Usměrňovací můstek: schéma zapojení diodového můstku, princip činnosti zařízení a technologie montáže

Usměrňovací můstek (dioda) je polovodičová dioda určená k přeměně střídavého proudu na trvalý. Toto není zdaleka úplná oblast použití usměrňovacích diod: jsou široce používány v řídicích a spínacích obvodech, v obvodech násobení napětí, ve všech silnoproudých obvodech, kde nejsou kladeny přísné požadavky na časové a frekvenční parametry elektrický signál.

Obecná charakteristika

Když už mluvíme o tom, k čemu je potřeba diodový můstek, v závislosti na hodnotě maximálního přípustného stejnosměrného proudu Usměrňovací diody se dělí na diody malého, středního a velkého výkonu:

• malý výkon - určeno pro usměrnění stejnosměrného proudu do 300mA;
• střední výkon - od 300mA do 10A;
• velký výkon - více než 10A.

Podle druhu použitého materiálu se dělí na germaniové a křemíkové, dnes se však nejvíce používají křemíkové usměrňovací diody, a to pro jejich fyzikální vlastnosti.

Křemíkové diody mají ve srovnání s germaniovými mnohonásobně nižší zpětné proudy při stejném napětí, což umožňuje vyzařovat diody s velmi vysoká hodnota přípustného zpětného napětí, která může dosáhnout 1000 - 1500 V, pak jako u germaniových diod je v rozmezí 100 - 400V.

Pracovní kapacita křemíkových diod je zachována při teplotách od -60 do + (125 - 150) º С a germaniových diod - pouze od -60 do + (70 - 85) º С. To je způsobeno skutečností, že při teplotách nad 85 ° C dochází k vytváření párů elektrických děr významné, že dochází k prudkému nárůstu zpětného proudu a účinnosti usměrňovače pády.

Třífázový obvod využívá polomůstkové diodové usměrňovače. Výstupní napětí je zde získáno s menším zvlněním.

Technologie výroby a konstrukce

Konstrukce usměrňovacích diod je jedna deska polovodičového krystalu, v jehož objemu jsou dvě oblasti různé vodivosti, proto se takové diody nazývají roviny.

Technologie výroby takových diod je následující: na povrchu krystalu polovodiče s elektrická vodivost typu n tavenina hliníku, india nebo boru a na povrchu krystalu s elektrickou vodivostí typu p roztavit fosfor.

Působením vysoké teploty jsou tyto látky pevně srostlé s krystalem polovodiče. Atomy těchto látek pronikají (difundují) do tloušťky krystalu a tvoří v něm oblast s převahou elektrické nebo perforované elektrické vodivosti. Vznikne tak polovodičová součástka se dvěma oblastmi různých typů elektrické vodivosti a mezi nimi je vytvořen p-n přechod. Tímto způsobem se vyrábí většina rozšířených plochých křemíkových a germaniových diod.

Pro ochranu před vnějšími vlivy a pro zajištění spolehlivého odvodu tepla je v pouzdře namontován krystal s p-n přechodem. Diody malého výkonu jsou vyráběny v plastovém pouzdře s flexibilními vnějšími vývody, diody středního výkonu - v pouzdru z kovu a skla s pevné vnější vývody a diody velkého výkonu - v kovo-skleněném nebo kovokeramickém těle se sklem nebo keramikou izolátor.

Krystaly křemíku nebo germania s p-n přechodem jsou připájeny k držáku krystalu, který je současnou základnou těla. K držáku krystalu je přivařeno těleso se skleněným izolátorem, přes který je vyveden z elektrod.

Malé diody, mající relativně malé rozměry a hmotnost, mají ohebné vývody, pomocí kterých se montují do obvodů. U diod středního výkonu a silných, určených pro významné proudy, jsou výstupy mnohem výkonnější. Spodní část takových diod je masivní teplovodivá základna se šroubem a plochým vnějším povrch navržený tak, aby zajistil spolehlivý tepelný kontakt s externím odvodem tepla (chladič).

Elektrické parametry

Každý typ diody má své vlastní pracovní a maximální přípustné parametry, podle kterých jsou vybrány pro provoz v jednom nebo jiném schématu:

• Iοbr - konstantní zpětný proud, mKA;
• Upr - konstantní dopředné napětí, V;
• Ipr max - maximální přípustný stejnosměrný proud, A;
• Uobr max - maximální dovolené zpětné napětí, V;
• P max - maximální přípustný výkon rozptýlený diodou;
• Pracovní frekvence, kHz;
• Pracovní teplota, C.

Zde nejsou zdaleka všechny parametry diod, ale pokud potřebujete najít náhradu, tyto parametry stačí.

Jednoduchý obvod usměrňovače

Na vstup usměrňovače je přiváděno střídavé síťové napětí, ve kterém jsou kladné půlperiody zvýrazněny červeně a záporné půlperiody modře. Κ Výstup usměrňovače je připojen k zátěži a funkci prvku usměrňovače bude plnit dioda.

Při kladných půlperiodách napětí přivedeného na anodu diody se dioda otevře. V těchto okamžicích protéká diodou a zátěží napájenou z usměrňovače stejnosměrný proud diody Ipr.

Při záporných půlperiodách napětí, které teče na anodu diody, se dioda uzavře a obvodem bude protékat mírný zpětný proud diody. Zde dioda jakoby odpojí zápornou polovinu střídavého proudu.

V důsledku toho se ukazuje, že přes zátěž připojenou k síti přes diodu již neprotéká proměnná, protože to teče pouze během kladných půlperiod a pouze pulzující proud Pokyny. Jedná se o narovnání střídavého proudu.

S takovým napětím můžete napájet pouze malou zátěž, která je napájena ze sítě střídavého proudu a neklade na napájení žádné zvláštní požadavky: například žárovku. Napětí přes lampu bude tedy procházet pouze při kladných pólech (impulzích). lampa bude slabě blikat při frekvenci 50 Hz. Díky tepelné inertnosti nebude mít nit čas v intervalech mezi impulsy vychladnout, a proto bude blikání slabě patrné.

Pokud takovým napětím napájíte přijímač nebo koncový zesilovač, pak se v reproduktoru nebo reproduktorech ozve nízkotónový brum o frekvenci 50 Hz, který se nazývá střídavý proud. Stane se tak proto, že pulzující proud procházející zátěží v ní vytváří pulzující napětí, které je zdrojem pozadí.

Tento nedostatek lze částečně odstranit, pokud je paralelně k zátěži připojen velkokapacitní filtrační elektrický kondenzátor.

Při nabíjení proudovými impulsy během kladných půlperiod je kondenzátor vybíjen zátěží během záporných půlperiod. Pokud je kondenzátor dostatečně velký, pak se během doby mezi proudovými impulsy nestihne úplně vybít. Zátěž bude nepřetržitě udržována jak během kladných, tak záporných polovičních period.

Ale tímto způsobem je také nemožné napájet přijímač nebo zesilovač, protože se "zblázní": úroveň pulzací je stále velmi cítit. Usměrňovač využívá pouze polovinu energie střídavého proudu, takže se na něm ztrácí více než polovina vstupního napětí. Tento typ usměrnění střídavého proudu se nazývá jednosmyčkové usměrňovače a usměrňovače se nazývají jednosmyčkové usměrňovače. Takové nedostatky jsou odstraněny u usměrňovačů pomocí diodového můstku.

Diodový můstek s vlastními rukama

Diodový můstek je jedním z nejrozšířenějších zařízení v elektronice, určený k usměrňování střídavého napětí. V důsledku transformace na výstupu diodového můstku se generuje dvakrát větší pulzující napětí než na vstupu. Bez takového schématu není potřeba prakticky žádné napájení moderních elektrických zařízení. Následuje návod, jak sestavit diodový můstek:

• Vyberte typ diodového můstku. Může být vyrobena ze samostatných diod nebo ve formě monolitické sestavy diod. Má výhodu v jednoduché montáži na desku, ale pokud dioda odejde ze systému, nelze ji nahradit jinou. Budeme muset změnit celé schéma.
• Při absenci připraveného diodového můstku jej můžete sbírat ze čtyř diod. Diody určené pro proud 1A a napětí 1000V. Potřebný výkon můstku je nutné vypočítat vynásobením mezního proudu mezním napětím s dvojnásobnou rezervou výkonu.

• Příklad výpočtu: existuje diodový můstek pro 1000 V a 4 A. Výkon zátěže bude činit 1000x4 = 4000 W, s přihlédnutím k dvojnásobné "bezpečnostní rezervě" - 4000/2 = 2000 W (2 kW). S podobným výkonem se počítá i pro ostatní modely držáků usměrňovače. Při skládání diodového můstku je nutné počítat s tím, že každou z diod poteče 70 % celkového proudu. Jinými slovy, pokud je zátěž proudem 4 A, pak v samostatné diodě můstku to bude 3 A.
• Pro ochlazení mostu je lepší použít hliníkový chladič o ploše 800 kV. cm. Povrch radiátoru je připraven: jsou vyvrtány otvory, vyříznut závit pro zajištění sestavy. Pro zvýšení přenosu tepla se doporučuje použít teplonosnou pastu EPT-8.
• Připevněte sestavu diod k povrchu chladiče pomocí šroubů M6 pomocí trubkového klíče.
• Musíte odpájet obvod pomocí měděné sběrnice. Velikost pneu 10m2. mm k připájení na piny sestavy a sběrnice o velikosti 20 kV. mm by měl být použit pro proudový I/O obvod. Sběrnice musí být připájena na vývody diodových můstků. Pokud spojíte můstky bez pájení (svorky), konce vývodů budou velmi horké.

Schéma zapojení diodového můstku je znázorněno na obrázku výše.

Připojení k transformátoru

Zařízení, která spotřebovávají hodně proudu, jsou obvykle napájena ze sítě 220 V. Je nemožné připojit zařízení přímo, protože napětí pro elektrické obvody vyžaduje málo a pak je konstantní. Poté použijte síťový adaptér.

Napětí se snižuje pomocí transformátoru, který vytváří galvanické oddělení mezi primárním a sekundárním napájecím obvodem. Díky tomu se snižuje riziko úrazu elektrickým proudem a zařízení je chráněno, když se v obvodu objeví zkrat.

Moderní adaptéry ve většině případů pracují na zjednodušeném beztransformátorovém obvodu bez galvanického oddělení, kde je nadměrné napětí absorbováno na kondenzátoru.

Napájecí zdroj se skládá ze dvou modulů, kde prvním je sestupný transformátor a druhým je diodový můstek, který převádí jeden typ napětí na jiný. Je vybrán vhodný transformátor. Primární vinutí je lokalizováno pomocí testeru. Jeho odpor by měl být největší. Zavoláním multimetru v režimu měření odporu jsou nalezeny požadované konce. Poté se najdou další dvojice a provede se značka.

Primární vinutí je 220V. Zkoušečka se přepne do režimu měření střídavého napětí, poté se změří U na zbytku vinutí. Měli byste vybrat nebo navinout jeden na 10 V. Je důležité, aby napětí nebylo 12 V, protože po kapacitním filtru se zvýší o 18%.

Transformátor je vybrán pro požadovaný výkon, po kterém je zásoba odebrána o 25%. 4 diody jsou stočeny do diodového můstku a konce jsou připájeny. Poté se obvod zapojí, výstup se připojí na kondenzátor 25 V a 2200 mkf (elektrolit). Kontroluje se provoz zařízení.

Diodový můstek si můžete vyrobit sami, pokud pečlivě prostudujete princip fungování zařízení. Pokud jsou dodržena všechna pravidla pro připojení a výrobu, most bude fungovat.