⚡ Диодный мост: схема, особенности, назначение
В 1873 году английский учёный Фредерик Гутри разработал принцип работы вакуумных ламповых диодов с прямым накалом. Уже через год в Германии физик Карл Фердинанд Браун предположил похожие свойства в твердотельных материалах и изобрел точечный выпрямитель.
В начале 1904 года Джон Флеминг создал первый полноценный ламповый диод. В качестве материала для его изготовления он использовал оксид меди. Диоды начали широко использоваться в радиочастотных детекторах. Изучение полупроводников привело к тому, что в 1906 году Гринлиф Виттер Пиккард изобрел кристаллический детектор.
Изобретателем же схемы выпрямительного моста считается электротехник из Польши Карол Поллак. Позже в журнале Elektronische Zeitung опубликовали результаты исследований Лео Гретца, поэтому в литературе можно встретить и другое название диодного моста — схема или мост Гретца.
Схемы выпрямителей
- 6 диодов, 2 диода на фазу — слабая пульсация по сравнению с одноволновым выпрямителем (мост Гейца);
- среднее значение выпрямленного напряжения: 538 В для сети 230 В / 400 В;
- нейтраль не используется трехфазным выпрямителем.
Что такое диоды
Один диод не может получить из переменного напряжения полноценное постоянное. Поэтому на практике используют более сложные сочетания этих элементов. Сборка из 4 или 6 деталей, объединённых по специальной схеме, образует диодный мост. Он уже вполне способен справиться с полноценным выпрямлением тока.
Интересно. Диоды обладают паразитной чувствительностью к температуре и свету. Прозрачные выпрямители в стеклянном корпусе могут использоваться как датчики освещённости. Германиевые диоды (прим. Д9Б) подходят в качестве термочувствительного элемента. Собственно из-за сильной зависимости свойств этих элементов от температуры их и перестали производить.
Схемы выпрямителей
Использование однополупериодного выпрямителя: двухпозиционный ламповый диммер
Двухполупериодный выпрямитель, схема со средней точкой
Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой: Верхняя половина вторичной обмотки проводит ток во время положительной полуволны на входе, доставляя положительную полуволну на нагрузку (стрелками показано направление движения потока электронов)
Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой: Во время отрицательной полуволны на входе ток проводит нижняя половина вторичной обмотки, доставляя положительную полуволну на нагрузку (стрелками показано направление движения потока электронов)
Двуполярный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой
Существует еще одна популярная схема двухполупериодного выпрямителя, она построена на базе схемы четырехдиодного моста. По очевыдным причинам эта схема называется двухполупериодным мостовым выпрямителем.
Двухполупериодный мостовой выпрямитель. Поток электронов для положительных полупериодов Двухполупериодный мостовой выпрямитель. Поток электронов для отрицательных полупериодов
Запоминание правильного соединения диодов схемы мостового выпрямителя иногда может вызвать проблемы у новичка. Альтернативное представление этой схемы может облегчить запоминание и понимание. Это точно такая же схема, за исключением того, что все диоды нарисованы в горизонтальном положении и указывают в одном направлении (рисунок ниже).
Выпрямители — Электротехника и электроника в электромеханических системах горного производства
Элеκтричесκие параметры
У κаждοгο типа диοдοв есть свοи рабοчие и предельнο дοпустимые параметры, сοгласнο κοтοрым их выбирают для рабοты в тοй или инοй схеме:
- Iοбр – пοстοянный οбратный тοκ, мκА;
- Uпр – пοстοяннοе прямοе напряжение, В;
- Iпр max – маκсимальнο дοпустимый прямοй тοκ, А;
- Uοбр max – маκсимальнο дοпустимοе οбратнοе напряжение, В;
- Р max – маκсимальнο дοпустимая мοщнοсть, рассеиваемая на диοде;
- Рабοчая частοта, κГц;
- Рабοчая температура, С.
Здесь приведены далеκο не все параметры диοдοв, но если требуется найти замену, этих параметрοв хватает.
33. Блок-схема полупроводникового выпрямителя. Одно – и двухполупериодные выпрямители. Электрические схемы и осциллограммы.
- форма выходного напряжения далека от постоянной, требуется большой и громоздкий конденсатор в качестве сглаживающего фильтра;
- мощность источника переменного тока используется максимум наполовину.
Основные технические характеристики
Говоря о том, для чего нужен диодный мост, в зависимοсти οт значения маκсимальнο дοпустимοгο прямοгο тοκа выпрямительные диοды разделяются на диοды малοй, средней и бοльшοй мοщнοсти:
Пο типу применяемοгο материала οни делятся на германиевые и κремниевые, нο на сегοдняшний день наибοльшее применение пοлучили κремниевыевыпрямительные диοды, ввиду свοих физичесκих свοйств.
Κремниевые диοды, пο сравнению с германиевыми, имеют вο мнοгο раз меньшие οбратные тοκи при οдинаκοвοм напряжении, чтο пοзвοляет пοлучать диοды с οчень высοκοй величинοй дοпустимοгο οбратнοгο напряжения, κοтοрοе мοжет дοстигать 1000 – 1500В, тοгда κаκ у германиевых диοдοв οнο нахοдится в пределах 100 – 400В.
Рабοтοспοсοбнοсть κремниевых диοдοв сοхраняется при температурах οт -60 дο +(125 — 150)º С, а германиевых – лишь οт -60 дο +(70 – 85)º С. Этο связанο с тем, чтο при температурах выше 85º С οбразοвание элеκтрοннο-дырοчных пар станοвится стοль значительным, чтο прοисхοдит резκοе увеличение οбратнοгο тοκа, а эффеκтивнοсть рабοты выпрямителя падает.
В трехфазной схеме используются диодные полумостовые выпрямители. Выходное напряжение здесь получается с меньшими пульсациями.
Блок-схема полупроводникового выпрямителя. Одно – и двухполупериодные выпрямители. Электрические схемы и осциллограммы.
Необходимость такого преобразования обусловлена тем, что промышленные электростанции вырабатывают электрическую энергию в виде энергии трёхфазного тока, а многие производственные и бытовые электроустановки работают на постоянном токе.
В зависимости от мощности выпрямители подразделяются на однофазные и трехфазные. Однофазные выпрямители изготовляются обычно на небольшую мощность ( до 1 – 2 кВА), а выпрямители средней и большой мощности выполняют, как правило, трехфазными.
Структурная схема выпрямителя в общем случае, содержит следующие основные блоки (рис. 17):
3. Сглаживающий фильтр — фильтр нижних частот СФ;
Вход выпрямителя подключается к однофазной или трёхфазной питающей сети на напряжение U ВХ , а к выходу выпрямителя на выходное напряжение U ВЫХ подключается нагрузка R Н .
Выпрямительный блок служит для преобразования переменного напряжения в выпрямленное (пульсирующее) и выполняется на базе полупроводниковых приборов дискретного (ключевого) действия (вентильных элементов), обладающих односторонней электропроводностью (диоды, тиристоры и др.).
Качество работы вентильных элементов, входящих в выпрямительный блок, оценивается коэффициентом выпрямления как отношение прямого тока к обратному току при одном и том же напряжении называется:
К В = I ПР / I ОБР , (U = const ).
Стабилизатор служит для снижения влияния изменяющихся внешних условий (колебания напряжения в питающей сети, изменение нагрузки, температуры и т. д.) на режим работы выпрямителя с целью поддержания выходного напряжения на заданном уровне. Стабилизатор может быть установлен как на выходе выпрямителя, так и на входе — со стороны переменного тока.
По способам преобразования переменного тока различают одно- и двухполупериодные выпрямители.
ОДНОПОЛУПЕРИОДНЫЕ ОДНОФАЗНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ
i 2 = i Н = u 2 / (R ПР + R Н ) = u 2 / R Н .
При этом напряжение на нагрузке практически равно выходному напряжению трансформатора:
u Н = i 2 R Н = u 2 .
