Схема ларионова на диодах: Мостовой схеме выпрямления (схеме Ларионова) — Студопедия

Содержание

Мостовой схеме выпрямления (схеме Ларионова) — Студопедия

Трехфазный мостовой выпрямитель (рис. 3.2) состоит из трехфазного трансформатора и комплекта диодов, собранных по трехфазной мостовой схеме (схема профессора А.Н. Ларионова).

В схеме выпрямителя используется шесть диодов: VD1…VD6. Три диода (VD1, VD3, VD5) соединены в катодную группу. Их общая точка имеет положительную полярность. Из этих трех диодов проводящим будет тот, на аноде которого в данный момент наиболее высокий положительный потенциал. Три диода (VD2, VD4, VD6) соединены в общую точку анодами и образуют анодную группу.

Их общая точка имеет отрицательную полярность. Из диодов анодной группы проводящим будет тот, на катоде которого наиболее отрицательный потенциал. В каждый момент времени в рассматриваемой схеме выпрямителя, как и в однофазной мостовой схеме, открыты два диода: один — в катодной, а другой — в анодной группах. Каждый диод работает в течение одной трети периода (рис.3.2, г, д), что отражено на графиках для токов катодной (iVDк) и анодной (iVDa) групп.

Рисунок 3.2 — Трехфазный мостовой выпрямитель (схема Ларионова):

а – электрическая принципиальная схема;

б-е – диаграммы напряжений и токов

На рис. 3.2,б изображены кривые мгновенных значений напряжений в фазах вторичных обмоток трансформатора uа, ub, uc а на рис. 3.2, в — кривые выпрямленных напряжения ud и тока id. На интервале t1t2, равном p/3, напряжение фазы a (ua) имеет наибольшее положительное значение и, следовательно, на аноде диода VD1 потенциал наиболее высокий, т.е. диод VD1 открыт. Наибольшее отрицательное значение на этом же интервале имеет напряжение фазы b(ub), т.е. катод диода VD4 имеет наибольший отрицательный потенциал, отпирающий этот диод.



Таким образом, на интервале t1t2 к сопротивлению нагрузки через открытые диоды VD1 и VD4 будет приложено линейное напряжение между точками a и b (uab). Под действием этого напряжения ток будет протекать по цепи: + uа, VD1, Rd, VD4, —ub. В момент t2 (M1 — точка естественной коммутации диодов) мгновенные значения напряжений uв и uс равны, а далее напряжение uc будет более отрицательным. Это приведет к открытию диода VD6. Диод VD1 будет оставаться открытым, так как ua остается положительным.

На интервале t2t3, также равном p/3, будут открыты диоды VD1 и VD6, к сопротивлению нагрузки будет приложено линейное напряжение между точками а и с, и ток будет протекать в том же направлении по цепи: +uа, VD1, Rd, VD6, —uс. В момент t3 (точка N1) произойдет переключение диодов VD1 и VD3; диод VD3 откроется, так как uв будет равным ua и далее большим, а диод VD1 закроется.

На интервале t3t4 открыты диоды VD3 и VD6, ток будет протекать по цепи: + ub, VD3, Rd, VD6, —uс. Далее процессы переключения диодов происходят в точках M2 (VD6 и VD2), N2 (VD3 и VD5), M3 (VD2 и VD4), N3 (VD5 и VD1), обеспечивая протекание тока по нагрузке в одном направлении.

Поскольку на нагрузку работают две последовательно соединенные вторичные фазовые обмотки трансформатора, то график выпрямленного напряжения ud представляет собой сумму огибающих фазовых напряжений работающих обмоток трансформатора.

Можно сформулировать правило: в схеме в любой момент времени открыты только два вентиля — а именно те, через которые к резистору нагрузки приложено наибольшее линейное напряжение

uab = ua-(- ub), ubc = ub-(- uc) .

Период изменения основной гармонической переменной составляющей выпрямленного напряжения, как видно из рис.3.2, в, в 6 раз меньше периода изменения тока сети (ТТс/6). Следовательно, частота этой гармоники в 6 раз больше частоты тока питающей сети (f= 6fc). Несмотря на то, что схема получает электропитание от трехфазного трансформатора, кривая выпрямленного напряжения соответствует шестифазной схеме.

Мгновенное значение выпрямленного напряжения равно линейному напряжению работающих одновременно фаз:

(3.3)

Среднее значение выпрямленного напряжения равно:

(3.4)

Приняв для удобства за начало отсчета точку О1 на огибающей ud (посредине между t1 = p/6 и t2 = 3p/6 на рис.3.2, в), выразим среднее значение выпрямленного напряжения через функцию косинуса

(3.5)

Основные соотношения, показатели качества выпрямления и энергетические параметры трехфазной двухтактной мостовой схемы выпрямления приведены в таблице 3.1.

Достоинства трехфазной двухтактной мостовой схемы выпрямления по сравнению с предыдущими схемами перечислены ниже.

1. Отсутствие вынужденного подмагничивания постоянной составляющей выпрямленного тока, что обеспечивает высокое значение коэффициента использования трансформатора.

2. Малая амплитуда обратного напряжения.

3. Возможность включения вентилей непосредственно в сеть переменного тока (без трансформатора), если напряжение имеет требуемую величину.

Основным недостатком данной схемы выпрямления является необходимость применения шести вентилей вместо трех по сравнению с предыдущей схемой Миткевича.

Трехфазные мостовые выпрямители находят наиболее широкое применение в ИВЭ РЭС при питании от трехфазных первичных источников.

Трехфазный мостовой выпрямитель (схема Ларионова)

Трехфазный мостовой выпрямитель (рис. 2.2, а) можно рассматривать как со­единение двух трехфазных выпрямителей с нулевым выводом, у одного из которых диоды VD1, VD3, VD5 образуют катодную группу, а у другого диоды VD2, VD4, VD6 обра­зуют анодную группу. Трансформаторы у этих выпрямителей совмещены в один. При работе мостовой схемы ток проводят всегда два диода; один в анодной, а другой – в ка­тодной группе.

В любой момент времени в катодной группе будет открыт тот диод, по­тенциал которого по отношению к средней точке трансформатора выше (более поло­жительный) потенциала анода других диодов. В анодной группе проводит тот диод, по­тенциал, которого ниже (более отрицателен) по отношению к потенциалам катодов других диодов.

Например, в момент времени θ = θ1 (рис. 2.2, б) в катодной группе про­водит диод VD1, в анодной – VD6.

Переход тока с диода на диод в обоих группах происходит в точках естественной коммутации К1, К2, К3,…, А1, А2, А3 и т.д. Порядок вступления диодов в работу соответствует их номерам (см. рис. 2.2, б). Таким образом, по отношению к нулевой точке трансформатора потенциал общих катодов из­меряется по верхней огибающей, а потенциал общих анодов – по нижней огибающей кривых фазных напряжений ua, ub, uc.

Мгновенное выпрямленное напряжение ud (рис. 2.2, г мостового выпрямителя равно разности потенциалов катодной и анодной групп и соответствует ординатам, за­ключенным между верхней и нижней огибающими (рис. 2.2, б). Из рис. 2.2, в видно, что пульсации выпрямленного напряжении ud и тока id (см. рис. 2.2, a, при активной нагрузке ключ К замкнут) происходят с шестикратной частотой по отношению к частоте сети.

Форма выпрямленного тока и тока через диод показана на рис. 2.2, в, г, при ак­тивной нагрузке выпрямителя rв и работе выпрямителя на обмотку возбуждения (см. рис. 2.2 в, штриховая линия). Обратное напряжение имеет форму, как в нулевой схеме, но в два раза меньшей амплитуды.

Ток в каждой фазе вторичной обмотки трансформатора протекает дважды за пе­риод в противоположных направлениях. В связи с этим в мостовой схеме отсутствует вынужденное подмагничивание сердечника трансформатора. Форма первичного тока находится из условия компенсации магнитодвижущих сил (МДС) первичной и вторичной обмоток (см. рис. 2.2, д) при соединении первичной обмотки в звезду. Выпрямитель при этом на­гружен на обмотку возбуждения. Расчетные соотношения для мостовой схемы нахо­дятся из общих формул (2.1 – 2.8), при m = 6. Численные значения соответствующих ве­личин приведены в таблице 1.1.

При сравнительном анализе трехфазной нулевой и мостовой схем можно сделать те же выводы, что и для соответствующих однофазных схем.

Улучшение гармонического состава кривых выпрямленного напряжения и сете­вого тока достигается в многофазных схемах выпрямления, используемых для машин большой мощности. На практике широко применяют двенадцатифазные схемы вы­прямления (m = 12), образованные последовательным или параллельным соединением двух мостовых выпрямителей.

Трёхфазный выпрямитель — Википедия

Трёхфазный выпрямитель — устройство применяемое для получения постоянного тока из трёхфазного переменного тока системы Доливо-Добровольского.

Схема трёхфазного выпрямителя Ларионова на трёх диодных полумостах (на 6 диодах)

История и классификация

Наиболее распространены трёхфазный выпрямитель по схеме Миткевича В. Ф. (на трёх диодах), предложенный им в 1901 г.[1], и трёхфазный выпрямитель по схеме Ларионова А. Н. (на шести диодах), предложенный им в 1924 г.[2].[источник не указан 864 дня] В 1923 году в США также подаётся патент US1610837 A на трёхфазные выпрямители.

Менее известны трёхфазные выпрямители по схемам «три параллельных моста» (на двенадцати диодах), «три последовательных моста»
(на двенадцати диодах) и др., которые по многим параметрам превосходят и схему Миткевича и схему Ларионова. При этом требуются диоды со средним током через один диод почти вдвое меньшим, чем в схеме Ларионова.

Следует отметить, что выпрямитель Миткевича является четвертьмостовым параллельным, выпрямитель Ларионова является не полномостовым, как его часто считают, а полумостовым параллельным («три параллельных полумоста»). В зависимости от схемы включения трёхфазного трансформатора или трёхфазного генератора (звезда, треугольник) схема Ларионова имеет две разновидности: «звезда-Ларионов» и «треугольник-Ларионов», которые имеют разные напряжения, токи, внутренние сопротивления.

По схемам можно заметить, что схема Миткевича является недостроенной схемой Ларионова, а схема Ларионова является недостроенной схемой «три параллельных моста».

Из-за принципа обратимости электрических машин по этим же схемам строятся и преобразователи (инверторы).

Трёхфазный выпрямитель «три четвертьмоста параллельно» (Миткевича В. Ф.)

Схема трёхфазного ртутного выпрямителя по схеме В. Ф. Миткевича приведена в[3].

Вид ЭДС на входе (точками) и на выходе (сплошной).

«Частично трёхполупериодный с нулевым выводом».
Площадь под интегральной кривой равна:

S=6∫π/6π/2Emsin⁡(ωt)d(ωt)=632Em=33Em{\displaystyle S=6\int \limits _{\pi /6}^{\pi /2}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t)=6{\frac {\sqrt {3}}{2}}E_{\text{m}}=3{\sqrt {3}}E_{\text{m}}},

где Em=2E2eff{\displaystyle E_{\text{m}}={\sqrt {2}}E_{\text{2eff}}} — максимальное (наибольшее) мгновенное значение ЭДС, E2eff{\displaystyle E_{\text{2eff}}} — эффективное (действующее) значение ЭДС вторичной обмотки трансформатора или генератора.

