Spolu s lineárními zařízeními v elektrickém obvodu můžete také najít nelineární polovodičové prvky, které mají širokou škálu funkcí jako součást elektronického obvodu. Mezi polovodičovými součástkami zaujímá zvláštní místo diodový můstek, který funguje jako měnič napětí AC-na-DC. I když pro tyto účely lze se stejným úspěchem použít i klasickou diodu, jejich rozsah použití je výrazně omezen provozními parametry jednoho prvku. Sestava několika diod s výrazně odlišnými charakteristikami a principy fungování pomohla vyřešit nedostatky jednoho dílu.

Zařízení a princip činnosti

Diodový můstek je elektronický obvod sestavený na bázi usměrňovacích diod, který je určen k přeměně střídavého proudu, který je do něj dodáván, na stejnosměrný proud. Nejčastěji jsou v obvodu zahrnuty Schottkyho diody, ale nejedná se o kategorický požadavek, proto je v každém konkrétním případě lze nahradit jinými modely, které jsou vhodné z hlediska technických parametrů. Obvod polovodičového diodového můstku obsahuje čtyři prvky pro jednu fázi. Diodový můstek lze sestavit buď s jednotlivými diodami, nebo sestavit jako jeden celek ve formě monolitické čtyřsvorkové sítě.

Princip činnosti diodového můstku je založen na schopnosti p–n přechodu propouštět elektrický proud pouze jedním směrem. Obvod pro připojení diod k můstku je navržen tak, že každá půlvlna vytváří vlastní cestu pro tok elektrického proudu do připojené zátěže.

Princip činnosti diodového můstku

Rýže. 1. Princip činnosti diodového můstku

Pro vysvětlení usměrnění diodového můstku je nutné uvažovat činnost obvodu vzhledem ke tvaru vstupního napětí. Je třeba poznamenat, že křivka napětí pro jednu periodu má dvě půlvlny – pozitivní a negativní. Každá půlvlna má naopak proces zvyšování a snižování vzhledem k bodu maximální amplitudy.

Proto bude mít provoz usměrňovacího zařízení následující fáze:

  • Na vstup usměrňovacího můstku je přiváděno střídavé napětí 220V, označené písmeny A a B.
  • Každá půlvlna napájená z elektrické sítě nebo z vinutí transformátoru je převáděna na konstantní hodnotu dvojicí diagonálně umístěných diod.
  • Kladná půlvlna bude vedena dvojicí diod VD1 a VD4 a vyvede půlvlnu v kladné oblasti svislé osy na výstup můstku.
  • Negativní půlvlna bude usměrněna dvojicí diod VD2 a VD3, ze kterých se na stejném můstkovém výstupu objeví další půlvlna v kladné oblasti.

Vzhledem k tomu, že na výstupu diodového můstku jsou realizovány oba půlcykly, nazývá se takové elektronické zařízení celovlnný usměrňovač, nazývaný také Graetzův obvod.

READ
Jak odstranit stopy nábytku na linoleu?

Označení na schématu a značení

Na elektrickém obvodu může mít diodový můstek různé možnosti obrazu. Nejčastěji se můžete setkat s následujícími označeními:

Označení v diagramu

Rýže. 2. Označení na schématu

První možnost pro označení můstkového usměrňovače se zpravidla používá v situacích, kdy je elektronické zařízení monolitická konstrukce, jediná sestava. V diagramu je značení provedeno latinkou VD, za kterou následuje sériové číslo.

Druhá možnost je nejčastější pro situace, kdy se diodový můstek skládá z jednotlivých polovodičových součástek sestavených do jednoho obvodu. Označení druhé možnosti se nejčastěji provádí ve formě řady VD1 – VD4.

Je třeba také poznamenat, že výše uvedené schematické označení a značení, i když je obecně přijímané povahy, může být při sestavování schémat porušeno.

Typy diodových můstků

V závislosti na počtu fází, které jsou připojeny k diodovému můstku, se rozlišují jednofázové a třífázové modely. První možnost jsme podrobně prozkoumali na příkladu výše uvedeného Graetzova schématu.

Třífázové usměrňovače se zase dělí na šesti- a dvanáctipulzní modely, i když jejich obvod diodového můstku je identický. Podívejme se podrobněji na provoz diodového zařízení pro třífázový obvod.

Třífázový obvod diodového můstku

Rýže. 3. Třífázový obvod diodového můstku

Diodový můstek znázorněný na obrázku výše se nazývá Larionovův obvod. Strukturálně jsou pro každou fázi instalovány dvě diody v opačném směru vůči sobě. Zde je důležité poznamenat, že sinusoida ve všech třech fázích je vůči sobě posunuta o 120°, proto se na výstupech zařízení při superponování výsledného diagramu objeví následující obrázek:

Napětí usměrněno třífázovým můstkem

Rýže. 4. Napětí usměrněné třífázovým můstkem

Jak vidíte, ve srovnání s jednofázovým usměrňovačem na bázi diodového můstku je obraz hladší a napěťové rázy mají výrazně menší amplitudu.

Технические характеристики

Při výběru konkrétního diodového můstku k výměně v usměrňovacím bloku nebo pro jakýkoli jiný obvod je důležité dobře porozumět základním technickým parametrům.

Z těchto charakteristik jsou pro diodový můstek nejvýznamnější:

  • Špičkové maximální napětí obrácené polarity – to je prahová hodnota, za kterou již dojde k nevratnému procesu a polovodič selže. Označeno jako UAobr v domácích modelech nebo Vmin pro zahraniční.
  • Průměrné zpětné napětí – představuje jmenovitou hodnotu elektrické veličiny, která může být aplikována během provozu. Určeno Uarr v domácích vzorcích nebo Vr (rms) pro cizí diodové můstky.
  • Průměrný usměrněný proud – označuje efektivní hodnotu elektrického proudu na výstupu diodového můstku. Na zařízeních je označen jako Iпр nebo jáo pro modely domácí nebo zahraniční výroby, resp.
  • Amplitudově usměrněný proud – to je maximální proud na výstupu usměrňovače, určený vrcholem půlvlny na křivce, označovaný jako IFSM pro pulzující proud na kladné a záporné svorce.
  • Pokles napětí v přímé polaritě – určuje úbytek napětí z vlastního odporu diodového můstku. Na zařízení zastoupena jako Vfm.
READ
Jak vyrobit sušené květiny na svíčky?

Pokud chcete vybrat náhradní model například v síti 220 V, pak hlavním parametrem pro diodový můstek je zpětný proud a napětí. Výkonové charakteristiky musí výrazně převyšovat jmenovité hodnoty sítě např. při napětí 220 V – diodový můstek musí vydržet cca 400 V. Proudově je vhodná menší rezerva, ale i s ní by se mělo počítat.

Výhody a nevýhody

Kromě diodového můstku existují i ​​další způsoby přeměny střídavého proudu na stejnosměrný. Ve srovnání s půlvlnnou rektifikací má celovlnná rektifikace řadu výhod:

  • Záporná i kladná půlvlna sinusovky se převádí na výstupní napětí, takže je v co nejoptimálnější míře využit celý výkon transformátoru.
  • Díky vyšší frekvenci pulsování je mnohem snáze vyhladit napětí přijímané z diodového usměrňovače pomocí filtrů.
  • Využití elektřiny pod zátěží snižuje výkonové ztráty v důsledku přepólování magnetizace jádra, ke kterému dochází v důsledku vzájemných indukčních procesů ve vinutích napájecího transformátoru.
  • Harmonické přerozdělení křivky elektrického proudu a napětí na výstupu – díky přenosu každého půlcyklu dvěma diodami v můstku najednou je výstupní parametr mnohem rovnoměrnější.

Mezi nevýhody diodového můstku patří a vyšší úbytek napětí ve srovnání s půlvlnným nebo středovým usměrňovačem. To je způsobeno tím, že proud protéká dvěma polovodičovými prvky najednou a naráží na ohmický odpor každého z nich. Taková nevýhoda může mít značný dopad u slaboproudých obvodů, kde zlomky ampéru mohou určovat hodnotu signálů, provozní režimy jednotek atd. Jako řešení lze použít diodové můstky se Schottkyho diodami, které mají relativně nižší propustný úbytek napětí.

Další nevýhodou je obtížná identifikace přepáleného spoje, protože při poruše alespoň jedné diody bude celý obvod nadále fungovat. To, že některý z polovodičových prvků vypadl z obvodu, je možné pochopit pouze měřením, ne vždy se stane, že zařízení nebo obvod při poruše zareaguje viditelnou poruchou.

