Diodový můstek: princip činnosti, schéma zapojení, zařízení, typy, označení, označení, co to je a k čemu slouží

K usměrnění střídavého elektrického napětí v elektrotechnice a elektronice se používají různé obvody využívající diody – prvky s jednosměrnou vodivostí. Usměrňovač může být konstruován různými způsoby, ale nejoblíbenější je začlenění ventilů do můstkového obvodu.

Definice diodového můstku a jeho role v elektrických obvodech

Diodový můstek je jednotka určená pro celovlnné usměrnění střídavého proudu a složená z několika diod (ventilů). Původ tohoto termínu se ztratil v hlubinách desetiletí, ale tento koncept se používá dodnes a je aplikován nejen na usměrňovací obvody, ale na širokou třídu čtyřsvorkových sítí se symetrickou strukturou.

V elektrotechnice a elektronice se používají měřicí můstky tvořené standardními odpory, kondenzátory apod. K uspořádání elektrických filtrů se používají mosty Wien, Aries atd.

Účelem diodových můstků je efektivní (s největším využitím výkonu zdroje) usměrnění elektrického proudu. Můstkový usměrňovač umožňuje dosáhnout vysoké účinnosti konverze jednoduchými a levnými způsoby.

Princip činnosti

Dioda v obvodech střídavého proudu funguje stejným způsobem – prochází proud v jednom směru a neprochází ve druhém. Ale kombinací několika bran můžete dosáhnout různého provozu hotového okruhu.

V usměrňovacích obvodech

K usměrnění střídavého proudu v zásadě stačí jedna dioda. Kladnou vlnu sinusového napětí projde a zápornou nepropustí (“rozsekne” ji). Tato metoda má značnou nevýhodu – nevyužívá se poloviční výkon zdroje energie. Druhou nevýhodou je, že tvar výstupního napětí je daleko od přímky pro vyhlazení budete muset použít objemný filtr.

Tento nedostatek lze odstranit paralelním zapojením dvou usměrňovačů. K tomu budete potřebovat transformátor se dvěma vinutími zapojenými do série.

V tomto případě dioda VD1 přenáší pozitivní vlnu, druhá – negativní. Oba půlcykly proudu procházejí zátěží Rload ve stejném směru. Nevýhodou obvodu je, že je potřeba transformátor s odbočkou.

Stejného výsledku lze dosáhnout bez odbočky v sekundárním vinutí pomocí obvodu diodového můstku. V jednofázové verzi k tomu stačí čtyři ventily.

Kladná sinusová vlna bude sledovat dráhu označenou červenými šipkami:

• dioda VD2;
• zatížení;
• dioda VD3.

Negativní podél cesty označené zelenými šipkami:

Je zřejmé, že během jakéhokoli půlcyklu proud přes zátěž protéká jedním směrem.

Znalecký posudek
Stanovoy Alexey
Elektronický inženýr. Pracuji v opravně domácích spotřebičů. Zajímá mě návrh obvodů.

Tato vlastnost diodového můstku může být použita k odstranění nesprávné polarity připojení ve stejnosměrných obvodech. Mostový vstup lze připojit v jakékoli polaritě a zátěž bude stále správně napájena.

Pro třífázový systém lze použít několik typů usměrňovacích můstků. Nejběžnější je Larionovovo schéma. Má také dvě odrůdy:

1. Pro sekundární vinutí třífázového transformátoru zapojeného do hvězdy.
2. Pro sekundární vinutí zapojená do trojúhelníku).

Ve většině případů je sekundární vinutí transformátorů s výstupní úrovní 380 voltů zapojeno do hvězdy k uzemnění neutrálu, takže pro tento případ bude uvažován provoz obvodu třífázového usměrňovače.

Ve skutečnosti je obvod připojení můstku pro obě možnosti stejný, ale existují rozdíly v činnosti a tvaru výstupního napětí.

V tomto případě se k zátěži přidávají tři proudy každé fáze, posunuté o 120 stupňů. To vám umožní získat nejmenší zvlnění ve srovnání s jednofázovým obvodem.

Při přeměně AC na DC

Bez ohledu na to, jak je usměrňovací můstek sestaven, proud na jeho výstupu nebude plně konstantní. Aby se pulzující proud dostal do takového stavu, musí být zvlnění vyhlazeno. Nejčastěji se k tomu používají kondenzátory. Jsou připojeny paralelně k výstupu diodového můstku.

Poněkud zjednodušeně funguje kondenzátor takto:

• během špičkových pulsací se nabíjí, vyhlazuje přepětí;
• během minima se vypouští do zátěže a krmí ji.

Výsledkem je, že výstupní napětí (a proud procházející zátěží) se blíží konstantní hodnotě.

Tlumivky zapojené paralelně se zátěží jsou také vhodné pro vyhlazení vlnění, ale mají spoustu nevýhod – rozměry, hmotnost, dodatečný úbytek napětí atd.

Znalecký posudek
Stanovoy Alexey
Elektronický inženýr. Pracuji v opravně domácích spotřebičů. Zajímá mě návrh obvodů.

V obvodu s kondenzátorem se proud odebíraný ze sítě stává ostře nesinusovým. Kondenzátor slouží jako zásobník energie a proud se spotřebovává pouze na periodické dobíjení. Proto takový AC/DC měnič vytváří rušení v napájecí síti.

Typy diodových můstků a jejich vývody

Diodový můstek lze sestavit z diskrétních diod nebo můžete použít hotovou sestavu. Nejběžnější můstkové sestavy jsou ty, ve kterých jsou všechna spojení provedena interně a pouze vstupní a výstupní body jsou vyvedeny. Mezi takové elektronické součástky patří domácí KTs402 nebo KTs405. Mají stejný vnitřní obvod, ale různé typy pinů, ale jejich pinout je stejný. Obsazení pinů je vyznačeno na pouzdře (obrázek také ukazuje vnitřní strukturu sestavy diod). Pokud značky kolíků chybí nebo jsou vymazány, lze je zjistit vytočením.

Existují sestavy, ve kterých nejsou diody uvnitř během instalace zcela připojeny, můstek bude muset být pájen samostatně. To umožňuje větší volnost při navrhování a při osazování desek plošných spojů.

Základní parametry

Hlavní parametry, podle kterých se volí nebo vypočítává diodový můstek, jsou nejvyšší přípustný proud nebo nejvyšší přípustné zpětné napětí. Ve většině případů to stačí k výběru prvků nebo hotové sestavy.

Protože když můstkový usměrňovač pracuje v sérii se zátěží, jsou vždy připojeny dvě otevřené diody, může být v některých případech důležitá taková charakteristika, jako je pokles napětí na prvku. Pro křemíkový ventil je to přibližně 0,6 voltu. Pro 220 voltů ztráta 0,6×2 = 1,2 voltu nevadí a leží v nestabilitě síťového napětí, pro 12 voltů je tato hodnota již znatelná a pro obvody, kde je použito střídavé napětí 3 volty přímý pokles 1,2 voltu může mít rozhodující význam. V takových případech můžete použít například Schottkyho diody. U nich je tento parametr 0,2. 0,4 voltů.

Pokud bude můstek použit v obvodu pulsní konverze, může být důležitým parametrem maximální provozní frekvence. Pro použití v průmyslových frekvenčních instalacích (50 nebo 100 Hz) je zpravidla použitelný jakýkoli prvek, který je vhodný pro jiné charakteristiky.

Další parametry můstku jsou určeny standardními charakteristikami diod zařazených do obvodu. Lze je nalézt v referenčních knihách.

Značení a označení na schématech

Diodový můstek ve schématu lze označit jako přímé spojení všech prvků. Kompletní obrys jednofázového mostu je znázorněn na obrázku.

Normy elektrického vedení vyžadují, aby všechny prvky a spoje byly nakresleny vodorovně nebo svisle. UGO diodového můstku patří k zavedeným obrázkům, je tedy dovoleno pro něj kreslit spoje pod úhlem 45 stupňů. Díky tomu je struktura uzlu snadno rozpoznatelná.

Pomocí kanonických přístupů je možné nakreslit celovlnný usměrňovač. V tomto případě je to také snadno rozpoznatelné ve schématu.

Existuje další (zjednodušený) obrys jednofázového mostu. V něm není každý prvek zobrazen samostatně, ale je nahrazen společnou UGO diodou.

Existuje také obecné označení jednotky usměrňovače jako měnič napětí AC-na-DC. Toto UGO se používá zřídka.

Grafické označení třífázového mostu je také zakresleno v ustálené podobě. Je snadné jej vizuálně zvýraznit v celkovém diagramu.

Přehled typických zapojení diodových můstků

Schéma zapojení pro diodový můstek je obecně standardní. AC svorky jsou připojeny ke zdroji AC. Na DC svorky je připojena zátěž. Má ale smysl uvažovat o příkladech použití můstkového usměrňovače v různých praktických aplikacích.

Pro nabíječku

Není nutné mít v nabíječce vyhlazovací kondenzátor. Důležité je ale umět regulovat proud. V tomto případě nejsou filtrační prvky instalovány a diody (nebo jejich část) jsou nahrazeny tyristory. Pomocí metody řízení fázovým impulsem můžete regulovat průměrný nabíjecí proud baterie.

Pro generátor

Automobilový alternátor produkuje střídavý proud, který je následně usměrněn. Na první pohled se tato metoda zdá iracionální, zdá se, že je jednodušší použít generátor stejnosměrného proudu. Toto řešení je však spojeno s nižší technickou a ekonomickou efektivitou, proto je i zde použit můstkový usměrňovací obvod.

Lineární zařízení jsou umístěna vedle nelineárních polovodičových elektrických obvodů, které mají bohatou funkčnost a jsou vybaveny specializovanými obvody.

Diodový můstek zaujímá hlavní místo v řetězci polovodičových mechanismů diodového můstku. V tomto případě plní funkci můstku, který převádí střídavé napětí na stejnosměrné napětí.

Rozsah použití diodového můstku je výrazně obohacen o aplikované parametry pracovních prvků.

Zařízení s diodovým můstkem

Zařízení každého diodového můstku má elektronický obvod, který je sestaven na základě stávajících diod usměrňovacího typu.

• Což je zase určeno k přeměně dodávaného proudu ze střídavého na stejnosměrný.
• Obvodový mechanismus obsahuje diody zvané Schottky.
• Není to však jediné zařízení svého druhu, které může být vhodné k použití. Jiné modely jsou také povoleny.

Obvod diodového můstku umožňuje přítomnost prvků sestávajících ze čtyř polovodičových fází. Tento můstek je tvořen jak pomocí jednotlivých diod, tak pomocí jednotných bloků.

Typ diodového můstku implikuje princip fungování založený na efektivním přechodu z „p“ na „n“. Tento spojovací přechod má schopnost propouštět elektrický proud v jednom směru.

Diodový můstek a princip jeho činnosti

Pro jasné pochopení mechanismu fungování usměrňovacího obvodu diodového můstku se doporučuje podrobně zvážit princip fungování.

Než přistoupíme k výčtu principů, je nutné poznamenat, že křivka napětí v první periodě se skládá ze dvou půlvln: negativní a pozitivní.

Mechanismus pro zajištění provozu zařízení typu usměrňovače zahrnuje následující fáze:

• Usměrňovací můstek má vstup označený symboly, a to “A” a “B”. Má střídavé napětí 220V.
• Půlvlna vycházející z elektrického transformátoru nebo sítě je okamžitě převedena na konstantní vlnový mechanismus s diodami umístěnými po stranách.
• Kladná půlvlna má diody VD1 a VD4, které na výstupu produkují půlvlnu ve tvaru souřadnicové osy.
• Záporná půlvlna je obvykle tvořena na bázi diod VD2 a VD3, které tvoří půlvlny v kladné části.

Schematické značení

Moderní diodový označovací prvek v současné době obsahuje několik částí, a to:

• Vyrobeno z materiálu, který poskytuje ochranu;
• Vytvoření třídy diod;
• Účelová vlastnost diodového můstku;
• Klasifikace čísla používaného ve vývoji.

Podívejme se na tuto klasifikaci pomocí následujících příkladů:

• KD202A – silikonový materiál, určení „K“;
• Dioda – usměrňovač, určení „D“.

Typ diody

Každá z diod je klasifikována podle určitých parametrů. V závislosti na dostupných frekvencích existují nízkofrekvenční i vysokofrekvenční prvky.

Všechny jsou schopny fungovat v extrémně vysokých podmínkách s ultravysokými frekvencemi.

Všechny diody jsou rozděleny na diody, které mají kritéria, která rozlišují následující typy diod:

• Schottkyho dioda – známá tím, že místo přechodu p-n používá konverzi kovu na kov. Tato možnost použití diod umožňuje vyhnout se globálním poruchám provozu spojeným s přepětím při přímém zapojení.
• Zenerova dioda – vytváří stabilní přenos energie do oblasti vystavené přepětí. Výrobek však může náhle selhat v důsledku vysokého proudu.
• Stabistor – na rozdíl od zenerových diod má nejmenší závislost na dodávaném napětí.
• Gunnova dioda nemá absolutně žádné přechody skládající se z “p” a “n”. Celkově tato kombinace využívá funkcionalitu, která využívá speciální typ krystalu. Jeho použití bylo pozorováno v ultravysokém frekvenčním rozsahu.
• Varicap – je obvod doplněný kondenzátorem s diodami. Kombinace použití “p” a “n” se používá výhradně při vytváření obvodů oscilačního typu.

Účel diod

Diodové můstky obvykle vypadají jako propojené obvody se 4 až 12 diodami.

Počet diod se liší v závislosti na typu přítomného obvodu, který existuje ve fázích, jako jsou:

• Jednofázové;
• Třífázový;
• Polomůstek;
• Třífázový;
• Celý most.

Všechny plní funkci usměrňovačů, používaných např. v autogenerátorech. Právě díky této kombinaci dochází k vynikající funkci diodových můstků díky kolektorovým jednotkám.

• Mají výrazně zmenšené průměry, což zvýšilo úroveň bezpečnosti.
• Všechna existující spojení, která jsou prováděna v sekvenčním pořadí, jsou směrována do jedné oblasti.
• Tím se nejpřesněji zvýší hodnoty nastavení minimálního napětí.

Existují také diodové detektory, které vznikají kombinací parametrů zařízení pomocí kondenzátoru. To vám nejúčinněji umožňuje určit požadovanou úroveň modulace a také frekvenci signálů.

Pomáhá také určit amplitudu rádiového signálu. Tyto detektory jsou instalovány jak v mechanismu domácích spotřebičů, tak v mechanizovaných rádiových přijímačích.

Typy a kategorie diod

Diody se obvykle dělí na typy, které nesou hlavní účel jejich funkčnosti.

Existuje pouze několik podkategorií těchto druhů, které se dělí na:

1. Specifický materiál určený k výrobě;
2. Oblast pn, která se používá k označení cíle i přechodu současně.

Výrobní proces využívá diody, které selektivně používají jeden ze všech polovodičů dostupných v seznamu:

• Germanium – jeho použití najdeme nejčastěji v obvodech, které tvoří nízkopříkonové a přesné obvody. Má vyšší koeficient přenosu;
• Silicon je levný a cenově dostupný nákup, který je dostupný téměř každému. Tento materiál je zvláště odolný vůči náhlým změnám teploty, je odolný při používání, ale má nejnižší vodivost;
• Gallium arsenid je nákladná a obtížně vyrobitelná akvizice, která má vysokou radiační odolnost.