Gleichrichterbrücke: Anschlussbild Diodenbrücke, Funktionsprinzip des Gerätes und Aufbautechnik

Eine Gleichrichterbrücke (Diode) ist eine Halbleiterdiode, die einen Wechselstrom in einen Dauerstrom umwandelt. Dies ist bei weitem kein vollständiger Anwendungsbereich von Gleichrichterdioden: Sie werden häufig in Steuer- und Schaltkreisen, in Schaltkreisen verwendet Spannungsvervielfachung, in allen Hochstromkreisen, bei denen keine strengen Anforderungen an Zeit- und Frequenzparameter gestellt werden elektrisches Signal.

Allgemeine Eigenschaften

Apropos wofür eine Diodenbrücke benötigt wird, abhängig vom Wert des maximal zulässigen Gleichstroms Gleichrichterdioden werden in Dioden kleiner, mittlerer und großer Leistung unterteilt:

• kleine Leistung - ausgelegt für die Gleichrichtung von Gleichstrom bis 300mA;
• mittlere Leistung - von 300mA bis 10A;
• große Leistung - mehr als 10A.

Nach der Art des verwendeten Materials werden sie in Germanium und Silizium unterteilt, aber heute werden Silizium-Gleichrichterdioden aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften am häufigsten verwendet.

instagram viewer

Siliziumdioden haben im Vergleich zu Germaniumdioden bei gleicher Spannung um ein Vielfaches niedrigere Rückströme, was es ermöglicht, Dioden mit einem sehr ein hoher Wert der zulässigen Gegenspannung, der 1000 - 1500 V erreichen kann, dann liegt er wie bei Germaniumdioden innerhalb von 100 - 400V.

Die Arbeitskapazität von Siliziumdioden bleibt bei Temperaturen von -60 bis + (125 - 150) º und Germanium - nur von -60 bis + (70 - 85) º erhalten. Dies liegt daran, dass bei Temperaturen über 85 ° C die Bildung von Elektro-Loch-Paaren signifikant, dass der Rückstrom stark ansteigt und der Wirkungsgrad des Gleichrichters Stürze.

Der Drehstromkreis verwendet Halbbrücken-Diodengleichrichter. Die Ausgangsspannung wird hier mit weniger Welligkeit erreicht.

Fertigungstechnik und Konstruktion

Das Design von Gleichrichterdioden ist eine einzelne Platte eines Halbleiterkristalls, in deren Volumen sich zwei Bereiche unterschiedlicher Leitfähigkeit befinden, daher werden solche Dioden als Ebenen bezeichnet.

Die Technologie zur Herstellung solcher Dioden ist wie folgt: auf der Oberfläche des Kristalls eines Halbleiters mit elektrische Leitfähigkeit vom n-Typ schmelzen Aluminium, Indium oder Bor, und auf der Kristalloberfläche mit elektrischer Leitfähigkeit vom p-Typ Phosphor schmelzen.

Unter Einwirkung hoher Temperatur werden diese Stoffe fest mit dem Kristall des Halbleiters verschmolzen. Die Atome dieser Stoffe dringen (diffundieren) in die Dicke des Kristalls ein und bilden darin einen Bereich mit überwiegend elektrischer oder perforierter elektrischer Leitfähigkeit. Dadurch entsteht ein Halbleiterbauelement mit zwei Bereichen unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit, zwischen denen ein p-n-Übergang hergestellt wird. Die meisten der weit verbreiteten flachen Silizium- und Germaniumdioden werden auf diese Weise hergestellt.

Zum Schutz vor äußeren Einflüssen und zur sicheren Wärmeableitung ist im Gehäuse ein Quarz mit p-n-Übergang montiert. Kleinleistungsdioden werden im Kunststoffgehäuse mit flexiblen Außenleitern hergestellt, Mittelleistungsdioden - im Metall-Glasgehäuse mit starre externe Leitungen und Dioden mit großer Leistung - in einem Metall-Glas- oder Metall-Keramik-Körper mit Glas oder Keramik Isolator.

Kristalle aus Silizium oder Germanium mit einem p-n-Übergang werden sie an den Kristallhalter gelötet, der gleichzeitig eine Basis des Körpers ist. An den Kristallhalter ist ein Körper mit einem Glasisolator angeschweißt, durch den man aus den Elektroden herausführt.

Kleine Dioden mit relativ geringen Abmessungen und Gewicht haben flexible Leitungen, mit deren Hilfe sie in Schaltungen montiert werden. Bei Dioden mittlerer und starker Leistung, die für erhebliche Ströme ausgelegt sind, sind die Ausgänge viel leistungsstärker. Der untere Teil solcher Dioden ist ein massiver wärmeleitender Sockel mit einer Schraube und einem flachen Außen eine Oberfläche, die einen zuverlässigen Wärmekontakt mit externer Wärmeableitung gewährleistet (Kühler).

Elektrische Parameter

Jeder Diodentyp hat seine eigenen Arbeits- und maximal zulässigen Parameter, nach denen sie für den Betrieb in dem einen oder anderen Schema ausgewählt werden:

• Iοbr - konstanter Rückstrom, mKA;
• Upr - konstante Durchlassspannung, V;
• Ipr max - der maximal zulässige Gleichstrom, A;
• Uobr max - maximal zulässige Sperrspannung, V;
• P max - die maximal zulässige Verlustleistung der Diode;
• Betriebsfrequenz, kHz;
• Arbeitstemperatur, C.

Hier sind bei weitem nicht alle Parameter der Dioden, aber wenn Sie einen Ersatz finden müssen, reichen diese Parameter aus.

Einfache Gleichrichterschaltung

Der Eingang des Gleichrichters wird mit Netzwechselspannung versorgt, wobei positive Halbperioden rot und negative Halbperioden blau hervorgehoben sind. Κ Der Ausgang des Gleichrichters ist mit der Last verbunden und die Funktion des Gleichrichterelements wird von der Diode übernommen.

Bei positiven Halbperioden der an die Anode der Diode angelegten Spannung wird die Diode geöffnet. Zu diesen Zeitpunkten fließt durch die Diode und die vom Gleichrichter gespeiste Last der Gleichstrom der Diode Ipr.

Bei negativen Halbperioden der Spannung, die zur Anode der Diode fließt, schließt die Diode, und ein leichter Rückwärtsstrom der Diode fließt durch die Schaltung. Hier unterbricht die Diode sozusagen die negative Hälfte des Wechselstroms.

Als Ergebnis stellt sich heraus, dass es durch die Last, die über die Diode mit dem Netzwerk verbunden ist, nicht mehr variabel fließt, weil dieser nur während positiver Halbperioden fließt und der pulsierende Strom nur Richtungen. Dies ist die Begradigung des Wechselstroms.

Mit einer solchen Spannung können Sie nur eine kleine Last versorgen, die von einem Wechselstromnetz gespeist wird und keine besonderen Anforderungen an die Stromversorgung stellt: zum Beispiel eine Glühlampe. Die Spannung durch die Lampe fließt nur während positiver Pole (Impulse), daher die Lampe flackert schwach mit einer Frequenz von 50 Hz. Aufgrund der thermischen Trägheit hat der Faden in den Intervallen zwischen den Impulsen keine Zeit zum Abkühlen und daher ist das Flimmern schwach wahrnehmbar.

Wenn Sie einen Receiver oder Leistungsverstärker mit einer solchen Spannung betreiben, ist im Lautsprecher oder in den Lautsprechern ein tiefes Brummen mit einer Frequenz von 50 Hz zu hören, das als Wechselstrom bezeichnet wird. Dies geschieht, weil der pulsierende Strom, der durch die Last fließt, darin eine pulsierende Spannung erzeugt, die die Quelle des Hintergrunds ist.

Dieser Mangel kann teilweise behoben werden, wenn ein elektrischer Filterkondensator mit großer Kapazität parallel zur Last geschaltet wird.

Beim Laden mit Stromimpulsen während positiver Halbperioden wird der Kondensator während negativer Halbperioden durch die Last entladen. Wenn der Kondensator ausreichend groß ist, hat er während der Zeit zwischen den Stromimpulsen keine Zeit, sich vollständig zu entladen. Die Last wird sowohl während positiver als auch negativer Halbperioden kontinuierlich aufrechterhalten.

Auf diese Weise ist es aber auch unmöglich, einen Empfänger oder einen Verstärker mit Strom zu versorgen, weil sie "täuschen" werden: Das Pulsationsniveau ist immer noch sehr spürbar. Der Gleichrichter verbraucht nur die Hälfte der Wechselstromenergie, sodass mehr als die Hälfte der Eingangsspannung an ihm verloren geht. Diese Art der Gleichrichtung von Wechselstrom wird als Einschleifengleichrichter bezeichnet, und Gleichrichter werden als Einschleifengleichrichter bezeichnet. Bei Gleichrichtern, die eine Diodenbrücke verwenden, werden solche Mängel beseitigt.

Diodenbrücke mit eigenen Händen

Die Diodenbrücke ist eines der am weitesten verbreiteten Geräte in der Elektronik, das zum Gleichrichten von Wechselspannung ausgelegt ist. Durch die Transformation am Ausgang der Diodenbrücke entsteht eine doppelt so starke pulsierende Spannung wie am Eingang. Ohne ein solches Schema wird praktisch keine Stromversorgung moderner elektrischer Geräte benötigt. Nachfolgend finden Sie eine Anleitung zum Zusammenbau einer Diodenbrücke:

• Wählen Sie den Typ der Diodenbrücke aus. Sie kann aus separaten Dioden oder in Form einer monolithischen Diodenanordnung bestehen. Sie hat den Vorteil, dass sie einfach auf der Platine montiert werden kann, aber wenn die Diode aus dem System geht, kann sie nicht durch eine andere ersetzt werden. Wir müssen das ganze Schema ändern.
• Wenn keine fertige Diodenbrücke vorhanden ist, können Sie sie von vier Dioden sammeln. Dioden ausgelegt für einen Strom von 1 A und eine Spannung von 1000 V. Es ist notwendig, die erforderliche Leistung der Brücke zu berechnen, indem der Grenzstrom mit der Grenzspannung multipliziert wird, mit einem zweifachen Leistungsspielraum.

• Rechenbeispiel: Es gibt eine Diodenbrücke für 1000 V und 4 A. Die Leistung der Last beträgt 1000x4 = 4000 W, unter Berücksichtigung der doppelten "Sicherheitsmarge" - 4000/2 = 2000 W (2 kW). Eine ähnliche Leistung wird für andere Modelle von Gleichrichterhalterungen in Betracht gezogen. Beim Aufbau einer Diodenbrücke muss berücksichtigt werden, dass durch jede der Dioden 70 % des Gesamtstroms fließen. Mit anderen Worten, wenn die Last 4 A beträgt, beträgt sie in einer separaten Diode der Brücke 3 A.
• Um die Brücke abzukühlen, ist es besser, einen Aluminiumstrahler mit einer Fläche von 800 kV zu verwenden. cm. Die Oberfläche des Heizkörpers wird vorbereitet: Löcher werden gebohrt, ein Gewinde wird geschnitten, um die Montage zu sichern. Um die Wärmeübertragung zu erhöhen, wird die Verwendung von Wärmeleitpaste EPT-8 empfohlen.
• Befestigen Sie die Diodenbaugruppe mit M6-Schrauben mit einem Rohrschlüssel an der Oberfläche des Kühlers.
• Sie müssen die Schaltung mit einem Kupferbus entlöten. Reifengröße 10 qm mm zum Löten an die Pins der Baugruppe und die Busgröße 20 kV. mm sollte für die Strom-I/O-Schaltung verwendet werden. Der Bus muss an die Klemmen der Diodenbrücken angelötet werden. Wenn Sie die Brücken ohne Löten (Klemmen) verbinden, werden die Enden der Leitungen sehr heiß.

Das Schaltbild der Diodenbrücke ist in der obigen Abbildung dargestellt.

Anschluss an Transformator

Geräte, die viel Strom verbrauchen, werden in der Regel aus einem 220-V-Netz gespeist. Ein direkter Anschluss der Geräte ist nicht möglich, da die Spannung für die Stromkreise wenig benötigt und dann konstant ist. Verwenden Sie dann das Netzteil.

Die Spannungsreduzierung erfolgt mit Hilfe eines Transformators, der eine galvanische Trennung zwischen primärem und sekundärem Versorgungsstromkreis herstellt. Dadurch wird die Gefahr eines Stromschlags reduziert und das Gerät geschützt, wenn ein Kurzschluss im Stromkreis auftritt.

Moderne Adapter arbeiten in den meisten Fällen mit einer vereinfachten transformatorlosen Schaltung ohne galvanische Trennung, bei der die Überspannung am Kondensator absorbiert wird.

Das Netzteil besteht aus zwei Modulen, wobei das erste ein Abwärtstransformator und das zweite eine Diodenbrücke ist, die eine Spannungsart in eine andere umwandelt. Ein geeigneter Transformator wird ausgewählt. Mit Hilfe des Testers wird die Primärwicklung lokalisiert. Sein Widerstand sollte der größte sein. Durch Aufruf des Multimeters im Widerstandsmessmodus werden die benötigten Enden gefunden. Dann werden andere Paare gefunden und die Markierung wird gemacht.

Die Primärwicklung beträgt 220 V. Der Tester wechselt in den Wechselspannungsmessmodus, dann wird U an den restlichen Wicklungen gemessen. Sie sollten einen mit 10 V auswählen oder aufwickeln. Wichtig ist, dass die Spannung nicht 12 V beträgt, denn nach einem kapazitiven Filter steigt sie um 18%.

Der Transformator wird für die erforderliche Leistung ausgewählt, wonach der Bestand zu 25 % übernommen wird. 4 Dioden werden zu einer Diodenbrücke verdrillt und die Enden werden verlötet. Dann wird die Schaltung angeschlossen, der Ausgang wird mit einem Kondensator von 25 V und 2200 mkf (Elektrolith) verbunden. Die Funktion des Gerätes wird überprüft.

Sie können selbst eine Diodenbrücke herstellen, wenn Sie das Funktionsprinzip des Geräts sorgfältig studieren. Wenn alle Regeln für Anschluss und Herstellung eingehalten werden, funktioniert die Brücke.