Диодный мост: назначение, схема, реализация

Проверка радиоприбора

Чтобы проверить мост, понадобится взять цифровой прибор и переключить его в режим прозвонки диодов. На мультиметре этот режим соответствует символу диода. К тестеру подключается щуп чёрного цвета в гнездо COM, а красного в V/Ω. Суть проверки заключается в прозвонке переходов. Если за вывод № 1 принять положительный электрод устройства, за № 2 и 3 — входы для переменного сигнала, а за № 4 — отрицательный выход, то тестирование можно выполнить в следующем порядке:

1. Чёрным щупом дотрагиваются до первого вывода, а красным до третьего. На экране тестера должно загореться трёхзначное число, обозначающее сопротивление перехода. При смене полярности на табло должна появиться единица (бесконечность).
2. Красным щупом дотрагиваются до третьего вывода, а чёрным — до четвёртого. Тестер должен показать бесконечность, а при смене полярности должно появиться трёхзначное число.
3. К первой ноге подключается чёрный провод, а ко второй — красный. Прибор должен показать сопротивление перехода, при смене полярности — обрыв.
4. К третьему выводу подключается красный провод, к четвёртому — чёрный. Переход звониться не должен. При смене положения проводов тестер должен показать сопротивление.

Если все четыре пункта выполняются, то можно считать, что выпрямитель собран правильно и находится в работоспособном состоянии. При этом таким способом можно проверить любой полупроводниковый мост.

Синхронное выпрямление

Известно, что в состав МОП-структуры входит паразитный диод, включенный параллельно полевому транзистору, поэтому полный мост можно получить при помощи четырех полевых транзисторов, как показано на рис. 2.

 

Рис. 2. Мост на полевых транзисторах

Напряжение на контактах стандартного диода составляет 0,6…1 В, в зависимости от тока, протекающего через него, и технологии, с использованием которой диод изготовлен, и это является основной причиной потери мощности в мосте. Худший вариант возможен в случае использования только корпусного диода полевого транзистора, но если запуск этого транзистора осуществляется при помощи технологии синхронного выпрямления, корпусный диод пропускает только очень короткую часть сигнала, в зависимости от времени запаздывания управляемых полевых транзисторов, а основная часть синусоидального входного тока проходит через полевые транзисторы. Проведем простой эксперимент: рассмотрим двухволновый (полный) выпрямительный мост и предположим, что напряжение на контактах диода в режиме проводимости равно 0,6 В, сравним его с активным мостом, включающим четыре полевых транзистора с сопротивлением R_DSON (при температуре 100°C) = 10 МОм. Средний выходной ток системы равен 5 A.

В таблице 1 приведено сравнение полных КПД двух решений.

Таблица 1. Сравнение потерь мощности между стандартным и активным входным мостом  

Расчет	Расчетная потеря мощности, Вт	Прим.
Диод	2 x VF x IAVG – RECT	6	Явно выше
МОП-транзисторы	2 x RDSon x I2 in – rms	0,6	Снижение на ~90%

Почему перегорает диодный мост

Есть несколько причин выхода из строя диодного моста на автомобилях ВАЗ. Чтобы поломка не возникала повторно, нужно проверить машину на наличие одного из вариантов, описанных ниже. Только устранив проблему, можно обеспечить нормальную работу.

Чаще всего мост сгорает из-за следующего:

1. Попадание влаги внутрь корпуса генератора. Со временем кожухи или соединения могут стать не очень плотными, что и провоцирует попадание воды. Также диоды сгорают из-за загрязнений: сажи, частиц смазки, которые неизбежно со временем накапливаются внутри генератора.
2. Неисправный аккумулятор также может спровоцировать сгорание диодов. Еще один очень распространенный вариант – когда автолюбители путают плюсовую и минусовую клеммы на АКБ при подключении. В этом случае диодный мост сгорает практически всегда.
3. Если машину заводили путем «прикуривания» от другого авто с нарушением правил этого процесса, также могут сгореть диоды.

К сведению! 

У диодного моста, как и у любой запчасти, есть свой ресурс работы. Обычно он составляет около 10 лет, после чего узел может выйти из строя из-за естественного износа.

Лучше всего периодически делать диагностику автомобиля, проверять исправность основных узлов и проводить осмотр, чтобы выявить проблемы, когда они еще не фатальны. Рекомендуется проверять АКБ ежегодно, замерять уровень зарядки, чтобы следить за состоянием генератора.

Защита от перепадов напряжения

В городских условиях напряжение в сети, как правило, держится, но актуальной становится защита квартиры от перепадов напряжения. Вот тут пора вспомнить о чудесах электроники, поскольку «железно – проволочная» электротехника эффективных, простых и дешевых способов их сглаживания не знает.

Поспрашивайте в электро- и радиомагазинах автомат защиты от перепадов напряжения; их еще называют «барьер защитный». Как примерно такой выглядит, видно на иллюстрации. Современные устройства такого типа сравнительно недороги, компактны, их легко подключить и обслуживания в процессе эксплуатации они не требуют.

Простой защитный барьер для домашней электросети

Но не вспоминайте об автотрансформаторе на даче – защитный барьер лишь устраняет броски напряжения; все время держать напряжение в розетке при стабильно пониженном он не может. В качестве накопителей энергии в таких устройствах используются суперконденсаторы, а они хоть и «супер», но все же не электрогенераторы.

Как проверить без демонтажа

Можно диагностировать устройство на месте, не разбирая генератор и не выпаивая деталь. Для этого откручивают все провода на генераторе и регуляторе напряжения, тестер выставляют в режим омметра, лампу подключают к аккумулятору вышеописанным способом.

Данный метод позволяет проверить на исправность весь мост и отдельные группы.

Короткое замыкание

Для данной проверки плюсовой электрод прикладывают к выходу 30 генератора («плюс» силового выпрямителя), минусовой — к корпусу. Показатель сопротивления, равный 1, указывает на исправность моста.

Один конец лампы подсоединяют к минусовой клемме генератора, другой — к плюсу. Горящая лампа указывает на короткое замыкание.

Отрицательная группа

Минусовой электрод тестера соединяют с остовом генератора, плюсовой — с одним из болтов крепления диодного моста. Отрицательная группа исправна, если сопротивление равно бесконечности.

Это интересно: Порядок регулировки клапанов на 8-ми клапанном ВАЗ-2110 своими руками

Для проверки лампой её минус подсоединяют на обшивку генератора, плюс — к болту крепления моста. Лампа горит или мигает при неисправности в отрицательной группе элементов.

Положительная

Плюсовой щуп мультиметра подсоединяют к выводу плюса, минусовой — к болту крепления моста. При исправной группе сопротивление бесконечно.

Минус лампы связывают с болтом крепления моста, плюс прикладывают к выводу плюса. Загоревшаяся лампа указывает на короткое замыкание в положительных полупроводниках.

Порядок работы

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

Выпрямление положительной полуволны

←{\displaystyle \leftarrow }→{\displaystyle \rightarrow }

Выпрямление отрицательной полуволны

Анимация принципа работы

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

Эта же схема может быть использована при питании ответственных нагрузок постоянным током в целях их защиты от переполюсовки.

Проверка генератора на машине

В первую очередь нужно посмотреть, цел ли ремень генератора. Если он не порван, тогда проверяется натяжение ремня. Затем очередь за аккумулятором. Тестером (мультиметром) замеряем напряжение на клеммах. Оно должно быть в районе 12−12,7 вольт. Если все нормально, запускаем двигатель. Если батарея разряжена, заряжаем и опять заводим мотор.

Замеряем напряжение на клеммах аккумуляторной батареи (АКБ). Оно должно быть в заданных пределах, обычно от 13,2 до 14,5 вольт. Но на современных автомобилях эти пределы могут отличаться. Если имеется руководство по эксплуатации, то можно ознакомиться с ним. Отклонение от заданных значений в любую сторону является неисправностью. Эти отклонения могут быть трёх видов:

1. Отсутствие зарядного тока — генератор не работает.
2. Зарядный ток есть, но ниже минимального значения​ — идёт недостаточный заряд АКБ.
3. Напряжение выше максимального значения ​— перезаряд АКБ.

Все три случая говорят о существующей неисправности в системе электрического снабжения автомобиля. нужно провести комплексную проверку генератора.

Но перед этим проведите визуальный осмотр всех проводов и кабелей, которые идут от генератора к аккумулятору. Не должно быть видимых повреждений, обрывов и окислений электропроводки. Обязательно проверьте клеммы на аккумуляторе, стартере и генераторе. Они должны быть чистыми и сухими. Любые окисление, ржавчину и грязь надо почистить. Нередко это помогает восстановить утраченный контакт и автомобиль начинает работать, как положено. Если же это не помогло, приступаем к детальной проверке.

Использование мультиметра

Для дальнейшей проверки лучше снять генератор с автомобиля. В первую очередь снимите с генератора реле-регулятор и проверяем его. Для проверки стабилизатора напряжения понадобятся мультиметр и зарядное устройство с регулирующимся напряжением. Лучше будет вместо зарядного устройства использовать блок питания. Регулировки напряжения от 0 до 16 вольт будет вполне достаточно.

Установка

При использовании параллельной схемы соединения диодных мостов необходимо учитывать, что все они имеют некоторый разброс по параметрам.

Поэтому при подборе элементов необходимо делать это с некоторым запасом прочности. При соблюдении этого требования для сварочного аппарата можно получить диодный мост более компактный, чем при использовании одиночных диодов.

Диодные сборки позволяют размещать их на одном радиаторе, так как корпусы не находятся под напряжением. Это позволяет монтировать их в любом месте, и даже снаружи.

В зависимости от требуемого сварочного тока для выпрямителя могут потребоваться от 3 до 5 диодных сборок. Для лучшей теплоотдачи диодные мосты устанавливаются на радиатор через теплопроводящую пасту.

К контактам проводники рекомендуется подсоединяться пайкой, в противном случае могут быть потери мощности в месте контакта и его сильный нагрев.

Основные характеристики

Главными параметрами, на которые обращают внимание при выборе , являются:

• максимально допустимое постоянное обратное напряжение;
• максимальный средний прямой ток за период;
• рабочая частота переключения;
• постоянное прямое напряжение при максимальном прямом токе;
• максимально допустимая температура корпуса.

Амплитуда бытовой сети составляет около 310 В, поэтому нужно использовать диоды с обратным напряжением 400 В и выше

Прямой ток жестко связан с мощностью прибора, и на него также обращают внимание. Рабочая частота показывает, в каком выпрямителе можно использовать полупроводник, применять его в сетевом или выходном блоке инвертора

Прямое напряжение полупроводника характеризует мощность рассеяния на самом приборе. Это позволяет рассчитать размеры радиатора или системы охлаждения. Предельная температура корпуса сварочного аппарата дает возможность предусмотреть схему защиты от перегрева.

История изобретения

В 1873 году английский учёный Фредерик Гутри разработал принцип работы вакуумных ламповых диодов с прямым накалом. Уже через год в Германии физик Карл Фердинанд Браун предположил похожие свойства в твердотельных материалах и изобрел точечный выпрямитель.

В начале 1904 года Джон Флеминг создал первый полноценный ламповый диод. В качестве материала для его изготовления он использовал оксид меди. Диоды начали широко использоваться в радиочастотных детекторах. Изучение полупроводников привело к тому, что в 1906 году Гринлиф Виттер Пиккард изобрел кристаллический детектор.

В середине 30-х годов XX века основные исследования физиков были направлены на изучение явлений, проходящих на границе контакта металл-полупроводник. Их результатом стало получение слитка кремния, обладающего двумя типами проводимости. Изучая его, в 1939 году американский учёный Рассел Ол открыл явление, названное позже p-n переходом. Он установил, что в зависимости от примесей, существующих на границе соприкосновения двух полупроводников, изменяется приводимость. В начале 50-х годов инженеры компании Bell Telephone Labs разработали плоскостные диоды, а уже через пять лет в СССР появились диоды на основе германия с переходом менее 3 см.

Принцип работы диода

Диод — это полупроводниковый прибор, имеющий малое сопротивление для тока в одном направлении, и препятствующий его прохождению в обратном. Физически диод состоит из одного p-n перехода. Конструктивно представляет собой элемент, содержащий два вывода. Вывод, подключённый к p-области, называется анодом, а соединённый с n-областью — катодом.

При работе диода существует три его состояния:

• сигнал на выводах отсутствует;
• он находится под действием прямого потенциала;
• он находится под действием обратного потенциала.

Прямым потенциалом называется такой сигнал, когда плюсовой полюс источника питания подключён к области p-типа полупроводника, другими словами, полярность внешнего напряжения совпадает с полярностью основных носителей. При обратном потенциале отрицательный полюс подключён к p-области, а положительный к n.

В области соединения материала n- и p-типа существует потенциальный барьер. Он образуется контактной разностью потенциалов и находится в уравновешенном состоянии. Высота барьера не превышает десятые доли вольта и препятствует продвижению носителей заряда вглубь материала.

Если к прибору подключено прямое напряжение, то величина потенциального барьера уменьшается и он практически не оказывает сопротивление протеканию тока. Его величина возрастает и зависит только сопротивления p- и n- области. При прикладывании обратного потенциала, величина барьера увеличивается, так как из n-области уходят электроны, а из p-области дырки. Слои обедняются и сопротивление барьера прохождению тока возрастает.

Основным показателем элемента является вольт-амперная характеристика. Она показывает зависимость между приложенным к нему потенциалом и током, протекающим через него. Представляется эта характеристика в виде графика, на котором указывается прямой и обратный ток.

Для схемы «ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАРТЕРНЫХ БАТАРЕЙ АККУМУЛЯТОРОВ»

Автомобильная электроникаЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАРТЕРНЫХ БАТАРЕЙ АККУМУЛЯТОРОВПростейшее зарядное устройство для автомобильных и мотоциклетных аккумуляторных батарей, как правило, состоит из понижающего трансформатора и подключенного к его вторичной обмотке двухполупериодного выпрямителя . Последовательно с батареей включают мощный реостат для установки необходимого тока. Однако такая конструкция получается очень громоздкой и излишне энергоемкой, а другое способы регулирования тока обычно ее существенно усложняют. В промышленных зарядных устройствах для выпрямления зарядного

тока и изменения его значения иногдаприменяют тринисторы КУ202Г. Здесь следует отметить, что прямое напряжение на включенных тринисторах при большом зарядном токе может добиваться 1,5 В. Микросхема к1нт591 Из-за этого они сильно нагреваются, а по паспорту температура корпуса тринистора не должна превышать +85°С. В таких устройствах приходится принимать меры по ограничению и температурной стабилизациизарядного тока, что приводит к дальнейшему их усложнению и удорожанию.Описываемое ниже сравнительно простое зарядное устройство имеет широкие пределы регулирования тока — практически от нуля до 10 А — и может быть использовано для зарядки различных стартерных батарей аккумуляторов на напряжение 12 В. В основу (см. схему) положен симисторный регулятор, опубликованный в , с дополнительно введенными маломощным диодны…

Принцип работы диодного моста

Представим, что на вход диодного моста подается переменное напряжение и в текущий момент на верхнем по рисунку входе присутствует положительный потенциал, то диоды VD2 и VD3 откроются так как к к ним приложено положительное напряжение (на рисунке путь тока показан линией красного цвета), а VD1 и VD4 будут заперты обратным напряжением. При обратной полярности входного напряжения ток потечет от нижнего входа через VD4, нагрузку и VD1 (на рисунке путь тока показан синим цветом), а VD2 и VD3 будут заперты обратным напряжением.

Получается положительный выход будет соединен с тем входом диодного моста, на котором в данный момент присутствует положительный потенциал, а отрицательный выход с тем входом на котором отрицательный потенциал.

Самостоятельное изготовление

Начинающие радиолюбители часто сталкиваются с вопросом электропитания своих поделок. Часто приходится изготавливать блок питания своими руками. Однако не все знают как сделать диодный мост и при этом правильно подключить его к схеме стабилизатора. Следует подробно остановиться на этой задаче и способе её решения.

Диод — это полупроводник с двумя электродами. Они называются анод и катод. Преследуя цель сделать мост и правильно собрать его схему, необходимо взять 4 одинаковых выпрямительных диода. Проверить, по справочнику, соответствие проходящего тока и параметры расчётной мощности. Правильный подбор послужит основой надёжной работы выпрямителя.

Следующим шагом будет сборка отдельных элементов в диодный мост. Необходимо взять 2 диода и соединить анод одного с катодом другого. Сделать то же самое с оставшимися полупроводниками. Образовались две одинаковые пары со свободными электродами. Далее, соединяем катод одной сборки с соответствующим выводом второй. Повторим эту процедуру с оставшимися анодами. В итоге получится квадрат, в углах которого образовались следующие соединения:

• анод, катод — вход одного провода переменного напряжения;
• анод, анод — выход отрицательного потенциала;
• катод, анод — вход второго провода переменного напряжения;
• катод, катод — выход положительного потенциала.

Таким образом, получилась классическая схема диодного моста. Осталось подать переменное напряжение с трансформатора и снимать практически постоянное. Однако пульсации на выходе диодного моста могут повлиять на работу подключённого устройства. Для сглаживания подобных всплесков применяются фильтры и электролитические конденсаторы большой ёмкости. Создавая более стабильное питание, необходимо использовать схемы стабилизаторов, подключаемых к выходу диодного моста.

Во многих электронных приборах, работающих при переменном токе в 220 вольт устанавливаются диодные мосты. Схема диодного моста на 12 вольт позволяет эффективно выполнять функцию по выпрямлению переменного тока. Это связано с тем, что для работы большинства приборов используется постоянный ток.

Что такое диодный мост

Словосочетание “диодный мост” образуется от слова “диод“. Значит, диодный мост – это радиодеталь, которая состоит из диодов

Здесь очень важно то, как соединены эти диоды, иначе диодный мост превратится просто в кучку из диодов

Диод на электрических схемах обозначается вот так.

Самый простой диодный мост состоит из 4 диодов, которые соединяются вот так.

Эта рисунок также является самой распространенным обозначением диодного моста на электрических схемах.

Упрощенный вариант выглядит вот так.

Можно увидеть на схемах даже что-то типа этого.

Для правильной эксплуатации диодного моста, мы должны его правильно подсоединить. Правильное подключение диодного моста выглядит таким образом.

Как вы видите, на вход диодного моста мы подаем переменное напряжение, а на выходе диодного моста снимаем постоянное напряжение. Отсюда можно сделать вывод:

Диодный мост используется в схемах для того, чтобы получить из переменного тока постоянный ток.

Видео на тему: Что такое диодный мост:

Диодный мост схема, принцип работы

В подавляющем большинстве блоков питания для выпрямления переменного электрического тока используются диодные мосты. Рассмотрим диодный мост, схема включает в себя только 4 диода. На принципиальной схеме, диодный мост обозначают как квадрат повернутый на 45 градусов в центре квадрата на одной из диагоналей чертят диод, катод ближе к положительному выходу моста, анод ближе к отрицательному выходу моста. Оставшиеся две вершины квадрата являются входами переменного напряжения.

Рисуя схему моста достаточно помнить, что от каждого входа приходят к «+» выходу два диода, прием анод подключается на вход, а катод на выход. Тоже и с отрицательным выходом, только к выходу подключаются аноды диодов.

Устройство и принцип работы

Диодный мост представляет собой электронную схему, собранную на основе выпрямительных диодов, который предназначен для преобразования подаваемого на него переменного тока в постоянный. Чаще всего в состав схемы включаются диоды Шоттки, но это не категоричное требование, поэтому в каком-либо конкретном случае может заменяться и другими моделями, подходящими по техническим параметрам. Схема моста из полупроводниковых диодов включает в себя четыре элемента для одной фазы. Диодный мостик может набираться как отдельными диодами, так и собираться единым блоком, в виде монолитного четырехполюсника.

Принцип работы диодного моста основывается на способности p – n перехода пропускать электрический ток только в одном направлении. Схема включения диодов в мост построена таким образом, чтобы для каждой полуволны создавался свой путь протекания электрического тока к подключенной нагрузке.

Рис. 1. Принцип работы диодного моста

Для пояснения выпрямления диодным мостом необходимо рассматривать работу схемы относительно формы напряжения на входе. Следует отметить, что кривая напряжения за один период имеет две полуволны – положительную и отрицательную. В свою очередь, каждая полуволна имеет процесс нарастания и убывания по отношению к максимальной точке амплитуды.

Поэтому работа выпрямительного устройства будет иметь такие этапы:

• На вход выпрямительного моста, обозначенного буквами А и Б подается переменное напряжение 220В.
• Каждая полуволна, подаваемая из электрической сети или от обмоток трансформатора, преобразуется в постоянную величину парой диодов, расположенных по диагонали.
• Положительная полуволна будет проводиться парой диодов VD1 и VD4 и выдавать на выход моста полуволну в положительной области оси ординат.
• Отрицательная полуволна будет выпрямляться парой диодов VD2 и VD3, с которых на том же выходе моста возникнет очередная полуволна в положительной области.

В связи с тем, что оба полупериода получают реализацию на выходе диодного моста, такое электронное устройство получило название двухполупериодного выпрямителя, также его называют схемой Гретца.

Обозначение на схеме и маркировка

На электрической схеме диодный мост может иметь различные варианты изображения. Чаще всего вы можете встретить такие обозначения:

Рис. 2. Обозначение на схеме

Первый вариант обозначения мостового выпрямителя используется, как правило, в тех ситуациях, когда электронный прибор представляет собой монолитную конструкцию, единую сборку. На схеме маркировка выполняется латинскими буквами VD, за которыми указывается порядковый номер.

Второй вариант наиболее распространен  для тех ситуаций, когда диодный мост состоит из отдельных полупроводниковых устройств, собранных в одну схему. Маркировка второго варианта, чаще всего, выполняется в виде ряда VD1 – VD4.

Следует также отметить, что вышеприведенное схематическое обозначение и маркировка хоть и имеет общепринятый характер, но может нарушаться при составлении схем.

Разновидности диодных мостов

В зависимости от количества фаз, которые подключаются к диодному мосту, различают однофазные и трехфазные модели. Первый вариант мы детально рассмотрели на примере схемы Гретца выше.

Трехфазные выпрямители, в свою очередь, разделяются на шести- и двенадцатипульсовые модели, хотя схема диодного моста у них идентична. Рассмотрим более детально работу диодного устройства для трехфазной схемы.

Рис. 3. Схема трехфазного диодного моста

Диодный мост, приведенный на рисунке выше, получил название схемы Ларионова. Конструктивно для каждой из фаз устанавливается сразу два диода в противоположном направлении друг относительно друга

Здесь важно отметить, что синусоида во всех трех фазах имеет смещение в 120° друг относительно друга, поэтому на выходах устройства при наложении результирующей диаграммы получится следующая картина:

Рис. 4. Напряжение выпрямленное трехфазным мостом

Как видите, в сравнении с однофазным выпрямителем на базе диодного моста картина получается более плавной, а скачки напряжения имеют значительно меньшую амплитуду.