גשר מיישר: דיאגרמת חיבור גשר דיודה, עקרון הפעולה של המכשיר וטכנולוגיית הרכבה

גשר מיישר (דיודה) היא דיודה מוליכים למחצה המיועדת להמיר זרם חילופין לזרם קבוע. זה רחוק מלהיות תחום יישום שלם של דיודות מיישרים: הן נמצאות בשימוש נרחב במעגלי בקרה ומיתוג, במעגלים כפל מתח, בכל מעגלי הזרם הגבוה, שבהם לא מוטלות דרישות קפדניות על פרמטרי זמן ותדר אות חשמלי.

מאפיינים כלליים

אם כבר מדברים על מה שדרוש גשר דיודה, בהתאם לערך הזרם הישר המרבי המותר דיודות מיישרים מחולקות לדיודות בעלות הספק קטן, בינוני וגדול:

• כוח קטן - מיועד לתיקון זרם ישר עד 300mA;
• כוח בינוני - מ-300mA עד 10A;
• כוח גדול - יותר מ-10A.

לפי סוג החומר המשמש, הן מחולקות לגרמניום ולסיליקון, אך כיום נעשה שימוש בעיקר בדיודות מיישר סיליקון, בשל תכונותיהן הפיזיקליות.

לדיודות סיליקון, בהשוואה לגרמניום, זרמי החזרה נמוכים פי כמה באותו מתח, מה שמאפשר לפלוט דיודות בעלות ערך גבוה של מתח אחורי קביל, שיכול להגיע ל-1000 - 1500V, ואז, כמו בדיודות גרמניום, הוא נמצא בטווח של 100 - 400V.

כושר העבודה של דיודות סיליקון נשמר בטמפרטורות של -60 עד + (125 - 150) º С, וגרמניום - רק מ -60 ל + (70 - 85) º С. זה נובע מהעובדה שבטמפרטורות מעל 85 מעלות צלזיוס, היווצרות זוגות חורים חשמליים הופכת משמעותי שיש עלייה חדה בזרם החוזר, וביעילות המיישר נופל.

המעגל התלת פאזי משתמש במיישרי דיודות חצי גשר. מתח המוצא מתקבל כאן עם פחות אדווה.

טכנולוגיה ובנייה בייצור

העיצוב של דיודות מיישר הוא צלחת אחת של גביש מוליכים למחצה, שבנפחו ישנם שני אזורים בעלי מוליכות שונה, ולכן דיודות כאלה נקראות מטוסים.

הטכנולוגיה של ייצור דיודות כאלה היא כדלקמן: על פני השטח של הגביש של מוליך למחצה עם מוליכות חשמלית מסוג n ממיסים אלומיניום, אינדיום או בורון, ועל פני הגביש עם מוליכות חשמלית מסוג p להמיס זרחן.

תחת פעולה של טמפרטורה גבוהה, חומרים אלה מתמזגים היטב עם הגביש של המוליך למחצה. האטומים של חומרים אלה חודרים (מפוזרים) לעובי הגביש, ויוצרים בו אזור בעל מוליכות חשמלית או מחוררת. זה מייצר התקן מוליכים למחצה עם שני אזורים של סוגים שונים של מוליכות חשמלית, וצומת p-n נוצר ביניהם. רוב דיודות הסיליקון השטוחות והגרמניום הנפוצות מיוצרות בדרך זו.

כדי להגן מפני השפעות חיצוניות ולהבטיח פיזור חום אמין, גביש עם צומת p-n מותקן במארז. דיודות בעלות הספק קטן מיוצרות במארז פלסטיק עם מובילים חיצוניים גמישים, דיודות בעלות הספק בינוני - במארז מתכת-זכוכית עם מובילים חיצוניים קשיחים, ודיודות בעלות הספק גדול - בגוף מתכת-זכוכית או מתכת-קרמי עם זכוכית או קרמיקה מבודד.

גבישים של סיליקון או גרמניום עם צומת p-n, הם מולחמים למחזיק הקריסטל, שהוא בסיס בו זמנית של הגוף. גוף עם מבודד זכוכית מרותך למחזיק הקריסטל, שדרכו יוצאים מהאלקטרודות.

לדיודות קטנות, בעלות ממדים ומשקל קטנים יחסית, יש מובילים גמישים, בעזרתם הם מורכבים במעגלים. עבור דיודות בעלות הספק בינוני וחזק, המיועדות לזרמים משמעותיים, היציאות חזקות הרבה יותר. החלק התחתון של דיודות כאלה הוא בסיס מוליך חום מסיבי עם בורג וחלק חיצוני שטוח משטח שנועד להבטיח מגע חום אמין עם פיזור חום חיצוני (רַדִיאָטוֹר).

פרמטרים חשמליים

לכל סוג דיודה יש ​​פרמטרים משלו לעבודה ופרמטרים מקסימליים, לפיהם הם נבחרים לפעולה בתכנית כזו או אחרת:

• Iοbr - זרם חוזר קבוע, mKA;
• Upr - מתח קדימה קבוע, V;
• Ipr max - הזרם הישר המרבי המותר, A;
• Uobr max - מתח הפוך מרבי מותר, V;
• P max - ההספק המרבי המותר המופץ על ידי הדיודה;
• תדר הפעלה, קילו-הרץ;
• טמפרטורת עבודה, C.

כאן רחוקים מכל הפרמטרים של הדיודות, אבל אם אתה צריך למצוא תחליף, הפרמטרים האלה מספיקים.

מעגל מיישר פשוט

מתח רשת AC מסופק לכניסת המיישר, שבו חצי תקופות חיוביות מסומנות באדום, וחצי תקופות שליליות מסומנות בכחול. Κ הפלט של המיישר מחובר לעומס, ותפקידו של אלמנט המיישר יבוצע על ידי הדיודה.

בחצי תקופות חיוביות של מתח המופעל על האנודה של הדיודה, הדיודה נפתחת. ברגעי זמן אלו דרך הדיודה והעומס המוזן מהמיישר, זורם הזרם הישר של הדיודה Ipr.

עם חצי תקופות שליליות של מתח שזורם לאנודה של הדיודה, הדיודה נסגרת, וזרם קל אחורה של הדיודה יזרום לאורך המעגל. כאן הדיודה, כביכול, חותכת את החצי השלילי של זרם החילופין.

כתוצאה מכך, מתברר שדרך העומס המחובר לרשת דרך הדיודה, הוא כבר לא זורם משתנה, כי זה זורם רק במהלך חצי תקופות חיוביות, והזרם הפועם בלבד כיוונים. זהו יישור זרם החילופין.

עם מתח כזה, אתה יכול לספק רק עומס קטן המופעל על ידי רשת זרם חילופין ואינו מטיל דרישות מיוחדות על ספק הכוח: למשל, מנורת ליבון. המתח דרך המנורה יעבור רק במהלך קטבים חיוביים (אימפולסים), לכן המנורה תהבהב חלש בתדר של 50 הרץ. בשל האינרטיות התרמית, החוט לא יספיק להתקרר במרווחים שבין הפולסים, ולכן ההבהוב יהיה מורגש בצורה חלשה.

אם אתה מפעיל מקלט או מגבר כוח עם מתח כזה, אזי ישמע ברמקול או ברמקולים זמזום בטון נמוך בתדר של 50 הרץ, הנקרא זרם חילופין. זה יקרה מכיוון שהזרם הפועם, העובר דרך העומס, יוצר בו מתח פועם, שהוא מקור הרקע.

ניתן לבטל את החסר הזה באופן חלקי אם מחברים מעבה חשמלי סינון בעל קיבולת גדולה במקביל לעומס.

טעינה עם פעימות זרם במהלך חצי תקופות חיוביות, הקבל משוחרר דרך העומס במהלך חצי תקופות שליליות. אם הקבל גדול מספיק, אז במהלך הזמן שבין הפולסים הנוכחיים לא יהיה לו זמן להתרוקן במלואו. העומס יישמר באופן רציף גם במהלך חצי תקופות חיוביות ושליליות.

אבל בצורה כזו אי אפשר גם להפעיל מקלט או מגבר, כי הם "יטעו": רמת הפעימות עדיין מורגשת מאוד. המיישר משתמש רק במחצית מאנרגיית זרם החילופין, כך שיותר ממחצית ממתח הכניסה אובד עליו. סוג זה של יישור זרם חילופין נקרא מיישרי לולאה אחת, ומיישרים נקראים מיישרים לולאה אחת. חסרונות כאלה מתבטלים במיישרים באמצעות גשר דיודה.

גשר דיודה במו ידיך

גשר הדיודה הוא אחד המכשירים הנפוצים ביותר בתחום האלקטרוניקה, המיועד לתיקון מתח חילופין. כתוצאה מהטרנספורמציה במוצא גשר הדיודה, נוצר מתח פועם פי שניים מאשר בכניסה. ללא תוכנית כזו, כמעט אין צורך באספקת חשמל של מכשירים חשמליים מודרניים. להלן הוראה כיצד להרכיב גשר דיודה:

• בחר את סוג גשר הדיודה. זה יכול להיות עשוי מדיודות נפרדות או בצורה של מכלול דיודות מונוליטי. יש לזה יתרון קל להרכבה על הלוח, אבל אם הדיודה יוצאת מהמערכת, לא ניתן להחליף אותה באחרת. נצטרך לשנות את כל התוכנית.
• בהיעדר גשר דיודה מוכן, אתה יכול לאסוף אותו מארבע דיודות. דיודות המיועדות לזרם של 1 A ומתח של 1000 V. יש צורך לחשב את ההספק הנדרש של הגשר על ידי הכפלת זרם הגבול במתח הגבול, עם מרווח פי שניים של כוח.

• דוגמה לחישוב: יש גשר דיודה ל-1000 V ו-4 A. הספק העומס יסתכם ב-1000x4 = 4000 W, תוך התחשבות ב"מרווח הבטיחות" הכפול - 4000/2 = 2000 W (2 קילוואט). כוח דומה נחשב עבור דגמים אחרים של סוגריים מיישרים. כאשר מרכיבים גשר דיודה, יש צורך לקחת בחשבון ש-70% מהזרם הכולל יזרמו דרך כל אחת מהדיודות. במילים אחרות, אם העומס הוא זרם 4 A, אז בדיודה נפרדת של הגשר הוא יהיה 3 A.
• כדי לקרר את מכלול הגשר, עדיף להשתמש ברדיאטור אלומיניום בשטח של 800 קילו וולט. ס"מ. פני השטח של הרדיאטור מוכנים: קודחים חורים, חוט נחתך כדי לאבטח את המכלול. להגברת העברת החום, מומלץ להשתמש במשחת העברת חום EPT-8.
• הדק את מכלול הדיודה למשטח הרדיאטור באמצעות ברגים M6, באמצעות מפתח צינורי.
• אתה צריך לבטל את הלחמת המעגל עם אוטובוס נחושת. גודל צמיג 10 מ"ר. מ"מ להלחמה לפינים של המכלול, וגודל האוטובוס 20 קילו וולט. יש להשתמש ב-mm עבור מעגל ה-I/O הנוכחי. יש להלחים את האוטובוס לטרמינלים של גשרי הדיודה. אם תחבר את הגשרים ללא הלחמה (טרמינלים), הקצוות של הלידים יהיו חמים מאוד.

דיאגרמת חיבור גשר הדיודה מוצגת באיור שלמעלה.

חיבור לשנאי

מכשירים שצורכים הרבה זרם מופעלים בדרך כלל מרשת 220V. אי אפשר לחבר את המכשירים ישירות, מכיוון שהמתח עבור המעגלים החשמליים דורש מעט, ואז הוא קבוע. לאחר מכן השתמש במתאם החשמל.

המתח מופחת באמצעות שנאי, היוצר בידוד גלווני בין מעגלי האספקה ​​הראשוניים והמשניים. בשל כך מצטמצמת הסכנה להתחשמלות והציוד מוגן כאשר מופיע קצר חשמלי במעגל.

מתאמים מודרניים ברוב המקרים פועלים על מעגל פשוט ללא שנאי ללא בידוד גלווני, שבו מתח עודף נספג על הקבל.

ספק הכוח מורכב משני מודולים, כאשר הראשון הוא שנאי כלפי מטה, והשני הוא גשר דיודה, הממיר סוג מתח אחד למשנהו. נבחר שנאי מתאים. הפיתול הראשוני ממוקם בעזרת בודק. ההתנגדות שלו צריכה להיות הגדולה ביותר. על ידי קריאה למולטימטר במצב מדידת התנגדות, מוצאים את הקצוות הנדרשים. ואז מוצאים זוגות אחרים והסימן נעשה.

הפיתול הראשוני הוא 220 V. הבוחן עובר למצב מדידת מתח חילופין, ואז U נמדד על שאר הפיתולים. עליך לבחור או לשלב אחד ב-10 V. חשוב שהמתח לא יהיה 12V, כי לאחר פילטר קיבולי הוא עולה ב-18%.

השנאי נבחר עבור ההספק הנדרש, ולאחר מכן המניה נלקחת ב-25%. 4 דיודות מסובבות לתוך גשר דיודה, והקצוות מולחמים. לאחר מכן המעגל מחובר, היציאה מחוברת לקבל 25 V ו-2200 mkf (אלקטרולית). פעולת המכשיר נבדקת.

אתה יכול לעשות גשר דיודה בעצמך אם אתה לומד בקפידה את עקרון הפעולה של המכשיר. אם כל הכללים לחיבור וייצור יישמרו, הגשר יעבוד.