Ponte raddrizzatore: schema di collegamento del ponte a diodi, principio di funzionamento del dispositivo e tecnologia di assemblaggio

Un ponte raddrizzatore (diodo) è un diodo a semiconduttore progettato per convertire una corrente alternata in una permanente. Questo è lontano da un'area completa di applicazione dei diodi raddrizzatori: sono ampiamente utilizzati nei circuiti di controllo e commutazione, nei circuiti moltiplicazione di tensione, in tutti i circuiti ad alta corrente, dove non sono imposti requisiti rigorosi sui parametri di tempo e frequenza segnale elettrico.

Caratteristiche generali

Parlando di cosa è necessario un ponte a diodi, a seconda del valore della corrente continua massima consentita i diodi raddrizzatori sono suddivisi in diodi di piccola, media e grande potenza:

• piccola potenza - progettato per raddrizzare la corrente continua fino a 300 mA;
• media potenza - da 300mA a 10A;
• grande potenza - più di 10A.

In base al tipo di materiale utilizzato, si dividono in germanio e silicio, ma oggi i diodi raddrizzatori al silicio sono i più utilizzati, per le loro proprietà fisiche.

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I diodi al silicio, rispetto a quelli al germanio, hanno correnti di ritorno molte volte inferiori alla stessa tensione, il che rende possibile emettere diodi con un un alto valore di controtensione ammissibile, che può raggiungere 1000 - 1500V, quindi, come nei diodi al germanio, è entro 100 - 400V.

La capacità di lavoro dei diodi al silicio è preservata a temperature da -60 a + (125 - 150) º e al germanio - solo da -60 a + (70 - 85) º. Ciò è dovuto al fatto che a temperature superiori a 85 ° C, la formazione di coppie di fori elettrici diventa significativo che vi sia un forte aumento della corrente di ritorno e l'efficienza del raddrizzatore cascate.

Il circuito trifase utilizza raddrizzatori a diodi a mezzo ponte. La tensione di uscita è ottenuta qui con meno ondulazione.

Tecnologia di produzione e costruzione

Il design dei diodi raddrizzatori è una singola piastra di un cristallo semiconduttore, nel cui volume ci sono due aree di diversa conduttività, quindi tali diodi sono chiamati piani.

La tecnologia di produzione di tali diodi è la seguente: sulla superficie del cristallo di un semiconduttore con La conduttività elettrica di tipo n fonde l'alluminio, l'indio o il boro e sulla superficie del cristallo con conduttività elettrica di tipo p sciogliere il fosforo.

Sotto l'azione dell'alta temperatura, queste sostanze sono saldamente fuse con il cristallo del semiconduttore. Gli atomi di queste sostanze penetrano (si diffondono) nello spessore del cristallo, formando in esso un'area con predominanza di conduttività elettrica o perforata. Ciò produce un dispositivo a semiconduttore con due aree di diversi tipi di conduttività elettrica e tra di esse viene stabilita una giunzione p-n. La maggior parte dei diffusi diodi piatti al silicio e al germanio sono prodotti in questo modo.

Per proteggere da influenze esterne e garantire una dissipazione del calore affidabile, nella custodia è montato un cristallo con una giunzione p-n. I diodi di piccola potenza sono realizzati in una custodia di plastica con cavi esterni flessibili, diodi di media potenza - in una custodia di metallo-vetro con conduttori esterni rigidi e diodi di grande potenza - in un corpo in metallo-vetro o metallo-ceramica con vetro o ceramica isolatore.

Cristalli di silicio o germanio con una giunzione p-n, sono saldati al supporto del cristallo, che è una base simultanea del corpo. Al supporto del cristallo è saldato un corpo con un isolante in vetro, attraverso il quale si esce dagli elettrodi.

I piccoli diodi, aventi dimensioni e peso relativamente piccoli, hanno conduttori flessibili, con l'aiuto dei quali sono montati nei circuiti. Per diodi di media potenza e forti, progettati per correnti significative, le uscite sono molto più potenti. La parte inferiore di tali diodi è una massiccia base termoconduttiva con una vite e un esterno piatto una superficie progettata per garantire un contatto termico affidabile con la dissipazione del calore esterna (termosifone).

Parametri elettrici

Ogni tipo di diodo ha i propri parametri di funzionamento e massimi consentiti, in base ai quali vengono scelti per il funzionamento in uno o nell'altro schema:

• Iοbr - corrente di ritorno costante, mKA;
• Upr - tensione diretta costante, V;
• Ipr max - la corrente continua massima consentita, A;
• Uobr max - tensione inversa massima consentita, V;
• P max - la potenza massima consentita dissipata dal diodo;
• Frequenza operativa, kHz;
• Temperatura di lavoro, C.

Qui sono lontani da tutti i parametri dei diodi, ma se hai bisogno di trovare un sostituto, questi parametri sono sufficienti.

Circuito raddrizzatore semplice

La tensione di rete CA viene fornita all'ingresso del raddrizzatore, in cui i semiperiodi positivi sono evidenziati in rosso e i semiperiodi negativi sono evidenziati in blu. Κ L'uscita del raddrizzatore è collegata al carico e la funzione dell'elemento raddrizzatore sarà svolta dal diodo.

A semiperiodi positivi di tensione applicata all'anodo del diodo, il diodo viene aperto. In questi istanti di tempo attraverso il diodo e il carico alimentato dal raddrizzatore, scorre la corrente continua del diodo Ipr.

Con semiperiodi negativi di tensione che fluiscono verso l'anodo del diodo, il diodo si chiude e una leggera corrente all'indietro del diodo scorrerà attraverso il circuito. Qui il diodo, per così dire, taglia la metà negativa della corrente alternata.

Di conseguenza, si scopre che attraverso il carico collegato alla rete attraverso il diodo, non scorre più variabile, perché questo scorre solo durante i semiperiodi positivi e solo la corrente pulsante indicazioni. Questo è il raddrizzamento della corrente alternata.

Con una tale tensione, è possibile fornire solo un piccolo carico che è alimentato da una rete in corrente alternata e non impone requisiti speciali all'alimentazione: ad esempio una lampada a incandescenza. La tensione attraverso la lampada passerà solo durante i poli positivi (impulsi), quindi la lampada lampeggerà debolmente a una frequenza di 50 Hz. A causa dell'inerzia termica, il filo non avrà il tempo di raffreddarsi negli intervalli tra gli impulsi e quindi lo sfarfallio sarà debolmente evidente.

Se si alimenta un ricevitore o un amplificatore di potenza con una tale tensione, nell'altoparlante o negli altoparlanti si sentirà un ronzio basso con una frequenza di 50 Hz, chiamato corrente alternata. Ciò accadrà perché la corrente pulsante, passando attraverso il carico, crea una tensione pulsante in esso, che è la fonte dello sfondo.

Tale carenza può essere parzialmente eliminata collegando in parallelo al carico un condensatore elettrico filtrante di grande capacità.

Caricando con impulsi di corrente durante i semiperiodi positivi, il condensatore viene scaricato attraverso il carico durante i semiperiodi negativi. Se il condensatore è sufficientemente grande, durante il tempo tra gli impulsi di corrente non avrà il tempo di scaricarsi completamente. Il carico sarà mantenuto continuamente sia durante i semiperiodi positivi che negativi.

Ma in questo modo è anche impossibile alimentare un ricevitore o un amplificatore, perché "inganneranno": il livello delle pulsazioni è ancora molto sentito. Il raddrizzatore utilizza solo la metà dell'energia della corrente alternata, quindi più della metà della tensione di ingresso viene persa su di esso. Questo tipo di raddrizzamento della corrente alternata è chiamato raddrizzatori a circuito singolo e i raddrizzatori sono chiamati raddrizzatori a circuito singolo. Tali carenze vengono eliminate nei raddrizzatori utilizzando un ponte a diodi.

Ponte a diodi con le tue mani

Il ponte a diodi è uno dei dispositivi più diffusi nell'elettronica, progettato per raddrizzare la tensione alternata. Come risultato della trasformazione all'uscita del ponte a diodi, viene generata una tensione pulsante a una frequenza doppia rispetto all'ingresso. Senza un tale schema, non è praticamente necessaria l'alimentazione dei moderni dispositivi elettrici. Di seguito sono riportate le istruzioni su come assemblare un ponte a diodi:

• Seleziona il tipo di ponte a diodi. Può essere costituito da diodi separati o sotto forma di un gruppo diodi monolitico. Ha il vantaggio di essere facile da montare sulla scheda, ma se il diodo esce dal sistema, non può essere sostituito da un altro. Dovremo cambiare l'intero schema.
• In assenza di un ponte a diodi pronto, è possibile raccoglierlo da quattro diodi. Diodi progettati per una corrente di 1 A e una tensione di 1000 V. È necessario calcolare la potenza richiesta del ponte moltiplicando la corrente limite per la tensione limite, con un doppio margine di potenza.

• Esempio di calcolo: esiste un ponte a diodi per 1000 V e 4 A. La potenza del carico sarà pari a 1000x4 = 4000 W, tenendo conto del doppio "margine di sicurezza" - 4000/2 = 2000 W (2 kW). Una potenza simile è considerata per altri modelli di staffe raddrizzatore. Quando si compone un ponte a diodi, è necessario tenere conto del fatto che il 70% della corrente totale scorrerà attraverso ciascuno dei diodi. In altre parole, se il carico è corrente 4 A, allora in un diodo separato del ponte sarà 3 A.
• Per raffreddare il gruppo del ponte, è meglio utilizzare un radiatore in alluminio con un'area di 800 kV. cm. La superficie del radiatore è preparata: vengono praticati dei fori, viene tagliata una filettatura per fissare l'assemblaggio. Per aumentare il trasferimento di calore, si consiglia di utilizzare la pasta per il trasferimento di calore EPT-8.
• Fissare il gruppo diodi sulla superficie del radiatore utilizzando bulloni M6, utilizzando una chiave tubolare.
• Devi dissaldare il circuito con un bus di rame. Dimensione pneumatici 10 mq. mm da saldare ai pin dell'assieme e la dimensione del bus 20 kV. mm dovrebbe essere utilizzato per il circuito I/O corrente. Il bus deve essere saldato ai terminali dei ponti a diodi. Se colleghi i ponti senza saldatura (terminali), le estremità dei cavi saranno molto calde.

Lo schema di collegamento del ponte a diodi è mostrato nella figura sopra.

Collegamento al trasformatore

I dispositivi che consumano molta corrente sono generalmente alimentati da una rete a 220 V. È impossibile collegare direttamente i dispositivi, perché la tensione per i circuiti elettrici richiede poco, quindi è costante. Quindi utilizzare l'adattatore di rete.

La tensione viene ridotta con l'ausilio di un trasformatore, che crea un isolamento galvanico tra i circuiti di alimentazione primario e secondario. A causa di ciò, il rischio di scosse elettriche è ridotto e l'apparecchiatura è protetta quando si verifica un cortocircuito nel circuito.

I moderni adattatori nella maggior parte dei casi funzionano su un circuito senza trasformatore semplificato senza isolamento galvanico, in cui la tensione in eccesso viene assorbita sul condensatore.

L'alimentatore è costituito da due moduli, di cui il primo è un trasformatore verso il basso e il secondo è un ponte a diodi, che converte un tipo di tensione in un altro. Viene selezionato un trasformatore adatto. L'avvolgimento primario si trova con l'aiuto del tester. La sua resistenza dovrebbe essere la più grande. Chiamando il multimetro nella modalità di misurazione della resistenza, vengono trovate le estremità richieste. Quindi vengono trovate altre coppie e viene fatto il segno.

L'avvolgimento primario è 220 V. Il tester passa alla modalità di misurazione della tensione alternata, quindi U viene misurato sul resto degli avvolgimenti. Dovresti selezionarne o avvolgerne uno a 10 V. È importante che la tensione non sia 12 V, perché dopo un filtro capacitivo aumenta del 18%.

Il trasformatore viene selezionato per la potenza richiesta, dopodiché lo stock viene prelevato del 25%. 4 diodi sono attorcigliati in un ponte a diodi e le estremità sono saldate. Quindi il circuito è collegato, l'uscita è collegata a un condensatore di 25 V e 2200 mkf (elettrolito). Viene verificato il funzionamento del dispositivo.

Puoi creare tu stesso un ponte a diodi se studi attentamente il principio di funzionamento del dispositivo. Se vengono osservate tutte le regole per la connessione e la produzione, il ponte funzionerà.