению V _сек , потому что в течение одного полупериода диоды D1 и D4 являются проводящими, а диоды D2 и D3 имеют обратное смещение.

  Двухполупериодный мостовой выпрямитель с обратным пиковым напряжением

  Предположение, что диоды идеальны, и на них нет падения напряжения — хорошее предположение для этого объяснения. Используя это, можно увидеть, что точки A и B будут иметь такой же потенциал, как и точки C и D.Это означает, что пиковое напряжение трансформатора появится на нагрузке. Такое же напряжение появляется на каждом непроводящем диоде.

Мостовые выпрямители — идеальный способ обеспечить выпрямленный выход на переменном входе. Мостовой выпрямитель обеспечивает двухполупериодный выпрямленный выход, что во многих случаях позволяет достичь лучшей производительности.

Мостовой выпрямитель с разделенным питанием

Для многих схем, таких как операционные усилители, могут потребоваться разделенные источники питания от линейного источника питания.Можно очень легко создать разделенное питание для этих и других приложений, используя двухполупериодный мостовой выпрямитель. Хотя он возвращается к использованию разделенного трансформатора, то есть с центральным отводом, может быть стоит получить импульсный или линейный источник питания с комбинацией как отрицательного, так и положительного источников питания с использованием мостового выпрямителя.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель с двойным питанием

Схема работает эффективно и рационально, поскольку обе половины входной волны используются в каждой секции вторичной обмотки трансформатора.

Мостовой выпрямитель с двойным питанием требует использования трансформатора с центральным ответвлением, но в любом случае часто требуется вторая обмотка для обеспечения двойного питания.

Схема двухполупериодного выпрямителя на основе диодного моста работает хорошо и используется в большинстве приложений двухполупериодного выпрямителя. Он использует обе половины формы волны в обмотке трансформатора и, как результат, снижает тепловые потери для данного уровня выходного тока по сравнению с другими решениями.Кроме того, это решение не требует трансформатора с центральным ответвлением (за исключением версии с двумя источниками питания), и в результате снижаются затраты.

Мостовой выпрямитель, вероятно, наиболее известен своим использованием в импульсных источниках питания и линейных источниках питания, но он также используется во многих других схемах.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы».. .

Полноволновой выпрямитель и мостовой выпрямитель

Полноволновой выпрямитель

Выпрямитель — это электрическая цепь, преобразующая переменный ток в постоянный. Как обсуждалось в предыдущей статье, однополупериодный выпрямитель преобразует только полупериоды переменного тока в положительный или отрицательный, в зависимости от ориентации диода. Также обсуждалось, что эффективность полуволнового выпрямителя меньше, поскольку он использует только полупериоды, а другие половины заблокированы / отсутствуют на выходе.Кроме того, конденсаторный фильтр использовался для устранения пульсаций и сглаживания выходного сигнала. В полуволновом выпрямителе частота пульсаций равна входной частоте. Эти однополупериодные выпрямители используются в схемах маломощных и недорогих источников питания.

КПД выпрямителя можно повысить, используя оба цикла входного переменного тока. Схема, которая использует оба полупериода для преобразования переменного тока в постоянный, называется двухполупериодным выпрямителем .Двухполупериодные выпрямители более эффективны по сравнению с однополупериодными выпрямителями и используют более одного диода в цепи.

Схема полнополупериодного выпрямителя с использованием трансформатора с центральным отводом

Трансформатор с разделенной вторичной обмоткой с центральным отводом, подключенным к резистивной нагрузке через два диода. Трансформатор обычно вырабатывает ток с разностью фаз на 180 градусов и во вторичной обмотке в зависимости от расположения точек на обмотках.

Рисунок 1: Двухполупериодный выпрямительный трансформатор с центральным ответвлением

На рисунке 1 выше показан двухполупериодный выпрямитель, использующий трансформатор с центральным отводом.Синусоидальная волна, приложенная к первичной обмотке трансформатора с центральным ответвлением, преобразуется во вторичную обмотку, и на вторичной стороне создается потенциал напряжения. Потенциал, развиваемый во вторичной школе, чередуется каждые полупериод. Выход двухполупериодного выпрямителя имеет период времени половину входного или имеет частоту, вдвое превышающую частоту входного сигнала.

Процесс исправления объясняется для каждого полупериода.

В течение первого полупериода, потенциал, развиваемый прямым смещением D ₁ диода и обратным смещением диода D ₂ .Положительный полупериод проходит через диод D ₁ и создает напряжение на нагрузочном резисторе, как показано на рисунке 2. Направление тока через нагрузочный резистор и полярность напряжения на нем должны соблюдаться и должны оставаться неизменными в течение отрицательного полупериода.

Рисунок 2: Двухполупериодный выпрямитель Трансформатор с центральным отводом во время положительных полупериодов

Во время второго полупериода полярность напряжения на вторичной обмотке показана на рисунке 3, что связано с изменением полярности на первичной обмотке.При такой полярности диод D ₂ смещен в прямом направлении, а диод D ₁ — в обратном. Следовательно, диод D ₂ позволяет току проходить через нагрузочный резистор, в то время как диод D ₁ остается выключенным в течение этого полупериода. Направление тока через нагрузочный резистор и полярность напряжения на нем остаются такими же, как и в течение первого полупериода. Такое расположение диодов с трансформатором с центральным отводом приводит к однонаправленному течению тока через диод.Выпрямление переменного тока происходит в течение обоих полупериодов, то есть в течение всего периода синусоидального сигнала.

Рисунок 3: Двухполупериодный выпрямитель Трансформатор с центральным отводом во время отрицательных полупериодов

Процесс выпрямления продолжается аналогичным образом, чередуя ток через диоды D ₁ и D ₂ для приближающихся циклов.

Рисунок 4: Полностью выпрямленная синусоидальная волна

Среднее значение полностью выпрямленной синусоидальной волны определяется по формуле:

Средний выход однополупериодного выпрямителя, как было показано в предыдущей статье, равен 0.В 318 раз больше пикового напряжения. Но при двухполупериодном выпрямлении средняя мощность удвоилась, а средняя мощность увеличилась в четыре раза. Следовательно, это приводит к более эффективному процессу выпрямления по сравнению с полуволновым выпрямлением.

Выпрямитель диодный мост

Трансформаторы, имеющие вторичную обмотку с центральным отводом, дороже и больше по размеру из-за наличия двух обмоток на вторичной стороне. Из-за этого в источниках питания в основном используются трансформаторы сигнальных обмоток, а для выполнения двухполупериодного выпрямления используется специальная диодная перемычка.Диодный мост может быть изготовлен с использованием четырех одинаковых диодов или может быть получен полный комплект готовых диодных мостов для выполнения двухполупериодного выпрямления. Диодные мосты доступны в различных номиналах и спецификациях, чтобы соответствовать различным приложениям и схемам.

Рисунок 5: Простой мостовой двухполупериодный выпрямитель

На рисунке 5 показан двухполупериодный простой диодный мостовой выпрямитель, и здесь используются четыре силовых диода вместо двух диодов в трансформаторе с центральным отводом. Во время первого полупериода полярность напряжения на диодном мосту показана на рисунке 6, что делает диоды D ₁ и D ₂ смещенными в прямом направлении.Другая половина моста, то есть диоды D ₃ и D ₄ , остаются в выключенном состоянии. Такое смещение моста вызывает прохождение тока через нагрузку, и на ней появляется напряжение. Направление тока и полярности напряжения на нагрузке показано на рисунке 6.

Рисунок 6: Мостовой полнополупериодный выпрямитель во время первого полупериода

Аналогично, для следующего цикла полярность меняется на противоположную из-за переменного синусоидального источника, и напряжение на диодном мосту показано на рисунке 7.Полярность напряжения вызывает прямое смещение диодов D ₃ и D ₄ на этот раз, в то время как диоды D ₁ и D ₂ остаются выключенными. Направление тока через нагрузку и полярность напряжения на ней остаются неизменными, что означает, что даже после изменения полярности входной синусоидальной волны полярность на нагрузке остается неизменной.

Рисунок 7: Мостовой полнополупериодный выпрямитель во время второго полупериода

Схема диодного моста выполняет полное выпрямление последовательных чередующихся циклов.Недостатком мостового выпрямителя по сравнению с трансформатором с центральным отводом является то, что он использует два диода одновременно для выпрямления, что вызывает двойные падения напряжения в прямом направлении.

