Как проверить диодный мост мультиметром

В бытовых приборах и разных устройствах много радиоэлементов, благодаря которым всё работает так, как надо. Неисправность хотя бы одной детали плохо сказывается на работе всего механизма, который может даже перестать функционировать. Один из представителей таких важных элементов электротехники — диодный мост. Его поломка не приводит ни к чему хорошему, но вовремя заметить неисправность помогает мультиметр. Мы расскажем вам, как проверить диодный мост мультиметром, но для начала вспомним, что это за деталь и как устроена её работа.

Contents

• 1 Диодный мост: особенности и принцип работы
• 2 Как выглядит диодный мост
• 3 Как прозвонить мультиметром диодный мост генератора
• 4 Проверка моста с другой конструкцией
• 5 Правила безопасности
  • 5.1 Вопрос — ответ

Диодный мост: особенности и принцип работы

Диодный мост — схема, которая собрана из соединенных диодов и преобразовывает переменное напряжение в постоянное. Применяется почти во всех механизмах, которые питаются от сети, что логично: в сети напряжение переменное, а электроника работает от постоянного. Поэтому другое название такой схемы — выпрямитель переменного тока.

Несмотря на всю простоту, такое устройство намного лучше обычного диода. В теории, и применение одного полупроводника дает нужный результат — преобразование напряжение. На практике на выходе оно сильно пульсирует, поэтому не годится в качестве питания электросхем. А вот включение конкретным способом нескольких диодов дает практически идеальный результат: лишняя полуволна не срезается, а переворачивается, благодаря чему сильно повышается эффективность выпрямления.

Как выглядит диодный мост

Найти выпрямитель на плате не трудно, но внешний вид отличается в зависимости от устройства. Часто четыре диода впаяны рядом и собраны в одном корпусе — это выпрямительная сборка. На фото представлено несколько вариантов:

В таких вариантах четыре вывода: два обозначаются как «+» и «-» (выходы), а два без символов или указываются как «~» или «АС» (входы).

Диодный мост генератора автомобиля выглядит по-другому: это пара металлических электропроводящих пластин, на которых в определенной последовательности расположены диоды.

На мосту могут быть не только силовые, но и вспомогательные диоды:

Здесь зеленым помечены силовые диоды. Тестировать лучше все, тем более что сделать это не трудно.

Как прозвонить мультиметром диодный мост генератора

Инструкция проверки исправности выпрямителя:

1. Разобрать генератор и снять диодный мост.
2. Промыть его в бензине, чтобы избавить от масла и грязи (они, кстати, тоже могут быть причиной неисправности).
3. Дать высохнуть и приступать к проверке.
4. Установить щупы тестера в соответствующие гнезда. Полезна статья о том, как пользоваться мультиметром.
5. Выбрать на мультиметре режим проверки диодов (в данном случае он совмещен с функцией прозвонки):

1. Подключить наконечники проводов измерителя к каждому диодному выводу. Минус соединить с алюминиевой или стальной пластинкой, а плюс – с металлической жилой, которая сделана в виде луженого оголённого проводка (диаметр не меньше 1 мм).
2. Одним проводом дотронуться до жилы или пластины, а другим — до противоположного вывода. После этого поменять щупы местами.

Значения работающего диода в одном направлении будут в пределах 400-700, в другом — бесконечность или 1. Диоды с плюсом и минусом проверяются аналогично.

Так нужно протестировать все диоды. Если у какого-то элемента с обоих направлений показывается 1, значит, он повреждён.

Значения на всех диодах не должны сильно отличаться. Если же у диода серьезное отклонение, он работает плохо.

Подробности проверки диодного моста генератора мультиметром на видео:

Теперь вы знаете, как проверить диодный мост генератора мультиметром.

Проверка моста с другой конструкцией

Как проверить диодный мост других устройств?

Принцип действия обычный (проверка, не выпаивая):

1. Перевести цифровой мультиметр в режим проверки диодов. Если у вас стрелочный агрегат, выбирайте функцию измерения сопротивления с диапазоном в 1 кОм.
2. Прозвонить каждый диод, подключая щупы тестера в одной полярности, затем в другой. В одном направлении будет небольшое сопротивление (в пределах 200-700 Ом), в другом прозвонка невозможна, то есть мультиметр выдает «бесконечность».

Суть проверки показана на картинке:

Если результаты не соответствуют норме, нужно выпаивать мост. Принцип проверки такой же, как описан выше. Если у диода в двух направлениях высокие значения, он в обрыве. Если звонится в обоих случаях, то элемент пробит.

