Мостовой выпрямитель схема: принцип работы, схемы и т.д.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель. Принцип действия, схема, расчет

Главная » Справочник » Двухполупериодный мостовой выпрямитель. Принцип действия, схема, расчет

Существует еще одна, более популярная конструкция двухполупериодного выпрямителя, построенная на основе конфигурации с четырьмя диодами. Такая конструкция известна как двухполупериодный мостовой выпрямитель или просто мостовой выпрямитель.

Преимущество этого типа выпрямителя по сравнению с версией выпрямителя с центральным отводом заключается в том, что для него не требуется сетевой трансформатор с центральным отводом во вторичной обмотке, что резко снижает его размер и стоимость.

Также эта конструкция использует полностью все вторичное напряжение в качестве входного. Используя тот же трансформатор, мы получаем вдвое больше пикового напряжения и вдвое больше постоянного напряжения с мостовым выпрямителем, чем с двухполупериодным выпрямителем с центральным отводом. Именно поэтому мостовые выпрямители используются гораздо чаще, чем двухполупериодные со средней точкой.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель

Чтобы выпрямить оба полупериода синусоидальной волны, как мы уже говорили ранее, в мостовом выпрямителе используются четыре диода, соединенных вместе в конфигурации «моста». Вторичная обмотка трансформатора подключена с одной стороны диодного моста, а нагрузка — с другой.

На следующем рисунке показана схема мостового выпрямителя.

Во время положительного полупериода переменного напряжения диоды D1 и D2 смещены в прямом направлении, в то время как диоды D3 и D4 смещены в обратном направлении. Это создает положительное напряжение на нагрузочном резисторе (обратите внимание на плюс-минус полярности на нагрузочном резисторе).

В течение следующего полупериода полярность переменного напряжения меняется на противоположную. Теперь диоды D3 и D4 смещены в прямом направлении, а диоды D1 и D2 — в обратном. Это также создает положительное напряжение на нагрузочном резисторе, как и раньше.

Обратите внимание, что независимо от полярности напряжения на входе, полярность на нагрузке постоянная, а ток в нагрузке течет в одном направлении.

Таким образом, схема преобразует входное переменное напряжение в пульсирующее постоянное напряжение.

Блок питания 0…30В/3A

Набор для сборки регулируемого блока питания…

Подробнее

Если вам трудно запомнить правильное расположение диодов в схеме мостового выпрямителя, вы можете обратиться к альтернативному представлению схемы. Это точно такая же схема, за исключением того, что все диоды расположены горизонтально и направлены в одном направлении.

Значение постоянного напряжение выходного сигнала

Здесь формула для расчета среднего значения напряжения такая же, как и для двухполупериодного выпрямителя со средней точкой:

Это уравнение говорит нам, что значение постоянного напряжения составляет около 63,6 процента от пикового значения. Например, если пиковое переменное напряжение составляет 10 В, то постоянное напряжение будет 6,36 В.

Когда вы измеряете напряжение на выходе мостового выпрямителя с помощью вольтметра, показание будет равно среднему значению.

Аппроксимация второго порядка

В действительности мы не получаем идеальное  напряжение на нагрузочном резисторе. Из-за потенциального барьера, диоды не включаются, пока источник напряжение не достигнет около 0,7 В.

И поскольку в мостовом выпрямителе работают по два диода за раз, то падение напряжения составит 0,7 x 2 = 1,4 В. Таким образом, пиковое выходное напряжение определяется следующим образом:

Выходная частота

Полноволновой выпрямитель инвертирует каждый отрицательный полупериод, удваивая количество положительных полупериодов. Из-за этого у такого выпрямителя на выходе в два раза больше циклов, чем на входе. Поэтому частота полноволнового сигнала в два раза превышает входную частоту.

Например, если частота на входе составляет 50 Гц, выходная частота будет 100 Гц.

Фильтрация постоянного напряжения

Сигнал на выходе, который мы получаем от двухполупериодного мостового выпрямителя, является по сути пульсирующим постоянным напряжением, которое вырастает до максимума, а затем снижается до нуля.

Для того чтобы избавиться от пульсаций, нам необходимо отфильтровать двухволновой сигнал. Один из способов сделать это — подключить сглаживающий конденсатор.

Первоначально конденсатор разряжен. На протяжении первой четверти цикла диоды D1 и D2 смещены в прямом направлении и из-за этого сглаживающий конденсатор начинает заряжаться. Процесс заряда длится до тех пор, пока напряжение с мостового выпрямителя не достигнет своего пикового значения. В этот момент напряжение на конденсаторе будет равно Vp.