Средняя ЭДС равна: Esr=33Em2π=0,83Em=1,17E2eff.{\displaystyle E_{\text{sr}}={\frac {3{\sqrt {3}}E_{\text{m}}}{2\pi }}=0{,}83E_{\text{m}}=1{,}17E_{\text{2eff}}.}

На холостом ходу и близких к нему режимах ЭДС в ветви с наибольшей на данном отрезке периода ЭДС обратносмещает (закрывает) диоды в ветви с меньшей на данном отрезке периода ЭДС. Относительное эквивалентное активное сопротивление при этом равно сопротивлению одной ветви 3r. При увеличении нагрузки (уменьшении Rn) появляются и увеличиваются отрезки периода на которых обе ветви работают на одну нагрузку параллельно. Относительное эквивалентное внутреннее активное сопротивление на этих отрезках равно 3r/2. В режиме короткого замыкания эти отрезки максимальны, но полезная мощность в этом режиме равна нулю.

Отрицательные полупериоды в выпрямителе Миткевича не используются. Из-за этого выпрямитель Миткевича имеет очень низкий коэффициент использования габаритной мощности трансформатора и применяется при малых мощностях.

Частота пульсаций равна 3f, где f — частота сети.

Абсолютная амплитуда пульсаций равна 0,5Em{\displaystyle 0{,}5E_{\text{m}}}.

Относительная амплитуда пульсаций равна 0,5/0,83 = 0,6 (60 %).

Три разделённых полумоста параллельно (три «с удвоением напряжения» параллельно)

Трёхфазный выпрямитель «три полумоста параллельно, объединённые кольцом (треугольником)» («треугольник-Ларионова»)

Treugolnik-Larionov.jpg
Treugolnik-Larionov.jpg Вид ЭДС на входе (точками) и на выходе (сплошной).

В некоторой электротехнической литературе иногда не различают схемы «треугольник-Ларионов» и «звезда-Ларионов», которые имеют разные значения среднего выпрямленного напряжения, максимального тока, эквивалентного активного внутреннего сопротивления и др.

В выпрямителе «треугольник-Ларионов» потери в меди больше, чем в выпрямителе «звезда-Ларионов», поэтому на практике чаще применяется схема «звезда-Ларионов».

Кроме этого, выпрямители Ларионова А. Н. часто называют мостовыми, на самом деле они являются полумостовыми параллельными.

В некоторой литературе выпрямители Ларионова и подобные называют «полноволновыми» (англ. full wave), на самом деле полноволновыми являются выпрямитель «три последовательных моста» и подобные.

Площадь под интегральной кривой равна:

S=12∫π/3π/2Emsin⁡(ωt)d(ωt)=1212Em=6Em{\displaystyle S=12\int \limits _{\pi /3}^{\pi /2}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t)=12{\frac {1}{2}}E_{\text{m}}=6E_{\text{m}}}.

Средняя ЭДС равна: Esr=6Em2π=3Emπ=0,955Em=1,35E2eff{\displaystyle E_{\text{sr}}={\frac {6E_{\text{m}}}{2\pi }}={\frac {3E_{\text{m}}}{\pi }}=0{,}955E_{\text{m}}=1{,}35E_{\text{2eff}}}, то есть больше, чем в выпрямителе Миткевича.

В работе схемы «треугольник-Ларионов» есть два периода. Большой период равен 360° (2π{\displaystyle 2\pi }). Малый период равен 60° (π/3{\displaystyle \pi /3}), и повторяется внутри большого 6 раз. Малый период состоит из двух малых полупериодов по 30° (π/6{\displaystyle \pi /6}), которые зеркальносимметричны и поэтому достаточно разобрать работу схемы на одном малом полупериоде в 30°.

На холостом ходу и в режимах близких к нему ЭДС в ветви с наибольшей на данном отрезке периода обратносмещает (закрывает) диоды с меньшими на данном отрезке периода ЭДС.

В начальный момент (ωt=0{\displaystyle \omega t=0}) ЭДС в одной из ветвей равна нулю, а ЭДС в двух других ветвях равны 0,87Em{\displaystyle 0{,}87E_{\text{m}}}, при этом открыты два верхних диода и один нижний диод. Эквивалентная схема представляет собой две параллельные ветви с одинаковыми ЭДС (0,87) и одинаковыми сопротивлениями по 3r каждое, эквивалентное сопротивление обеих ветвей равно 3r/2. Далее, на малом полупериоде, одна из двух ЭДС, равных 0,87, растёт до 1,0, другая уменьшается до 0,5, а третья растёт от 0,0 до 0,5. Один из двух открытых верхних диодов закрывается, и эквивалентная схема становится параллельным включением двух ветвей, в одной из которых бо́льшая ЭДС и её сопротивление равно 3r, в другой ветви образуется последовательное включение двух меньших ЭДС, и её сопротивление равно 2 × 3r = 6r, эквивалентное сопротивление обеих ветвей равно

3r⋅6r/(3r+6r)=18r2/(9r)=2r.{\displaystyle 3r\cdot 6r/(3r+6r)=18r^{2}/(9r)=2r.}

Частота пульсаций равна 6f, где f — частота сети.

Абсолютная амплитуда пульсаций равна (1−32)Em=(1−0,87)Em=0,13Em{\displaystyle \left(1-{\tfrac {\sqrt {3}}{2}}\right)E_{\text{m}}=(1-0{,}87)E_{\text{m}}=0{,}13E_{\text{m}}}.

Относительная амплитуда пульсаций равна 0,13/0,95 = 0,14 (14 %).

Трёхфазный выпрямитель «три полумоста параллельно, объединённые звездой» («звезда-Ларионова»)

\left(1-{\tfrac {{\sqrt 3}}{2}}\right)E_{{\text{m}}}=(1-0{,}87)E_{{\text{m}}}=0{,}13E_{{\text{m}}} Три полумоста параллельно, объединённые звездой («звезда-Ларионов»).
Zwezda-Larionow.jpg

Выпрямитель звезда-Ларионов (шестипульсный) применяется в генераторах электроснабжения бортовой сети почти на всех средствах транспорта (автотракторных, водных, подводных, воздушных и др.). В электроприводе дизельэлектровозов и дизельэлектроходов почти вся мощность проходит через выпрямитель звезда-Ларионов.

Площадь под интегральной кривой равна:

S=12(∫π/3π/2Emsin⁡(ωt)d(ωt)+∫π/6π/3Emsin⁡(ωt)d(ωt))={\displaystyle S=12(\int \limits _{\pi /3}^{\pi /2}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t)+\int \limits _{\pi /6}^{\pi /3}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t))=}
=1232Em=63Em{\displaystyle =12{\frac {\sqrt {3}}{2}}E_{m}=6{\sqrt {3}}E_{\text{m}}}.

Средняя ЭДС равна: Esr=63Em2π=33Emπ=1,65Em=2,34E2eff{\displaystyle E_{\text{sr}}={\frac {6{\sqrt {3}}E_{\text{m}}}{2\pi }}={\frac {3{\sqrt {3}}E_{\text{m}}}{\pi }}=1{,}65E_{\text{m}}=2{,}34E_{\text{2eff}}}, то есть в 3{\displaystyle {\sqrt {3}}} раз больше, чем в схемах «треугольник-Ларионов» и «три параллельных полных моста» и вдвое больше, чем в схеме Миткевича.

В этом выпрямителе есть большой период равный 360° и малый период, равный 60°. В большом периоде помещаются 6 малых периодов. Малый период в 60° состоит из двух зеркальносимметричных частей по 30°, поэтому для описания работы этой схемы достаточно разобрать её работу на одной части в 30° малого периода.
В начале малого периода (ωt=0{\displaystyle \omega t=0}) ЭДС в одной из ветвей — фазы U1 равна нулю, а в двух других фазах U2 и U3 — по 0,87 × Emax. Эти две фазы U2 и U3 в данный, начальный момент времени ωt=0{\displaystyle \omega t=0} включены последовательно. Эквивалентное внутреннее активное сопротивление при этом равно 6r{\displaystyle 6r}. Далее, одна из ЭДС фаза U2 увеличивается от 0,87 — до 1,0, другая U3 уменьшается от 0,87 до 0,5, а третья фаза U1 растёт от 0,0 до 0,5. — где и пересекается на графике в точке 0.5Emax с фазой U3
— смотрите рисунок наглядного изменения фаз по ссылке https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5d/Spannungsverlauf_Dreiphasen-Wechselstrom.gif Эквивалентная схема при этом изменяется и представляет собой две последовательно включенные ветви, в одной из которых одна ЭДС и её сопротивление равно сопротивлению одной обмотки 3r, в другой две параллельно включенные ЭДС с сопротивлением 3r каждая, эквивалентное сопротивление двух параллельных ветвей равно 3r/2. Эквивалентное активное внутреннее сопротивление всей цепи равно 3r/2 + 3r = 9r/2 = 4,5r. В режимах близких к холостому ходу (при малых нагрузках) в параллельных ветвях ЭДС в ветви с большей ЭДС обратносмещает (закрывает) диод в ветви с меньшей ЭДС, при этом изменяется эквивалентная схема. При увеличении нагрузки появляются и увеличиваются отрезки периода на которых обе ветви работают на нагрузку параллельно. В режиме короткого замыкания отрезки параллельной работы увеличиваются до длины всего периода, но полезная мощность в этом режиме равна нулю.

Частота пульсаций равна 6f, где f — частота сети.

Абсолютная амплитуда пульсаций равна (3−1,5)Em=(1,73−1,5)Em=0,23Em{\displaystyle ({\sqrt {3}}-1{,}5)E_{\text{m}}=(1{,}73-1{,}5)E_{\text{m}}=0{,}23E_{\text{m}}}.

Относительная амплитуда пульсаций равна 0,23/1,65 = 0,14 (14 %).

Трёхфазный выпрямитель «три двухфазных двухчетвертьмостовых параллельных выпрямителей Миткевича параллельно» (6 диодов)

Shestifaznyi.jpg

В литературе иногда называют «шестифазный» (см. немецкую страницу в Википедии de:Gleichrichter#Gleichrichter für Dreiphasenwechselstrom Sechspuls-Sternschaltung (M6): 6-Phasen-Gleichrichter mit Mittelpunktanzapfungen am Drehstromtransformator).

Является почти аналогом выпрямителя «три полных моста параллельно» и имеет почти такие же свойства, как и выпрямитель «три полных моста параллельно», но эквивалентное внутреннее активное сопротивление почти вдвое больше, число диодов вдвое меньше, средний ток через один диод почти вдвое больший.

Площадь под интегральной кривой равна:

S=12∫π/3π/2Emsin⁡(ωt)d(ωt)=1212Em=6Em{\displaystyle S=12\int \limits _{\pi /3}^{\pi /2}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t)=12{\frac {1}{2}}E_{\text{m}}=6E_{\text{m}}}.

Средняя ЭДС равна: Esr=6Em2π=3Emπ=0,95Em=1,35E2eff{\displaystyle E_{\text{sr}}={\frac {6E_{m}}{2\pi }}={\frac {3E_{m}}{\pi }}=0{,}95E_{\text{m}}=1{,}35E_{\text{2eff}}}, то есть такая же, как и в схеме «треугольник-Ларионов» и в 3{\displaystyle {\sqrt {3}}} раз меньше, чем в схеме «звезда-Ларионов».

Трёхфазный выпрямитель «три двухфазных двухчетвертьмостовых параллельных выпрямителей Миткевича последовательно» (6 диодов)

Является почти аналогом выпрямителя «три полных моста последовательно» и имеет почти такие же свойства, но эквивалентное внутреннее активное сопротивление почти вдвое больше, число диодов вдвое меньше, средний ток через один диод почти вдвое больше.

Трёхфазный выпрямитель «три полных моста параллельно» (12 диодов)

Tri mosta.jpg

Tri parallelnyh mosta.jpgTreugolnik-Larionov.jpg Вид ЭДС на входе (точками) и на выходе (сплошной).

Менее известны полномостовые трёхфазные выпрямители по схеме «три параллельных моста» (на двенадцати диодах), «три последовательных моста» (на двенадцати диодах), и др., которые по многим параметрам превосходят выпрямитель Ларионова А. Н..
По схемам выпрямителей можно видеть, что выпрямитель Миткевича В. Ф. является «недостроенным» выпрямителем Ларионова А. Н., а выпрямитель Ларионова А. Н. является «недостроенным» выпрямителем «три параллельных моста».

Площадь под интегральной кривой равна:

S=12∫π/3π/2Emsin⁡(ωt)d(ωt)=1212Em=6Em{\displaystyle S=12\int \limits _{\pi /3}^{\pi /2}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t)=12{\frac {1}{2}}E_{\text{m}}=6E_{\text{m}}}.

Средняя ЭДС равна: Esr=6Em2π=3Emπ=0,955Em=1,35E2eff{\displaystyle E_{\text{sr}}={\frac {6E_{m}}{2\pi }}={\frac {3E_{m}}{\pi }}=0{,}955E_{\text{m}}=1{,}35E_{\text{2eff}}}, то есть такая же, как и в схеме «треугольник-Ларионов» и в 3{\displaystyle {\sqrt {3}}} раз меньше, чем в схеме «звезда-Ларионов».

В режиме холостого хода ЭДС в мосту с наибольшей на данном отрезке большого периода ЭДС обратносмещает (закрывает) диоды в мостах с меньшими на данном отрезке большого периода ЭДС. Эквивалентное внутреннее активное сопротивление при этом равно активному сопротивлению одного моста (одной обмотки) 3r. При увеличении нагрузки (уменьшении Rn) появляются и увеличиваются отрезки периода на которых два моста работают на нагрузку параллельно, эквивалентное внутреннее активное сопротивление на этих отрезках периода при этом равно сопротивлению двух параллельных мостов 3r/2 = 1,5r. При дальнейшем увеличении нагрузки появляются и увеличиваются отрезки периода на которых все три моста работают на нагрузку параллельно, эквивалентное внутреннее активное сопротивление на этих отрезках периода равно сопротивлению трёх параллельных мостов r. В режиме короткого замыкания все три параллельных моста работают на нагрузку, но полезная мощность в этом режиме равна нулю. Из этого следует, что с учётом разницы величин ЭДС (3{\displaystyle {\sqrt {3}}}), эквивалентное внутреннее активное сопротивление (и потери в меди) выпрямителя «три параллельных моста» получается меньше, чем в выпрямителе «звезда-Ларионов». Из-за меньшего эквивалентного внутреннего активного сопротивления в выпрямителе «три параллельных полных моста» нагрузочные характеристики этих двух выпрямителей получаются разными.

Выпрямитель «три параллельных моста» имеет большую надёжность, чем выпрямитель «звезда-Ларионов». При обрыве (выгорании) 5/6 диодов выпрямитель «звезда-Ларионов» становится полностью неработоспособным, а выпрямитель «три параллельных моста», в случае оставшихся диодов в противоположных плечах одного моста, ещё даёт около 1/6 от полной мощности, чего может хватить, чтобы «дотянуть» до ремонта.
В выпрямителе «три параллельных полных моста» средний ток через один диод почти вдвое меньше, чем в выпрямителе «звезда-Ларионов», а такие диоды дешевле и доступнее.

Недостатки
  1. При очень малых токах нагрузки эквивалентное внутреннее активное сопротивление почти равно активному сопротивлению одной обмотки, то есть больше, чем в выпрямителе «треугольник-Ларионов».

Устранение недостатка. При очень малых токах нагрузки схему «три параллельных моста» можно переключать на схему «треугольник-Ларионов» переключателем с тремя замыкающими контактными группами.

  1. Из-за четырёхпроводной трёхфазной сети выпрямитель «три параллельных моста» может работать только вблизи трансформатора, выпрямитель Ларионова — на удалении от трансформатора.

Устранение недостатка. Проводка шестипроводной линии электропередачи.

По свойствам этот выпрямитель ближе к источникам тока и может почти во всех устройствах заменить выпрямители «звезда-Ларионов» и «треугольник-Ларионов», (электропривод тепловозов, теплоходов, атомоходов, прокатных станов, буровых вышек, блоки питания мощных электролизёров, мощных радиопередатчиков, мощных радиолокаторов, мощных лазеров, электротранспорта постоянного тока, генераторы бортовой сети автотракторной и др. техники и в других устройствах), при этом уменьшается нагрев обмоток и сберегается около 4 % электроэнергии (топлива)).

Частота пульсаций равна 6f, где f — частота сети.

Абсолютная амплитуда пульсаций равна (1−32)Em=(1−0,87)Em=0,13Em{\displaystyle \left(1-{\tfrac {\sqrt {3}}{2}}\right)E_{\text{m}}=(1-0{,}87)E_{\text{m}}=0{,}13E_{\text{m}}}.

Относительная амплитуда пульсаций равна 0,13/0,95 = 0,14 (14 %).

Трёхфазный выпрямитель «три полных моста последовательно» (12 диодов)

Tri posledowatelnyh mosta.jpg
B62S twelve-pulse bridge.jpg

Площадь под интегральной кривой равна:

S=12[∫0π/6Emsin⁡(ωt)d(ωt)+∫π/6π/3Emsin⁡(ωt)d(ωt)+∫π/3π/2Emsin⁡(ωt)d(ωt)]={\displaystyle S=12\left[\int \limits _{0}^{\pi /6}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t)+\int \limits _{\pi /6}^{\pi /3}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t)+\int \limits _{\pi /3}^{\pi /2}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t)\right]=}
=12(1−32+32−12+12)Em=12Em.{\displaystyle =12\left(1-{\tfrac {\sqrt {3}}{2}}+{\tfrac {\sqrt {3}}{2}}-{\tfrac {1}{2}}+{\tfrac {1}{2}}\right)E_{\text{m}}=12E_{\text{m}}.}

Средняя ЭДС равна: Esr=12Em2π=6Emπ=1,91Em=2,7E2eff{\displaystyle E_{\text{sr}}={\frac {12E_{\text{m}}}{2\pi }}={\frac {6E_{\text{m}}}{\pi }}=1{,}91E_{\text{m}}=2{,}7E_{\text{2eff}}}, то есть вдвое больше, чем в схеме «треугольник-Ларионов».

Относительное эквивалентное внутреннее активное сопротивление равно сопротивлению трёх последовательно включенных мостов с сопротивлением 3r каждый, то есть 9r.

Ток в нагрузке равен ????

Мощность в нагрузке равна ????

Частота пульсаций равна 6f, где f — частота сети.

Абсолютная амплитуда пульсаций равна (2−3)Em=(2−1,73)Em=0,27Em{\displaystyle (2-{\sqrt {3}})E_{\text{m}}=(2-1{,}73)E_{\text{m}}=0{,}27E_{\text{m}}}.

Относительная амплитуда пульсаций равна 0,27/1,91 = 0,14 (14 %).

Этот выпрямитель имеет наибольшее эквивалентное внутреннее активное сопротивление и наибольшую среднюю ЭДС, по свойствам ближе к источнику напряжения и может найти применение в высоковольтных источниках напряжения (в установках электростатической очистки промышленных газов (электростатический фильтр) и др.).

Двенадцатипульсовый статический трёхфазный выпрямитель

Представляет собой параллельное (или иногда последовательное) включение двух выпрямителей Ларионова со сдвигом фаз входных трёхфазных токов. При этом вдвое увеличивается число выпрямленных полупериодов по сравнению с обычным выпрямителем Ларионова из-за чего уменьшается относительная амплитуда пульсаций выпрямленного напряжения и вдвое увеличивается частота пульсаций выпрямленного напряжения, что также облегчает сглаживание выпрямленного напряжения.[4]

Средняя выводная ЭДС выпрямителя параллельных мостов Ларионова со
сдвигом фаз питающих напряжений

Eav≈0.989Em{\displaystyle E_{\text{av}}\approx 0.989E_{\text{m}}}

где Em{\displaystyle E_{\text{m}}} — амплитуда напряжения, между точками присоединения фаз к входам одного из выпрямителей.

Последовательное соединение выпрямителей Ларионова со сдвигом фаз 30 градусов (один выпрямитель запитан от «звезды», другой — от «треугольника») обеспечивает среднюю постоянную ЭДС

Eav=1.91Em{\displaystyle E_{\text{av}}=1.91E_{\text{m}}}

где Em{\displaystyle E_{\text{m}}} — амплитуда напряжения, между точками присоединения фаз к входам одного из выпрямителей.
Амплитуда пульсаций около 3,44 % средней выпрямленной ЭДС.

Трёхфазные выпрямители «шесть мостов» (24 диода)

Шесть мостов.jpg График ЭДС (зелёный) на выходе выпрямителя «шесть параллельных мостов».
Gleichrichter 24 punkt.svg

Ещё менее известны трёхфазные выпрямители «шесть мостов параллельно» и «шесть мостов последовательно». Они состоят из двух трёхфазных трансформаторов. Первичные обмотки одного из них включаются звездой, другого — треугольником, что создаёт сдвиг фаз в 30°. Шесть вторичных обмоток подключаются к шести мостам (двадцать четыре диода). Мосты могут включаться разными способами, один из них — параллельное включение всех шести мостов. Из-за малых пульсаций выпрямитель по этой схеме соизмерим по массе стали и меди с выпрямителем «три параллельных моста» с дросселем фильтра, сглаживающим пульсации до такого же уровня. Эти выпрямители полномостовые. Они также как и выпрямитель «три параллельных моста» по многим параметрам превосходят и выпрямитель Миткевича и выпрямитель Ларионова. При этом требуются диоды со средним током через один диод почти вчетверо меньшим, чем в схеме Ларионова, и вдвое меньшим, чем в схеме «три параллельных полных моста».
Эта схема позволяет построить выпрямитель большой мощности на элементах малой мощности.

Усредненная ЭДС на выходе выпрямителя «шесть мостов параллельно»

Eav≈0.989Em{\displaystyle E_{\text{av}}\approx 0{.}989E_{\text{m}}}.

Трёхфазный выпрямитель «шесть мостов последовательно» имеет наибольшее эквивалентное внутреннее активное сопротивление и может найти применение в источниках высокого напряжения большой мощности, например, в блоках питания промышленных установок электростатической очистки газов.

Усредненная ЭДС на выходе выпрямителя «шесть мостов последовательно»

Eav≈3.82Em{\displaystyle E_{\text{av}}\approx 3{.}82E_{\text{m}}}.

Это в два раза больше «трех мостов последовательно».

Применение

См. также

Примечания

Литература

  • Шамшин В. Г. История технических средств коммуникации. Учеб. пособие. — Дальневосточный Государственный Технический Университет, 2003.

Ссылки

  • ГМТУ, Государственный Морской Технический Университет, АЭС, 4.4 Трёхфазные неуправляемые выпрямители (недоступная ссылка) (недоступная ссылка) Проверено 6 июня 2016.
  • Красноярский государственный технический университет, Институт радиоэлектроники, кафедра РТС, Лабораторная работа № 1 Исследование трёхфазных нерегулируемых выпрямителей
  • Выпрямители переменного напряжения. Многофазные выпрямители. Трёхфазный выпрямитель. Схема Ларионова.
  • Выпрямители их достоинства и недостатки. Многофазные выпрямители. Трёхфазный выпрямитель. Схема Ларионова.
  • 11.3. Схемы выпрямления трёхфазного тока
  • Современные источники бесперебойного питания: структуры силовых цепей трёхфазных ИБП. Часть 2. Журнал «Электронные компоненты» № 8, 2008. Валерий Климов, к. т. н., технический директор, «Русэлт»
  • Источники бесперебойного питания без секретов. Глава 7. Трёхфазные ИБП
  • Трёхфазный управляемый выпрямитель. Описание изобретения к патенту Российской Федерации.
  • Ивановский государственный энергетический университет. Выпрямители. Архангельский Николай Леонидович. 5. Трёхфазная однотактная схема выпрямления. 6. Трёхфазная мостовая схема выпрямления.
  • Рис.2.33. Схемы силовых цепей трёхфазных выпрямителей
  • Рис.2.5. Схемы выпрямителей: б) трёхфазная нулевая; в) трёхфазная мостовая.
  • 8.2.5. Трёхфазные выпрямители.
  • Рис.2.1.Электрическая схема сварочных выпрямителей а- трёхфазная мостовая; б- шестифазная с уравнительным дросселем; в- с транзисторным блоком
  • Выпрямитель тока, рис. Выпрямители трёхфазного тока (схемы) — статья из Большой советской энциклопедии. 
  • Силовая электроника № 1’2006. Виенна-выпрямитель — трёхфазный корректор коэффициента мощности. Евгений Чаплыгин, Во Минь Тьинь, Нгуен Хоанг Ан
  • Выпрямители. Vytas LY3BG
  • Трёхфазные выпрямители
  • Выпрямители — Элементная база и схемотехника устройств силовой электроники

Трехфазная мостовая схема (схема Ларионова)

Трехфазная мостовая
схема (рис. 1.6, а) обладает наилучшим
коэффициентом использования трансформатора
по мощности, наименьшим обратным
напряжением на диодах и высокой частотой
пульсации (шестипульсная) выпрямленного
напряжения, что, в некоторых случаях,
позволяет использовать эту схему без
фильтра. Схема приме­няется в широком
диапазоне выпрямленных напряжений и
мощностей.

Схема трехфазного
мостового выпрямителя содержит
выпрямительный мост из шести вентилей,
в котором последовательно соединены
две трехфазные группы. В нижней группе
вентили соединены катодами (катодная
группа), а в верхней – анодами (анодная
группа). Нагрузка подключается между
точками соединения катодов и анодов
вентилей. Схема допускает соединение
как первичных, так и вторичных обмоток
трансформатора звездой или треугольником.

Диаграммы напряжений
и токов, поясняющие работу идеализированного
трехфазного мостового выпрямителя на
активную нагрузку, представлены на рис.
1.6 (б, в).

Рис.
1.6. Трехфазная мостовая схема выпрямления
(схема Ларионова) (а) и диаграммы напряжений
и токов в ней при работе на активную
нагрузку (б, в).

Каждая из двух
групп выпрямителя повторяет работу
трехфазного выпрямителя со средней
точкой, поэтому при таком же значении
напряжения вторичной обмотки трансформатора
,
как и в трехфазном выпрямителе со средней
точкой, среднее выпрямленное напряжениеданного выпрямителя будет в два раза
больше или наоборот, при том же значениивеличинабудет в два раза меньше [2, 3]:

, ,

что
сокращает число витков вторичных обмоток
трансформатора и снижает требования к
изоляции.

Максимальное
обратное напряжение вентиля данной
схемы, как и в трехфазной схеме со средней
точкой, равно амплитуде линейного
вторичного напряжения. Однако ввиду
того, что при том же значении
величинав данной схеме в два раза меньше,
соотношение здесь получается более
предпочтительным

В схеме трехфазного
выпрямителя со средней точкой ток
нагрузки создается под действием фазного
напряжения вторичной обмотки
трансформатора, а в мостовой схеме –
под действием линейного напряжения.
Ток нагрузки здесь протекает через два
вентиля: один – с наиболее высоким
потенциалом анода относительно нулевой
точки трансформатора из катодной группы,
другой – с наиболее низким потенциалом
катода из анодной группы. Иными словами,
в проводящем состоянии будут находиться
те два накрест лежащих вентиля
выпрямительного моста, между которыми
действует в проводящем направлении
наибольшее линейное напряжение.

За период напряжения
питания происходит шесть переключений
вентилей и схема работает в шесть тактов,
в связи с чем ее часто называют
шестипульсной.
Таким образом, выпрямленное напряжение
имеет шестикратные пульсации, хотя угол
проводимости каждого вентиля такой же,
как в трехфазной схеме со средней точкой,
т.е. 2π/3 (120º). Среднее значение тока
вентиля соответственно составляет
.
При этом интервал совместной работы
двух вентилей равен π/3 (60º).

Кривая тока
вторичной обмотки трансформатора
определяется токами двух вентилей,
подключенных к данной фазе. Один из
вентилей входит в анодную группу, а
другой – в катодную. Вторичный ток
является переменным с паузой между
импульсами длительностью π/3 (60º), когда
оба вентиля данной фазы закрыты.
Постоянная
составляющая во вторичном токе
отсутствует, в связи с чем поток
вынужденного подмагничивания
магнитопровода трансформатора в мостовой
схеме не создается.

На базе этой схемы
возможно построение 12-ти и 24-х пульсных
схем выпрямления, которые используют
последовательное и параллельное
соединение схем при различном сочетании
соединений («звезда» или «треугольник»)
вторичных обмоток трансформатора.

Коэффициент
использования трансформатора для
различных схем выпрямления при активной
нагрузке

Аналогично
рассмотренной схеме со средней точкой
могут быть определены габаритная
мощность и коэффициент использования
трансформатора по мощности для любых
схем выпрямления при чисто активной
нагрузке [2, 3]:

Таблица
1.1.

Схема

К

К

0,33

0,675

0,813

0,746

0,952

Sгаб
/ Pd

3,1

1,48

1,23

1,34

1,05

Ликбез КО. Лекция №1 Схемы выпрямления электрического тока.

Схемы выпрямления электрического тока.

Выпрямитель электрического тока – электронная схема, предназначенная для преобразования переменного электрического тока в постоянный (однополярный) электрический ток.

В полупроводниковой аппаратуре выпрямители исполняются на полупроводниковых диодах. В более старой и высоковольтной аппаратуре выпрямители исполняются на электровакуумных приборах – кенотронах. Раньше широко использовались – селеновые выпрямители.

Для начала вспомним, что собой представляет переменный электрический ток. Это гармонический сигнал, меняющий свою амплитуду и полярность по синусоидальному закону.


В переменном электрическом токе можно условно выделить положительные и отрицательные полупериоды. Всё то, что больше нулевого значения относится к положительным полупериодам (положительная полуволна – красным цветом), а всё, что меньше (ниже) нулевого значения – к отрицательным полупериодам (отрицательная полуволна – синим цветом).

Выпрямитель, в зависимости от его конструкции «отсекает», или «переворачивает» одну из полуволн переменного тока, делая направление тока односторонним.

Схемы построения выпрямителей сетевого напряжения можно поделить на однофазные и трёхфазные, однополупериодные и двухполупериодные.

Для удобства мы будем считать, что выпрямляемый переменный электрический ток поступает с вторичной обмотки трансформатора. Это соответствует истине и потому, что даже электрический ток в домашние розетки квартир домов приходит с трансформатора понижающей подстанции. Кроме того, поскольку сила тока – величина, напрямую зависящая от нагрузки, то при рассмотрении схем выпрямления мы будем оперировать не понятием силы тока, а понятием – напряжение, амплитуда которого напрямую не зависит от нагрузки.

На рисунке изображена схема и временная диаграмма выпрямления переменного тока однофазным однополупериодным выпрямителем.


Из рисунка видно, что диод отсекает отрицательную полуволну. Если мы перевернём диод, поменяв его выводы – анод и катод местами, то на выходе окажется, что отсечена не отрицательная, а положительная полуволна.

Что такое диодный мост — простое объяснение

Подробно рассмотрены устройство, принцип работы и назначение диодного моста. Характеристики данного элемента и схемы выпрямителей. Как спаять и подключить диодный мост.

Мы рассматривали пассивные компоненты электронных схем, такие как резисторы и конденсаторы. Но кроме них электрикам и радиолюбителям приходится сталкиваться и с другими, например полупроводниковыми диодами, стабилитронами и т.д. В этой статье мы расскажем, что такое диодный мост, как он работает и для чего нужен. Содержание:

Определение

Диодный мост – это схемотехническое решение, предназначенное для выпрямления переменного тока. Другое название – двухполупериодный выпрямитель. Строится из полупроводниковых выпрямительных диодов или их разновидности – диодов Шоттки.

Мостовая схема соединения предполагает наличие нескольких (для однофазной цепи – четырёх) полупроводниковых диодов, к которым подключается нагрузка.

Он может состоять из дискретных элементов, распаянных на плате, но в 21 веке чаще встречаются соединенные диоды в отдельном корпусе. Внешне это выглядит, как и любой другой электронный компонент – из корпуса определенного типоразмера выведены ножки для подключения к дорожкам печатной платы.

Стоит отметить, что несколько совмещенных в одном корпусе вентилей, которые соединены не по мостовой схеме, называют диодными сборками.

В зависимости от сферы применения и схемы подключения диодные мосты бывают:

  • однофазные;
  • трёхфазные.

Обозначение на схеме может быть выполнено в двух вариантах, какое использовать УГО на чертеже зависит от того, собирается мост из отдельных элементов или используется готовый.

Принцип действия

Давайте разбираться, как работает диодный мост. Начнем с того, что диоды пропускают ток в одном направлении. Выпрямление переменного напряжения происходит за счет односторонней проводимости диодов. За счет правильного их подключения отрицательная полуволна переменного напряжения поступает к нагрузке в виде положительной. Простыми словами – он переворачивает отрицательную полуволну.

Для простоты и наглядности рассмотрим его работу на примере однофазного двухполупериодного выпрямителя.

Что такое диодный мост — простое объяснение

Принцип работы схемы основам на том, что диоды проводят ток в одну сторону и состоит в следующем:

  • На вход диодного моста подают переменный синусоидальный сигнал, например 220В из бытовой электросети (на схеме подключения вход диодного моста обозначается как AC или ~).
  • Каждая из полуволн синусоидального напряжения (рисунок ниже) пропускается парой вентилей, расположенных на схеме по диагонали.

Что такое диодный мост — простое объяснение

Положительную полуволну пропускают диоды VD1, VD3, а отрицательную — VD2 и VD4. Сигнал на входе и выходе схемы вы видите ниже.

Что такое диодный мост — простое объяснение

Такой сигнал называется – выпрямленное пульсирующее напряжение. Для того, чтобы его сгладить, в схему добавляется фильтр с конденсатором.

Что такое диодный мост — простое объяснение

Основные характеристики

Рассмотрим основные характеристики полупроводниковых диодов. Латинскими буквами приведено их обозначение в англоязычной технической документации (т.н. Datasheet):

  • Vrpm – пиковое или максимальное обратное напряжение. При превышении этого напряжения pn-переход необратимо разрушается.
  • Vr(rms) – среднее обратное напряжение. Нормальное для работы, то же что и Uобр в характеристиках отечественных компонентов.
  • Io – средний выпрямленный ток, то же что и Iпр у отечественных.
  • Ifsm – пиковый выпрямленный ток.
  • Vfm – падение напряжения в прямом смещении (в открытом проводящем состоянии) обычно 0.6-0.7В, и больше у высокотоковых моделей.

При ремонте электронной техники и блоков питания или их проектировании новички спрашивают: как правильно выбрать диодный мост?

В этом случае самыми важными для вас параметрами будут обратное напряжение и ток. Например, чтобы подобрать диодный мост на 220В, нужно смотреть на модели с номинальным напряжением больше 400В и нужный ток, например, KBPC106 (или 108, 110). Его технические характеристики:

  • максимальный выпрямленный ток – 3А;
  • пиковый ток (кратковременно) – 50А;
  • обратное напряжение – 600В (800В, 1000В у KBPC108 и 110 соответственно).

Что такое диодный мост — простое объяснение

Запомните эти характеристики и вы легко сможете определить, какой выбрать вариант по каталогу.

Схемы выпрямителей

Выпрямление тока в блоках питания – основное назначение, среди других компонентов схемы можно выделить входной фильтр, который подключают после выпрямителя – он предназначен для сглаживания пульсаций. Давайте разберемся в этом вопросе подробнее!

В первую очередь стоит отметить, что диодным мостом называют схему однофазного выпрямителя из 4 диодов или трёхфазного из 6. Но любители часто так называют схему выпрямителя со средней точкой.

У двухполупериодного выпрямителя к нагрузке поступает две полуволны, а у однополупериодного – одна.

Чтобы не было путаницы, давайте разбираться в терминологии.

Ниже вы видите однофазную двухполупериодную схему, её правильное название «Схема Гретца», именно её чаще всего подразумевают под названием «диодный мост».

Что такое диодный мост — простое объяснение

Схема Ларионова – трёхфазный диодный мост, на выходе сигнал двухполупериодный. Диоды в нём пропускают полуволны, открываясь на линейное напряжение, т.е. поочередно: верхний диод фазы A и нижний диод фазы B, верхний фазы B и нижний фазы C и т.д.

Что такое диодный мост — простое объяснение

Для полноты картины следует рассказать и о других схемах выпрямителей переменного напряжения.

Однополупериодный выпрямитель из 1 диода, включенного последовательно с нагрузкой. Применяется в балластных блоках питания, маломощных миниатюрных блоках питания, а также в приборах, нетребовательных к коэффициенту пульсаций. К нагрузке поступает только одна полуволна.

Что такое диодный мост — простое объяснение

Двухполупериодный со средней точкой – это и есть то, что ошибочно называют мостом из 2 диодов. Здесь каждую полуволну проводит только один диод. Её преимуществом является больший КПД, чем у схемы Гретца, за счет меньшего числа полупроводниковых вентилей. Однако её использование осложнено тем, что нужен трансформатор с отводом от средней точки, что отражено на схеме принципиальной. Её нельзя использовать для выпрямления сетевого напряжения 220В.

Что такое диодный мост — простое объяснение

Выпрямитель из сборок Шоттки. Используется в импульсных блоках питания, потому что у диодов Шоттки меньше время обратного восстановления, малая барьерная ёмкость (быстрее переход из открытого состояния в закрытое) и малое прямое падение напряжения (меньше потерь). Чаще всего Шоттки встречаются в сборках, с общим анодом или катодом, как изображено на рисунке ниже.

Что такое диодный мост — простое объяснение

Поэтому для сборки схемы моста потребуется несколько сборок. Ниже приведен пример из 3 сборок Шоттки с общим катодом.

Что такое диодный мост — простое объяснение

Из 4 сборок с общим катодом. Отличается от предыдущей тем, что выдерживает больший ток, при тех же компонентах потому, что Шоттки в ней соединены параллельно.

Что такое диодный мост — простое объяснение

Из 2 сборок Шоттки – одна с общим анодом и одна с общим катодом. Узнать о том, что такое анод и катод, вы можете в нашей отдельной статье.

Что такое диодный мост — простое объяснение

Как спаять и подключить

Изучать и знать схемы не сложно, основные трудности возникают, когда новичок решает спаять диодный мост своими руками. Для пайки выпрямителя из 4 советских экземпляров типа кд202 используйте иллюстрацию приведенную ниже.

Что такое диодный мост — простое объяснение

Для сборки диодного моста из современных дискретных диодов типа маломощных 1n4007 (и других – все выглядят аналогично и отличаются только размерами) внимательно посмотрите на следующую иллюстрацию.

Что такое диодный мост — простое объяснение

Но если вы не собираете его из отдельных деталей, а используете готовый мост, то смотрите ниже, как правильно подключить его в цепь.

Также новичкам будет интересно посмотреть видео о том, как сделать простейший блок питания на 12В:

Область применения и назначение

Чаще всего диодные мосты используют в блоках питания. В трансформаторных БП они подключаются ко вторичной обмотке трансформатора

Что такое диодный мост — простое объяснение

В импульсных БП – ко входу сети 220В. При этом электронная схема управления и силовая цепь ИБП питается от выпрямленного и сглаженного (не всегда) сетевого напряжения (достигает порядка 300-310 Вольт).

Что такое диодный мост — простое объяснение

На выводах вторичной обмотки импульсного блока питания высокочастотное переменное напряжение. Для того, чтобы его выпрямить, устанавливают сборки из сдвоенных диодов Шоттки. В связи с этим часто используют схему выпрямления со средней точкой.

Что такое диодный мост — простое объяснение

В автомобилях и мотоциклах используются трёхфазные диодные мосты, собранные по схеме Ларионова с тремя дополнительными вентилями, потому что для питания бортовой сети используется трёхфазный генератор. Мост в генераторе выполняется в виде сектора окружности и устанавливается на его задней части.

 

Что такое диодный мост — простое объяснение

Исключение составляют некоторые современные автомобили Toyota и прочих марок, в них используют 6 фазный генератор, для реализации двенадцатипульсной схемы выпрямления из 12 вентилей. Это нужно для снижения пульсации и увеличения выходного тока.

Способы проверки

Для проверки диодного моста лучше всего подходит мультиметр в режиме проверки диодов.

Что такое диодный мост — простое объяснение

Для этого нужно прозвонить на короткое замыкание входную, затем выходную (диодный мост должен быть выпаян).

Что такое диодный мост — простое объяснение

Не выпаивая прямо на плате, вы можете измерить падение напряжения на переходах диодов. Для этого нужно определить цоколевку моста, обычно она указывается прямо на корпусе, что мы и рассматривали выше.

Что такое диодный мост — простое объяснение

На экране мультиметра в прямом смещении должно отображаться цифры в пределах 500-800 мВ, а в обратном – выше 1500 и до бесконечности (зависит от конкретного компонента и измерительного прибора). Тоb же самое можно сделать в режиме Омметра, как показано на рисунке ниже.

Что такое диодный мост — простое объяснение

Более подробно этот процесс описан в статье «как проверить диодный мост», где кроме методики проверки мы рассказали и о признаках неисправности. Также ознакомьтесь с видео о том, как проверить однофазный выпрямитель и диодный мост автомобильного генератора:

На этом мы и заканчиваем наше подробное объяснение. Надеемся, теперь вам стало понятно, для чего нужен диодный мост и что он делает в электрической цепи. Если возникли вопросы, задавайте их в комментариях под статьей!

Материалы по теме:

  • Как выпаивать радиодетали из плат
  • Как пользоваться мультиметром — инструкция для чайников
  • Как понизить напряжение в сети

Опубликовано: 20.02.2019 Обновлено: 20.02.2019 нет комментариев

Что такое трехфазное выпрямление, принцип работы и схемы

В данной статье поговорим про трехфазный выпрямитель (контролируемый и неконтролируемый). Подробно опишем его принцип работы, а так же рассмотрим схемы полуволнового и полноволнового трехфазного выпрямителя.

Описание

В предыдущей статье мы видели, что процесс преобразования входного источника переменного тока в постоянный источник постоянного тока называется выпрямлением, причем наиболее популярные схемы, используемые для выполнения этого процесса выпрямления, основаны на полупроводниковых диодах. На самом деле выпрямление переменного напряжения является одним из самых популярных применений диодов, так как диоды недорогие, небольшие и надежные, что позволяет нам создавать многочисленные типы выпрямительных цепей, используя либо индивидуально подключенные диоды, либо всего один встроенный мостовой выпрямительный модуль.

Однофазные источники питания, такие как в домах и офисах, обычно имеют фазо-нейтральное напряжение 120 или 240 Врм, также называемое линией нейтрали (LN), и номиналом постоянного напряжения и частоты, которые создают переменное напряжение или ток в форму синусоидальной формы волны с сокращением «AC».

Трехфазные выпрямители, также известные как многофазные выпрямительные схемы, аналогичны предыдущим однофазным выпрямителям. Разница на этот раз в том, что мы используем три однофазных источника питания, соединенных вместе, которые были произведены одним единственным трехфазным генератором.

Преимущество здесь состоит в том, что трехфазные выпрямительные схемы могут использоваться для питания многих промышленных устройств, таких как управление двигателем или зарядка аккумулятора, которые требуют более высоких требований к мощности, чем однофазная выпрямительная схема.

Трехфазные источники питания развивают эту идею на один шаг вперед, комбинируя вместе три напряжения переменного тока одинаковой частоты и амплитуды, причем каждое напряжение переменного тока называется «фазой». Эти три фазы имеют сдвиг по фазе на 120 электрических градусов друг от друга, создавая последовательность фаз или поворот фазы на 360 o  ÷ 3 = 120 o, как показано.

Трехфазная форма волны

Трехфазная форма волныТрехфазная форма волны

Преимущество здесь заключается в том, что трехфазный источник переменного тока (AC) может использоваться для подачи электроэнергии непосредственно на сбалансированные нагрузки и выпрямители. Поскольку трехфазный источник питания имеет фиксированное напряжение и частоту, он может использоваться в схеме выпрямления для получения энергии постоянного тока с постоянным напряжением, которая затем может быть отфильтрована, что приводит к выходному напряжению постоянного тока с меньшей пульсацией по сравнению с однофазной выпрямительной схемой.

Принцип работы

Видя, что 3-фазный источник питания — это просто три однофазные комбинации, мы можем использовать это многофазное свойство для создания 3-фазных цепей выпрямителя.

Как и в случае однофазного выпрямления, в трехфазном выпрямлении используются диоды, тиристоры, транзисторы или преобразователи для создания полуволновых, двухволновых, неконтролируемых и полностью управляемых выпрямительных цепей, преобразующих данный трехфазный источник питания в постоянный выходной уровень постоянного тока. В большинстве случаев трехфазный выпрямитель подается напрямую от электросети или от трехфазного трансформатора, если подключенная нагрузка требует другого уровня выхода постоянного тока.

Как и в случае предыдущего однофазного выпрямителя, наиболее простой трехфазной выпрямительной схемой является схема неуправляемого полуволнового выпрямителя, в которой используются три полупроводниковых диода, по одному диоду на фазу, как показано ниже.

Полуволновое трехфазное выпрямление

Полуволновое трехфазное выпрямлениеПолуволновое трехфазное выпрямление

Так как же работает эта трехфазная полуволновая выпрямительная схема? Анод каждого диода подключен к одной фазе источника напряжения с катодами всех трех диодов, соединенных вместе в одну положительную точку, эффективно создавая схему диода типа «ИЛИ». Эта общая точка становится положительной (+) клеммой нагрузки, в то время как отрицательная (-) клемма нагрузки подключается к нейтрали (N) источника питания.

Предполагая, что чередование фаз красно-желто-синее (V A  — V B  — V C ) и красная фаза (V A ) начинается при 0 o . Первым проводящим диодом будет диод 1 ( D 1  ), так как он будет иметь более положительное напряжение на своем аноде, чем диоды D 2или D 3 . Таким образом, диод D 1 проводит для положительного полупериода V A, в то время как D 2 и D 3 находятся в их обратном смещенном состоянии. Нейтральный провод обеспечивает обратный путь тока нагрузки к источнику питания.

Через 120 электрических градусов диод 2 (D 2 ) начинает проводить для положительного полупериода V B (желтая фаза). Теперь его анод становится более положительным, чем диоды D 1 и D 3, которые оба «выключены», потому что они смещены в обратном направлении. Аналогичным образом , 120 о дальнейшем V С(синия фаза) начинает возрастать поворачивая «ON» диод 3 (D 3 ) в качестве анода становится более положительным, таким образом, превращая «OFF» диоды D 1 и D 2 .

Затем мы можем видеть, что для трехфазного выпрямления, какой бы диод не имел более положительного напряжения на своем аноде, по сравнению с двумя другими диодами, он автоматически начнет проводить, тем самым давая схему проводимости: D 1 D 2 D 3, как показано.

картинка-схема проводимости диодовкартинка-схема проводимости диодов

Из приведенных выше сигналов для резистивной нагрузки видно, что для полуволнового выпрямителя каждый диод пропускает ток в течение одной трети каждого цикла, а выходной сигнал в три раза больше входной частоты источника переменного тока. Следовательно, в данном цикле имеется три пика напряжения, поэтому за счет увеличения количества фаз от однофазного до трехфазного источника улучшается выпрямление источника питания, то есть выходное напряжение постоянного тока становится более плавным.

Для трехфазного полуволнового выпрямителя напряжения питания V A V B и V C сбалансированы, но с разностью фаз 120 o, что дает:

A  = V P * sin (ωt — 0 o )

B  = V P * sin (ωt — 120 o )

C  = V P * sin (ωt — 240 o )

Таким образом, среднее значение постоянного тока формы волны выходного напряжения от трехфазного полуволнового выпрямителя задается как:

среднее значение постоянного тока формы волны выходного напряжения от трехфазного полуволнового выпрямителясреднее значение постоянного тока формы волны выходного напряжения от трехфазного полуволнового выпрямителя

Поскольку напряжение обеспечивает пиковое напряжение V P равно V RMS * 1,414, из этого следует, что V P равно V P / 1,414, что дает 0,707 * V P , поэтому среднее выходное напряжение постоянного тока выпрямителя можно выразить через среднеквадратичное фазное напряжение, дающее:

среднее выходное напряжение постоянного тока выпрямителясреднее выходное напряжение постоянного тока выпрямителя

Полноволновое трехфазное выпрямление

В двухволновой трехфазной неконтролируемой мостовой выпрямительной схеме используются шесть диодов, по два на фазу аналогично однофазному мостовому выпрямителю. Трехфазный двухполупериодный выпрямитель получается с использованием двух схем полуволнового выпрямителя. Преимущество здесь состоит в том, что схема производит более низкий пульсационный выход, чем предыдущий полуволновой 3-фазный выпрямитель, поскольку его частота в шесть раз превышает входной сигнал переменного тока.

Кроме того, двухполупериодный выпрямитель может питаться от сбалансированного 3-фазного 3-проводного треугольника, подключенного треугольником, поскольку четвертый нейтральный (N) провод не требуется. Рассмотрим ниже трехполупериодную трехфазную схему выпрямителя.

картинка-схема трехполупериодного трехфазного выпрямителякартинка-схема трехполупериодного трехфазного выпрямителя

Как и раньше, при условии чередования фаз красного-желтого-синего (V A  — V B  — V C) и красной фазы (V A ) начинается при 0 o . Каждая фаза подключается между парой диодов, как показано на рисунке. Один диод проводящей пары питает положительную (+) сторону нагрузки, в то время как другой диод питает отрицательную (-) сторону нагрузки.

Диоды D 1, D 3, D 2 и D 4 образуют мостовую выпрямительную сеть между фазами A и B, аналогично диоды D 3 D 5, D 4 и D 6 между фазами B и C и D 5, D 1, D 6 и D 2 между фазами C и А.

Таким образом, диоды D 1, D 3 и D 5 питают положительную шину и в зависимости от того, какая из них имеет более положительное напряжение на своем анодном выводе, проводит. Аналогично, диоды D 2, D 4 и D 6 питают отрицательную шину, и какой диод имеет более отрицательное напряжение на своих катодных выводах.

Тогда мы можем видеть, что для трехфазного выпрямления диоды проводят в совпадающих парах, давая схему проводимости для тока нагрузки: D 1-2 D 1-6 D 3-6 D 3-6 D 3-4 D 5- 4 D 5-2 и D 1-2, как показано.

Форма волны двухфазного выпрямителяФорма волны двухфазного выпрямителя

В трехфазных силовых выпрямителях проводимость всегда происходит в наиболее положительном диоде и соответствующем наиболее отрицательном диоде. Таким образом, когда три фазы вращаются через выводы выпрямителя, проводимость передается от диода к диоду. Затем каждый диод проводит в течение 120 o (одну треть) в каждом цикле питания, но так как требуется два диода для проводки в парах, каждая пара диодов будет проводить только 60 o (одну шестую) цикла в любой момент времени, так как показано выше.

Поэтому мы можем правильно сказать, что для трехфазного выпрямителя, питаемого от «3» вторичных обмоток трансформатора, каждая фаза будет разделена на 360 o / 3, таким образом, требуя 2 * 3 диода. Отметим также, что в отличие от предыдущего полуволнового выпрямителя, между входной и выходной клеммами выпрямителя нет общего соединения. Следовательно, он может питаться от звезды или от трансформатора.

Таким образом, среднее значение постоянного тока сигнала выходного напряжения от трехфазного двухполупериодного выпрямителя задается как:

среднее значение постоянного тока сигнала выходного напряжения от трехфазного двухполупериодного выпрямителясреднее значение постоянного тока сигнала выходного напряжения от трехфазного двухполупериодного выпрямителя

Где: V S равно (V L (PEAK)  ÷ √ 3 ), а где V L (PEAK) — максимальное линейное напряжение (V L * 1,414).

Резюме трехфазного выпрямления

В этой статье мы увидели, что трехфазное выпрямление — это процесс преобразования трехфазного источника переменного тока в пульсирующее постоянное напряжение, когда выпрямление преобразует входной источник питания синусоидального напряжения и частоты в постоянное напряжение постоянного тока. Таким образом, выпрямление мощности превращает переменный источник в однонаправленный источник.

Но мы также видели, что 3-фазные неконтролируемые полуволновые выпрямители, которые используют один диод на фазу, требуют подключения в виде звезды в качестве четвертого нейтрального (N) провода для замыкания цепи от нагрузки к источнику. Трехфазный двухполупериодный мостовой выпрямитель, который использует два диода на фазу, требует только трех линий электропередачи, без нейтрали, такой как та, которая обеспечивается питанием от треугольника.

Другим преимуществом двухполупериодного мостового выпрямителя является то, что ток нагрузки хорошо сбалансирован по мосту, что повышает эффективность (отношение выходной мощности постоянного тока к подводимой входной мощности) и снижает содержание пульсаций, как по амплитуде, так и по частоте, по сравнению с полуволновой конфигурацией.

Увеличивая количество фаз и диодов в конфигурации моста, можно получить более высокое среднее выходное напряжение постоянного тока с меньшей амплитудой пульсаций, как, например, при 6-фазном выпрямлении каждый диод будет проводить только одну шестую цикла. Кроме того, многофазные выпрямители производят более высокую частоту пульсаций, что означает меньшую емкостную фильтрацию и намного более плавное выходное напряжение. Таким образом, 6, 12, 15 и даже 24-фазные неконтролируемые выпрямители могут быть разработаны для улучшения коэффициента пульсации для различных применений.

Схемы и дизайн стабилитронов »Электроника

Есть много кремниевого стабилитрона цепи от источника опорного напряжения цепей до тех обеспечения защиты напряжения переходной.


Учебное пособие по стабилитронам / эталонным диодам В комплект входит: Стабилитрон
Теория работы стабилитрона
Технические характеристики стабилитрона
Схемы на стабилитронах

Другие диоды: Типы диодов


диодов Зенера или опорное напряжения диоды используются в различных схемы, чтобы они могли обеспечить опорное напряжение.Они также могут быть использованы в других схемах, кроме простого предоставления опорного напряжения.

Существует множество схем, в которых используются стабилитроны, от очень простых схем на стабилитронах до гораздо более сложных.

Несколько примеров схем на стабилитронах приведены ниже вместе с некоторыми советами по проектированию схем.

Простой диод Зенера схема обеспечивает опорное напряжение

Самая простая схема стабилитрона состоит из одного стабилитрона и резистора.Диод Зенера обеспечивает опорное напряжение, но последовательный резистор должен быть на месте, чтобы ограничить ток в диод в противном случае большое количество тока будет протекать через него, и он может быть разрушен.

Следует рассчитать номинал резистора в цепи стабилитрона, чтобы получить требуемое значение тока для используемого напряжения питания. Обычно максимальная рассеиваемая мощность большинства свинцовых стабилитронов малой мощности составляет 400 мВт. В идеале схема должна быть спроектирована так, чтобы рассеивать менее половины этого значения, но для правильной работы ток в стабилитроне не должен опускаться ниже примерно 5 мА, иначе они не будут регулироваться правильно.

Basic Zener diode circuit Базовая опорное напряжение диода Зенера цепи

цепи Пример конструкции

Возьмем случай, когда схема на стабилитроне используется для питания регулируемой шины 5,1 В, потребляющей 2 мА, от источника входного напряжения 12 В. Для расчета необходимого резистора можно использовать следующие простые шаги:

  1. Рассчитайте разницу напряжений на последовательном резисторе 12 — 5,1 = 6,9 В
  2. Определите ток резистора. Выберите 15 мА.Это обеспечит достаточный запас сверх минимального тока стабилитрона для некоторых колебаний тока нагрузки.
  3. Проверить рассеиваемую мощность стабилитрона. При токе 15 мА и напряжении на рассеиваемой мощности: 15 мА x 5,1 В = 76,5 мВт
    Это вполне соответствует максимальному пределу для диода
  4. .

  5. Определите ток через последовательный резистор. Это 15 мА для стабилитрона плюс 2 мА для нагрузки, то есть 17 мА.
  6. Определите номинал последовательного резистора.Используя закон Ома, это можно рассчитать, исходя из падения напряжения на нем и полного тока через него: 6,9 / 17 мА = 0,405 кОм
    Ближайшее значение — 390 Ом
  7. Определите мощность последовательного резистора. Это можно определить, используя рассчитанное ранее значение тока через резистор и напряжение на нем: В x I = 6,9 В x 17 мА = 117 мВт
    Резистор должен рассеивать этот уровень тепла. Для этого должно хватить резистора на четверть ватта.

Этот простой диод Зенера схема широко используется в качестве простого способа предоставления опорного напряжения.

Схема стабилитрона для БП с последовательным транзистором

Очень простая схема стабилитрона, обеспечивающая функцию шунтирующего стабилизатора, как показано выше, не особенно эффективна и не применима для многих приложений с более высокими токами. Одним из решений является использование схемы стабилитрона, в которой используется транзисторный буфер, который действует как транзистор с последовательным проходом.Ниже показана простая схема, в которой транзистор используется в качестве эмиттерного повторителя.

Simple Zener diode voltage regulator circuit
Схема простого регулятора напряжения на стабилитроне

При использовании этой схемы на стабилитроне необходимо рассчитать ток, требуемый от датчика потенциала стабилитрона. Это ток эмиттера транзистора, деленный на коэффициент усиления.

При выборе напряжения стабилитрона следует помнить, что напряжение эмиттера будет ниже напряжения стабилитрона на величину напряжения база-эмиттер — около 0.6 вольт для кремниевого транзистора.

Схема стабилитрона для защиты от перенапряжения

Другой формой схемы стабилитрона является схема защиты от перенапряжения. Эта схема стабилитрона использует стабилитрон несколько иначе, обнаруживая ток пробоя через диод при достижении определенного напряжения.

Хотя блоки питания обычно надежны, последствия отказа последовательного транзистора или полевого транзистора могут быть катастрофическими. Если устройство последовательной передачи выйдет из строя из-за короткого замыкания, полное нерегулируемое напряжение будет подаваться на цепи с использованием регулируемой мощности.Это может уничтожить все микросхемы, на которые подается питание.

Одно из решений — использовать схему с ломом. Когда эта форма схемы обнаруживает ситуацию перенапряжения, она запускает SCR. Это быстро снижает выходное напряжение и, в показанном примере, перегорает предохранитель, который отключает питание входного источника.

Zener diode / SCR overvoltage protection circuit Схема защиты стабилитрона / тиристора от перенапряжения

Схема срабатывает за счет срабатывания тиристора при обнаружении перенапряжения. Стабилитрон выбирается так, чтобы иметь напряжение выше нормального рабочего напряжения — достаточный запас, чтобы не срабатывать при нормальных условиях эксплуатации, но достаточно малый, чтобы позволить току течь быстро при обнаружении неисправности.

В нормальных условиях работы выходное напряжение ниже обратного напряжения стабилитрона, и через него не течет ток, а затвор тринистора не срабатывает.

Однако, если напряжение поднимается выше допустимого напряжения, то есть напряжения пробоя стабилитрона, стабилитрон начинает проводить ток, тиристор срабатывает и предохранитель перегорает.

Наконечники на стабилитрон

Стабилитрон — очень гибкий и полезный компонент схемы. Однако, как и в случае с любым другим электронным компонентом, есть несколько советов и подсказок, которые позволят сделать из стабилитрона лучшее.Их количество приведено ниже.

  • Буферная схема стабилитрона с помощью цепи эмиттера или истокового повторителя: Чтобы напряжение на стабилитроне было как можно более стабильным, ток, протекающий через стабилитрон, должен быть постоянным. Любые колебания тока, потребляемого нагрузкой, должны быть минимизированы, так как они изменят ток через стабилитрон и вызовут небольшие колебания напряжения. Изменения, вызванные нагрузкой, можно минимизировать, используя каскад схемы эмиттерного повторителя для уменьшения тока, потребляемого от схемы стабилитрона, и, следовательно, наблюдаемых изменений.Это также имеет то преимущество, что можно использовать стабилитроны меньшего размера.
  • Привод с источником постоянного тока для лучшей стабильности: Еще один способ улучшить стабильность стабилитрона — использовать хороший источник постоянного тока. Простая схема, в которой используется только резистор, подходит для многих приложений, но более эффективный источник тока может обеспечить некоторые улучшения характеристик схемы, поскольку ток может поддерживаться практически независимо от любых изменений в шине питания.
  • Выберите правильное напряжение для лучшей стабильности: В тех случаях, когда изменения требуется стабильность температуры, стабилитрон опорного напряжения диод должен быть выбран, чтобы иметь напряжение около 5,5 вольт. Ближайшее предпочтительное значение — 5,6 В, хотя 5,1 В — еще одно популярное значение, учитывая его близость к 5 В, требуемым для некоторых семейств логики. Там, где требуются разные уровни напряжения, можно использовать стабилитрон на 5,6 вольт, а окружающую электронику можно использовать для преобразования его в требуемое выходное значение.
  • Обеспечьте достаточный ток для обратного пробоя: Необходимо убедиться, что через диод проходит достаточный ток, чтобы он оставался в режиме обратного пробоя. Для типичного устройства мощностью 400 мВт необходимо поддерживать ток около 5 мА. Для получения точных значений минимального тока следует обращаться к таблице данных для конкретного устройства и напряжения. Если этот минимальный ток не подается, диод не будет проводить должным образом, и вся цепь не будет работать.
  • Убедитесь, что максимальные пределы тока для стабилитрона не превышены: Хотя необходимо обеспечить пропускание достаточного тока через стабилитрон, максимальные пределы не должны превышаться. Это может быть немного уравновешивающим действием в некоторых схемах, поскольку колебания тока нагрузки будут вызывать изменение тока стабилитрона. Следует соблюдать осторожность, чтобы не превышать максимальный ток или максимальную рассеиваемую мощность (напряжение стабилитрона x ток стабилитрона). Если это кажется проблемой, можно использовать схему эмиттерного повторителя для буферизации стабилитрона и увеличения допустимого тока.

Стабилитроны очень просты в использовании, поэтому существует множество различных схем стабилитронов. При использовании с некоторыми мерами предосторожности они работают хорошо, но иногда могут вызывать некоторые проблемы, но следование указанным выше советам и рекомендациям поможет избежать большинства проблем.

Другие электронные компоненты:
Резисторы
Конденсаторы
Индукторы
Кристаллы кварца
Диоды
транзистор
Фототранзистор
FET
Типы памяти
тиристор
Соединители
Разъемы RF
Клапаны / трубки
батареи
Выключатели
Реле

Вернуться в меню «Компоненты»., ,

.

Введение в выпрямительную диодную схему Wokring и ее применение

Диоды — широко используемые полупроводниковые устройства. Выпрямительный диод — это двухпроводной полупроводник, который позволяет току проходить только в одном направлении. Как правило, диод с P-N переходом формируется путем соединения полупроводниковых материалов n-типа и p-типа. Сторона P-типа называется анодом, а сторона n-типа — катодом. Многие типы диодов используются в широком диапазоне приложений. Выпрямительные диоды — жизненно важный компонент в источниках питания, где они используются для преобразования переменного напряжения в постоянное.Стабилитроны используются для регулирования напряжения, предотвращая нежелательные изменения в источниках постоянного тока в цепи.

Символ диода

Символ выпрямительного диода показан ниже, стрелка указывает в направлении обычного тока.

Rectifier Diode Symbol Rectifier Diode Symbol Выпрямительный диод Символ

Схема работы выпрямительного диода

Материалы n-типа и p-типа химически объединены с помощью специальной технологии изготовления, которая приводит к образованию p-n-перехода.Этот переход P-N имеет две клеммы, которые можно назвать электродами, и по этой причине он называется «DIODE» (диод).

Если к любому электронному устройству через его клеммы подается внешнее напряжение постоянного тока, это называется смещением.

Несмещенный выпрямительный диод

  • Когда на выпрямительный диод не подается напряжение, он называется несмещенным диодом, на N-стороне будет подавляющее количество электронов и очень мало отверстий (из-за теплового возбуждения), тогда как P-сторона будет иметь большинство носителей заряда дырки и очень небольшое количество электронов.
  • В этом процессе свободные электроны с N-стороны будут диффундировать (распространяться) в P-сторону и рекомбинировать в дырках, присутствующих там, оставляя + ve неподвижных (неподвижных) ионов на N-стороне и создавая -ve неподвижные ионы в сторона P диода.
  • Неподвижный в стороне n-типа у края стыка. Точно так же неподвижные ионы на стороне p-типа вблизи края перехода. Из-за этого на стыке будет накапливаться количество положительных и отрицательных ионов. Образованная таким образом область называется областью истощения.
  • В этой области на PN-переходе диода создается статическое электрическое поле, называемое барьерным потенциалом.
  • Противодействует дальнейшей миграции дырок и электронов через переход.

Unbiased Diode (No Voltage Applied) Unbiased Diode (No Voltage Applied) Несмещенный диод (без напряжения)

Диод с прямым смещением

  • Прямое смещение: в диоде с PN-переходом положительная клемма источника напряжения подключена к стороне p-типа, а отрицательная клемма подключена к со стороны n-типа диод находится в состоянии прямого смещения.
  • Электроны отталкиваются отрицательной клеммой источника постоянного напряжения и дрейфуют к положительной клемме.
  • Итак, под действием приложенного напряжения этот дрейф электронов вызывает протекание тока в полупроводнике. Этот ток называется «дрейфовым током». Поскольку основными носителями являются электроны, ток n-типа — это ток электронов.
  • Поскольку отверстия являются основными носителями в p-типе, они отталкиваются от положительной клеммы источника постоянного тока и перемещаются через переход к отрицательной клемме.Итак, ток в p-типе — это ток дырки.
  • Итак, общий ток основных носителей создает прямой ток.
  • Направление обычного тока, протекающего от положительного к отрицательному полюсу батареи, в направлении обычного тока противоположно потоку электронов.

Forward Biased Rectifier Diode Forward Biased Rectifier Diode Выпрямительный диод со смещением в прямом направлении

Диод с обратным смещением

  • Состояние с обратным смещением: если диод является положительной клеммой источника, напряжение подключено к концу n-типа, а отрицательная клемма источника подключена к Конец диода p-типа, через диод не будет тока, кроме обратного тока насыщения.
  • Это связано с тем, что в состоянии обратного смещения обедненный слой перехода становится шире с увеличением напряжения обратного смещения.
  • Хотя есть небольшой ток, протекающий от конца n-типа к концу p-типа в диоде из-за неосновных носителей. Этот ток называется током обратного насыщения.
  • Неосновные носители — это, в основном, термически генерируемые электроны / дырки в полупроводниках p-типа и полупроводниках n-типа соответственно.
  • Теперь, если обратное приложенное напряжение на диоде постоянно увеличивается, то после определенного напряжения слой обеднения разрушится, что вызовет протекание огромного обратного тока через диод.
  • Если этот ток не ограничен извне и превышает безопасное значение, диод может выйти из строя.
  • Эти быстро движущиеся электроны сталкиваются с другими атомами в устройстве, чтобы отбить от них еще несколько электронов. Высвобождаемые таким образом электроны высвобождают гораздо больше электронов из атомов, разрывая ковалентные связи.
  • Этот процесс называется умножением несущих и приводит к значительному увеличению тока через p-n переход.Связанное с этим явление называется лавинным распадом.

Reverse Biased Diode Reverse Biased Diode Диод с обратным смещением

Некоторые применения выпрямительного диода

Диоды имеют множество применений. Вот некоторые из типичных применений диодов включают:

PCBWay PCBWay

  • выпрямления напряжения, такие как превращение переменного тока в напряжение постоянного тока
  • Разделительные сигналы от источника
  • опорного напряжения
  • регулирования размера сигнала
  • Смешивание сигналов
  • Сигналы обнаружения
  • Системы освещения
  • ЛАЗЕРНЫЕ диоды
Полуполупериодный выпрямитель

Одним из наиболее распространенных применений диода является выпрямление переменного напряжения в источник постоянного тока.Поскольку диод может проводить ток только в одном направлении, когда входной сигнал становится отрицательным, тока не будет. Это называется однополупериодным выпрямителем. На рисунке ниже показана схема однополупериодного выпрямительного диода.

