+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Как работает диодный мост для чайников

Несмотря на то что в бытовых розетках, как известно, присутствует переменное напряжение величиной 220 В, подавляющее большинство электронных приборов требует намного меньших значений. Более того, это питание должно осуществляться не переменным, а постоянным током. Именно поэтому практически каждый бытовой прибор имеет в составе своей схемы выпрямитель — диодный мост.

Постоянный и переменный ток

Из учебного курса физики все знают, что электрический ток подразумевает протекание электрического заряда из одного проводника в другой. В отличие от постоянного тока, который действительно идет в одном направлении (от минуса к плюсу), переменный течет сначала в одну сторону, а затем — в другую. Если подключить к розетке осциллограф, можно получить схематическое изображение такого движения тока.

На рисунке представлена осциллограмма переменного тока, где по оси абсцисс показано время, а по оси ординат — напряжение. Из графика хорошо видно, что напряжение плавно нарастает до величины 220 В, потом уменьшается до нуля и нарастает до той же величины, но с противоположным знаком. Иными словами, напряжение в розетке постоянно меняет знак со скоростью 50 раз в секунду.

Для сравнения можно подключить щупы осциллографа к источнику постоянного тока. В качестве него могут использоваться клеммы батарейки. В этом случае картина будет несколько иная.

Осциллограмма постоянного тока, показанная на изображении, наглядно демонстрирует, как на протяжении всего времени напряжение на клеммах имеет постоянную величину. При замыкании цепи ток будет течь в одну сторону.

Особенности видов напряжения

Возникает закономерный вопрос о том, зачем в розетках используется переменный ток, если подавляющее большинство электронной аппаратуры питается постоянным током. Дело в том, что для питания узлов той или иной аппаратуры требуются напряжения разной величины.

Процессор компьютера, например, питается 3 В, а мобильный телефон требует для своей зарядки целых 5 В. Усилителю музыкального центра нужно уже около 25 В.

Постоянное напряжение достаточно сложно трансформировать из одной величины в другую, а вот переменное — запросто. Для этого служат, к примеру, трансформаторы. Некоторые важные силовые узлы, такие как двигатели, все же нуждаются в переменном напряжении. Поэтому промышленные генераторы, питающие бытовые розетки, вырабатывают его до общепринятой величины (например, 220 В), а каждый прибор уже на месте получает из него то, что ему требуется.

Выпрямление электроэнергии

До конца XIX века преобразование переменного напряжения в постоянное было проблемой. С изобретением диода — сначала вакуумного, а позже и полупроводникового — ситуация в корне изменилась. Благодаря своим уникальным свойствам, диод отлично различает полярность и позволяет легко сортировать токи с нужным направлением. Сначала для этих целей использовались отдельные диоды, позже появились диодные мосты, обеспечивающие высокое качество выпрямления.

Выпрямитель на одном диоде

Диод проводит ток только в одном направлении, именно поэтому его и называют полупроводниковым прибором. Если к катоду устройства подключить плюс источника напряжения, а к аноду — минус, диод будет вести себя как обычный проводник. Если полярность изменить, то прибор закроется и превратится в диэлектрик. Для ответа на вопрос о том, что это даёт, придется собрать простейшую схему и снова вооружиться осциллографом.

На схеме изображена работа полупроводникового диода в цепи переменного тока. Осциллограмма слева показывает картину на выходе трансформатора — обычный переменный ток. После диода всё существенно меняется — на графике исчезает отрицательная полуволна переменного напряжения. Ток еще не стал постоянным, но он уже не переменный — движения электрического заряда в обратном направлении нет. Такой род тока принято называть пульсирующим. Им еще нельзя питать электронику, но изменения налицо. Остаётся сгладить пики импульсов. Это делают с помощью конденсаторов.

На схеме представлен однополупериодный выпрямитель со сглаживающим конденсатором. Во время положительного импульса напряжение не только питает нагрузку, но и одновременно заряжает конденсатор. Когда импульс заканчивается, конденсатор отдает накопленную энергию, сглаживая скачки напряжения.

Чем выше емкость конденсатора, тем больше энергии он сможет запасти, и тем больше напряжение будет походить на постоянное.

Двухполупериодный прибор

Несмотря на значительные успехи, достигнутые в преобразовании переменного тока в постоянный предыдущим экспериментом, результат ещё далек от идеала. Дело в том, что частота переменного тока довольно низкая (50 Гц), а навешивание сглаживающих конденсаторов имеет свои ограничения. Для того чтобы существенно улучшить форму выходного сигнала, нужно увеличить частоту.

Однако в розетках она строго фиксирована и не зависит от внешних факторов. Отрицательная полуволна напряжения срезается диодом. Поменять её полярность совсем несложно — достаточно лишь добавить несколько диодов, собрав мостовую схему. На рисунке представлен двухполупериодный выпрямитель на четырёх диодах, объясняющий то, как работает диодный мост:

При появлении положительной полуволны диоды VD2, VD3 окажутся включенными в прямом направлении и будут открыты. VD1, VD2 — закрыты. Полуволна свободно проходит к выходу выпрямителя. Когда напряжение сменит полярность, пары диодов поменяются местами — VD1 и VD4 откроются, VD2 и VD3 закроются. Отрицательная полуволна тоже пройдет к выходу, но поменяет полярность. В результате получится все то же импульсное однополярное напряжение, но частота его увеличится вдвое. Останется добавить сглаживающий конденсатор и посмотреть, что получится.

Двухполупериодный выпрямитель со сглаживающим конденсатором на изображении показывает, что поставленная задача решена: переменное напряжение преобразовано в постоянное.

Конечно, постоянство неидеально — имеются пульсации, однако с ними можно бороться с помощью фильтров. К тому же любая электроника допускает ту или иную величину пульсаций.

Такая схема, состоящая из четырех диодов, стала классической и получила название диодного или выпрямительного моста. Существует отдельная категория электронных приборов — выпрямительные мосты. Они состоят из четырех диодов, соединенных между собой соответствующим образом. В качестве примера можно посмотреть на выпрямительный мост КЦ402Г и его электрическую схему.

Выпрямительный мост своими руками

Каждый, кто занимается конструированием электронных устройств, не обходится без выпрямителя. Он присутствует практически в каждом самодельном приборе, питаемом от сети. Для того чтобы собрать выпрямитель, недостаточно взять четыре диода и скрутить им ножки согласно приведенной схеме. Для того чтобы мост работал, придется ближе познакомиться с диодами и их характеристиками перед тем, как браться за паяльник.

Основные характеристики, которые понадобятся при построении выпрямителя у полупроводников, следующие:

  1. Максимально допустимое обратное напряжение. Напряжение, которое способен выдерживать диод в закрытом состоянии.
  2. Максимально допустимый прямой ток. Ток, который может долговременно выдерживать диод без повреждения.
  3. Прямое напряжение. Величина падения напряжения на открытом диоде.
  4. Граничная частота. Частота переменного тока, на которой прибор еще может работать.

При сборке сетевого выпрямителя, способного отдавать в нагрузку ток в 1 А, необходимо сделать диодный мост на 12 вольт. Так выглядит практическая схема мостового выпрямителя.

Прежде всего, необходимо правильно всё рассчитать и подобрать нужный тип полупроводников, исходя из имеющихся диодов. Если в распоряжении есть диоды Д226, КД204А, КД201А и Д247, нужно открыть справочник и ознакомиться с их основными характеристиками (напряжением, током и граничной частотой):

  • Д226 — 400 В, 0,3 А, 1 кГц;
  • КД204А — 400 В, 0,4 А, 50 кГц;
  • КД201А — 100 В, 5 А, 1,1 кГц;
  • Д247 — 500 В, 10 А, 1 кГц.

Все четыре типа диодов подходят по напряжению и частоте, но первые два не выдержат ток в 1 А. Остаются КД201А и Д247. Решение взять те или другие зависит от конструкции блока питания. Первые диоды компактнее, вторые имеют хороший запас по току.

Сглаживающий конденсатор С1 нужно выбирать по типу, электрической емкости и напряжению. Понадобится электролитический конденсатор емкостью от 1 000 до 20 000 мкФ с рабочим напряжением не ниже 25 В. Чем выше емкость сглаживающего конденсатора, тем качественнее будет выпрямленное напряжение, но тем больше по габаритам окажется сама конструкция. Всю необходимую информацию, включая емкость, полярность и рабочее напряжение можно увидеть прямо на конденсаторе.

Осталось включить паяльник и спаять схему, не забывая при этом, что электролитические конденсаторы — полярные приборы. Они имеют плюс и минус, путать которые нельзя.

Выбор типа сборки

Использование выпрямительного моста вместо четырех диодов не только существенно упрощает сборку, но и делает конструкцию более компактной. Принцип выбора типа сборки тот же — по напряжению, току и частоте. Чтобы определить, подойдет ли, к примеру, сборка КЦ402Г, фото и схема которого приведены выше, нужно обратиться к справочнику. В нём указаны следующие характеристики моста:

  • максимальное обратное напряжение диодов — 300 В;
  • прямой ток всей сборки — 1 А;
  • граничная частота — 5 кГц.

Мостик подходит, но микросборка будет работать на пределе своих возможностей по току. Для обеспечения надежности схемы лучше использовать более мощный прибор. Например, мост КЦ409А на ток 3 А или КЦ409И на 6 А.

Проверка элементов

Нередко в самодельных устройствах приходится использовать детали, уже бывшие в употреблении. Перед установкой все такие комплектующие должны быть проверены. Поскольку выпрямительная сборка представляет собой четыре диода, подключенных встречно-последовательно, а до выводов всех диодов можно добраться щупом, вопрос от том, как прозвонить диодный мост, решается элементарно.

Для этого достаточно измерить обычным омметром сопротивление каждого диода, ориентируясь на схему выпрямителя и цоколевку моста. В одной полярности щупов прибор должен показывать высокое сопротивление, в другой — низкое. Когда соответствующий диод пробит, в обоих положениях щупов сопротивление будет низким, если сгорел — высоким.

Использование барьера Шоттки

Еще одна основная характеристика, которая не использовалась в предыдущих расчетах, — прямое падение напряжения на открытом диоде. Диод только теоретически проводит ток в одну сторону, а диэлектрик — в другую. На практике в прямом подключении на приборе падает напряжение, которое может достигать 1,5 В и более.

Это значит, что напряжение на выходе однополупериодного выпрямителя будет ниже входного на 1,5 В, а если использовать мостовую схему, то на все 3 В. Кроме того, вольты, помноженные на протекающий через выпрямитель ток, будут бесполезно рассеиваться на диодах в виде тепла, уменьшая КПД схемы.

Избежать подобной неприятности позволяют диоды с барьером Шоттки. Они отличаются низким (десятые вольта) прямым падением напряжения, а значит, собранная на них схема будет обладать более высоким КПД и работать в облегченном режиме. Вид и схема мощной диодной сборки Шоттки представлены на изображении.

Сегодня и отдельные диоды, и диодные мосты Шоттки используются в качестве выпрямительных очень широко и выпускаются как отдельными приборами, так и сборками. Монтаж выпрямителя на диодах Шоттки ничем не отличается от сборки на обычных диодах.

Отзывы и комментарии

Как электроны и позитроны превращаются друг в друга

GIF анимации: http://tverd4.narod.ru/mosty.gif http://tverd4.narod.ru/Animation-1-.gif

Теория этого явления должна начинаться с осознания того, что не существует в металлических проводниках электрического тока, который распространяется от плюса к минусу.
Разность потенциалов, рождающая силу движения зарядов, формируется не между плюсом и минусом, а между плюсом и нулевым потенциалом (позитронный ток) и между минусом и нулевым потенциалом (электронный ток).
То есть электронный ток имеет разность потенциалов – / 0.
Позитронный ток имеет разность потенциалов + / 0.
По нашей гипотезе превращение электронов и позитронов друг в друга происходит посредством замены вектора движения зарядов на противоположный вектор.
Объясняется это тем, что все элементы магнитоэлектрической системы электрона противоположны всем элементам магнитоэлектрической системы позитрона. И эта противоположность определяется вектором их движения в пространстве.
Поэтому, стоит только поменять вектор движения одного из зарядов на противоположный вектор, так сразу же этот заряд превращается в своего антипода.
Анимация показывает, как полупроводниковый мост пропускает позитронный ток, движимый разностью потенциалов + / 0. Но, когда электронная полуволна на мост подаёт разность потенциала – / 0, здесь-то и происходит замена вектора движения электронов на вектор движения позитронов, с превращением электронов в позитроны.
Аналогичным образом происходит превращение позитронов в электроны в мосте, собранным на вакуумных диодах.
Разница лишь в том, что превращение позитронов в электроны, происходит, когда на мост подаётся разность потенциала + / 0.
Диоды работают парами. Пара диодов всегда открыта, другая – всегда закрыта.
Кроме того, генераторы постоянного тока генерируют позитронный ток при правом вращение, и генерируют электронный ток при левом вращении.
Объясняется это явление тем, что заряд, формирующийся первым, задаёт вектор движения, а антипод вынужден следовать принятому вектору движения.
Вектор движения электрона противоположен вектору движения позитрона, как в проводниках, так и в электромагнитных волнах.
Заключение:
1. Любой любознательный восьмиклассник способен осуществить описанные опыты.
2. Комичность ситуации заключается в том, что с широким распространением осциллографов любой любознательный восьмиклассник на экране видит, что ток есть движение, как отрицательных, так и положительных зарядов.
3. Фарадей двести лет назад получил ток с отрицательными и положительными зарядами, который распространяется в прилегающем к проводнику слое эфира.
4. Все современные тепловые, гидравлические и атомные электростанции получают ток Фарадея.

Как мы знаем, в наших розетках протекает переменный электрический ток с напряжением в 220 вольт. Но как быть если нам нужно запитать низковольтный приемник, которому требуется постоянный ток? Если с напряжением все понятно – нам поможет трансформатор, то как сделать из переменного тока постоянный – вопрос. В этой ситуации нам на помощь приходит такое устройство как выпрямитель. Это устройство содержится почти во всех электронных приборах, которые работает на постоянном токе, от сварочных полуавтоматов, до блоков питания. В статье мы рассмотрим классическую схему выпрямителя из четырех диодов, которая именуется выпрямительным диодным мостом.

Для чего нужен диодный мост

Как мы должны были понять, диодный мост нужен для того, чтобы сделать из переменного тока постоянный. Это устройство придумал немецкий ученый Леоц Гретц, второе название диодного моста – мостовая схема Гретца.

Принцип действия таков: на вход диодного моста подается переменный электрический ток, а на его выходах появляется постоянный пульсирующий ток. Частота пульсаций зависит от частоты переменного тока. Если взять стандартное значение частоты для наших широт (50 Гц), то частота пульсаций постоянного тока будет равна 100 Гц. Для того, чтобы сгладить пульсации, ставиться конденсатор – это устройство будет полноценным выпрямителем. Схема, которая рассматривается в данной статье, применяется в двухфазной сети. Для трехфазной сети применяется другие схемы, которые не будут рассмотрены в этой статье. Выполняется в виде четырех соединённых диодов или диодной сборки. Диодная сборка – это тот же диодный мост, только сделан в одном корпусе. У обоих вариантов исполнения есть свои плюсы и недостатки. Например, в случае неисправности одного из диодов, продеться заменить всю диодную сборку – это ее минус. При подборе диодного моста или отдельных диодов для него, учитываются следующие характеристики:

  • Обратное напряжение диодов;
  • Обратный ток диодов;
  • Длительно допустимый ток;
  • Максимальная рабочая температура;
  • Рабочая частота (актуально для высокочастотных приборов).

Это основные параметры, по которым подбираются диоды для самостоятельной сборки или диодные мосты. Все зависит от нагрузки, которую вы хотите запитать, но будь то блок питания или зарядное устройство, лучше взять с запасом, нежели впритык. Это обезопасит ваше устройство. Бывают ситуации, когда диодный мост может сильно нагреваться или даже сгореть. Это происходит из-за высокого тока, которые проходя по диодам нагревает их, либо из-за плохого охлаждения, особенно в мощных устройствах. Для лучшего охлаждения и профилактики сгораний диодного моста, рекомендуется использовать радиаторы, которые будут эффективно рассеивать тепло.

Диоды тоже имеют свое сопротивление и на каждом из них падает напряжение. Для высоковольтных аппаратов – это не существенные потери, но для низковольтных приемников (до 12 вольт) такие потери будут существенны. В этой ситуации в место обычных диодов, в схеме применяется диоды Шоттки. На выпрямителе из таких диодов будет низкое падение напряжения, приемлемое для низковольтной аппаратуры. Из-за особенностей диодов Шоттки, такие диодные мосты могут работать на сверхвысоких частотах. Но будьте осторожны, при малейшем превышении обратного напряжения, такие диоды выходят из строя.

Схема диодного моста

Как мы выяснили выше, схема диодного моста состоит из четырех полупроводниковых диодов, соединенных по схеме Гретца. Такая схема еще называется двухполупериодным выпрямителем.

На принципиальных схемах диодный мост может обозначаться по-разному, либо как схема из четырех диодов, либо как один большой диод в ромбике. Суть его от этого не меняется, вот несколько примеров:

А вот так обозначается выпрямитель со сглаживающим конденсатором:

Как работает диодный мост

Принцип работы диодного моста достаточно прост. Переменный ток имеет две полуволны: положительную отрицательную. Каждое плечо (2 диода) выпрямляют свою полуволну, в то время как второе плечо блокирует протекание тока в другом направлении. В результате выпрямляется два полупериода, а на выводах всегда неизменная полярность. Изображение работы График Подключить диодный мост не составит труда, ведь это схематично показано на всех УГО (это и есть схема подключения) этого устройства. В случае с подключением диодной сборки, ее выводы обозначены соответственными обозначениями. Собрать диодный мост самостоятельно тоже проще простого. Если вы уже подобрали диоды, то достаточно припаять их концы соответственно схеме. Но перед этим не поленитесь проверить диоды на исправность и не перепутайте их полярность. Обычно катод и анод указаны на корпусе диодов.

Если остались вопросы, то рекомендуем к просмотру видео, чтобы найти ответы на оставшиеся вопросы.

Вывод

В статье мы рассмотрели такое классическое электронное устройство как диодный мост. Изучили его схему и разобрались в принципе работы. Я, как автор этой статьи, надеюсь, что она будет понятна даже чайнику и эти знания помогут вам в освоении радиоэлектроники.

Дата: 23.08.2015 // 0 Комментариев

Диодный мост — один из самых распространенных компонентов в мире радиоэлектроники. Многим радиолюбителям будет полезно знать, как работает диодный мост, а также из чего он состоит. Основная цель данного элемента — это преобразовывать переменное входящее напряжение на постоянное, диодный мост зачастую применяется в разного рода выпрямителях, зарядных устройствах и различных блоках питания.

Как работает диодный мост?

Нетрудно заметить, что классический диодный мост состоит из четырех диодов, собранных в схему в виде моста. Для такого моста подбираются диоды с определенными характеристиками по току и напряжению, а также желательно одинаковой маркировки. Во многих случаях диоды моста устанавливаются на радиаторы, чтобы исключить перегрев и преждевременный выход их из строя. О том, как подобрать диоды для диодного моста, мы напишем немного позже.

Диодный мост, принцип работы

В каждом из полупериодов ток проходит только через соответствующих два диода, а остальная пара диодов заперта.

В итоге, на выходе имеем постоянное напряжение, но с удвоенной частотой пульсации. Как видим принцип работы диодного моста очень прост.

Иногда для питания некоторых схем этого достаточно, например простые зарядные устройства для АКБ и т.п., для них подобные пульсации напряжения абсолютно не критичны. Но при необходимости питать усилитель от такого источника питания ничего путного с этого не получится (услышим лишь громкий гул) — ему нужно сглаженное напряжение. Для получения сглаженного напряжения, а не пульсирующего, диодный мост можно дополнять электролитическим конденсатором большой емкости, установленным на выходе моста. Чем больше будет емкость такого фильтрующего конденсатора, тем менее заметными станут подобные пульсации.

При ремонте различных приборов важно знать не только то, как работает диодный мост, но и уметь его проверять. О том, как проверить диодный мост читаем тут.

Диодный мост, принцип работы и схема

Несмотря на то что в бытовых розетках, как известно, присутствует переменное напряжение величиной 220 В, подавляющее большинство электронных приборов требует намного меньших значений. Более того, это питание должно осуществляться не переменным, а постоянным током. Именно поэтому практически каждый бытовой прибор имеет в составе своей схемы выпрямитель — диодный мост.

Блок: 1/8 | Кол-во символов: 369
Источник: https://pochini.guru/sovety-mastera/diodnyiy-most

Порядок работы

На вход (Input) схемы подаётся переменное напряжение (не обязательно синусоидальное). В каждый из полупериодов ток проходит только через 2 диода, 2 других — заперты:

Выпрямление положительной полуволны

Выпрямление отрицательной полуволны

При выпрямлении 3-фазного тока 3-фазным выпрямителем результат получается ещё более «гладким»

В результате, на выходе (DC Output) получается напряжение, пульсирующее с частотой, вдвое большей частоты питающего напряжения:

Красным — исходное синусоидальное напряжение , зелёным — однополупериодное выпрямление (для сравнения), синим — рассматриваемое двухполупериодное

Эта же схема может быть использована при питании ответственных нагрузок постоянным током в целях их защиты от переполюсовки.

Блок: 2/10 | Кол-во символов: 750
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BC%D0%BE%D1%81%D1%82

Постоянный и переменный ток

Из учебного курса физики все знают, что электрический ток подразумевает протекание электрического заряда из одного проводника в другой. В отличие от постоянного тока, который действительно идет в одном направлении (от минуса к плюсу), переменный течет сначала в одну сторону, а затем — в другую. Если подключить к розетке осциллограф, можно получить схематическое изображение такого движения тока.

На рисунке представлена осциллограмма переменного тока, где по оси абсцисс показано время, а по оси ординат — напряжение. Из графика хорошо видно, что напряжение плавно нарастает до величины 220 В, потом уменьшается до нуля и нарастает до той же величины, но с противоположным знаком. Иными словами, напряжение в розетке постоянно меняет знак со скоростью 50 раз в секунду.

Для сравнения можно подключить щупы осциллографа к источнику постоянного тока. В качестве него могут использоваться клеммы батарейки. В этом случае картина будет несколько иная.

Осциллограмма постоянного тока, показанная на изображении, наглядно демонстрирует, как на протяжении всего времени напряжение на клеммах имеет постоянную величину. При замыкании цепи ток будет течь в одну сторону.

Блок: 2/8 | Кол-во символов: 1187
Источник: https://pochini.guru/sovety-mastera/diodnyiy-most

Выпрямитель

Практически, для получения постоянного (а не пульсирующего) напряжения, схему надо дополнить фильтром на конденсаторе, а также, возможно, дросселем и стабилизатором напряжения.

Блок: 3/10 | Кол-во символов: 192
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BC%D0%BE%D1%81%D1%82

Особенности видов напряжения

Возникает закономерный вопрос о том, зачем в розетках используется переменный ток, если подавляющее большинство электронной аппаратуры питается постоянным током. Дело в том, что для питания узлов той или иной аппаратуры требуются напряжения разной величины. Процессор компьютера, например, питается 3 В, а мобильный телефон требует для своей зарядки целых 5 В. Усилителю музыкального центра нужно уже около 25 В.

Постоянное напряжение достаточно сложно трансформировать из одной величины в другую, а вот переменное — запросто. Для этого служат, к примеру, трансформаторы. Некоторые важные силовые узлы, такие как двигатели, все же нуждаются в переменном напряжении. Поэтому промышленные генераторы, питающие бытовые розетки, вырабатывают его до общепринятой величины (например, 220 В), а каждый прибор уже на месте получает из него то, что ему требуется.

Блок: 3/8 | Кол-во символов: 881
Источник: https://pochini.guru/sovety-mastera/diodnyiy-most

Как работает диодный мост: для чайников, просто и коротко

На вход диодного моста подается переменный ток, полярность которого в бытовой электросети меняется с частотой 50 Гц. Диодная сборка «срезает» часть синусоиды, которая для прибора «является» обратной, и меняет ее знак на противоположный. В результате на выходе к нагрузке подается пульсирующий ток одной полярности.

Обозначение диодного моста на схеме

Частота этих пульсаций в 2 раза превышает частоту колебаний переменного тока и равна в данном случае 100 Гц.

Работа диодного моста

На рисунке а) изображена обычная синусоида напряжения переменного тока. На рисунке б) – срезанные положительные полуволны, полученные при использовании выпрямительного диода, который пропускает через себя положительную полуволну и запирается при прохождении отрицательной полуволны. Как видно из схемы, одного диода для эффективной работы недостаточно, поскольку «срезанная» отрицательная часть полуволн теряется и мощность переменного тока снижается в 2 раза. Диодный мост нужен для того, чтобы не просто срезать отрицательную полуволну, а поменять ее знак на противоположный. Благодаря такому схемотехническому решению, переменный ток полностью сохраняет мощность. На рисунке в) – пульсирующее напряжение после прохождения тока через диодную сборку.

Пульсирующий ток строго назвать постоянным нельзя. Пульсации мешают работе электроники, поэтому для их сглаживания после прохождения диодного моста в схему нужно включить фильтры. Простейший тип фильтра – электролитические конденсаторы значительной емкости.

На печатных платах и принципиальных схемах диодный мост, в зависимости от того, как он устроен (отдельные элементы или сборка), может обозначаться по-разному. Если он состоит из отдельно впаянных диодов, то их обозначают буквами VD, рядом с которыми указывают порядковый номер – 1-4. Буквами VDS обозначают сборки, иначе –VD.