Praktická aplikace

V praxi má diodový můstek poměrně široké uplatnění – patří sem digitální technika, napájecí zdroje v osobních počítačích, laptopech, různých zařízeních, automobilových generátorech napájených nízkým stejnosměrným napětím. Kromě toho je najdeme v systémech reprodukce zvuku, měřicích zařízeních, televizním a rozhlasovém vysílání a jsou instalovány v řadě různých zařízení po celém domě. Pro lepší pochopení role diodového můstku v těchto zařízeních se podíváme na několik konkrétních obvodů, ve kterých se používá.

READ
Jak se starat o gumovou podložku?

Příklady zapojení diodových můstků a jejich popis

Jedním z nejjednodušších obvodů využívajících diodový můstek je nabíječka používaná pro zařízení napájená nízkým napětím. Podívejme se na jednu z těchto možností pomocí následujícího příkladu:

Nabíjecí obvod

Rýže. 5. Obvod nabíječky

Jak můžete vidět na obrázku, ze snižovacího transformátoru T1 se převádí napětí ze střídavých 220V na střídavé na úrovni 7 – 9V. Poté je snížené napětí přivedeno na diodový můstek VD, ze kterého je usměrněno přes vyhlazovací kondenzátor C1 do mikroobvodu KR. Usměrněné napětí z mikroobvodu je stabilizováno a přivedeno na svorky konektoru.

Schéma baterky

Rýže. 6. Schéma svítilny

Na obrázku výše je příklad zapojení svítilny, tento model je připojen k domácí síti 220V přes zásuvku, která je reprezentována propojovacími konektory X1 a X2. Dále je napětí přiváděno do VD můstku a z něj do čipu DA1, který, pokud je vstupní napájení, to signalizuje prostřednictvím LED HL1. Poté je napájení napájeno GB baterie, která je nabita a poté použita jako hlavní zdroj energie pro svítilnu.

Příklad schématu svařovací jednotky

Příklad schématu svařovací jednotky

Zde je příklad obvodu svařovací jednotky, ve kterém je bezprostředně za snižovacím transformátorem instalován diodový můstek pro usměrnění elektrického proudu. Vzhledem ke složitosti obvodu je další zvažování činnosti zařízení nepraktické. Stojí za zmínku, že existují další zařízení s ještě složitějším principem činnosti – spínané zdroje, modulátory PWM, převodníky atd.

Diodový most – elektrické zařízení určené k usměrnění proudu, to znamená k přeměně střídavého proudu na stejnosměrný proud.

Obsah článku

Diodové můstky jsou důležitou součástí elektronických zařízení napájených z domácí elektrické sítě o napětí 220 V a frekvenci 50 (60) Hz. Jeho druhý název je celovlnný usměrňovač. Diodový můstek se skládá z polovodičových usměrňovacích diod nebo Schottkyho diod. Prvky lze na desku připájet samostatně. Moderní možností je však kombinace diod do jednoho pouzdra, které se nazývá „sestava diod“. Diodové můstky se aktivně používají v elektronice, transformátorových a spínaných zdrojích a zářivkách. Svařovací stroje jsou vybaveny výkonnými polovodičovými sestavami, které jsou připevněny k chladiči.

Schéma diodové sestavy 4 diod

Obvod diodového můstku se 4 diodami

Co je to diodový můstek a z jakých prvků se skládá

Diodový můstek v obvodech používaných v jednofázových napěťových sítích se skládá ze čtyř diod, které jsou polovodičovým prvkem s jedním pn přechodem. Proud v takovém polovodiči prochází pouze jedním směrem, když je anoda zapojena do plusu zdroje a katoda do mínusu. Pokud je zapojení obrácené, proud je uzavřen. Diodový můstek pro třífázový elektrický proud se vyznačuje přítomností šesti diod, nikoli čtyř. Mezi můstkovými obvody pro jednofázové a třífázové sítě nejsou podstatné rozdíly v principu činnosti.

READ
Co se hodí ke gerberám?

Diodové zařízení

Schottkyho dioda je dalším typem polovodičového prvku používaného v diodových můstcích. Jeho hlavním rozdílem je přechod kov-polovodič, nazývaný “Schottkyho bariéra”. Stejně jako pn přechod poskytuje jednosměrné vedení. Pro výrobu Schottkyho zařízení se používá arsenid galia, křemík a kovy: zlato, platina, wolfram, palladium. Při použití malých napětí – do 60 V – se Schottkyho dioda vyznačuje nízkým úbytkem napětí na přechodu (ne více než 0,4 V) a rychlostí. Při domácím napětí 220 V se chová jako běžný křemíkový usměrňovací polovodič. Sestavy takových polovodičových zařízení jsou často instalovány ve spínaných zdrojích.

Jak funguje diodový můstek: pro figuríny, jednoduchý a krátký

Na vstup diodového můstku je přiváděn střídavý proud, jehož polarita se v domácí elektrické síti mění s frekvencí 50 Hz. Sestava diod „odřízne“ část sinusoidy, která je pro zařízení „reverzní“, a změní znaménko na opačné. Výsledkem je, že do zátěže je na výstupu přiváděn pulzující proud jedné polarity.

Schéma diodového můstku

Označení diodového můstku ve schématu

Frekvence těchto pulzací je 2x vyšší než frekvence kmitů střídavého proudu a rovná se v tomto případě 100 Hz.

Zvlnění diodového můstku

Provoz diodového můstku

Obrázek a) ukazuje konvenční sinusové střídavé napětí. Obrázek b) ukazuje hraniční kladné půlvlny získané pomocí usměrňovací diody, která prochází kladnou půlvlnou přes sebe a je blokována, když prochází záporná půlvlna. Jak je vidět z diagramu, jedna dioda nestačí pro efektivní provoz, protože „odříznutá“ záporná část půlvln je ztracena a výkon střídavého proudu je snížen dvakrát. Diodový můstek je potřeba nejen k odříznutí záporné půlvlny, ale i ke změně jejího znaménka na opačné. Díky této konstrukci obvodu si střídavý proud zcela zachovává energii. Na obrázku c) je po průchodu proudu sestavou diod pulzující napětí.

Pulzující proud nelze striktně nazvat konstantní. Zvlnění ruší činnost elektroniky, takže pro jeho vyhlazení po průchodu diodovým můstkem musí být v obvodu zařazeny filtry. Nejjednodušším typem filtru jsou elektrolytické kondenzátory značné kapacity.

Na deskách plošných spojů a schématech zapojení může být diodový můstek v závislosti na tom, jak je konstruován (jednotlivé prvky nebo sestava), označen odlišně. Pokud se skládá ze samostatně pájených diod, pak jsou označeny písmeny VD, vedle kterých je uvedeno sériové číslo – 1-4. Písmena VDS označují sestavy, jinak -VD.

READ
Co dát do jámy při výsadbě jahod?

Jak mohu vyměnit sestavu diodového můstku?

Místo diodového můstku sestaveného v jednom pouzdře můžete do obvodu připájet 4 křemíkové usměrňovací diody nebo 4 Schottkyho polovodiče. Možnost montáže diod je však efektivnější díky:

Různé možnosti montáže diodového můstku

Toto obvodové řešení má i nevýhodu – pokud selže alespoň jeden polovodič, bude nutné vyměnit celou sestavu.

Proč potřebujeme diodový můstek v generátoru vozidla

Diodový můstek v generátoru

Diodový můstek v generátoru

Toto obvodové řešení se používá v elektrických obvodech automobilů a motocyklů. Diodový můstek namontovaný na alternátoru je potřebný k přeměně jím generovaného střídavého napětí na stejnosměrný proud. Stejnosměrný proud se používá k dobíjení baterie a napájení všech elektrických spotřebičů dostupných v moderní dopravě. Požadovaný výkon polovodiče v můstkovém obvodu je určen jmenovitým proudem generovaným generátorem. V závislosti na tomto indikátoru jsou polovodičová zařízení rozdělena do následujících výkonových skupin:

  • nízký výkon – až 300 mA;
  • střední výkon – od 300 mA do 10 A;
  • vysoký výkon – nad 10 A.

Pro automobilovou techniku ​​se běžně používají křemíkové diodové můstky, schopné splnit provozní požadavky v širokém rozsahu teplot – od -60°C do +150°C.

Jak vyměnit diodový můstek v generátoru

Ve většině modelů automobilového a motocyklového vybavení jsou sestavy můstků připájeny do hliníkového chladiče, takže pokud selžou, bude nutné je odpájet a vylisovat z desky chladiče a nahradit je novým. Protože se jedná o poměrně složitý postup, je lepší se vyhnout výskytu faktorů, které způsobují vyhoření diodového můstku. Nejčastější příčiny tohoto problému jsou: