Выпрямитель напряжения: принцип работы и разновидности
Выпрямитель напряжения – это устройство для преобразования переменного электричества в постоянный ток. В его основе находится полупроводниковый прибор, имеющий одностороннюю проводимость. Такими приборами служат диод или тиристор. Если существует небольшая мощность, несколько сотен Ватт, используется однофазный выпрямитель. Они применяются в самых различных электрических устройствах.
Существуют преобразователи, рассчитанные на тысячи и более Ватт. Здесь используются другие элементы электроники, рассчитанные на такие высокие мощности. В данной статье будут рассмотрены все типы выпрямителей тока, зачем они нужны и по каким принципам они функционируют. В качестве дополнения материал содержит несколько видеороликов и одну научно-популярную статью.
Выпрямитель напряжения (стабилизатор)
Структура и особенности
Выпрямители это электротехнические устройства, которые служат для получения из переменного напряжения, постоянного. Главными компонентами выпрямителей являются вентили и трансформатор. Они создают условия протекания тока в нагрузочной цепи в одну сторону, то есть, выпрямляют его. Из переменного напряжения образуется постоянное с наличием пульсаций.
Чтобы сгладить полученные импульсы выпрямленного напряжения, после выхода выпрямителя подключают выравнивающий фильтр, состоящий из емкостей, дросселей и сопротивлений. Для выравнивания и регулировки полученного тока и напряжения к выходу сглаживающего фильтра подключают схему стабилизатора. Такие устройства часто подключают и на входе устройства на переменный ток.
Выпрямителем называется электронное устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии переменного тока в постоянный. В основе выпрямителей лежат полупроводниковые приборы с односторонней проводимостью – диоды и тиристоры.
Режимы функционирования и свойства отдельных компонентов выпрямителя, стабилизатора, регулятора и фильтра согласовывают с определенными условиями эксплуатации нагрузки потребителя. Поэтому главной задачей при проектировании устройств выпрямления является расчет соотношений, дающих возможность определить по режиму эксплуатации потребителя электрические свойства и параметры компонентов стабилизатора и других частей. Далее необходимо рассчитать эти элементы и выбрать по каталогу в торговой сети.
Стабилизатор напряжения
Полупроводниковые схемы
Любой выпрямитель — это схема. Она включает в себя вторичную обмотку трансформатора, выпрямляющий элемент, электрический фильтр и нагрузку. При этом существует возможность получать умножение напряжения. Выпрямленное напряжение — это сумма постоянного и переменного напряжений. Переменная составляющая — это нежелательная компонента, которую уменьшают тем или иным способом. Но поскольку используются полуволны переменного напряжения, иначе быть не может.
Его можно уменьшить двумя способами:
- улучшая эффективность электрического фильтра;
- улучшая параметры выпрямляемого переменного напряжения.
Простейший выпрямитель однополупериодный. Он отсекает одну из полуволн переменного напряжения. Поэтому коэффициент пульсаций в такой схеме получается самым большим. Но если выпрямляется трехфазное напряжение с одним диодом в каждой фазе, а также одним и тем же фильтром, получится в три раза меньший коэффициент пульсаций. Однако наилучшими характеристиками обладают двухполупериодные выпрямители.
Интересно почитать! Что такое варистор и где его применяют.
Использовать обе полуволны переменного напряжения можно двумя способами:
- по схеме моста;
- по схеме со средней точкой обмотки (схема Миткевича).
Сравним обе эти схемы для одного и того же значения выпрямленного напряжения. В схеме моста используется меньше витков вторичной обмотки трансформатора, что является преимуществом. Но при этом в однофазном выпрямительном мосте необходимы четыре диода. В схеме со средней точкой необходимо в два раза больше витков вторичной обмотки со средней точкой, что является недостатком. Еще один недостаток этой схемы — необходимость симметрии частей обмотки относительно средней точки.
Схема устройства стабилизатора напряжения
Асимметрия будет дополнительным источником пульсаций. Но зато в этой схеме нужны только два диода, что является преимуществом. При выпрямлении на диоде существует напряжение. Его величина почти не изменяется в зависимости от силы тока, протекающего через этот диод. Поэтому мощность, рассеиваемая на полупроводниковом диоде, растет по мере увеличения силы выпрямленного тока.
Это весьма ощутимо при большой силе тока, и поэтому полупроводниковые диоды размещаются на охлаждающих радиаторах и при необходимости обдуваются.
При выпрямлении тока большой силы два диода схемы со средней точкой будут экономичнее и компактнее в сравнении с четырьмя диодами выпрямительного моста. Схемы выпрямителей в свое время не появились из ниоткуда. Их изобрели инженеры. Поэтому схемы выпрямителей в литературе иногда называются в связи с именами своих первооткрывателей. Мостовая схема именуется как «полный мост Гретца». Схема со средней точкой — «выпрямитель Миткевича».
Силовой трансформатор
Это устройство предназначено для согласования напряжений на входе и выходе выпрямительного устройства. Другими словами, трансформатор осуществляет разделение сети нагрузки и сети питания. Существуют всевозможные варианты схем соединения обмоток этого трансформатора, выбор которых зависит от типа схемы выпрямления устройством. На величину выходного напряжения трансформатора U2 влияет величина напряжения на выходе выпрямительного моста Uн.
Трансформатор способен выполнить гальваническую развязку частоты f1 с сетью питания U1, I1, и нагрузочную цепь с Uн, Iн одновременно. В настоящее время появилась возможность проектировать и производить инверторы высокого напряжения, функционирующие на повышенной частоте и выпрямляющие напряжение. Для этого применяются схемы бестрансформаторного выпрямления, в которых блок вентилей подключается сразу к первичной сети питания.
Силовой трансформатор
Диодный мост
Этот блок выполняет основную функцию в устройстве выпрямителя, преобразуя переменный ток в постоянный. В блоке применяются чаще всего элементы в виде диодов. На выходе блока вентилей снимается постоянное напряжение, имеющее повышенный уровень импульсов, который зависит от числа фаз сети питания и схемой выпрямителя.
Диодный мост
Устройство фильтрования
Фильтрующая часть выпрямителя обеспечивает необходимый уровень пульсаций напряжения на выходе выпрямителя в соответствии с предъявляемыми требованиями нагрузки. В схеме фильтрующего устройства применяются сглаживающий дроссель или сопротивление, подключенные последовательно, и конденсаторы, подключенные параллельно выходу питания.
Однако чаще всего фильтры выполняют по схемам несколько сложнее. В маломощных выпрямителях нет необходимости в применении дросселя и резистора. В схемах выпрямителей для трехфазной сети величина импульсов меньше, тем самым становятся легче условия функционирования фильтра.
Интересно почитать: что такое клистроны.
Отличия выпрямителя и стабилизатора
В связи с ростом энергопотребления домохозяйств подстанции не редко приходится модернизировать. В ином случае качество энергоснабжения заметно снижается. Решением проблемы может стать установка стабилизатора или выпрямителя напряжения. Под выпрямителем тока понимается полупроводниковое, механическое, электровакуумное устройство. Большинство таких приборов создают «пульсирующий» ток. Их основные преимущества заключаются в следующем:
- незначительные пульсации напряжения, неразрывная форма выходного тока;
- высокий КПД во всем регулировочном диапазоне;
- эффективное воздушное охлаждение;
- герметичность конструкции обеспечивает защиту от проникновения внутрь агрессивных сред;
- современные модели имеют промышленный интерфейс для управления с пульта или компьютера при различной удаленности;
- возможность задать автоматический режим работы;
- модульная конструкция выпрямителей высокой мощности позволяет работать при неисправности одного силового модуля;
- оптимальные массогабаритные параметры;
- возможность использования в качестве устройства выпрямления одно- и трехфазного тока.
Представленные в продаже выпрямители тока просты в обслуживании и отличаются высокой степенью ремонтопригодности. Для них характерен высокой энергетический фактор, то есть небольшое реактивное энергопотребление (за исключением тиристорных моделей).
Стабилизаторы напряжения – уникальная техника для автоматической регулировки сетевых параметров на прикрепленных зажимах с заранее установленными пределами. Основное отличие стабилизаторов от выпрямителей заключается в принципе их действия. Например, в стабилизирующих устройствах параметрического типа в основу положено использование свойств нелинейных элементов: карборундовых резисторов, насыщенных дросселей, нелинейных конденсаторов.
Стабилизаторы компенсационного типа работают за счет воздействия колебаний выходного напряжения через цепочку обратной связи на регулирующий элемент. Как правило, это замкнутые системы автоматической регулировки, поэтому их иногда именуют регуляторами напряжения. Через регулирующий орган ток проходит импульсно или непрерывно. Преимущества стабилизаторов напряжения:
- многофункциональность в отличие от выпрямителей. Современные модели стабилизаторов не только регулируют напряжение, но и могут включать задержку его подачи;
- возможность сетевого мониторинга посредством вольтметров встроенного типа;
- наличие дополнительной защиты от замыканий в подключенной сети и перенапряжений с внешней стороны;
- позволяют владельцу быть в курсе происходящего с электросетью.
В качестве еще одного примера схемы выпрямления переменного тока рассмотрим двухтактный выпрямитель. Его еще называют однофазным диодным мостом. Принципиальная схема двухтактного выпрямителя переменного напряжения приведена на рисунке
схема двухтактного выпрямителя переменного напряжения
Временные диаграммы токов и напряжений этого устройства совпадают с временными диаграммами двухфазного однотактного выпрямителя тока, приведенными на рисунке 4. В выпрямителе переменного тока на диодном мосте присутствует только одна вторичная обмотка, поэтому k = 1. В то же самое время количество импульсов тока за период равно 2, поэтому пульсность в данной схеме равна p= k · q = 1 · 2 = 2. По этой формуле полное название устройства, приведенного на рисунке 5, это двухтактный однофазный выпрямитель тока.
Частота первой гармоники пульсаций в данном случае, как и для двухфазного однотактного выпрямителя вдвое выше частоты сети. Тем не менее, области применения этих типов выпрямителей тока несколько отличаются. Для низковольтных устройств лучше подходит схема, показанная на рисунке 3, так как в ней падение напряжения происходит только на одном диоде.
В ряде случаев это настолько важно, что можно пренебречь возрастанием стоимости трансформатора. В преобразователях AC/DC с относительно высоким выходным напряжением лучше применять схему, приведенную на рисунке 5, так как на ее диодах действует одинарное обратное напряжение (в схеме двухфазного однотактного выпрямителя — удвоенное, так как напряжение на нагрузке и напряжение обмотки трансформатора складываются).
Однофазный выпрямитель напряжения подходит только для схем с относительно небольшим потребляемым током. При необходимости получить значительные величины постоянного тока лучше использовать трехфазный выпрямитель тока. Его основным преимуществом является меньший уровень пульсаций выходного напряжения, что значительно снижает требования к сглаживающему фильтру. В качестве примера приведем схему трехфазного однотактного выпрямителя тока. Она показана на рисунке 6.
Механическое выпрямление напряжения
Определение выпрямления означает получение однонаправленного электрического тока. Его величина при этом будет зависеть от формы переменного напряжения в каждом полупериоде. Но однонаправленный электрический ток при этом получается, как при положительном полупериоде напряжения, так и при его отрицательном значении. При этом нагрузка при переходе напряжения через ноль должна отключаться от ненужной полуволны напряжения. Первые выпрямители выполняли эту задачу механическими контактами.
Они либо приводились в движение синхронным двигателем, либо перемещались достаточно быстродействующим соленоидом. В обеих схемах контакты, переключающие напряжение, перемещаются синхронно с напряжением. В схеме с двигателем они вращаются, замыкаясь в нужный момент времени. Узел, предназначенный для выпрямления напряжения, при вращении аналогичен коллектору двигателя постоянного тока. Количество ламелей – контактов определяется числом оборотов синхронного двигателя.
Схема получения повышенного напряжения.
При переходе синусоиды выпрямляемого напряжения через ноль обе щетки контактируют либо с началом, либо с концом ламели. Начало ламели совпадает с острием стрелки, указывающей направление вращения двигателя. Время контакта щеток с ламелью совпадает с длительностью половины периода выпрямляемого напряжения.
Синхронный двигатель вращается точно и кратно частоте питающего напряжения, которое он выпрямляет присоединенным к нему коллектором. Но его инерционность не позволит выпрямить скачкообразное изменение частоты питающего напряжения. Поэтому он эффективен только как выпрямитель напряжения электросети.
Таблица параметров популярных моделей выпрямителей напряжения с фото.
Выпрямитель на соленоиде замыкает контакт либо на время, когда сердечник втягивается, либо наоборот. Он может сработать только при некотором минимальном напряжении, которое достаточно для перемещения контактов. Поэтому часть полуволны вблизи перехода напряжения через ноль не будет обработана как следует.
Но зато такой выпрямитель может быть изготовлен довольно-таки небольшим. Поэтому он был широко распространен в свое время. Очевидно то, что без коммутации электрической цепи выпрямления напряжения не может быть. А возможности механического контакта ограничены мощностью искры, которая возникает в момент разрыва электрической цепи. Она постепенно уничтожает этот контакт тем быстрее, чем больше электрическая мощность при его размыкании.
Заключение
Рейтинг автора
Автор статьи
Инженер по специальности «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», МИФИ, 2005–2010 гг.
Написано статей
Более подробно о том, что такое выпрямитель тока, рассказано в статье Выпрямитель тока: Лекция. Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. А также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов. Для этого приглашаем читателей подписаться и вступить в группу.
В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию во время подготовки материала:
www.electrosam.ru
www.digteh.ru
www.stihl-msk.ru
www.electricalschool.info
www.domelectrik.ru
ПредыдущаяТеорияЧто такое электрический ток, виды и условия его существования
СледующаяТеорияКак устроен однополупериодный выпрямитель и где применяется
Типы выпрямителей переменного тока.
Какие бывают выпрямители?
Ещё в начале ХХ века имел место очень принципиальный спор между корифеями электротехники. Какой ток выгоднее передавать потребителю на большие расстояния: постоянный или переменный? Научный спор выиграли сторонники передачи переменного тока по проводам высоковольтных линий от подстанции к потребителю. Эта система принята во всём мире и успешно эксплуатируется до сих пор.
Но большинство электронной техники и не только бытовой, но и промышленной питается постоянными напряжениями и это привело к созданию целой отрасли электрики – преобразование (выпрямление) переменного тока. После того как электронная лампа была забыта, главным элементом любого выпрямителя стал полупроводниковый диод.
Схемотехника выпрямителей весьма обширна, но самым простым является однополупериодный выпрямитель.
Однополупериодный выпрямитель.
Напряжение с вторичной обмотки силового трансформатора подаётся на один единственный диод.
Поэтому выпрямитель и назван однополупериодным. Выпрямляется только один полупериод и на выходе получается импульсное напряжение. Форма его показана на рисунке.
Схема проста и не требует большого количества элементов. Это и сказывается на качестве выпрямленного напряжения. При низких частотах переменного напряжения (например, как в электросети — 50 Гц) выпрямленное напряжение получается сильно пульсирующим. А это очень плохо.
Для того чтобы снизить величину пульсации выпрямленного напряжения приходится брать величину конденсатора С1 очень большую, порядка 2000 – 5000 микрофарад, что увеличивает размер блока питания, так как электролиты на 2000 — 5000 мкф имеют довольно большие размеры. Поэтому на низких частотах эта схема практически не используется. Зато однополупериодные выпрямители прекрасно зарекомендовали себя в импульсных блоках питания работающих на частотах 10 – 15 кГц (килогерц). На таких частотах величина ёмкости фильтра может быть очень небольшой, а простота схемы уже не столь сильно влияет на качество выпрямленного напряжения.
Примером использования однополупериодного выпрямителя может служить простой зарядник от сотового телефона. Так как зарядник сам по себе маломощный, то в нём применяется однополупериодная схема, причём как во входном сетевом выпрямителе 220V (50Гц), так и в выходном, где требуется выпрямить переменное напряжение высокой частоты со вторичной обмотки импульсного трансформатора.
К несомненным достоинствам такого выпрямителя следует отнести минимум деталей, низкую стоимость и простые схемные решения. В обычных (не импульсных) блоках питания многие десятилетия успешно работают двухполупериодные выпрямители.
Двухполупериодные выпрямители.
Они бывают двух схемных решений: выпрямитель со средней точкой и мостовая схема, известная, как схема Гретца. Выпрямитель со средней точкой требует более сложного в исполнении силового трансформатора, хотя диодов там используется в два раза меньше чем в мостовой схеме. К недостаткам двухполупериодного выпрямителя со средней точкой можно отнести то, что для получения одинакового напряжения, число витков во вторичной обмотке трансформатора должно быть в два раза больше, чем при использовании мостовой схемы.
Далее на рисунке показана типовая схема двухполупериодного выпрямителя со средней точкой.
Величина пульсаций выпрямленного напряжения меньше чем у однополупериодного выпрямителя и величину конденсатора фильтра так же можно использовать гораздо меньшую. Наглядно увидеть, как работает двухполупериодная схема можно по рисунку.
Как видим, на выходе выпрямителя уже в два раза меньше «провалов» напряжения — тех самых пульсаций.
Активно применяется схема выпрямителя со средней точкой в выходных выпрямителях импульсных блоков питания для ПК. Так как во вторичной обмотке высокочастотного трансформатора требуется меньшее число витков медного провода, то гораздо эффективнее применять именно эту схему. Диоды же применяются сдвоенные, т.е. такие, у которых общий корпус и три вывода (два диода внутри). Один из выводов — общий (как правило катод). По виду сдвоенный диод очень похож на транзистор.
Наибольшую популярность приобрела в бытовой и промышленной аппаратуре мостовая схема. Взгляните.
Можно без преувеличения сказать, что это самая распространённая схема. На практике вы с ней ещё не раз встретитесь. Она содержит четыре полупроводниковых диода, а на выходе, как правило, ставится RC-фильтр или только электролитический конденсатор для сглаживания пульсаций напряжения.
О данной схеме уже рассказывалось на странице про диодный мост. Стоит отметить, что и у мостовой схемы есть недостатки. Как известно, у любого полупроводникового диода есть так называемое прямое падение напряжения ( Получается, что на диодном мосте теряется часть напряжения, которое мы снимаем со вторичной обмотки трансформатора, а это явные потери. Поэтому
Большой интерес вызывает выпрямитель с удвоением напряжения.
Выпрямитель с удвоением напряжения.
Принцип удвоителя напряжения Латура-Делона-Гренашера основан на поочерёдном заряде-разряде конденсаторов С1 и С2 разными по полярности полуволнами входного напряжения. В результате между катодом одного диода и анодом второго диода возникает напряжение в два раза превышающее входное. Схема в студию:)
Стоит отметить, что данная схема применяется в блоках питания нечасто. Но её можно смело использовать, если необходимо вдвое увеличить напряжение, которое снимается со вторичной обмотки трансформатора. Это будет более логичным и правильным решением, чем перематывать вторичную обмотку трансформатора с целью увеличить выходное напряжение вторичной обмотки в 2 раза (ведь при этом придётся наматывать вторичную обмотку с вдвое большим числом витков). Так что, если не удалось найти подходящий трансформатор — смело применяем данную схему.
Развитием схемы стало создание умножителя на полупроводниковых диодах.
Умножитель напряжения.
Каждый диод и конденсатор образуют «звено» и эти звенья можно соединять последовательно до получения напряжения в несколько десятков киловольт. Конечно, для этого входное напряжение тоже должно быть достаточно большим.
На рисунке изображён четырёхзвенный умножитель и на выходе мы получаем напряжение в четыре раза превышающее входное (U). Эти выпрямители получили большое распространение там, где нужно получить высокое напряжение при достаточно малом токе. Например, по такой схеме были выполнены источники высокого напряжения в старых телевизорах и осциллографах для питания анода электронно-лучевой трубки.
Сейчас такие источники питания используются в научных лабораториях, в детекторах элементарных частиц, в медицинской аппаратуре (люстра Чижевского) и в оружии самообороны (электрошокер). При повторении подобных конструкций и подборе деталей, следует учитывать рабочее напряжение, как диодов, так и конденсаторов исходя из напряжения, которое вы хотите получить. Весь умножитель, как правило, заливается специальным компаундом или эпоксидной смолой во избежание высоковольтных пробоев между элементами схемы.
Для нормальной работы некоторых устройств как, например, люстры Чижевского необходимы достаточно высокие напряжения. Как считают специалисты, излучатель отрицательных аэроионов, эффективен только при напряжении не менее 60 киловольт.
Трёхфазные выпрямители.
Устройства, которые используются для получения постоянного тока из переменного трёхфазного тока, называются трёхфазными выпрямителями. Трёхфазные выпрямители в бытовой технике, конечно, не используются. Единственный прибор, который может использоваться в быту это сварочный аппарат. В качестве трёхфазных выпрямителей используются наработки двух известных электротехников Миткевича и Ларионова. Самая простая схема Миткевича называется «три четверти моста параллельно», что означает три силовых диода включенных параллельно через вторичные обмотки трёхфазного трансформатора. Схема.
Коэффициент пульсаций на нагрузке очень мал, что позволяет использовать конденсаторы фильтра небольшой ёмкости и малых габаритов.
Более сложной является схема Ларионова, которая называется «три полумоста параллельно», что это такое хорошо видно из рисунка.
В схеме используется уже шесть диодов и немного другая схема включения. Вообще схем трёхфазных выпрямителей достаточно много и наиболее совершенной, хотя редко употребляемой является схема «шесть мостов параллельно», а это уже 24 диода! Зато эта схема может выдавать высокое напряжение при большой мощности.
Трёхфазные мощные выпрямители используются в электровозах, городском электротранспорте (трамвай, троллейбус, метро), в промышленных установках для электролиза. Так же промышленные системы очистки газовых смесей, буровое и сварочное оборудование используют трёхфазные выпрямители.
Теперь вы знаете, какие бывают выпрямители переменного тока и сможете легко обнаружить их на принципиальной схеме или печатной плате любого прибора. А для тех, кто хочет знать больше, рекомендуем ознакомиться с книгой «Полупроводниковые выпрямители».
Главная » Радиоэлектроника для начинающих » Текущая страница
Также Вам будет интересно узнать:
Выпрямители: Однофазный однополупериодный выпрямитель — Club155.ru
Простейшим выпрямителем является схема однофазного однополупериодного выпрямителя (рис. 3.4-1а). Графики, поясняющие его работу при синусоидальном входном напряжении \(U_{вх} = U_{вх max} \sin{\left( \omega t \right)}\) , представлены на рис. 3.4-1б.
Рис. 3.4-1. 2 \operatorname{d} t} = \cfrac{I_{max}}{2} = {0,5} \cdot I_{max} \)
Отношение среднего значения выпрямленного напряжения \(U_{н ср}\) к действующему значению входного переменного напряжения \(U_{вх д}\) называется коэффициентом выпрямления (\(K_{вып}\)). Для рассматриваемой схемы \(K_{вып} = {0,45}\).
Максимальное обратное напряжение на диоде \(U_{обр max} = U_{вх max} = \pi U_{н ср}\) , т.е. более чем в три раза превышает среднее выпрямленное напряжение (это следует учитывать при выборе диода для выпрямителя).
Спектральный состав выпрямленного напряжения имеет вид (разложение в ряд Фурье):
\(U_н = \cfrac{1}{\pi} U_{вх max} + \cfrac{1}{2} U_{вх max} \sin{\left( \omega t \right)} — \cfrac{2}{3 \pi} \cos{\left( 2 \omega t \right)} — \)
\( — \cfrac{2}{15 \pi} U_{вх max} \cos{\left( 4 \omega t \right)} — {…} \)
Коэффициент пульсаций, равный отношению амплитуды низшей (основной) гармоники пульсаций к среднему значению выпрямленного напряжения, для описываемой схемы однополупериодного выпрямителя равен:
\(K_п = \cfrac{U_{пульс max 01}}{U_{н ср}} = \cfrac{\pi}{2} = {1,57}\).
Как видно, однополупериодное выпрямление имеет низкую эффективность из-за высокой пульсации выпрямленного напряжения.
Еще один отрицательный аспект однополупериодного выпрямления связан с неэффективным использованием силового трансформатора, с которого берется переменное напряжение. Это обусловлено тем, что в токе вторичной обмотки трансформатора существует постоянная составляющая, равная среднему значению выпрямленного тока. Такая составляющая не трансформируется, т.е.:
\(I_1 \cdot w_1 = \left( I_2 – I_{н ср} \right) w_2\) ,
где \(I_1\), \(I_2\) — токи первичной и вторичной обмоток, а \(w_1\), \(w_2\) — число витков первичной и вторичной обмоток трансформатора.
Временнáя диаграмма тока первичной обмотки трансформатора (рис. 3.4-2) подобна диаграмме тока вторичной обмотки, но смещена на величину \(I_{н ср} \cfrac{w_2}{w_1}\).
Рис. 3.4-2. Временная диаграмма токов в первичной и вторичной обмотках силового трансформатора, нагруженного на схему однофазного однополупериодного выпрямителя
В сердечнике трансформатора за счет постоянной составляющей тока вторичной обмотки создается постоянный магнитный поток \(\Phi_0 = w_2 \cdot I_0\). Это явление принято называть вынужденным намагничиванием сердечника трансформатора. Оно может вызвать насыщение магнитной системы трансформатора, т.е. увеличение тока холостого хода, действующего значения первичного тока и следовательно, расчетной мощности первичной обмотки трансформатора, что обусловливает увеличение необходимых размеров трансформатора в целом.
Дополнительный минус однополупериодного выпрямления состоит в наличии участка стабильного тока, что также снижает эффективность использования трансформатора по мощности. Максимальный коэффициент использования трансформатора по мощности для такой схемы не превышает \(k_{тр P} \approx {0,48}\).
Для снижения уровня пульсаций на выходе выпрямителя включаются разнообразные индуктивно-емкостные фильтры. Наличие конденсаторов и индуктивностей в цепи нагрузки оказывает значительное влияние на работу выпрямителя.
В маломощных выпрямителях обычно применяют простейший емкостный фильтр, который представляет собой конденсатор, включенный параллельно нагрузке (рис. 3.4-3).
Рис. 3.4-3. Схема однофазного однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром (а) и временные диаграммы, поясняющие его работу (б)
В установившемся режиме работы, когда напряжение на входе выпрямителя \(U_{вх}\) больше напряжения на нагрузке \(U_н\) и диод выпрямителя открыт, конденсатор будет подзаряжаться, накапливая энергию, поступающую от внешнего источника. Когда же напряжение на входе выпрямителя упадет ниже уровня открывания диода и он закроется, конденсатор начнет разряжаться через \(R_н\), предотвращая при этом быстрое падение уровня напряжения на нагрузке. Таким образом, результирующее напряжение на выходе выпрямителя (на нагрузке) окажется уже не таким пульсирующим, а будет значительно сглажено, причем тем сильнее, чем большую емкость будет иметь применяемый конденсатор.
Обычно, емкость конденсатора фильтра выбирают такой, чтобы его реактивное сопротивление было намного меньше сопротивления нагрузки (\(1/ \omega C \ll R_н\)). В этом случае пульсации напряжения на нагрузке малы и допустимо предполагать, что это напряжение постоянно (\(U_н \approx {const}\)). Примем: \(U_н = U_{вх max} \cos{\beta}\), где \(\beta\) — некоторая константа, определяющая значение напряжения на нагрузке. Очевидно, что в общем случае \(\beta\) зависит от емкости конденсатора, сопротивления нагрузки, частоты входного напряжения и т.п. Физический смысл этой величины можно понять из временных диаграмм, приведенных на рис. 3.4-4. Как видно, \(\beta\) отражает длительность временного интервала в одном периоде колебаний внешнего напряжения, когда диод выпрямителя находится в открытом состоянии (\(\beta = \omega \cdot t_{откр}/2\)). Угол \( \beta\) принято называть углом отсечки.
Рис. 3.4-4. График зависимости \(A(\beta)\)
Для тока, протекающего через диод в открытом состоянии, можно записать:
\( I_д = \cfrac{U_{вх} — U_н}{r} \) ,
где \(r\) — активное сопротивление, обусловленное сопротивлением диода в открытом состоянии и сопротивлением вторичной обмотки трансформатора (иногда его называют сопротивлением фазы выпрямителя).
Учитывая, что \(U_{вх} = U_{вх max} \sin{\left( \omega t \right)} \):
\(I_д = \cfrac{U_{вх max}}{r} \left( \sin{\left( \omega t \right)} — \cos{\left( \beta \right)} \right) = \cfrac{U_{вх max}}{r} \left(\sin{\left(\varphi \right)} — \cos{\left( \beta \right)} \right)\) (3.4.1)
Среднее за период значение выпрямленного тока диода (учитывая, что диод открыт только на участке \(\varphi = \left[\pi/2 – \beta ; \pi/2 + \beta \right]\):
\(I_{д ср} =\cfrac{1}{2 \pi} {\huge \int \normalsize}_{\frac{\pi}{2} — \beta}^{\frac{\pi}{2} + \beta} \cfrac{U_{вх max}}{r} \left( \sin{ \left( \varphi \right)} — \cos{\left( \beta \right)} \right) \operatorname{d} \varphi =\)
\(= \cfrac{U_{вх max}}{\pi r} \left( \sin{\left( \beta \right)} — \beta \cos{\left( \beta \right)} \right) \)
Поскольку \(U_{вх max} = \cfrac{U_н}{\cos{\left( \beta \right)}} \):
\(I_{д ср} =\cfrac{U_н}{\pi r} \cdot \cfrac{\sin{\left( \beta \right)} — \beta \cos{\left( \beta \right)}}{\cos{\left( \beta \right)} } = \cfrac{U_н}{\pi r} A \left( \beta \right) \),
где \( A \left( \beta \right) = \cfrac{\sin{\left( \beta \right)} — \beta \cos{\left( \beta \right)}}{\cos{\left( \beta \right)}} = \operatorname{tg} \left( \beta \right) — \beta \) (3. 4.2)
Формула (3.4.2) очень важна при расчете выпрямителя. Ведь угол отсечки \(\beta\) не является заранее известным исходным параметром, как правило, его приходится вычислять на основании заданных выходного напряжения (\(U_н\)), сопротивления (\(R_н\)) или тока нагрузки (\(I_н\)), а также параметров применяемого диода и трансформатора (которые определяют сопротивление фазы \(r\)). Располагая этими данными и учитывая (3.4.2) можно определить значение коэффициента \(A\):
\(A \left( \beta \right) = \cfrac{I_{д ср} \pi r}{U_н} \)
Средний ток через диод \(I_{д ср}\) равен среднему току нагрузки \(I_{н ср}\), а учитывая, что напряжение на нагрузке предполагается неизменным, то и мгновенное значение тока через нагрузку равно току диода: \(I_н = I_{д ср}\). Таким образом:
\(A \left( \beta \right) = \cfrac{I_{н} \pi r}{U_н} = \cfrac{\pi r}{R_н} \)
Для нахождения угла отсечки \(\beta\) при известном коэффициенте \(A(\beta)\) на практике обычно пользуются графиком (рис. 3.4-4).
Максимальное значение тока диода достигается при \(U_{вх} = U_{вх max}\) в момент времени, когда \(\varphi = \pi/2 \), т.е. согласно выражения (3.4.1):
\( I_{д max} = \cfrac{U_{вх max}}{r} \left( 1 — \cos{\left( \beta \right)} \right) = \cfrac{U_н}{r} \cdot \cfrac{\pi \left( 1 — \cos{\left( \beta \right)} \right)}{\cos{\left( \beta \right)}} \)
И далее, учитывая (3.4.2) получим:
\( I_{д max} = \cfrac{I_{д ср} \cdot \pi}{A \left( \beta \right)} \cdot \cfrac{1- \cos{\left( \beta \right)}}{\cos{\left( \beta \right)}}\), где \(F \left( \beta \right) = \cfrac{\pi \cdot \left( 1 — \cos{\left( \beta \right)} \right)}{\sin{\left( \beta \right)} — \beta \cos{\left( \beta \right)}}\)
График функции \(F(\beta)\) представлен на рис. 3.4-5. Из него видно, что с уменьшением угла отсечки \(\beta\) существенно увеличивается амплитуда тока через вентили.
Рис. 3.4-5. График зависимости \(F(\beta)\)
Таким образом, емкостный характер нагрузки выпрямителя приводит к тому, что выпрямительный диод оказывается открытым в течение меньшего промежутка времени, а амплитуда тока, проходящего в это время через диод, оказывается больше, чем в аналогичной схеме, работающей на чисто активную нагрузку. Этот факт необходимо учитывать при выборе диода, который должен выдерживать повторяющийся ток соответствующей амплитуды и более того, нормально переносить первоначальный всплеск тока при включении, когда происходит первоначальная зарядка конденсатора.
Указанная закономерность справедлива не только для описываемой схемы однофазного однополупериодного выпрямления. Аналогичным образом будет происходить работа и других рассматриваемых далее схем, имеющих нагрузку емкостного характера.
Требуемый коэффициент пульсаций на выходе однофазного однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром \(K_п\) может быть получен при правильном выборе емкости сглаживающего конденсатора. Для ее нахождения используется следующая формула:
\( С = \cfrac{H(\beta)}{r \cdot K_п}\),
где \(H(\beta)\) — это еще один вспомогательный коэффициент, значение которого находится по графику (рис. 3.4-6).
Рис. 3.4-6. График зависимости \(H(\beta)\)
Емкостный фильтр характерен для выпрямителей, рассчитанных на малые токи нагрузки. При больших токах обычно применяют индуктивные фильтры. Такой фильтр представляет собой катушку индуктивности (обычно с ферромагнитным сердечником), включенную последовательно с нагрузкой (рис. 3.4-7). Наличие индуктивности в цепи нагрузки также как и емкость оказывает значительное влияние на режим работы вентилей выпрямителя.
Рис. 3.4-7. Схема однофазного однополупериодного выпрямителя с индуктивным фильтром (а) и временные диаграммы, поясняющие его работу (б)
Работа схемы на рис. {- \cfrac{R_н t}{L}} \sin{( \theta )} \right) \),
где \( \theta = \operatorname{arctg} \left( \cfrac{\omega L}{R_н} \right) \)
Временная диаграмма, отражающая эту зависимость приведена на рис. 3.4-7(б). По ней хорошо виден физический смысл константы \(\theta\). Она представляет собой угол, на который запаздывает основной всплеск тока в нагрузке относительно инициирующего его всплеска напряжения на входе выпрямителя.
Если проанализировать зависимость тока нагрузки \(I_н(t)\), можно заметить, что его амплитуда с увеличением индуктивности катушки падает (соответственно падает и его среднее значение). Т.е. среднее значение напряжения на нагрузке оказывается меньшим, чем в случае отсутствия индуктивности, уменьшаются также пульсации выходного напряжения. Сами колебания тока оказываются сдвинутыми относительно колебаний входного напряжения на угол \(\theta\). Это является причиной скачкообразного приложения к диоду в момент его запирания отрицательного обратного напряжения величиною до \(U_{обр} = U_{вх max}\).
Описанный режим работы вентилей (затягивание тока, уменьшение его амплитуды, скачкообразное приложение обратного напряжения) при наличии индуктивного фильтра характерен для всех схем выпрямителей. Индуктивный фильтр обычно применяют в схемах мощных выпрямителей, поскольку в этом случае требуемая для существенного изменения параметров выходного напряжения индуктивность оказывается незначительной.
Наиболее эффективно сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения осуществляется с помощью сложных многозвенных фильтров, в состав которых входят и катушки индуктивности и конденсаторы (основой таких фильтров являются т.н. Г- или П-образные звенья).
< Предыдущая | Следующая > |
---|
Полупроводниковые выпрямители блоков питания, схемы, онлайн расчёт
Классификация, свойства, схемы, онлайн калькулятор.
Расчёт ёмкости сглаживающего конденсатора.
— Я, конечно, не электрик, но, по-моему, пульт не работает, потому что телевизора нет».
— А для чего нам ещё «нахрен не упал» профессиональный электрик?
— Для чего? Да много для чего! Например, для того, чтобы быть в курсе, что без источника питания, а точнее без преобразователя
сетевого переменного напряжения в постоянное, не обходится ни одно электронное устройство.
— А электрик?
— Электрик, электрик… Что электрик?… «Электрик Сидоров упал со столба и вежливо выругался…»
Итак, приступим.
Выпрямитель — это электротехническое устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения в постоянное.
Выпрямитель содержит трансформатор, необходимый для преобразования напряжения сети Uc до величины U2, определяемой требованиями
нагрузки;
вентильную группу (в нашем случае диодную), которая обеспечивает одностороннее протекание тока в цепи нагрузки;
фильтр, передающий на выход схемы постоянную составляющую напряжения и сглаживающий пульсации напряжения.
Расчёт трансформатора — штука громоздкая, в рамках этой статьи рассматриваться не будет, поэтому сразу перейдём к основным и наиболее
распространённым схемам выпрямителей блоков питания радиоэлектронной аппаратуры.
В процессе повествования давайте сделаем допущение, что под величинами переменных напряжений и токов в цепях выпрямителей мы будем
подразумевать их действующие (эффективные) значения:
Uдейств = Uампл/√2
и
Iдейств = Iампл/√2.
Именно такие значения приводятся в паспортных характеристиках обмоток трансформаторов, да и большинство измерительных приборов
отображают — не что иное, как аккурат эффективные значения сигналов переменного тока.
Однополупериодный выпрямитель.
Рис.1
На Рис.1 приведена однофазная однополупериодная схема выпрямления, а также осциллограммы напряжений в различных точках
(чёрным цветом — напряжение на нагрузке при отсутствии сглаживающего конденсатора С1, красным — с конденсатором).
В данном типе выпрямителя напряжение с вторичной обмотки трансформатора поступает в нагрузку через диод только в положительные
полупериоды переменного напряжения. В отрицательные полупериоды полупроводник закрыт, и напряжение в нагрузку подаётся только с
заряженного в предыдущий полупериод конденсатора.
Однополупериодная схема выпрямителя применяется крайне редко и только для питания цепей с низким током потребления ввиду высокого уровня
пульсаций выпрямленного напряжения, низкого КПД, и неэффективного использования габаритной мощности трансформатора.
Здесь обмотка трансформатора должна обеспечивать величину тока, равную удвоенному значению максимального тока в нагрузке
Iобм = 2×Iнагр и напряжение холостого хода
~U2 ≈ 0,75×Uн.
При выборе диода D1 для данного типа схем, следует придерживаться следующих его параметров:
Uобр > 3,14×Uн и
Iмакс > 3,14×Iн.
Едем дальше.
Двухполупериодный выпрямитель с нулевой точкой.
Рис.2
Схема, приведённая на Рис.2, является объединением двух противофазных однополупериодных выпрямителей, подключённых к общей
нагрузке.
В одном полупериоде переменного напряжения ток в нагрузку поступает с верхней половины вторичной обмотки через открытый диод D1,
в другом полупериоде — с нижней, через второй открытый диод D2.
Как и любая двухполупериодная, эта схема выпрямителя имеет в 2 раза меньший уровень пульсации по сравнению с однополупериодной
схемой. К недостаткам следует отнести более сложную конструкцию трансформатора и такое же, как в однополупериодной схеме — нерациональное
использование трансформаторной меди и стали.
Каждая из обмоток трансформатора должна обеспечивать величину тока, равную значению максимального тока в нагрузке
Iобм = Iнагр и напряжение холостого хода
~U2 ≈ 0,75×Uн.
Полупроводниковые диоды D1 и D2 должны обладать следующими параметрами:
Uобр > 3,14×Uн и
Iмакс > 1,57×Iн.
И наконец, классика жанра —
Мостовые схемы двухполупериодных выпрямителей.
Рис.3
На Рис.3 слева изображена схема однополярного двухполупериодного мостового выпрямителя с использованием одной обмотки
трансформатора.
Графики напряжений на входе и выходе выпрямителя аналогичны осциллограммам, изображённым на Рис.2.
Во время положительного полупериода переменного напряжения ток протекает через цепь, образованную D2 и D3, во время отрицательного —
через цепь D1 и D4. В обоих случаях направление тока, протекающего через нагрузку, одинаково.
Если сравнивать данную схему с предыдущей схемой выпрямителя с нулевой точкой, то мостовая имеет более простую конструкцию трансформатора при таком
же уровне пульсаций, менее жёсткие требования к обратному напряжению диодов, а главное — более рациональное использование
трансформатора и возможность уменьшения его габаритной мощности.
К недостаткам следует отнести необходимость увеличения числа диодов, что приводит к повышенным тепловым потерям за счёт большего падения
напряжения в выпрямителе.
Обмотка трансформатора должна обеспечивать величину тока, равную
Iобм = 1,41×Iнагр и напряжение холостого хода
~U2 ≈ 0,75×Uн.
Полупроводниковые диоды следует выбирать исходя из следующих соображений:
Uобр > 1,57×Uн и
Iмакс > 1,57×Iн.
При наличии у трансформатора двух одинаковых вторичных обмоток, или одной с отводом от середины выводом, однополярная схема
преобразуется в схему двуполярного выпрямителя со средней точкой (Рис.3 справа).
Естественным образом, диоды в двуполярном исполнении должны выбираться исходя из двойных значений
Uобр и
Iмакс по отношению к однополярной схеме.
Значения Uобр и Iмакс приведены исходя из величин наибольшего (амплитудного) значения обратного напряжения, приложенного к одному диоду, и наибольшего (амплитудного) значения тока через один диод при отсутствии сглаживающих фильтров на выходе.
Конденсатор С1 во всех схемах — это простейший фильтр, выделяющий постоянную составляющую напряжения и сглаживающий
пульсации напряжения в нагрузке.
Для выпрямителей, не содержащих стабилизатор, его ёмкость рассчитывается по формулам:
С1 = 6400×Iн/(Uн×Кп)
для однополупериодных выпрямителей и
С1 = 3200×Iн/(Uн×Кп)
— для двухполупериодных,
где Кп — это
коэффициент пульсаций, численно равный отношению амплитудного значения пульсирующего напряжения к его постоянной составляющей.
Для стабилизированных источников питания ёмкость С1 можно уменьшить в 5-10 раз.
«Коэффициент пульсаций выбирают самостоятельно в зависимости от предполагаемой нагрузки, допускающей питание постоянным
током вполне определённой «чистоты»:
10-3… 10-2 (0,1-1%) — малогабаритные транзисторные радиоприёмники и магнитофоны,
10-4… 10-3 (0,01-0,1%) — усилители радио и промежуточной частоты,
10-5… 10-4 (0,001-0,01%) — предварительные каскады усилителей звуковой частоты и микрофонных усилителей.» —
авторитетно учит нас печатное издание.
Ну и под занавес приведём незамысловатую онлайн таблицу.
КАЛЬКУЛЯТОР РАСЧЁТА ВЫПРЯМИТЕЛЯ ДЛЯ БЛОКА ПИТАНИЯ.
А на следующей странице рассмотрим сглаживающие фильтры силовых выпрямителей, не только ёмкостные, но и индуктивные, а также активные фильтры на биполярных транзисторах.
как собрать своими руками в домашних условиях
В электротехнике существует несостыковка. С одной стороны, передавать энергию на большие расстояния удобнее, если она имеет форму переменного напряжения. С другой, для питания смартфонов, светодиодов в лампочках, плат в телевизорах и подобной бытовой техники требуется постоянный ток. Данную проблему успешно решает такое семейство радиодеталей, как выпрямительные диоды.
Диодный мост схема
Что такое диоды
Диод – это полупроводниковый элемент на основе кристалла кремния. Ранее эти детали также изготавливались из германия, но со временем этот материал был вытеснен из-за своих недостатков. Электрический диод функционирует как клапан, т.е. он пропускает ток в одном направлении и блокирует его в другом. Такие возможности в эту деталь заложены на уровне атомарного строения его полупроводниковых кристаллов.
Один диод не может получить из переменного напряжения полноценное постоянное. Поэтому на практике используют более сложные сочетания этих элементов. Сборка из 4 или 6 деталей, объединённых по специальной схеме, образует диодный мост. Он уже вполне способен справиться с полноценным выпрямлением тока.
Интересно. Диоды обладают паразитной чувствительностью к температуре и свету. Прозрачные выпрямители в стеклянном корпусе могут использоваться как датчики освещённости. Германиевые диоды (прим. Д9Б) подходят в качестве термочувствительного элемента. Собственно из-за сильной зависимости свойств этих элементов от температуры их и перестали производить.
Однофазный и трёхфазный диодный мост
Существует две основные разновидности выпрямляющих сборок:
- Однофазный мост. Чаще используется в бытовых электроприборах. Имеет 4 вывода. На два их них подаётся переменное напряжение, т.е. фаза (L) и ноль (N). С двух оставшихся снимается постоянное, т.е. плюс (+) и минус (-).
- Трёхфазный мост. Встречается в мощных промышленных установках и оборудовании, питающимся от сети 380 вольт. На его вход подаются три фазы (L1, L2, L3). С выхода так же снимается постоянное напряжение. Такие мосты отличаются большими размерами и внушительными токами, которые они способны через себя пропустить.
Трёхфазный выпрямитель
Принцип работы диодного моста
Понять, как мост выполняет свою задачу, можно, разобравшись в том, как ведёт себя отдельный диод. Изначально имеются только два провода с переменным напряжением (L и N). Оно имеет форму синусоиды (рис. а). Если в схему добавить один диод, то он будет пропускать только положительную полуволну (рис. б), если этот компонент развернуть, то отрицательную составляющую (рис. в). Такое напряжение уже не будет переменным. Всё же оно не годится для питания серьёзных электроприборов. В нём наблюдаются моменты, когда ток совсем отсутствует. Применение четырёх диодов позволит получить постоянное напряжение без всяких прерываний (рис. г). Трёхфазные мосты выпрямляют по такому же методу. Однако они делают это одновременно с тремя синусоидами.
Форма напряжения после моста
Выпрямитель
Полученное после диодного моста напряжение имеет форму синусоиды, у которой отрицательная составляющая отражена относительно оси времени. Проще говоря, оно имеет форму холмов и называется пульсирующим. Такое напряжение положительное. Не содержит моментов, когда ток не течёт. Но всё же оно нестабильное. Например, в точке «a» оно рано 0 вольт, а в «b» – имеет максимальное значение. Данный выпрямитель нельзя считать законченным.
Для решения этой проблемы требуется сглаживающий электролитический конденсатор. На плате он обычно располагается там же, где и диодная сборка. Ёмкость накапливает энергию в те моменты, когда она имеет пиковые значения (точка b), и отдаёт её в моменты провалов (a). На выходе получается прямая линия – полноценный постоянный ток, пригодный для питания последующих электронных компонентов, процессоров, микросхем и т.п.
Постоянный ток
Преимущества двухполупериодного диодного моста
Полный мост, также называемый двухполупериодным выпрямителем, по ряду характеристик лучше, чем просто одиночный диод. Объясняется это тем, что он даёт возможность:
- снизить подмагничивание трансформатора, после которого стоит двухполупериодный выпрямитель;
- снять с выхода напряжение с удвоенной частотой, которое в итоге проще сгладить;
- повысить КПД трансформатора, на вторичной обмотке которого установлен полный диодный мост.
Недостатки полного моста
У полноценного двухполупериодного моста имеются недостатки:
- Ток вынужден протекать не по одному диоду, а сразу по двум, включенным последовательно. Поэтому удваивается падение напряжения на выпрямительном элементе. Для маломощных мостов на кремниевых диодах оно может достигать 2 вольт. В мощных выпрямителях – порядка 10 В. Отсюда существенные потери мощности на выпрямляющем элементе и его повышенный нагрев.
- При выходе из строя одного и четырёх диодов мост продолжает работать. Данный дефект может быть незаметен без специальных замеров. Однако он создаёт риск более серьёзной поломки устройства, которое питается через неисправный мостик.
Конструкция
Схема любого выпрямительного моста включает в себя диоды. Они могут быть по отдельности распаяны на печатную плату или находиться в одном корпусе. Касаемо размера выпрямители бывают миниатюрными, например, импортные MB6S или советские КЦ405А. Последние в народе именуют «ка-цэшками» или «шоколадками».
КЦ405А и MB6S
Встречаются образцы с внушительными габаритами. Например, трёхфазный выпрямительный мост китайского производства. Прибор предназначен для токов в сотни ампер, поэтому имеет винтовой крепёж под силовые провода и плоскую металлическую теплопроводящую поверхность с отверстиями для фиксации на радиаторе охлаждения.
Трёхфазный диодный мост
Маркировка выпрямителей
Не существует общепринятых правил, согласно которым производители маркируют свои диодные мосты. Каждый вправе называть своё изделие так, как считает нужным, т.е. по своей собственной номенклатуре.
Однако у большинства из этих деталей есть схожие признаки, помогающие визуально определить назначение их выводов. На фото трёхфазного моста (см. выше) отдельно выделен символ переменного тока – волнистая линия. Он указывает на то, что к этому контакту подключается входное синусоидальное напряжение. Также на некоторых моделях мостиков входные выводы помечаются буквами AC (Alternative Current), указывающими на переменный ток. При этом выходные контакты, с которых снимается постоянный ток, обозначаются символами DC (Direct Current) или традиционными «+» и «-». Дополнительно на некоторых выпрямителях со стороны плюса «подпилен» один из углов. Также на «+» может указывать и удлинённый вывод. Подобная маркировка свойственна многим электронным компонентам и называется ключом.
Маркировка диодных выпрямителей
Диодный мостик своими руками
Чтобы самостоятельно собрать выпрямитель, понадобится 4 однотипных диода. При этом они должны подходить по обратному напряжению, максимальному току и рабочей частоте. Соединения нужно сделать в соответствии со схемой ниже. Между двумя катодами снимается положительное напряжение, между анодами – отрицательное. К точкам, в которых подключены разноимённые выводы диодов, подсоединяется источник переменного напряжения. Всю схему можно за пару минут спаять навесным монтажом или потрудиться и выполнить в виде небольшой печатной платы.
Дополнительная информация. Обратные напряжения диодов, включенных в последовательную цепь, складываются между собой.
Мостик своими руками
Выбор типа сборки
Для каждой задачи существует свой оптимальный вариант выпрямительной диодной сборки. Все их можно условно разделить на 3 вида:
- Выпрямитель на одном диоде. Применяется в самых простых и дешёвых схемах, где нет к.л. требований к качеству выходного напряжения, как, например, в ночниках.
- Сдвоенный диод. Эти детали внешне похожи на транзисторы, ведь они выпускаются в таких же корпусах. Они также имеют 3 вывода. По сути, это два диода, помещённых в один корпус. Один из выводов – средний. Он может быть общим катодом или анодом внутренних диодов.
- Полноценный диодный мост. 4 детали в одном корпусе. Подходит для устройств с большими токами. Применяется в основном на входах и выходах различных блоков питания и зарядных устройств.
Дополнительная информация. Выпрямители используются и в автомобилях. Они нужны для преобразования идущего с генератора переменного напряжения в постоянное. Оно, в свою очередь, необходимо для зарядки аккумулятора. Обычный бензогенератор вырабатывает переменный ток.
Проверка элементов
В большинстве случаев для проверки выпаивать мостик из платы не требуется. Тестировать его следует точно так же, как 4 p-n перехода с подключением по схеме диодного моста. Данное измерение настолько распространено, что его возможность реализована в любом мультиметре. Прибор для теста нужно переключить в режим диодной прозвонки.
Падение напряжения в прямом направлении на исправном выпрямительном диоде составляет 500-700 мВ. В обратном – прибор отобразит «1». Сгоревшая деталь чаще всего показывает в обоих направлениях «0», т.е. короткое замыкание. Реже бывает полный обрыв элемента (также в обе стороны). Все замеры следует повторить для каждого входящего в состав моста диода. Итого 8 измерений, т.е. 4 в прямом направлении и 4 – в обратном. Если тестируется диод Шоттки, то этот параметр составляет 200-400 мВ.
Использование барьера Шоттки
Применение диода Шоттки оправдано в двух случаях. Во-первых, когда нужно выпрямить высокочастотный ток. Барьер Шоттки идеально подходит для подобной задачи, ведь он имеет низкую ёмкость перехода и, соответственно, является быстродействующим. Во-вторых, когда требуется выпрямить большой ток в десятки или сотни ампер. В этом случае деталь отлично себя показывает ввиду низкого падения напряжения и малого тепловыделения.
Диодные мосты в мире электроники играют роль согласующего элемента. С их помощью можно подключать устройства, требующие постоянный ток, к сети удобного для передачи переменного напряжения. Подобных устройств очень много в быту, они крайне важны для комфортной жизни человека.
Видео
Выпрямление переменного тока с помощью выпрямительных диодов — Студопедия
Выпрямление переменного тока — один из основных процессов в радиоэлектронике. В выпрямительном устройстве энергия переменного тока преобразуется в энергию постоянного тока. Любой выпрямитель является потребителем энергии переменного тока и генератором постоянного тока.
Поскольку полупроводниковые диоды хорошо проводят ток в прямом направлении и плохо в обратном, то большинство полупроводниковых диодов применяется для выпрямления переменного тока.
Простейшая схема для выпрямления переменного тока показана на рисунке 2.19, а. В ней последовательно соединены генератор переменной ЭДС (е), диод Д и нагрузочный резистор Rн, который можно включать также и в другой провод, как показано штрихами. Эта схема называется однополупериодной. Правильнее бы называть ее однофазной однотактной, так как генератор переменной ЭДС является однофазным и ток проходит через него только в одном направлении один раз за период (один такт за период). Другие, более сложные схемы для выпрямления (двухфазные, трехфазные, двухтактные и др.), как правило, представляют собой комбинацию несколько однофазных однотактных схем.
Рисунок 2.19 – Схемы выпрямителя с полупроводниковым диодом
В выпрямителях для питания РЭА генератором переменной ЭДС обычно служит силовой трансформатор, включенный в электрическую сеть (рисунок 2.19, б). Вместо трансформатора иногда применяется автотрансформатор. В некоторых случаях выпрямитель питается от сети без трансформатора. Роль нагрузочного резистора Rн, т. е. потребителя энергии постоянного тока, в практических схемах играют те цепи или приборы, которые питаются от выпрямителя. При выпрямлении токов высокой частоты, например, в детекторных каскадах радиоприемников генератором переменной ЭДС служит трансформатор высокой частоты или резонансный колебательный контур, а нагрузкой – резистор с большим сопротивлением.
Работа простейшего выпрямителя происходит следующим образом. Будем считать, что генератор дает синусоидальную ЭДС е = Етsin wt и его внутренним сопротивлением можно пренебречь (если нельзя, то его учитывают обычным путем). В течение одного полупериода напряжение для диода является прямым и проходит ток, создающий на резисторе Rн падение напряжения иR. В течение следующего полупериода напряжение является обратным, тока практически нет и иR= 0. Таким образом, через диод, нагрузочный резистор и генератор проходит пульсирующий ток в виде импульсов, длящихся полпериода и разделенных промежутками также в полпериода. Этот ток называют выпрямленным током. Он создает на резисторе Rн выпрямленное напряжение. Проследив направление тока, нетрудно установить полярность этого напряжения: со стороны катода диода получается плюс, а со стороны анода – минус.
Графики на рисунке 2.20 наглядно иллюстрируют процессы в выпрямителе. Переменная ЭДС генератора изображена синусоидой с амплитудой Ет(рисунок 2.20, а). Как правило, сопротивление нагрузки во много раз больше сопротивления люда, и тогда нелинейностью диода можно пренебречь (рабочая характеристика близка к линейной). В этом случае выпрямленный ток имеет форму импульсов, близкую к полусинусоиде с максимальным значением Imax(рисунок 2.20, б). Этот же график тока в другом масштабе изображает выпрямленное напряжение иR, так как иR = iRн. Достаточно умножить значения тока на Rн, чтобы получить кривую напряжения.
Рисунок 2.20 – Принцип работы простейшего выпрямителя
График на рисунке 2.20, в изображает напряжение на диоде. Иногда ошибочно его считают синусоидальным или отождествляют с напряжением источника переменной ЭДС. На самом же деле это напряжение имеет несинусоидальную форму. У него амплитуды положительных и отрицательных полуволн резко неодинаковы. Амплитуда положительных полуволн очень мала. Это объясняется тем, что когда проходит прямой ток, то большая часть напряжения источника падает на нагрузочном резисторе Rн, сопротивление которого значительно превышает сопротивление диода. В этом случае
Uпр max = Em – URmax = Em – ImaxRн<<Em
Для обычных полупроводниковых диодов прямое напряжение бывает не более 1–2 В. Например, пусть источник имеет действующее напряжение Е = 200 В и Em = E = 280 В. Если Uпр max = 2 В, то URmax= 278 В. Если бы напряжение источника (например, 200 В) полностью было приложено к диоду, это означало бы, что на резисторе Rннет падения напряжения. Но это возможно только при Rн=0. Тогда ток был бы недопустимо большим и диод вышел бы из строя.
Работа простейшего выпрямителя происходит следующим образом. Будем считать, что генератор даёт синусоидальную ЭДС и его внутренним сопротивлением можно пренебречь (если нельзя, то его учитывают обычным путем). В течение одного полупериода напряжение для диода является прямым и проходит ток, создающий на резисторе Rн падение напряжения UR. В течение следующего полупериода напряжение является обратным, тока практически нет и UR = 0. Таким образом, через диод, нагрузочный резистор и генератор проходит пульсирующий ток в виде импульсов, длящихся полпериода и разделенных промежутками также в полпериода. Этот ток называют выпрямленным током. Он создает на резисторе Rн выпрямленное напряжение.
При отрицательной полуволне подводимого напряжения тока практически нет и падение напряжения на резисторе Rн равно нулю. Все напряжение источника приложено к диоду и является для него обратным напряжением. Таким образом, максимальное значение обратного напряжения равно амплитуде ЭДС источника.
Рассмотрим подробнее выпрямленное напряжение (все, что будет показано для него, относится и к выпрямленному току). Из графика на рисунке 2.20, б видно, что это напряжение сильно пульсирует. Полпериода напряжения совсем нет. Полезной частью такого напряжения является его постоянная составляющая, или среднее значение Uср. Для полусинусоидального импульса с максимальным значением напряжения Umax среднее значение за полупериод
Uср = 2Umax/p = 0,636 Umax.
Так как во втором полупериоде напряжения совсем нет, то за весь период среднее значение вдвое меньше:
Uср = Umax/p = 0,318 Umax. (2.5)
Приближенно Uср считают равным 30 % максимального значения. Это приближение допустимо, так как действительная форма импульсов всегда несколько отличается от полусинусоиды. Поскольку падение напряжения на диоде очень мало, можно считать
Umax » Em и Uср» 0,3 Em. (2.6)
Вычитая из выпрямленного пульсирующего напряжения его среднее значение, получим переменную составляющую U~ , которая имеет несинусоидальную форму. Для нее нулевой осью является прямая линия, изображающая постоянную составляющую (рисунок 2.21, а).
Рисунок 2.21 — Постоянная и переменная составляющие выпрямленного напряжения
Полуволны переменной составляющей заштрихованы. Положительная полуволна представляет собой верхние две трети полусинусоиды, а отрицательная имеет форму, близкую к трапеции. Длительность этих полуволн неодинакова, но площади, ограниченные ими, равны, так как постоянной составляющей уже нет.
Переменная составляющая является «вредной» частью выпрямленного напряжения. Для ее уменьшения в нагрузочном резисторе, т. е. для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, применяют специальные сглаживающие фильтры. На рисунке 2.21, б изображена переменная составляющая. Она состоит из ряда гармоник. Труднее всего уменьшить первую гармонику (она показана штриховой синусоидой).
В сглаживающем фильтре применяются конденсаторы большой емкости, через которые ответвляется переменная составляющая тока, чтобы возможно меньшая часть ее проходила в нагрузку. Часто также в этих фильтрах ставят дроссели, т. е. катушки с большой индуктивностью, препятствующие прохождению переменной составляющей в нагрузку. Чем выше частота пульсаций, тем меньше сопротивление конденсаторов и больше сопротивление дросселей, а следовательно, тем эффективнее работает сглаживающий фильтр.
Если фильтр хорошо ослабляет первую гармонику пульсаций, то более высокие гармоники подавляются еще лучше. А так как они и по амплитуде меньше, чем первая гармоника, то практически нужно заботиться о подавлении лишь первой гармоники, являющейся главным «врагом».
Um1= 0,5Umax = 1,57 Uср. (2.7)В простейшей схеме выпрямителя амплитуда первой гармоники пульсаций Um1очень велика – больше полезной постоянной составляющей:
Выпрямленное напряжение с такими большими пульсациями, как правило, непригодно для практических целей. Некоторое уменьшение пульсаций дают более сложные выпрямительные схемы. Простейший метод сглаживания пульсаций – применение фильтра в виде конденсатора достаточно большой емкости, шунтирующего резистор нагрузки Rн (рисунок 2.19, б). Включение конденсатора существенно изменяет условия работы диода.
Конденсатор хорошо сглаживает пульсации, если его емкость такова, что выполняется условие
1/(wС)<<Rн. (2.8)
В течение некоторой части положительного полупериода, когда напряжение на диоде прямое, через диод проходит ток, заряжающий конденсатор до напряжения, близкого к Em. В то время, когда ток через диод не проходит, конденсатор разряжается через нагрузку Rн и создает на ней напряжение, которое постепенно снижается. В каждой следующий положительный полупериод конденсатор подзаряжается и его напряжение снова возрастает.
Заряд конденсатора через сравнительно малое сопротивление диода происходит быстро. Разряд на большое сопротивление нагрузки совершается гораздо медленнее. Вследствие этого напряжение на конденсаторе и включенной параллельно ему нагрузке пульсирует незначительно. Кроме того, конденсатор резко повышает постоянную составляющую выпрямленного напряжения. При отсутствии конденсатора Uср »0,3 Еm, а при наличии конденсатора достаточно большой емкости Uср приближается к Ети может быть равным (0,80 ¸ 0,95) Ети даже выше. Таким образом, в однофазном однотактном выпрямителе конденсатор повышает выпрямленное напряжение примерно в 3 раза. Чем больше С и Rн тем медленнее разряжается конденсатор, тем меньше пульсации и тем ближе Ucpк Ет. Если нагрузку вообще отключить (режим холостого хода, т. е. Rн = ¥), то на конденсаторе получается постоянное напряжение без всяких пульсаций, равное Еm.
Работу выпрямителя со сглаживающим конденсатором иллюстрирует рисунок 2.22, где приведены графики ЭДС источника е, тока через диод i и напряжения на конденсаторе иС, равного напряжению на нагрузке иR.
Напряжение на конденсаторе приложено плюсом к катоду, минусом к аноду диода. Поэтому напряжение на диоде равно разности ЭДС источника и напряжения конденсатора:
Uд = е – uC (2.9)
Так как значение uCблизко к Ет, то напряжение идстановится прямым только в течение части положительного полупериода, когда е превышает ис (вблизи значения Ет). В эти небольшие промежутки времени через диод проходит ток в виде импульсов, подзаряжающих конденсатор. В течение остальной части положительного полупериода и во время отрицательного полупериода напряжение uд – обратное, ток отсутствует и конденсатор разряжается на нагрузку Rн.
Рисунок 2.22 – Сглаживание пульсаций с помощью конденсатора
Максимальное обратное напряжение на диоде получается при отрицательной амплитуде ЭДС, когда е=–Ет. Поскольку напряжение конденсатора также близко к Ет, то наибольшее обратное напряжение близко к значению 2Ет. Если цепь нагрузки разомкнута (холостой ход), то максимальное обратное напряжение точно равно 2Ет. Таким образом, наличие конденсатора удваивает обратное напряжение, поэтому диод надо подбирать так, чтобы он выдерживал это обратное напряжение.
Если требуется уменьшить пульсации, а сопротивление Rнмало, то необходима чрезмерно большая емкость конденсатора, т. е. сглаживание пульсаций одним конденсатором практически осуществить нельзя. Приходится включать дополнительный сглаживающий фильтр, состоящий из дросселя с большим индуктивным сопротивлением и еще одного конденсатора (или еще более сложный фильтр).
Необходимо отметить, что весьма опасно короткое замыкание нагрузки, которое, в частности, получается при пробое конденсатора сглаживающего фильтра. Тогда все напряжение источника будет приложено к диоду и ток станет недопустимо большим. Происходит тепловое разрушение диода.
Достоинством полупроводниковых диодов по сравнению с вакуумными является не только отсутствие накала катода, но и малое падение напряжения на диоде при прямом токе. Независимо от значения тока, т. е. от мощности, на которую рассчитан полупроводниковый диод, прямое напряжение составляет десятые доли вольта или немногим больше 1 В. Поэтому КПД выпрямителей с полупроводниковыми диодами выше, чем с вакуумными. При выпрямлении более высоких напряжений КПД повышается, так как в этом случае потеря напряжения около 1 В на самом диоде не имеет существенного значения. Например, если при выпрямлении напряжения 100 В на диоде теряется 1 В, то КПД получается около 99 % (с учетом других потерь он будет, конечно, несколько ниже).
Таким образом, полупроводниковые диоды по сравнению с вакуумными более экономичны и выделяют при работе меньше теплоты, что очень важно для других элементов, расположенных вблизи. Кроме того, полупроводниковые диоды имеют очень большой срок службы. Но их недостатком является сравнительно невысокое предельное обратное напряжение – несколько сотен вольт, а у высоковольтных вакуумных диодов оно может составлять десятки киловольт.
Диоды применяют в любых выпрямительных схемах. Если сглаживающий фильтр начинается с конденсатора большой емкости, то при включении переменного напряжения на конденсатор проходит импульс тока, часто превышающий допустимое значение прямого тока диода. Для уменьшения такого тока иногда последовательно с диодом включают ограничительный резистор с сопротивлением в единицы или десятки ом.
В диодах, работающих в выпрямительном режиме, при перемене полярности напряжения могут наблюдаться значительные импульсы обратного тока (рисунок 2.23). Возникают они по двум причинам. Во-первых, под влиянием обратного напряжения получается импульс тока, заряжающего барьерную емкость n-p-перехода. Чем больше эта емкость, тем больше такой импульс. Во-вторых, при обратном напряжении происходит разряд диффузионной емкости, т. е. рассасывание неосновных носителей, накопившихся в n- и р-областях. Эти носители во время прохождения прямого тока инжектируют через переход и, не успев рекомбинировать или уйти, накапливаются в n- и р-областях. Практически главную роль играет больший заряд, накопившийся в базовой области.
Рисунок 2.23 – Импульсы обратного тока диода
Например, если концентрация электронов в n-области значительно больше, чем концентрация дырок в р-области, то n-область является эмиттером, а р-область – базой. Инжекция электронов из n-области в р-область преобладает над инжекцией дырок в обратном направлении. Поэтому электроны накапливаются главным образом в р-области. При обратном напряжении этот заряд рассасывается, т. е. электроны начинают двигаться в обратную сторону – из р-области в n-область. Возникает импульс обратного тока. Чем больше прямой ток, тем сильнее поток инжектированных носителей (электронов в данном примере) и тем больше образованный ими заряд, а следовательно, больше импульс обратного тока. Когда это скопление носителей рассосется и практически окончится заряд барьерной емкости, то останется лишь ничтожно малый обратный ток, который можно не принимать во внимание.
С повышением частоты импульс обратного тока увеличивается. Это объясняется тем, что при более высокой частоте обратное напряжение возрастает быстрее. Следовательно, большим током, т. е. быстрее, происходит заряд барьерной емкости. Иначе говоря, емкостное сопротивление с повышением частоты уменьшается и обратный ток соответственно увеличивается. Рассасывание зарядов, образованных инжектированными носителями, также происходит быстрее, и от этого импульс обратного тока также возрастает.
На низкой частоте импульс обратного тока весьма мал и его длительность во много раз меньше полупериода. А на некоторой высокой частоте импульс обратного тока может иметь примерно такую же амплитуду, как импульс прямого тока, и длится он в течение всего полупериода. Если площадь импульсов прямого и обратного тока будет одинакова, то постоянная составляющая (среднее значение) тока станет равной нулю, т. е. выпрямление прекратится. Практически диоды рекомендуется применять для выпрямления только до такой предельной высокой частоты, при которой постоянная составляющая выпрямленного тока снижается не более чем на 30 % по сравнению с ее значением на низкой частоте.
При повышении температуры сопротивления Rnpи Ro6p диодов уменьшаются, но это обычно мало влияет на выпрямление. Дело в том, что прямой ток определяется сопротивлением нагрузки Rн, которое обычно во много раз больше Rnp, a Ro6pдаже у нагретого диода еще достаточно велико по сравнению с Rн, и поэтому обратный ток остается малым по сравнению с прямым.
Работа диодов в низкочастотных выпрямляющих устройствах характеризуется несколькими параметрами. К ним относятся средние за период значения прямого тока Iпр ср и соответствующего ему падения напряжения на диоде Uпр ср, обратного напряжения Uобр. ср и соответствующего ему обратного тока Iобр ср. Ток Iпр ср часто называют выпрямленным током, и весьма важными являются максимальные допустимые (предельные) значения обратного напряжения Uo6p. max, прямого (или выпрямленного) тока Iпр max и температуры корпуса tкор max, а также максимальная рабочая частота fmax.
Как работает выпрямительный диод? — Определение строительства и исправления
Выпрямительный диод — полупроводниковый диод предназначен для выпрямления переменного тока (в основном с низкой частотой питания — 50 Гц при большой мощности, излучаемой при нагрузке). Чтобы «исправить» значение этого компонента, его основная задача — преобразование переменного тока (AC) в постоянный (DC) с помощью выпрямительных мостов. Вариант выпрямительного диода с барьером Шоттки особенно ценится в цифровой электронике.Выпрямительный диод может пропускать токи от нескольких миллиампер до нескольких килоампер и напряжение до нескольких киловольт.
Рис. 1. Обозначение выпрямительного диодаВыпрямительный диод — Технические параметры
Наиболее распространенные выпрямительные диоды изготавливаются из кремния (полупроводникового кристалла). Они способны проводить высокие значения электрического тока, и это можно классифицировать как их основную особенность. Есть также менее популярные, но все же используемые полупроводниковые диоды из германия или арсенида галлия.Германиевые диоды имеют намного меньшее допустимое обратное напряжение и меньшую допустимую температуру перехода (T j = 75 ° C для германиевых диодов и T j = 150 ° C для кремниевого диода). Единственное преимущество германиевого диода перед кремниевым диодом — более низкое значение порогового напряжения при работе в прямом смещении (V F (I0) = 0,3 ÷ 0,5 В для германия и 0,7 ÷ 1,4 В для кремниевых диодов).
Мы выделяем две группы технических параметров выпрямительного диода (они относятся и к другим полупроводниковым диодам):
- допустимые предельные параметры,
- характеристических параметров.
Выпрямительный диод характеризуется следующими предельными параметрами:
- В F — прямое напряжение с определенным прямым током I F (обычно с максимальным средним выпрямленным током, также известным как номинальный ток I FN ),
- I R — обратный ток при В RWM пиковое обратное напряжение.
- I FN — номинальный ток в прямом смещении (также известный как максимальный средний ток диода),
- I FRM — пиковый, повторяемый ток диодной проводимости (например, для импульсов длительностью менее 3.5 мс и частотой 50 Гц),
- I FSM — пиковый, неповторяющийся ток проводимости (например, для одиночного импульса длительностью менее 10 мс),
- В RWM — пиковое, обратное напряжение (или среднее, обратное напряжение при работе диода в волновом выпрямителе с нагрузкой),
- В RRM — пиковое, повторяющееся обратное напряжение,
- В RSM — пиковое, неповторяющееся обратное напряжение,
- P TOT — общее значение мощности, рассеиваемой на этом электронном компоненте,
- T j — максимальная температура перехода диода
- R th — термическое сопротивление в рабочих условиях,
- Максимальный мгновенный ток диода (определяет сопротивление при перегрузках)
Выпрямительный диод — Задания для студентов
Если вы студент или просто хотите научиться решать задачи с выпрямительным диодом, посетите этот раздел нашего веб-сайта, где вы можете найти широкий спектр электронных задач.
Сильноточный выпрямительный диод
Примером высокоэффективного диода является двойной сильноточный выпрямительный диод с током 2x 30A.
STM предлагает двойной выпрямительный диод высокого напряжения под названием STPS60SM200C. Диод лучше всего подходит для базовых станций, сварочных аппаратов, источников питания переменного / постоянного тока и промышленных приложений.
Рис. 2. Сильноточный выпрямительный диод STPS60SM200CW. Значение напряжения пробоя V RRM составляет 200 В, напряжение проводимости 640 мВ, а его токовая память составляет 2×30 А.Дополнительная защита — от электростатического разряда до 2 кВ, называемого ESD.
Диапазон рабочих температур составляет от -40 ° C до 175 ° C. Такие значения температуры позволяют использовать диоды в базовых станциях в любых условиях.
Выпрямительный диод — ВАХ
Вольт-амперные характеристики выпрямительного диода показаны ниже (рис. 3.).
Рис. 3. Вольт-амперные характеристики выпрямительного диодаКак проверить выпрямительный диод?
Простейшие мультиметры можно использовать для определения полярности выпрямительного диода (где — анод, а где — катод).Есть как минимум три способа сделать это, но я покажу два самых простых:
a) С помощью омметра (диапазон 2 кОм):
Рис. 4. Прямое смещение: Омметр покажет приблизительное значение прямого напряжения диода (около 0,7 В). Рис. 5. Обратное смещение: омметр показывает «1», что означает очень высокое сопротивление (электрический клапан выключен).Функция «проверка диодов» даст тот же результат, что и при использовании вышеупомянутого метода.
b) Использование функции измерения VDC:
Рис.6. Прямое смещение: мультиметр должен показывать падение напряжения около 0,7 В для кремниевых диодов. Рис. 7. Обратное смещение: мультиметр покажет приблизительное значение полного напряжения источника питания (Примечание: здесь диод вставлен противоположным образом по сравнению с приведенным выше примером. На самом деле, я бы изменил полярность источника питания, потому что вы нельзя демонтировать «руками» один раз припаянный компонент, если вы не демонтируете его. Конечно, мы не хотим делать это с исправным рабочим компонентом. Я просто хотел показать вам пример, на который вы также должны обратить внимание для правильного размещения компонентов на вашей печатной плате или макете)Мостовые выпрямители
Мостовые выпрямители делятся на разные типы по:
- Структура и количество фаз питающего напряжения: однофазный мостовой выпрямитель, многофазный мостовой выпрямитель (трехфазный мостовой выпрямитель, двухфазный мостовой выпрямитель).
- Ряд полуволнового выпрямления напряжения: одинарный мост (однополупериодный выпрямитель), двойной мост (двухполупериодный диодный выпрямитель). Мы можем создать комбинированную схему, например, однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель или трехфазный двухполупериодный выпрямитель. Вы можете комбинировать количество фаз с полнополупериодными или однополупериодными выпрямителями.
- Тип нагрузки: резистивная, емкостная, индуктивная.
Свойства мостовых выпрямителей:
- В — напряжение питания,
- В OS , I OS — постоянное выходное напряжение компонента,
- I OSmax — максимальный выходной ток,
- N ip — энергоэффективность,
- Коэффициент пульсации цепи,
- В Rmax — Максимальное обратное напряжение.
Полуволновой мостовой выпрямитель
Полуволновой мостовой выпрямитель— это простейшая схема, которая может преобразовывать переменный ток (оба знака, + и -) в ток одного знака (+). После дальнейшей фильтрации полученный выходной ток может быть изменен на постоянный ток.
На выходе этой схемы мы получим синусоидальную волну только с положительной половиной ее периода, поэтому ее на самом деле называют полуволновым выпрямителем. Не будет «отрицательной части» синусоиды, потому что выпрямительный диод проводит только тогда, когда он смещен в прямом направлении (положительное напряжение).Ток протекает через резистивную нагрузку только в одном направлении и пульсирует.
Пример простой схемы полуволнового мостового выпрямительного диода показан ниже:
Рис. 8. Схема однополупериодного выпрямительного диода.Характеристики полуволнового мостового выпрямителя:
Рис. 9. Временные характеристики полуволнового мостового выпрямителяПолноволновый мостовой выпрямитель
Схема полноволнового мостового выпрямителя показана ниже. Его часто называют мостом Гретца.
Рис.10. Схема двухполупериодного мостового выпрямителя (мост Гретца)Принцип работы двухполупериодного мостового выпрямителя следующий. На рисунке ниже (красный) показан путь тока, два красных диода смещены в прямом направлении (проводят ток), а два других — в обратном направлении (не проводят ток). Ток течет от источника питания через первый красный диод. Потом с первого красного диода через нагрузку. После прохождения нагрузки он потечет через второй красный диод, а затем вернется к источнику питания.
Рис. 11. Схема двухполупериодного мостового выпрямителя (переменный ток, прямое смещение)При изменении полярности напряжения питания описанная выше ситуация будет противоположной (синяя схема ниже). Два синих диода смещены в прямом направлении (проводят ток), а два других — в обратном направлении (не проводят ток). Ток течет от источника питания через первый синий диод. Потом с первого синего диода через нагрузку. После прохождения нагрузки он потечет через второй синий диод, а затем вернется к источнику питания.
Рис. 12. Схема полнополупериодного мостового выпрямителя (переменный ток, обратное смещение)Характеристики полнополупериодного мостового выпрямителя приведены ниже:
Рис. 13. Временные характеристики полуволнового мостового выпрямителяТрехфазный мостовой выпрямитель
Использование трехфазного диодного мостового выпрямителя (двухполупериодного мостового выпрямителя) возможно в любой из трехфазных цепей напряжения. В этом случае пульсации выходного напряжения минимальны. Источники питания в максимальной степени используют мощность цепи.Трехфазные мостовые выпрямители часто имеют возможность управлять выходным током.
Ниже вы можете увидеть схему трехфазного выпрямителя, которая показывает, как его можно построить.
Рис. 14. Схема и характеристики трехфазного мостового выпрямителя
Расчет трехфазного мостового выпрямителя
Ниже приведен пример расчета трехфазного мостового выпрямителя с уравнениями и значениями для данной схемы. Результаты представлены в таблице ниже.
P d — Выходная мощность
В d — Среднее значение выпрямленного напряжения
I d = P d / V d — Среднее значение выпрямленного тока
R = V d / I d — Сопротивление системы
Рис. 15. Трехфазный линейный мостовой выпрямитель
Формулы |
Трехфазный мостовой выпрямитель результаты | Банкноты |
V d / V f | 2,34 | V f — фазное напряжение трансформатора |
V d / V 12 | 1,35 | В 12 — межфазное напряжение трансформатора |
I / I d | 0,82 | I — действующее значение на вторичной стороне трансформатора |
V RRM / V d | 1,05 | В RRM — Пиковое обратное напряжение, повторяющееся |
I F (AV) / I d | 0,333 | I F (AV) — средний ток проводимости |
I FRMS / I d | 0,58 | I FRMS — действующее значение тока проводимости |
P u = P d | R * I d 2 | Выходная мощность |
S 2 / P d | Мощность обработки вторичной обмотки трансформатора | |
S 1 / P d | Вычислительная мощность первичной обмотки трансформатора | |
S т / P d | 1,05 | Типовой трансформатор мощности |
Полноволновой мостовой выпрямитель в качестве интегральной схемы
Двухполупериодный мостовой выпрямитель обычно рассматривается как однокристальная интегральная схема.Он построен из четырех выпрямительных диодов в мостовой системе Гретца. Может использоваться для монтажа THT и SMD. Использование этого решения является наиболее популярным, экономичным и позволяет сэкономить место на печатной плате.
Рис. 16. Мостовой выпрямитель как компонент интегральной схемыНа рисунке выше показаны разъемы, которые есть в каждой интегральной схеме мостового выпрямителя. Знак (+) соответствует выходу + VDC, знак (-) соответствует выходу — VDC, символы (~) соответствуют подключению VAC.Правильное подключение напряжения выполняется путем подключения входа VAC к выходу + VDC по горизонтали, а выхода VAC к выходу — VDC по горизонтали.
диодов — learn.sparkfun.com
Введение
После того, как вы перейдете от простых пассивных компонентов, таких как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, пора перейти в чудесный мир полупроводников. Одним из наиболее широко используемых полупроводниковых компонентов является диод.
В этом уроке мы рассмотрим:
- Что такое диод !?
- Теория работы диода
- Важные свойства диода
- Различные типы диодов
- Как выглядят диоды
- Типичные применения диодов
Рекомендуемая литература
Некоторые концепции в этом руководстве основаны на предыдущих знаниях электроники. Прежде чем переходить к этому руководству, подумайте о том, чтобы сначала прочитать (хотя бы бегло просмотр) следующие:
Что такое схема?
Каждый электрический проект начинается со схемы.Не знаю, что такое схема? Мы здесь, чтобы помочь.
Что такое электричество?
Мы можем видеть электричество в действии на наших компьютерах, освещающее наши дома, как удары молнии во время грозы, но что это такое? Это непростой вопрос, но этот урок прольет на него некоторый свет!
Как пользоваться мультиметром
Изучите основы использования мультиметра для измерения целостности цепи, напряжения, сопротивления и тока.
Хотите изучить различные диоды?
Мы вас прикрыли!
Комплект деталей SparkFun для начинающих
В наличии КОМПЛЕКТ-13973Комплект деталей для начинающих SparkFun — это небольшой контейнер с часто используемыми деталями, который дает вам все основные компоненты, которые вы…
12 Отзывы на диодный выпрямитель10a — интернет-магазины и отзывы на диодный выпрямитель 10a на AliExpress
Отличные новости !!! Вы попали в нужное место для диодного выпрямителя на 10А.К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.
Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку и надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.
AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене. Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, так как этот диодный выпрямитель 10a станет одним из самых востребованных бестселлеров в кратчайшие сроки. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что приобрели диодный выпрямитель 10а на AliExpress.Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.
Если вы все еще не уверены в диодном выпрямителе 10 А и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress — отличное место для сравнения цен и продавцов. Мы поможем вам разобраться, стоит ли доплачивать за высококачественную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь.А если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе. Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца.Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово — просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.
А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет.Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны — и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы сможете приобрести 10a diode rectifier по самой выгодной цене.
У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы.На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните лучший опыт покупок прямо здесь.
Лучшая цена выпрямительный диод 10a — отличные предложения на выпрямительный диод 10a от глобальных продавцов выпрямительных диодов 10a
Отличные новости !!! Вы попали в нужное место для выпрямительного диода 10а.К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.
Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку и надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.
AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене. Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, поскольку этот верхний выпрямительный диод 10a вскоре станет одним из самых востребованных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что купили выпрямительный диод 10а на AliExpress.Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.
Если вы все еще не уверены в выпрямительном диоде 10a и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress — отличное место для сравнения цен и продавцов. Мы поможем вам разобраться, стоит ли доплачивать за высококачественную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь.А если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе. Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца.Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово — просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.
А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет.Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны — и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы сможете приобрести rectifier diode 10a по самой выгодной цене.
У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы.На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните лучший опыт покупок прямо здесь.
Выпрямительные диоды | Выпрямительные диоды и сборки
Перейти к основному содержанию- LoRa®
- Обзор LoRa
- Что такое LoRa?
- Почему именно LoRa?
- Приложения
- Обзор приложений
- Поддержка COVID-19
- Сельское хозяйство
- Города
- Окружающая среда
- Здравоохранение
- Дома и постройки
- Здания
- Дома
- Промышленный контроль
- Утилиты
- Электричество
- Газ
- Вода
- Цепочка поставок и логистика
- Экосистема
- Обзор экосистемы
- LoRa Альянс
- Примеры использования датчиков
- Шлюзы
- Программное обеспечение
- Сети
- Отраслевые альянсы
- Продукты
- ресурса
- Обзор ресурсов
- Видео
- Официальные документы и сценарии использования
- Разработчики и техническая поддержка LoRa
- Академия LoRaWAN
- Использование логотипа
- Пресс-релизы
- Пресса
- Контакт
- Продукты
- Обзор продуктов
- Защита цепи
- Защита от электростатического разряда общего назначения
- Устройства с фильтрами ESD и EMI
- Сильноточная молниезащита
- ТВС малой емкости
- Защита от электростатических разрядов низкого напряжения
- Антенна
- Аудио
- Автомобильная промышленность
- Ethernet
- HDMI
- HD-SDI
- Промышленное
- Клавиатура
- LVDS
- RS-232
- RS-485
- SD-карта
- USB 2.0
- USB 3.x
- Vbus
- xDSL
- Беспроводная зарядка
- ЭВМ LinkCharge с низким энергопотреблением
- Электронные модули связи средней мощности LinkCharge
- Модули ЭВМ высокой мощности LinkCharge
- ИС LinkCharge
- Умное зондирование
- Датчики SAR
- Сенсорные и бесконтактные устройства
- Контроллеры сенсорного экрана
- Расширители ввода-вывода
- Управление питанием
- Светодиодные драйверы EcoBrite Преобразователи постоянного тока в постоянный
- EcoSpeed
- Регуляторы и контроллеры постоянного тока постоянного тока FemtoBuck
- ИС переключателя нагрузки FemtoSwitch
- nanoSmart LDO
- Твердотельные реле Neo-Iso
- Специальные функции
- целостность сигнала
- Часы и восстановление данных
- Лазерные драйверы и трансиверы
- Усилители-ограничители
- ROSA
- Формирователи сигналов
- Трансимпедансные усилители
- беспроводной RF
- Приемники FSK
- Приемопередатчики FSK
- Передатчики FSK
- Шлюзы LoRa
- Приемопередатчики LoRa
- 2.Трансиверы 4 ГГц
- Комплекты для разработки беспроводных радиочастотных сигналов
- Трансляция видео
- Настраиваемый эквалайзер / CD
- Кабельные драйверы
- Кабельные эквалайзеры
- точки пересечения
- Ресиверы (десериализаторы)
- Повторная синхронизация
- Передатчики (сериализаторы)
- Сроки
- Коробка передач UHD-SDI
- Профессиональный AV
- BlueRiver
- AVX
- Высокая надежность
- Выпрямительные диоды
- TVS диоды
- Стабилитроны
- Сильноточные выпрямители в сборе
- Выпрямители высокого напряжения в сборе
- Однофазные полноволновые мостовые сборки
- Трехфазные полноволновые мосты в сборе
- Узлы центрального метчика и удвоителя
- Сборки ТВС
- COTS диоды
- COTS Мощность
- Приложения
- Обзор приложений
- Автомобильная промышленность
- ADAS и телесная электроника
- Навигация и информационно-развлекательная система
- Электроника приборной панели, USB, зарядка
- Удаленный доступ без ключа
- Трансляция видео
- Вещательное оборудование
- Бытовая электроника
- Мобильные устройства
- Носимые устройства
- Телевизоры, Приставки, Мониторы
- Ноутбуки, планшеты, компьютеры
- Бытовая техника и бытовая техника
- Корпоративные вычисления
- Компьютеры, принтеры, сканеры
- Дата-центры
- Пассивные оптические сети / оптоволокно до дома
- Широкополосный
- Промышленное
- Медицинское оборудование
- Автоматизация производства
- Энергия, интеллектуальные сети, интеллектуальный учет
- Наблюдение
- Тестирование и измерения
- Умные здания
- Электроинструменты
- Интернет вещей
- Логистика и управление цепочками поставок
- Умные города
- Умные здания и домашняя автоматизация
- Интеллектуальный учет
- Умное сельское хозяйство
- Умный потребитель
- Военное дело и космос
- Продукция высокой надежности
- Сети и оптические коммуникации
- Широкополосный
- Пассивные оптические сети / оптоволокно до дома
- Сети ISM
- Беспроводная инфраструктура, базовые станции
- Дата-центры
- Профессиональный AV
- Матричные переключатели
- KVM-переключатели
- Мультивьюверы
- Видеостены
- Оборудование SDI
- Технология
- Обзор технологии
- LoRa Wireless RF для Интернета вещей
- Tri-Edge ™ PAM4 CDR ПЛАТФОРМА
- BlueRiver® ДЛЯ SDVoE ™
- BlueRiver ОБЗОР
- ПРИЛОЖЕНИЯ BlueRiver
- BlueRiver ВЕРТИКАЛЬНЫЕ РЫНКИ
- SDVoE ALLIANCE ™
- Защита цепи
- Обзор защиты цепи
- Z-платформа
- Linkcharge® Беспроводная зарядка
- Поддержка дизайна
- Обзор поддержки дизайна
- Ресурсы для проектирования
- Поиск по перекрестным ссылкам
- Параметрический поиск
- Качество
- Обзор качества
- Надежность
- Тестирование продукции
- Декларации материалов и упаковки
- Анализ качества и отказов
- Поиск Pb (свинец) -бесплатно / RoHS-зеленый
- Экологические инициативы
- Политика качества
- Сертификаты качества
Производитель выпрямительных диодов от Pune
Кремниевые выпрямители с диффузным переходом на шпильках предназначены для всех применений выпрямителей.Изготовлены с обратной полярностью (шпилька — анод) SPR и нормальной (шпилька — катод) SPN и легко устанавливаются на шасси или на радиаторы. Он обеспечивает работу с высоким током при минимальных требованиях к пространству. Сила тока от 16 ампер до 500 ампер с PIV 1800 В.Технические характеристики:
Обратный / Нормальный Тип | IRMS Усилитель | IF Усилитель | IFSM A | I4 | A | I4 | ° C / Вт | RθCH ° C / Вт |
SPR / SPN16 | 25.5 | 16 | 300 | 450 | 1,2 | 0,5 | ||
SPR / SPN25 | 40 | 25 | 400 | 800 | 1 | 0,35 | ||
65 | 40 | 500 | 1200 | 0,85 | 0,25 | |||
SPR / SPN70 | 110 | 70 | 1200 | 7200 | 0.55 | 0,2 | ||
SPR / SPN100 | 160 | 100 | 2300 | 25000 | 0,35 | 0,1 | ||
SPR / SPN150 | 250 | 150 | 0,3 | 0,08 | ||||
SPR / SPN250 | 400 | 250 | 6000 | 180000 | 0,2 | 0,03 | ||
SPR / SPN350 | 500 | 300 0.2 | 0,15 | |||||
SPR / SPN400 | 628 | 400 | 7000 | 245000 | 0,16 | 0,01 | ||
SPR / SPN450 | 750 | 75000 | 0,11 | 0,01 | ||||
SPR / SPN500 | 750 | 500 | 9000 | 405000 | 0,11 | 0,01 |