После того, как напряжение с выпрямителя достигает своего пика, оно начинает уменьшаться. Как только напряжение снизиться ниже Vp соответствующая пара диодов (D1 и D2) не будет проводить.

Когда диоды выключены, конденсатор разряжается через нагрузку, пока не будет достигнут следующий пик. Когда наступает следующий пик, конденсатор заряжается уже через диоды D3 и D4  до пикового значения.

Недостатки мостового выпрямителя

Единственным недостатком мостового выпрямителя является то, что выходное напряжение меньше, чем входное напряжение на 1,4 В, в результате падения на двух диодах.

Этот недостаток ощутим только в источниках питания с очень низким напряжением. Например, если пиковое напряжение источника составляет всего 5 В, то  напряжение нагрузки будет иметь только 3,6 В.

Но если пиковое напряжение источника составляет 100 В, напряжение нагрузки будет близко к идеальному двухполупериодному напряжению и влияние падения на диодах будет не значительным.

Счетчик Гейгера

Высококачественный счетчик Гейгера с высокой чувствительностью для обнаружен…

Подробнее

Мостовой выпрямитель, схема, формула, 7 важных факторов

Список тем

• Ректификация и выпрямитель
• Типы выпрямителя
• Мостовой выпрямитель
• Схема и схема мостового выпрямителя
• Работа мостового выпрямителя
• Различия между мостовым выпрямителем и полноволновым выпрямителем
• Математические проблемы

коррекция

Выпрямление: процесс, посредством которого переменное напряжение преобразуется в постоянное, называется выпрямлением. Выпрямитель — это электронное устройство для выполнения выпрямления.

Типы выпрямителей

Выпрямители в основном бывают трех типов. Они есть —

1. Полуволновые выпрямители (HWR)
2. Полноволновые выпрямители (FWR)
3. Мостовой выпрямитель (BR)

Мостовые выпрямители

Мостовые выпрямители — это выпрямители, которые преобразуют переменный ток в постоянный, то есть переменный ток в постоянный. Этот тип выпрямителя позволяет обеим половинам входного переменного напряжения проходить через цепь. Для изготовления мостового выпрямителя необходимо четыре диода.

Работа и схема мостовых выпрямителей

Мостовой выпрямитель показан на схеме ниже.

Схема мостового выпрямителя, источник изображения — Пользователь: Wykis, Диодный мост alt 1, помечено как общественное достояние, подробнее на Wikimedia Commons

Двухполупериодное выпрямление также может быть реализовано с помощью выпрямителя, в состав которого входят четыре диода. Как показано на схеме, два диода противоположных плеч проводят ток одновременно, в то время как два других диода остаются в выключенном состоянии. На данный момент ток течет через диоды D1 и D3, но не течет через диоды D2 и D4. Это происходит из-за мгновенной полярности вторичных обмоток трансформатора. Таким образом, ток I проходит через сопротивление нагрузки RL в показанном направлении.

Теперь наступает следующая половина цикла. На этот раз полярность трансформатора меняется. Ток течет через диод D2 и диод D4, а через диоды D1 и D3 ток не течет. Направление тока остается таким же, как и в предыдущей половине цикла.

Узнайте о том, как работает трансформатор!

Формула и уравнения мостового выпрямителя

От стандартной схемы мостового выпрямителя,

Vi — входное напряжение; Vb — напряжение на диоде, rd — динамическое сопротивление, R — сопротивление нагрузки, Vo — выходное напряжение.

Среднее напряжение O / p:

V_o V =_mСинωт; 0 ≤ ωt ≤ π

V_av = 1 / π * ∫₀^2pVo d (ωt)

Или, V_av = 1 / π * ∫₀^2pV_mSinωt d (ωt)

Или, V_av = (V_m/ π) [- Cosωt]₀^π

Или, V_av = (V_m / π) * [- (- 1) — (- (1))]

Или, V_av = (V_m/ π) * 2

Или, V_av = 2 В_m / π = 0. 64 В_m

Средний ток нагрузки (I_av) = 2 * I_m/ π

Среднеквадратичное значение тока:

I_RMS = [1 / π * ∫ ₀^2p I²  d (ωt)]^1/2

Я = я_mСинωт; 0 ≤ ωt ≤ π

Или я_RMS = [1 / π * ∫ ₀^2p I_m²  Грех²ωt d (ωt)]^1/2

Или я_RMS = [Я_m²/ π * ∫ ₀^2p Грех²ωt d (ωt)]^1/2

Теперь грех²ωt = ½ (1 — Cos2ωt)

Или я_RMS = [Я_m²/ π * ∫ ₀^2p (1 — Cos2ωt) d (ωt)]^1/2

Или я_RMS = [Я_m²/ 2] ^½   Или я_RMS = Я_m/ √2

Среднеквадратичное напряжение = В_RMS V =_m/ √2.

