Диодный мост: схема, принцип работы

Диодный мост? Это совсем не то, что Крымский. Это такой маленький диодный мостик, схема которого строится из небольших совсем электронных устройств — диодов. Их мы собираем даже своими руками. Да, соберите своими руками и увидите, что это легко и быстро, надо только знать, из чего и для чего. Он состоит из диодов.

Что такое диоды

Диоды — это электронные устройства с двумя электродами («ди» — два). Анод и катод.

Диод

Раньше, в эпоху стеклянных электронных вакуумных ламп, это была самая простая из ламп. В ней непосредственно около катода располагалась нить накаливания, как в лампочке. Катод от этого разогревался, и из него начинали выпрыгивать электроны все быстрее и быстрее. А кроме напряжения накала к электродам было приложено рабочее напряжение. И если на катод подать минус, а на анод плюс, то электроны от катода начинают отталкиваться, а к аноду притягиваться. Так как этому процессу в вакууме ничто не мешает, через вакуум и побежит ток, пропорциональный приложенному напряжению. А если поменять полюса — подать на анод минус, а на катод плюс, ток остановится. Потому что анод холодный, а к катоду теперь приложен положительный потенциал, который возвращает выброшенные накалом катода электроны обратно. Вот так и получился самый первый и самый простой нелинейный электрический элемент. В одну сторону ток он пропускает, а в другую — нет.

Почти такая же картина и в полупроводниковых диодах. Только там нет вакуума, а твердая пластинка полупроводника имеет свойство не препятствовать движению электронов в одну сторону и запрещать их движение в противоположную.

Весь секрет в N-P-переходе полупроводника.

Полупроводниковый диод представляет собой пластинку, похожую на плоский кружочек (или квадратик) металла. Но это не металл, а две его стороны имеют чуть разные свойства. Металлы характеризуется тем, что электроны в их кристаллической решетке почти не держатся, вылетают и болтаются между атомами кристалла по любому поводу, самая небольшая температура, заставляющая ядра атомов на своих местах слегка вибрировать, вышибает электроны напрочь и массово. А на этом месте что образуется? Знамо дело, дырка. Так называется атом, потерявший электрон. И получается, что электроны хаотично мечутся по межатомному пространству металла, а дырки тоже мечутся — только уже по самой кристаллической решетке. Потому что если соседний атом «заметит» дырку, он очень просто легким толчком закинет в нее свой электрон. И это можно понять в обратном смысле: получилось, это дырка перескочила из того атома в этот. И так дырки начинают жить тоже своей самостоятельной жизнью и блуждать как им взбредется. А встретится им электрон — может произойти рекомбинация, когда электрон запрыгнет в эту самую дырку. Ну и все, нашел свою судьбу. Только свободных электронов в металле видимо-невидимо, и поэтому стоит приложить к проводнику напряжение — как тут же начнется уже более-менее упорядоченное движение электронов от минуса к плюсу, то есть электрический ток. Соответственно, и дырки побегут, наоборот, от плюса к минусу, то есть как раз так, как люди определили когда-то НАСТОЯЩИМ направлением тока. Определили, еще ничего не зная ни о свободных электронах, ни о дырках.

В полупроводниках картина очень тонкая. Он сам плохой проводник и никудышный изолятор. Потому они так и названы — полупроводники. В них тоже есть свободные электроны и дырки. Только их не так много, как в металлах, а равновесие электронов и дырок нарушают примеси в полупроводнике. Атомы примесей становятся дополнительными источниками в одних случаях свободных электронов, в других — «свободных» дырок. Есть такие атомы, которые в одном случае прихватывают себе лишний электрон и не отпускают его (акцепторная примесь). А на его месте в атоме полупроводника получается дырка и начинает бродить неприкаянно по кристаллической решетке.

А в другом случае атом примеси имеет свойство отдавать свой электрон (донорная примесь), ничего не прося взамен. И пойдет электрон лишний куда глаза глядят.

Первая проводимость названа дырочной — P (positive, положительная), вторая электронной — N (negative, отрицательная).

Но самое интересное, что два типа проводимости могут существовать в одном куске полупроводника. Вот той самой тонкой пластинки, похожей на металл. С одной стороны в нее внедряют донорную примесь, а с другой — акцепторную.

Очень просто: можно на основу из полупроводника — германия или кремния — с одной стороны нанести материал-акцептор, фосфор, мышьяк или сурьму. Температура плавления сурьмы чуть выше 980 ⁰С, а у полупроводников еще выше, около 1200–1400 ⁰С. Атомы акцептора (чаще всего сурьмы, более остальных практичной в обращении) внедряются в кристаллическую решетку полупроводника, делая его полупроводником типа P. Другую сторону обрабатывают алюминием или индием — легкими и плавкими металлами. Достаточно поместить капельку индия, просто капнуть с одной стороны при температуре плавления 430 ⁰С.

Вот и получился у нас знаменитый N-P переход, который ток пропускает в одну и другую стороны по-разному.

И правда, если представить ток как движение заряженных частиц, то в полупроводнике N-типа движутся электроны (их подавляюще больше). А в P-типа — дырки. Причем направление их движений противоположное. Только если в металле они движутся одновременно и независимо — одни туда, другие сюда, то в полупроводнике все не так. В полупроводнике N-типа движутся, в основном, электроны, по полупроводнику P-типа ток создает движение дырок. А вот в N-P переходе эти два вида токов встречаются.

На границе этих двух типов (границе между полупроводником с примесями одного типа и проводником с примесями другого) электроны вместо дальнейшего движения будут «находить свою судьбу», то есть встречаться с дырками и с ними производить рекомбинацию. Такую зону счастливых электронных пар мы называем «зоной запрета», потому что при рекомбинации атомы примесей становятся ионами (в N-зоне положительные, а в P-зоне отрицательные), и они создают электрическую разность потенциалов, всегда направленную от N проводимости к P проводимости. И вот теперь, если прикладывать напряжение к внешним контактам диода, и если полярность его совпадает с направлением этой разности потенциалов, то ток потечет через диод, а если противоположно ей, то нет. Первое направление (когда к P приложен плюс, а к N минус) называется прямым, второе (когда на P подан минус, а на N плюс) — обратным.

Схема

Прямое направление диода делает его по работе похожим на обычное сопротивление, работающим по закону Ома.

А обратное дает нечто вроде разрыва в цепи, хотя при этом всегда сохраняется некоторый обратный ток, зависящий от других вещей — температуры, радиации.

Вот на таких приборах и строятся выпрямительные мосты.

Выпрямительные мосты

Если подавать на диод переменное электрическое напряжение, которое непрерывно изменяется от некоторого напряжения U₊ > 0 до напряжения U_–< 0, то наш диод начнет «срезать» все напряжения, которые для него будут «обратными».   

Работа диода

В случае обычного для наших сетей синусоидального сигнала в результате работы диода получается «полусинусоида» тока (или напряжения в нагрузке).

Синусоидальный сигнал

Весь ток и напряжение в сети нагрузки будет иметь положительное направление, но половина электроэнергии не будет «доходить» до адресата.

Чтобы использовать и вторую половину синусоиды, нужно, чтобы она не срезалась, а меняла знак на противоположный. Вот и получилась схема диодного моста.

Диодный мост: принцип работы

Уже лучше, но мост не является выпрямителем в полном смысле. Напряжение в нагрузку он дает не постоянное, а пульсирующее с двойной частотой.

Если нагрузкой сделаем лампу накаливания, то никаких пульсаций света можем и не заметить.

Лампа накаливания является прибором инерционным, в плане преобразования электричества в тепло и свет. То есть за 1/50 (при переменном напряжении) или за 1/100 (при пульсирующим напряжении от диодного моста) доли секунды ее нить накала не успевает остыть, как уже приходит очередной импульс. В этом случае диодный мостик такой схемы вполне подойдет.

Схема

В результате этого температура спирали во времени представляет собой кривую, сглаживающую кривую напряжения, выходящего из диодного моста. И чем спираль массивнее, тем более сглажена кривая ее температуры. В выпрямительных мостах сглаживание делается конденсатором, которые способны, подобно спирали лампы, накапливать энергию, а потом медленно ее отдавать.

Выпрямительный мост

Выпрямительный мост — это настолько отработанная, привычная и полезная схема, что для нее имеется общепринятое сокращенное графическое обозначение. А как сделать диодный мост — тут вообще все просто. Следует только разобраться с концами диодов — какие плюс и какие минус. На входные два узелка подается переменное напряжение, поэтому к ним подходят как плюс диодов, так и минус: VD1 плюс, VD2 минус —на верхний, VD3 + и VD4 — на нижний. А выходные клеммы от моста получают уже знакопостоянное напряжение, поэтому их плюсы и минусы совпадают с +/- диодов. VD2, VD4 припаяем плюсами на плюсовой выход, VD1, VD3 — минусами на минусовой. Вот и получился выпрямительный диодный мост.

Диодный мост

Такие диодные мосты присоединяют часто к обычному трансформатору от блоков питания, понижающему к 12 вольтам. Диоды в этом случае подойдут любые, лишь бы рабочий диапазон напряжений был немного больше, чем на 12 вольт. Скажем, вольт на 20–35. Особых требований нет, соединения низковольтные, для подключения достаточно обычной спайки.    

Схема

Трехфазный диодный мост

Однако делают диодные мосты и высоковольтные. Там все то же самое, только все элементы схемы рассчитываются на те номиналы напряжений, с которыми будет иметь дело диодный мост — с запасом, разумеется. Кроме того, можно сделать его и для трехфазного напряжения. И он оказывается сложнее однофазного не в три раза, а только в полтора.

Подключить диодный мост к трансформатору здесь нужно в трех точках, по одной на каждую фазу. Принципиальной разницы между спайкой диодного моста на три фазы и собранного под одну фазу нет. Разобраться с концами здесь почти так же просто. Здесь плюсы одних трех диодов и минусы других подключаются к выходам, после этого попарно спаиваются плюсы с минусами верхней и нижней тройки диодов, и в эти же три точки подаются фазы. Все, вы его собрали.

Похожие статьи:

Как работают диоды и что такое диодный мост?

Здравствуйте друзья!  Каждый день мы встречаем огромное число людей, людей с которыми мы общаемся, живем, учимся или ходим не работу. Готов поспорить что как минимум половина людей с которыми вы общаетесь имеет смутное представление о диодах, и это не смотря на то  что понятие диодов входит в школьную программу .

Возможно что такое понятие как диодный мост вызывает точно такие же ассоциации как и Бруклинский.  Я все-таки думаю, что эта статья в какой-то степени уменьшит подобные ассоциации в головах людей и принесет чуточку понимания, по крайней мере я на это надеюсь.

Ну что? Заинтересовал? Тогда поехали.

[contents]

О чем сегодня статья

Как вы наверное поняли из вступления сегодняшняя статья  будет ориентирована на новичков. И сегодня я освещу сакральную тему, свет которой будет освещать  полупроводниковые приборы под названием диоды.

Как работает диод

Как работает диод? Многих новичков интересует данный вопрос и многие учителя в школах и вузах начинают чертить на доске электрические схемы и временные диаграммы.  Я считаю что это полная фигня, так  как пока ты  не получишь практический опыт ты не достигнешь полного понимания и весь наукоемкий фарш останется лишь непонятными каракулями на доске.

Так что же я этим хочу сказать? А сказать я хочу,что нужно просто брать в руки паяльник и идти вперед —  превращать теорию в ценный практический опыт!

Хорошо, а теперь обсудим немного теорию.

На электрических схемах диоды изображаются как равнобедренный  треугольник на одной из вершин которого размещается черточка. Это словесное описание условного  графического обозначения диода (принятое сокращение УГО). Графически  это обозначение выглядит вот так.

У диода всего два вывода и обозначаются они катод и анод.  На условном обозначении диода вывод катода всегда обозначен «палочкой», а треугольник можно представить как стрелка указывающая на черточку катода.

Впрочем так диоды обозначаются на электрических схемах.  В жизни диоды могут быть разными, к примеру могут быть как на этих картинках.

Как определить на каком выводе у диода анод, а на каком катод? В принципе это можно определить визуально, по маркировке.

Как правило катод на корпусе диода обозначается полоской, точкой или чертой. Если сомневаетесь то катод и анод можно определить с помощью мультиметра. О том как пользоваться мультиметром  и в частности как проверить диод мультиметром я писал здесь, так что почитаете и разберетесь — ничего сложного.

Диоды примечательны тем, что обладают односторонней проводимостью. Это значит что электрический ток «потечет» через диод только в том случае если к аноду приложить  плюс (более положительный потенциал ) а к катоду приложить минус (более отрицательный  потенциал). В обратной ситуации у вас ничего не получится. Подобное поведение диода определяется таким понятием как ВАХ.

Что означает ВАХ диода?

ВАХ диода это просто напросто вольтамперная характеристика диода. Она описывает зависимость тока от напряжения прикладываемого к диоду.  Давайте рассмотрим это обстоятельство чуток подробнее.

Слева у нас показан вольтамперной характеристики для резистора. Как видите, зависимость тока от напряжения линейная, чем больше напряжение приложенное к резистору  тем больше ток.

Для диода кривая зависимости явно отличается. Если мы подключим к аноду положительный потенциал, а к катоду отрицательный  и будем плавно повышать напряжение то будет происходить следующее. Ток в начальный момент времени будет очень мал поэтому диод еще не будет открыт по полной. Но если мы будем прибавлять напряжение то это приведет к полному открытию диода.

Хорошо, а что же случится если мы подключим диод иначе? Положительный потенциал приложим к катоду, а отрицательный к аноду. В этом случае график ВАХ диода у нас буквально перевернется и картина будет следующая. При плавном повышении напряжения ток будет повышаться, но величина тока будет настолько незначительной, что им зачастую пренебрегают. Этот ток при обратном подключении называют еще током утечки.

Только есть здесь один нюанс.  Если мы будем и дальше повышать обратное напряжения на диоде, то можно добиться резкого повышения тока. На вольтамперной характеристике этот момент выглядит в виде небольшого «хвостика» причудливо оттопыренного в конце. Это так называемый обратимый пробой диода. Такой пробой не страшен, если напряжение уменьшить то ток снова уменьшится и будет вновь очень незначительным. Явление подобного обратимого пробоя является  побочным и  для диода его всегда стараются сводить к минимуму.

Как видите всю эту информацию мы получили лишь используя график ВАХ, но будет полезно все это проверить своими руками на практике. Действительно, соберите несложную схему и  сделайте несколько замеров мультиметром, это пойдет на пользу. Вот только диод нужно уметь правильно подключать, ато ведь его легко можно пожечь, так что читайте дальше -поведаю обо всем.

Для чего используют диоды и как включать в цепь?

О том как функционирует диод мы поговорили, вот только пока непонятно как его можно применять и вообще для чего все это.

Для начала рассмотрим простейший пример включения диода в электрическую цеп, причем в переменке. 

И для начала простой вопрос, зачем здесь резистор? Внимательный читатель посмотрит вольтамперную характеристику диода и все станет ясно. Ток в диоде без дополнительной нагрузке начнет очень быстро расти, возникнет подобие короткого замыкания от чего диоду может не поздоровиться. Дабы не произошло подобного конфуза применяют токоограничивающий резистор.

Свойство односторонней проводимости диода применяется не просто широко а повсеместно. В состав любого блока питания входят диоды как сами по себе так и в составе диодного моста. Ведь в любом блоке питания происходит один очень важный момент, а именно происходит превращение переменного тока в постоянный. А вот эту ответственную миссию берут на себя именно диоды. Полное превращение мы рассмотрим когда будем обсуждать диодные мосты, но как ведет себя диод в переменном токе мы сейчас увидим. Схема все та же что и была, диод и резистор включенные в цепь переменного тока.

Вот вам наглядный пример в виде временной диаграммы зависимости тока от напряжения до и после применения диода.

 

 

Как видите произошел очень интересный момент, нижние полупериоды диод просто срезал, оставив холмики положительной полярности.  Это уже более похоже на постоянку, можно еще кстати использовать конденсатор для лучшего сглаживания.

Хотя диод и справляется с задачей выпрямления переменного тока, все-таки с этой задачей диодный мост справится лучше, кстати диодный мост мы сейчас и рассмотрим.

Как построить  диодный мост?

При использовании одиночного диода в целях выпрямления переменки остаются ощутимые провалы в диаграмме. Этого нужно как-то избегать, а вот избежать этого явления нам поможет диодный мостик.

Диодный мост это не один диодик а целых четыре, включенных специальным образом. На электрических схемах додные мосты выглядят вот таким незамысловатым образом.

Кликните чтобы увеличить

И диодный мост отчасти позволяет решить проблему провалов, возникающую при использовании одиночного диода.

 

Как видите диодный мост работает на каждом полупериоде синусоиды, организуя такие холмики положительной полярности. Это уже более похоже на постоянку, хотя постоянный здесь только знак  положительного потенциала. О постоянном напряжении здесь пока говорить рано. Далее вид выходного напряжения еще можно будет скорректировать используя стабилитрон и конденсатор. Правда о конденсаторах мы сегодня разговаривать не будем, а как работает стабилитрон рассмотрим в следующих статьях так что не пропустите и обязательно подпишитесь.

Ну чтож, на этом у меня все, поэтому я буду закругляться и пойду готовить материалы для новых статей. Также очень советую подписаться через форму Email рассылок, тогда вы точно ничего не пропустите и более того каждый подписчик получит от меня подарок.

Желаю вам удачи , успехов и до новых встреч.

С н/п Владимир Васильев.

Диодный мост — это… Что такое Диодный мост?

Дио́дный мо́ст — электрическая схема, предназначенная для преобразования («выпрямления») переменного тока в пульсирующий. Такое выпрямление называется двухполупериодным^[1].

Схема включения

Выполняется по мостовой схеме Гретца. Изначально она была разработана с применением радиоламп, но считалась сложным и дорогим решением, вместо неё применялась схема Миткевича со сдвоенной вторичной обмоткой в питающем выпрямитель трансформаторе. Сейчас, когда полупроводники очень дёшевы, в большинстве случаев применяется мостовая схема.

Вместо диодов в схеме могут применяться вентили любых типов — например селеновые столбы, принцип работы схемы от этого не изменится.

Порядок работы

На вход (Input) схемы подаётся переменное напряжение (обычно, но не обязательно синусоидальное). В каждый из полупериодов ток проходит только через 2 диода, 2 других — заперты:

При выпрямлении 3-фазного тока 3-фазным выпрямителем результат получается ещё более «гладким»

В результате, на выходе (DC Output) получается напряжение, пульсирующее с частотой, вдвое большей частоты питающего напряжения:

Красным — исходное синусоидальное напряжение , зелёным — однополупериодное выпрямление (для сравнения), синим — рассматриваемое двухполупериодное

Выпрямитель

Подключение конденсатора

Практически, для получения постоянного (а не пульсирующего) напряжения, схему надо дополнить фильтром на конденсаторе, а также, возможно, дросселем и стабилизатором напряжения.

Преимущества

Двухполупериодное выпрямление с помощью моста (по сравнению с однополупериодным) позволяет:

• получить на выходе напряжение с повышенной частотой пульсаций, которое проще сгладить фильтром на конденсаторе
• избежать постоянного тока подмагничивания в питающем мост трансформаторе
• увеличить его КПД, что позволяет сделать его магнитопровод меньшего сечения.

Недостатки

• Происходит двойное падение напряжения по сравнению с однополупериодным выпрямлением (прямое напряжение диода × 2 ≈ 1 В), это иногда нежелательно.
• При перегорании одного из диодов схема превращается в однополупериодную, что может быть не замечено вовремя, и в устройстве появится скрытый дефект.

Конструкция

Внешний вид однокорпусных мостов

Мосты могут быть изготовлены из отдельных диодов, и могут быть выполнены в виде монолитной конструкции (диодная сборка).

Монолитная конструкция, как правило, предпочтительнее — она дешевле и меньше по объёму (хотя не всегда той формы, которая требуется). Диоды в ней подобраны на заводе и наверняка имеют одинаковые параметры и при работе находятся в одинаковом тепловом режиме. Сборку проще монтировать.

В монолитной конструкции при выходе из строя одного диода приходится менять весь монолит. В конструкции из отдельных диодов может меняться только один диод. Какую конструкцию применить решает конструктор, в зависимости от назначения устройства.

Маркировка

В СССР/России:

• материал диодов:

• Ц — мост
• число (2…4 цифры) Обозначают порядковый номер разработки данного типа моста.
• буква

См. также

Ссылки

Примечания

1. ↑ Однополупериодным выпрямителем называется выпрямление с помощью 1 диода.

Диодный мост генератора автомобиля, устройство, принцип действия

Для питания потребителей в бортовой сети автомобиля и обмотки возбуждения самого генератора во время работы двигателя, необходим электрический ток постоянного напряжения.

Функцию преобразования переменного тока, индуктируемого в обмотке статора генератора, в электрический ток постоянного напряжения выполняет его выпрямительный блок (диодный мост).

Расположение диодного моста

Стандартно выпрямительный блок расположен в задней части генератора. Например, на генераторе 37.3701 он крепится к задней стенке его задней крышки.

Устройство диодного моста генератора

На примере выпрямительного блока БПВ56-65-01 генератора 37.3701 автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099.

Выпрямительный блок состоит из двух алюминиевых теплоотводящих пластин, которые объединены в целую конструкцию через три изоляционные втулки при помощи заклепок. Одна пластина (нижняя) соединена с «массой», через корпус генератора, другая (верхняя) с «плюсом», через выводы обмоток статора. Плюсовая пластина имеет три контакта для присоединения выводов обмоток статора и вывод через который подается напряжение к потребителям (вывод «30»).

В каждую из пластин впаяно по три диода, т.е. три положительных диода (Д104-20) и три отрицательных (Д104-20Х), рассчитанных на ток не более 20А. Положительные и отрицательные диоды объединены попарно. Помимо этого имеются три дополнительных диода (КД223А), рассчитанных на 2А. Они установлены на пластмассовом держателе, и питают обмотку возбуждения генератора. Основные и дополнительные диоды объединены в общую шину, имеющую с одной стороны штекерный вывод (вывод 61 генератора) и вывод на регулятор напряжения с другой стороны.

Принцип действия диодного моста генератора

Принцип действия диодного моста основан на свойстве диодов пропускать электрический ток только в одном направлении. Электрический ток попадает в диодный мост через крепящиеся к нему выводы обмоток статора. Он протекает через диоды в одном направлении. Но никак обратно. Поэтому ток получается постоянный (выпрямленный).

Неисправности выпрямительного блока генератора

Основных неисправностей всего две: «обрыв» и «короткое замыкание» диодов. При наличии «обрыва» диод перестает пропускать электрический ток, при «коротком замыкании» ток проходит в обоих направлениях – диод «пробит». Подробнее:

«Проверка диодного моста на снятом с двигателе генераторе»,

«Проверка диодного моста генератора без снятия его с двигателя».

Применяемость выпрямительных блоков на автомобилях ВАЗ

— Генератор 37.3701 – выпрямительные блоки с двумя выводами (до 1996 года выпуска): БПВ-56-65-01, БПВ-56-65-02Б, с одним выводом (вывод «61» на корпусе моста): БПВ-56-65-02Г.

Примечания и дополнения

— Электрический ток переменного напряжения – ток, изменяющийся по величине и направлению через равные промежутки времени.

— Электрический ток постоянного напряжения – ток, не изменяющийся по величине направлению в течении всего времени.

— Диод (полупроводниковый) – электронный прибор, состоящий из пластин кремния или магния имеющих определенные свойства. Если к его положительному выводу (анод) подсоединить «плюс», а к отрицательному (катод) «минус», то по нему потечет электрический ток в одном направлении (диод открыт). Если полярность поменять местами, то ток не пройдет (диод закрыт).

Еще статьи по автомобильному генератору

— Принцип действия автомобильного генератора

— Полная разборка генератора 37.3701 автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099

— Проверка исправности генератора

— Оказал регулятор напряжения генератора, что делать

— Проверка статора генератора