Диодный мост — простейшая схема, которая преобразует переменный ток в постоянный. Она используется практически во всей современной электронике, поэтому грамотный мастер должен понимать и уметь его ремонтировать. В российских розетках частота тока 50 Герц, и чтобы выровнять его для работы оборудования и применяют это нехитрое устройство.
Давайте разберем, как работает данное устройство. Оно собирается из диодов — элементов, пропускающих ток в одну сторону. Современные диоды являются полупроводниковыми устройствами небольшого размера — в этой статье мы не будем разбирать их особенности и маркировку, а поговорим только о том, как работает диодный мост.
Состав и принцип работы диода
У диода имеется два контакта — анод и катод. Ток течет от анода к катоду практически с нулевым сопротивлением. Но если ситуация меняется и ток подается на катод, то противоположное сопротивление не дает ему пробиться через элемент (ток практически равен нулю и в большинстве случаев им можно пренебречь). Схему работы вы можете увидеть на приведенном выше рисунке.
Упрощенная схема
Вы уже знаете, что такое диодный мост, поэтому рассмотрим простейший принцип его работы. Когда переменный ток попадает на анод Uвх, оно проходит через положительные полупериоды, тогда как отрицательные полностью удаляются. При этом выходное напряжение, обозначенное с правой стороны под аббревиатурой Uвых, не является выпрямленным, хоть и проходит в одном направлении. Его частота равна тем же 50 Герц, или 50 пикам в секунду.
Чтобы сгладить эти пики к схеме подключается конденсатор высокой емкости. Получается выпрямительный диодный мост —на пике конденсатор заряжается, а на падении отдает заряд в сеть. Это позволяет частично сгладить график частоты и выровнять его, выведя на постоянное значение.
Подобная схема соединения диода и конденсатора носит название однополупериодной и не является достаточной для выравнивания тока в современных устройствах. У нее есть серьезные недостатки:
- Нормально выровнять пульсации до настоящей прямой невозможно.
- У схемы довольно малый коэффициент полезного действия.
- Нерациональное использование трансформатора, чересчур большой вес устройства.
Эти системы сегодня практически не используют или применяют их для маломощных устройств. Более логичные и надежные схемы называются двухполупериодными. Их основное достоинство — возможность инвертировать нижние волны в верхние. Именно подобные системы и называют диодным мостом.
Классический диодный мост
Стандартная содержит в себе вместо одного диода и конденсатора четыре диода, объединенных изображенным на рисунке способом. Его можно условно разбить на два полупериода. В каждом полупериоде находится два диода, работающих в одном направлении, и два — запрещающих проход тока. Положительное напряжение приходит на анод VD1, отрицательное на катод VD3. Данные диоды открываются, а VD2 и VD4 - закрываются.
Когда положительный полупериод заменяется на отрицательный, происходит смена работоспособности. Положительное напряжение приходит на анод VD2, отрицательное - на катодный выход VD4. Происходит смена направлений, но ток идет в нужном направлении. Получается, что в подобной схеме частота возрастает в два раза, за счет чего удается добиться лучшего сглаживания, используя идентичный с первой схемой конденсатор. Благодаря этому возрастает коэффициент полезного действия устройства и падают возможные потери.
Принцип работы классического моста
Изучая, не забывайте о том, что не обязательно спаивать его из четырех микроэлементов и подбирать соответствующий конденсатор. В большинстве случаев можно приобрести готовое решение в магазине, с подобранными параметрами и известными характеристиками. Достоинства подобной сборки в маленьких размерах, единых тепловых режимах и небольшом весе. Основной недостаток в том, что если выходит из строя один элемент, то приходится менять весь узел .
Трехфазный мост
Теперь, когда вы знаете, для чего нужен диодный мост и что он собой представляет, рассмотрим более сложную трехфазную схему, выдающую пульсирующий ток. Он максимально близок к постоянному и подходит для использования в приборах, требующих стабильную подачу. Вход этой системы присоединяется к источнику, подающему трехфазное питание (разумеется речь идет о переменном токе). Это может быть трансформатор или генератор. На выходе системы оказывается практически идеальный постоянный ток, который можно легко сгладить.
Схема выпрямителя
Чтобы сделать качественный двухполупериодный выпрямитель из схемы подключения диодного моста с конденсатором, изучите наш рисунок. В данном случае выпрямляется ток, который снимается с понижающей трансформаторной обмотки. Выравнивание происходит за счет электролитического конденсатора на 5-10 тысяч микрофарад, заряжающегося и отдающего заряд в сеть. В схему также введен дополнительный резистор, который выпрямляет ток при холостой работе. Чем выше нагрузка, тем меньше напряжение на выходе, поэтому к нему подсоединяют стабилизатор на классических транзистора х.
