Usmerňovací mostík: schéma zapojenia diódového mostíka, princíp činnosti zariadenia a technológia montáže

Usmerňovací mostík (dióda) je polovodičová dióda určená na premenu striedavého prúdu na trvalý. Toto zďaleka nie je úplná oblasť použitia usmerňovacích diód: sú široko používané v riadiacich a spínacích obvodoch, v obvodoch násobenie napätia, vo všetkých silnoprúdových obvodoch, kde nie sú kladené prísne požiadavky na časové a frekvenčné parametre elektrický signál.

Všeobecné charakteristiky

Keď už hovoríme o tom, na čo je potrebný diódový mostík, v závislosti od hodnoty maximálneho povoleného jednosmerného prúdu usmerňovacie diódy sa delia na diódy malého, stredného a veľkého výkonu:

• malý výkon - určený na usmernenie jednosmerného prúdu do 300mA;
• stredný výkon - od 300 mA do 10 A;
• veľký výkon - viac ako 10A.

Podľa druhu použitého materiálu sa delia na germánium a kremík, no dnes sú najpoužívanejšie kremíkové usmerňovacie diódy, vzhľadom na ich fyzikálne vlastnosti.

Kremíkové diódy majú v porovnaní s germániovými mnohonásobne nižšie spätné prúdy pri rovnakom napätí, čo umožňuje vyžarovať diódy s veľmi vysoká hodnota prípustného spätného napätia, ktorá môže dosiahnuť 1000 - 1500 V, potom, ako pri germániových diódach, je v rozmedzí 100 - 400 V.

Pracovná kapacita kremíkových diód je zachovaná pri teplotách od -60 do + (125 - 150) º С a germániových - iba od -60 do + (70 - 85) º С. Je to spôsobené tým, že pri teplotách nad 85 ° C dochádza k tvorbe párov elektrických dier významné, že dochádza k prudkému zvýšeniu spätného prúdu a účinnosti usmerňovača padá.

Trojfázový obvod používa polomostíkové diódové usmerňovače. Výstupné napätie sa tu získa s menším zvlnením.

Výrobná technológia a konštrukcia

Konštrukcia usmerňovacích diód je jedna doska polovodičového kryštálu, v objeme ktorej sú dve oblasti rôznej vodivosti, preto sa takéto diódy nazývajú roviny.

Technológia výroby takýchto diód je nasledovná: na povrchu kryštálu polovodiča s elektrická vodivosť typu n tavenina hliníka, india alebo bóru a na povrchu kryštálu s elektrickou vodivosťou typu p tavenina fosforu.

Pôsobením vysokej teploty sú tieto látky pevne spojené s kryštálom polovodiča. Atómy týchto látok prenikajú (difundujú) do hrúbky kryštálu, vytvárajúc v ňom oblasť s prevahou elektrickej alebo perforovanej elektrickej vodivosti. To vytvára polovodičové zariadenie s dvoma oblasťami rôznych typov elektrickej vodivosti a medzi nimi je vytvorený p-n prechod. Väčšina rozšírených plochých kremíkových a germániových diód sa vyrába týmto spôsobom.

Na ochranu pred vonkajšími vplyvmi a na zabezpečenie spoľahlivého odvodu tepla je v puzdre namontovaný kryštál s p-n prechodom. Diódy malého výkonu sa vyrábajú v plastovom puzdre s flexibilnými vonkajšími vývodmi, diódy stredného výkonu - v puzdre z kovu a skla s pevné vonkajšie vodiče a diódy s veľkým výkonom - v kovovo-sklenom alebo kovokeramickom tele so sklom alebo keramikou izolátor.

Kryštály kremíka alebo germánia s p-n prechodom sú prispájkované k držiaku kryštálu, ktorý je súčasnou základňou tela. K držiaku kryštálov je privarené teleso so skleneným izolátorom, cez ktorý je vyvedený z elektród.

Malé diódy s relatívne malými rozmermi a hmotnosťou majú flexibilné vodiče, pomocou ktorých sa montujú do obvodov. Pre diódy stredného výkonu a silné, určené pre významné prúdy, sú výstupy oveľa výkonnejšie. Spodná časť takýchto diód je masívna teplovodivá základňa so skrutkou a plochým vonkajším povrch navrhnutý tak, aby zabezpečil spoľahlivý tepelný kontakt s vonkajším odvodom tepla (radiátor).

Elektrické parametre

Každý typ diódy má svoje vlastné pracovné a maximálne prípustné parametre, v súlade s ktorými sú vybrané na prevádzku v jednej alebo inej schéme:

• Iοbr - konštantný spätný prúd, mKA;
• Upr - konštantné dopredné napätie, V;
• Ipr max - maximálny povolený jednosmerný prúd, A;
• Uobr max - maximálne prípustné spätné napätie, V;
• P max - maximálny povolený výkon rozptýlený diódou;
• Pracovná frekvencia, kHz;
• Pracovná teplota, C.

Tu nie sú zďaleka všetky parametre diód, ale ak potrebujete nájsť náhradu, tieto parametre stačia.

Jednoduchý obvod usmerňovača

Na vstup usmerňovača sa privádza striedavé sieťové napätie, v ktorom sú kladné polperiódy zvýraznené červenou farbou a záporné polperiódy sú zvýraznené modrou farbou. Κ Výstup usmerňovača je pripojený k záťaži a funkciu prvku usmerňovača bude vykonávať dióda.

Pri kladných polperiódach napätia aplikovaného na anódu diódy sa dióda otvorí. V týchto časových chvíľach cez diódu a záťaž napájanú z usmerňovača preteká jednosmerný prúd diódy Ipr.

Pri záporných polperiódach napätia tečúcich na anódu diódy sa dióda zatvára a obvodom preteká mierny spätný prúd diódy. Tu dióda, ako keby, odreže zápornú polovicu striedavého prúdu.

V dôsledku toho sa ukazuje, že cez záťaž pripojenú k sieti cez diódu už netečie premenlivo, pretože to tečie len počas kladných polperiód a iba pulzujúci prúd pokyny. Ide o narovnávanie striedavého prúdu.

S takýmto napätím môžete napájať iba malú záťaž, ktorá je napájaná zo siete striedavého prúdu a nekladie na napájanie žiadne špeciálne požiadavky: napríklad žiarovku. Napätie cez lampu bude prechádzať iba pri kladných póloch (impulzoch). lampa bude slabo blikať pri frekvencii 50 Hz. V dôsledku tepelnej inertnosti nebude mať niť čas na ochladenie v intervaloch medzi impulzmi, a preto bude blikanie slabo viditeľné.

Ak napájate prijímač alebo koncový zosilňovač takýmto napätím, potom sa v reproduktore alebo reproduktoroch ozve nízkotónové bzučanie s frekvenciou 50 Hz, nazývané striedavý prúd. Stane sa to preto, že pulzujúci prúd prechádzajúci záťažou v ňom vytvára pulzujúce napätie, ktoré je zdrojom pozadia.

Tento nedostatok je možné čiastočne eliminovať pripojením veľkokapacitného filtračného elektrolytického kondenzátora paralelne k záťaži.

Pri nabíjaní prúdovými impulzmi počas kladných polperiód sa kondenzátor vybíja cez záťaž počas záporných polperiód. Ak je kondenzátor dostatočne veľký, potom v čase medzi prúdovými impulzmi nebude mať čas na úplné vybitie. Zaťaženie sa bude nepretržite udržiavať počas kladných aj záporných polperiód.

Ale takýmto spôsobom je tiež nemožné napájať prijímač alebo zosilňovač, pretože sa „zbláznia“: úroveň pulzácií je stále veľmi cítiť. Usmerňovač využíva len polovicu energie striedavého prúdu, takže sa na ňom stráca viac ako polovica vstupného napätia. Tento typ usmerňovania striedavého prúdu sa nazýva jednoslučkové usmerňovače a usmerňovače sa nazývajú jednoslučkové usmerňovače. Takéto nedostatky sú v usmerňovačoch odstránené pomocou diódového mostíka.

Diódový mostík vlastnými rukami

Diódový mostík je jedným z najrozšírenejších zariadení v elektronike, určený na usmerňovanie striedavého napätia. V dôsledku transformácie na výstupe diódového mostíka vzniká pulzujúce napätie s dvojnásobnou frekvenciou ako na vstupe. Bez takejto schémy nie je potrebné prakticky žiadne napájanie moderných elektrických zariadení. Nasleduje návod, ako zostaviť diódový mostík:

• Vyberte typ diódového mostíka. Môže byť vyrobený zo samostatných diód alebo vo forme monolitickej diódovej zostavy. Má výhodu v ľahkej montáži na dosku, no ak dióda vypadne zo systému, nedá sa nahradiť inou. Budeme musieť zmeniť celú schému.
• Ak chýba pripravený diódový mostík, môžete ho zbierať zo štyroch diód. Diódy určené pre prúd 1A a napätie 1000V. Potrebný výkon mostíka je potrebné vypočítať vynásobením limitného prúdu limitným napätím, s dvojnásobnou rezervou výkonu.

• Príklad výpočtu: existuje diódový mostík pre 1000 V a 4 A. Výkon záťaže bude 1000x4 = 4000 W, berúc do úvahy dvojitú "bezpečnostnú rezervu" - 4000/2 = 2000 W (2 kW). S podobným výkonom sa počíta aj pri iných modeloch usmerňovačov. Pri skladaní diódového mostíka je potrebné počítať s tým, že každou z diód potečie 70% celkového prúdu. Inými slovami, ak je zaťaženie prúdom 4 A, potom v samostatnej dióde mostíka to bude 3 A.
• Na ochladenie mostíka je lepšie použiť hliníkový radiátor s plochou 800 kV. cm. Povrch radiátora je pripravený: vyvŕtajú sa otvory, vyreže sa závit na upevnenie zostavy. Na zvýšenie prenosu tepla sa odporúča použiť pastu na prenos tepla EPT-8.
• Pripevnite zostavu diódy k povrchu chladiča pomocou skrutiek M6 pomocou rúrkového kľúča.
• Obvod musíte odspájkovať medenou zbernicou. Veľkosť pneumatík 10 m2. mm na prispájkovanie kolíkov zostavy a zbernice veľkosti 20 kV. mm by mal byť použitý pre prúdový I/O obvod. Zbernica musí byť prispájkovaná na svorky diódových mostíkov. Ak spojíte mostíky bez spájkovania (svorky), konce vodičov budú veľmi horúce.

Schéma zapojenia diódového mostíka je znázornená na obrázku vyššie.

Pripojenie k transformátoru

Zariadenia, ktoré spotrebúvajú veľa prúdu, sú zvyčajne napájané z 220 V siete. Zariadenia nie je možné pripojiť priamo, pretože napätie pre elektrické obvody vyžaduje málo a potom je konštantné. Potom použite sieťový adaptér.

Napätie sa znižuje pomocou transformátora, ktorý vytvára galvanickú izoláciu medzi primárnym a sekundárnym napájacím obvodom. Vďaka tomu sa znižuje riziko úrazu elektrickým prúdom a zariadenie je chránené, keď sa v obvode objaví skrat.

Moderné adaptéry vo väčšine prípadov pracujú na zjednodušenom beztransformátorovom obvode bez galvanického oddelenia, kde je nadmerné napätie absorbované na kondenzátore.

Zdroj sa skladá z dvoch modulov, pričom prvým je zostupný transformátor a druhým je diódový mostík, ktorý premieňa jeden typ napätia na iný. Vyberie sa vhodný transformátor. Primárne vinutie sa nachádza pomocou testera. Jeho odpor by mal byť čo najväčší. Zavolaním multimetra v režime merania odporu sa nájdu požadované konce. Potom sa nájdu ďalšie dvojice a urobí sa značka.

Primárne vinutie je 220V. Tester sa prepne do režimu merania striedavého napätia, potom sa meria U na zvyšku vinutia. Mali by ste vybrať alebo navinúť jeden pri 10 V. Je dôležité, aby napätie nebolo 12 V, pretože po kapacitnom filtri sa zvyšuje o 18%.

Transformátor je vybraný pre požadovaný výkon, po ktorom sa zásoby odoberú o 25%. 4 diódy sú stočené do diódového mostíka a konce sú spájkované. Potom je obvod pripojený, výstup je pripojený ku kondenzátoru 25 V a 2200 mkf (elektrolit). Činnosť zariadenia sa kontroluje.

Diódový mostík si môžete vyrobiť sami, ak si dôkladne preštudujete princíp fungovania zariadenia. Ak sú dodržané všetky pravidlá pre pripojenie a výrobu, most bude fungovať.