Пример полноволнового выпрямления

Схема источника питания из предыдущей статьи с использованием однополупериодного выпрямителя используется здесь для сравнения результатов. Источник напряжения 220 В _RMS с трансформатором 100: 1 использовался для питания нагрузки 1 кОм. Использование мостового двухполупериодного выпрямителя:

Приблизительно 20 В _DC появляется на (прямое падение напряжения на диоде для простоты игнорируется), нагрузка и ток, протекающий через нагрузку 1 кОм, составляет:

Мощность, подаваемая на нагрузку с помощью двухполупериодного мостового выпрямителя:

Двухполупериодный выпрямитель обеспечивает вдвое большее напряжение и четырехкратную мощность на нагрузку по сравнению с однополупериодным выпрямителем.Это делает двухполупериодный выпрямитель более эффективным, и для того же источника питания можно использовать трансформатор меньшего размера по сравнению с полуволновым выпрямителем. Например, при использовании однополупериодного выпрямителя трансформатор с соотношением 10: 1 обеспечивает питание прибл. 10 В _DC к нагрузке при входном напряжении 220 В _RMS . Однако можно использовать трансформатор с соотношением сторон 5: 1 для обеспечения того же напряжения нагрузки с помощью двухполупериодного мостового выпрямителя.

Пульсации и фильтрующий конденсатор

Однако повышение эффективности происходит за счет пульсации, которая увеличивается вдвое по сравнению с полуволновыми выпрямителями.Увеличение ряби связано с увеличением частоты, которая увеличилась вдвое. Пульсации являются нежелательными элементами любой электронной схемы, и выходной сигнал источников питания можно сгладить с помощью фильтрующего конденсатора. Схема пикового выпрямителя с конденсаторным фильтром показана на рисунке 8.

Рисунок 8: Мостовой полнополупериодный выпрямитель с конденсаторным фильтром

Конденсатор действует как накопитель или резервуар и обеспечивает нагрузку в период выключения. Емкость конденсатора должна быть достаточно большой, чтобы его постоянная времени (RC) >> период времени синусоидального сигнала.Конденсатор заряжается, когда напряжение увеличивается до пикового напряжения, а затем начинает разряжаться, подавая ток на нагрузку. Конденсатор продолжает питать нагрузку до следующего цикла, когда напряжение снова начнет расти. Для каждого цикла конденсатор заряжается и разряжается при повышении и понижении напряжения соответственно. В течение периода проводимости (Δt) диоды питают нагрузку и заряжают конденсатор.

Рисунок 9: Выход полнополупериодного выпрямителя с конденсаторным фильтром

Напряжение пульсаций для двухполупериодного выпрямителя рассчитывается по следующей формуле, и обратите внимание, что частота пульсаций увеличилась вдвое по сравнению с полуволновым выпрямителем:

Например, если желаемое напряжение пульсации составляет 1 В для вышеприведенного примера, тогда значение конденсаторного фильтра равно:

Итак, конденсатор емкостью 325 мкФ должен иметь пульсирующее напряжение 1 В для источника питания мостового выпрямителя, приведенного в приведенном выше примере.

Период проводимости диода можно приблизительно определить по следующей формуле:

Диоды будут проводить только 4% от общего периода, а остальную часть периода нагрузка будет обеспечиваться конденсатором.

Двухполупериодные выпрямители, использующие мостовые диоды, в основном используются в источниках питания и выпрямителях. К недостаткам можно отнести использование двух диодов и увеличение пульсаций. Оба эти фактора могут привести к искажениям и гармоникам в цепях.

Заключение

• Двухполупериодные выпрямители чаще всего используются в процессе выпрямления, поскольку они более эффективны по сравнению с полуволновыми выпрямителями.
• Двухполупериодные выпрямители могут быть сконструированы с использованием трансформатора с центральным отводом или мостовых диодов. Выпрямитель с центральным отводом использовал один диод для проводимости, тогда как мост-диод — два диода для проводимости.
• Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом использует двухобмоточный трансформатор, что увеличивает его размер и стоимость. В то время как выпрямитель мост-диод использует два диода для выпрямления одновременно, то есть двойное прямое падение напряжения и добавление нелинейного устройства.
• Среднее напряжение или напряжение постоянного тока, выдаваемое двухполупериодным выпрямителем, равно 0.В 636 раз больше пикового напряжения, что в два раза больше напряжения, выдаваемого однополупериодным выпрямителем. В конечном итоге мощность увеличивается в четыре раза.
• Коэффициент пульсаций в двухполупериодном выпрямителе удваивается из-за удвоенной частоты.
• Пульсации можно уменьшить с помощью конденсаторного фильтра, а постоянная времени конденсатора фильтра должна быть достаточно большой, чтобы он не разряжен полностью в течение периода питания.

Связанные

Как мостовой выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный? Объяснение уравнений

1 Для чего нужен мостовой выпрямитель?

Мостовой выпрямитель преобразует переменный ток, генерируемый генератором переменного тока, в постоянный ток для подачи питания на электрическое оборудование и компоненты.

Схема мостового выпрямителя использует однонаправленную проводимость диодов, делит четыре диода на две группы и проводит соответственно полярность вторичного напряжения трансформатора и соединяет положительный вывод вторичного напряжения трансформатора с верхним выводом. Отрицательный вывод сопротивления нагрузки подключается к нижнему концу сопротивления нагрузки, так что на нагрузке всегда можно получить однонаправленное пульсирующее напряжение.

Мостовой выпрямительный контур мощный. Например, зарядите аккумуляторную батарею. Ограничьте ток батареи, чтобы течь обратно к генератору, чтобы защитить генератор от сгорания обратным током.

2 Из чего состоит мостовой выпрямитель?

2.1 Как работает мостовой выпрямитель?

Рис. 1. Типовая схема мостового выпрямителя

В положительном полупериоде D1 и D3 включены, D2 и D4 выключены.

В отрицательном полупериоде u2, D1 и D3 выключены, а D2 и D4 включены.

Из рисунка 1 нетрудно увидеть, что обратное напряжение каждого диода в этой мостовой схеме равно максимальному значению вторичного напряжения трансформатора, которое вдвое меньше, чем в двухполупериодной схеме выпрямителя. Таким образом, мостовой выпрямитель является усовершенствованием диодного однополупериодного выпрямителя.

2.2 Как рассчитать мостовой выпрямитель

Основные параметры расчета мостовой выпрямительной схемы.

3 Почему мостовой выпрямитель мощный?

Схема мостового выпрямителя преодолевает недостатки : схема двухполупериодного выпрямителя требует, чтобы вторичная обмотка трансформатора имела центральный отвод, а диод должен выдерживать большое противодавление, но используются еще два диода.Благодаря быстрому развитию полупроводниковых устройств и низкой стоимости сегодня мостовые выпрямительные схемы широко используются на практике.

Следует отметить, что диод в качестве выпрямительного компонента следует выбирать в соответствии с различными методами выпрямления и требованиями к нагрузке. Если вы сделаете неправильный выбор, вы не сможете безопасно работать или даже сжечь диоды.

4 Как мостовой выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный?

Для упрощения диод рассматривается как идеальная модель, то есть сопротивление прямой проводимости равно нулю, а сопротивление обратной связи бесконечно.Схема мостового выпрямителя также может рассматриваться как разновидность схемы двухполупериодного выпрямителя. Обмотки трансформатора подключены к четырем диодам описанным выше способом. D1 ~ D4 — это четыре идентичных выпрямительных диода, соединенных в виде моста, поэтому они называются мостовыми выпрямительными схемами. Используя направляющую функцию диода, вторичный выход может быть направлен на нагрузку даже в отрицательном полупериоде. Конкретный способ подключения показан на рисунке. Из рисунка видно, что в положительном полупериоде ток направляется D1 и D3, чтобы проходить через RL сверху вниз, а в отрицательном полупериоде ток течет через D2 и D4, чтобы проходить через RL из сверху вниз.Для достижения двухполупериодного выпрямления в этой структуре, если на выходе получается такое же постоянное напряжение, вторичной обмотке трансформатора требуется только половина обмотки по сравнению с двухполупериодным выпрямлением. Однако, если должен выводиться такой же ток, диаметр проволоки обмотки должен быть соответственно увеличен. Что касается пульсации, то она точно такая же, как и в схеме двухполупериодного выпрямителя.

Рис. 2. Упрощенная схема мостового выпрямителя

Преимущества схемы мостового выпрямителя заключаются в том, что выходное напряжение высокое, пульсации напряжения небольшие, а максимальное обратное напряжение, которое может выдержать лампа, низкое.В то же время, поскольку силовой трансформатор подает ток на нагрузку в положительном и отрицательном полупериодах, силовой трансформатор используется полностью.

Поскольку выходное напряжение схемы выпрямителя содержит более крупные пульсирующие компоненты, для того, чтобы уменьшить его в максимально возможной степени, необходимо сохранить как можно большую составляющую постоянного тока, чтобы сделать выходное напряжение близким к идеальному постоянному току. Это фильтрующая мера. Фильтрация обычно достигается за счет использования эффекта накопления энергии конденсаторов или катушек индуктивности.

5 частей мостовых выпрямителей

5.1 Индукторная фильтрация

Схема фильтрации катушки индуктивности использует характеристику, согласно которой ток на обоих концах катушки индуктивности не может внезапно измениться. Подключите индуктивность и нагрузку последовательно, чтобы добиться сглаживания выходного тока. С точки зрения энергии, когда ток, обеспечиваемый источником питания, увеличивается (вызванный увеличением напряжения источника питания), индуктор L накапливает энергию; когда ток уменьшается, энергия высвобождается для сглаживания тока нагрузки, поэтому индуктор L оказывает сглаживающий эффект.

Рис. 3. Схема фильтрации индуктора

Преимущества: большой угол проводимости выпрямительного диода, небольшой пиковый ток и относительно плоские выходные характеристики.

Недостатки: имеется тяжелый и громоздкий железный сердечник, вызывающий электромагнитные помехи. Однако он подходит только для случаев низкого напряжения и высокого тока.

5.2 Фильтрация конденсатора

Схема фильтрации конденсатора предназначена для подключения конденсатора большой емкости параллельно нагрузке в цепи выпрямителя.Из-за эффекта зарядки и разрядки конденсатора и наличия напряжения на конденсаторе степень пульсации выходного напряжения UL схемы выпрямителя значительно снижается, а форма волны почти гладкая, что играет роль фильтрации.

Форма волны выходного напряжения фильтра конденсатора мостового выпрямителя показана на рисунке 4 (фактически, форма волны выходного сигнала после фильтрации). В этой схеме конденсаторного фильтра, чем больше емкость конденсатора или больше сопротивление нагрузки, тем медленнее разряжается конденсатор и тем плавнее выходное напряжение.Кроме того, уменьшается составляющая пульсации и увеличивается среднее значение выходного напряжения.

Рисунок 4. Схема фильтрации конденсатора

Важно отметить, что из-за влияния напряжения конденсатора фильтра диодная проводимость цепи фильтра однофазного емкостного входного выпрямителя больше не является полным полупериодом проводимости, а представляет собой узкий импульс, что делает выбор параметра выпрямительного диода и выпрямительной схемы индуктивного входа сильно различаются.

5.3 Фильтрация соединений

Составной фильтр представляет собой схему фильтрации, которая представляет собой комбинацию индуктивности-конденсатора или резистора-конденсатора. Принцип работы такой же, как у фильтра с одним конденсатором и фильтра индуктивности, за исключением того, что форма выходного сигнала более плавная, а нагрузка почти равна напряжению источника питания от сухой батареи.

Рис. 5. Схема комплексной фильтрации

Расчет 6 мостового выпрямителя

6.1) Пиковый ток

Пиковый ток через нагрузку, если диод имеет прямое сопротивление, то

Здесь мы получаем удвоенное прямое сопротивление. Предполагая, что все диоды имеют одинаковое прямое сопротивление, тогда два диода используются для полупериода, и два прямого сопротивления могут быть выражены в формуле.

6.2) Выходной ток

Где Idc — это ток, протекающий через нагрузку, а Im — пик переменного тока.

6.3) Выходное напряжение постоянного тока

Где Vdc — выходное постоянное напряжение, Idc — постоянный ток, протекающий по цепи, а R — нагрузка, подключенная к цепи.

6.4) Выходной ток RMS

6.5) Форм-фактор

Где Vavg — среднее или постоянное напряжение

6.6) Выходная частота

Где fout — выходная частота, а fin — входная частота или частота источника питания.

6.7) Частота выпрямления

6,8) Коэффициент пульсации

6.9) Коэффициент использования трансформатора

7 Анализ отказов цепей мостового выпрямителя положительного полупериода

Обрыв цепи	Отказ	Анализ
Провод массы обрыв.	Нет на выходе постоянного напряжения	Ток диода мостового выпрямителя в цепи не может образовывать петлю, и схема не может работать.
Один диод открыт.	Однонаправленное пульсирующее падение напряжения постоянного тока	Положительный или отрицательный полупериод входного переменного напряжения не преобразуется в однонаправленное пульсирующее постоянное напряжение.
Два диода с разных сторон открываются одновременно.	Нет выходного напряжения	Ни положительный полупериод, ни отрицательный полупериод входного переменного напряжения не выпрямляются в однонаправленное пульсирующее постоянное напряжение, а выходное напряжение равно 0 В.

Конденсатор

— значение емкости для схемы полноволнового выпрямителя

Регулятор напряжения 7812 требует входного напряжения на несколько вольт выше 12 для правильной работы (см. Технический паспорт). Разница между этим минимальным напряжением и 12 В называется «выпадением». 7812 — регулятор с довольно высоким падением напряжения. Пока входное напряжение является достаточным (соблюдается минимальное падение напряжения), регулятор может обеспечивать плавный постоянный ток, при котором входная пульсация от мостового выпрямителя уменьшается примерно на 80 дБ (проверьте точное значение уменьшения пульсации в децибелах в данных. простыня).

Если вы измеряете напряжение на конденсаторе, вы увидите, что он заряжается до более высокого напряжения, чем 12. Вторичная обмотка трансформатора составляет 12 В, но это номинальное среднеквадратичное напряжение переменного тока. Пиковое напряжение на самом деле выше, и именно оно заряжает конденсатор. Если вторичные обмотки работают при среднеквадратичном напряжении 12 В, то конденсатор будет заряжаться до пикового значения около 17 В. Таким образом, на пике наблюдается выпадение напряжения 5В.

В каждом цикле конденсатор заряжается до пикового напряжения.Затем он разряжается, поскольку регулятор потребляет от него ток. Конденсатор должен быть достаточно большим, чтобы, когда регулятор потребляет ток от него между циклами зарядки, напряжение не упадет ниже минимального напряжения, указанного для этого регулятора.

Это должно быть обеспечено при наихудшей нагрузке регулятора, когда он потребляет наибольший ток.

Помимо удовлетворения потребляемого тока в наихудшем случае, если вы дополнительно увеличите емкость конденсатора до большего значения, единственное преимущество, которое он дает, состоит в том, что он снижает размах колебаний.Это незначительное преимущество, поскольку регулятор уже активно снижает эту пульсацию на 80–90 децибел. Если пульсация составляет 0,5 В от пика к пику на входе регулятора и уменьшается на 80 дБ, то на выходе она становится равной 50 \ $ \ mu \ $ V от пика к пику. Если вы уменьшите входное напряжение до 0,3 В от пика к пику с конденсатором большего размера, пульсация на выходе изменится с 50 \ $ \ mu \ $ V до 30 \ $ \ mu \ $ V. Оба эти значения малы и, возможно, несущественны для схемы.

Если для схемы требуется меньше пульсаций, гораздо лучший способ добиться этого — использовать лучший стабилизатор с большим количеством децибел подавления пульсаций, а не увеличивать емкость конденсатора.Регулятор, который улучшает подавление с 85 дБ до 110 дБ, будет иметь то же значение, что и действительно огромная и непрактичная замена конденсатора.

Слишком большой конденсатор нагружает диоды выпрямителя трансформатора при подаче питания, потому что чем больше конденсатор, тем больше и устойчивее будет пусковой ток.

Как выбрать мостовой выпрямительный диод и конденсатор фильтра

Мостовой выпрямитель Диод Схема
Схема так называемого мостового выпрямителя состоит из выпрямительного моста, состоящего из диодов.

Когда входное напряжение является положительным на половине цикла переменного напряжения, диод D1, сопротивление нагрузки RL и D3 составляют петлю (показано пунктирной линией на рис. 5), а выходное напряжение Vo = vi-VD1-VD3. Когда входное напряжение составляет отрицательную половину цикла переменного напряжения, диод D2, сопротивление нагрузки RL и D4 составляют петлю, а выходное напряжение Vo = vi-VD2-VD4. Рабочее состояние конденсатора фильтра на рисунке.

Как выбрать мостовой выпрямительный диод и фильтрующий конденсатор
Из приведенного выше анализа видно, что на выходе схемы диодного моста выпрямителя также присутствует пульсирующее напряжение в том же направлении, но частота пульсаций в два раза выше, чем у полуволнового выпрямителя.Аналогично расчету среднеквадратичного значения выходного напряжения однополупериодного выпрямителя, можно получить среднеквадратичное значение выходного напряжения мостового выпрямителя Vorsm = 0,9Ursm.
Путем проведенного анализа можно получить следующие основные характеристики схемы мостового выпрямителя:
(1) Выходом мостового выпрямителя является пульсирующее напряжение постоянного тока.
(2) Коэффициент использования переменного тока мостовой выпрямительной схемы составляет 100%.
(3) Схема мостового выпрямителя с конденсаторным выходом. Максимальное обратное напряжение, которое несет диод, в два раза превышает пиковое напряжение переменного тока (перекрытие напряжений при выходе конденсатора).
(4) Ток нагрузки диода мостового выпрямителя составляет только половину от однополупериодного выпрямителя.
(5) В практических схемах выбор диодов и конденсаторов в схемах мостового выпрямителя должен соответствовать текущим требованиям нагрузок.
Краткое описание фильтрующего конденсатора
Устройство накопления энергии, установленное на обоих концах схемы выпрямителя для уменьшения коэффициента пульсаций переменного тока и повышения эффективного и плавного выхода постоянного тока, обычно называется конденсатором фильтра.Потому что схема фильтра требует большой емкости накопительного конденсатора. Поэтому в большинстве схем фильтров используются электролитические конденсаторы. Электролитические конденсаторы названы в честь использования в них электролитов в качестве электродов (отрицательных электродов). Один конец электролитического конденсатора положительный, а другой — отрицательный, поэтому его нельзя перевернуть. Положительный и отрицательный полюса подключены к положительному концу выходной цепи выпрямителя и отрицательному концу схемы.
Во всех схемах, которые должны преобразовывать переменный ток в постоянный, установка конденсатора фильтра сделает работу электронной схемы более стабильной, а также уменьшит помехи от переменных пульсаций на электронную схему.Обозначение конденсатора фильтра в схеме обычно «C», а емкость должна определяться в соответствии с сопротивлением нагрузки и выходным током. Когда емкость фильтра достигает определенной емкости, увеличение емкости пагубно скажется на других показателях.

Как выбрать мостовой выпрямительный диод и фильтрующий конденсатор

Ⅰ. Схема мостового выпрямителя:
1. Однонаправленная проводимость диода, вольт-амперная характеристика, «идеальная модель переключателя» и «идеальная модель источника постоянного напряжения»:

Как показано на рисунке ниже, когда прямое напряжение достигает определенного значения (0.7 В для кремниевой трубки и 0,5 В для германиевой трубки) соотношение между током и напряжением можно приблизительно рассматривать как линейное (пропорциональное). Диод — нелинейный элемент. Анализ и расчет нелинейной схемы очень сложны. Чтобы упростить анализ схемы, схему, состоящую из линейных элементов, можно использовать для моделирования диода.

Когда диоды используются в цепях постоянного тока, идеальная модель диода часто используется как эквивалентная, которую можно рассматривать как идеальный переключатель.То есть «модель переключателя»:
Для положительного смещения это эквивалентно включению с нулевым сопротивлением и нулевым падением напряжения; для обратного смещения это эквивалентно выключению с бесконечным сопротивлением и нулевым током. Идеальная модель диода подчеркивает основные характеристики диода — однонаправленную проводимость, поэтому он широко используется в цепях постоянного тока и коммутационных цепях.
Кроме того, диод также можно рассматривать как модель постоянного падения напряжения: когда диод включен, падение напряжения на диоде постоянно и не изменяется с током.Обычно считается, что силиконовая трубка составляет 0,7 В, а германиевая трубка — 0,5 В.
2. Направление тока, выходное напряжение холостого хода, расчет тока, расчет обратного напряжения диода, форма входного и выходного сигнала в схеме мостового выпрямителя
Как показано на рисунке выше, стрелка указывает направление тока.
Usc = 0,9 * E2
Isc = 0,9Usc / Rfz
Обратное напряжение каждого диода равно E2 / 2.