Значение среднеквадратичного значения в том, что оно эквивалентно значению постоянного тока.

При условии, что среднеквадратичное значение ≤ пикового значения

Пиковое обратное напряжение (PIV):

Пиковое обратное напряжение или PIV — это максимально допустимое напряжение, которое может быть приложено к диоду до его пробоя.

Пиковое обратное напряжение мостового выпрямителя рассчитывается как PIV> = V_m

Приложение большего напряжения, чем пиковое обратное напряжение, повредит диод и повлияет на другие элементы схемы, если они связаны.

График мостового выпрямителя

На следующем графике показан входной выходной сигнал мостового выпрямителя. Это то же самое, что и мостовой выпрямитель.

График мостового выпрямителя, показывающий входной сигнал (верхний) и выходной сигнал (нижний), Источник изображения — Кришнаведала, 3-х фазное выпрямление 2, CC BY-SA 3.0

Форм-фактор

Игровой автомат форм-фактор мостового выпрямителя аналогичен двухполупериодному выпрямителю и определяется как отношение RMS (среднеквадратичное значение) значения напряжения нагрузки к среднему значению напряжения нагрузки.

Форм-фактор = V_RMS / В_av

V_RMS V =_m/2

V_av V =_m / п

Форм-фактор = (V_m/ √2) / (2 * V_m/ π) = π / 2√2 = 1.11

Итак, мы можем написать, V_RMS = 1.11 * _Вав.

Фактор пульсации

Коэффициент пульсации мостового выпрямителя — это процентная составляющая переменного тока, присутствующая на выходе мостового выпрямителя.

«Γ» представляет коэффициент пульсации.

I_o = Я_ac + Я_dc

Или я_ac = Я_o — Я_dc

Или я_ac = [1 / (2π) * ∫₀^2p(I-IDC)²d (ωt)]^1/2

Или я_ac = [Я_RMS² + Я_dc²— 2 я_dc²] 1/2

Или я_ac = [Я_RMS² — Я_dc²] 1/2

Итак, фактор пульсации,

у = я_RMS² — Я_dc² / Я_dc²

или γ = [(I_RMS² — Я_dc²) — 1] ^1/2

γ_FWR = 0. 482

Коэффициент использования трансформатора

Отношение мощности постоянного тока к номинальной мощности переменного тока известно как Коэффициент использования трансформатора или TUF.

ТУФ = Р_dc/ П_ac(оценено)

V_s / √2 — номинальное напряжение вторичной обмотки, а I_m/ 2 — ток, протекающий по обмотке.

Итак, TUF = I_dc² R_L / (В_s/ √2) * (я_m / √2)

ТУФ = (2I_m/ п)²R_L / (I_m² (R_f +R_L) / (2√2) = 2√2 / π ² * (1 / (1 + Р_f/R_L))

Если R_f << R_L, затем,

ТУФ = 8/π ² = 0.812

Чем больше TUF, тем лучше производительность.

КПД мостового выпрямителя

КПД мостового выпрямителя определяется как отношение мощности постоянного тока, подаваемой на нагрузку, к входной мощности переменного тока. Обозначается символом — η

η = Р_{загрузка} / П_in * 100

или, η = I_dc² * R / I_RMS² * R, поскольку P = VI, & V = IR

Сейчас я_RMS = Я_m/ √2 и I_dc = 2 * I_m/ π

Итак, η = (4I_m²/ п²) / (я_m²/ 2)

η = 8 / π² * 100% = 81.2%

Эффективность идеальной схемы мостового выпрямителя составляет = 81.2%

Укажите разницу между мостовым и полноволновым выпрямителем

Предмет сравнения	Мостовой выпрямитель	Полноволновой выпрямитель
Кол-во используемых диодов	Используются четыре диода	Используются два диода
Текущий поток	Ток течет в цепи только в течение положительной половины входного цикла.	Ток течет в цепи всю половину входного цикла.
Требуется трансформатор	Любой маленький Шаг вниз or повышающий трансформатор	Трансформаторы с центральным ответвлением — это центр, необходимый для двухполупериодных выпрямителей. Также требуется трансформатор большего размера, чем мостовой выпрямитель.
Пиковое обратное напряжение	Для мостового выпрямителя пиковое обратное напряжение — это максимальное напряжение на вторичной обмотке трансформатора.	Для двухполупериодного выпрямителя пиковое обратное напряжение каждого диода в два раза больше максимального напряжения между центральным выводом и любым другим концом вторичной обмотки трансформатора.
Доступность	Мостовой выпрямитель доступен на рынке в одной упаковке.	Готовых двухполупериодных выпрямителей на рынке нет.
Цена	Дешевле двухполупериодных выпрямителей.	Дороже, чем мостовой выпрямитель.
Коэффициенты использования трансформатора	Коэффициент использования трансформатора составляет 0.812.	Для двухполупериодного трансформатора TUF = 0.693
Эффективность при низких напряжениях	Ток протекает через два последовательно соединенных диода в мостовом выпрямителе, и на диодах рассеивается огромная мощность. Следовательно, КПД ниже в условиях низкого напряжения.	На двухполупериодных выпрямителях такого эффекта нет. КПД в таком состоянии больше, чем у мостового выпрямителя.

Некоторые проблемы с мостовыми выпрямителями

1. Мостовой выпрямитель имеет нагрузку 1 кОм. Приложенное переменное напряжение составляет 220 В (среднеквадратичное значение). Если пренебречь внутренним сопротивлением диодов, каким будет пульсация напряжения на сопротивлении нагрузки?

а. 0.542 В

б. 0.585 В

c. 0.919 В

d. 0.945 В

Напряжение пульсаций = γ * Vdc / 100

Vdc = 0.636 * Vrms * √2 = 0.636 * 220 * √2 = 198 В.

Коэффициент пульсации идеального двухполупериодного выпрямителя составляет 0.482

Следовательно, пульсации напряжения = 0.482 * 198/100 = 0.945 В

2. Если пиковое напряжение схемы мостового выпрямителя составляет 10 В, а диод представляет собой кремниевый диод, каким будет пиковое обратное напряжение на диоде?

Пиковое обратное напряжение — важный параметр, определяемый как максимальное обратное напряжение смещения, приложенное к диоду перед входом в область пробоя. Если пиковое значение обратного напряжения меньше указанного значения, может произойти пробой. Для двухполупериодного выпрямителя пиковое обратное напряжение диода равно пиковому напряжению = Vm. Итак, пиковое обратное напряжение = 5 вольт.

3. На двухполупериодный выпрямитель подается вход 100Sin 100 πtV. Какая частота пульсаций на выходе?

V = V_mSinωt

Здесь ω = 100

Частота задается как — ω / 2 = 100/2 = 50 Гц.

Таким образом, выходная частота = 50 * 2 = 100 Гц.

4. Каково основное применение выпрямителя? Какое устройство выполняет обратную операцию?

Выпрямитель преобразует переменное напряжение в постоянное. Генератор преобразует постоянное напряжение в переменное.

5. Для мостового выпрямителя приложенное входное напряжение составляет 20Sin100 π t. Какое будет среднее выходное напряжение?

Теперь мы знаем, что V = V_mSinωt

V_m = 20

Итак, выходное напряжение = 2В_m / π = 2 * 20 / π = 12.73 вольт

Выходное напряжение = 12. 73 вольт.

Как работает мостовой выпрямитель – шаг за шагом

Как работает мостовой выпрямитель – пошаговое руководство

Мостовые выпрямители

 

Что такое выпрямитель?

В электронной промышленности одним из самых популярных применений полупроводниковых диодов является преобразование сигнала переменного тока (AC) любой частоты, которая обычно составляет 60 или 50 Гц, в сигнал постоянного тока (DC). Этот сигнал постоянного тока можно использовать для питания электронных устройств, а не батарей. Схема, которая преобразует сигнал переменного тока в сигнал постоянного тока, обычно состоит из определенного расположения взаимосвязанных диодов и известна как выпрямитель. В схемах электропитания обычно применяют два типа схем выпрямителей — однополупериодные и двухполупериодные. Однополупериодные выпрямители допускают только половину цикла, тогда как двухполупериодные выпрямители допускают прохождение как верхней, так и нижней половины цикла, при этом нижняя половина преобразуется в ту же полярность, что и верхняя.

Эта разница между ними показана на рис. 1.9.0005

Рис. 1. Разница между выходными параметрами однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей

 

Двухполупериодный выпрямитель более эффективен, поскольку он использует полный цикл входящего сигнала. Существует два типа двухполупериодных выпрямителей: двухполупериодный выпрямитель с отводом от середины, для которого требуется трансформатор с отводом от середины, и мостовой выпрямитель, для которого не требуется трансформатор с отводом от середины. В этой статье будет обсуждаться мостовой выпрямитель, так как он наиболее популярен и обычно поставляется в виде предварительно собранных модулей, что упрощает их использование.

 

В мостовых выпрямителях используются четыре диода, которые удобно расположены для преобразования напряжения питания переменного тока в напряжение питания постоянного тока. Выходной сигнал такой схемы всегда имеет одну и ту же полярность независимо от полярности входного сигнала переменного тока. На рис. 2 изображена схема мостового выпрямителя с включенными диодами по мостовой схеме. Сигнал переменного тока подается на входные клеммы a и b, а выход наблюдается через нагрузочный резистор R1.

Рис. 2 Мостовой выпрямитель с нагрузочным резистором

 

Давайте посмотрим, как эта схема выпрямителя реагирует на сигнал переменного тока с изменением полярности в каждом цикле:

1. В первом положительном полупериоде сигнала переменного тока диоды D2 и D3 смещаются в прямом направлении и начинают проводить ток. В то же время диоды D1 и D4 будут смещены в обратном направлении и не будут проводить ток. Ток будет течь через нагрузочный резистор через два диода с прямым смещением. Напряжение на выходе будет положительным на клемме d и отрицательным на клемме c.
2. Теперь, во время отрицательного полупериода сигнала переменного тока, диоды D1 и D4 будут смещены в прямом направлении, а диоды D2 и D3 станут смещенными в обратном направлении. На аноде D4 появится положительное напряжение, а на катоде D1 будет приложено отрицательное напряжение.
   Здесь стоит отметить, что ток, который будет протекать через нагрузочный резистор, будет иметь то же направление, что и при положительном полупериоде. Поэтому независимо от полярности входного сигнала полярность выходного сигнала всегда будет одинаковой. Мы также можем сказать, что отрицательный полупериод сигнала переменного тока был инвертирован и появляется как положительное напряжение на выходе.

 

Как работает конденсатор в качестве фильтра?

Тем не менее, это выходное напряжение с одной полярностью не является чистым напряжением постоянного тока, так как оно является пульсирующим, а не прямолинейным. Эта проблема быстро решается путем подключения конденсатора параллельно нагрузочному резистору, как показано на рисунке 3. В этой новой конструкции положительный полупериод будет заряжать конденсатор через диоды D2 и D3. А во время отрицательного полупериода конденсатор перестанет заряжаться и начнет разряжаться через нагрузочный резистор.

 

Рис. 3 Мостовой выпрямитель с нагрузочным резистором и фильтрующим конденсатором

 

Этот процесс известен как фильтрация, а конденсатор действует как фильтр. Конденсатор улучшил пульсирующий характер выходного напряжения, и теперь оно будет иметь только пульсации. Эта форма волны теперь намного ближе к чистой форме волны напряжения постоянного тока. Форма волны может быть дополнительно улучшена с помощью других типов фильтров, таких как LC-фильтр и секторный фильтр.

 

Типы мостовых выпрямителей

Только что рассмотренный мостовой выпрямитель относится к однофазному типу, однако его можно расширить до трехфазного выпрямителя. Эти два типа можно далее разделить на полностью управляемые, полууправляемые или неуправляемые мостовые выпрямители. Схема, которую мы только что обсуждали, является неуправляемой, поскольку мы не можем контролировать смещение диода, но если все четыре диода заменить тиристором, его смещением можно управлять, контролируя его угол открытия с помощью сигнала затвора. В результате получается полностью управляемый мостовой выпрямитель. В полууправляемом мостовом выпрямителе половина цепи содержит диоды, а другая половина — тиристоры.

 

 

Применение мостового выпрямителя

• Для подачи поляризованного постоянного напряжения при сварке.
• Внутренние источники питания
• Внутренние зарядные устройства
• Внутри ветряных турбин
• Для определения амплитуды модулирующих сигналов
• Для преобразования высокого переменного напряжения в низкое постоянное

 

 

 

Схема мостового выпрямителя – сведения о конструкции и советы » Примечания по электронике

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

---

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 через 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 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.

Соображения 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 использовании стандартного кремниевого диода), 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.

  Следует 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 конфигурации с двумя диодами, используемой с трансформатором с центральным отводом. 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.