Что такое диодный мост — простое объяснение
Мы рассматривали пассивные компоненты электронных схем, такие как резисторы и конденсаторы. Но кроме них электрикам и радиолюбителям приходится сталкиваться и с другими, например полупроводниковыми диодами, стабилитронами и т.д. В этой статье мы расскажем, что такое диодный мост, как он работает и для чего нужен.
Диодный мост – это схемотехническое решение, предназначенное для выпрямления переменного тока. Другое название – двухполупериодный выпрямитель. Строится из полупроводниковых выпрямительных диодов или их разновидности – диодов Шоттки.
Мостовая схема соединения предполагает наличие нескольких (для однофазной цепи – четырёх) полупроводниковых диодов, к которым подключается нагрузка.
Он может состоять из дискретных элементов, распаянных на плате, но в 21 веке чаще встречаются соединенные диоды в отдельном корпусе. Внешне это выглядит, как и любой другой электронный компонент – из корпуса определенного типоразмера выведены ножки для подключения к дорожкам печатной платы.
Стоит отметить, что несколько совмещенных в одном корпусе вентилей, которые соединены не по мостовой схеме, называют диодными сборками.
В зависимости от сферы применения и схемы подключения диодные мосты бывают:
Обозначение на схеме может быть выполнено в двух вариантах, какое использовать УГО на чертеже зависит от того, собирается мост из отдельных элементов или используется готовый.
Как понизить напряжение после диодного моста
- Vrpm – пиковое или максимальное обратное напряжение. При превышении этого напряжения pn-переход необратимо разрушается.
- Vr(rms) – среднее обратное напряжение. Нормальное для работы, то же что и Uобр в характеристиках отечественных компонентов.
- Io – средний выпрямленный ток, то же что и Iпр у отечественных.
- Ifsm – пиковый выпрямленный ток.
- Vfm – падение напряжения в прямом смещении (в открытом проводящем состоянии) обычно 0.6-0.7В, и больше у высокотоковых моделей.
Принцип действия
Для простоты и наглядности рассмотрим его работу на примере однофазного двухполупериодного выпрямителя.
Принцип работы схемы основам на том, что диоды проводят ток в одну сторону и состоит в следующем:
- На вход диодного моста подают переменный синусоидальный сигнал, например 220В из бытовой электросети (на схеме подключения вход диодного моста обозначается как AC или ~).
- Каждая из полуволн синусоидального напряжения (рисунок ниже) пропускается парой вентилей, расположенных на схеме по диагонали.
Положительную полуволну пропускают диоды VD1, VD3, а отрицательную — VD2 и VD4. Сигнал на входе и выходе схемы вы видите ниже.
Такой сигнал называется – выпрямленное пульсирующее напряжение. Для того, чтобы его сгладить, в схему добавляется фильтр с конденсатором.
Однофазный и трёхфазный диодный мост
Существует две основные разновидности выпрямляющих сборок:
- Однофазный мост. Чаще используется в бытовых электроприборах. Имеет 4 вывода. На два их них подаётся переменное напряжение, т.е. фаза (L) и ноль (N). С двух оставшихся снимается постоянное, т.е. плюс (+) и минус (-).
- Трёхфазный мост. Встречается в мощных промышленных установках и оборудовании, питающимся от сети 380 вольт. На его вход подаются три фазы (L1, L2, L3). С выхода так же снимается постоянное напряжение. Такие мосты отличаются большими размерами и внушительными токами, которые они способны через себя пропустить.
Диодный мост: принцип работы и преимущества устройства, где используется, как собрать своими руками
- снизить подмагничивание трансформатора, после которого стоит двухполупериодный выпрямитель;
- снять с выхода напряжение с удвоенной частотой, которое в итоге проще сгладить;
- повысить КПД трансформатора, на вторичной обмотке которого установлен полный диодный мост.
Недостатки полного моста
У полноценного двухполупериодного моста имеются недостатки:
- Ток вынужден протекать не по одному диоду, а сразу по двум, включенным последовательно. Поэтому удваивается падение напряжения на выпрямительном элементе. Для маломощных мостов на кремниевых диодах оно может достигать 2 вольт. В мощных выпрямителях – порядка 10 В. Отсюда существенные потери мощности на выпрямляющем элементе и его повышенный нагрев.
- При выходе из строя одного и четырёх диодов мост продолжает работать. Данный дефект может быть незаметен без специальных замеров. Однако он создаёт риск более серьёзной поломки устройства, которое питается через неисправный мостик.
Принцип работы диодного моста
Вспомним характеристики и назначение диода. Если не вдаваться в технические детали – он пропускает электрический ток в одном направлении, и закрывает ему путь в противоположном.
Этого свойства уже достаточно для того, чтобы собрать простейший выпрямитель на одном диоде.
Элемент просто включается в цепь последовательно, и каждый второй импульс тока, идущий в противоположном направлении — отрезается.
Такой способ называется однополупериодным, и у него есть множество недостатков:
Очень сильная пульсация, между полупериодами возникает пауза в подаче тока, равная длине половины синусоиды.
В результате отрезания нижних волн синусоиды, напряжение уменьшается вдвое. При точном измерении уменьшение оказывается больше, поскольку потери есть и в диодах.
Способность снижать напряжение вдвое при его выпрямлении, нашла применение в ЖКХ.
Жильцы многоквартирных подъездов, устав менять постоянно перегорающие лампочки – оснащают их диодами.
При включении последовательно, снижается яркость свечения и лампа «живет» гораздо дольше.
Правда сильное мерцание утомляет глаза, и такой светильник годится лишь для дежурного освещения.
Для уменьшения потерь, применяется соединение четырех элементов.
В каком бы направлении не протекал переменный ток на вводных контактах, выход диодного моста обеспечивает неизменную полярность на его выходных контактах.
Частота пульсаций такого соединения ровно в два раза выше частоты переменного тока на входе.
Поскольку плечи моста не могут одновременно пропускать ток в обоих направлениях – обеспечивается стабильная защита схемы.
Даже если у вас в устройстве перегорел диодный мост – короткого замыкания или скачка напряжения не будет.
Надежность мостовой схемы проверена десятилетиями. Защита от перенапряжения на входе гарантируется трансформатором.
От перегрузки спасает стабилизатор на выходе. Пробивает диодный мост лишь в случае использования бракованных деталей, или в автомобиле, где схема подвергается постоянным нагрузкам.
Выбор типа сборки
Как работает диодный мост при минимальном напряжении?
Падение напряжения в диодном мосту составляет до 0,7 вольт. При использовании обычной элементной базы в низковольтных схемах, иногда падение напряжения составляет до 50% от номинала блока питания. Такая погрешность недопустима.
Для обеспечения работы блоков питания с напряжением от 1,5 вольт до 12 вольт – используются диоды Шоттки.
При прямом протекании тока, падение напряжения на одном кристалле составляет не более 0,3 вольта. Умножаем на четыре элемента в мосту – получается вполне приемлемое значение потерь.
Кроме того, если проверить мультиметром диодный мост Шоттки на уровень помех – вы получите значение, недостижимое для кремниевых p-n диодов.
Еще одно достоинство, обусловленное отсутствием p-n перехода – способность работать на высокой частоте.
Поэтому выпрямители сверх высокочастотного напряжения делают исключительно на диодах этого типа.
Однако у диодов Шоттки есть и недостатки. При воздействии обратного напряжения, пусть даже кратковременном – элемент выходит из строя.
Проверка диодного моста мультиметром показывает, что именно эта причина имеет необратимые последствия.
Обычный германиевый или кремниевый элемент с p-n переходом самостоятельно восстанавливаются после переполюсовки.
Поэтому мосты на диодах Шоттки применяются только в низковольтных блоках питания и при наличии защиты от обратного напряжения.