Ⅱ. Силовой фильтр:
1. Анализ процесса силового фильтра:
Если трансформатор 1: 1, переменный ток со среднеквадратичным значением 220 В и частотой 50 Гц составляет 200 В (220 В * 0.9) и частоту одностороннего пульсирующего сигнала напряжения 100 Гц после мостового выпрямления. Чтобы получить источник питания постоянного тока, необходимый для работы цепи постоянного тока, необходимо отфильтровать выпрямленный сигнал, чтобы отфильтровать некоторые колебания и сделать его очень близким к постоянному току.
Существует два обычно используемых метода фильтрации источника питания: конденсаторный фильтр фильтра накопления энергии и фильтр PI.

Как показано на следующем рисунке, форма выходного сигнала намного более гладкая, а пульсации намного меньше после фильтрации конденсатора накопителя энергии.Если емкость достаточно велика, сигнал выходного напряжения мостовой схемы будет более плавным и близким к прямолинейному. Тогда напряжение будет около 260В (220В * 1,2).

ПИ-фильтр имеет индуктивность и сопротивление. Индуктивность в цепи фильтра называется дроссельной катушкой. Он может ограничивать переменный ток и устранять небольшие колебания некоторых выходных сигналов моста. Следовательно, плавность и стабильность выходного сигнала фильтра PI-типа лучше, чем у сигнала, фильтруемого только конденсатором накопления энергии.Чем больше индуктивность, тем лучше характеристики резистивного переменного тока и роль стабилизатора тока цепи, но не слишком большая, иначе тем больше будет занимаемое пространство.
Тип резистора обычно используется в условиях низкого тока, а номинальная мощность сопротивления больше, чем номинальная мощность нагрузки, в противном случае он сгорит, а значение сопротивления очень маленькое, обычно принимают 1-3 _.
2. Выбор емкости и выдерживаемого напряжения конденсатора фильтра:

Что касается требований к емкости конденсатора C, который выполняет задачу фильтрации, как уже неоднократно упоминалось ранее, он должен быть «достаточно большим», так насколько большой здесь «достаточно большой»? В технике это можно оценить так:

T в формуле относится к периоду зарядки конденсатора.Частота гражданского переменного тока Китая составляет 50 Гц, период — 0,02 с. Тогда для схемы однополупериодного выпрямителя T = 0,02 с; для мостовой выпрямительной схемы T = 0,01 секунды. R в формуле относится к сопротивлению нагрузки.

Если R = 30, то:

Если диод внезапно открывается во время работы, независимо от того, какой диод, в результате мостовой выпрямитель преобразуется в полуволновой выпрямитель, тогда значение выходного постоянного напряжения будет уменьшаться. Так что выбор диодов не менее важен.
Если вы хотите самостоятельно спроектировать и изготовить простой и практичный источник питания постоянного тока, предполагая, что вам нужно выходное напряжение 0U, а выходной ток не менее 0I, тогда следующие параметры можно использовать в качестве справочных для вашей конструкции.

Действующее значение выходного напряжения после моста (не фильтруется)

3. Сходства и различия между фильтром мощности и фильтром сигналов
Фильтры сигналов используются для фильтрации полезных сигналов из входных сигналов, а также для фильтрации бесполезных сигналов и шумовых помех.Его принцип заключается в использовании амплитудно-частотных характеристик схемы, а ее диапазон полосы пропускания устанавливается на диапазон полезных сигналов, в то время как другие компоненты спектра отфильтровываются. Фильтр питания используется для стабилизации выходного напряжения источника питания, что можно понимать как блокировку переменного тока и проведение постоянного тока. Если это источник питания переменного тока, полоса пропускания будет одночастотной.
Разница между ними заключается в том, что фильтр сигнала используется для фильтрации сигнала, а его полоса пропускания находится в определенном частотном диапазоне, в то время как фильтр мощности используется для фильтрации компонента переменного тока и пропускания постоянного тока, чтобы поддерживать выходной сигнал.