Большинство электростанций вырабатывает переменный ток. Это связано с особенностью конструкции генераторов. Исключение составляют лишь солнечные панели, с которых снимается постоянный ток.
Вообще, выбор между постоянным и переменным током с точки зрения производства, транспортировки и потребления – это борьба противоречий.
Производить (вырабатывать на электростанциях) удобнее и проще переменный ток.
Транспортировать экономически выгодно постоянный ток. Смена полупериодов переменного напряжения приводит к потерям.
С точки зрения трансформации (уменьшение величины напряжения) удобнее работать с переменным током. Принцип работы трансформаторы построен на пульсирующем или переменном напряжении.
Большинство потребителей электроэнергии (речь идет об устройствах) работают на постоянном токе. Электросхемы не могут работать с переменным напряжением.
В результате мы имеем следующую картину:
До розетки доходит переменный ток с напряжением 220 вольт. А все домашние электроприборы (за исключением тех, которые содержат мощные электродвигатели и нагревательные элементы) питаются постоянным током.
Внутри большинства домашнего оборудования есть блоки питания. После понижения (трансформации) величины напряжения, необходимо преобразовать ток из переменного в постоянный. Основой такой схемы является диодный мост.
Исходя из определения, переменный ток с определенной частотой (в бытовой электросети 50Гц) меняет свое направление, при неизменной величине.
Важно! Поскольку мы знаем, что для питания большинства электросхем нужно полярное напряжение – в блоках питания приборов происходит замена переменного тока на постоянный.
Происходит это в два или три этапа:
С помощью диодной сборки переменный ток превращается в пульсирующий. Это уже выпрямленный график, однако, для нормального функционирования схемы такого качества питания недостаточно.
Для сглаживания пульсаций, после моста устанавливается фильтр. В простейшем случае – это обычный полярный конденсатор. При необходимости увеличить качество – добавляется дроссель.
После преобразования и сглаживания, необходимо обеспечить постоянную величину рабочего напряжения.
Для этого, на третьем этапе устанавливаются стабилизаторы напряжения.
И все же, первым элементом любого блока питания является диодный мост.
Он может быть выполнен как из отдельных деталей, так и в моно корпусе.
Первый вариант занимает много места и сложнее в монтаже.
Есть и преимущества:
такая конструкция стоит недорого, легче диагностируется, и в случае выхода из строя одного элемента – меняется только он.
Вторая конструкция компактна, исключены ошибки в монтаже. Однако стоимость несколько выше, чем у отдельных диодов и невозможно отремонтировать один элемент, приходится менять весь модуль.
Вспомним характеристики и назначение диода. Если не вдаваться в технические детали – он пропускает электрический ток в одном направлении, и закрывает ему путь в противоположном.
Этого свойства уже достаточно для того, чтобы собрать простейший выпрямитель на одном диоде.
Элемент просто включается в цепь последовательно, и каждый второй импульс тока, идущий в противоположном направлении — отрезается.
Такой способ называется однополупериодным, и у него есть множество недостатков:
Очень сильная пульсация, между полупериодами возникает пауза в подаче тока, равная длине половины синусоиды.
В результате отрезания нижних волн синусоиды, напряжение уменьшается вдвое. При точном измерении уменьшение оказывается больше, поскольку потери есть и в диодах.
Способность снижать напряжение вдвое при его выпрямлении, нашла применение в ЖКХ.
Жильцы многоквартирных подъездов, устав менять постоянно перегорающие лампочки – оснащают их диодами.
При включении последовательно, снижается яркость свечения и лампа «живет» гораздо дольше.
Правда сильное мерцание утомляет глаза, и такой светильник годится лишь для дежурного освещения.
Для уменьшения потерь, применяется соединение четырех элементов.
Двухполупериодный диодный мост, схема работы:
В каком бы направлении не протекал переменный ток на вводных контактах, выход диодного моста обеспечивает неизменную полярность на его выходных контактах.
Частота пульсаций такого соединения ровно в два раза выше частоты переменного тока на входе.
Поскольку плечи моста не могут одновременно пропускать ток в обоих направлениях – обеспечивается стабильная защита схемы.
Даже если у вас в устройстве перегорел диодный мост – короткого замыкания или скачка напряжения не будет.
Надежность мостовой схемы проверена десятилетиями. Защита от перенапряжения на входе гарантируется трансформатором.
От перегрузки спасает стабилизатор на выходе. Пробивает диодный мост лишь в случае использования бракованных деталей, или в автомобиле, где схема подвергается постоянным нагрузкам.
Падение напряжения в диодном мосту составляет до 0,7 вольт. При использовании обычной элементной базы в низковольтных схемах, иногда падение напряжения составляет до 50% от номинала блока питания. Такая погрешность недопустима .
Для обеспечения работы блоков питания с напряжением от 1,5 вольт до 12 вольт – используются диоды Шоттки.
При прямом протекании тока, падение напряжения на одном кристалле составляет не более 0,3 вольта. Умножаем на четыре элемента в мосту – получается вполне приемлемое значение потерь.
Кроме того, если диодный мост Шоттки на уровень помех – вы получите значение, недостижимое для кремниевых p-n диодов.
Еще одно достоинство, обусловленное отсутствием p-n перехода – способность работать на высокой частоте.
Поэтому выпрямители сверх высокочастотного напряжения делают исключительно на диодах этого типа.
Однако у диодов Шоттки есть и недостатки
. При воздействии обратного напряжения, пусть даже кратковременном – элемент выходит из строя.
Проверка диодного моста мультиметром показывает, что именно эта причина имеет необратимые последствия.
Обычный германиевый или кремниевый элемент с p-n переходом самостоятельно восстанавливаются после переполюсовки.
Поэтому мосты на диодах Шоттки применяются только в низковольтных блоках питания и при наличии защиты от обратного напряжения.
Выпрямитель собран на обычной элементной базе, поэтому мы расскажем, как в домашних условиях проверить диодный мост мультиметром.
На иллюстрации видно, как протекает ток по мосту. Принцип тестирования такой же, как при проверке одиночных диодов.
Смотрим по справочнику, какие выводы модуля соответствуют переменному входу или полярному выходу – и выполняем прозвонку.
Поскольку ток в обратном направлении через диод не течет, неправильные результаты проверки говорят о пробое моста.
Извлекать мост нет необходимости, остальные элементы блока питания не оказывают влияния на измерение.
Итог: Любой из вас сможет как самостоятельно собрать диодный мост, так и отремонтировать его в случае поломки. Достаточно иметь элементарные навыки в электротехнике.
Смотрите видео: как мультиметром проверить диодный мост генератора вашего автомобиля.
https://m.youtube.com/watch?v=SDMj2xcuCOo
Подробный рассказ о том как проверить диодный мост мультиметром в этом видео сюжете
Одной из важнейших частей электронных приборов питающихся от сети переменного тока 220 вольт является так называемый диодный мост. Диодный мост – это одно из схемотехнических решений, на основе которого выполняется функция выпрямления переменного тока.
Как известно, для работы большинства приборов требуется не переменный ток, а постоянный. Поэтому возникает необходимость в выпрямлении переменного тока.
Думаю понятно, что в случае отдельных диодов нужно просто заменить один неисправный диод, что, соответственно, обойдётся дешевле.
В реальности сборка диодного моста может выглядеть вот так.
Диодная сборка KBL02
на печатной плате
Или вот так.
Диодная сборка RS607
на плате компьютерного блока питания
А вот так выглядит диодная сборка DB107S для поверхностного (SMD) монтажа. Несмотря на свои малые размеры, сборка DB107S выдерживает прямой ток 1 A и обратное напряжение в 1000 V.
Более мощные выпрямительные диодные мосты требуют охлаждения, так как при работе они сильно нагреваются. Поэтому их корпус конструктивно выполнен с возможностью крепления на радиатор. На фото – диодный мост KBPC2504 , рассчитанный на прямой ток 25 ампер.
Естественно, любую мостовую сборку можно заменить 4-мя отдельными диодами, которые соответствуют нужным параметрам. Это бывает необходимо, когда нужной сборки нет под рукой.
Иногда это вводит новичков в замешательство. Как же правильно соединить диоды, если предполагается изготовление диодного моста из отдельных диодов? Ответ изображён на следующем рисунке.
Условное изображение диодного моста и диодной сборки
Как видим всё довольно просто. Чтобы понять, как нужно соединить диоды, нужно вписать в стороны ромба изображение диода.
На принципиальных схемах и печатных платах диодный мост могут обозначать по-разному. Если используются отдельные диоды, то рядом с ними просто указывается сокращённое обозначение – VD , а рядом ставиться его порядковый номер в схеме. Например, вот так: VD1 – VD4 . Иногда применяется обозначение VDS . Данное обозначение указывается обычно рядом с условным обозначением выпрямительного моста. Буква S в данном случае подразумевает, что это сборка. Также можно встретить обозначение BD .
Мостовая схема активно применяется практически в любой электронике, которая питается от однофазной электросети переменного тока (220 V): музыкальных центрах, DVD-проигрывателях, кинескопных и ЖК-телевизорах... . Да где его только нет! Кроме этого, он нашёл применение не только в трансформаторных блоках питания , но и в импульсных. Примером импульсного блока питания, в котором применяется данная схема, может служить рядовой компьютерный блок питания. На его плате легко обнаружить либо выпрямительный мост из отдельных мощных диодов, либо одну диодную сборку.
В сварочных аппаратах можно обнаружить очень мощные диодные мосты, которые крепятся к теплоотводу. Это лишь несколько примеров того, где может применяться данное схемотехническое решение.
Для начала ответьте на простои вопрос: «Какое напряжение в сети?» Наверняка большинство скажут; «220 вольт». Иные ещё добавят: «Переменное, 50 герц». Всё это, конечно, верно. Напряжение (эффективное) в большинстве осветительных сетей составляет 220 В, и оно переменное, синусоидальной формы, а частота синусоидальных колебаний составляет 50 Гц, что соответствует периоду повторения 20 миллисекунд.
Рисунок 1.
Но немногие знают, что амплитудное значение напряжения в сети составляет примерно 310 В, а разница (размах) между максимальным и минимальным значениями - целых 620 В (рисунок 1а). Подсчитать амплитудное значение несложно - нужно эффективное напряжение умножить на √2. Что это даёт? Таким образом можно подсчитать, какое постоянное напряжение получится из переменного, если его выпрямить.
Делают это с помощью полупроводниковых диодов (рисунок 2а). Диод (он обозначен символом VD1) имеет два электрода - катод (к) и анод (а). Ток через диод может проходить только в направлении от анода к катоду (по «стрелке» его графического изображения). Б обратную сторону ток через диод (особенно если он кремниевый) почти не течёт - говорят, что тогда диод «закрыт».
Рисунок 2.
Чтобы выпрямление было наиболее совершенным - двухполупериодным, четыре (VD1 - VD4) диода объединяют в так называемую мостовую схему (рисунок 2б). Но есть и готовые диодные мосты - на рисунке 2в приведён один из них - VD1.
Работает мостовой двухпопупериодный выпрямитель так.
Представим себе обычную лампу накаливания HL1 на напряжение 220 В, Тогда по схеме на рисунке 3а она будет светить примерно так же, как если бы диодов VD1 - VD4 не было вовсе. Ведь когда в сети в течение 10 мс действует полярность напряжения, показанная на рисунке 3б, ток будет течь через диод VD1, лампу HL1 и диод VD4. Когда же в течение других 10 мс полярность напряжения в сети изменится на противоположную (рисунок 3в), ток потечёт через VD3, пампу HL1 и диод VD2. Иными словами, теперь ток через лампу HL1 все время идёт в одном и том же направлении, а не в разных, как рис. 1 в сети переменного тона. Но для лампы накаливания это как бы безразлично - её нить нагревается одинаково, в какую бы сторону ни шёл ток. Нагрев будет тем же самым, приложим мы к лампе напряжение по графику рисунка 1а (переменное напряжение с частотой 50 Гц) либо по графику на рисунке 1б (пульсирующее напряжение с частотой 100 Гц).
Рисунок 3.
Если же теперь параллельно лампе подключить оксидный (электролитический) конденсатор С1 (на рисунке 3г), лампа HL1 вспыхнет значительно ярче. Ведь запаса электроэнергии в конденсаторе С1 почти хватает для того, чтобы компенсировать снижение напряжения в «антрактах» между отдельными пульсациями. Следовательно, напряжение на конденсаторе С1 будет близко к амплитудному значению 310 В (рисунок 1в). В ходе такого эксперимента наша лампочка вполне может попросту перегореть!
Будем считать, что наш эксперимент чисто умозрительный - вряд ли вам потребуется такое высокое напряжение (310 В!), которое между тем, было популярно в ламповой технике. Теперь транзисторная и микросхемная техника имеет дело с напряжениями меньше в 10...50 раз. Да это и хорошо - такой уровень уже вполне безопасен.
Уменьшим напряжение обычным способом - с помощью понижающего трансформатора Т1 (рисунок 4). Он может быть накальным от старого лампового телевизора. Если на первичную обмотку I подать 220 В, то на вторичной обмотке II напряжение будет примерно до 7,5 В. Мы уже знаем, что это эффективное значение напряжения. Значит, амплитудное значение должно получиться вроде бы в 1,41 раза больше, и будет составлять примерно 10,5 В. Но на конденсаторе С1 на самом деле будет несколько меньше, а именно - около 9 В. Дело в том, что до сих пор мы условно не учитывали падение напряжения на двух «открытых» диодах. А оно составляет ни много ни мало - приблизительно 1,4 В (для кремниевых диодов). Следовательно, реально мы получим постоянное напряжение около 9 В. И наш сетевой выпрямитель сможет выполнять роль батарей «Крона», «Корунд», «Ореол-1» или аккумуляторной батареи 7Д-0, 115-У1.1. От такого выпрямителя вполне можно питать небольшой приёмник, маленький плейер...
Рисунок 4.
Для подключения к сети в выпрямителе используется обычная вилка ХР1 (рисунок 4), Аппаратуру к нему подсоединяют с помощью розетки XS1, которую берут от старой батареи «Крона». Оксидный конденсатор С1 может быть любого типа: чем его ёмкость больше - тем лучше, меньше будут пульсации выпрямленного напряжения. Диодный мост VD1 берут с любым буквенным индексом из диодных сборок серий КЦ405, КЦ402. Если готовой сборки нет, её заменяют мостом, собранным из четырёх диодов. Наиболее подходящие диоды для такой замены - серий КД105 или КД208, КД209. Но можно применить и современную серию КД226 либо использовать популярные в прошлом диоды серии Д226. Если же вы возьмёте не кремниевые, а германиевые диоды, то выпрямленное напряжение повысится почти до 10 В, что, впрочем, вполне допустимо для аппаратуры. Полученная «добавка» объясняется тем, что у германиевых диодов прямое падение напряжения меньше (около 0,4 В для каждого диода), чем у кремниевых (порядка 0,7 В). Такие диоды, вполне возможно, «завалялись» у заядлых радиолюбителей, и они поделятся ими. Очень хорошо будут работать старые диоды серии Д7 (например, Д7Ж, Д7Е). Но годятся и более древние - ДГЦ-24, ДГЦ-25, ДГЦ-26, ДГЦ-27.
Не забудьте перед сборкой проверить диоды на исправность, это особенно важно, если вам они достались случайно. Проверять их можно по-разному, но лучше всего это сделать омметром. В одном направлении диод (в особенности если он германиевый) будет иметь очень маленькое сопротивление, а в другом - напротив, очень большое (если он кремниевый).