Блок: 3/9 | Кол-во символов: 1892
Источник: https://www.RadioElementy.ru/articles/chto-takoe-diodnyy-most/

Преимущества и недостатки

Кроме диодного моста существуют и другие способы преобразования переменного в постоянный ток. В сравнении с однополупериодным, двухполупериодное выпрямление обладает рядом преимуществ:

  • И отрицательная, и положительная полуволна синусоиды преобразуются в выходное напряжение, поэтому вся мощность трансформатора используется в наиболее оптимальной степени.
  • За счет большей частоты пульсации получаемое от диодного выпрямителя напряжение куда проще сглаживать при помощи фильтров.
  • Использование электроэнергии под нагрузкой уменьшает потери мощности на перемагничивание сердечника, возникающее из-за процессов взаимоиндукции в обмотках питающего трансформатора.
  • Гармоничное перераспределение кривой электротока и напряжения на выходе – за счет передачи каждого полупериода сразу двумя диодами в мосте, выходной параметр получается куда более равномерным.

К недостаткам диодного моста следует отнести и большее падение напряжения, в сравнении с однополупериодной схемой или выпрямителем с отводом из средней точки. Это обусловлено тем, что ток протекает сразу черед два полупроводниковых элемента и встречает омическое сопротивление от каждого из них. Такой недостаток может оказывать существенное влияние в слаботочных цепях, где доли ампера могут решать значение сигналов, режимы работы агрегатов и т.д. В качестве решения могут применяться диодные мосты с диодами Шотки, у которых падение прямого напряжения относительно ниже.  

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

Блок: 4/5 | Кол-во символов: 1795
Источник: https://www.asutpp.ru/diodnyy-most.html

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 трансформатор, который из 220В делает 12В.

На первичную обмотку цепляем 220 Вольт, со вторичной обмотки снимаем 12 Вольт. Мультиметр 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 действующее значение напряжения. 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 щупами 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.

Блок: 4/7 | Кол-во символов: 1357
Источник: https://www.RusElectronic.com/diodnyj-most/

Практическое применение

На практике диодный мост имеет довольно широкий спектр применения – это и цифровая техника, блоки питания в персональных компьютерах, ноутбуках, различных устройствах, автомобильных генераторах, питающихся от низкого постоянного напряжения. Помимо этого их можно встретить в системах звуковоспроизведения, измерительной техники, теле- радиовещания, они устанавливаются в ряде различных устройств по всему дому. Для лучшего понимания роли диодного моста в этих приборах мы рассмотрим несколько конкретных схем, в которых он применяется.

Примеры схем с диодным мостом и их описание

Одна из наиболее простых схем с применением диодного моста – это зарядное устройство, применяемое для оборудования, питаемого низким напряжением. Один из таких вариантов рассмотрим на следующем примере

Рис. 5. Схема зарядного устройства

Как видите на рисунке, от понижающего трансформатора Т1 напряжение из переменного 220В преобразуется в переменное на уровне 7 – 9В. После этого пониженное напряжение подается на диодный мост VD, от которого выпрямленное через сглаживающий конденсатор С1 на микросхему КР. От микросхемы выпрямленное напряжение стабилизируется и выдается на клеммы разъема.

Рис. 6. Схема карманного фонаря

На рисунке выше приведен пример схемы карманного фонаря, данная модель подключается к бытовой сети 220В через розетку, что представлено соединением разъема Х1 и Х2. Далее напряжение подается на мост  VD, а с него уже на микросхему DA1, которая при наличии входного питания сигнализирует об этом через светодиод HL1. После этого напряжение питания приходит на аккумулятор GB, который заряжается и затем используется в качестве основного источника питания для лампы фонарика.

Пример схемы сварочного агрегата

Здесь представлен пример схемы сварочного агрегата, в котором диодный мост устанавливается сразу после понижающего трансформатора для выпрямления электрического тока. Из-за сложности схемы дальнейшее рассмотрение работы устройства нецелесообразно. Стоит отметить, что существуют и другие устройства с еще более сложным принципом работы – импульсные блоки питания, ШИМ модуляторы, преобразователи и т.д.

Блок: 5/5 | Кол-во символов: 2153
Источник: https://www.asutpp.ru/diodnyy-most.html

Выпрямительный мост своими руками

Каждый, кто занимается конструированием электронных устройств, не обходится без выпрямителя. Он присутствует практически в каждом самодельном приборе, питаемом от сети. Для того чтобы собрать выпрямитель, недостаточно взять четыре диода и скрутить им ножки согласно приведенной схеме. Для того чтобы мост работал, придется ближе познакомиться с диодами и их характеристиками перед тем, как браться за паяльник. Основные характеристики, которые понадобятся при построении выпрямителя у полупроводников, следующие:

  1. Максимально допустимое обратное напряжение. Напряжение, которое способен выдерживать диод в закрытом состоянии.
  2. Максимально допустимый прямой ток. Ток, который может долговременно выдерживать диод без повреждения.
  3. Прямое напряжение. Величина падения напряжения на открытом диоде.
  4. Граничная частота. Частота переменного тока, на которой прибор еще может работать.

При сборке сетевого выпрямителя, способного отдавать в нагрузку ток в 1 А, необходимо сделать диодный мост на 12 вольт. Так выглядит практическая схема мостового выпрямителя.

Прежде всего, необходимо правильно всё рассчитать и подобрать нужный тип полупроводников, исходя из имеющихся диодов. Если в распоряжении есть диоды Д226, КД204А, КД201А и Д247, нужно открыть справочник и ознакомиться с их основными характеристиками (напряжением, током и граничной частотой):

  • Д226 — 400 В, 0,3 А, 1 кГц;
  • КД204А — 400 В, 0,4 А, 50 кГц;
  • КД201А — 100 В, 5 А, 1,1 кГц;
  • Д247 — 500 В, 10 А, 1 кГц.

Все четыре типа диодов подходят по напряжению и частоте, но первые два не выдержат ток в 1 А. Остаются КД201А и Д247. Решение взять те или другие зависит от конструкции блока питания. Первые диоды компактнее, вторые имеют хороший запас по току.

Сглаживающий конденсатор С1 нужно выбирать по типу, электрической емкости и напряжению. Понадобится электролитический конденсатор емкостью от 1 000 до 20 000 мкФ с рабочим напряжением не ниже 25 В. Чем выше емкость сглаживающего конденсатора, тем качественнее будет выпрямленное напряжение, но тем больше по габаритам окажется сама конструкция. Всю необходимую информацию, включая емкость, полярность и рабочее напряжение можно увидеть прямо на конденсаторе.

Осталось включить паяльник и спаять схему, не забывая при этом, что электролитические конденсаторы — полярные приборы. Они имеют плюс и минус, путать которые нельзя.

Блок: 5/8 | Кол-во символов: 2349
Источник: https://pochini.guru/sovety-mastera/diodnyiy-most

Конструкция

Внешний вид однокорпусных мостов

Мосты могут быть изготовлены из отдельных диодов, и могут быть выполнены в виде монолитной конструкции (диодная сборка).

Монолитная конструкция, как правило, предпочтительнее — она дешевле и меньше по объёму (хотя не всегда той формы, которая требуется). Диоды в ней подобраны на заводе и наверняка имеют одинаковые параметры и при работе находятся в одинаковом тепловом режиме. Сборку проще монтировать.

В монолитной конструкции при выходе из строя одного диода приходится менять весь монолит. В конструкции из отдельных диодов может меняться только один диод.

При выпрямлении больших токов на диодах рассеивается значительная тепловая энергия, поэтому применяются дискретные диоды средней или большой мощности, допускающие установку на внешний теплоотвод.

Блок: 6/10 | Кол-во символов: 804
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BC%D0%BE%D1%81%D1%82

Выбор типа сборки

Использование выпрямительного моста вместо четырех диодов не только существенно упрощает сборку, но и делает конструкцию более компактной. Принцип выбора типа сборки тот же — по напряжению, току и частоте. Чтобы определить, подойдет ли, к примеру, сборка КЦ402Г, фото и схема которого приведены выше, нужно обратиться к справочнику. В нём указаны следующие характеристики моста:

  • максимальное обратное напряжение диодов — 300 В;
  • прямой ток всей сборки — 1 А;
  • граничная частота — 5 кГц.

Мостик подходит, но микросборка будет работать на пределе своих возможностей по току. Для обеспечения надежности схемы лучше использовать более мощный прибор. Например, мост КЦ409А на ток 3 А или КЦ409И на 6 А.

Блок: 6/8 | Кол-во символов: 708
Источник: https://pochini.guru/sovety-mastera/diodnyiy-most

Обозначение и маркировка

Условно-графическое обозначение полупроводникового моста на принципиальных электрических схемах выглядит как ромб, из вершин которого выходят прямые короткие линии, символизирующие выводы. Каждый вывод подписывается знаком, соответствующим виду сигнала. Так, плюсом обозначается положительный выход, минусом — отрицательный, а тильдой — входы для подачи переменного сигнала. В середине ромба может как изображаться выпрямительный диод, так и нет.

В литературе, различных спецификациях и на схемах устройство подписывается латинскими символами VDS, после которых ставится арабская цифра, обозначающая порядковый номер. В иностранной литературе можно также встретить обозначение BDS. Стандарта для маркировки мостов не существует. Каждый производитель обозначает свою продукцию, как хочет, согласно своей системе.

Если внимательно изучить различные обозначения, то можно проследить тенденцию в маркировке, нанесённой на корпус прибора. На ней почти всегда присутствуют данные о его основных характеристиках. То есть указывается максимальный ток или рабочее напряжение. Например, DB151S — первые две цифры обозначают ток 1,5 А, а вторая напряжение согласно таблице, в этом случае 50 В.

Отечественные изделия классифицируются по-другому. Сам мост обозначается буквой «Ц», стоящее за ней число обозначает материал, а последующие цифры номер разработки. Например, популярный мостик у радиолюбителей выдерживающий обратное напряжение до 400 В, маркируется как КЦ407А.

Блок: 6/9 | Кол-во символов: 1487
Источник: https://rusenergetics.ru/%D0%B1%D0%B5%D0%B7-%D1%80%D1%83%D0%B1%D1%80%D0%B8%D0%BA%D0%B8/sxema-podklyucheniya-i-naznachenie-diodnogo-mosta

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.

Блок: 7/7 | Кол-во символов: 266
Источник: https://www.RusElectronic.com/diodnyj-most/

Самостоятельное изготовление

Выпрямительные однофазные мосты обычно не являются дефицитными радиодеталями, поэтому их можно купить и выбрать по необходимым параметрам практически в любом радиомагазине. Но не всегда есть на это время, поэтому нужный мост можно собрать и своими руками. Для этого понадобится подготовить:

  1. Четыре одинаковых по своим характеристикам диода. Можно в принципе брать и любые, но следует понимать, что общие параметры моста будут определяться самым слабым элементом.
  2. Монтажный провод.
  3. Паяльник.
  4. Пинцет.
  5. Флюс и припой.
  6. Бокорезы.
  7. Электрическую схему диодного моста выпрямителя.

После того как всё подготовлено, на первом этапе залуживают выводы диодов. Для этого ножки радиоэлементов смазываются флюсом, и на них с помощью разогретого паяльника переносится олово, образующее тонкий слой. На следующем этапе диоды соединяются согласно схеме.

Для этого необходимо знать, где у элемента катод, а где анод. На схеме аноду соответствует вершина треугольника, а катоду — основание. На самом же элементе обозначается только анод. Это может быть полоска, точка или условно-графическое обозначение, смещённое к одному из выводов.

Затем берутся два элемента, и анод одного соединяется с катодом другого. Аналогичное действие повторяется и для оставшихся элементов. В итоге получается пара, каждая из которых состоит из двух диодов. Далее, между собой спаиваются катоды, а поле — аноды. После того как диоды соединены к точкам пайки, подсоединяются проводники, формирующие выводы устройства. На последнем этапе конструкция проверяется с помощью мультиметра.

Блок: 7/9 | Кол-во символов: 1570
Источник: https://rusenergetics.ru/%D0%B1%D0%B5%D0%B7-%D1%80%D1%83%D0%B1%D1%80%D0%B8%D0%BA%D0%B8/sxema-podklyucheniya-i-naznachenie-diodnogo-mosta

Использование барьера Шоттки

Еще одна основная характеристика, которая не использовалась в предыдущих расчетах, — прямое падение напряжения на открытом диоде. Диод только теоретически проводит ток в одну сторону, а диэлектрик — в другую. На практике в прямом подключении на приборе падает напряжение, которое может достигать 1,5 В и более.

Это значит, что напряжение на выходе однополупериодного выпрямителя будет ниже входного на 1,5 В, а если использовать мостовую схему, то на все 3 В. Кроме того, вольты, помноженные на протекающий через выпрямитель ток, будут бесполезно рассеиваться на диодах в виде тепла, уменьшая КПД схемы.

Избежать подобной неприятности позволяют диоды с барьером Шоттки. Они отличаются низким (десятые вольта) прямым падением напряжения, а значит, собранная на них схема будет обладать более высоким КПД и работать в облегченном режиме. Вид и схема мощной диодной сборки Шоттки представлены на изображении.

Сегодня и отдельные диоды, и диодные мосты Шоттки используются в качестве выпрямительных очень широко и выпускаются как отдельными приборами, так и сборками. Монтаж выпрямителя на диодах Шоттки ничем не отличается от сборки на обычных диодах.

Блок: 8/8 | Кол-во символов: 1173
Источник: https://pochini.guru/sovety-mastera/diodnyiy-most

Другие материалы по теме

Блок: 9/9 | Кол-во символов: 127
Источник: https://www.RadioElementy.ru/articles/chto-takoe-diodnyy-most/

Назначение и практическое использование

Область использования моста, набранного из диодов, довольно широка. Это могут быть блоки питания и узлы управления. Он стоит во всех устройствах, питающихся от промышленной сети 220 вольт. Например, телевизоры, приёмники, зарядки, посудомоечные машины, светодиодные лампы.

Не обходятся без него и автомобили. После запуска двигателя начинает работать генератор, вырабатывающий переменный ток. Так как бортовая сеть вся питается от постоянного напряжения, ставится выпрямительный мост, через который происходит подача выпрямленного напряжения. Этим же постоянным сигналом происходит и подзарядка аккумуляторной батареи.

Выпрямительное устройство используется для работы сварочного аппарата. Правда, для него применяются мощные устройства, способные выдерживать ток более 200 ампер. Использование в устройствах диодной сборки даёт ряд преимуществ по сравнению с простым диодом. Такое выпрямление позволяет:

  • увеличить частоту пульсаций, которую затем просто сгладить, используя электролитический конденсатор;
  • при совместной работе с трансформатором избавиться от тока подмагничивания, что даёт возможность эффективнее использовать габаритную мощность преобразователя;
  • пропустить большую мощность с меньшим нагревом, тем самым увеличивая коэффициент полезного действия.

Но также стоит отметить и недостаток, из-за которого в некоторых случаях мост не используют. Прежде всего, это двойное падение напряжения, что особенно чувствительно в низковольтных схемах. А также при перегорании части диодов устройство начинает работать в однополупериодном режиме, из-за чего в схему проникают паразитные гармоники, способные вывести из строя чувствительные радиоэлементы.

Блок питания

Ни один современный блок питания не обходится без выпрямительного устройства. Качественные источники изготавливаются с использованием мостовых выпрямителей. Классическая схема состоит всего из трёх частей:

  1. Понижающий трансформатор.
  2. Выпрямительный мост.
  3. Фильтр.

Синусоидальный сигнал с амплитудой 220 вольт подаётся на первичную обмотку трансформатора. Из-за явления электромагнитной индукции во вторичной его обмотке наводится электродвижущая сила, начинает течь ток. В зависимости от вида трансформатора величина напряжения за счёт коэффициента трансформации снижается на определённое значение.

Между выводами вторичной обмотки возникает переменный сигнал с пониженной амплитудой. В соответствии со схемой подключения диодного моста это напряжение подаётся на его вход. Проходя через диодную сборку, переменный сигнал преобразуется в пульсирующий.

Такая форма часто считается неприемлемой, например, для звукотехнической аппаратуры или источников освещения. Поэтому для сглаживания используется конденсатор, подключённый параллельно выходу выпрямителя.

Трёхфазный выпрямитель

На производствах и в местах, где используется трёхфазная сеть, применяют трёхфазный выпрямитель. Состоит он из шести диодов, по одной паре на каждую фазу. Использование такого рода устройства позволяет получить большее значение тока с малой пульсацией. А это, в свою очередь, снижает требования к выходному фильтру.

Наиболее популярными вариантами включения трёхфазных выпрямителей являются схемы Миткевича и Ларионова. При этом одновременно могут использоваться не только шесть диодов, но и 12 или даже 24. Трёхфазные мосты используются в тепловозах, электротранспорте, на буровых вышках, в промышленных установках очистки газов и воды.

Таким образом, использование мостовых выпрямителей позволяет преобразовывать переменный ток в постоянный, которым запитывается вся электронная аппаратура. Самостоятельно сделать диодный мост несложно. При этом его применение позволяет получить не только качественный сигнал, но и повысить надёжность устройства в целом.

Блок: 9/9 | Кол-во символов: 3749
Источник: https://rusenergetics.ru/%D0%B1%D0%B5%D0%B7-%D1%80%D1%83%D0%B1%D1%80%D0%B8%D0%BA%D0%B8/sxema-podklyucheniya-i-naznachenie-diodnogo-mosta

Кол-во блоков: 39 | Общее кол-во символов: 38925
Количество использованных доноров: 7
Информация по каждому донору:
  1. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BC%D0%BE%D1%81%D1%82: использовано 3 блоков из 10, кол-во символов 1746 (4%)
  2. https://www.asutpp.ru/diodnyy-most.html: использовано 2 блоков из 5, кол-во символов 3948 (10%)
  3. https://rusenergetics.ru/%D0%B1%D0%B5%D0%B7-%D1%80%D1%83%D0%B1%D1%80%D0%B8%D0%BA%D0%B8/sxema-podklyucheniya-i-naznachenie-diodnogo-mosta: использовано 5 блоков из 9, кол-во символов 10550 (27%)
  4. https://pochini.guru/sovety-mastera/diodnyiy-most: использовано 7 блоков из 8, кол-во символов 10532 (27%)
  5. https://go-radio.ru/diodniy%20most.html: использовано 3 блоков из 6, кол-во символов 2780 (7%)
  6. https://www.RadioElementy.ru/articles/chto-takoe-diodnyy-most/: использовано 5 блоков из 9, кол-во символов 4824 (12%)
  7. https://www.RusElectronic.com/diodnyj-most/: использовано 6 блоков из 7, кол-во символов 4545 (12%)

Для чего нужен диодный мост в генераторе

Для питания потребителей в бортовой сети автомобиля и обмотки возбуждения самого генератора во время работы двигателя, необходим электрический ток постоянного напряжения.

Расположение диодного моста

Стандартно выпрямительный блок расположен в задней части генератора. Например, на генераторе 37.3701 он крепится к задней стенке его задней крышки.

Устройство диодного моста генератора

На примере выпрямительного блока БПВ56-65-01 генератора 37.3701 автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099.

Выпрямительный блок состоит из двух алюминиевых теплоотводящих пластин, которые объединены в целую конструкцию через три изоляционные втулки при помощи заклепок. Одна пластина (нижняя) соединена с «массой», через корпус генератора, другая (верхняя) с «плюсом», через выводы обмоток статора. Плюсовая пластина имеет три контакта для присоединения выводов обмоток статора и вывод через который подается напряжение к потребителям (вывод «30»).

В каждую из пластин впаяно по три диода, т.е. три положительных диода (Д104-20) и три отрицательных (Д104-20Х), рассчитанных на ток не более 20А. Положительные и отрицательные диоды объединены попарно. Помимо этого имеются три дополнительных диода (КД223А), рассчитанных на 2А. Они установлены на пластмассовом держателе, и питают обмотку возбуждения генератора. Основные и дополнительные диоды объединены в общую шину, имеющую с одной стороны штекерный вывод (вывод 61 генератора) и вывод на регулятор напряжения с другой стороны.

Принцип действия диодного моста генератора

Принцип действия диодного моста основан на свойстве диодов пропускать электрический ток только в одном направлении. Электрический ток попадает в диодный мост через крепящиеся к нему выводы обмоток статора. Он протекает через диоды в одном направлении. Но никак обратно. Поэтому ток получается постоянный (выпрямленный).

Неисправности выпрямительного блока генератора

Основных неисправностей всего две: «обрыв» и «короткое замыкание» диодов. При наличии «обрыва» диод перестает пропускать электрический ток, при «коротком замыкании» ток проходит в обоих направлениях – диод «пробит». Подробнее:

Применяемость выпрямительных блоков на автомобилях ВАЗ

— Генератор 37.3701 – выпрямительные блоки с двумя выводами (до 1996 года выпуска): БПВ-56-65-01, БПВ-56-65-02Б, с одним выводом (вывод «61» на корпусе моста): БПВ-56-65-02Г.

Примечания и дополнения

— Электрический ток переменного напряжения – ток, изменяющийся по величине и направлению через равные промежутки времени.

— Электрический ток постоянного напряжения – ток, не изменяющийся по величине направлению в течении всего времени.

— Диод (полупроводниковый) – электронный прибор, состоящий из пластин кремния или магния имеющих определенные свойства. Если к его положительному выводу (анод) подсоединить «плюс», а к отрицательному (катод) «минус», то по нему потечет электрический ток в одном направлении (диод открыт). Если полярность поменять местами, то ток не пройдет (диод закрыт).

Еще статьи по автомобильному генератору

диодный мост Важность генератора (в том числе и в автомобилях ВАЗ) сложно переоценить. Вместе с аккумулятором он обеспечивает напряжением, необходимым для нормальной работы главных систем и «мелких» приемников автомобиля (магнитолы, фар головного света и прочих). При этом известно, что АКБ питает потребителей до пуска мотора, а генератор подключается к работе уже после, одновременно подзаряжая аккумулятор.

Диодный мост — устройство, установленное на выходе генератора, обеспечивающее нормальную работоспособность устройства. В случае его поломки генератор не способен выполнять свои функции, а вся нагрузка переходит на АКБ. Емкости аккумулятора хватает на 5-6 часов, после чего автомобиль не способен перемещаться самостоятельно.

Часто автолюбители паникуют, направляются на СТО и отдают большие деньги за диагностику. На практике в 90% случаев проблема лежит на поверхности. Первым шагом должна стать проверка диодного моста ВАЗ. Как выполнить эту работу? Какие методы существуют, и в чем их особенности? Рассмотрим эти моменты детальнее.

Функции и причины неисправности

Генератор — простой узел, в основе которого лежит статор (фиксированная часть) и ротор (движущийся элемент). Статор, в свою очередь, собран из множества стальных пластин, в пазах которой крепится специальная обмотка из меди. Один из выводов обмотки подключен к «0-ой» точке, а второй — к группе диодов (их может быть четыре или шесть).

На выходе генератора можно получить только переменный ток, который не подходит для бортовой сети автомобиля. Задача диодного моста — преобразование переменного напряжения в постоянный параметр 12-14 Вольт. Диоды подключены таким образом, чтобы ток проходил только в одном направлении, выпрямлялся и больше не возвращался к генератору.

Главный недостаток выпрямителей — низкая надежность. Время от времени диоды перегорают, что создает ряд проблем для автовладельцев. Но перед тем как проверить диодный мост генератора, определите причину поломки.

Здесь возможны следующие варианты:

  • На корпус диода попала влага, что привело к замыканию. Такое возможно при въезде на скорости в глубокую лужу или после посещения мойки.
  • На генератор попало масло, грязь или прочие посторонние вещества. Подобная проблема может произойти в дороге, при движении по бездорожью.
  • При пуске двигателя от АКБ другого автомобиля могла быть допущена ошибка. Если перепутать «плюсовой» и «минусовой» проводник, высок риск выхода из строя одного или группы диодов.
  • Неправильное обслуживание. В процессе ремонта или снятия узла имело место короткое замыкание в бортовой сети.

Особенности проверки

контакты Для проведения комплексной проверки диодного моста достаточно двух инструментов — цифрового комбинированного прибора (мультиметра) и лампочки с номинальным напряжением 12 Вольт. Все работы реально сделать самостоятельно, без привлечения дорогостоящих мастеров. Чтобы получить доступ к узлу, снимайте защитный корпус, после чего отключайте вывода регулятора. При этом учитывайте цветовые особенности диодов:

  • Выпрямители красного цвета — «плюс».
  • Выпрямители черного цвета — «минус».

Проверить целостность диодов на ВАЗ можно двумя способами. Для большей надежности рекомендуется их применять в комплексе.

Сначала рассмотрим, как проверить диодный мост мультиметром. Этот вариант занимает меньше всего времени и пользуется наибольшим спросом у автовладельцев. Алгоритм следующий:

  • Демонтируйте группу выпрямителей с генератора. Без снятия устройства с автомобиля выполнить проверку, к сожалению, не выйдет. Это вызвано тем, что каждый диод требуется проверять по отдельности. Если же они будут «в схеме», точно диагностировать поломку вряд ли удастся.
  • Переводите переключатель цифрового прибора в режим прозвонки. После этого соединяйте щупы друг с другом — вы услышите писк из специального динамика устройства. Если вы используете простой прибор, в котором эта опция не предусмотрена, переводите переключатель в позицию «1кОм».
  • «Садитесь» щупами к вводу и выводу диода, после чего фиксируйте показатель. Далее сделайте обратный замер. Выпрямитель можно считать целым, если при одном измерении показало бесконечность, а при другом — 0,5-0,7 МОм. В случае когда в обоих случаях на приборе высветилось минимальное сопротивление, или же он показывает бесконечность в первом и во втором варианте, это сигнализирует о неисправности одного (группы) диодов.

Теперь рассмотрим, как проверить диодный мост лампочкой? Такой вариант хорош в случае, когда под рукой нет мультиметра. Роль «прибора» в этом случае выполняет лампочка на 12 Вольт.

Алгоритм такой:

  • Подключайте «минусовую» клемму аккумулятора к диодному мосту. При этом следите, чтобы пластинка плотно контактировала с внешней частью генератора.
  • Проверьте каждый диод по отдельности. Берите один вывод лампы и подключайте его к «минусу» генератора, а второй — к «плюсу» клеммы под номером «тридцать» (от АКБ). Если лампочка засветилась, это говорит о проблемах с одним или несколькими диодами. Кроме того, свечение часто свидетельствует о наличии КЗ в цепи.
  • Проверьте «минусовые» диоды. Для этого подсоединяйте «минус» лампочки к кожуху генератора, а другой провод — к крепежному болту на мосту. Если при такой проверке имеет место моргание или свечение лампы, с «минусовой» группой имеются проблемы.
  • Проверьте «плюсовые» диоды. Для этого положительный вывод ставьте на «тридцатую» клемму, а отрицательный — к крепежному болту. Свечения лампы быть не должно. Если же такая проблема имеет место, имеют место сбои в одном или нескольких «плюсовых» диодах.
  • Проверьте дополнительную группу выпрямителей. Берите отрицательный край и оставляйте его на прежней позиции, а положительный конец прикладывайте к клемме «шестьдесят один». Свечение лампочки сигнализирует о наличии проблемы.

Если проверка диодного моста показала неисправность, берите пробитый диод и ставьте на его место новую (исправную) деталь. Оптимальный и более простой вариант — приобрести весь диодный мост в комплексе, но в этом случае придется потратить больше денег.

При соблюдении упомянутых выше рекомендаций диагностика неисправности занимает не больше 1-2 часов. Так что не стоит торопиться на СТО — сделайте работу своими руками. Так удается набраться опыта и сэкономить личный бюджет.

Диодный мост – электрическое устройство, предназначенное выпрямления тока, то есть для преобразования переменного тока в постоянный.

Содержание статьи

Диодные мосты – важная часть электронных приборов, питающихся от бытовой электросети напряжением 220 В и частотой 50 (60) Гц. Его второе название – двухполупериодный выпрямитель. Диодный мост состоит из полупроводниковых выпрямительных диодов или из диодов Шоттки. Элементы могут отдельно распаиваться на плате. Однако современный вариант – объединение диодов в одном корпусе, который носит название «диодная сборка». Диодные мосты активно используются в электронике, трансформаторных и импульсных блоках питания, люминесцентных лампах. В сварочные аппараты устанавливают мощные полупроводниковые сборки, которые крепятся к теплоотводящему устройству.

Схема диодного моста из 4 диодов

Что такое диодный мост и из каких элементов он состоит

Диодный мост в схемах, применяемых в сетях с однофазным напряжением, состоит из четырех диодов, представляющих собой полупроводниковый элемент с одним p-n переходом. Ток в таком полупроводнике проходит только в одном направлении при подключении анода к плюсу источника, а катода – к минусу. Если подключение будет обратным, ток закрывается. Диодный мост для трехфазного электрического тока отличается наличием шести диодов, а не четырех. Существенные различия в принципе работы между мостовыми схемами для однофазных и трехфазных сетей отсутствуют.

Диод Шоттки – еще один вид полупроводниковых элементов, используемых в диодных мостах. Его основным отличием является переход металл-полупроводник, называемый «барьером Шоттки». Как и переход p-n, он обеспечивает проводимость в одну сторону. Для изготовления устройств Шоттки применяют арсенид галлия, кремний и металлы: золото, платину, вольфрам, палладий. При приложении небольших напряжений – до 60 В – диод Шоттки отличается малым падением напряжения на переходе (не более 0,4 В) и быстродействием. При бытовом напряжении 220 В он ведет себя как обычный кремниевый выпрямительный полупроводник. Сборки из таких полупроводниковых устройств часто устанавливаются в импульсных блоках питания.

Как работает диодный мост: для чайников, просто и коротко

На вход диодного моста подается переменный ток, полярность которого в бытовой электросети меняется с частотой 50 Гц. Диодная сборка «срезает» часть синусоиды, которая для прибора «является» обратной, и меняет ее знак на противоположный. В результате на выходе к нагрузке подается пульсирующий ток одной полярности.

Обозначение диодного моста на схеме

Частота этих пульсаций в 2 раза превышает частоту колебаний переменного тока и равна в данном случае 100 Гц.

Работа диодного моста

На рисунке а) изображена обычная синусоида напряжения переменного тока. На рисунке б) – срезанные положительные полуволны, полученные при использовании выпрямительного диода, который пропускает через себя положительную полуволну и запирается при прохождении отрицательной полуволны. Как видно из схемы, одного диода для эффективной работы недостаточно, поскольку «срезанная» отрицательная часть полуволн теряется и мощность переменного тока снижается в 2 раза. Диодный мост нужен для того, чтобы не просто срезать отрицательную полуволну, а поменять ее знак на противоположный. Благодаря такому схемотехническому решению, переменный ток полностью сохраняет мощность. На рисунке в) – пульсирующее напряжение после прохождения тока через диодную сборку.

Пульсирующий ток строго назвать постоянным нельзя. Пульсации мешают работе электроники, поэтому для их сглаживания после прохождения диодного моста в схему нужно включить фильтры. Простейший тип фильтра – электролитические конденсаторы значительной емкости.

На печатных платах и принципиальных схемах диодный мост, в зависимости от того, как он устроен (отдельные элементы или сборка), может обозначаться по-разному. Если он состоит из отдельно впаянных диодов, то их обозначают буквами VD, рядом с которыми указывают порядковый номер – 1-4. Буквами VDS обозначают сборки, иначе –VD.

Чем можно заменить диодный мост-сборку

Вместо диодного моста, собранного в одном корпусе, можно впаять в схему 4 кремниевых выпрямительных диода или 4 полупроводника Шоттки. Однако вариант диодной сборки более эффективен, благодаря:

  • меньшей площади, занимаемой сборкой на схеме;
  • упрощению работы сборщика схемы;
  • единому тепловому режиму для всех четырех полупроводниковых устройств.

Различные варианты сборки диодного моста

У такого схемотехнического решения есть и минус – в случае выхода из строя хотя бы одного полупроводника придется заменять всю сборку.

Для чего нужен диодный мост в генераторе автотехники

Диодный мост в генераторе

Это схемотехническое решение используется в электрических схемах автомобилей и мотоциклов. Диодный мост, устанавливаемый на генераторе переменного тока, нужен для преобразования вырабатываемого им переменного напряжения в постоянное. Постоянный ток служит для подзарядки АКБ и питания всех электропотребителей, имеющихся в современном транспорте. Требуемая мощность полупроводников в мостовой схеме определяется номинальным током, вырабатываемым генератором. В зависимости от этого показателя, полупроводниковые приборы разделяют на следующие группы по мощности:

  • маломощные – до 300 мА;
  • средней мощности – от 300 мА до 10 А;
  • высокомощные – выше 10 А.

Для автотехники обычно применяют мосты из кремниевых диодов, способных отвечать эксплуатационным требованиям в широком температурном диапазоне – от -60°C до +150°C.

Чем заменить диодный мост в генераторе

В большинстве моделей авто- и мототехники мостовые сборки впаивают в алюминиевый радиатор, поэтому в случае выхода из строя их придется выпаивать и выпрессовывать из радиаторной пластины и заменять на новый. Поскольку это довольно сложная процедура, лучше избегать возникновения факторов, из-за которых сгорает диодный мост. Наиболее часто встречающиеся причины этой проблемы:

  • на плату попала жидкость;
  • грязь вместе с маслом проникла к полупроводникам и вызвала короткое замыкание;
  • изменение положения полюсов контактов на АКБ.

Видео: принцип работы диодного моста

Как работают диоды и что такое диодный мост?

Здравствуйте друзья!  Каждый день мы встречаем огромное число людей, людей с которыми мы общаемся, живем, учимся или ходим не работу. Готов поспорить что как минимум половина людей с которыми вы общаетесь имеет смутное представление о диодах, и это не смотря на то  что понятие диодов входит в школьную программу .

Возможно что такое понятие как диодный мост вызывает точно такие же ассоциации как и Бруклинский.  Я все-таки думаю, что эта статья в какой-то степени уменьшит подобные ассоциации в головах людей и принесет чуточку понимания, по крайней мере я на это надеюсь.

Ну что? Заинтересовал? Тогда поехали.

[contents]

О чем сегодня статья

Как вы наверное поняли из вступления сегодняшняя статья  будет ориентирована на новичков. И сегодня я освещу сакральную тему, свет которой будет освещать  полупроводниковые приборы под названием диоды.

Как работает диод

Как работает диод? Многих новичков интересует данный вопрос и многие учителя в школах и вузах начинают чертить на доске электрические схемы и временные диаграммы.  Я считаю что это полная фигня, так  как пока ты  не получишь практический опыт ты не достигнешь полного понимания и весь наукоемкий фарш останется лишь непонятными каракулями на доске.

Так что же я этим хочу сказать? А сказать я хочу,что нужно просто брать в руки паяльник и идти вперед —  превращать теорию в ценный практический опыт!

Хорошо, а теперь обсудим немного теорию.

На электрических схемах диоды изображаются как равнобедренный  треугольник на одной из вершин которого размещается черточка. Это словесное описание условного  графического обозначения диода (принятое сокращение УГО). Графически  это обозначение выглядит вот так.

У диода всего два вывода и обозначаются они катод и анод.  На условном обозначении диода вывод катода всегда обозначен «палочкой», а треугольник можно представить как стрелка указывающая на черточку катода.

Впрочем так диоды обозначаются на электрических схемах.  В жизни диоды могут быть разными, к примеру могут быть как на этих картинках.

Как определить на каком выводе у диода анод, а на каком катод? В принципе это можно определить визуально, по маркировке.

Как правило катод на корпусе диода обозначается полоской, точкой или чертой. Если сомневаетесь то катод и анод можно определить с помощью мультиметра. О том как пользоваться мультиметром  и в частности как проверить диод мультиметром я писал здесь, так что почитаете и разберетесь — ничего сложного.

Диоды примечательны тем, что обладают односторонней проводимостью. Это значит что электрический ток «потечет» через диод только в том случае если к аноду приложить  плюс (более положительный потенциал ) а к катоду приложить минус (более отрицательный  потенциал). В обратной ситуации у вас ничего не получится. Подобное поведение диода определяется таким понятием как ВАХ.

Что означает ВАХ диода?

ВАХ диода это просто напросто вольтамперная характеристика диода. Она описывает зависимость тока от напряжения прикладываемого к диоду.  Давайте рассмотрим это обстоятельство чуток подробнее.

Слева у нас показан вольтамперной характеристики для резистора. Как видите, зависимость тока от напряжения линейная, чем больше напряжение приложенное к резистору  тем больше ток.

Для диода кривая зависимости явно отличается. Если мы подключим к аноду положительный потенциал, а к катоду отрицательный  и будем плавно повышать напряжение то будет происходить следующее. Ток в начальный момент времени будет очень мал поэтому диод еще не будет открыт по полной. Но если мы будем прибавлять напряжение то это приведет к полному открытию диода.

Хорошо, а что же случится если мы подключим диод иначе? Положительный потенциал приложим к катоду, а отрицательный к аноду. В этом случае график ВАХ диода у нас буквально перевернется и картина будет следующая. При плавном повышении напряжения ток будет повышаться, но величина тока будет настолько незначительной, что им зачастую пренебрегают. Этот ток при обратном подключении называют еще током утечки.

Только есть здесь один нюанс.  Если мы будем и дальше повышать обратное напряжения на диоде, то можно добиться резкого повышения тока. На вольтамперной характеристике этот момент выглядит в виде небольшого «хвостика» причудливо оттопыренного в конце. Это так называемый обратимый пробой диода. Такой пробой не страшен, если напряжение уменьшить то ток снова уменьшится и будет вновь очень незначительным. Явление подобного обратимого пробоя является  побочным и  для диода его всегда стараются сводить к минимуму.

Как видите всю эту информацию мы получили лишь используя график ВАХ, но будет полезно все это проверить своими руками на практике. Действительно, соберите несложную схему и  сделайте несколько замеров мультиметром, это пойдет на пользу. Вот только диод нужно уметь правильно подключать, ато ведь его легко можно пожечь, так что читайте дальше -поведаю обо всем.

Для чего используют диоды и как включать в цепь?

О том как функционирует диод мы поговорили, вот только пока непонятно как его можно применять и вообще для чего все это.

Для начала рассмотрим простейший пример включения диода в электрическую цеп, причем в переменке. 

И для начала простой вопрос, зачем здесь резистор? Внимательный читатель посмотрит вольтамперную характеристику диода и все станет ясно. Ток в диоде без дополнительной нагрузке начнет очень быстро расти, возникнет подобие короткого замыкания от чего диоду может не поздоровиться. Дабы не произошло подобного конфуза применяют токоограничивающий резистор.

Свойство односторонней проводимости диода применяется не просто широко а повсеместно. В состав любого блока питания входят диоды как сами по себе так и в составе диодного моста. Ведь в любом блоке питания происходит один очень важный момент, а именно происходит превращение переменного тока в постоянный. А вот эту ответственную миссию берут на себя именно диоды. Полное превращение мы рассмотрим когда будем обсуждать диодные мосты, но как ведет себя диод в переменном токе мы сейчас увидим. Схема все та же что и была, диод и резистор включенные в цепь переменного тока.

Вот вам наглядный пример в виде временной диаграммы зависимости тока от напряжения до и после применения диода.

 

 

Как видите произошел очень интересный момент, нижние полупериоды диод просто срезал, оставив холмики положительной полярности.  Это уже более похоже на постоянку, можно еще кстати использовать конденсатор для лучшего сглаживания.

Хотя диод и справляется с задачей выпрямления переменного тока, все-таки с этой задачей диодный мост справится лучше, кстати диодный мост мы сейчас и рассмотрим.

Как построить  диодный мост?

При использовании одиночного диода в целях выпрямления переменки остаются ощутимые провалы в диаграмме. Этого нужно как-то избегать, а вот избежать этого явления нам поможет диодный мостик.

Диодный мост это не один диодик а целых четыре, включенных специальным образом. На электрических схемах додные мосты выглядят вот таким незамысловатым образом.

Кликните чтобы увеличить

И диодный мост отчасти позволяет решить проблему провалов, возникающую при использовании одиночного диода.

 

Как видите диодный мост работает на каждом полупериоде синусоиды, организуя такие холмики положительной полярности. Это уже более похоже на постоянку, хотя постоянный здесь только знак  положительного потенциала. О постоянном напряжении здесь пока говорить рано. Далее вид выходного напряжения еще можно будет скорректировать используя стабилитрон и конденсатор. Правда о конденсаторах мы сегодня разговаривать не будем, а как работает стабилитрон рассмотрим в следующих статьях так что не пропустите и обязательно подпишитесь.

Ну чтож, на этом у меня все, поэтому я буду закругляться и пойду готовить материалы для новых статей. Также очень советую подписаться через форму Email рассылок, тогда вы точно ничего не пропустите и более того каждый подписчик получит от меня подарок.

Желаю вам удачи , успехов и до новых встреч.

С н/п Владимир Васильев.

Что такое диод для чайников

Устройство, параметры и разновидности диодов

В самом начале радиотехники первым активным элементом была электронная лампа. Но уже в двадцатые годы прошлого века появились первые приборы доступные для повторения радиолюбителями и ставшие очень популярными. Это детекторные приёмники. Более того они выпускались в промышленном масштабе, стоили недорого и обеспечивали приём двух-трёх отечественных радиостанций работавших в диапазонах средних и длинных волн.

Именно в детекторных приёмниках впервые стал использоваться простейший полупроводниковый прибор, называемый вначале детектором и лишь позже получивший современное название – диод.

Диод это прибор, состоящий всего из двух слоёв полупроводника. Это слой “p”- позитив и слой “n”- негатив. На границе двух слоёв полупроводника образуется “p-n” переход. Анодом является область “p”, а катодом зона “n”. Любой диод способен проводить ток только от анода к катоду. На принципиальных схемах он обозначается так.

Как работает полупроводниковый диод.

В полупроводнике “n” типа имеются свободные электроны, частицы со знаком минус, а в полупроводнике типа “p” наличествуют ионы с положительным зарядом, их принято называть «дырки». Подключим диод к источнику питания в обратном включении, то есть на анод подадим минус, а на катод плюс. Между зарядами разной полярности возникает притяжение и положительно заряженные ионы тянутся к минусу, а отрицательные электроны дрейфуют к плюсу источника питания. В “p-n” переходе нет носителей зарядов, и отсутствует движение электронов. Нет движения электронов – нет электрического тока. Диод закрыт.

При прямом включении диода происходит обратный процесс. В результате отталкивания однополярных зарядов все носители группируются в зоне перехода между двумя полупроводниковыми структурами. Между частицами возникает электрическое поле перехода и рекомбинация электронов и дырок. Через “p-n” переход начинает протекать электрический ток. Сам процесс носит название «электронно-дырочная проводимость». При этом диод открыт.

Возникает вполне естественный вопрос, как из одного полупроводникового материала удаётся получить структуры, обладающие различными свойствами, то есть полупроводник “n” типа и полупроводник “p” типа. Этого удаётся добиться с помощью электрохимического процесса называемого легированием, то есть внесением в полупроводник примесей других металлов, которые и обеспечивают нужный тип проводимости. В электронике используются в основном три полупроводника. Это германий (Ge), кремний (Si) и арсенид галлия (GaAs). Наибольшее распространение получил, конечно, кремний, так как запасы его в земной коре поистине огромны, поэтому стоимость полупроводниковых приборов на основе кремния весьма невысока.

При добавлении в расплав кремния ничтожно малого количества мышьяка (As) мы получаем полупроводник “n” типа, а легируя кремний редкоземельным элементом индием (In), мы получаем полупроводник “p” типа. Присадок для легирования полупроводниковых материалов достаточно много. Например, внедрение атомов золота в структуру полупроводника увеличивает быстродействие диодов, транзисторов и интегральных схем, а добавление небольшого числа различных примесей в кристалл арсенида галлия определяет цвет свечения светодиода.

Типы диодов и область их применения.

Семейство полупроводниковых диодов очень большое. Внешне они очень похожи за исключением некоторых групп, которые отличаются конструктивно и по ряду параметров. Наиболее распространены следующие модификации полупроводниковых диодов:

Выпрямительные диоды. Предназначены для выпрямления переменного тока.

Стабилитроны. Обеспечивают стабилизацию выходного напряжения.

Диоды Шоттки. Предназначены для работы в импульсных преобразователях и стабилизаторах напряжения. Например, в блоках питания персональных компьютеров.

Импульсные диоды отличаются очень высоким быстродействием и малым временем восстановления. Они применяются в импульсных блоках питания и в другой импульсной технике. К этой группе можно отнести и туннельные диоды.

СВЧ диоды имеют определённые конструктивные особенности и работают в устройствах на высоких и сверхвысоких частотах.

Диоды Ганна. Они предназначены для генерирования частот до десятков гигагерц.

Лавинно-пролётные диоды генерируют частоты до 180 ГГц.

Фотодиоды имеют миниатюрную линзу и управляются световым излучением. В зависимости от типа могут работать как в инфракрасном, так и в ультрафиолетовом диапазоне спектра.

Светодиоды. Излучают видимый свет практически любой длины волны. Спектр применения очень широк. Рассматриваются как альтернатива электрическим лампам накаливания и других осветительных приборов.

Твёрдотельный лазер так же представляет собой полупроводниковый диод. Спектр применения очень широк. От приборов военного назначения до обычных лазерных указок, которые легко купить в магазине. Его можно обнаружить в лазерных считывателях CD/DVD-плееров, а также лазерных уровнях (нивелирах), используемых в строительстве. Чтобы не говорили сторонники лазерной техники, как ни крути, лазер опасен для зрения. Так что, будьте внимательны при обращении с ним.

Также стоит отметить, что у каждого типа диодов есть и подгруппы. Так, например, среди выпрямительных есть и ультрабыстрые диоды. Могут называться как Ultra-Fast Rectifier, HyperFast Rectifier и т.п. Пример – ультрабыстрый диод с малым падением напряжения STTH6003TV/CW (аналог VS-60CPH03). Это узкоспециализированный диод, который применяется, например, в сварочных аппаратах инверторного типа. Диоды Шоттки являются быстродействующими, но не способны выдерживать больших обратных напряжений, поэтому вместо них применяются ультрабыстрые выпрямительные диоды, которые способны выдерживать большие обратные напряжения и огромные прямые токи. При этом их быстродействие сравнимо с быстродействием диодов Шоттки.

Параметры полупроводниковых диодов.

Параметров у полупроводниковых диодов достаточно много и они определяются функцией, которую те выполняют в конкретном устройстве. Например, в диодах, генерирующих СВЧ колебания, очень важным параметром является рабочая частота, а также та граничная частота, на которой происходит срыв генерации. А вот для выпрямительных диодов этот параметр совершенно не важен.

В импульсных и переключающих диодах важна скорость переключения и время восстановления, то есть скорость полного открытия и полного закрытия. В мощных силовых диодах важна рассеиваемая мощность. Для этого их монтируют на специальные радиаторы. А вот диоды, работающие в слаботочных устройствах, ни в каких радиаторах не нуждаются.

Но есть параметры, которые считаются важными для всех типов диодов, перечислим их:

U пр. – допустимое напряжение на диоде при протекании через него тока в прямом направлении. Превышать это напряжение не стоит, так как это приведёт к его порче.

U обр. – допустимое напряжение на диоде в закрытом состоянии. Его ещё называют напряжением пробоя. В закрытом состоянии, когда через p-n переход не протекает ток, на выводах образуется обратное напряжение. Если оно превысит допустимое значение, то это приведёт к физическому «пробою» p-n перехода. В результате диод превратиться в обычный проводник (сгорит).

Очень чувствительны к превышению обратного напряжения диоды Шоттки, которые очень часто выходят из строя по этой причине. Обычные диоды, например, выпрямительные кремниевые более устойчивы к превышению обратного напряжения. При незначительном его превышении они переходят в режим обратимого пробоя. Если кристалл диода не успевает перегреться из-за чрезмерного выделения тепла, то изделие может работать ещё долгое время.

I пр. – прямой ток диода. Это очень важный параметр, который стоит учитывать при замене диодов аналогами или при конструировании самодельных устройств. Величина прямого тока для разных модификаций может достигать величин десятков и сотен ампер. Особо мощные диоды устанавливают на радиатор для отвода тепла, который образуется из-за теплового действия тока. P-N переход в прямом включении также обладает небольшим сопротивлением. На небольших рабочих токах его действие не заметно, но вот при токах в единицы-десятки ампер кристалл диода ощутимо нагревается. Так, например, выпрямительный диодный мост в сварочном инверторном аппарате обязательно устанавливают на радиатор.

I обр. – обратный ток диода. Обратный ток – это так называемый ток неосновных носителей. Он образуется, когда диод закрыт. Величина обратного тока очень мала и его в подавляющем числе случаев не учитывают.

U стаб. – напряжение стабилизации (для стабилитронов). Подробнее об этом параметре читайте в статье про стабилитрон.

Кроме того следует иметь в виду, что все эти параметры в технической литературе печатаются и со значком “max”. Здесь указывается предельно допустимое значение данного параметра. Поэтому подбирая тип диода для вашей конструкции необходимо рассчитывать именно на максимально допустимые величины.

Принцип работы, основные характеристики полупроводниковых выпрямительных диодов можно рассмотреть используя их вольтамперную характеристику (ВАХ), которая схематично представлена на рисунке 1.

Она имеет две ветви, соответствующие прямому и обратному включению диода.

При прямом включении выпрямительного диода ощутимый ток через него начинает протекать при достижении на диоде определенного напряжения Uоткр . Этот ток называется прямым Iпр . Его изменения на напряжение Uоткр влияют слабо, поэтому для большинства расчетов можно принять его значение:

  • 0,7 Вольт для кремниевых диодов,
  • 0,3 Вольт – для германиевых.

Естественно, прямой ток диода до бесконечности увеличивать нельзя, при его определенном значении Iпр.макс этот полупроводниковый прибор выйдет из строя. Кстати, существуют две основные неисправности полупроводниковых диодов:

  • пробой – диод начинает проводить ток в любом направлении, то есть станет обычным проводником. Причем, сначала наступает тепловой пробой (это состояние обратимо), затем электрический (после этого диод можно смело выбрасывать),
  • обрыв – здесь, думаю, пояснения излишни.

Если диод подключить в обратном направлении, через него будет протекать незначительный обратный ток Iобр , которым, как правило, можно пренебречь. При достижении определенного значения обратного напряжения Uобр обратный ток резко увеличивается, прибор, опять же, выходит из строя.

Числовые значения рассмотренных параметров для каждого типа диода индивидуальны и являются его основными электрическими характеристиками. Должен заметить, что существует ряд других параметров (собственная емкость, различные температурные коэффициенты и пр.), но для начала хватит перечисленных.

Здесь предлагаю закончить с чистой теорией и рассмотреть некоторые практические схемы.

СХЕМЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ДИОДОВ

Для начала давайте рассмотрим как работает диод в цепи постоянного (рис.2) и переменного (рис.3) тока, что следует учитывать при том или ином включении диодов.

Uн=U-Uоткр – см. начало статьи. Иногда величиной Uоткр можно пренебречь, бывают случаи, когда ее необходимо учитывать, например при расчете схемы подключения светодиода.

При включении диода в цепь переменного тока, помимо прочего, на нем периодически возникает обратное напряжение Uобр . Имейте в виду, следует учитывать его амплитудное значение (Для Uпр , кстати, тоже). Например, для бытовой электрической сети привычное всем напряжение 220В является действующим, а его амплитудное значение составляет 380В. Подробнее про это можно посмотреть на этой странице.

Это самое основное, про что надо помнить.

Теперь – несколько схем подключения диодов, часто встречающихся на практике.

Вне всякого сомнения, лидером здесь является мостовая схема диодов, используемая во всевозможных выпрямителях (рисунок 4). Выглядеть она может по разному, принцип действия одинаков, думаю из рисунка все ясно. Кстати, последний вариант – условное обозначение диодного моста в целом. Применяется для упрощения обозначения двух предыдущих схем.

Далее несколько менее очевидных схем (для постоянного тока):

  1. Диоды могут выступать как «развязывающие» элементы. Управляющие сигналы Упр1 и Упр2 объединяются в точке А , причем взаимное влияние их источников друг на друга отсутствует. Кстати, это простейший вариант реализации логической схемы «или».
  2. Защита от переполюсовки (жаргонное – «защита от дураков»). Если существует возможность неправильного подключения полярности напряжения питания эта схема защищает устройство от выхода из строя.
  3. Автоматический переход на питание от внешнего источника. Поскольку диод «открывается», когда напряжение на нем достигнет Uоткр , то при Uвнеш питание осуществляется от внутреннего источника, иначе – подключается внешний.

© 2012-2019 г. Все права защищены.

Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Все мы прекрасно знаем что такое полупроводниковый диод, но мало кто из нас знает о принципе работы диода, сегодня специально для новичков я поясню принцип его работы. Диод как известно одной стороной хорошо пропускает ток, а в обратном направлении – очень плохо. У диода есть два вывода – анод и катод. Ни один электронный прибор не обходится без применения диодов. Диод используют для выпрямлении переменного тока, при помощи диодного моста который состоит из четырех диодов, можно превратить переменной ток в постоянный, или с использованием шести диодов превратить трехфазовое напряжение в однофазовое, диоды применяются в разнообразных блоках питания, в аудио – видео устройствах, практически повсюду. Тут можно посмотреть фотографии некоторых видов диодов.

На выходе диода можно заметить спад начального уровня напряжения на 0,5-0,7 вольт. Для более низковольтных устройств по питанию используют диод шоттки, на таком диоде наблюдается наименьший спад напряжения – около 0,1В. В основном диоды шоттки используют в радио передающих и приемных устройствах и в других устройствах работающих в основном на высокой частоте. Принцип работы диода с первого взгляда достаточно простой: диод – полупроводниковый прибор с односторонней проводимостью электрического тока.

Вывод диода подключенный к положительному полюсу источника питания называют анодом, к отрицательному – катодом. Кристалл диода в основном делают из германия или кремния одна область которого обладает электропроводимостью п – типа, то есть дырочная, которая содержит искуственно созданный недостаток электронов, друггая – проводимости н – типа, то есть содержит избыток электронов, границу между ними называют п – н переходом, п – в латыни первая буква слова позитив, н – первая буква в слове негатив. Если к аноду диода подать положительное напряжение, а к катоду отрицательное – то диод будет пропускать ток, это называют прямым включением, в таком положении диод открыт, если подать обратное – диод ток пропускать не будет, в таком положении диод закрыт, это называют обратным подключением.

Обратное сопротивление диода очень большое и в схемах его принимают ка диэлектрик (изолятор). Продемонстрировать работу полупроводникового диода можно собрать простую схему которая состоит из источника питания, нагрузки (например лампа накаливания или маломощный электрический двигатель) и самого полупроводного диода. Последовательно подключаем все компоненты схемы, на анод диода подаем плюс от источника питания, последовательно диоду, то есть к катоду диода подключаем один конец лампочки, другой конец той же лампы подключаем к минусу источника питания. Мы наблюдаем за свечением лампы, теперь перевернем диод, лампа уже не будет светится поскольку диод подключен обратно, переход закрыт. Надеюсь каким то образом это вам поможет в дальнейшем, новички – А. Касьян (АКА).

Обсудить статью ПРИНЦИП РАБОТЫ ДИОДА

Самой первой конструкцией новичков является мигалка на двух светодиодах, и основа такой мигалки – мультивибратор.

Мини верстак радиолюбителя своими руками. Удобное приспособление для работы в ограниченном пространстве квартиры.

МИНИ ВЕРСТАК ДЛЯ ДОМА

Как работает диод для чайников. Что такое диод, стабилитрон, варикап, тиристор, светодиод

Самым простым по конструкции в семействе полупроводников являются диоды, имеющие в конструкции всего два электрода, между которыми существует проводимость электрического тока в одну сторону. Такой вид проводимости в полупроводниках создается благодаря их внутреннему устройству.

Особенности устройства

Не зная конструктивных особенностей диода, нельзя понять его принципа действия. Структура диода состоит из двух слоев с проводимостью различного вида.

Диод состоит из следующих основных элементов:
  • Корпус . Выполняется в виде вакуумного баллона, материалом которого может быть керамика, металл, стекло и другие прочные материалы.
  • Катод . Он расположен внутри баллона, служит для образования эмиссии электронов. Наиболее простым устройством катода является тонкая нить, раскаляющаяся в процессе действия. Современные диоды оснащены косвенно накаляющимися электродами, которые выполнены в виде металлических цилиндров со свойством активного слоя, имеющего возможность испускать электроны.
  • Подогреватель . Это особый элемент в виде нити, раскаляющейся от электрического тока. Подогреватель расположен внутри косвенно накаляющегося катода.
  • Анод . Это второй электрод диода, служащий для приема электронов, вылетевших от катода. Анод имеет положительный потенциал, по сравнению с катодом. Форма анода чаще всего так же, как и катода, цилиндрическая. Оба электрода аналогичны эмиттеру и базе полупроводников.
  • Кристалл . Его материалом изготовления является германий или кремний. Одна часть кристалла имеет р-тип с недостатком электронов. Другая часть кристалла имеет n-тип проводимости с избытком электронов. Граница, расположенная между этими двумя частями кристалла, называется р-n переходом.

Эти особенности конструкции диода позволяют ему проводить ток в одном направлении.

Принцип действия

Работа диода характеризуется его различными состояниями, и свойствами полупроводника при нахождении в этих состояниях. Рассмотрим подробнее основные виды подключений диодов, и какие процессы происходят внутри полупроводника.

Диоды в состоянии покоя

Если диод не подключен к цепи, то внутри него все равно происходят своеобразные процессы. В районе «n» есть излишек электронов, что создает отрицательный потенциал. В области «р» сконцентрирован положительный заряд. Совместно такие заряды создают электрическое поле.

Так как заряды с разными знаками притягиваются, то электроны из «n» проходят в «р», при этом заполняют дырки. В итоге таких процессов в полупроводнике появляется очень слабый ток, увеличивается плотность вещества в области «р» до определенного значения. При этом частицы расходятся по объему пространства равномерно, то есть, происходит медленная диффузия. Вследствие этого электроны возвращаются в область «n».

Для многих электрических устройств направление тока не имеет особого значения, все работает нормально. Для диода же, большое значение имеет направление протекания тока. Основной задачей диода является пропускание тока в одном направлении, чему благоприятствует переход р-n.

Обратное включение

Если диоды подсоединять к питанию по изображенной схеме, то ток не будет проходить через р-n переход. К области «n» подсоединен положительный полюс питания, а к «р» — минусовой. В итоге электроны от области «n» переходят к плюсовому полюсу питания. Дырки притягиваются минусовым полюсом. На переходе возникает пустота, носители заряда отсутствуют.

При повышении напряжения дырки и электроны осуществляют притягивание сильнее, и на переходе нет носителей заряда. При обратной схеме включения диода ток не проходит.

Повышение плотности вещества возле полюсов создает диффузию, то есть, стремление к распределению вещества по объему. Это возникает при выключении питания.

Обратный ток

Вспомним о работе неосновных переносчиков заряда. При запертом диоде, через него проходит малая величина обратного тока. Он и образуется от неосновных носителей, двигающихся в обратном направлении. Такое движение возникает при обратной полярности питания. Обратный ток обычно незначительный, так как число неосновных носителей очень мало.

При возрастании температуры кристалла их число повышается и обуславливает повышение обратного тока, что обычно приводит к повреждению перехода. Для того, чтобы ограничить температуру работы полупроводников, их корпус монтируют на теплоотводящие радиаторы охлаждения.

Прямое включение

Поменяем местами полюса питания между катодом и анодом. На стороне «n» электроны будут отходить от отрицательного полюса, и проходить к переходу. На стороне «р» дырки, имеющие положительный заряд, оттолкнутся от положительного вывода питания. Поэтому электроны и дырки начнут стремительное движение друг к другу.

Частицы с разными зарядами скапливаются возле перехода, и между ними образуется электрическое поле. Электроны проходят через р-n переход и двигаются в область «р». Часть электронов рекомбинирует с дырками, а остальные проходят к положительному полюсу питания. Возникает прямой ток диода, который имеет ограничения его свойствами. При превышении этой величины диод может выйти из строя.

При прямой схеме диода, его сопротивление незначительное, в отличие от обратной схемы. Считается, что обратно ток по диоду не проходит. В результате мы выяснили, что диоды работают по принципу вентиля: повернул ручку влево – вода течет, вправо – нет воды. Поэтому их еще называют полупроводниковыми вентилями.

Прямое и обратное напряжение

Во время открытия диода, на нем имеется прямое напряжение. Обратным напряжением считается величина во время закрытия диода и прохождения через него обратного тока. Сопротивление диода при прямом напряжении очень мало, в отличие от обратного напряжения, возрастающего до тысяч кОм. В этом можно убедиться путем измерения мультиметром.

Сопротивление полупроводникового кристалла может изменяться в зависимости от напряжения. При увеличении этого значения сопротивление снижается, и наоборот.

Если диоды использовать в работе с переменным током, то при плюсовой полуволне синуса напряжения он будет открыт, а при минусовой – закрыт. Такое свойство диодов применяют для выпрямления напряжения. Поэтому такие устройства называются выпрямителями.

Характеристика диодов

Характеристика диода выражается графиком, на котором видна зависимость тока, напряжения и его полярности. Вертикальная ось координат в верхней части определяет прямой ток, в нижней части – обратный.

Горизонтальная ось справа обозначает прямое напряжение, слева – обратное. Прямая ветка графика выражает ток пропускания диода, проходит рядом с вертикальной осью, так как выражает повышение прямого тока.

Вторая ветка графика показывает ток при закрытом диоде, и проходит параллельно горизонтальной оси. Чем круче график, тем лучше диод выпрямляет ток. После возрастания прямого напряжения, медленно повышается ток. Достигнув области скачка, его величина резко нарастает.

На обратной ветви графика видно, что при повышении обратного напряжения, величина тока практически не возрастает. Но, при достижении границ допустимых норм происходит резкий скачок обратного тока. Вследствие этого диод перегреется и выйдет из строя.

Диод является одной из разновидностей приборов, сконструированных на полупроводниковой основе. Обладает одним p-n переходом, а также анодным и катодным выводом. В большинстве случаев он предназначен для модуляции, выпрямления, преобразования и иных действий с поступающими электрическими сигналами.

Принцип работы:

  1. Электрический ток воздействует на катод, подогреватель начинает накаливаться, а электрод испускать электроны.
  2. Между двумя электродами происходит образование электрического поля.
  3. Если анод обладает положительным потенциалом , то он начинает притягивать электроны к себе, а возникшее поле является катализатором данного процесса. При этом, происходит образование эмиссионного тока.
  4. Между электродами происходит образование пространственного отрицательного заряда, способного помешать движению электронов. Это происходит, если потенциал анода оказывается слишком слабым. В таком случае, частям электронов не удается преодолеть воздействие отрицательного заряда, и они начинают двигаться в обратном направлении, снова возвращаясь к катоду.
  5. Все электроны , которые достигли анода и не вернулись к катоду, определяют параметры катодного тока. Поэтому данный показатель напрямую зависит от положительного анодного потенциала.
  6. Поток всех электронов , которые смогли попасть на анод, имеет название анодный ток, показатели которого в диоде всегда соответствуют параметрам катодного тока. Иногда оба показателя могут быть нулевыми, это происходит в ситуациях, когда анод обладает отрицательным зарядом. В таком случае, возникшее между электродами поле не ускоряет частицы, а, наоборот, тормозит их и возвращает на катод. Диод в таком случае остается в запертом состоянии, что приводит к размыканию цепи.


Устройство


Ниже приводится подробное описание устройства диода, изучение этих сведений необходимо для дальнейшего понимания принципов действия этих элементов:

  1. Корпус представляет собой вакуумный баллон, который может быть изготовлен из стекла, металла или прочных керамических разновидностей материала.
  2. Внутри баллона имеется 2 электрода. Первый является накаленным катодом, который предназначен для обеспечения процесса эмиссии электронов. Самый простейший по конструкции катод представляет собой нить с небольшим диаметром, которая накаливается в процессе функционирования, но на сегодняшний день более распространены электроды косвенного накала. Они представляют собой цилиндры, изготовленные из металла, и обладающие особым активным слоем, способным испускать электроны.
  3. Внутри катода косвенного накала имеется специфический элемент – проволока, которая накаливается под воздействием электрического тока, она называется подогреватель.
  4. Второй электрод является анодом, он необходим для приема электронов, которые были выпущены катодом. Для этого он должен обладать положительным относительно второго электрода потенциалом. В большинстве случаев анод также имеет цилиндрическую форму.
  5. Оба электрода вакуумных приборов полностью идентичны эмиттеру и базе полупроводниковой разновидности элементов.
  6. Для изготовления диодного кристалла чаще всего используется кремний или германий. Одна из его частей является электропроводимой по p-типу и имеет недостаток электронов, который образован искусственным методом. Противоположная сторона кристалла также имеет проводимость, но n-типа и обладает избытком электронов. Между двумя областями имеется граница, которая и называется p-n переходом.

Такие особенности внутреннего устройства наделяют диоды их главным свойством – возможностью проведения электрического тока только в одном направлении.

Назначение


Ниже приводятся основные области применения диодов, на примере которых становится понятно их основное назначение:

  1. Диодные мосты представляют собой 4, 6 или 12 диодов, соединенных между собой, их количество зависит от типа схемы, которая может быть однофазной, трехфазной полумостовой или трехфазной полномостовой. Они выполняют функции выпрямителей, такой вариант чаще всего используется в автомобильных генераторах, поскольку внедрение подобных мостов, а также использование вместе с ними щеточно-коллекторных узлов, позволило в значительной степени сократить размеры данного устройства и увеличить степень его надежности. Если соединение выполнено последовательно и в одну сторону, то это повышает минимальные показатели напряжения, которое потребуется для отпирания всего диодного моста.
  2. Диодные детекторы получаются при комбинированном использовании данных приборов с конденсаторами. Это необходимо для того, чтобы было можно выделить модуляцию с низкими частотами из различных модулированных сигналов, в том числе амплитудно-модулированной разновидности радиосигнала. Такие детекторы являются частью конструкции многих бытовых потребителей, например, телевизоров или радиоприемников.
  3. Обеспечение защиты потребителей от неверной полярности при включении схемных входов от возникающих перегрузок или ключей от пробоя электродвижущей силой, возникающей при самоиндукции, которая происходит при отключении индуктивной нагрузки. Для обеспечения безопасности схем от возникающих перегрузок, применяется цепочка, состоящая из нескольких диодов, имеющих подключение к питающим шинам в обратном направлении. При этом, вход, которому обеспечивается защита, должен подключаться к середине этой цепочки. Во время обычного функционирования схемы, все диоды находятся в закрытом состоянии, но если ими было зафиксировано, что потенциал входа ушел за допустимые пределы напряжения, происходит активация одного из защитных элементов. Благодаря этому, данный допустимый потенциал получает ограничение в рамках допустимого питающего напряжения в сумме с прямым падением показателей напряжение на защитном приборе.
  4. Переключатели , созданные на основе диодов, используются для осуществления коммутации сигналов с высокими частотами. Управление такой системой осуществляется при помощи постоянного электрического тока, разделения высоких частот и подачи управляющего сигнала, которое происходит благодаря индуктивности и конденсаторам.
  5. Создание диодной искрозащиты . Используются шунт-диодные барьеры, которые обеспечивают безопасность путем ограничения напряжения в соответствующей электрической цепи. В совокупности с ними применяются токоограничительные резисторы, которые необходимы для ограничения показателей электрического тока, проходящего через сеть, и увеличения степени защиты.

Использование диодов в электронике на сегодняшний день весьма широко, поскольку фактически ни одна современная разновидность электронного оборудования не обходится без этих элементов.

Прямое включение диода


На p-n-переход диода может оказывать воздействие напряжение, подаваемое с внешних источников. Такие показатели, как величина и полярность, будут сказываться на его поведении и проводимом через него электрическом токе.

Ниже подробно рассмотрен вариант, при котором происходит подключение плюса к области p-типа, а отрицательного полюса к области n-типа. В этом случае произойдет прямое включение:

  1. Под воздействием напряжения от внешнего источника, в p-n-переходе сформируется электрическое поле, при этом его направление будет противоположным относительно внутреннего диффузионного поля.
  2. Напряжение поля значительно снизится, что вызовет резкое сужение запирающего слоя.
  3. Под воздействием этих процессов значительное количество электронов обретет возможность свободно переходить из p-области в n-область, а также в обратном направлении.
  4. Показатели тока дрейфа во время этого процесса остаются прежними, поскольку они напрямую зависят только от числа неосновных заряженных носителей, находящихся в области p-n-перехода.
  5. Электроны обладают повышенным уровнем диффузии, что приводит к инжекции неосновных носителей. Иными словами, в n-области произойдет повышение количества дырок, а в p-области будет зафиксирована повышенная концентрация электронов.
  6. Отсутствие равновесия и повышенное число неосновных носителей заставляет их уходить вглубь полупроводника и смешиваться с его структурой, что в итоге приводит к разрушению его свойств электронейтральности.
  7. Полупроводник при этом способен восстановить свое нейтральное состояние, это происходит благодаря получению зарядов от подключенного внешнего источника, что способствует появлению прямого тока во внешней электрической цепи.

Обратное включение диода


Теперь будет рассмотрен другой способ включения, во время которого изменяется полярность внешнего источника, от которого происходит передача напряжения:

  1. Главное отличие от прямого включения заключается в том , что создаваемое электрическое поле будет обладать направлением, полностью совпадающим с направлением внутреннего диффузионного поля. Соответственно, запирающий слой будет уже не сужаться, а, наоборот, расширяться.
  2. Поле, находящееся в p-n-переходе , будет оказывать ускоряющий эффект на целый ряд неосновных носителей заряда, по этой причине, показатели дрейфового тока останутся без изменений. Он будет определять параметры результирующего тока, который проходит через p-n-переход.
  3. По мере роста обратного напряжения , электрический ток, протекающий через переход, будет стремиться достичь максимальных показателей. Он имеет специальное название – ток насыщения.
  4. В соответствии с экспоненциальным законом , с постепенным увеличением температуры будут увеличиваться и показатели тока насыщения.

Прямое и обратное напряжение


Напряжение, которое оказывает воздействие на диод, разделяют по двум критериям:

  1. Прямое напряжение – это то, при котором происходит открытие диода и начинается прохождение через него прямого тока, при этом показатели сопротивления прибора являются крайне низкими.
  2. Обратное напряжение – это то, которое обладает обратной полярностью и обеспечивает закрытие диода с прохождением через него обратного тока. Показатели сопротивления прибора при этом начинают резко и значительно расти.

Сопротивление p-n-перехода является постоянно меняющимся показателем, в первую очередь на него оказывает влияние прямое напряжение, подающееся непосредственно на диод. Если напряжение увеличивается, то показатели сопротивления перехода будут пропорционально уменьшаться.

Это приводит к росту параметров прямого тока, проходящего через диод. Когда данный прибор закрыт, то на него воздействует фактически все напряжение, по этой причине показатели проходящего через диод обратного тока являются незначительными, а сопротивление перехода при этом достигает пиковых параметров.

Работа диода и его вольт-амперная характеристика


Под вольт-амперной характеристикой данных приборов понимается кривая линия, которая показывает то, в какой зависимости находится электрический ток, протекающий через p-n-переход, от объемов и полярности напряжения, воздействующего на него.

Подобный график можно описать следующим образом:

  1. Ось, расположенная по вертикали: верхняя область соответствует значениям прямого тока, нижняя область параметрам обратного тока.
  2. Ось, расположенная по горизонтали: область, находящаяся справа, предназначена для значений прямого напряжения; область слева для параметров обратного напряжения.
  3. Прямая ветвь вольт-амперной характеристики отражает пропускной электрический ток через диод. Она направлена вверх и проходит в непосредственной близости от вертикальной оси, поскольку отображает увеличение прямого электрического тока, которое происходит при увеличении соответствующего напряжения.
  4. Вторая (обратная) ветвь соответствует и отображает состояние закрытого электрического тока, который также проходит через прибор. Положение у нее такое, что она проходит фактически параллельно относительно горизонтальной оси. Чем круче эта ветвь подходит к вертикали, тем выше выпрямительные возможности конкретного диода.
  5. По графику можно наблюдать , что после роста прямого напряжения, протекающего через p-n-переход, происходит медленное увеличение показателей электрического тока. Однако постепенно, кривая достигает области, в которой заметен скачок, после которого происходит ускоренное нарастание его показателей. Это объясняется открытием диода и проведением тока при прямом напряжении. Для приборов, изготовленных из германия, это происходит при напряжении равном от 0,1В до 0,2В (максимальное значение 1В), а для кремниевых элементов требуется более высокий показатель от 0,5В до 0,6В (максимальное значение 1,5В).
  6. Показанное увеличение показателей тока может привести к перегреву полупроводниковых молекул. Если отведение тепла, происходящее благодаря естественным процессам и работе радиаторов, будет меньше уровня его выделения, то структура молекул может быть разрушена, и этот процесс будет иметь уже необратимый характер. По этой причине, необходимо ограничивать параметры прямого тока, чтобы не допустить перегрева полупроводникового материала. Для этого, в схему добавляются специальные резисторы, имеющие последовательное подключение с диодами.
  7. Исследуя обратную ветвь можно заметить, что если начинает увеличиваться обратное напряжение, которое приложено к p-n-переходу, то фактически незаметен рост параметров тока. Однако в случаях, когда напряжение достигает параметров, превосходящих допустимые нормы, может произойти внезапный скачок показателей обратного тока, что перегреет полупроводник и будет способствовать последующему пробою p-n-перехода.

Основные неисправности диодов


Иногда приборы подобного типа выходят из строя, это может происходить из-за естественной амортизации и старения данных элементов или по иным причинам.

Всего выделяют 3 основных типа распространенных неисправностей:

  1. Пробой перехода приводит к тому, что диод вместо полупроводникового прибора становится по своей сути самым обычным проводником. В таком состоянии он лишается своих основных свойств и начинает пропускать электрический ток в абсолютно любом направлении. Подобная поломка легко выявляется при помощи стандартного , который начинает подавать звуковой сигнал и показывать низкий уровень сопротивления в диоде.
  2. При обрыве происходит обратный процесс – прибор вообще перестает пропускать электрический ток в каком-либо направлении, то есть он становится по своей сути изолятором. Для точности определения обрыва, необходимо использовать тестеры с качественными и исправными щупами, в противном случае, они могут иногда ложно диагностировать данную неисправность. У сплавных полупроводниковых разновидностей такая поломка встречается крайне редко.
  3. Утечка , во время которой нарушается герметичность корпуса прибора, вследствие чего он не может исправно функционировать.

Пробой p-n-перехода

Подобные пробои происходят в ситуациях, когда показатели обратного электрического тока начинают внезапно и резко расти, происходит это из-за того, что напряжение соответствующего типа достигает недопустимых высоких значений.

Обычно различается несколько видов:

  1. Тепловые пробои , которые вызваны резким повышением температуры и последующим перегревом.
  2. Электрические пробои , возникающие под воздействием тока на переход.

График вольт-амперной характеристики позволяет наглядно изучать эти процессы и разницу между ними.

Электрический пробой

Последствия, вызываемые электрическими пробоями, не носят необратимого характера, поскольку при них не происходит разрушение самого кристалла. Поэтому при постепенном понижении напряжения можно восстановить всей свойства и рабочие параметры диода.

При этом, пробои такого типа делятся на две разновидности:

  1. Туннельные пробои происходят при прохождении высокого напряжения через узкие переходы, что дает возможность отдельно взятым электронам проскочить через него. Обычно они возникают, если в полупроводниковых молекулах имеется большое количество разных примесей. Во время такого пробоя, обратный ток начинает резко и стремительно расти, а соответствующее напряжение находится на низком уровне.
  2. Лавинные разновидности пробоев возможны благодаря воздействию сильных полей, способных разогнать носителей заряда до предельного уровня из-за чего они вышибают из атомов ряд валентных электронов, которые после этого вылетают в проводимую область. Это явление носит лавинообразный характер, благодаря чему данный вид пробоев и получил такое название.

Тепловой пробой

Возникновение такого пробоя может произойти по двум основным причинам: недостаточный теплоотвод и перегрев p-n-перехода, который происходит из-за протекания через него электрического тока со слишком высокими показателями.

Повышение температурного режима в переходе и соседних областях вызывает следующие последствия:

  1. Рост колебания атомов , входящих в состав кристалла.
  2. Попадание электронов в проводимую зону.
  3. Резкое повышение температуры.
  4. Разрушение и деформация структуры кристалла.
  5. Полный выход из строя и поломка всего радиокомпонента.

Диод — 2-электродный электровакуумный, полупроводниковый или газоразрядный прибор с односторонней проводимостью электрического тока: он хорошо пропускает через себя ток в одном направлении и очень плохо — в другом. Это основное свойство диода используется, в частности, для преобразования переменного тока электросети в постоянный ток.

Схематическое устройство диода:

Конструктивно диод представляет собой небольшую пластинку германия или кремния, одна область (часть объема) которой обладает электропроводимостью p-типа, то есть «дырочной» (содержащей искусственно созданный недостаток электронов), другая — электропроводимостью n-типа, то есть электронной (содержащей избыток электронов). Границу между ними называют p-n переходом. Здесь буквы p и n — первые в латинских словах positiv — «положительный», и negativ — «отрицательный». Область p-типа исходного полупроводника такого прибора является анодом (положительным электродом), а область n-типа — катодом (отрицательным электродом) диода.

Принцип работы диода .


Если к диоду VD через лампу накаливания HL подключить батарею GB так, чтобы вывод положительного полюса батареи был соединен с анодом, а вывод отрицательного полюса с катодом диода (рис а), тогда в образовавшейся электрической цепи появится ток, о чем будет сигнализировать загоревшаяся лампа HL. Значение этого тока зависит от сопротивления p-n перехода диода и поданного на него постоянного напряжения. Такое состояние диода называют открытым, ток, текущий через него,- прямым током Iпр, а поданное на него напряжение, благодаря которому диод оказался в открытом состоянии,- прямым напряжением Uпр.

Если полюсы батареи GB поменять местами, как показано на рис. б, то лампа HL не загорится, так как в этом случае диод находится в закрытом состоянии и оказывает току в цепи большое сопротивление. Небольшой ток через p-n переход диода в обратном направлении все же пойдет, но по сравнению с прямым током будет столь незначительным, что нить накала лампы даже не среагирует. Такой ток называют обратным током Iобр, а напряжение, создающее его,- обратным напряжением Uобр.

Можно ли опытным путем проверить эти свойства диода? Конечно, можно. Для этого понадобятся любой плоскостной диод, например из серий Д226, Д202, Д7, миниатюрная лампа накаливания, рассчитанная на ток накала 100…300 мА, например МН 3,5-0,14 (напряжение 3,5 В, ток накала 140 мА), и батарея 3336 (для плоского карманного электрического фонаря) или составленная из трех элементов 343 или 373. Соединять их между собой следует по схемам, приведенным на последнем рисунке. Попеременное изменение полярности включения батареи в цепь будет то открывать, то закрывать диод и тем самым автоматически зажигать и гасить лампу накаливания.

В таком опыте лампа накаливания выполняет двоякую роль: служит индикатором и ограничителем тока в цепи. При непосредственном прямом подключении батареи к диоду ток в цепи может оказаться столь значительным, что p-n переход перегреется и диод выйдет из строя.

Принцип устройства и работы так называемых точечных полупроводниковых диодов, например Д9, Д2, Д220, аналогичен. Площади p-n переходов полупроводниковых диодов в этом случае значительно меньше, чем у плоскостных диодов, поэтому и допустимые токи, текущие через них, меньше.

Главное отличие германиевых диодов от кремниевых в значении прямых напряжений, при которых они открываются и практически не оказывают заметного сопротивления текущим через них токам. Германиевые диоды открываются при прямом напряжении 0,1…0,15 В, а кремниевые — при 0,6…0,7 В.

Диод это — полупроводниковый прибор, который пропускает электрический ток только в одном направлении. Это очень краткое описание свойства диода и его работы и самое точное. Теперь давай разберемся подробнее, тем более, что с диода ты начинаешь свое знакомство с огромным семейством полупроводников. Что такое полупроводник? Из самого названия полупроводник, понятно, это проводящий на половину. В конкретном случае диод пропускает электрический ток только в одну сторону и не пропускает его в обратном направлении. Работает как система ниппель или золотник в камере автомобиля или велосипеда. Воздух, нагнетаемый насосом через золотник или ниппель поступает в камеру автомобиля и не выходит обратно за счет запирания его золотником. На рисунке изображен диод так как его обозначают на электрических схемах.

В соответствии с рисунком, треугольник (анод) показывает в какую сторону проходит электрический ток от плюса к минусу диод будет «открыт», соответственно со стороны вертикальной полосы (катода) диод будет «заперт».

Это свойство диода используется для преобразования переменного тока в постоянный для этого из диодов собирается диодный мост .

Диодный мост

Как работает диодный мост. На следующем рисунке изображена принципиальная схема диодного моста. Обрати внимание, что на вход диодного моста подается переменный ток, на выходе уже получаем постоянный ток. Теперь давай разберемся как происходит преобразование переменного тока в постоянный.


Если ты читал мою статью “Что такое переменный ток” ты должен помнить, что переменный ток меняет свое направление с определенной частотой. Проще говоря, на входных клеммах диодного моста, плюс с минусом будут меняться местами с частотой сети (в России эта частота составляет 50 Герц), значит (+) и (-) меняются местами 50 раз в секунду. Допустим в первом цикле на клемме “А” будет положительный потенциал (+) на клемме “Б”отрицательный (-) . Плюс от клеммы “А” может пройти только в одном направлении по красной стрелке, через диод “Д1” на выходную клемму со знаком (+) и далее через резистор (R1) через диод “Д3” на минус клеммы “Б”. В следующем цикле когда плюс и минус поменяются местами, все произойдет с точностью до наоборот. Плюс с клеммы “Б” через диод “Д2” пройдет на выходную клемму со знаком (+) и далее через резистор (R1) через диод “Д4” на минус клеммы “А”. Таким образом получаем на входе выпрямителя постоянный электрический ток который движется только в одном направлении от плюса к минусу (как в обычной батарейке). Этот способ преобразования переменного тока в постоянный используется во всех электронных устройствах которые питаются от электрической сети 220Вольт. Кроме диодных мостов собранных из отдельных диодов применяют электронные компоненты в которых для удобства монтажа выпрямительные диоды заключены в один компактный корпус. Такое устройство называют “диодная сборка” .


Диоды бывают не только выпрямительные. Есть диоды проводимость которых зависит от освещенности их называют “фотодиоды” обозначаются они так —

Выглядеть могут так —


Светодиоды, тебе хорошо известны, они встречаются и в елочной гирлянде и в мощных прожекторах и фарах автомобилей. Н схеме они обозначаются так —

Выглядят светодиоды так —

Как проверить диод

Проверить диод можно обычным мультиметром — как пользоваться мультиметром в этой статье , для проверки переключаем тестер в режим прозвонки . Подключаем щупы прибора к электродам диода, черный щуп к катоду



(на корпусах современных диодах катод обозначен кольцевой меткой), красный щуп подключаем к аноду (как ты уже знаешь диод пропускают напряжение только в одну сторону) сопротивление диода будет маленьким т.е. цифры на приборе будут иметь значение большое значение.

Переключаем щупы прибора наоборот —


Сопротивление будет очень большим практически бесконечным. Если у тебя все получится так как я написал, диод исправен, если в обоих случаях сопротивление очень большое значит “диод в обрыве” неисправен и не пропускает напряжение вообще, если сопротивление очень маленькое значит диод пробит и пропускает напряжение в обоих направлениях.

Как проверить диодный мост

Если диодный мост собран из отдельных диодов, каждый диод проверяют отдельно, как было описано выше. Выпаивать каждый диод из схемы не обязательно, но лучше отключить плюсовой или минусовой вывод выпрямителя от схемы.

Если нужно проверить диодную сборку, где диоды находятся в одно корпусе и добраться до них невозможно, поступаем следующим образом,

Подключаем один щуп мультимерта к плюсу диодной сборки, а вторым поочередно касаемся к выводам сборки куда подается переменный ток. В одном направлении прибор должен показать малое сопротивление при смене щупов в обратном направлении очень большое сопротивление. После чего также проверяем выпрямитель относительно минусового выхода. Если при измерении показания в обоих направления будут малыми или большими диодная сборка неисправна. Этот способ проверки применяют, когда проводится ремонт электроники .

Высокочастотные диоды, импульсные, туннельные, варикапы все эти диоды широко применяются в бытовой и специальной аппаратуре. Для того, чтобы понять и разобраться, как правильно применять и где какие использовать диоды, необходимо совершенствовать свои знания изучать специальную литературу и конечно не стесняться задавать вопросы.

Диод (Diode -eng. ) – электронный прибор, имеющий 2 электрода , основным функциональным свойством которого является низкое сопротивление при передаче тока в одну сторону и высокое при передаче в обратную .

То есть при передаче тока в одну сторону он проходит без проблем , а при передаче в другую , сопротивление многократно увеличивается , не давая току пройти без сильных потерь в мощности. При этом диод довольно сильно нагревается .

Диоды бывают электровакуумные , газоразрядные и самые распространённые – полупроводниковые . Свойства диодов, чаще всего в связках между собой, используются для преобразования переменного тока электросети в постоянный ток, для нужд полупроводниковых и других приборов.

Конструкция диодов .

Конструктивно, полупроводниковый диод состоит из небольшой пластинки полупроводниковых материалов (кремния или германия ), одна сторона (часть пластинки) которой обладает электропроводимостью p-типа , то есть принимающей электроны (содержащей искусственно созданный недостаток электронов дырочная »)), другая обладает электропроводимостью n-типа , то есть отдающей электроны (содержащей избыток электронов электронной »)).

Слой между ними называется p-n переходом . Здесь буквы p и n — первые в латинских словах negative — «отрицательный », и positive — «положительный ». Сторона p-типа , у полупроводникового прибора является анодом (положительным электродом), а область n-типа катодом (отрицательным электродом) диода.

Электровакуумные (ламповые) диоды, представляют собой лампу с двумя электродами внутри, один из которых имеет нить накаливания , таким образом подогревая себя и создавая вокруг себя магнитное поле .


При разогреве , электроны отделяются от одного электрода (катода ) и начинают движение к другому электроду (аноду ), благодаря электрическому магнитному полю . Если направить ток в обратную сторону (изменить полярность), то электроны практически не будут двигаться к катоду из-за отсутствия нити накаливания в аноде . Такие диоды, чаще всего применяются в выпрямителях и стабилизаторах , где присутствует высоковольтная составляющая.

Диоды на основе германия , более чувствительны на открытие при малых токах, поэтому их чаще используют в высокоточной низковольтной технике, чем кремниевые.

Типы диодов:
  • · Смесительный диод — создан для приумножения двух высокочастотных сигналов.
  • · pin диод — содержит область проводимости между легированными областями. Используется в силовой электронике или как фотодетектор .
  • · Лавинный диод — применяется для защиты цепей от перенапряжения . Основан на лавинном пробое обратного участка вольт-амперной характеристики.
  • · Лавинно-пролётный диод — применяется для генерации колебаний в СВЧ -технике. Основан на лавинном умножении носителей заряда.
  • · Магнитодиод . Диод, характеристики сопротивления которого зависят от значения индукции магнитного поля и расположения его вектора относительно плоскости p-n-перехода .
  • · Диоды Ганна . Используются для преобразования и генерации частоты в СВЧ диапазоне.
  • · Диод Шоттки . Имеет малое падение напряжения при прямом включении.
  • · Полупроводниковые лазеры .

Применяются в лазеростроении , по принципу работы схожи с диодами, но излучают в когерентном диапазоне .

  • · Фотодиоды . Запертый фотодиод открывается под действием светового излучения . Применяются в датчиках света , движения и т.д.
  • · Солнечный элемент (вариация солнечных батарей ) . При попадании света, происходит движение электронов от катода к аноду, что генерирует электрический ток .
  • · Стабилитроны — используют обратную ветвь характеристики диода с обратимым пробоем для стабилизации напряжения .
  • · Туннельные диоды , использующие квантовомеханические эффекты . Применяются как усилители , преобразователи , генераторы и пр.
  • · (диоды Генри Раунда, LED ). При переходе электронов, у таких диодов происходит излучение в видимом диапазоне света .

Для данных диодов используют прозрачные корпуса для возможности рассеивания света. Также производят диоды, которые могут давать излучение в ультрафиолетовом , инфракрасном и других требуемых диапазонах (в основном, и космической сфере).

  • · Варикапы (диод Джона Джеумма ) Благодаря тому, что закрытый p-n-переход обладает немалой ёмкостью, ёмкость зависит от приложенного обратного напряжения . Применяются в качестве конденсаторов с переменной ёмкостью .

простым языком для чайников, схемы

Помогите проекту. Поделитесь с друзьями.

При изучении электроники возникает вопрос, как читать электрические схемы. Естественным желанием начинающего электронщика или радиолюбителя является спаять какое-то интересное электронное устройство. Однако на начальном пути достаточных теоретических знаний и практических навыков как всегда не хватает. Поэтому устройство собирают вслепую. И часто бывает, что спаянное устройство, на


которое было затрачено много времени, сил и терпения, — не работает, что вызывает только разочарование и отбивает желание у начинающего радиолюбителя заниматься электроникой, так и не ощутив все прелести данной науки. Хотя, как оказывается, схема не заработала из-за допущения сущего пустяковой ошибки. На исправление такой ошибки у более опытного радиолюбителя ушло бы меньше минуты.

В данной статье приведены полезные рекомендации, которые позволят свести к минимуму количество ошибок. Помогут начинающему радиолюбителю собирать различные электронные устройства, которые заработают с первого раза.

Как научиться читать электрические схемы

Любая радиоэлектронная аппаратура состоит из отдельных радиодеталей, спаянных (соединенных) между собой определенным образом. Все радиодетали, их соединения и дополнительные обозначения отображаются на специальном чертеже. Такой чертеж называется электрической схемой. Каждая радиодеталь имеет свое обозначение, которое правильно называется условное графическое обозначение, сокращенно – УГО. К УГО мы вернемся дальше в этой статье.


Принципиально можно выделить два этапа совершенствования чтения электрических схем. Первый этап характерен для монтажников радиоэлектронной аппаратуры. Они просто собирают (паяют) устройства не углубляясь в назначение и принцип работы основных его узлов. По сути дела – это скучная работа, хотя, хорошо паять, нужно еще поучиться. Лично мне гораздо интересней паять то, что я полностью понимаю, как оно работает. Появляются множества вариантов для маневров. Понимаешь какой номинал, например резистора или конденсатора критичный в данной случае, а каким можно пренебречь и заменить другим. Какой транзистор можно заменить аналогом, а где следует использовать транзистор только указанной серии. Поэтому лично мне ближе второй этап.

Второй этап присущ разработчикам радиоэлектронной аппаратуры. Такой этап является самый интересный и творческий, поскольку совершенствоваться в разработке электронных схем можно бесконечно.

По этому направлению написаны целые тома книг, наиболее известной из которых является «Искусство схемотехники». Именно к этому этапу мы будем стремиться подойти. Однако здесь уже потребуются и глубокие теоретические знания, но все оно того стоит.

Учиться читать электрические схемы мы будем из самых простых примеров и постепенно продвигаться дальше.

Как составлять схему

Составление электрической схемы должно производиться опытным электриком с учетом существующих гостов, поясняющих и уточняющих работу тех или иных проводников. Бывают согласно госту электрические схемы структурными, функциональными, принципиальными, монтажными, общими и объединенными. Сделать любую из приведенного перечня можно, выстраивая простейшие элементы друг с другом.


Составление документа по госту

Обозначение источников питания

Любое радиоэлектронное устройство способно выполнять свои функции только при наличии электроэнергии. Принципиально выделяют два типа источников электроэнергии: постоянного и переменного тока. В данной статье рассматриваются исключительно источниках постоянного тока. К ним относятся батарейки или гальванические элементы, аккумуляторные батареи, различного рода блоки питания и т.п.

В мире насчитывается тысячи тысяч разных аккумуляторов, гальванических элементов и т.п., которые отличаются как внешним видом, так и конструкцией. Однако всех их объединяет общее функциональное назначение – снабжать постоянным током электронную аппаратуру. Поэтому на чертежах электрических схем источники они обозначаются единообразно, но все же с некоторыми небольшими отличиями.

Электрические схемы принято рисовать слева на право, то есть так, как и писать текст. Однако такого правила далеко не всегда придерживаются, особенно радиолюбители. Но, тем не менее, такое правило следует взять на вооружение и применять в дальнейшем.


Гальванический элемент или одна батарейка, неважно «пальчиковая», «мизинчиковая» или таблеточного типа, обозначается следующим образом: две параллельные черточки разной длины. Черточка большей длины обозначает положительный полюс – плюс «+», а короткая – минус «-».

Также для большей наглядности могут проставляться знаки полярности батарейки. Гальванический элемент или батарейка имеет стандартное буквенное обозначение G.


Однако радиолюбители не всегда придерживаются такой шифровки и часто вместо G пишут букву E, которая обозначает, что данный гальванический элемент является источником электродвижущей силы (ЭДС). Также рядом может указываться величина ЭДС, например 1,5 В.

Иногда вместо изображения источника питания показывают только его клеммы.

Группа гальванических элементов, которые могут повторно перезаряжаться, аккумуляторной батареей. На чертежах электрических схем они обозначается аналогично. Только между параллельными черточками находится пунктирная линия и применяется буквенное обозначение GB. Вторая буква как раз и обозначает «батарея».

Как создать радиосхему своими руками

На первой стадии уточняют основные характеристики проекта. Кроме электрических параметров, определяют:

  • размеры;
  • внешний вид;
  • элементы управления.

В любом случае необходимо учесть условия будущей эксплуатации. В некоторых ситуациях придется обеспечить защиту от механических и других неблагоприятных внешних воздействий.

К сведению. Долговечность радиоаппаратуры во многом зависит от поддержания оптимального температурного режима. Если естественной вентиляции недостаточно, применяют радиаторы или принудительный обдув.

Кроме электрической схемы, нужно создать чертеж для правильного монтажа функциональных и эстетических компонентов конструкции. Список деталей и других необходимых покупок сократит время поиска в магазинах. Следует подготовить рабочие (измерительные) инструменты, расходные материалы. При необходимости – изучить пайку и другие специальные технологии.

Обозначение проводов и их соединений на схемах

Электрические провода выполняют функцию объединения всех электронных элементов в единую цепь. Они выполняют роль «трубопровода» — снабжают электронные компонент электронами. Провода характеризуются множеством параметров: сечением, материалом, изоляцией и т.п. Мы же будем иметь дело с монтажными гибкими проводами.

На печатных платах проводами служат токопроводящие дорожки. Вне зависимости от вида проводника (проволока или дорожка) на чертежах электрических схем они обозначаются единым образом – прямой линией.

Например, для того, что бы засветить лампу накаливания необходимо напряжение от аккумуляторной батареи подвести с помощью соединительных проводов к лампочке. Тогда цепь будет замкнута и в ней начнет протекать ток, который вызовет нагрев нити лампы накаливания до свечения.

Проводник принять обозначать прямой линией: горизонтальной или вертикальной. Согласно стандарту, провода или токоведущие дорожки могут изображаться под углом 90 или 135 градусов.

В разветвленных цепях проводники часто пересекаются. Если при этом не образуется электрическая связь, то точка в месте пересечения не ставится.

Если в месте пересечения проводников образуется электрическая связь, то это место обозначается точкой, называемой электрическим узлом. В узле могут пересекаться одновременно несколько проводников. Здесь я советую познакомиться с первым законом Кирхгофа.

Платные программы для черчения электросхем

Точечная сварка для аккумуляторов своими руками

Такие программные продукты выбирают очень тщательно. При сравнительном анализе рекомендуется уточнить срок действия, функционал и другие особенности платных версий.

DipTrace для разработки печатных плат

Программа по сумме потребительских параметров соответствует профессиональной категории. На основе созданной электрической схемы она в автоматическом режиме подготовит печатную плату, покажет объемный макет конструкции. В ходе проектирования без вмешательства пользователя корректируется взаимное расположение компонентов с учетом теплового режима.


DipTrace

SPlan

В бесплатной версии вывод на печать и сохранение проектов заблокированы. Однако выполнить соответствующие операции несложно с применением снимка экрана. Полноценная версия предлагает расширенные функции, возможность оперативного пополнения базы данных компонентов с официального сайта разработчика.


SPlan – режим редактирования электрической схемы

Обозначение общего провода

В сложных электрических цепях с целью улучшения читаемости схемы часто проводники, соединенные с отрицательной клеммой источника питания, не изображают. А вместо них применяют знаки, обозначающие отрицательных провод, который еще называют общий или масса или шасси или земля.

Рядом со знаком заземления часто, особенно в англоязычных схемах, делается надпись GND, сокращенно от GRAUND – земля.

Однако следует знать, что общий провод не обязательно должен быть отрицательным, он также может быть и положительным. Особенно часто за положительный общий провод принимался в старых советских схемах, в которых преимущественно использовались транзисторы p—n—p структуры.

Поэтому, когда говорят, что потенциал в какой-то точке схемы равен какому-то напряжению, то это означает, что напряжение между указанной точкой и «минусом» блока питания равен соответствующему значению.

Например, если напряжение в точке 1 равно 8 В, а в точке 2 оно имеет величину 4 В, то нужно положительный щуп вольтметра установить в соответствующую точку, а отрицательный – к общему проводу или отрицательной клемме.

Таким подходом довольно часто пользуются, поскольку это очень удобно с практической точки зрения, так как достаточно указать только одну точку.

Особенно часто это применяется при настройке или регулировке радиоэлектронной аппаратуре. Поэтому учиться читать электрические схемы гораздо проще, пользуясь потенциалами в конкретных точках.

Блоки питания.

Блок питания — это очень важная часть, любого электронного устройства. Для питания полупроводниковых схем необходимо преобразовать переменное напряжение питающей сети — понизить(в большенстве случаев), выпрямить и сгладить — сделав постоянным, с минимумом сетевых пульсаций. Стабилизировать — минимизирововав воздействия скачков напряжения питающей сети, и тока нагрузки.

Простейший нестабилизированный блок питания.

В некоторых случаях, когда ток нагрузки постоянен(или невелик) можно обойтись блоком питания, без стабилизации выходного напряжения. Подобное устройство состоит из понижающего сетевого трансформатора, диодного моста и сглаживающего фильтра. Вот так, может выглядеть его схема.

В качестве сетевого понижающего трансформатора можно использовать любой, подходящий по мощности и напряжению. Диодный мост в виде отдельной сборки, выбирается с заявленным рабочим током в два раза больше расчетного. Если диодный мост составлен из отдельных диодов — рабочий ток равен расчетному. Необходимо учесть, что напряжение после сглаживающего фильтра(электролит. конденсатор С1) будет в 1,4 раз превышать напряжение на выходе диодного моста. Электролитический конденсатор подбирается с номинальным напряжением — в два раза выше выходного напряжения блока. Емкость конденсатора зависит от силы потребляемого тока и напряжения питания. Ее можно подобрать экспериментальным путем — подставляя дополнительные конденсаторы, добиваясь снижения пульсации до приемлемых пределов.

Стабилизированный блок питания.

Схему блока питания можно усовершенствовать, добавив элементы стабилизации. Простая схема стабилизации может выглядеть вот так:

Выходное напряжение трансформатора, должно быть выше номинального напряжения стабилизации в 1,5 — 2 раза. Номинал сопротивления резистора подбирается таким образом, что бы ток протекающий через стабилитрон, не превышал номинально допустимый. Номинал тока резистора, так же, должен быть соответствующим. Напряжение стабилизации стабилитрона — расчетное напряжение блока питания, минус падение напряжения на переходе транзистора. Номинальный ток стабилизации стабилитрона — расчетный максимальный ток блока питания, деленный на коэффициент усиления транзистора. Параллельно стабилитрону подключается емкость 100нФ, для шунтирования помех. Транзистор — мощный, с радиатором, подходящий по току и напряжению.

Другой вариант подобного блока питания — с использованием интегрального стабилизатора(микросхемы) серии КРЕ(отечественная) или импортного аналога -IC4 78.

Конденсаторы С2 и С3 — номиналом 100нФ, для шунтирования помех.

Условное графическое обозначение радиодеталей

Основу любого электронного устройства составляют радиодетали. К ним относятся резисторы, светодиоды, транзисторы, конденсаторы, различные микросхемы и т. д. Чтобы научиться читать электрические схемы нужно хорошо знать условные графические обозначения всех радиодеталей.

Для примера рассмотрим следующий чертеж. Он состоит из батареи гальванических элементов GB1, резистора R1 и светодиода VD1. Условное графическое обозначение (УГО) резистора имеет вид прямоугольника с двумя выводами. На чертежах он обозначается буквой R, после которой ставится его порядковый номер, например R1, R2, R5 и т. д.

Поскольку важным параметром резистора помимо сопротивления является мощность рассеивания, то ее значение также указывается в обозначении.

УГО светодиода имеет вид треугольника с риской у его вершины; и двумя стрелочками, острия которых направлены от треугольника. Один вывод светодиода называется анодом, а второй – катодом.

Светодиод, как и «обычный» диод, пропускает ток только в одном направлении – от анода к катоду. Данный полупроводниковый прибор обозначается VD, а его тип указывается в спецификации или в описании к схеме. Характеристики конкретного типа светодиода приводятся в справочниках или «даташитах».

Приемники.

Простейший детекторный приемник.

Описание позволяющее собрать простейший детекторный приемник, способный принимать радиостанции средне и длинноволнового диапазонов с помощью наружней антенны и заземления.

Детекторный приемник с усилителем.

Схема детекторного приемника с усилительным каскадом на составном транзисторе, дающего возможность громкоговорящего приема местных средне и длинноволновых радиостанций.

УКВ приемник на одном транзисторе.

Схема позволяющая собрать сверхрегенеративный приемник позволяющий прослушивать местные радиостанции УКВ диапазона используя высокоомные телефоны(наушники).

Регенеративный приемник на трех транзисторах.

Простая схема коротковолнового регенеративного приемника, из широкораспостраненных радиодеталей.

Приемник FM на микросхеме CXA1238S(стерео).

Как читать электрические схемы реально

Давайте вернемся к простейшей схеме, состоящей из батареи гальванических элементов GB1, резистора R1 и светодиода VD1.

Как мы видим – цепь замкнута. Поэтому в ней протекает электрический ток I, который имеет одинаковое значение, поскольку все элементы соединены последовательно. Направление электрического тока I от положительной клеммы GB1 через резистор R1, светодиод VD1 к отрицательной клемме.

Назначение всех элементов вполне понятно. Конечной целью является свечение светодиода. Однако, чтобы он не перегрелся и не вышел из строя резистор ограничивает величину тока.

Величина напряжения, согласно второму закона Кирхгофа, на всех элементах может отличаться и зависит от сопротивления резистора R1 и светодиод VD1.

Если измерить вольтметром напряжение на R1 и VD1, а затем полученные значения сложить, то их сумма будет равна напряжению на GB1: V1 = V2 + V3.

Соберем по данному чертежу реальное устройство.

Как читать электрические схемы с минимальным набором радиодеталей мы разобрались. Теперь можем перейти к более сложному варианту.

Добавляем радиодетали

Рассмотрим следующую схему, состоящую из четырех параллельных ветвей. Первая представляет собой лишь аккумуляторную батарею GB1, напряжением 4,5 В. Во второй ветви последовательно соединены нормально замкнутые контакты K1.1 электромагнитного реле K1, резистора R1 и светодиода VD1. Далее по чертежу находится кнопка SB1.

Третья параллельная ветвь состоит из электромагнитного реле K1, шунтированного в обратном направлении диодом VD2.

В четвертой ветви имеются нормально разомкнутые контакты K1.2 и бузер BA1.

Здесь присутствуют элементы, ранее нами не рассмотрены в данной статье: SB1 – это кнопка без фиксации положения. Пока она нажата ее, контакты замкнуты. Но как только мы перестанем нажимать и уберем палец с кнопки, контакты разомкнутся. Такие кнопки еще называют тактовыми.

Следующий элемент– это электромагнитное реле K1. Принцип работы его заключается в следующем. Когда на катушку подано напряжение, замыкаются его разомкнутые контакты и размыкаются замкнутые контакты.

Все контакты, которые соответствуют реле K1, обозначаются K1.1, K1.2 и т. д. Первая цифра означает принадлежность их соответствующему реле.

Бузер

Следующий элемент, ранее не знакомый нам, — это бузер. Бузер в какой-то степени можно сравнить с маленьким динамиком. При подаче переменного напряжения на его выводы раздается звук соответствующей частоты. Однако в нашей схеме отсутствует переменное напряжение. Поэтому мы будем применять активный бузер, который имеет встроенный генератор переменного тока.

Пассивный бузер – для переменного тока.

Активный бузер – для постоянного тока.

Активный бузер имеет полярность, поэтому следует ее придерживаться.

Теперь мы уже можем рассмотреть, как читать электрическую схему в целом.

В исходном состоянии контакты K1.1 находятся в замкнутом положении. Поэтому ток протекает по цепи от GB1 через K1.1, R1, VD1 и возвращается снова к GB1.

При нажатии кнопки SB1 ее контакты замыкаются, и создается путь для протекания тока через катушку K1. Когда реле получило питание ее нормально замкнутые контакты K1.1 размыкаются, а нормально замкнутые контакты K1.2 замыкаются. В результате гаснет светодиод VD1 и раздается звук бузера BA1.

Теперь вернемся к параметрам электромагнитного реле K1. В спецификации или на чертеже обязательно указывается серия применяемого реле, например HLS‑4078‑DC5V. Такое реле рассчитано на номинальное рабочее напряжение 5 В. Однако GB1 = 4,5 В, но реле имеет некоторый допустимы диапазон срабатывания, поэтому оно будет хорошо работать и при напряжении 4,5 В.

Для выбора бузера часто достаточно знать лишь его напряжение, однако иногда нужно знать и ток. Также следует не забывать и о его типе – пассивный или активный.

Диод VD2 серии 1N4148 предназначен для защиты элементов, которые производят размыкание цепи, от перенапряжения. В данном случае можно обойтись и без него, поскольку цепь размыкает кнопка SB1. Но если ее размыкает транзистор или тиристор, то VD2 нужно обязательно устанавливать.

Усилители на TDA с небольшим описанием

Подборка усилителей на микросхемах серии TDA. Серия TDA знаменита своими микросхемами, которые позволяют собрать усилители любого класса и любой сложности.

Усилитель на TDA2005 или TDA2004

Усилитель звука выполнен по мостовой схеме.

В нем предусмотрена защита выходного каскада от короткого замыкания, термозащита (отключение при перегреве в результате больших нагрузок), защита от скачков напряжения до 40 В, а также защита от отключения общего провода.

В этом усилителе присутствует защита оконечного каскада от замыкания. А также предусмотрена термозащита, которая отключает усилитель при перегреве во время больших нагрузок. Еще есть защита от скачков до 40 вольт, и защита от случайного отсоединения общего провода.

Назначение выводов
Номер выводаНазначение
1Неинвертирующий вход 1
2Инвертирующий вход 1
3Вывод фильтра
4Инвертирующий вход 2
5Неинвертирующий вход 2
6Общий
7Вход обратной связи 2
8Выход 2
9Напряжение питания
10Выход 1
11Вход обратной связи
Характеристики микросхемы
ПараметрЗначение
Uпит8 — 18 В
Iвых1 А
Iпокоя50 мА
Pвых20 Вт
Rвх100 кОм
Коэффициент усиления48 дБ
Полоса частот20 — 20 000 Гц
Коэффициент гармоник0,5
Rнагр4 Ом

Мощный УНЧ на TDA8924

Высокая эффективность усилителя (около 90 %) и широкий диапазон рабочего напряжения (+-30 В).

У этой микросхемы много преимуществ:

  • Низкий ток потребления;
  • Малые искажениях;
  • Постоянный коэффициент усиления порядка 28 дБ;
  • Выходная мощность стерео 2х50 Вт;
  • Хорошее подавление пульсаций;
  • Есть возможность внешней синхронизации;
  • Отсутствие помех при включении/выключении;
  • Защита от короткого замыкания;
  • Можно ограничить выходную мощность;
  • Защита от перегрева;
  • И защита от электростатики на всех выводах.
Характеристики микросхемы
ПараметрОбозначениеМинимальноеСреднееМаксимальноеЕдиница измерения
Напряжение питанияUпит+-12,5+-24+-30В
Ток потребления в холостом режимеIпотр100мА
КПД83%
Выходная мощность120Вт
Выходная мощность в режиме моста240Вт

Двухканальный усилитель звука на TDA8920

У этой схемы высокая эффективность (порядка 90%) и широкий диапазон напряжения (около +-30 В).

Преимущества схемы

Схема простая и ее основой служит микросхема TDA8920.

Эта микросхема обладает следующими особенностями:

  • Низкий ток потребления;
  • Небольшие искажения сигнала;
  • Постоянный коэффициент усиления схемы УНЧ с этой микросхемой будет равен 30 дБ;
  • Выходная мощность 2х50 Вт;
  • Можно сделать ограничитель на выходную мощность;
  • Хорошее подавление пульсаций;
  • Возможность включения микросхемы в режиме стерео или в мостовом режиме;
  • Дифференциальные аудиовходы;
  • Защита от замыкания;
  • Защита от высоких температур во время работы;
  • Обладает защитой от электростатических разрядов на всех выводах.

Учимся читать схемы с транзисторами

На данном чертеже мы видим транзистор VT1 и двигатель M1. Для определенности будем применять транзистор типа 2N2222, который работает в режиме электронного ключа.

Чтобы транзистор открылся, нужно на его базу подать положительный потенциал относительно эмиттера – для n—p—n типа; для p—n—p типа нужно подавать отрицательный потенциал относительно эмиттера.

Кнопка SA1 с фиксацией, то есть он сохраняет свое положение после нажатия. Двигатель M1 постоянного тока.

В исходном состоянии цепь разомкнута контактами SA1. При нажатии кнопки SA1 создается несколько путей протеканию тока. Первый путь – «+» GB1 – контакты SA1 – резистор R1 – переход база-эмиттер транзистора VT1 – «-» GB1. Под действием протекающего тока через переход база-эмиттер транзистор открывается и образуется второй путь току – «+»GB1 – SA1 – катушка реле K1 – коллектор-эмиттер VT1 – «-» GB1.

Получив питание, реле K1 замыкает свои разомкнутые контакты K1.1 в цепи двигателя M1. Таким образом, создается третий путь: «+» GB1 – SA1 – K1.1 – M1 – «-» GB1.

Теперь давайте все подытожим. Для того чтобы научиться читать электрические схемы, на первых порах достаточно лишь четко понимать законы Кирхгофа, Ома, электромагнитной индукции; способы соединения резисторов, конденсаторов; также следует знать назначение всех элементом. Также поначалу следует собирать те устройства, на которые имеются максимально подробные описания назначения отдельных компонентов и узлов.

Разобраться в общем подходе к разработке электронных устройств по чертежам, с множеством практических и наглядных примеров поможет мой очень полезный для начинающих курс Как читать электрические схемы и создавать электронные устройства. Пройдя данный курс, Вы сразу почувствуете, что перешли от новичка на новый уровень.

Помогите проекту. Поделитесь с друзьями.

Однокаскадные преобразователи напряжения

Наиболее простая схема однокаскадного преобразователя напряжения на основе автогенератора показана на рис. 1. Этот вид генераторов получил название блокинг-генераторов. Фазовый сдвиг для обеспечения условия возникновения колебаний в нем обеспечивается определенным включением обмоток.

Рис. 1. Схема преобразователя напряжения с трансформаторной обратной связь.

Аналог транзистора 2N3055 — КТ819ГМ. Блокинг-генератор позволяет получать короткие импульсы при большой скважности. По форме эти импульсы приближаются к прямоугольным.

Емкости колебательных контуров блокинг-гене-ратора, как правило, невелики и обусловлены межвитковыми емкостями и емкостью монтажа. Предельная частота генерации блокинг-генератора — сотни кГц. Недостатком этого вида генераторов является выраженная зависимость частоты генерации от изменения питающего напряжения.

Резистивный делитель в цепи базы транзистора преобразователя (рис. 1) предназначен для создания начального смещения. Несколько видоизмененный вариант преобразователя с трансформаторной обратной связью представлен на рис. 2.

Рис. 2. Схема основного (промежуточного) блока источника высоковольтного напряжения на основе автогенераторного преобразователя.

Автогенератор работает на частоте примерно 30 кГц. На выходе преобразователя формируется напряжение амплитудой до 1 кВ (определяется числом витков повышающей обмотки трансформатора).

Трансформатор Т1 выполнен на диэлектрическом каркасе, вставляемом в броневой сердечник Б26 из феррита М2000НМ1 (М1500НМ1). Первичная обмотка содержит 6 витков; вторичная обмотка — 20 витков провода ПЭЛШО диаметром 0,18 мм (0,12…0,23 мм).

Повышающая обмотка для достижения выходного напряжения величиной 700…800 В имеет примерно 1800 витков провода ПЭЛ диаметром 0,1 мм. Через каждые 400 витков при намотке укладывается диэлектрическая прокладка из конденсаторной бумаги, слои пропитывают конденсаторным или трансформаторным маслом. Места выводов катушки заливают парафином.

Этот преобразователь может быть использован в качестве промежуточного для питания последующих ступеней формирования высокого напряжения (например с электрическими разрядниками или тиристорами).

Следующий преобразователь напряжения (США) также выполнен на одном транзисторе (рис. 3). Стабилизация напряжения смещения базы осуществляется тремя последовательно включенными диодами VD1 — VD3 (прямое смещение).

Рис. 3. Схема преобразователя напряжения с трансформаторной обратной связью.

Коллекторный переход транзистора VT1 защищен конденсатором С2, кроме того, параллельно коллекторной обмотке трансформатора Т1 подключена цепочка из диода VD4 и стабилитрона VD5.

Генератор вырабатывает импульсы, по форме близкие к прямоугольным. Частота генерации составляет 10 кГц и определяется величиной емкости конденсатора C3. Аналог транзистора 2N3700 — КТ630А.

Двухтактные преобразователи напряжения

Схема двухтактного трансформаторного преобразователя напряжения показана на рис. 4. Аналог транзистора 2N3055 — КТ819ГМ. Трансформатор высоковольтного преобразователя (рис. 4) может быть выполнен с использованием ферритового незамкнутого сердечника круглого или прямоугольного сечения, а также на основе телевизионного строчного трансформатора.

При использовании ферритового сердечника круглой формы диаметром 8 мм число витков высоковольтной обмотки в зависимости от требуемой величины выходного напряжения может достигать 8000 витков провода диаметром 0,15…0,25 мм. Коллекторные обмотки содержат по 14 витков провода диаметром 0,5…0,8 мм.

Рис. 4. Схема двухтактного преобразователя с трансформаторной обратной связью.

Рис. 5. Вариант схемы высоковольтного преобразователя с трансформаторной обратной связью.

Обмотки обратной связи (базовые обмотки) содержат по 6 витков такого же провода. При подключении обмоток следует соблюдать их фазировку. Выходное напряжение преобразователя — до 8 кВ.

В качестве транзисторов преобразователя могут быть использованы транзисторы отечественного производства, например, КТ819 и им подобные.

Вариант схемы аналогичного преобразователя напряжения показан на рис. 5. Основное различие заключается в цепях подачи смещения на базы транзисторов.

Число витков первичной (коллекторной) обмотки — 2×5 витков диаметром 1,29 мм, вторичной — 2×2 витков диаметром 0,64 мм. Выходное напряжение преобразователя целиком определяется числом витков повышающей обмотки и может достигать 10…30 кВ.

Преобразователь напряжения А. Чаплыгина не содержит резисторов (рис. 6). Он питается от батареи напряжением 5 6 и способен отдавать в нагрузку до 1 А при напряжении 12 В.

Рис. 6. Схема простого высокоэффективного преобразователя напряжения с питанием от батареи 5 В.

Диодами выпрямителя служат переходы транзисторов автогенератора. Устройство способно работать и при пониженном до 1 В напряжении питания.

Для маломощных вариантов преобразователя можно использовать транзисторы типа КТ208, КТ209, КТ501 и другие. Максимальный ток нагрузки не должен превышать максимального тока базы транзисторов.

Диоды VD1 и VD2 — не обязательны, однако позволяют получить на выходе дополнительное напряжение 4,2 В отрицательной полярности. КПД устройства около 85%. Трансформатор Т1 выполнен на кольце К18x8x5 2000НМ1. Обмотки I и II имеют по 6, III и IV — по 10 витков провода ПЭЛ-2 0,5.

Преобразователь по схеме индуктивной трехточки

Преобразователь напряжения (рис. 7) выполнен по схеме индуктивной трехточки и предназначен для измерений высокоомных сопротивлений и позволяет получить на выходе не-стабилизированное напряжение 120… 150 В.

Потребляемый преобразователем ток около 3…5 мА при напряжении питания 4,5 В. Трансформатор для этого устройства может быть создан на основе телевизионного трансформатора БТК-70.

Рис. 7. Схема преобразователя напряжения по схеме индуктивной трехтонки.

Его вторичную обмотку удаляют, взамен нее наматывают низковольтную обмотку преобразователя — 90 витков (два слоя по 45 витков) провода ПЭВ-1 0,19…0,23 мм. Отвод от 70-го витка снизу по схеме. Резистор R1 — величиной 12…51 кОм.

Слаботочный преобразователь напряжения на 440В

Слаботочный преобразователь напряжения для питания газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера может быть собран по схеме на рис. 12. Преобразователь представляет собой транзисторный блокинг-генератор с дополнительной повышающей обмоткой. Импульсы с этой обмотки заряжают конденсатор C3 через выпрямительные диоды VD2, VD3 до напряжения 440 В.

Конденсатор C3 должен быть либо слюдяным, либо керамическим, на рабочее напряжение не ниже 500 В. Длительность импульсов блокинг-генератора примерно 10 мкс. Частота следования импульсов (десятки Гц) зависит от постоянной времени цепи R1, С2.

Рис. 12. Схема слаботочного преобразователя напряжения для питания газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера.

Магнитопровод трансформатора Т1 изготавливают из двух склеенных вместе ферритовых колец К16x10x4,5 3000НМ и изолируют его слоем лакоткани, тефлона или фторопласта.

В начале наматывают внавал обмотку III — 420 витков провода ПЭВ-2 0,07, заполняя магнитопровод равномерно. Поверх обмотки III накладывают слой изоляции. Обмотки I (8 витков) и II (3 витка) наматывают любым проводом поверх этого слоя, их также следует возможно равномернее распределить по кольцу.

Следует обратить внимание на правильную фазировку обмоток, она должна быть выполнена до первого включения. При сопротивлении нагрузки порядка единиц МОм преобразователь потребляет ток 0,4… 1,0 мА.

Преобразователь напряжения с ШИМ управлением

На рис. 9 показана схема преобразователя стабилизированного напряжения с широтно-импульсным управлением. Преобразователь сохраняет работоспособность при уменьшении напряжения батареи с 9…. 12 до 3В. Такой преобразователь оказывается наиболее пригодным при батарейном питании аппаратуры.

КПД стабилизатора — не менее 70%. Стабилизация сохраняется при уменьшении напряжения источника питания ниже выходного стабилизированного напряжения преобразователя, чего не может обеспечить традиционный стабилизатор напряжения. Принцип стабилизации, использованный в данном преобразователе напряжения.

Рис. 9. Схема преобразователя стабилизированного напряжения с ШИМ управлением.

При включении преобразователя ток через резистор R1 открывает транзистор ѴТ1, коллекторный ток которого, протекая через обмотку II трансформатора Т1, открывает мощный транзистор ѴТ2. Транзистор ѴТ2 входит в режим насыщения, и ток через обмотку I трансформатора линейно увеличивается.

В трансформаторе происходит накопление энергии. Через некоторое время транзистор ѴТ2 переходит в активный режим, в обмотках трансформатора возникает ЭДС самоиндукции, полярность которой противоположна приложенному к ним напряжению (магнитопровод трансформатора не насыщается).

Транзистор ѴТ2 лавинообразно закрывается и ЭДС самоиндукции обмотки I через диод VD2 заряжает конденсатор C3. Конденсатор С2 способствует более четкому закрыванию транзистора. Далее процесс повторяется.

Через некоторое время напряжение на конденсаторе C3 увеличивается настолько, что открывается стабилитрон VD1, и базовый ток транзистора ѴТ1 уменьшается, при этом уменьшается ток базы, а значит, и коллекторный ток транзистора ѴТ2.

Поскольку накопленная в трансформаторе энергия определяется коллекторным током транзистора ѴТ2, дальнейшее увеличение напряжения на конденсаторе C3 прекращается. Конденсатор разряжается через нагрузку. Таким образом на выходе преобразователя поддерживается постоянное напряжение. Выходное напряжение задает стабилитрон VD1. Частота преобразования изменяется в пределах 20… 140 кГц.

Мостовые выпрямители

: что это такое? (Принципиальная схема и принцип работы)

Что такое мостовой выпрямитель?

Мостовые выпрямители — это схемы, которые преобразуют переменный ток (AC) в постоянный (DC) с помощью диодов, расположенных по схеме мостовой схемы. Мостовые выпрямители обычно состоят из четырех или более диодов. Генерируемая выходная волна имеет одинаковую полярность независимо от полярности на входе.

Мостовые выпрямители относятся к тому же классу электроники, что и однополупериодные и двухполупериодные выпрямители.На рисунке 1 показан такой мостовой выпрямитель, состоящий из четырех диодов D 1 , D 2 , D 3, и D 4 , в котором вход подается на две клеммы A и B на рисунке, а выход — собраны на нагрузочном резисторе R L , подключенном между выводами C и D.

Теперь рассмотрим случай, когда положительный импульс появляется на входе переменного тока, т.е. вывод A является положительным, а вывод B — отрицательным. Это вызывает прямое смещение диодов D 1 и D 3 , и в то же время диоды D 2 и D 4 будут смещены в обратном направлении.

В результате ток течет по короткозамкнутому пути, создаваемому диодами D 1 и D 3 (считая диоды идеальными), как показано на рисунке 2a. Таким образом, напряжение, развиваемое на нагрузочном резисторе R L , будет положительным на конце, подключенном к клемме D, и отрицательным на конце, подключенном к клемме C.

Затем, если отрицательный импульс появляется на входе переменного тока, тогда клеммы A и B отрицательны и положительны соответственно.Это прямое смещение смещает диоды D 2 и D 4 , а обратное смещение D 1 и D 3 , что заставляет ток течь в направлении, показанном на рисунке 2b.

В этот момент следует отметить, что полярность напряжения, развиваемого на R L , идентична полярности, возникающей, когда входящий импульс переменного тока был положительным по своей природе. Это означает, что как для положительного, так и для отрицательного импульса выход мостового выпрямителя будет идентичным по полярности, как показано формами волны на рисунке 3.


Однако следует отметить, что постоянный ток мостового выпрямителя будет пульсирующим по своей природе. Чтобы получить постоянный ток в чистом виде, необходимо использовать конденсатор в сочетании с мостовой схемой (рис. 4).

В этой конструкции положительный импульс на входе заставляет конденсатор заряжаться через диоды D 1 и D 3 . Однако когда отрицательный импульс поступает на вход, заряд конденсатора прекращается, и он начинает разряжаться через R L .

Это приводит к генерации выходного сигнала постоянного тока, который будет иметь пульсации, как показано на рисунке. Этот коэффициент пульсаций определяется как отношение составляющей переменного тока к составляющей постоянного тока в выходном напряжении. Кроме того, математическое выражение для пульсирующего напряжения дается уравнением

Где,
В r представляет пульсирующее напряжение.
I l представляет ток нагрузки.
f представляет частоту пульсации, которая будет вдвое больше входной частоты.
C — емкость.

Кроме того, мостовые выпрямители в основном бывают двух типов, а именно: однофазные выпрямители и трехфазные выпрямители. Кроме того, каждый из них может быть либо неконтролируемым, либо полууправляемым, либо полностью управляемым.

Мостовые выпрямители для конкретного применения выбираются с учетом требований тока нагрузки. Эти мостовые выпрямители весьма выгодны, поскольку они могут быть сконструированы с трансформатором или без него и подходят для приложений высокого напряжения.

Однако здесь два диода будут проводить каждый полупериод, и, следовательно, падение напряжения на диодах будет выше. Наконец, следует отметить, что помимо преобразования переменного тока в постоянный, мостовые выпрямители также используются для определения амплитуды модулированных радиосигналов и подачи поляризованного напряжения для сварочных работ.

Как работает выпрямитель?

Обновлено 28 декабря 2020 г.

Автор С. Хуссейн Атер

Вы можете задаться вопросом, как линии электропередач посылают электрические токи на большие расстояния для различных целей.И есть разные «виды» электричества. Электроэнергия, питающая электрические железнодорожные системы, может не подходить для бытовых приборов, таких как телефоны и телевизоры. Выпрямители помогают, преобразуя эти разные типы электричества.

Мостовой выпрямитель и выпрямительный диод

Выпрямители позволяют преобразовывать переменный ток (AC) в постоянный (DC). Переменный ток — это ток, который переключается между течением вперед и назад через равные промежутки времени, в то время как постоянный ток течет в одном направлении.Обычно они используют мостовой выпрямитель или выпрямительный диод.

Все выпрямители используют P-N переходов , полупроводниковые устройства, которые пропускают электрический ток только в одном направлении от образования полупроводников p-типа с полупроводниками n-типа. Сторона «p» имеет избыток дырок (места, где нет электронов), поэтому она заряжена положительно. Сторона «n» отрицательно заряжена электронами в их внешних оболочках.

Многие схемы с этой технологией построены с мостовым выпрямителем .Мостовые выпрямители преобразуют переменный ток в постоянный, используя систему диодов, изготовленных из полупроводникового материала, либо полуволновым методом, который выпрямляет одно направление переменного сигнала, либо полноволновым методом, который выпрямляет оба направления входного переменного тока.

Полупроводники — это материалы, которые пропускают ток, потому что они сделаны из металлов, таких как галлий, или металлоидов, таких как кремний, которые загрязнены такими материалами, как фосфор, в качестве средства контроля тока. Вы можете использовать мостовой выпрямитель для различных применений в широком диапазоне токов.

Мостовые выпрямители также имеют то преимущество, что выдают больше напряжения и мощности, чем другие выпрямители. Несмотря на эти преимущества, мостовые выпрямители страдают от необходимости использовать четыре диода с дополнительными диодами по сравнению с другими выпрямителями, что вызывает падение напряжения, которое снижает выходное напряжение.

Кремниевые и германиевые диоды

Ученые и инженеры обычно используют кремний при создании диодов чаще, чем германий. Кремниевые p-n-переходы работают более эффективно при более высоких температурах, чем германиевые.Кремниевые полупроводники позволяют более легко протекать электрическому току и могут быть созданы с меньшими затратами.

Эти диоды используют p-n-переход для преобразования переменного тока в постоянный как своего рода электрический «переключатель», который позволяет току течь в прямом или обратном направлении в зависимости от направления p-n-перехода. Диоды с прямым смещением позволяют току продолжать течь, в то время как диоды с обратным смещением блокируют его. Это то, что заставляет кремниевые диоды иметь прямое напряжение около 0,7 вольт, так что они пропускают ток, только если он превышает вольт.Для германиевых диодов прямое напряжение составляет 0,3 В.

Анодный вывод батареи, электрода или другого источника напряжения, где в цепи происходит окисление, снабжает отверстия катодом диода при формировании p-n перехода. Напротив, катод источника напряжения, где происходит восстановление, обеспечивает электроны, которые отправляются на анод диода.

Схема полуволнового выпрямителя

Вы можете изучить, как полуволновые выпрямители соединены в схемах, чтобы понять, как они работают.Полупериодные выпрямители переключаются между прямым и обратным смещением в зависимости от положительного или отрицательного полупериода входной волны переменного тока. Он отправляет этот сигнал на нагрузочный резистор, так что ток, протекающий через резистор, пропорционален напряжению. Это происходит из-за закона Ома, который представляет напряжение В как произведение тока I и сопротивления R в

В = IR

Напряжение на нагрузочном резисторе можно измерить как напряжение питания В с , что равно выходному напряжению постоянного тока В на выходе .Сопротивление, связанное с этим напряжением, также зависит от диода самой схемы. Затем схема выпрямителя переключается на обратное смещение, в котором она принимает отрицательный полупериод входного сигнала переменного тока. В этом случае ток не течет через диод или схему, и выходное напряжение падает до 0. Таким образом, выходной ток является однонаправленным.

Схема двухполупериодного выпрямителя

••• Syed Hussain Ather

Двухполупериодные выпрямители, напротив, используют полный цикл (с положительными и отрицательными полупериодами) входного сигнала переменного тока.Четыре диода в схеме двухполупериодного выпрямителя расположены так, что, когда входной сигнал переменного тока является положительным, ток течет через диод от D 1 к сопротивлению нагрузки и обратно к источнику переменного тока через Д 2 . Когда сигнал переменного тока отрицательный, ток принимает вместо этого путь D 3 -load- D 4 . Сопротивление нагрузки также выводит напряжение постоянного тока от двухполупериодного выпрямителя.

Среднее значение напряжения двухполупериодного выпрямителя в два раза больше, чем у полуволнового выпрямителя, а среднеквадратичное значение напряжения (метод измерения переменного напряжения) двухполупериодного выпрямителя в √2 раза больше, чем у двухполупериодного выпрямителя. однополупериодный выпрямитель.

Компоненты и приложения выпрямителя

Большинство электронных приборов в вашем доме используют переменный ток, но некоторые устройства, такие как ноутбуки, перед использованием преобразуют этот ток в постоянный. В большинстве ноутбуков используется источник питания с переключаемым режимом (SMPS), который позволяет выходному напряжению постоянного тока больше мощности для размера, стоимости и веса адаптера.

SMPS работают с использованием выпрямителя, генератора и фильтра, которые управляют широтно-импульсной модуляцией (метод уменьшения мощности электрического сигнала), напряжением и током.Генератор — это источник сигнала переменного тока, по которому вы можете определить амплитуду тока и направление, в котором он течет. Затем адаптер переменного тока ноутбука использует это для подключения к источнику переменного тока и преобразует высокое напряжение переменного тока в низкое напряжение постоянного тока, форму, которую он может использовать для питания самого себя во время зарядки.

В некоторых выпрямительных системах также используется сглаживающая цепь или конденсатор, который позволяет им выдавать постоянное напряжение, а не то, которое изменяется во времени. Электролитический конденсатор сглаживающих конденсаторов может достигать емкости от 10 до тысяч микрофарад (мкФ).Для большего входного напряжения требуется большая емкость.

В других выпрямителях используются трансформаторы, которые изменяют напряжение, используя четырехслойные полупроводники, известные как тиристоры , наряду с диодами. Выпрямитель с кремниевым управлением , другое название тиристора, использует катод и анод, разделенные затвором и его четырьмя слоями, для создания двух p-n-переходов, расположенных один поверх другого.

Использование выпрямительных систем

Типы выпрямительных систем различаются в зависимости от приложений, в которых необходимо изменять напряжение или ток.Помимо уже рассмотренных приложений, выпрямители находят применение в паяльном оборудовании, электросварке, радиосигналах AM, генераторах импульсов, умножителях напряжения и схемах питания.

Паяльники, которые используются для соединения частей электрических цепей, используют полуволновые выпрямители для одного направления входного переменного тока. Методы электросварки, в которых используются мостовые выпрямительные схемы, являются идеальными кандидатами для обеспечения стабильного поляризованного постоянного напряжения.

AM-радио, которое модулирует амплитуду, может использовать полуволновые выпрямители для обнаружения изменений входного электрического сигнала.В схемах генерации импульсов, которые генерируют прямоугольные импульсы для цифровых схем, используются полуволновые выпрямители для изменения входного сигнала.

Выпрямители в цепях питания преобразуют переменный ток в постоянный от различных источников питания. Это полезно, поскольку постоянный ток обычно передается на большие расстояния, прежде чем он будет преобразован в переменный ток для бытовой электроэнергии и электронных устройств. В этих технологиях широко используется мостовой выпрямитель, который может справляться с изменением напряжения.

Схема мостового выпрямителя — основы электроники

В этом уроке мы поговорим о выпрямителях! Мы изучим основы их работы, а затем построим схему мостового выпрямителя из четырех диодов, которые можно будет использовать в ваших проектах для преобразования переменного тока в постоянный.

В предыдущем уроке мы говорили о диодах и о том, как они работают, чтобы контролировать направление, в котором ток может течь в цепи. Затем мы опирались на эти знания, чтобы создать схему зарядного устройства USB, которую можно использовать для питания стандартных USB-устройств путем преобразования 120 В переменного тока (или 220 В переменного тока) в регулируемое напряжение 5 В постоянного тока.

Давайте сделаем еще один шаг и расскажем о различных типах выпрямителей и о том, как их можно использовать в своих проектах.

Что такое мостовой выпрямитель?

Согласно определению из учебника, «диодный мост» состоит из четырех диодов в конфигурации мостовой схемы , которая обеспечивает одинаковую полярность выхода для любой полярности входа.Другими словами, гребневой выпрямитель преобразует переменный ток (AC) в постоянный (DC). Мостовые выпрямители обычно используются в источниках питания для преобразования электричества из настенной розетки в электричество постоянного тока, которое может использоваться устройствами бытовой электроники, такими как стереосистема, компьютер или телевизор.

Конечно, это не так-то просто для начинающих. Мы немного разберем это, чтобы действительно понять, что здесь происходит, но прежде, чем мы это сделаем, давайте рассмотрим основные типы выпрямительных схем.

Типы мостовых выпрямителей

Мостовые выпрямители можно разделить на несколько различных типов на основе некоторых простых критериев, но мы рассмотрим основные категории: однофазные выпрямители, трехфазные выпрямители, управляемые выпрямители и неуправляемые выпрямители. Некоторые из этих категорий можно объединить. Например, у вас может быть неуправляемый однофазный выпрямитель.

Однофазные и трехфазные выпрямители

По мере продвижения нашего руководства по мостовым выпрямительным схемам, мы можем разбить большинство выпрямителей на две категории: однофазные и трехфазные.Решение о выборе схемы так же просто, как определение источника питания. Если вы работаете с однофазными входами (большую часть времени), вы будете использовать однофазный выпрямитель. Во многих промышленных средах обычно используются трехфазные источники питания, и вам необходимо использовать трехфазный выпрямитель.

Независимо от фазы мостовой выпрямитель может быть управляемым или неуправляемым.

Неуправляемые мостовые выпрямители

Неуправляемые мостовые выпрямители — наиболее распространенный тип, который вы найдете в электронике и источниках питания.Они основаны исключительно на диодах и не используют никаких дополнительных компонентов для регулирования напряжения или тока. Эти типы цепей обычно встречаются в фиксированных источниках питания. Проще говоря, входное напряжение не контролируется, поскольку оно проходит на выходную сторону. Если в цепь поступает 12 В, выпрямленное напряжение ~ 12 В выходит из цепи.

Управляемые мостовые выпрямители

В управляемых мостовых выпрямителях диоды заменяются твердотельными компонентами, такими как кремниевые управляемые выпрямители (SCR) или тиристоры.Эти устройства могут изменять выходное напряжение. Это может быть очень удобно для использования в регулируемых источниках питания, которые необходимо адаптировать к различным нагрузкам.

Схема и схема мостового выпрямителя

Создание полезной схемы мостового выпрямителя — это несложно, если вы знаете основы. Чтобы получить все преимущества мостового выпрямителя, вам потребуется добавить несколько дополнительных компонентов. Мы настоятельно рекомендуем ознакомиться с нашим учебным пособием по схеме зарядного устройства USB, поскольку оно охватывает все основы работы этой законченной схемы.

Как работают мостовые выпрямители

Как я уже упоминал в начале этого руководства по мостовым выпрямителям, мы собираемся объяснить, как они на самом деле работают. То, что должен делать каждый любитель электроники. Как упоминалось в видео, вы можете купить мостовые выпрямители, но вы должны сделать свои собственные хотя бы один раз, потому что это фантастическая возможность для обучения!

Чтобы объяснить, как работают мостовые выпрямители, мы сосредоточимся на однофазных выпрямителях, чтобы упростить задачу.Однофазный мостовой выпрямитель работает путем подключения четырех диодов к нагрузке.

В положительном полупериоде переменного тока диоды D3 и D4 смещены в прямом направлении (ток течет), целые диоды D1 и D2 смещены в обратном направлении (ток заблокирован). В отрицательном полупериоде D1 и D2 становятся смещенными в прямом направлении, а D3 и D4 — в обратном направлении, как раз наоборот.

Это означает, что ток в нагрузке всегда течет в одном и том же направлении. Если вы все еще не знаете, как это работает, помните, что диоды пропускают ток только в одном направлении.

СВЯЗАННО: Как работают диоды

Итак, мостовой выпрямитель сам по себе не действительно преобразует переменный ток, как мы выяснили в демонстрационной схеме зарядного устройства USB. Он только преобразует переменный ток в импульс волны постоянного тока (или колебания постоянного тока). Требуются конденсаторы для очистки импульса и создания сигнала, более похожего на постоянный ток. Также неплохо включить в схему стабилизатор напряжения, чтобы навести порядок и поддерживать стабильное напряжение, даже если входное напряжение дрейфует вверх или вниз из-за колебаний в сети.

Итак, теперь вы знаете, как схема мостового выпрямителя может преобразовывать переменный ток в постоянный, всего лишь немного тщательно спланировав конструкцию вашей схемы!

Полу- и полнополупериодный выпрямитель | Преобразование переменного тока в постоянный

Преобразование мощности очень распространено в современной электронике. Мы постоянно переключаемся с переменного тока на постоянный и наоборот. Обычным источником переменного тока является источник питания, тогда как батареи используются для питания постоянного тока по мере необходимости. Однако преобразование переменного тока в постоянный — это более простой способ вместо того, чтобы покупать новую батарею каждый раз, когда вам нужен постоянный ток.Выпрямитель — это электрическое устройство, которое преобразует переменный ток в постоянный, и часто используется во многих устройствах, используемых вокруг нас. Однако одноступенчатый выпрямитель не создает плавного постоянного тока, который можно было бы использовать. Многоступенчатое выпрямление и дополнительные схемы необходимы для более плавного или полезного постоянного тока. Посмотрим, как это происходит.

Основы полуволнового и полноволнового выпрямления

Самый простой выпрямитель — это диод, подключенный к источнику переменного тока. Это также известно как полуволновой выпрямитель. Простой однополупериодный выпрямитель представляет собой одиночный диод с p-n переходом, подключенный последовательно к нагрузочному резистору.Работу полуволнового выпрямителя легко понять: диод с p-n переходом проводит ток только тогда, когда он смещен в прямом направлении.

Этот принцип используется в полуволновом выпрямителе для преобразования переменного тока в постоянный. Здесь предусмотрен входной цикл переменного тока. Это входное напряжение понижается с помощью трансформатора. Диод с p-n переходом проводит ток только при прямом смещении. Тот же принцип используется в полуволновом выпрямителе для преобразования переменного тока в постоянный. Вход здесь — переменный ток.Это входное напряжение понижается с помощью трансформатора. Поскольку диод смещен в прямом направлении в течение полупериода переменного тока, выход доступен только в течение этого полупериода.

Для уменьшения пульсаций в цепи выпрямителя с конденсаторным фильтром:

  • РЛ следует увеличить.
  • Входная частота
  • должна быть уменьшена.
  • Необходимо увеличить входную частоту
  • .
  • Следует использовать конденсаторы
  • с высокой емкостью.
Схема однополупериодного выпрямителя Выход полуволнового выпрямителя

Двухполупериодный выпрямитель

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 выходное напряжение постоянного тока выше, чем для полуволны, выход двухполупериодного выпрямителя имеет меньшую пульсацию, чем у полуволнового выпрямителя, что дает относительно более гладкую форму выходного сигнала.

Часто используются два основных типа двухполупериодных выпрямителей. В меньшей конструкции используются два диода вместо одного диода, используемого в полуволновом диоде, то есть по одному на каждую половину цикла.Многообмоточный трансформатор используется там, где вторичная обмотка разделена поровну на две половины с центральным ответвленным соединением. Подключение двухполупериодного выпрямителя с отводом по центру показано ниже.

Схема двухполупериодного выпрямителя с центральным ответвлением Схема двухполупериодного выпрямителя с диодным мостом Полная форма сигнала синусоидального выпрямителя

Для другой конфигурации требуется четыре диода, подключенные по схеме Н-моста. Четыре диода, обозначенные от D1 до D4, расположены «последовательными парами», и только два диода проводят ток в течение каждого полупериода.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. 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.

Фильтрация выпрямленного напряжения

Выходной сигнал через диоды в вышеуказанных шагах не является ни полным, ни полностью постоянным током.Выходной сигнал не является постоянным постоянным током и его нецелесообразно использовать с цепями. Схема фильтра, также известная как сглаживающий конденсатор, добавляется к схеме выпрямителя для улучшения выходного сигнала. Сглаживающие конденсаторы подключаются параллельно нагрузке на выходе двухполупериодного мостового выпрямителя. Эта схема фильтра увеличивает средний выходной уровень постоянного тока, поскольку конденсатор действует как запоминающее устройство. Сглаживающий конденсатор преобразует пульсирующий выход выпрямителя в более плавный выход постоянного тока.

Конденсаторный выход

Тем не менее, на выходе все еще есть незначительная пульсация, которую можно сгладить путем изменения номиналов конденсатора.Напряжение пульсации обратно пропорционально величине сглаживающего конденсатора. Эти два связаны следующей формулой:

В пульсация = I нагрузка / (fxC)

Альтернативой является использование микросхемы регулятора напряжения для постоянного источника постоянного тока.

Вы можете ознакомиться с конструкцией мостового выпрямителя здесь с видеоуроком:

Видео предоставлено:
ElectroBOOM
Эта статья была впервые опубликована 8 августа 2017 г., а недавно — 13 декабря 2019 г.
Работа и применение схемы полноволнового мостового выпрямителя

Мост — это тип электрической схемы. Мостовой выпрямитель — это тип выпрямителя, в котором диоды расположены в виде моста. Это обеспечивает двухполупериодное выпрямление и имеет низкую стоимость. Поэтому он используется во многих приложениях.

Мостовой выпрямитель:

В мостовом выпрямителе используются четыре диода. Они подключаются, как показано на принципиальной схеме. Четыре диода подключены в виде моста к трансформатору и нагрузке, как показано на рисунке.

Схема мостового выпрямителя

Работа мостового выпрямителя:

Работа мостового выпрямителя проста. Принципиальная схема мостового выпрямителя приведена выше. Вторичная обмотка трансформатора подключена к двум диаметрально противоположным точкам моста в точках 1 и 3. Предположим, что на выходе подключена нагрузка. Нагрузка R Нагрузка подключена к мосту через точки 2 и 4.

Во время первого полупериода входа переменного тока верхняя часть вторичной обмотки трансформатора является положительной по отношению к нижней части.Таким образом, в течение первого полупериода диоды D1 и D 4 смещены в прямом направлении. Ток протекает по пути 1-2, входит в нагрузку R L . Он возвращается обратно по пути 4–3. Во время этой половины входного цикла диоды D 2 и D 3 смещены в обратном направлении. Следовательно, ток по путям 2-3 и 1-4 не протекает.

Во время следующего цикла нижняя часть трансформатора является положительной по отношению к верхней части. Следовательно, во время этого цикла диоды D2 и D3 смещены в прямом направлении.Ток течет по пути 3-2 и течет обратно по пути 4-1. Диоды D1 и D4 смещены в обратном направлении. Таким образом, ток через пути 1-2 и 3-4 не протекает. Таким образом, отрицательный цикл выпрямляется, и он появляется на нагрузке.

Пиковое обратное напряжение (PIV) мостового выпрямителя = максимум вторичного напряжения

Анализ схемы мостового выпрямителя:

В схеме мостового выпрямителя среди четырех диодов два диода проводят в течение одного полупериода. Таким образом, прямое сопротивление увеличивается вдвое и составляет 2R F .

Пиковый ток:

Мгновенное значение приложенного к выпрямителю напряжения задается как

Vs = Vsmax sin wt

Предположим, что диод имеет прямое сопротивление RF Ом, а обратное сопротивление равный бесконечности, таким образом, ток, протекающий через нагрузку RL, определяется как

  • i1 = Imax Sin wt и i2 = 0 в течение первого полупериода и
  • i1 = 0 и i2 = Imax sin wt во время второго полупериода

Полный ток, протекающий через сопротивление нагрузки R L , сумма токов i1 и i2 задается как

i = i1 + i2 = Imax sin wt для полного цикла.

Пиковое значение тока, протекающего через нагрузку R L , определяется как

Imax = Vsmax / (2R F + R L )

Выходной ток:

Текущий ток то же самое через нагрузку RL в двух половинах цикла переменного тока. Величина постоянного тока Idc, равная среднему значению переменного тока, получается путем интегрирования тока i1 между 0 и π или тока i2 между π и 2π.

  • Выпрямитель с центральным отводом сложно реализовать из-за использования специального трансформатора, называемого центральным ленточным.
  • Трансформатор с ответвлениями — дорогое удовольствие.
  • Основное различие между центральным ответвлением и мостовым выпрямителем заключается в количестве диодов, включенных в цепь.
  • Двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением имеет только 2 диода, тогда как мостовой выпрямитель имеет 4 диода.
  • Но поскольку диоды дешевле, чем трансформатор с центральным ответвлением, мостовой выпрямитель более предпочтителен в источниках питания постоянного тока.
  • Vsmax — это максимальное напряжение на вторичной обмотке трансформатора, тогда как в выпрямителе с центральным ответвлением Vsmax представляет это максимальное напряжение на каждой половине вторичной обмотки.
Мостовой выпрямитель Применения:
  • Из-за их низкой стоимости по сравнению с центральным ответвлением они широко используются в цепях питания.
  • Может использоваться для определения амплитуды модулированного радиосигнала.
  • Мостовые выпрямители могут использоваться для подачи поляризованного напряжения при сварке.

Для получения дополнительной информации о двухполупериодных выпрямителях прочтите сообщение: Работа двухполупериодного выпрямителя .

Мостовой выпрямитель

Работа, характеристики, типы и применение

Назначение мостового выпрямителя может заключаться во многих системах питания постоянного тока, это может быть бытовая техника, где требуется питание постоянного тока, чтобы переменный ток выпрямления можно было преобразовать в постоянный ток. .Следовательно, его можно рассматривать как основную часть блоков питания. Исходя из требований к нагрузке, желательно выбрать для него конкретный выпрямитель.

Мостовые выпрямители достаточно эффективны и имеют минимальное значение пульсации. Этот тип выпрямителя разработан для устранения недостатка трансформатора с центральным отводом двухполупериодной схемы выпрямления.

Выпрямитель

Выпрямитель

Электрическая и электронная схема, которая используется для процесса выпрямления, называется выпрямителем.Существуют различные типы выпрямителей, такие как однополупериодный выпрямитель, двухполупериодный выпрямитель и мостовой выпрямитель. Полупериодный выпрямитель преобразует или выпрямляет только полупериод входного сигнала. Двухполупериодный выпрямитель преобразует или выпрямляет полный цикл или всю форму входного сигнала. Мостовой выпрямитель также преобразует или выпрямляет всю форму входного сигнала. Но в основном мостовой выпрямитель используется для максимального числа приложений, поскольку он более эффективен и выгоден, чем полуволновой выпрямитель и двухполупериодный выпрямитель.Каждый проект силовой электроники на базе микроконтроллера требует выпрямителя, так как для большинства компонентов требуется источник питания с напряжением около 5 В постоянного тока.

Мостовой выпрямитель

Что такое мостовой выпрямитель?

Схема, состоящая из четырех или более диодов таким образом, что она соответствует топологии моста. Он упоминается как мостовой выпрямитель . Он может быть сконструирован с использованием обычных диодов или с использованием в нем управляемых переключателей. Он использует как положительную, так и отрицательную половины циклов, так что это приводит к полному выпрямлению волны.

Типы мостовых выпрямителей

В зависимости от исходной поставки и основных элементов, использованных при их проектировании, а также функций управления мостовые выпрямители подразделяются на два типа. В основном, эти два типа рассчитаны на однофазное питание и трехфазное с. Далее эти основные типы подразделяются на управляемые и неуправляемые выпрямители.

  1. Однофазные и трехфазные выпрямители

В однофазной схеме выпрямителей четыре диода подключены к источнику переменного тока.Тогда как трехфазный состоит из шести диодов в своей схеме. Это базовые выпрямители, которые далее классифицируются как управляемые и неуправляемые на основе используемых компонентов, таких как диоды, кремниевые выпрямители и т. Д.

Однофазная цепь питания

Трехфазная цепь питания

  1. Неуправляемые мостовые выпрямители

В этом типе выпрямителя в схеме используются диоды.В свойстве диодов четко указано, что ток может протекать в одном направлении. Следовательно, это будет основной компонент неуправляемого выпрямителя, так что мощность в выпрямителе остается неизменной даже при изменении требований к нагрузке. Следовательно, они называются постоянными выпрямителями .

Базовая схема, представляющая неуправляемый выпрямитель

  1. 3 . Управляемые выпрямители (мост)

В выпрямителях этого типа вместо обычных диодов для этой схемы предпочтительны кремниевые управляемые выпрямители (SCR).Вместо использования только SCR можно использовать MOSFET и другие управляющие устройства. При этом значение выходной мощности изменяется в зависимости от требований к нагрузке. Это можно сделать, подав на него различное напряжение. Метод, используемый здесь для изменения выходного напряжения на нагрузке, обозначается как , запускающий .

Схема мостового выпрямителя, представляющая управляемые выпрямители

Выше представлены типы мостовых выпрямителей, которые классифицируются на основе предоставленного источника питания, а также дополнительно классифицируются на основе управления или изменения выходной мощности.Исходя из необходимости, выбирается предпочтительный тип выпрямителя.

Типы мостовых выпрямителей

Диод

Существуют разные типы мостовых выпрямителей, которые классифицируются на основе разных критериев. Рассмотрим различные типы мостовых выпрямителей, которые классифицируются на основе типов выпрямителей, например, неуправляемые выпрямители и управляемые выпрямители. Диоды называются неуправляемыми выпрямителями, поскольку диоды начинают проводить проводимость всякий раз, когда анодное напряжение превышает катодное напряжение.Но в случае управляемых выпрямителей, известных как тиристоры, даже если анодное напряжение больше, чем катодное напряжение, тиристоры начинают проводить проводимость только тогда, когда срабатывает вывод затвора. Таким образом, мы можем запустить терминал затвора согласно требованию; следовательно, мы можем контролировать работу выпрямителя.

Тиристор

Мостовые выпрямители, в которых используются тиристоры, называются управляемыми мостовыми выпрямителями. Работой выпрямления можно управлять, активировав терминал затвора тиристора всякий раз, когда это необходимо.Мы знаем, что диод — это полупроводниковый прибор, состоящий из двух слоев (P-N), а тиристор также является полупроводниковым прибором, состоящим из четырех слоев (P-N-P-N). Его можно использовать как переключатель разомкнутой цепи, а также как выпрямитель в зависимости от того, как срабатывает вывод затвора тиристора.

Типы диодов мостового выпрямителя

1N4007 Диод

Существуют серии диодов от 1N4001 до 1N4007 с различными номинальными токами и напряжениями, но часто 1N4007 используется для проектирования мостовых выпрямителей.Диод 1N4007 имеет абсолютные максимальные характеристики, включая номинальное напряжение: пиковое повторяющееся обратное напряжение 1000 В VRPM, средний выпрямленный выходной ток 1 А IF (AV), непериодический пиковый прямой импульсный ток 30 А IFSM, который может работать при температуре от -55 до +175 градусов . Тепловые характеристики, такие как рассеиваемая мощность 3 Вт, переход к тепловому сопротивлению окружающей среды 50 градусов / Вт. Дидо, которые иногда используются для проектирования выпрямителей, представляют собой серии дидо от 1N5400 до 1N5408 и 6A4.

1N5048 Диод

1N5408 мостовой выпрямитель Didoes также используются для некоторых специальных приложений, и они имеют номинальные характеристики: максимальное повторяющееся пиковое обратное напряжение 1000 В, максимальное среднеквадратичное напряжение 700 В, максимальное напряжение блокировки постоянного тока 1000 В, максимальный средний прямой выпрямленный ток 3 А, рабочий диапазон температур перехода и хранения от -50 до +150 градусов по Цельсию.Управление ACPWM для асинхронного двигателя является практическим примером, в котором мостовой выпрямитель спроектирован с использованием диодов 1N5408.

6A4 Диод

Эти диоды мостового выпрямителя 6A4 имеют максимальные номинальные характеристики и электрические характеристики, такие как максимальное рекуррентное пиковое обратное напряжение 400 В, максимальное обратное напряжение 280 В, максимальное напряжение отключения постоянного тока 400 В и максимальный средний прямой выпрямленный ток 6 А. Диоды 6A4 используются для мостовых выпрямителей в некоторых специальных приложениях, например, пропеллерное отображение сообщения виртуальными светодиодами.Работа схемы мостового выпрямителя одинакова, независимо от диодов, используемых для проектирования выпрямителя, поэтому давайте рассмотрим схему мостового выпрямителя, разработанную с использованием диодов 1N4007, поскольку она используется для мостовых выпрямителей в некоторых специальных приложениях — например, пропеллер, отображающий сообщение с помощью виртуальные светодиоды.

Схема мостового выпрямителя

Мостовой выпрямитель представляет собой двухполупериодную схему выпрямления, которая использует оба цикла для выпрямления. Единственная разница между этой схемой и другой схемой двухполупериодного с трансформатором с центральным отводом состоит в том, что здесь диоды соединены по мостовой топологии без необходимости использования в нем трансформатора с центральным отводом.

Поскольку использование трансформатора с центральным отводом сделало схему дорогостоящей. Этот выпрямитель призван преодолеть этот недостаток, так как эффективность остается неизменной в обоих случаях.

Схема мостового двухполупериодного выпрямителя

Выше показана схема мостового выпрямителя, которая состоит из начального источника переменного тока, а также четырех диодов, соединенных по мостовой топологии, и подключенного к нему нагрузочного резистора. На начальном этапе питание подается с помощью понижающего трансформатора.В зависимости от характеристик, касающихся требований к выпрямителю, это могут быть номинальные значения тока или пикового обратного напряжения, и поэтому были выбраны соответствующие диоды.

После обработки входных сигналов на диодном мосту другой каскад выпрямителя будет его нагрузкой. Здесь нагрузка принята как резистор. Как только выпрямление выполнено, входной переменный ток преобразуется в пульсирующий постоянный ток, но требуется чистый постоянный ток. В этом случае к нагрузке добавляется еще один компонент, называемый конденсатором или катушкой индуктивности.Так что он может убрать рябь из схемы и сделать вывод плавным.

Работа схемы мостового выпрямителя

Здесь рассматриваемая схема представляет собой однофазный выпрямитель с четырьмя диодами в мостовой топологии. Они дополнительно подключаются к резистивной нагрузке. Работа диодов зависит от применяемых циклов и основана на действии диодов в соответствии с ними.

Анализ работы мостового выпрямителя

Давайте рассмотрим приведенную выше базовую схему, чтобы проанализировать мостовой выпрямитель.Четыре соединены по диагонали, как диодный мост. Предположим, что на схему подано питание, что означает, что первый положительный цикл войдет в схему. Когда положительный цикл попадает в электрическую схему, диод D1 и диод D2 переходят в состояние прямого смещения и пропускают ток.

При этом диод D3 и диод D4 останутся в состоянии обратного смещения. Следовательно, D3 и D4 не будут проводить. Как только отрицательный цикл попадет в схему, D3 и D4 будут в проводящем режиме.D1 и D2 останутся в состоянии обратного смещения. Это приводит к использованию как положительной, так и отрицательной половины цикла. Можно наблюдать, является ли это положительным или отрицательным циклом, применяемым к потоку тока в одном и том же единственном направлении, чтобы удовлетворить свойству диода. Следовательно, схема становится более эффективной.

Однако после исправления в сгенерированном выходе имеется некоторая рябь, которую можно сгладить с помощью техники фильтрации.Значение коэффициента пульсации у этого типа выпрямителя меньше, чем у полуволнового выпрямителя.

Работа мостового выпрямителя, используемого для преобразования 230 В переменного тока в 5 В постоянного тока

Понижающий трансформатор

Понижающие трансформаторы используются для преобразования 230 В переменного тока (высокое напряжение) в 12 В переменного тока (низкое напряжение). Этот выход 12 В представляет собой среднеквадратичное значение, а его пиковое значение определяется как произведение квадратного корня из двух на среднеквадратичное значение выхода понижающего трансформатора, которое составляет примерно 17 В. Принцип работы трансформаторов основан на законах электромагнитной индукции Фарадея.

Неуправляемые мостовидные выпрямители

Мостовые выпрямители

Мощность 230 В переменного тока преобразуется в среднеквадратичное значение 12 В переменного тока или пиковое значение 17 В (приблизительно), но 5 В постоянного тока является необходимой мощностью; для этого мощность 17 В переменного тока (пиковое значение) преобразуется в мощность постоянного тока, а затем понижается до 5 В постоянного тока. 17 В переменного тока преобразуются в постоянный с помощью мостового выпрямителя, состоящего из четырех диодов, которые называются неуправляемыми выпрямителями. Диод будет проводить только при прямом смещении и не будет проводить при обратном смещении.Если анодное напряжение диода больше, чем катодное, то говорят, что диод находится в прямом смещении. Диоды D2 и D4 проводят в течение положительного полупериода, а диоды D1 и D3 проводят в течение отрицательного полупериода.

Фильтр

Эта зарядка и разрядка конденсатора превращают пульсирующий постоянный ток в чистый постоянный ток, как показано на рисунке. Понижающий преобразователь, а именно регулятор напряжения IC 7805, используется для преобразования 15 В постоянного тока в 5 В постоянного тока.

Блок-схема IC7805

Блок-схема регулятора напряжения IC7805 показана на рисунке выше.Он состоит из операционного усилителя, который действует как усилитель ошибки, стабилитрона, используемого для обеспечения опорного напряжения.

Стабилитрон, используемый для обеспечения опорного напряжения

Как правило, диапазон рабочего напряжения стабилизатора IC7805 составляет от 7,2 В до 35 В. Если входное напряжение составляет 7,2 В, то это дает максимальную эффективность, а когда напряжение превышает 7,2 В, эффективность будет снижаться, так как будут потери энергии в виде тепла. Итак, радиаторы используются для защиты регулятора от перегрева.Даже без использования трансформатора мы можем напрямую преобразовать 230 В переменного тока в 5 В постоянного тока с помощью высокопроизводительных диодов. Если у нас есть источник питания 230 В постоянного тока, то мы можем напрямую преобразовать 230 В постоянного тока в 5 В постоянного тока с помощью понижающего преобразователя постоянного тока в постоянный. Не стесняйтесь оставлять свои комментарии в разделе комментариев ниже и поощрять других читателей узнать основы выпрямителей.

Характеристики полнополупериодного (мостового) выпрямителя

Характеристики двухполупериодных выпрямителей одинаковы как для выпрямителя с центральным отводом, так и для мостового выпрямителя.

(1) Коэффициент пульсации

Как обсуждалось в приведенном выше анализе схемы мостового выпрямителя, выходной сигнал, генерируемый после выпрямления, состоит из некоторой составляющей переменного тока, присутствующей в нем. Эти компоненты называются рябью. Пульсации можно измерить с помощью коэффициента пульсации .

Его можно выразить как отношение между присутствием составляющей переменного тока в генерируемом выходе и полученным постоянным током на выходе. Символ «r» используется для представления коэффициента пульсации.

[latexpage]
\ [
r = I_rms / I_DC
\]

Для мостового выпрямителя значение коэффициента пульсаций r = 0,483. Этот коэффициент пульсации важен для анализа эффективности схемы. Значение коэффициента пульсации и КПД схемы обратно пропорциональны друг другу.

(2) КПД мостового выпрямителя

КПД выпрямителя определяется как отношение выходной мощности постоянного тока к приложенному переменному току в качестве входной мощности.

E = (генерируемая мощность постоянного тока) / (приложенная входная мощность переменного тока)

Полученный КПД схемы мостового выпрямителя составляет 81,2%. По эффективности по сравнению с полуволновой схемой он более эффективен и по сравнению с трансформатором с центральным ответвлением очень дешев. Общий анализ мостового выпрямителя прост для понимания. Однако он также требует поддержки фильтра, чтобы использовать его в практических приложениях.

Преимущества мостового выпрямителя
  1. По сравнению с однополупериодным выпрямителем схема мостового выпрямителя более эффективна.
  2. Нет потери выходной мощности из-за использования обеих половин цикла.
  3. Входной сигнал отсутствует, так как выход полностью выпрямлен.
  4. Значение коэффициента пульсации в мостовом выпрямителе меньше, потому что схема более эффективна.
  5. Среднее значение постоянного тока наивысшего значения достигается благодаря схеме двухполупериодного мостового выпрямителя.
  6. С точки зрения стоимости, это намного меньше, потому что концепция трансформатора с центральным отводом исключается из мостового выпрямителя.

Согласно анализу и эффективности, мостовой выпрямитель имеет много преимуществ по сравнению с недостатками. Но для практического применения необходимо внести некоторые необходимые изменения.

Применение мостового выпрямителя
  1. В модулирующих радиосигналах для определения его амплитуды концепция мостового выпрямителя имеет важное значение.
  2. Для электрического тока требуется стабильная подача постоянного тока с поляризацией, это возможно с помощью двухполупериодной схемы выпрямления.
  3. Из-за эффективного характера мостового выпрямителя его предпочтительно использовать в качестве части блока питания различных устройств.
  4. Высокое напряжение переменного тока можно преобразовать в низкое значение постоянного тока с помощью мостового выпрямителя.
  5. Для питания устройств, это может быть светодиод или двигатель постоянного тока, предпочтительно использовать выпрямители этого типа.

Выше приведены некоторые применения мостового выпрямителя. Проектирование и анализ мостовых выпрямителей упростили понимание, а его эффективность и коэффициент пульсации сделали его высокоэффективным.Для рассмотрения практических применений какой из них предпочтительнее: с центральным отводом или мостовой выпрямитель?

Изображение предоставлено
Схема мостового выпрямителя, представляющая управляемые выпрямители — Allaboutcircuits.com

H-мосты — основы | Модульные схемы

Вы можете узнать, как построить h-мосты, используя множество сетевых и автономных ресурсов. В конце концов, эти схемы не так уж и сложны. Некоторые из этих ресурсов хороши, некоторые — нет. Однако, когда я начал работать с ними, я понял, что многие из моих переживаний не были задокументированы, а некоторые вещи, которые я узнал, были упущены из этих описаний.Поэтому я решил записать то, что я узнал, и попытаться организовать это описание в виде простой для понимания, но всеобъемлющей структуры.

Эта работа началась как серия из трех частей, которую я написал во время разработки µModule H-bridge. Хотя текущий материал основан на этих статьях, он исправляет многие ошибки, значительно расширяется и обновляется.

Я намерен охватить больше, чем большинство статей, которые я видел по этой теме. Хотя я не ожидаю, что вы, дорогой читатель, будете знакомы с h-мостами или контроллерами двигателей в целом, я основываюсь на базовом понимании электрических схем.Поэтому, если вы не знаете, что такое резистор, катушка индуктивности или конденсатор, если вы не понимаете хотя бы основ анализа цепей во временной и частотной областях, вы читаете неправильную статью. Вы, вероятно, не сможете следить за обсуждением. Но если вас интересует справочная информация об управлении двигателем, если вы хотите понять причины дизайнерских решений, если вы хотите получить более глубокие знания не только о h-мостах, но и о том, что происходит до и после них, у вас есть нашел свое место.

Я планирую в конечном итоге расширить эти статьи, чтобы охватить не только h-мосты, но также схемы управления и электромеханические системы.

В целом H-мост — это довольно простая схема, содержащая четыре переключающих элемента с нагрузкой в ​​центре в H-подобной конфигурации:

Переключающие элементы (Q1..Q4) обычно биполярные или полевые транзисторы, в некоторых высоковольтных приложениях IGBT. Интегрированные решения также существуют, но независимо от того, интегрированы ли переключающие элементы со своими цепями управления или нет, по большей части не имеет значения для этого обсуждения.Диоды (D1..D4) называются перехватывающими диодами и обычно относятся к типу Шоттки.

Верхний конец моста подключен к источнику питания (например, аккумулятор), а нижний конец заземлен.

В общем, все четыре переключающих элемента можно включать и выключать независимо, хотя есть некоторые очевидные ограничения.

Хотя теоретически нагрузка может быть любой, но наиболее распространенной областью применения Н-мостов является нагрузка от щеточного двигателя постоянного тока или биполярного шагового двигателя (для шаговых двигателей требуется два Н-моста на двигатель).Далее я сконцентрируюсь на приложениях в качестве щеточного драйвера двигателя постоянного тока.

Статический режим

Основной режим работы H-моста довольно прост: если Q1 и Q4 включены, левый вывод двигателя будет подключен к источнику питания, а правый провод подключен к земле. Через двигатель начинает течь ток, который возбуждает двигатель (скажем) в прямом направлении, и вал двигателя начинает вращаться.

Если Q2 и Q3 включены, произойдет обратное, на двигатель будет подано напряжение в обратном направлении, и вал начнет вращаться в обратном направлении.

В мосту никогда не следует закрывать одновременно Q1 и Q2 (или Q3 и Q4). Если вы это сделали, вы просто создали путь с очень низким сопротивлением между питанием и заземлением, эффективно закорачивая ваш источник питания. Это состояние называется «прострелом» и представляет собой почти гарантированный способ быстро разрушить ваш мост или что-то еще в вашей цепи.

Из-за этого ограничения из четырех возможных состояний переключатели на стороне A могут быть только в трех, имеющих смысл:

1 квартал 2 квартал
открыто открыто
закрыть открыто
открыто закрыть

Аналогично для стороны B:

3 квартал 4 квартал
открыто открыто
закрыть открыто
открыто закрыть

В общей сложности это позволяет для полного моста находиться в 9 различных состояниях:

1 квартал 2 квартал 3 квартал 4 квартал
закрыть открыто открыто открыто
закрыть открыто открыто закрыть
закрыть открыто закрыть открыто
открыто закрыть открыто открыто
открыто закрыть открыто закрыть
открыто закрыть закрыть открыто
открыто открыто открыто открыто
открыто открыто открыто закрыть
открыто открыто закрыть открыто

Мы рассмотрим гораздо более подробную информацию через минуту, но прежде давайте потратим несколько минут на понимание основ нашей нагрузки, двигателя постоянного тока.

Модель двигателя

Хотя моделирование двигателей постоянного тока — сложная тема, которую вы можете подробно прочитать здесь, для этой статьи давайте просто начнем с очень простой модели! Эта модель не будет использоваться для приложений управления, где вы пытаетесь электрически компенсировать влияние механических компонентов. Основное предположение в представленной здесь модели состоит в том, что механические постоянные времени в вашей системе намного выше, чем электрические, другими словами, мы можем считать скорость вала постоянной для нашего анализа.Это верно почти во всех случаях, но вам нужно прочитать другие статьи, чтобы понять, почему. А пока поверьте мне на слово.

Двигатель постоянного тока — это устройство преобразования энергии: он принимает электрическую энергию и превращает ее в механическую. Когда он работает как генератор, он делает наоборот: преобразует механическую энергию в электрическую.

В этой очень простой модели двигателя механические параметры полностью игнорируются. Что касается электрической части, двигатель в основном содержит несколько индукторов, которые движутся в магнитном поле.Сами катушки индуктивности, конечно, имеют индуктивность и некоторое внутреннее сопротивление. Их движение в поле будет генерировать напряжение, называемое напряжением генератора и обозначаемое V g , на катушках индуктивности. Из этого описания можно нарисовать следующую модель:

Фактически, во многих случаях внутреннее сопротивление катушек индуктивности можно не принимать во внимание, и можно использовать еще более простую модель, идеальную катушку индуктивности, соединенную последовательно с источником напряжения:

В обоих случаях все элементы включены последовательно, поэтому они имеют одинаковый ток, но напряжение на них, конечно, разное.

Напряжение генератора (V g ) зависит только от скорости, с которой катушки индуктивности движутся в поле, другими словами от скорости вращения двигателя.

Сила (или крутящий момент во вращающейся системе, такой как двигатель постоянного тока), которую создают эти электромагниты — индукторы, пропорциональна току, протекающему через них.

Раньше мы рассматривали только статическую работу, когда ничего не менялось. Если предполагается работа на скорости ниже полной, переключатели управляются в режиме ШИМ.Сигнал ШИМ имеет две фазы, «время включения» и «время выключения», как я называю их на диаграмме ниже:

Это периодический сигнал с постоянной частотой. Информационное содержание, которое используется для изменения рабочих параметров моста, представляет собой соотношение между временем включения и временем отключения. Различные режимы привода различаются тем, как устанавливаются переключатели во время включения и выключения.

Если мы хотим, чтобы мотор делал что-нибудь интересное, нам нужно подключить его к источнику питания хотя бы на одной из фаз.Скажем так, «вовремя». У нас есть два варианта: либо мы включаем Q1 и Q4, либо мы включаем Q2 и Q3.

А как насчет нерабочего времени? У нас есть девять штатов на выбор. Это:

1 квартал 2 квартал 3 квартал 4 квартал
закрыть открыто открыто открыто
закрыть открыто открыто закрыть
закрыть открыто закрыть открыто
открыто закрыть открыто открыто
открыто закрыть открыто закрыть
открыто закрыть закрыть открыто
открыто открыто открыто открыто
открыто открыто открыто закрыть
открыто открыто закрыть открыто

Если вы посмотрите на нашу модель двигателя, то увидите, что это в основном индуктивная нагрузка.Катушки индуктивности обладают тем свойством, что вы не можете мгновенно изменить ток, протекающий через них. Таким образом, всякий раз, когда мост меняет состояние с током двигателя, отличным от нуля, новое состояние должно гарантировать, что ток может продолжаться каким-либо образом. Улавливающие диоды обычно не используются для этой цели, потому что (как вы увидите позже) они будут слишком сильно нагреваться. Конечно, есть исключения, но это всего лишь исключения.

Теперь, во время работы, индуктор двигателя подключен между источником питания и заземлением.Следовательно, ток через катушку индуктивности начнет расти. Очень маловероятно, что к тому времени, когда время включения закончится, и мы будем готовы переключить мост в его отключенное состояние, ток будет равен 0. Поэтому лучше всего выбрать состояние для времени отключения, когда мы можем обеспечить путь для протекания индуктивного тока. Для этого нам нужно замкнуть по одному переключателю с обеих сторон двигателя, и это немного сокращает наши возможные нерабочие состояния:

1 квартал 2 квартал 3 квартал 4 квартал
закрыть открыто открыто закрыть
закрыть открыто закрыть открыто
открыто закрыть открыто закрыть
открыто закрыть закрыть открыто

Если мы объединим эти четыре варианта с двумя возможными состояниями вовремя, мы получим восемь возможных конфигураций.Однако в двух из них и включенное, и выключенное состояния одинаковы, и это не очень интересно: мост работает статично. Остается шесть значимых сопоставлений, которые я резюмирую ниже:

Картография 1 1 квартал 2 квартал 3 квартал 4 квартал
своевременное состояние закрыть открыто открыто закрыть
состояние отключения закрыть открыто закрыть открыто
Отображение 2 1 квартал 2 квартал 3 квартал 4 квартал
своевременное состояние закрыть открыто открыто закрыть
состояние отключения открыто закрыть открыто закрыть
Отображение 3 1 квартал 2 квартал 3 квартал 4 квартал
своевременное состояние закрыть открыто открыто закрыть
состояние отключения открыто закрыть закрыть открыто
Отображение 4 1 квартал 2 квартал 3 квартал 4 квартал
своевременное состояние открыто закрыть закрыть открыто
состояние отключения закрыть открыто открыто закрыть
Отображение 5 1 квартал 2 квартал 3 квартал 4 квартал
своевременное состояние открыто закрыть закрыть открыто
состояние отключения закрыть открыто закрыть открыто
Отображение 6 1 квартал 2 квартал 3 квартал 4 квартал
своевременное состояние открыто закрыть закрыть открыто
состояние отключения открыто закрыть открыто закрыть

В таблицах можно найти некоторые интересные симметрии.

Например, отображение 3 и 4 меняет обе стороны. Однако, если мы поменяем местами сторону A и сторону B в отображении 3, мы получим отображение 4, и наоборот. Мы называем эти сопоставления «блокирующий противофазный привод ».

Остальные четыре сопоставления (1, 2, 5 и 6) изменяют состояние только одной стороны моста. Отображения 1 и 5, однако, являются зеркалами друг друга так же, как 3 и 4: поменяв местами сторону A и сторону B, мы можем преобразовать одну в другую. То же верно и для отображения 2 и 6.Мы называем этот тип работы «фазо-амплитудным приводом ».

В следующих частях статьи я подробно расскажу об обоих режимах вождения.

Эта простая категоризация режимов работы привода работает в большинстве случаев, но не для всех. Есть еще несколько эзотерических режимов вождения, которые могут быть полезны при определенных редких обстоятельствах.

Если вы просмотрите сопоставления выше, вы увидите, что как во время включения, так и во время выключения по одному переключающему элементу включен на каждой стороне моста.Мы сделали это, чтобы обеспечить непрерывный путь протекания тока двигателя. Но если это правда, то для чего нужны эти диоды? Можем ли мы их оставить? Ответ звучит отрицательно, и причина в следующем: ни в одной реальной цепи невозможно включить или выключить переключатели высокого и низкого уровня в одно и то же время. Они либо немного рано, либо немного поздно. В одном случае оба переключателя высокого и низкого давления были бы включены на короткое время, а в другом — оба были бы отключены на мгновение.

Если оба включены, вы создали очень-очень плохое состояние сквозной пробивки. Мы хотим избежать короткого замыкания питания — даже кратковременного — любыми способами. Таким образом, все практические конструкции мостов смещены в другую сторону, следя за тем, чтобы два переключателя никогда не включались одновременно, но, как следствие, они оба будут отключены на короткое время во время переключения.

Теперь, когда оба переключателя на одной стороне выключены, ток двигателя некуда течь. Это плохо по-другому: напряжение двигателя подскочит настолько, насколько это необходимо, чтобы создать путь для протекания тока.Этот скачок напряжения, вероятно, приведет к выходу из строя одного из переключателей, и путь тока будет создаваться через поврежденный переключатель. Это не лучший путь для моста, поэтому необходима некоторая защита. Роль улавливающих диодов состоит в том, чтобы обеспечить прохождение тока в течение этих коротких периодов переключения, при этом напряжение двигателя не должно повышаться слишком высоко. В некоторых реализациях собственные диоды переключателей MOSFET используются в качестве задерживающих диодов, в других, например, когда BJT используются в качестве переключающих элементов, диоды должны быть предоставлены извне.

Другой вопрос, который следует обсудить, — почему бы не использовать диоды для проведения тока отключения? Главный вопрос, определяющий ответ, — это тепловыделение. Какой из них круче: диод или переключатель?

В большинстве схем мостов ток изменяется относительно мало во время включения и выключения по сравнению со средним током, протекающим через двигатель, поэтому для дальнейшего обсуждения я буду притворяться, что ток постоянный.

Разница между диодом и переключателем (независимо от технологии переключения) заключается в том, что в то время как ваши переключающие элементы (когда они замкнуты) имеют относительно постоянное и низкое сопротивление, проводящий диод имеет относительно постоянное падение напряжения на нем.Это означает, что мощность, рассеиваемая на переключателе, пропорциональна квадрату тока:

Переключатель P = Переключатель V * I = Переключатель R * I 2

, в то время как мощность на диоде линейно масштабируется:

P диод = V f * I (где V f — прямое падение напряжения на диоде)

Из этого видно, что до тех пор, пока ток ниже, чем V f / R , переключатель , лучше использовать переключатели для проведения тока отключения.Для большинства диодов V f находится в диапазоне от 0,2 до 1 В, в то время как переключатель R обычно меньше 1 Ом, обычно меньше 100 мОм. Кроме того, намного проще снизить R на коммутаторе , чем на V f , если у вас возникнут проблемы с отводом тепла, не говоря уже о том, что V f обычно несколько выше с током. Вы можете без особых проблем найти полевые МОП-транзисторы с сопротивлением в открытом состоянии менее 10 мОм. В наши дни даже интегрированные водородные мосты содержат полевые транзисторы с сопротивлением в открытом состоянии менее 25 мОм.Если мы возьмем этот мост, например, его внутренний диод имеет прямое падение напряжения 0,8 В и сопротивление в открытом состоянии 23 мОм (это типичные значения). С этими числами вы увидите, что точка перехода находится на уровне 35А, что превышает номинальный предел тока 30А для этой детали. Это типично, за исключением приложений с очень сильным током: вы управляете мостом под точкой перехода, где более выгодно использовать переключатели для проведения тока отключения.

В этой статье мы рассмотрели основную конструкцию H-моста и создали каталог полезных режимов работы.

Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *