Mostek prostowniczy: schemat podłączenia mostka diodowego, zasada działania urządzenia i technologia montażu

Mostek prostowniczy (dioda) to dioda półprzewodnikowa zaprojektowana do przekształcania prądu przemiennego w stały. Jest to dalekie od pełnego obszaru zastosowania diod prostownikowych: są one szeroko stosowane w obwodach sterujących i przełączających, w obwodach powielanie napięcia we wszystkich obwodach wysokoprądowych, gdzie nie są stawiane surowe wymagania dotyczące parametrów czasowych i częstotliwościowych sygnał elektryczny.

Ogólna charakterystyka

Mówiąc o tym, do czego potrzebny jest mostek diodowy, w zależności od wartości maksymalnego dopuszczalnego prądu stałego diody prostownicze dzielą się na diody małej, średniej i dużej mocy:

• mała moc - przeznaczona do prostowania prądu stałego do 300mA;
• średnia moc - od 300mA do 10A;
• duża moc - ponad 10A.

Ze względu na rodzaj użytego materiału dzieli się je na german i krzem, ale obecnie krzemowe diody prostownicze są najczęściej używane ze względu na ich właściwości fizyczne.

instagram viewer

Diody krzemowe w porównaniu z germanowymi charakteryzują się wielokrotnie niższymi prądami powrotnymi przy tym samym napięciu, co umożliwia emitowanie diod o bardzo wysoka wartość dopuszczalnego napięcia wstecznego, która może osiągnąć 1000 - 1500 V, następnie podobnie jak w diodach germanowych mieści się w granicach 100 - 400V.

Zdolność robocza diod krzemowych jest zachowana w temperaturach od -60 do + (125 - 150) º С, a germanu - tylko od -60 do + (70 - 85) º С. Wynika to z faktu, że w temperaturach powyżej 85 ° C dochodzi do tworzenia par otworów elektrycznych znaczące, że następuje gwałtowny wzrost prądu powrotnego, a sprawność prostownika spada.

W obwodzie trójfazowym zastosowano prostowniki diodowe półmostkowe. Napięcie wyjściowe uzyskuje się tutaj z mniejszymi tętnieniami.

Technologia wytwarzania i konstrukcja

Konstrukcja diod prostowniczych to pojedyncza płyta kryształu półprzewodnikowego, w której objętości znajdują się dwa obszary o różnej przewodności, dlatego takie diody nazywane są płaszczyznami.

Technologia wytwarzania takich diod jest następująca: na powierzchni kryształu półprzewodnika z Przewodność elektryczna typu n topi aluminium, ind lub bor, a na powierzchni kryształu z przewodnością elektryczną typu p stopić fosfor.

Pod działaniem wysokiej temperatury substancje te są mocno połączone z kryształem półprzewodnika. Atomy tych substancji wnikają (dyfundują) w głąb kryształu, tworząc w nim obszar z przewagą przewodności elektrycznej lub perforowanej. W ten sposób powstaje urządzenie półprzewodnikowe z dwoma obszarami o różnych typach przewodności elektrycznej, między którymi powstaje połączenie p-n. W ten sposób wytwarzana jest większość rozpowszechnionych płaskich diod krzemowych i germanowych.

Aby chronić przed wpływami zewnętrznymi i zapewnić niezawodne odprowadzanie ciepła, w obudowie zamontowany jest kryształ ze złączem p-n. Diody małej mocy produkowane są w plastikowej obudowie z elastycznymi przewodami zewnętrznymi, diody średniej mocy - w metalowo-szklanej obudowie z sztywne wyprowadzenia zewnętrzne oraz diody o dużej mocy - w obudowie metalowo-szklanej lub metalowo-ceramicznej ze szkłem lub ceramiką izolator.

Kryształy krzemu lub germanu ze złączem p-n są przylutowane do kryształowego uchwytu, który jest jednocześnie podstawą korpusu. Do kryształowego uchwytu przyspawany jest korpus ze szklanym izolatorem, przez który wyprowadza się elektrody.

Małe diody o stosunkowo niewielkich wymiarach i wadze posiadają elastyczne wyprowadzenia, za pomocą których montuje się je w obwodach. Dla diod średniej mocy i mocnych, przeznaczonych na znaczne prądy, wyjścia są znacznie mocniejsze. Dolna część takich diod to masywna podstawa przewodząca ciepło ze śrubą i płaską zewnętrzną powierzchnia zaprojektowana tak, aby zapewnić niezawodny kontakt ciepła z zewnętrznym rozpraszaniem ciepła (kaloryfer).

Parametry elektryczne

Każdy typ diody ma swoją własną pracę i maksymalne dopuszczalne parametry, zgodnie z którymi są wybierane do pracy w jednym lub innym schemacie:

• Iоbr - stały prąd powrotny, mKA;
• Upr - stałe napięcie przewodzenia, V;
• Ipr max - maksymalny dopuszczalny prąd stały, A;
• Uobr max - maksymalne dopuszczalne napięcie wsteczne, V;
• P max - maksymalna dopuszczalna moc rozpraszana przez diodę;
• Częstotliwość robocza, kHz;
• Temperatura pracy, C.

Tutaj daleko do wszystkich parametrów diod, ale jeśli potrzebujesz znaleźć zamiennik, te parametry wystarczą.

Prosty obwód prostownika

Na wejście prostownika podawane jest napięcie sieciowe AC, w którym dodatnie półokresy są podświetlone na czerwono, a ujemne półokresy są podświetlone na niebiesko. Κ Wyjście prostownika jest podłączone do obciążenia, a funkcję elementu prostowniczego będzie pełnić dioda.

Przy dodatnich półokresach napięcia przyłożonego do anody diody, dioda jest otwarta. W tych momentach przez diodę i obciążenie zasilane z prostownika płynie prąd stały diody Ipr.

Przy ujemnych półokresach napięcia płynącego do anody diody dioda zamyka się, a przez obwód popłynie niewielki prąd wsteczny diody. Tutaj dioda niejako odcina ujemną połowę prądu przemiennego.

W efekcie okazuje się, że przez obciążenie podłączone do sieci przez diodę nie płynie już zmienna, ponieważ płynie tylko podczas dodatnich półokresów, a prąd pulsujący tylko wskazówki. To jest prostowanie prądu przemiennego.

Przy takim napięciu można zasilać tylko niewielkie obciążenie, które jest zasilane z sieci prądu przemiennego i nie nakłada żadnych specjalnych wymagań na zasilacz: na przykład żarówkę. Napięcie przez lampę będzie przechodzić tylko podczas biegunów dodatnich (impulsów), dlatego lampa będzie słabo migotać z częstotliwością 50 Hz. Ze względu na bezwładność termiczną nić nie będzie miała czasu na ostygnięcie w przerwach między impulsami, dlatego migotanie będzie słabo zauważalne.

Jeśli zasilasz odbiornik lub wzmacniacz mocy takim napięciem, w głośniku lub głośnikach będzie słyszalny niskotonowy szum o częstotliwości 50 Hz, zwany prądem przemiennym. Dzieje się tak, ponieważ pulsujący prąd przechodzący przez ładunek wytwarza w nim pulsujące napięcie, które jest źródłem tła.

Niedobór ten można częściowo wyeliminować, podłączając równolegle do obciążenia filtrujący kondensator elektrolityczny o dużej pojemności.

Ładując impulsy prądowe w dodatnich półokresach, kondensator jest rozładowywany przez obciążenie podczas ujemnych półokresów. Jeśli kondensator jest wystarczająco duży, to w czasie między impulsami prądowymi nie będzie miał czasu na pełne rozładowanie. Obciążenie będzie stale utrzymywane zarówno podczas dodatnich, jak i ujemnych półokresów.

Ale w taki sposób też nie da się zasilić odbiornika czy wzmacniacza, bo się „oszukają”: poziom pulsacji jest nadal bardzo odczuwalny. Prostownik zużywa tylko połowę energii prądu przemiennego, więc traci na nim ponad połowa napięcia wejściowego. Ten rodzaj prostowania prądu przemiennego nazywa się prostownikami jednopętlowymi, a prostowniki nazywane są prostownikami jednopętlowymi. Takie braki są eliminowane w prostownikach za pomocą mostka diodowego.

Most diodowy własnymi rękami

Mostek diodowy jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych urządzeń w elektronice, przeznaczonym do prostowania napięcia przemiennego. W wyniku przekształcenia na wyjściu mostka diodowego generowane jest napięcie pulsujące z dwukrotnie większą częstotliwością niż na wejściu. Bez takiego schematu praktycznie nie jest potrzebne zasilanie nowoczesnych urządzeń elektrycznych. Poniżej znajduje się instrukcja montażu mostka diodowego:

• Wybierz typ mostka diodowego. Może być wykonany z oddzielnych diod lub w postaci monolitycznego zespołu diod. Ma tę zaletę, że jest łatwy w montażu na płytce, ale jeśli dioda wyjdzie z układu, nie da się jej zastąpić inną. Będziemy musieli zmienić cały schemat.
• W przypadku braku gotowego mostka diodowego można go zebrać z czterech diod. Diody zaprojektowane na prąd 1 A i napięcie 1000 V. Konieczne jest obliczenie wymaganej mocy mostu poprzez pomnożenie prądu granicznego przez napięcie graniczne, z dwukrotnym marginesem mocy.

• Przykład obliczeń: istnieje mostek diodowy dla 1000 V i 4 A. Moc obciążenia wyniesie 1000x4 = 4000 W z uwzględnieniem podwójnego „marginesu bezpieczeństwa” – 4000/2 = 2000 W (2 kW). Podobna moc jest rozważana dla innych modeli napędów prostownikowych. Podczas komponowania mostka diodowego należy wziąć pod uwagę, że przez każdą z diod przepłynie 70% całkowitego prądu. Innymi słowy, jeśli obciążenie wynosi 4 A, to w osobnej diodzie mostka będzie to 3 A.
• Aby schłodzić zespół mostu, lepiej użyć grzejnika aluminiowego o powierzchni 800 kV. cm. Powierzchnia grzejnika jest przygotowana: wiercone są otwory, nacina się gwint, aby zabezpieczyć montaż. W celu zwiększenia wymiany ciepła zaleca się stosowanie pasty termoprzewodzącej EPT-8.
• Przymocuj zespół diody do powierzchni grzejnika za pomocą śrub M6 za pomocą klucza rurkowego.
• Musisz odlutować obwód z szyną miedzianą. Rozmiar opony 10 kw. mm do przylutowania do wyprowadzeń zespołu, a wielkość szyny 20 kV. mm należy użyć dla bieżącego obwodu I / O. Magistralę należy przylutować do zacisków mostków diodowych. Jeśli mostki połączysz bez lutowania (zacisków), końce wyprowadzeń będą bardzo gorące.

Schemat podłączenia mostka diodowego pokazano na powyższym rysunku.

Połączenie z transformatorem

Urządzenia pobierające dużo prądu zasilane są zwykle z sieci 220 V. Nie można bezpośrednio podłączyć urządzeń, ponieważ napięcie obwodów elektrycznych wymaga niewiele, a następnie jest stałe. Następnie użyj zasilacza sieciowego.

Napięcie jest redukowane za pomocą transformatora, który tworzy galwaniczną izolację pomiędzy pierwotnym i wtórnym obwodem zasilania. Dzięki temu zmniejsza się niebezpieczeństwo porażenia prądem, a sprzęt jest chroniony, gdy w obwodzie pojawi się zwarcie.

Nowoczesne adaptery w większości przypadków działają na uproszczonym obwodzie beztransformatorowym bez izolacji galwanicznej, gdzie nadmiar napięcia jest absorbowany na kondensatorze.

Zasilacz składa się z dwóch modułów, z których pierwszy to transformator skierowany w dół, a drugi to mostek diodowy, który zamienia jeden rodzaj napięcia na inny. Wybrano odpowiedni transformator. Uzwojenie pierwotne znajduje się za pomocą testera. Jego opór powinien być największy. Wywołując multimetr w trybie pomiaru rezystancji, znajdują się wymagane końce. Następnie znajdują się inne pary i robi się znak.

Uzwojenie pierwotne to 220 V. Tester przechodzi w tryb pomiaru napięcia przemiennego, następnie mierzone jest U na pozostałych uzwojeniach. Powinieneś wybrać lub nawinąć jeden na 10 V. Ważne jest, aby napięcie nie było 12 V, bo po filtrze pojemnościowym wzrasta o 18%.

Transformator jest wybierany na wymaganą moc, po czym zapas jest pobierany o 25%. 4 diody są skręcone w mostek diodowy, a końce są lutowane. Następnie obwód jest podłączony, wyjście jest podłączone do kondensatora 25 V i 2200 mkf (elektrolitu). Sprawdzane jest działanie urządzenia.

Możesz sam zrobić mostek diodowy, jeśli dokładnie przestudiujesz zasadę działania urządzenia. Jeśli przestrzegane są wszystkie zasady łączenia i produkcji, most będzie działał.