Diodový můstek. Účel, označení na schématu a vzhled.
Jednou z nejdůležitějších částí elektronických zařízení napájených střídavou sítí 220 V je tzv. diodový můstek. Diodový můstek je jedním z obvodových řešení, na jehož základě se provádí funkce usměrnění střídavého proudu.
Jak víte, většina zařízení vyžaduje ke svému provozu spíše stejnosměrný než střídavý proud. Proto existuje potřeba usměrnění střídavého proudu.
Například napájecí zdroj, o kterém již byla řeč na stránkách webu, obsahuje jednofázový celomůstkový usměrňovač – diodový můstek. Ve schématu zapojení je diodový můstek znázorněn následovně.
Obvod diodového můstku
Jedná se o tzv. jednofázový můstkový usměrňovač, jeden z několika typů usměrňovačů, které se aktivně používají v elektronice. Používá se k výrobě celovlnného usměrnění střídavého proudu.
Hardwarově to vypadá takto.
Diodový můstek z jednotlivých diod S1J37
Toto schéma vymyslel německý fyzik Leo Gretz, proto se toto obvodové řešení někdy nazývá „Graetzův obvod“ nebo „Graetzův most“ V elektronice se tento obvod v současnosti používá všude. S příchodem levných polovodičových diod se tento obvod začal používat stále častěji. Nyní už tím nikoho nepřekvapíte, ale v éře rádiových elektronek byl „Graetzův můstek“ ignorován, protože vyžadoval použití až 4 elektronkových diod, které byly v té době poměrně drahé.
Jak funguje diodový můstek?
Pár slov o tom, jak funguje diodový můstek. Pokud je jeho vstup (označený „~“) předložit střídavý proud, jehož polarita se mění s určitou frekvencí (například s frekvencí 50 hertzů, jako v elektrické síti), pak na výstupu (závěry „+“ и „-“) dostaneme proud striktně stejnou polaritu. Je pravda, že tento proud bude mít vlnky. Jejich frekvence bude dvakrát vyšší než frekvence střídavého proudu dodávaného na vstup.
Pokud je tedy na vstup diodového můstku přiveden střídavý proud (frekvence 50 hertzů), pak na výstupu získáme stejnosměrný proud s pulzacemi o frekvenci 100 hertzů. Toto vlnění je nežádoucí a může výrazně narušit činnost elektronického obvodu.
Chcete-li „odstranit“ pulzace, musíte použít filtr. Nejjednodušším filtrem je elektrolytický kondenzátor dostatečně velké kapacity. Když se podíváte na schémata zapojení napájecích zdrojů, transformátorových i pulzních, tak za usměrňovačem je vždy elektrolytický kondenzátor, který vyhlazuje vlnění proudu.
Označení diodového můstku ve schématu.
Na schématech zapojení může být diodový můstek znázorněn různými způsoby. Podívejte se na obrázky níže – všechny jsou stejné, ale jsou zobrazeny jinak. Myslím, že nyní, když se podíváte na neznámý diagram, jej snadno najdete.
Sestava diod.
V mnoha případech je diodový můstek označen ve schématech zapojení zjednodušeným způsobem. Například takto.
Obvykle takový obrázek slouží buď ke zjednodušení vzhledu schématu zapojení, nebo k ukázce, že v tomto případě je použita sestava diodového usměrňovače.
Sestava diodového můstku (nebo jednoduše diodová sestava) jsou 4 diody se stejnými parametry, které jsou zapojeny podle obvodu můstkového usměrňovače a zabaleny v jednom společném pouzdře. Tato sestava má 4 kolíky. Dva slouží k připojení střídavého napětí a jsou označeny ikonou „~“. Někdy mohou být označeni AC (Astřídající se Cproud – střídavý proud).
Zbývající dva terminály jsou označeny „+“ и „—“. Jedná se o výstup usměrněného, pulzujícího napětí (proudu).
Diodová sestava usměrňovacího můstku je technologicky pokročilejší díl. Na desce plošných spojů zabírá méně místa. Pro montážního robota v továrně je jednodušší a rychlejší nainstalovat jeden monolitický díl místo čtyř. Další výhodou této sestavy je, že za provozu jsou všechny diody uvnitř ve stejném tepelném režimu.
Za zmínku také stojí, že sestavy jsou někdy levnější než čtyři samostatné diody. Ale nesmí chybět ani moucha. Nevýhodou diodových sestav je, že pokud alespoň jedna dioda selže, bude muset být zcela vyměněna. Proto nebude zbytečné učit se, jak zkontrolovat diodový můstek pomocí multimetru.
Myslím, že je jasné, že v případě jednotlivých diod stačí vyměnit jednu vadnou diodu, což bude tedy stát méně.
Ve skutečnosti může sestava diodového můstku vypadat takto.
Sestava diod KBL02 na desce plošných spojů
Sestava diod RS607 na desce napájení počítače
A takto vypadá sestava diody DB107S pro povrchovou montáž (SMD). Navzdory své malé velikosti může sestava DB107S odolat propustnému proudu 1 A a zpětnému napětí 1000 V.
Výkonnější usměrňovací diodové můstky vyžadují chlazení, protože se během provozu velmi zahřívají. Proto je jejich pouzdro konstrukčně navrženo pro montáž na radiátor. Na fotografii – diodový můstek KBPC 2504, určený pro stejnosměrný proud 25 ampér.
Libovolnou můstkovou sestavu lze samozřejmě nahradit 4 samostatnými diodami, které splňují požadované parametry. To je nutné, když požadovaná sestava není po ruce.
Někdy to nováčky mate. Jak správně zapojit diody, pokud plánujete z jednotlivých diod vyrobit diodový můstek? Odpověď je znázorněna na následujícím obrázku.
Konvenční obrázek diodového můstku a sestavy diod
Jak vidíte, vše je docela jednoduché. Abyste pochopili, jak zapojit diody, musíte na boky kosočtverce vepsat obrázek diody.
Na schématech a deskách plošných spojů může být diodový můstek označen odlišně. Pokud jsou použity samostatné diody, pak je vedle nich jednoduše uvedena zkratka – VDa jeho sériové číslo ve schématu je umístěno vedle něj. Například takto: VD1 – VD4. Někdy se používá zápis VDS. Toto označení je obvykle uvedeno vedle symbolu usměrňovacího můstku. Dopis S v tomto případě znamená, že se jedná o shromáždění. Můžete také najít označení BD.
Kde se používá obvod diodového můstku?
Mostový obvod se aktivně používá v téměř jakékoli elektronice, která je napájena jednofázovým střídavým zdrojem (220 V): hudební centra, DVD přehrávače, CRT a LCD televizory. . Ano, kde není! Navíc našel uplatnění nejen v transformátorových zdrojích, ale i ve spínacích. Příkladem spínaného zdroje, který využívá tento obvod, je běžný počítačový zdroj. Na jeho desce lze snadno najít buď usměrňovací můstek z jednotlivých výkonných diod, nebo jednu sestavu diod.
Diodový můstek snadno najdete na deskách plošných spojů elektrických předřadníků (EPG) nebo jednoduše „předřadníků“ a také v kompaktních zářivkách (CFL).
Ve svařovacích strojích můžete najít velmi výkonné diodové můstky, které jsou připevněny k chladiči. Toto je jen několik příkladů, kde lze toto obvodové řešení použít.
Diodový most – elektrické zařízení určené k usměrnění proudu, to znamená k přeměně střídavého proudu na stejnosměrný proud.
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.
Co je to diodový můstek a z jakých prvků se skládá?
Diodový můstek v obvodech používaných v sítích s jednofázovým napětím 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 spíše než čtyř. Mezi můstkovými obvody pro jednofázové a třífázové sítě nejsou žádné významné rozdíly v principu činnosti.
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 vysokou 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.
Frekvence těchto pulzací je 2x vyšší než frekvence kmitů střídavého proudu a rovná se v tomto případě 100 Hz.
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.
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:
- menší plocha, kterou zabírá sestava na schématu;
- zjednodušení práce sestavovače obvodů;
- jednotné tepelné podmínky pro všechna čtyři polovodičová zařízení.
Toto obvodové řešení má i nevýhodu – pokud selže alespoň jeden polovodič, bude nutné vyměnit celou sestavu.
Proč je v generátoru vozidla potřeba diodový můstek?
Tato konstrukce obvodu se používá v elektrických obvodech automobilů a motocyklů. Diodový můstek nainstalovaný na alternátoru je nutný k přeměně střídavého napětí, které generuje, na stejnosměrné napětí. Stejnosměrný proud slouží k dobíjení baterie a napájení všech elektrických spotřebičů v moderní dopravě. Požadovaný výkon polovodičů v můstkovém obvodu je určen jmenovitým proudem produkovaným generátorem. V závislosti na tomto indikátoru jsou polovodičová zařízení rozdělena do následujících výkonových skupin:
- nízký výkon – až 300 mA;
- průměrný výkon – od 300 mA do 10 A;
- vysoký výkon – nad 10 A.
Pro automobilová vozidla se obvykle používají můstky z křemíkových diod, které splňují provozní požadavky v širokém teplotním rozsahu – 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:
- kapalina se dostala na desku;
- nečistoty spolu s olejem pronikly do polovodičů a způsobily zkrat;
- změna polohy kontaktních pólů na baterii.