Как сделать диодный мост для преобразования переменного напряжения в постоянное, однофазный и трехфазный диодный мост. Ниже классическая схема однофазного диодного моста.
Как видно на рисунке соединены четыре диода, на вход подается переменное напряжение, а на выходе уже плюс и минус. Сам диод это полупроводниковый элемент, который может через себя пропускать только напряжение с определенным значением. В одну сторону диод может пропускать через себя только минусовое напряжение, а плюс не может, а в обратную наоборот. Ниже диод и его обозначение в схемах. Через анод может пропускаться только минус, а через катод только плюс.
>
Переменное напряжение это такое напряжение где с определенной частотой меняется плюс с минусом. Например частота нашей сети 220вольт равна 50герц, то-есть 50 раз за секунду меняется полярность напряжения с минуса на плюс и обратно. Чтобы выпрямить напряжение, направить плюс на один провод, а плюс на другой нужны два диода. Один подключаетя анодом, второй катодом, таким образом когда на проводе появляется минус, то он идет по первому диоду, а второй минус не пропускает, а когда на проводе появится плюс, то наоборот первый диод плюс не пропускает, а второй пропускает. Ниже схема принципа работы.
>
Для выпрямления, а точнее распределения плюса и минуса в переменном напряжении нужны всего два диода на один провод. Если провода два то соответственно по два диода на провод, всего четыре и схема соединения выглядит ромбиком. Если три провода, то шесть диодов, по два на провод и того получится трехфазный диодный мост. Ниже схема соединения трехфазного диодного моста.
>
Диодный мост как видно из картинок очень прост, это простейшее устройство для преобразования переменного напряжения от трансформаторов или генераторов в постоянное. Переменное напряжение имеет частоту смены напряжения с плюса на минус и обратно, поэтому эти пульсации передаются и после диодного моста. Чтобы сгладить пульсации если это нужно ставят конденсатор. Конденсатор ставят параллельно, то-есть одним концом к плюсу на выходе, а вторым концом к плюсу. Конденсатор здесь служит как миниатюрный аккумулятор. Он заряжается и во время паузы между импульсами питает нагрузку разряжаясь, таким образом пульсации становятся незаметными, и если вы подсоединяете например светодиод, то он не будет мерцать и в другая электроника будет правильно работать. Ниже схема с конденсатором.
>
Также хочу отметить что напряжение пропущенное через диод немного понижается, для диода Шоттки это около 0,3-0,4вольта. Таким образом можно диодами понижать напряжение, скажем 10 последовательно соединенных диодов понизят напряжение на 3-4вольта. Нагреваются диоды именно из-за падения напряжения, скажем через диод идет ток силой 2ампера, падение 0,4вольта, 0,4*2=0,8ватт, таким образом на тепло уходит 0,8ватт энергии. А если 20ампер пойдет через мощный диод, то потери на нагрев будут уже 8ватт.
Диод представляет собой полупроводниковый агрегат с разной проводимостью, определяемой прикладываемым напряжением. Он имеет два вывода: катод и анод. Если подается прямое напряжение, то есть на аноде в сравнении с катодом потенциал положителен, агрегат открыт.
Если напряжение отрицательно, он закрывается. Такая особенность нашла применение в электротехнике: диодный мост активно используется в сварочном деле для выпрямления переменного тока и улучшения качества сварных операций.
Как сделать выпрямитель своими руками?
Если в наличии мастера имеются комплектующие детали, вполне реально изготовить самодельный сварочный выпрямитель. При условии соблюдения всех рекомендаций специалистов он гарантировано обеспечит процесс ручной дуговой сварки постоянным током, но потребуется применить электрод с обмазкой.
Использовать проволоку без обмазки также допустимо, но только при условии большого опыта в сварных вопросах. Для неопытного сварщика справиться с ней будет практически нереально.
Диодный мост для сварочного аппарата.
Обмазка при расплавлении электрода препятствует проникновению составляющих воздуха в расплавленный металл сварного соединения. Без нее контакт металла в расплавленном виде с азотом и кислородом снизят прочностные свойства шва, сделав его хрупким и пористым.
Сначала потребуется выбрать или смотать своими руками понижающий трансформатор с требуемыми параметрами. Собирают трансформатор до подключения диодного моста.
Если выбран путь самостоятельного изготовления аппарата, важно правильно рассчитать его элементы, в том числе:
- параметры магнитопровода;
- актуальное количество витков;
- размеры сечения шин, проводов.
На заметку! Расчеты для изготовления трансформаторов осуществляются по единой методике, поэтому данная задача не представляет трудностей даже для малоопытного сварщика со школьными знаниями электричества.
В работе не обойтись без светодиодов: нужны они в качестве проводников тока в одном единственном направлении. Простейший диодный , созданный по мостиковой схеме, монтируют на радиатор с целью теплообмена и охлаждения.
Мощные диоды для сварочного аппарата, по типу ВД-200, выделяют при работе довольно большой объем тепловой энергии. Чтобы обеспечить падающую характеристику тока, в цепь потребуется включить дроссель последовательно.
Активное переменное сопротивление в такой схеме обеспечит сварщику возможность плавно регулировать сварочный ток. Далее, один полюс нужно подключить к сварной проволоке, а второй ‒ к рабочему объекту.
Электролитический конденсатор в составе схемы необходим в качестве сглаживающего фильтра для снижения пульсаций.
Выполнить намотку реостата несложно своими силами, но для такой задачи потребуется керамический сердечник и проволока из никелина или нихрома. Актуальный диаметр проволоки определит величина регулируемого тока сварной операции.
Расчет сопротивления реостата нужно проводиться учетом удельного сопротивления электрода, его сечения и общей длины.
Электрическая схема сварки с диодным мостом.
Шаг регулировки тока для сварки зависит от диаметра витков. Если правильно собрать перечисленные детали в единый агрегат, процесс сварки будет сопровождаться постоянным током. Не лишним будет и монтаж резистора, препятствующего короткому замыканию при работе.
Оно может происходить при касании проволоки о металл без зажигания дуги. Если в это время на конденсаторе нет сопротивления, он мгновенно разрядится, произойдет щелчок, электрод разрушится или прилипнет к металлу.
При наличии резистора можно сгладить разряды на конденсаторе, сделать поджога электрода более простым и мягким. Изготовление аппарата для выпрямления сварного тока своими руками позволит создавать максимально аккуратные и долговечные сварные швы.
Итоги
Диодный мост для сварочного аппарата преобразует переменный ток в постоянный, что позволяет повысить качества сварных соединений. Такое приспособление можно приобрести в готовом виде или создать своими руками, следуя советам, озвученным в статье.
Переменный электрический ток преобразуется в постоянный пульсирующий за счет применения специальных электронных схем - диодных мостов. Схему диодного моста выпрямителя разделяют на 2 варианта исполнения: однофазную и трехфазную.
В работе выпрямителя главным элементом является диод. Конструктивно он представляет собой пластину полупроводникового кристалла с двумя зонами разной проводимости. Особенностью является одностороннее пропускание электрического тока, в зависимости от направления течения.
Устройство и работа выпрямительного диода основаны на особенностях p-n перехода между зонами полупроводника. Его сопротивление зависит от полярности внешнего напряжения. В одном случае оно велико, в другом - незначительно.
Однофазный диодный мост
Когда на входе - переменное синусоидальное напряжение, в каждый полупериод ток проходит через одну пару диодов, а другая закрыта. В итоге на выходе схемы диодного моста выпрямителя образуется пульсирующее напряжение, частота которого в два раза больше, чем на входе.
Трехфазная мостовая схема
В данной схеме используются диодные полумостовые выпрямители. Выходное напряжение здесь получается с меньшими пульсациями.
Как сгладить пульсации при выпрямлении питания?
Качество выпрямленного напряжения снижается с увеличением его пульсации. Чтобы ее уменьшить, применяются элементы, накапливающие энергию при ее поступлении от выпрямителя и отдающие при прекращении ее подачи.
На схеме диодного моста выпрямителя с конденсатором последний подключается параллельно нагрузке. Его емкость подбирается в зависимости от нагрузочного тока. При подаче импульса происходит зарядка конденсатора. Между импульсами (когда их нет) напряжение с него отдается нагрузке.
В результате сглаживания выходное напряжение фильтра становится больше и приближается к величине амплитуды выпрямленной величины.
Идеальное напряжение на выходе фильтра получить не удается из-за разрядки конденсатора между импульсами. Обычно подобные пульсации допустимы. Их можно уменьшить путем увеличения емкости конденсатора.
Если для сглаживания применяется катушка индуктивности, ее подключают последовательно с нагрузкой. В комбинированные цепи фильтров входят дроссели и конденсаторы.
Конструкции диодных мостов
Простейшее устройство моста выполняется с помощью спайки отдельных диодов. В промышленности выпускают монолитные конструкции, которые меньше по размерам и дешевле. Кроме того, в них подбираются диоды с аналогичными характеристиками, что позволяет им работать с одинаковым нагревом. Это повышает надежность схемы диодного моста выпрямителя.
Преимуществом диодных мостов из отдельных элементов является возможность ремонта, когда один их них выйдет из строя. Сборку же приходится заменять полностью. Неисправности в ней возникают редко, поскольку элементы правильно подобраны.
Питание выпрямителей
Устройства, потребляющие большой ток, обычно питаются от сети 220 В. Напрямую приборы не подключают, поскольку напряжение для электронных схем требуется небольшое, а ток - постоянный. Тогда применяют сетевой адаптер.
Напряжение понижается с помощью трансформатора, который также создает гальваническую развязку между первичной и вторичной питающими цепями. За счет этого снижается опасность удара электрическим током и защищается аппаратура при появлении в схеме короткого замыкания.
Современные адаптеры в большинстве случаев работают по упрощенной бестрансформаторной схеме без гальванической развязки, где лишнее напряжение поглощается на конденсаторе.
Схема диодного моста 12 вольт: инструкция и сборка
Блок питания состоит из двух модулей, где первый - это понижающий трансформатор, а второй - диодный мост, преобразующий один вид напряжения в другой.
Подбирается подходящий трансформатор. Первичная обмотка находится с помощью тестера. Ее сопротивление должно быть самым большим. Путем прозвонки мультиметром в режиме измерения сопротивления находятся нужные концы. Затем находятся другие пары и делается маркировка.
На первичную обмотку подается Затем тестер переводится в режим измерения переменного напряжения и измеряется напряжение на остальных обмотках. Следует выбрать или намотать одну на 10 В. Важно, чтобы напряжение не было 12 В, поскольку после емкостного фильтра оно увеличивается на 18 %.
Трансформатор подбирается под нужную мощность, после чего берется запас на 25 %.
4 диода скручиваются в диодный мост и концы пропаиваются. Затем схема соединяется, на выход подключается конденсатор на 25 В и 2200 мкф (электролит) и проверяется в работе.
Бестрансформаторная схема диодного моста выпрямителя 24 вольта
В радиолюбительской практике широко используются маломощные блоки питания без трансформаторов.
Питание 220 В подается через конденсатор балласта С1. Выпрямитель состоит из диодов VD1, VD2 и стабилитронов VD3, VD4. Чтобы устранить броски тока через мост, при подключении питания последовательно с конденсатором устанавливается резистор сопротивлением 50-100 Ом. Чтобы разрядить конденсатор при неработающей схеме, к нему параллельно подключается резистор на 150-300 кОм.
На выход схемы устанавливается сглаживающий конденсатор емкостью 2000 мкф.
Отсутствие гальванической связи создает опасность удара электрическим током.
Применение
Области применения диодного моста чрезвычайно широки и разнообразны:
- осветительные приборы (светодиодные и люминесцентные лампы);
- приборы учета электроэнергии;
- блоки питания электронной аппаратуры;
- промышленные блоки питания, управления и зарядные устройства.
Как выбрать диоды для изготовления диодного моста?
Главными критериями выбора являются напряжение и сила тока, при которой диод не перегревается. При прямом включении на нем падает напряжение около 0,6 В, поскольку он обладает внутренним сопротивлением. Обратное напряжение, которое диод выдерживает, не входя в режим теплового и электрического пробоя, имеет определенный предел. Если он рассчитан на 220 В, то берется запас не ниже 25 %. Но лучше брать его достаточно большим, чтобы уберечь от случайных скачков напряжения в сети.
Ток также берется с запасом. Если нужно, предусматривается охлаждающий радиатор.
Для правильного выбора пользуются справочной таблицей диодов и диодных мостов.
Производители диодных мостов
Среди элементов для осветительной техники выделяются выпрямители серий 1N4007 и MS250 производства компании Diotec. Они рассчитаны на напряжение до 1000 В. В первом случае схема диодного моста состоит из 4 диодов, размещенных на печатной плате, а во втором она представлена в виде компактной сборки. Хотя серия 1N4007 надежна в работе, сборка MS250 позволяет экономить вес и занимаемую площадь. Несмотря на это, спрос на серию 1N4007 остается высоким, поскольку цена снизилась настолько, что определяется преимущественно затратами на выводы из меди.
Технология изготовления диодных мостов серии MS продолжается. Сейчас все 4 кристалла моста устанавливаются вместе, что повышает его теплостойкость за счет равномерности параметров.
Надежность выпрямителей падает с повышением температуры окружающего воздуха. Эту проблему решает устройство серии B250S2A, рассчитанное на ток 2,3 А и пропускающее 0,7 А при 125 °С.
Большинство изготовителей покупают диоды, после чего собирают готовые выпрямители. Компания Diotec занимается всем циклом производства, от изготовления кристаллов до сборки и упаковки.
Другая ведущая мировая компания - IRF - обладает уникальными технологиями сокращения габаритов деталей, улучшения теплоотдачи, повышения эффективности полупроводниковой техники. Она является единственной, производящей компоненты для всего цикла преобразования энергии.
Заключение
Схема диодного моста выпрямителя применяется во всей радиоэлектронной аппаратуре. Применять следует двухполупериодные выпрямители, характеристики которых значительно лучше однопериодных. Проверить любой из них можно самостоятельно, прозвонив каждый диод.
Он используется в блоках питания и выполняет функцию выпрямления переменного напряжения. Таким образом, с помощью выпрямителя входной переменный электрический ток преобразуется на выходе в постоянный ток. Ведущую роль в этом процессе играет схема диодного моста выпрямителя. В результате на выходе происходит образование пульсирующего напряжения. Его частота в два раза превышает входную, однако полярность отличается высокой стабильностью. Для того, чтобы понять, как работает данный элемент, нужно точно знать, каким образом осуществляется сам процесс преобразования.
Преимущества диодного моста в преобразовании тока
Полупроводниковый диод обладает важным свойством, которое заключается в его способности пропускать электрический ток только в одну сторону. Благодаря этому свойству, диоды стали основной деталью выпрямителей тока.
Фактически, можно использовать всего один элемент и выпрямляющее устройство все равно будет работать. Оно известно под названием однополупериодного выпрямителя. В данном случае диод, находящийся в цепи, пропускает только один полупериод переменного тока с положительным значением. Из-за этого происходит потеря одной половины волны, приводящая к значительному снижению КПД таких выпрямительных устройств. Поэтому они используются только в высокочастотных блоках питания и не подходят для стандартной частоты.
В большинстве устройств данного типа применяются диодные мосты, состоящие из четырех элементов. Чтобы пропускать обе половины волны переменного тока, на каждом входе имеется два диода. Способ их подключения позволяет положительной полуволне уходить на выход с «плюсом», а отрицательной - на выход с «минусом». Благодаря противофазным колебаниям на входах, напряжение на выходе берется поочередно, с каждого из них. В результате обе полуволны суммируются в общее значение тока.
Полная фильтрация переменного тока на выходе осуществляется с помощью конденсатора. Во время подъема полуволны происходит накопление заряда, который, затем, отдается в процессе ее спада. Для улучшения работоспособности выпрямителя , и другие дополнительные элементы.
Особенности диодных мостов и их применение
Данный вид сборки состоит из четырех диодов с одинаковыми параметрами, размещенными в общем корпусе. Вся конструкция имеет 4 вывода, к двум из которых подключается переменное напряжение. Остальные выводы являются выходными и обозначаются как «+» и «-».
Схема диодного моста выпрямителя может состоять из отдельно взятых диодов или использовать монолитную диодную сборку. Такая сборка значительно упрощает ее монтаж. Однако, при выходе из строя хотя-бы одного диода, замене подлежит вся конструкция. Тем не менее, она более технологичная, занимает мало места, а для всех составных частей обеспечивается одинаковый тепловой режим. При отсутствии монолитной конструкции она легко заменяется четырьмя отдельными деталями, с одинаковыми параметрами и техническими характеристиками. Такая схема позволяет свободно менять любые неисправные элементы.
Без диодных мостов невозможно представить себе электронику, питание которой осуществляется через однофазную сеть переменного тока, напряжением 220 вольт. Она используется не только в трансформаторных, но и импульсных блоках питания. Живым примером служит блок питания компьютера.
Компактные люминесцентные лампы также оборудованы диодными мостами. Они применяются в энергосберегающих лампах, в конструкциях печатных плат. Для сварочных аппаратов предусмотрены схемы с очень высокой мощностью.