Half-Wave Rectifier Half-Wave Rectifier Полупериодный выпрямитель

Полноволновой выпрямитель
  • Схема двухполупериодного выпрямительного диода состоит из четырех диодов, с помощью этой структуры мы можем сделать обе половины волны положительными. И для положительных, и для отрицательных циклов входа существует прямой путь через диодный мост.
  • В то время как два диода смещены в прямом направлении, два других смещены в обратном направлении и эффективно исключены из схемы. Оба пути проводимости заставляют ток течь в одном направлении через нагрузочный резистор, обеспечивая двухполупериодное выпрямление.
  • Двухполупериодные выпрямители используются в источниках питания для преобразования переменного напряжения в постоянное. Большой конденсатор, подключенный параллельно к выходному нагрузочному резистору, снижает пульсации в процессе выпрямления. На рисунке ниже показана схема двухполупериодного выпрямительного диода.

Full-Wave Rectifier Full-Wave Rectifier Двухполупериодный выпрямитель

Итак, это все о выпрямительном диоде и его использовании. Знаете ли вы какие-либо другие диоды, которые регулярно используются в электрических и электронных проектах в режиме реального времени? Затем, пожалуйста, оставьте свой отзыв, оставив комментарий в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, Как формируется область истощения в диоде D ?

.Стабилитрон

Работа с принципиальной схемой и приложениями

Диод является одним из основных компонентов электронных схем. Если вы хотите узнать о напряжениях, вы должны знать о диодах. Диод в основном состоит из полупроводников, которые имеют две характеристики: тип «P» и тип «N». Полупроводники типа «P» и «N» представляют собой полупроводники положительного и отрицательного типа. Полупроводник типа «P» будет иметь избыточное количество дырок в конфигурации, а полупроводник типа «N» будет иметь избыточное количество электронов.Если в монокристалле присутствуют оба типа характеристик, то его можно назвать диодом. Положительная клемма батареи соединяется со стороной «P», а отрицательная сторона — со стороной «N». Давайте обсудим, как работает стабилитрон. Это не что иное, как простой диод, подключаемый в обратном направлении.

Zener Diode Zener Diode Стабилитрон

Стабилитрон

В основном это особые свойства диода, а не какого-либо специального оборудования. Человек по имени Клиренс Зинер изобрел это свойство диода, поэтому он назван в его честь как память.Особое свойство диода состоит в том, что в цепи произойдет пробой, если напряжение приложено к цепи с обратным смещением. Это не позволяет току течь по нему. Когда напряжение на диоде увеличивается, температура также увеличивается, и ионы кристалла колеблются с большей амплитудой, и все это приводит к пробою обедненного слоя. Слой на стыке типа «П» и типа «Н». Когда приложенное напряжение превышает определенную величину, происходит пробой Зенера.

Zener Diode V-I Characteristics Zener Diode V-I Characteristics Характеристики V-I стабилитрона

Стабилитрон — это не что иное, как одиночный диод, подключенный в режиме обратного смещения, и стабилитрон может быть подключен в положительном положении с обратным смещением в цепи, как показано на рисунке. Мы можем подключать его для различных приложений.

Обозначение схемы стабилитрона такое, как показано на рисунке. Для удобства используется нормально. Обсуждая диодные схемы, следует обратить внимание на графическое представление работы стабилитрона.Это называется ВАХ обычного диода с p — n переходом.

Zener Diode connection Zener Diode connection Подключение стабилитрона

Характеристики стабилитрона

На приведенной выше диаграмме показаны характеристики V-I поведения стабилитрона. Когда диод подключен в прямом смещении, диод работает как обычный диод. Когда напряжение обратного смещения больше заданного напряжения, возникает напряжение пробоя стабилитрона. Для получения напряжения пробоя контролируется резкое и отчетливое легирование и устраняются дефекты поверхности.В приведенных выше характеристиках V-I Vz — это напряжение стабилитрона. А также напряжение колена, потому что в этой точке ток очень быстрый.

Zener Diode behaviour Zener Diode behaviour Поведение стабилитрона

Применение стабилитрона

Стабилитрон широко используется в качестве шунтирующего регулятора или регулятора напряжения. Изучив первую часть статьи, мы знаем, что такое стабилитрон и каков основной принцип работы. Здесь возникает вопрос, где могут быть полезны диоды этого типа.Основное применение этого типа диодов в качестве защитного напряжения regulator.Over напряжения, в качестве опорного напряжения.

PCBWay PCBWay
Zener Diode checking Zener Diode checking Проверка стабилитрона

Мы обсудили применение стабилитрона в качестве стабилизатора напряжения, а теперь обсудим два других момента.

Защита от перенапряжения осуществляется с помощью стабилитронов, поскольку через диод проходит ток после того, как напряжение обратного смещения превышает определенное значение. Эта схема обеспечивает безопасность оборудования, подключенного к клеммам.Обычно ток не должен превышать нормальный клапан, но если из-за какой-либо неисправности в цепи ток превышает максимально допустимое напряжение, то оборудование системы может быть повреждено. Используется SCR, благодаря которому выходное напряжение быстро снижается и перегорает предохранитель, который отключает питание входного источника. Схемное показан ниже для лучшего понимания,

Zener Diode connection Zener Diode connection стабилитрон соединение

опорного напряжения определяет постоянную подачу тока или напряжения питания в качестве работ напряжения Зенера.Если подача тока такая же, то, чтобы избежать нестабильной работы, мы используем стабилитроны. Они используются там, где опорное напряжение требуется, как амперметры, омметры и вольтметры.

Стабилитрон как регулятор напряжения

Термин «регулятор» означает то, что регулирует. Стабилитрон может работать как регулятор напряжения, если он включен в цепь. Выходной сигнал на диоде будет постоянным. Он приводится в действие источником тока. Как мы знаем, если напряжение на диоде превышает определенное значение, он потребляет чрезмерный ток от источника питания.Базовая схема стабилитрона в качестве регулятора напряжения приведена ниже:

Чтобы зафиксировать ток, проходящий через стабилитрон, вводится последовательное сопротивление R, значение которого может быть выбрано из следующего уравнения

Величина резистора (Ом) = (V1 — V2) / (Ток стабилитрона + ток нагрузки)

На приведенной выше диаграмме показан шунтирующий стабилизатор, поскольку регулирующий элемент параллелен нагрузочному элементу. Диод Зенера производит стабильное опорное напряжение на нагрузке, которая удовлетворяет критериям требования регулятора.

Стабилитрон позволяет току течь в прямом направлении так же, как идеальный диод. Он также позволяет течь в обратном направлении, когда напряжение выше определенного значения, известного как напряжение пробоя.

Это устройство названо в честь Зенера. Зинер обнаружил это электрическое свойство. Зенеровский диод — это диод, в котором происходит обратный пробой из-за квантового туннелирования электронов под действием высокого электрического поля, называемого эффектом Зенера. Многие диоды, описываемые как стабилитроны, вместо этого полагаются на лавинный пробой.Оба типа используются с преобладанием эффекта Зенера при напряжении 5,6 В и лавинным пробоем выше. Обычные приложения включают в себя обеспечение опорного напряжения для регуляторов напряжения. Это необходимо для защиты устройств от кратковременных импульсов напряжения.

Zener Diode Connectivity Zener Diode Connectivity Связь с стабилитроном

Эти устройства также встречаются последовательно с базовым эмиттерным переходом. На транзисторных каскадах, когда выборочный выбор устройства сосредоточен вокруг лавины или точки Зенера. Его можно использовать для введения компенсирующего температурного коэффициента балансировки транзистора.Усилитель ошибки постоянного тока, используемый в системе обратной связи цепи регулируемого источника питания, является одним из примеров.

Они также используются в устройствах защиты от перенапряжения для ограничения систем с импульсными скачками напряжения, а еще одним применением стабилитрона является использование шума, вызванного его лавинным пробоем в генераторе случайных чисел. Не могли бы вы рассказать мне еще о некоторых применениях стабилитрона? Комментируя….

Фото:

.

Что такое варакторный диод? — Определение, символ, работа, характеристика и схема настройки

Определение: Диод, внутренняя емкость которого изменяется в зависимости от изменения обратного напряжения, такой тип диода известен как варакторный диод. Он используется для хранения заряда. Варакторный диод всегда работает в режиме обратного смещения, и это полупроводниковый прибор, зависящий от напряжения

Устройство, зависящее от напряжения, означает, что выход диода зависит от их входного напряжения.Варакторный диод T используется там, где требуется переменная емкость, и эта емкость регулируется с помощью напряжения. Варакторный диод также известен как варикап, вольт-конденсатор, переменная емкость по напряжению или настраивающий диод.

Обозначение варакторного диода

Обозначение варакторного диода аналогично обозначению диода с PN-переходом. Диод имеет два вывода: анод и катод. Один конец символа состоит из диода, а другой конец имеет две параллельные линии, которые представляют проводящие пластины конденсатора.Зазор между пластинами показывает их диэлектрик.

symbol-for-varactor-diode

Работа варакторного диода

Варакторный диод изготовлен из полупроводникового материала n-типа и p-типа. В полупроводниковом материале n-типа электроны являются основными носителями заряда, а в материале p-типа дырки являются основными носителями заряда. Когда полупроводниковые материалы p-типа и n-типа соединяются вместе, образуется p-n-переход, и на PN-переходе создается область обеднения.Положительные и отрицательные ионы составляют область истощения. Эта область блокирует ток, поступающий из PN-области.

reverse-bias-pn-junction-diode

Варакторный диод работает только при обратном смещении. Из-за обратного смещения ток не течет. Если диод подключен в прямом смещении, ток начинает течь через диод, и их обедненная область становится меньше. Область обеднения не позволяет ионам перемещаться с одного места на другое.

Варакторный диод используется для хранения заряда, а не для протекания заряда .При прямом смещении общий заряд, накопленный в диоде, становится нулевым, что нежелательно. Таким образом, варакторный диод всегда работает в режиме обратного смещения.

Формула дает емкость варакторного диода,

varactor-diode-equation-1

Где, ε — Диэлектрическая проницаемость полупроводникового материала.
A — площадь PN-перехода
W — ширина обедненной области

Емкость варакторного диода увеличивается с увеличением n и области p-типа и уменьшается с увеличением области обеднения.Увеличение емкости означает, что в диоде хранится больше зарядов. Для увеличения емкости заряда область истощения (которая действует как диэлектрик конденсатора) диода должна быть небольшой.

Характеристика варакторного диода

Характеристическая кривая варакторного диода показана на рисунке ниже. График показывает, что при увеличении напряжения обратного смещения область обеднения увеличивается, а емкость диода уменьшается.

characteristic-diode

Преимущества варакторного диода

Преимущества варакторного диода.

  1. Варакторный диод производит меньше шума по сравнению с другим диодом.
  2. Он дешевле и надежнее.
  3. Варакторный диод имеет небольшие размеры и меньший вес.

Варакторный диод в цепи настройки

На рисунке ниже показано, что D 1 и D 2 — это два варакторных диода. Эти диоды обеспечивают переменное сопротивление в параллельном резонансном контуре. V c — это постоянное напряжение, используемое для управления обратным напряжением диода.

varactor-diode-in-tunning-circuit

varactor-diode-equation-2

Где, varactor-diode-equation-3

L — это индуктивность цепи, измеряется в Генри. Резонансная частота контура выражается как C 1 , а C 2 — максимальная емкость напряжения диода

.

,

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *