Что такое диодный мост схема устройства

Устройство и конструктивные особенности

Основной элемент конструкции – полупроводник. Это пластина кристалла кремния или германия, у которого имеются две области р и n проводимости. Из-за этой особенности конструкции она получила название плоскостной.

При изготовлении полупроводника обработка кристалла производится следующим образом: для получения поверхности р-типа ее обрабатывают расплавленным фосфором, а р-типа – бором, индием или алюминием. В процессе термообработки происходит диффузия этих материалов и кристалла. В результате образуется область с р-n переходом между двумя поверхностями с различной электропроводимостью. Полученный таким образом полупроводник устанавливается в корпус. Это обеспечивает защиту кристалла от посторонних факторов воздействия и способствует теплоотводу.

Конструкция (1), внешний вид (2) и графическое отображение выпрямительного диода(3)

Обозначения:

• А – вывод катода.
• В – кристалладержатель (приварен к корпусу).
• С – кристалл n-типа.
• D – кристалл р-типа.
• E – провод ведущий к выводу анода.
• F – изолятор.
• G – корпус.
• H – вывод анода.

Как уже упоминалось, в качестве основы р-n перехода используются кристаллы кремния или германия. Первые применяются значительно чаще, это связано с тем, что у германиевых элементов величина обратных токов значительно выше, что существенно ограничивает допустимое обратное напряжение (оно не превышает 400 В). В то время как у кремниевых полупроводников эта характеристика может доходить до 1500 В.

Помимо этого у германиевых элементов значительно уже диапазон рабочей температуры, он варьируется в пределах от -60°С до 85°С. При превышении верхнего температурного порога резко увеличивается обратный ток, что отрицательно отражается на эффективности устройства. У кремниевых полупроводников верхний порог порядка 125°С-150°С.

Самостоятельное изготовление

Выпрямительные однофазные мосты обычно не являются дефицитными радиодеталями, поэтому их можно купить и выбрать по необходимым параметрам практически в любом радиомагазине. Но не всегда есть на это время, поэтому нужный мост можно собрать и своими руками. Для этого понадобится подготовить:

1. Четыре одинаковых по своим характеристикам диода. Можно в принципе брать и любые, но следует понимать, что общие параметры моста будут определяться самым слабым элементом.
2. Монтажный провод.
3. Паяльник.
4. Пинцет.
5. Флюс и припой.
6. Бокорезы.
7. Электрическую схему диодного моста выпрямителя.

После того как всё подготовлено, на первом этапе залуживают выводы диодов. Для этого ножки радиоэлементов смазываются флюсом, и на них с помощью разогретого паяльника переносится олово, образующее тонкий слой. На следующем этапе диоды соединяются согласно схеме.

Для этого необходимо знать, где у элемента катод, а где анод. На схеме аноду соответствует вершина треугольника, а катоду — основание. На самом же элементе обозначается только анод. Это может быть полоска, точка или условно-графическое обозначение, смещённое к одному из выводов.

Затем берутся два элемента, и анод одного соединяется с катодом другого. Аналогичное действие повторяется и для оставшихся элементов. В итоге получается пара, каждая из которых состоит из двух диодов. Далее, между собой спаиваются катоды, а поле — аноды. После того как диоды соединены к точкам пайки, подсоединяются проводники, формирующие выводы устройства. На последнем этапе конструкция проверяется с помощью мультиметра.

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.

Плечо — выпрямительный мост

Плечи выпрямительных мостов разомкнуты и подключены к полуобмоткам вторичной стороны трансформатора.
 

Каждое плечо выпрямительного моста состоит из 48 вентилей, соединенных в 16 параллельных ветвей, по три последовательно включенных вентиля в каждой.
 

Каждое плечо выпрямительного моста состоит из двух последовательно соединенных диодов, зашунти-рованных высокоомными резисторами для выравнивания между диодами обратного напряжения.
 

Каждое плечо трехфазного выпрямительного моста на ток 6 250 А и каждая фаза выпрямителя на 12 500 А при нулевой схеме имеет 19 или 20 параллельно включенных кремниевых вентилей соответствующего класса на номинальный ток 200 А. Последовательно с каждым вентилем вклю чен быстродействующий предохранитель.
 

Каждое плечо трехфазного выпрямительного моста на ток 6250 А и каждая фаза выпрямителя па 12 500 А при нулевой схеме имеет 19 или 20 параллельно включенных кремниевых вентилей соответствующего класса на номинальный ток 200 А. Последовательно с каждым вентилем включен быстродействующий предохранитель.
 

Каждое плечо трехфазного выпрямительного моста на ток 6 25 кА и каждая фаза выпрямителя на 12 5 кА при нулевой схеме имеет 19 или 20 параллельно включенных кремниевых вентилей соответствующего класса на номинальный ток 200 А. Последовательно с каждым вентилем включают быстродействующий предохранитель.
 

Каждое плечо трехфазного выпрямительного моста на ток 6 25 кА и каждая фаза выпрямителя на 12 5 кА при нулевой схеме имеет 19 или 20 параллельно включенных кремниевых вентилей соответствующего класса на номинальный ток 200 А. Последовательно с каждым вентилем включен быстродействующий предохранитель.
 

Каждое плечо трехфазного выпрямительного моста на ток 6300 А имеет 19 или 20 параллельно включенных кремниевых вентилей ( диодов) соответствующего класса на номинальный ток 200 А. Последовательно с каждым вентилем включен быстродействующий предохранитель.
 

В плечах выпрямительных мостов электролизных агрегатов содержится большое число параллельно соединенных вентилей. Распределение токов в пределах нормы обеспечивается либо с помощью индуктивных делителей, либо подбором вентилей. Индуктивные делители тока увеличивают габариты и стоимость силовых выпрямительных шкафов, поэтому их стремятся исключить из схемы. Кроме того, силовая ошиновка выполняется так, что она обеспечивает взаимную компенсацию магнитных полей. Это также способствует равномерному делению токов в параллельных ветвях. Защита выпрямителей для электролиза в аварийных режимах осуществляется быстродействующими автоматическими выключателями.
 

В каждое плечо выпрямительного моста VI, образованное четырьмя параллельно включенными диодами, присоединены рабочие обмотки шести реакторов насыщения.
 

В этой схеме четыре вентиля образуют четыре плеча выпрямительного моста. В одну диагональ включается источник переменного тока, а в другую — нагрузка, питаемая выпрямленным током. Ток проходит всегда через два вентиля, находящиеся в противолежащих плечах моста. Одну половину периода два вентиля пропускают ток iit а другие два вентиля заперты.
 

Схема сборки из диодов

Выражение «мост из диодов» происходит от слияния двух слов, подчёркивающих принцип работы устройства. Под этим словосочетанием понимается электрический прибор, служащий для преобразования переменного тока в пульсирующий. Состоит он из четырёх диодов, образующих соединение по схеме Гретца.

Переменное электрическое напряжение представляет собой гармонический сигнал, амплитуда которого изменяется по синусоидальному закону во времени. Условно его можно представить в виде отрицательных и положительных полуволн. При подаче сигнала на вход диода через него может пройти только одна полуволна, в результате чего на выходе направление тока станет односторонним.

Для создания полноценного выпрямителя схема диодного моста должна обеспечивать преобразование как положительной, так и отрицательной составляющей сигнала. Если диоды подключить по схеме Гретца, то в каждый полупериод волны ток сможет протекать только через два элемента. То есть устройство будет поочерёдно выпрямлять каждую полуволну.

При подаче на вход моста переменного напряжения в тот момент, когда сигнал будет описываться положительной составляющей, диоды VD2 и VD3 будут для него открыты, а VD1 и VD4 заперты. При смене полярности состояние выпрямителей изменится, ток потечёт через VD4 и VD1, в то время как VD3, VD2 окажутся закрытыми.

В итоге форма сигнала станет постоянной, так как на выходе устройства практически не будет промежутка времени, при котором напряжение будет равно нулю. При этом частота выходного сигнала увеличится вдвое. Например, если на устройство подать напряжение 220 в из электросети, то на его выходе получится постоянный ток с частотой 100 Гц. Это пульсирование считается паразитным, мешающим работе электронных узлов, поэтому в электрических схемах выход прибора подключается к электролитическому конденсатору, сглаживающему пульсации. Такая схема применяется в однофазных сетях, в трёхфазных же используется шесть диодов, работающих попарно (по аналогии со схемой Гретца).

Устройство и принцип работы диодного моста

Существенно отличие такой схемы (от однополупериодной) заключается в том, что напряжение на нагрузку подается в каждый полупериод. Схема включения полупроводниковых выпрямительных элементов продемонстрирована ниже.

Принцип работы диодного моста

Как видно из приведенного рисунка в схеме задействовано четыре полупроводниковых выпрямительных элемента, которые соединены таким образом, что при каждом полупериоде работают только двое из них. Распишем подробно, как происходит процесс:

• На схему приходит переменное напряжение Uin (2 на рис. 8). Во время положительного полупериода образуется следующая цепь: VD4 – R – VD2. Соответственно, VD1 и VD3 находятся в запертом положении.
• Когда наступает очередность отрицательного полупериода, за счет того, что меняется полярность, образуется цепь: VD1 – R – VD3. В это время VD4 и VD2 заперты.
• На следующий период цикл повторяется.

Как видно по результату (график 3), в процессе задействовано оба полупериода и как бы не менялось напряжение на входе, через нагрузку оно идет в одном направлении. Такой принцип работы выпрямителя называется двухполупериодным. Его преимущества очевидны, перечислим их:

• Поскольку задействованы в работе оба полупериода, существенно увеличивается КПД (практически вдвое).
• Пульсация на выходе мостовой схемы увеличивает частоту также вдвое (по сравнению с однополупериодным решением).
• Как видно из графика (3), между импульсами уменьшается уровень провалов, соответственно сгладить их фильтру будет значительно проще.
• Величина напряжения на выходе выпрямителя приблизительно такая же, как и на входе.

Помехи от мостовой схемы незначительны, и становятся еще меньше при использовании фильтрующей электролитической емкости. Благодаря этому такое решение можно использовать в блоках питания, практически, для любых радиолюбительских конструкций, в том числе и тех, где используется чувствительная электроника.

Заметим, совсем не обязательно использовать четыре выпрямительных полупроводниковых элемента, достаточно взять готовую сборку в пластиковом корпусе.

Диодный мост в виде сборки

Такой корпус имеет четыре вывода, два на вход и столько же на выход. Ножки, к которым подключается переменное напряжение, помечаются знаком «~» или буквами «AC». На выходе положительная ножка помечается символом «+», соответственно, отрицательная как «-».

На принципиальной схеме такую сборку принято обозначать в виде ромба, с расположенным внутри графическим отображением диода.

На вопрос что лучше использовать сборку или отдельные диоды нельзя ответить однозначно. По функциональности между ними нет никакой разницы. Но сборка более компактна. С другой стороны, при ее выходе из строя поможет только полная замена. Если же в этаком случае используются отдельные элементы, достаточно заменить вышедший из строя выпрямительный диод.

Классификация по мощности

Мощность элементов определяется максимально допустимым прямым током. В соответствии этой характеристики принята следующая классификация:

• Слаботочные выпрямительные диоды, они используются в цепях с током не более 0,3 А. Корпус таких устройств, как правило, выполнен из пластмассы. Их отличительные особенности – малый вес и небольшие габариты.
• Устройства, рассчитанные на среднюю мощность, могут работать с током в диапазоне 0,3-10 А. Такие элементы, в большинстве своем, изготавливаются корпусе из металла и снабжены жесткими выводами. На одном один из них, а именно на катоде, имеется резьба, позволяющая надежно зафиксировать диод на радиаторе, используемого для отвода тепла.
• Силовые полупроводниковые элементы, они рассчитаны на прямой ток свыше 10 А. Производятся такие устройства в металлокерамических или металлостеклянных корпусах штыревого (А на рис. 4) или таблеточного типа (В).

Проверка диодного моста происходит в несколько этапов

1. Подготовка. Перед тем как производить ремонт и замену диодов в генераторе следует его подготовить к данной процедуре. Для этого необходимо демонтировать защитный кожух механизма и отсоединить выводы регуляторов «Б» и «В». Не стоит забывать, что положительные диоды имеют красную маркировку, тогда как отрицательные – черную.

2. Общая проверка. Первым делом проверяются на замыкание все диоды. Лампа накаливания подсоединяется «минусом» на корпус генератора, а «плюсом» к клемме «30» от АКБ – если лампочка начинает гореть, то один или несколько диодов в мосте повреждены, то есть в цепи происходит короткое замыкание.

3. Проверка отрицательных диодов. Лампочка подсоединяется своим «минусом» на корпус генератора, «плюс» аккумулятора – через лампу, соединяется с болтом крепления моста. Если наш диагностический инструмент начинает подавать признаки жизни – проблемы присутствуют в одном или в нескольких отрицательных диодах.

4. Проверка положительных элементов моста генератора. Процедура схожа с предыдущим процессом, только плюсовую клемму через лампочку перемещаем на зажим «30», «минус» переносится на болт крепления. Возгорание лампочки явно показывает проблему среди элементов положительных диодов.

5. Завершение проверки. Завершением процедуры, показывающей, что один или несколько диодов сгорели, является проверка дополнительных диодов. «Минус» лампочки остается на своем месте (болт крепления), а «плюс» подключается к выводу «61». Работа лампы накаливания определяет неисправность в цепи дополнительных диодов.

Как проверить диодный мост генератора ваз 2106, 2109, 2110 мультиметром? Достаточно просто. Для этого потребуется полностью снять диодный мост с генератора, а сам прибор переключить на режим проверки диодов. В первую очередь проверяется цепь дополнительных диодов полностью, а, если была обнаружена неисправность, каждый из них по отдельности:

• положительный щуп прибора подсоединяется к шине диодов;
• отрицательный к выбранному диоду.

Если элемент находится в рабочем состоянии, то показания на экране мультиметра должны устремиться к бесконечности – перестановка щупов должна привести к показателям в несколько сотен Ом. Если прибор выдает совершенно другие показания, то диагностируемый диод следует заменить.

Аналогичным методом проверяются и схема из положительных или отрицательных диодов, прощупывая каждый из них и заменяя изделие, в случае необходимости.

Причин, почему сгорает диодный мост генератора, довольно много и, очень часто, они являются следствием невнимательных действий самого водителя. Например, неправильное подключение клемм аккумулятора, повышенная нагрузка, езда в особо сложных условиях и так далее. Поэтому, если вы не хотите иметь проблем с одной из важнейших элементов своего транспортного средства – генератора, то рекомендуется более осмотрительнее и аккуратнее водить свой автомобиль.