Правила безопасности

В зависимости от того, где и какой диодный мост вы проверяете, учтите следующее:

1. Многие современные агрегаты функционируют с высоковольтными источниками питания, то есть мосты в них под высоким напряжением! Поэтому перед тестированием отключите устройство от сети и разрядите сглаживающие конденсаторы, которые на фото под алыми стрелочками. Сделать это просто: можно замкнуть на секундочку конденсаторные выводы отверткой, при этом держать ее нужно за изолирующий участок. Если не учесть этот пункт, можно потерять жизнь!

1. Когда ремонт закончен, не стоит напрямую подключать прибор в сеть. Сначала включите его через лампу (150-200 Вт). Если все в порядке, она будет немного гореть. А вот яркий свет указывает на короткое замыкание.
2. Берегите глаза и не только. Детали импульсных блоков способны взорваться, если отремонтированы неправильно, а это очень опасно!

Теперь вы знаете, как проверить диодный мост мультиметром. Беритесь за работу, если всесторонне изучили технику безопасности и уверены в своих силах.

Делитесь в комментариях своим опытом.

Желаем безопасных и точных измерений!

Вопрос — ответ

Вопрос: Как проверить диодный мост генератора цифровым мультиметром?

Имя: Кирилл

Ответ: Сначала нужно разобрать генератор и снять диодный мост, промыть его в бензине, чтобы избавить от масла и грязи. Дать высохнуть и приступать к проверке в соответствии с инструкцией.

Вопрос: Как прозвонить четырехвыводный диодный мост мультиметром?

Имя: Камиль

Ответ: Перевести цифровой мультиметр в режим проверки диодов. Прозвонить каждый диод, подключая щупы тестера в одной полярности, затем в другой. В одном направлении будет небольшое сопротивление (в пределах 200-700 Ом), в другом прозвонка невозможна, то есть мультиметр выдает «бесконечность».

Вопрос: Как прозвонить диодный мост автомобильного генератора мультиметром?

Имя: Кирилл

Ответ: После снятия моста с генератора установить щупы тестера в соответствующие гнезда. Выбрать на мультиметре режим проверки диодов, подключить наконечники проводов измерителя к каждому диодному выводу. Минус соединить с алюминиевой или стальной пластинкой, а плюс – с металлической жилой. Одним проводом дотронуться до жилы или пластины, а другим — до противоположного вывода. После этого поменять щупы местами.

Как проверить диодный мост мультиметром?

Поскольку в электронике всё чаще применяются диодные мосты в одном корпусе, то встаёт вопрос о методике их проверки. Мне частенько задают вопрос: «Как проверить диодный мост?».

О проверке обычных диодов я уже рассказывал, но тему проверки диодных сборок как-то упустил из виду. Заполним этот пробел.

Для начала вспомним основные свойства диода и схему диодного моста (так называемую схему Гретца).

Как известно, диод пропускает ток только в одном направлении – это его основное свойство. Схема диодного моста по схеме Гретца приведена на рисунке.

К выводам со значком «~» подводится переменное напряжение, полярность подключения тут не важна. Проще говоря, два вывода «~», это вход переменного напряжения.

С выводов «+» и «—» снимается уже постоянное напряжение. На самом деле оно пульсирующее, но сейчас не об этом.

Иногда выводы для подключения переменного напряжения (~) маркируются также AC, что означает Alternating Current – в переводе с английского «переменный ток».

Итак, память освежили, теперь подумаем о том, как же нам проверить диодный мост мультиметром.

Для экспериментов возьмём диодную сборку RS407 на прямой ток 4 ампера и обратное напряжение 1000 вольт. Также нам потребуется любой цифровой мультиметр.

Включаем мультиметр в режим проверки диода. Обычно он совмещён с режимом «прозвонки» и обозначен на панели прибора символом диода.

Чтобы было более наглядно, нарисуем схему диодного моста на бумаге и будем ориентироваться на рисунок. Далее проверим диоды, которые на рисунке обозначены под номером 1 и 2. Для этого подключаем к минусовому выводу диодного моста плюсовой щуп мультиметра (красный). А минусовой щуп (чёрный) подключаем к выводам моста со значком «~» или аббревиатурой AC. Так как диода два, то проделываем эту операцию по очереди.

Так как в таком случае диоды будут включены в прямом (проводящем) направлении, то на дисплее мультиметра мы увидим числа вроде 0,562V (562 mV). Это падение напряжения на P-N переходе открытого диода. Его ещё называют пороговым, т.е. чтобы открыть диод, нужно превысить данное напряжение. В зарубежных даташитах этот параметр называется Forward Voltage или Forward Voltage Drop (сокращённо V_f), что в вольном переводе означает «падение напряжения в прямом включении».

Для кремниевых диодов пороговое напряжение (V_f) составляет 400.. .1000 mV.

Теперь подключаем чёрный щуп к другому выводу моста со значком «~» или сокращением AC. Результат должен быть аналогичный. Вот взгляните.

Как видим, этот диод также проводит ток в прямом включении, а величина порогового напряжения чуть-чуть отличается (566 mV), это нормально.

Чтобы 100% удостовериться в исправности диодов 1 и 2, проверим их при обратном включении. Для этого к минусовому выводу моста («—«) подключаем минусовой, чёрный щуп мультиметра, а красный плюсовой щуп поочерёдно подключаем к выводам, обозначенным символом «~».

Проверка одного диода…

…второго.

В обоих случаях на дисплее будет отображаться единица, что свидетельствует о высоком сопротивлении P-N перехода. В таком включении диоды ток не пропускают. Они исправны.

Итак, диоды под номером 1 и 2 мы проверили и убедились в том, что они пропускают ток в одном направлении.

Теперь проверяем другую часть моста — диоды 3 и 4. Для этого к плюсовому выводу моста подключаем минусовой щуп мультиметра и по очереди соединяем красный щуп мультиметра с выводами AC диодной сборки. Это будет проверка диодов при прямом включении.

Как видим, диоды 3 и 4 исправны. Для большей уверенности меняем щупы и проверяем их при обратном включении, аналогично тому, как это делали с диодами 1 и 2. В обоих случаях на дисплее должна быть единица.

Многим такая методика проверки может показаться сложной и нудной. Да, я бы назвал такую проверку «дотошной», но она очень эффективна, так как мы проверяем все диоды сборки по отдельности.

Быстрая проверка диодного моста.

Есть и более быстрый вариант проверки диодного моста. На рисунке, что на фото, видно, что диоды 1 и 3 включены последовательно. Значит можно проверить их сразу. Вот так.

Подключаем к минусовому выводу моста плюсовой щуп мультиметра, а к плюсовому — минусовой щуп. На дисплее должно отобразиться что-то вроде этого.

Так как диоды 1 и 3 включены последовательно, то пороговые напряжения переходов будут складываться. В данном случае оно равно 1,045V. Но не будем спешить! Диоды 2 и 4 тоже включены последовательно и в прямом включении. Мало того, они соединены параллельно последовательной ветке из диодов 1 и 3. А это значит, что измерительный ток разделится и также потечёт и через эту ветку.

Таким образом, мы проверяем сразу все 4 диода. Если хотя бы один из диодов будет пробит, то мы уже получим на дисплее не значение около 1 вольта, а минимум в два раза меньше, около 0,5V. В дальнейшем мы в этом убедимся, а пока поменяем щупы местами и проверим диоды в обратном включении.

Как видим, прибор показывает единицу – сопротивление диодов велико.

А теперь возьмём заведомо неисправный диодный мост. У меня в наличии оказался диодный мост с маркировкой KBL06. Один из его диодов пробит. Проводим быструю проверку.

Как видим на фото, пороговое напряжение двух последовательно включенных диодов равно 554 милливольтам (554 mV). В таком случае, величина порогового напряжения на одном диоде будет равно около 277 mV, что для кремниевых диодов маловато. А теперь внимание! Перекинем плюсовой щуп на соседние выводы AC диодного моста. На одном из них прибор покажет нулевое сопротивление, и прибор противно запищит! Мы нашли пробитый диод внутри диодной сборки.

Меняем щупы мультиметра местами, чтобы проверить диод в обратном включении. Напомню, что в обратном включении диод ток не пропускает, он закрыт.

На дисплее тоже, что и раньше. Сопротивление P-N перехода диода равно 0. Мы убедились в том, что один из диодов (3 или 4) сборки пробит. Такой мост нельзя применять, он неисправен.

Как видим, диодный мост можно проверить и быстро, но это не факт, что он окажется исправен. Представьте ситуацию, когда будут пробиты диоды 1 и 4. В таком случае при быстрой проверке прибор нам покажет на дисплее значение около 200 mV (для выпрямительных кремниевых диодов). В обратном включении прибор покажет единицу, так как исправные диоды 3 и 4 не пропустят ток в обратном направлении. Закрыв глаза на весьма малое значение в 200 mV, мы допустим ошибку, и сделаем неверный вывод об исправности моста. Поэтому в особо важных случаях желательно проводить полную проверку диодного моста.

Как уже было сказано, наиболее часто диоды выходят из строя по причине пробоя P-N перехода. Но на практике может встретиться другая неисправность диода – обрыв. Обрыв, это когда диод не проводит ток ни в прямом, ни в обратном включении, он является своего рода изолятором. В таком случае, мультиметр при проверке диода в прямом и обратном включении всегда будет отображать единицу (высокое сопротивление).

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

• Методика проверки транзистора цифровым мультиметром.

• Как измерить сопротивление цифровым мультиметром?

• Правила соединения резисторов.

Activity: Модулятор диодного кольца — ADALM2000 [Analog Devices Wiki]

Эта версия (07 февраля 2022 г. , 15:11) была одобрена Дугом Мерсером. Доступна ранее утвержденная версия (3 января 2021 г., 22:21).

Содержание

• Деятельность: Кольцевой диодный модулятор — ADALM2000

  • Объектив

  • Материалы

  • Фон

  • Эксплуатация

  • Настройка оборудования

  • Процедура

  • Вопросы

• Упрощенный кольцевой диодный модулятор

  • Настройка оборудования

  • Процедура

  • Вопрос

• Дополнительная литература

Объектив

Целью этого задания является описание работы диодного кольцевого смесителя, определение некоторых его применений и изучение основ создания сигналов с двухполосным подавлением несущей (DSBSC).

Материалы

Модуль активного обучения ADALM2000
Макетная плата без пайки
4 — Резисторы 100 Ом
2 — Резисторы 1 кОм
4 — Диоды 1N914
2 — Двухобмоточные трансформаторы (при наличии)

Фон

67
В электронных коммуникациях сбалансированный модулятор представляет собой схему, которая создает сигналы с двухполосной подавленной несущей (DSBSC): он подавляет несущую радиочастоты, оставляя на выходе суммарную и разностную частоты. В выходном сигнале отсутствует несущая, но он содержит всю информацию, которую имеет традиционный AM-сигнал. Это приводит к экономии энергии при передаче сигнала.

Одним из наиболее распространенных балансных модуляторов является модулятор с диодным кольцом, также известный как решетчатый модулятор. Он состоит из четырех диодов, изначально выполненных в виде «кольца» (отсюда и название), а также входного и выходного трансформаторов. Модулятор имеет два входа: одна несущая частота и модулирующий сигнал, который может быть одной частотой или сложной формой волны. Несущая подается на средние выводы входного и выходного трансформаторов, а модулирующий сигнал — на первичную обмотку входного трансформатора. Выход, однако, измеряется на вторичной обмотке выходного трансформатора. На рис. 1 показан кольцевой диодный модулятор в двух различных схемах.

Рис. 1. Кольцевой диодный модулятор

Кроме того, кольцевой диодный модулятор является одной из наиболее широко используемых схем в электронной связи. Помимо создания сигналов DSBSC, он также используется в системах частотной и фазовой модуляции, а также в системах цифровой модуляции, таких как PSK и QAM.

Ориентацию диодов в кольцевом модуляторе нельзя путать с ориентацией диодного мостового выпрямителя. Они могут иметь похожую форму «кольца»; однако у кольцевого модулятора все диоды обращены либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки, а у мостового выпрямителя диоды обращены либо влево, либо вправо.

Эксплуатация

Диоды, используемые в диодном кольцевом модуляторе, могут быть кремниевыми, кремниевыми с барьером Шоттки или арсенид-галлиевыми. Они служат переключателями, которые контролируют, передается ли входной сигнал с разворотом фазы на 180° или без него. Несущий сигнал — это тот, который включает и выключает диоды с высокой скоростью. Важно знать, что для работы модулятора амплитуда несущей должна быть значительно больше амплитуды модулирующего сигнала, примерно в шесть-семь раз больше.

Рисунок 2. Положительный полупериод

Во время положительного полупериода D1 и D2 смещены в прямом направлении и включены, а D3 и D4 смещены в обратном направлении и действуют как разомкнутые цепи. Затем несущий ток делится поровну на центральном ответвлении вторичной обмотки входного трансформатора и течет в противоположных направлениях через верхнюю и нижнюю половины обмотки. Токи в верхней и нижней частях создают магнитное поле, которое одновременно равно и противоположно друг другу, поэтому создаваемые магнитные поля компенсируются, и носитель подавляется. Таким образом, модулирующий сигнал передается от входных к выходным трансформаторам через D1 и D2 без реверса фазы. На рис. 2 показан положительный полупериод работы модулятора.

Рисунок 3. Отрицательная операция полупериода

На рис. 3 показан отрицательный полупериод работы кольцевого диодного модулятора. Диоды D1 и D2 смещены в обратном направлении и выключены, а диоды D3 и D4 смещены в прямом направлении и включены. Опять же, то же самое происходит с током несущей. Он делится поровну в первичной обмотке выходного трансформатора, и оба тока создают магнитные поля, равные и противоположные друг другу. Два тока сливаются во вторичной обмотке входного трансформатора, магнитные поля компенсируются, а несущая подавляется. Модулирующий сигнал проходит через входной трансформатор и перед поступлением на выходной трансформатор подвергается обращению фазы на 180°.

На рисунке ниже показаны формы сигналов диодного кольцевого модулятора на временной диаграмме.

Рис. 4. Формы сигналов модулятора с диодным кольцом: (A) Модулирующий сигнал, (B) Несущий сигнал, (C) Сигнал DSBSC на первичной обмотке выходного трансформатора, (D) Форма сигнала DSBSC после фильтрации

Форма выходного сигнала кольцевого диодного модулятора имеет подавленный несущий сигнал и состоит из суммы и разности входных частот. Это радиочастотные импульсы, которые принимают форму и амплитуду модулирующего сигнала со скоростью несущего сигнала. В идеале несущий сигнал полностью подавляется, однако на самом деле этого не происходит. Небольшая составляющая несущей всегда идет с выходным сигналом, и это называется утечка носителя . Это происходит по нескольким причинам: во-первых, если трансформаторы не имеют ответвления точно по центру; и второе, если диоды не идеально подобраны.

Настройка оборудования

Рис. 5. Макетная схема кольцевого диодного модулятора

Соберите схему, показанную на рис. 5, на макетной плате без пайки. Используйте быстродействующий диод 1N914 для диодного кольца. Установите W1 как синусоидальный модулирующий сигнал 1 кГц с амплитудой 1 В от пика до пика и установите W2 как синусоидальную несущую 10 кГц с амплитудой 3 В от пика до пика. Для входного и выходного трансформаторов необходимо соотношение витков 1:2. Вы можете поэкспериментировать с другим коэффициентом трансформации трансформатора и сравнить выходные результаты. Для этой работы необходим трансформатор Hexa-Path Magnetics с компоновкой обмотки HP3, HP4, HP5 или HP6. Если он недоступен, вы можете продолжить моделирование LTspice.

Процедура

Рисунок 6. Форма сигнала DSBSC

Наблюдайте за формой выходного сигнала схемы. Он должен иметь форму волны, аналогичную показанной выше смоделированной форме волны.

Вопросы

1. Измените коэффициент трансформации входного и выходного трансформаторов. Наблюдайте и сравнивайте выходные сигналы.
2. Поменяйте местами W1 и W2 в цепи. Сравните его с исходной формой выходного сигнала. Что происходит с формой выходного сигнала?

Рис. 7. Упрощенный бестрансформаторный диодный кольцевой модулятор

На рис. 7 без трансформаторов используется более упрощенный подход к традиционному кольцевому диодному модулятору. Как сумма, так и разность несущего и модулирующего сигнала подаются на противоположные соединения диодного кольца с помощью ADALM2000 через два входных резистора с низким сопротивлением, R1 и R2, тем самым отключая входной трансформатор. Выходной сигнал может быть измерен на высокоомных выходных резисторах R3 и R4. Эти резисторы затем заменяют выходной трансформатор.

Настройка оборудования

Рис. 8. Упрощенный бестрансформаторный диодный кольцевой модулятор, подключение макетной платы

Эти бестрансформаторные версии диодного кольцевого модулятора могут быть легко снабжены суммой несущих и модулирующих сигналов на одном переходе и разностью сигналов на другом с помощью генераторов сигналов ADALM2000. Настройте макет с выходом первого генератора сигналов, W1, на другой конец R1 и второго генератора сигналов, W2, на другой конец R2. Подключите вход осциллографа 1+ к стыку D1, D3 и R4. Присоедините вход области 1- к узлу, который связывает D2, D4 и R3. Наконец, подключите узел между R3 и R4 к земле. См. рис. 8 для подключения.

Процедура

В этом упражнении мы будем использовать несущую с уравнением формы волны f _c = 3sin(10kt) и модулирующий сигнал с уравнением f _m = 0,5sin(1kt) . Первоначально две формы волны перемножаются, и выходной сигнал является их произведением. Он содержит верхнюю частоту боковой полосы f _usf и нижнюю частоту боковой полосы f _lsf . Их определения:

куда:

В этом упрощенном подходе мы будем напрямую подавать боковые полосы на входы. Принимая во внимание несущую и модулирующие сигналы, мы будем иметь f(t) = 3sin(10kt) + 0,5sin(1kt) для верхней боковой полосы и f(t) = 3sin(10kt) — 0,5sin(1kt) ) для нижней боковой полосы.

В генераторе сигналов задайте уравнение f(t) = (3*sin(10*t)) + (0,5*sin(t)) с частотой 1 кГц для W1 (Ch2) и f(t) = (3*sin(10*t)) — (0,5*sin(t)) с той же частотой 1 кГц для W2. На осциллографе установите по горизонтали 200 мкс/дел и по вертикали 500 мВ /дел. Запустите генератор сигналов и осциллограф и наблюдайте за формой сигнала. Это должно иметь аналогичный результат с формой сигнала ниже.

Рис. 9. Упрощенный бестрансформаторный диодный кольцевой модулятор

Вопрос

1. Что произойдет, если номиналы резисторов, показанные на рис. 7, изменятся? Замените R1 и R2 на резисторы 1 кОм, что произойдет с амплитудой выходного сигнала? Верните R1 и R2 к их предыдущим значениям. Замените R3 и R4 на резисторы 1 кОм и снова наблюдайте за формой выходного сигнала.

Ресурсы лаборатории:

• Fritzing файлы: диод_кольцо_мод_бб

• Файлы LTspice: диод_кольцо_мод_ltspice

Некоторые дополнительные ресурсы:

• Цепи ВЧ/ПЧ

• Простая цифровая модель кольцевого модулятора на основе диодов. Паркер, Университет Дж. Аалто, Финляндия

• Аналоговая связь — модуляторы DSBSC

• Кольцевой модулятор

  для двухполосного подавления несущей 9-го поколения0005

Вернуться к содержанию лабораторной работы

университет/курсы/электроника/электроника_lab_diode_ring_modulator. txt · Последнее изменение: 07 февраля 2022 г., 15:11, автор: Doug Mercer

Мостовой выпрямитель, состоящий из четырех диодов, обеспечивает двухполупериодное выпрямление без необходимости использования трансформатора с отводом от средней точки.

Цепи диодного выпрямителя Включают:
Цепи диодного выпрямителя
Полупериодный выпрямитель
Двухполупериодный выпрямитель
Двухдиодный двухполупериодный выпрямитель
Двухполупериодный мостовой выпрямитель
Синхронный выпрямитель

Мостовой выпрямитель представляет собой электронный компонент, который широко используется для обеспечения двухполупериодного выпрямления и, возможно, является наиболее широко используемой схемой для этого приложения.

Мостовой выпрямитель с четырьмя диодами имеет отличительный формат с символом схемы, основанным на квадрате с одним диодом на каждой ножке.

Типовой мостовой выпрямитель для монтажа на печатной плате

Благодаря своим характеристикам и возможностям двухполупериодный мостовой выпрямитель используется во многих линейных источниках питания, импульсных источниках питания и других электронных схемах, где требуется выпрямление.

Ввиду их широкого применения мостовые выпрямители доступны в виде отдельных электронных компонентов, содержащих диоды, соединенные в кольцо.

Некоторые из них представлены в виде компонентов, монтируемых в сквозные отверстия для печатных плат, другие — в виде компонентов для поверхностного монтажа, а третьи доступны в виде компонентов, которые можно прикрепить болтами к радиаторам. Эти последние обычно используются для приложений с более высоким током.

Очевидно, что также можно создать мостовой выпрямитель из четырех диодов, хотя использование четырех отдельных диодов может оказаться не таким удобным в использовании, как один компонент мостового выпрямителя.

Схемы мостового выпрямителя

Существует множество различных электронных схем, в которых мостовой выпрямитель может использоваться в качестве основы общей схемы, однако ситуация, когда он используется для выпрямления входящего сигнала переменного тока от источника питания трансформатора, является одной из наиболее распространенных.

Схема базовой схемы мостового выпрямителя имеет блок мостового выпрямителя в центре. Он состоит из мостовой схемы, включающей четыре диода. Это могут быть отдельные диоды, или также легко получить мостовые выпрямители в виде отдельного электронного компонента.

Двухполупериодный выпрямитель с использованием мостового выпрямителя

Мостовой выпрямитель обеспечивает двухполупериодное выпрямление и имеет то преимущество перед двухполупериодным выпрямителем, использующим два диода, что в трансформаторе не требуется отвода от центра. Это означает, что для обеих половин цикла используется одна обмотка.

Электронные компоненты с обмоткой стоят дорого, а включение центрального отвода означает, что для обеспечения двухполупериодного выпрямления необходимы две идентичные обмотки, каждая из которых обеспечивает полное напряжение. Это удваивает количество витков и увеличивает стоимость трансформатора.

Подход с использованием трансформатора с центральной лентой имеет то преимущество, что требуются только два диода, по одному подключенному к внешней стороне каждой обмотки, а центральный отвод соединен с землей. Однако дополнительная стоимость дополнительной обмотки намного превышает стоимость двух дополнительных полупроводниковых диодов, необходимых для создания мостового выпрямителя.

Общая стоимость источника питания обычно очень важна при разработке линейных источников питания или других электронных устройств.

Чтобы увидеть, как работает мостовой диодный двухполупериодный выпрямитель, полезно увидеть ток, протекающий по полному циклу входящего сигнала.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель, показывающий протекание тока

В большинстве источников питания, будь то для линейных регуляторов напряжения или импульсных источников питания, выход мостового выпрямителя будет подключен к сглаживающему конденсатору как часть нагрузки.

Эти электронные компоненты принимают заряд на высоковольтных участках сигнала, а затем отдают заряд на нагрузку при падении напряжения. Таким образом, они обеспечивают более постоянное напряжение, чем прямой выход мостового выпрямителя. Это позволяет правильно работать другим схемам, таким как линейные регуляторы напряжения и импульсные источники питания.

Примечание по сглаживанию конденсаторов источника питания:

Конденсаторы используются во многих источниках питания как для линейных стабилизаторов напряжения, так и для импульсных источников питания для сглаживания выпрямленной формы волны, которая в противном случае колебалась бы между пиковым напряжением формы волны и нулем. Сглаживая форму сигнала, от него можно запускать электронные схемы.

Подробнее о Сглаживание конденсаторов.

Что касается мостового выпрямителя и его диодов, включение конденсатора означает, что ток, проходящий через диоды, будет иметь значительные пики по мере зарядки конденсатора.

Период, в течение которого заряжается конденсатор источника питания

При выборе электронных компонентов для мостового выпрямителя необходимо убедиться, что они могут выдерживать пиковые уровни тока.

Мостовые выпрямители

Компоненты мостового выпрямителя могут иметь различные формы. Их можно сделать с использованием дискретных диодов. Кольцо из четырех диодов легко сделать либо на бирке, либо в составе печатной платы. Необходимо позаботиться о том, чтобы диоды достаточно вентилировались, поскольку они могут рассеивать тепло под нагрузкой.

Схема мостового выпрямителя и маркировка

В качестве альтернативы мостовые выпрямители представляют собой отдельные электронные компоненты, содержащие четыре диода в едином блоке или корпусе. Выведены четыре соединения и помечены «+», «-» и «~». Соединение «~» используется для подключения к переменному входу. Связь + и — очевидна.

Некоторые из этих мостовых выпрямителей предназначены для монтажа на печатной плате и могут иметь провода для монтажа в сквозное отверстие. Другие могут быть устройствами для поверхностного монтажа.

Некоторые мостовые выпрямители заключены в корпуса большего размера и предназначены для установки на радиатор. Поскольку эти выпрямители рассчитаны на значительные уровни тока, они могут рассеивать значительные уровни тепла в результате падения диода, а также внутреннего сопротивления объемного кремния, используемого для диодов.

Рекомендации по проектированию схемы мостового выпрямителя

Схемы мостового выпрямителя

относительно просты — на самом деле нет особых проблем в любых электронных схемах.

Тем не менее, есть несколько моментов, которые необходимо помнить при использовании мостового выпрямителя для обеспечения выхода постоянного тока из входа переменного тока:

• Падение напряжения:  Не следует забывать, что ток, протекающий в мостовом выпрямителе, будет проходить через два диода. В результате выходное напряжение упадет на эту величину. Поскольку в большинстве мостовых выпрямителей используются кремниевые диоды, это падение будет составлять минимум 1,2 В и будет увеличиваться по мере увеличения тока. Соответственно, максимальное выходное напряжение, которое может быть достигнуто, составляет минимум 1,2 вольта ниже пикового напряжения на входе переменного тока.

• Рассчитайте тепло, рассеиваемое в выпрямителе:   Напряжение на диодах будет падать минимум на 1,2 В (при условии, что используется стандартный кремниевый диод), которое будет расти по мере увеличения тока. Это происходит из-за стандартного падения напряжения на диоде, а также сопротивления внутри диода. Обратите внимание, что ток проходит через два диода внутри моста в течение любого полупериода. Сначала один комплект из двух диодов, а затем другой.

  Стоит свериться с техническими данными диодов мостового выпрямителя или всего электронного компонента мостового выпрямителя, чтобы увидеть падение напряжения для предусмотренного уровня тока.

  Падение напряжения и ток, проходящий через выпрямитель, вызывают выделение тепла, которое необходимо отводить. В некоторых случаях это можно легко устранить с помощью воздушного охлаждения, но в других случаях мостовой выпрямитель может потребоваться прикрепить болтами к радиатору. Для этой цели многие мостовые выпрямители крепятся болтами к радиатору.

• Пиковое обратное напряжение:   Очень важно убедиться, что пиковое обратное напряжение мостового выпрямителя или отдельных диодов не превышается, иначе диоды могут выйти из строя.

  Номинал PIV диодов в мостовом выпрямителе меньше, чем требуется для двухдиодной конфигурации, используемой с трансформатором с отводом от середины. Если пренебречь падением напряжения на диоде, для мостового выпрямителя требуются диоды с номиналом PIV вдвое меньше, чем в выпрямителе с отводом от средней точки для того же выходного напряжения. Это может быть еще одним преимуществом использования этой конфигурации.

  Пиковое обратное напряжение на диодах равно пиковому вторичному напряжению V _с , поскольку в течение полупериода диоды D1 и D4 находятся в проводящем состоянии, а диоды D2 и D3 смещены в обратном направлении.

  Двухполупериодный мостовой выпрямитель с пиковым обратным напряжением

  Предполагая, что идеальные диоды не имеют падения напряжения на них — хорошее предположение для этого объяснения. Используя это, можно увидеть, что точки A и B будут иметь одинаковый потенциал, как и точки C и D. Это означает, что на нагрузке появится пиковое напряжение от трансформатора. Такое же напряжение появляется на каждом непроводящем диоде.

Мостовые выпрямители идеально подходят для получения выпрямленного выходного сигнала от переменного входа. Мостовой выпрямитель обеспечивает двухполупериодное выпрямление на выходе, что во многих случаях позволяет достичь лучших характеристик.

Схема мостового выпрямителя с раздельным питанием

Для многих схем, таких как операционные усилители, может потребоваться раздельное питание от линейного источника питания. Для этих и других приложений можно очень легко создать раздельное питание, используя двухполупериодный мостовой выпрямитель. Хотя он возвращается к использованию разделенного трансформатора, то есть с центральным отводом, может быть целесообразно получить импульсный или линейный источник питания с комбинацией как отрицательного, так и положительного питания с использованием мостового выпрямителя.

Мостовой двухполупериодный выпрямитель с двойным питанием

Схема работает эффективно и рационально, поскольку обе половины формы входного сигнала используются в каждой секции вторичной обмотки трансформатора.

Решение с мостовым выпрямителем с двойным питанием требует использования трансформатора с отводом от средней точки, но в любом случае для обеспечения двойного питания часто требуется вторая обмотка.

Схема двухполупериодного выпрямителя на основе диодного моста работает хорошо и используется в большинстве приложений двухполупериодного выпрямителя. Он использует обе половины формы волны в обмотке трансформатора и в результате снижает тепловые потери при заданном уровне выходного тока по сравнению с другими решениями. Кроме того, это решение не требует трансформатора с отводом от средней точки (за исключением версии с двойным питанием), в результате чего снижаются затраты.

Мостовой выпрямитель, вероятно, наиболее известен своим использованием в импульсных источниках питания и линейных источниках питания, но он также используется во многих других схемах.