Как работает диодный мост
Диодный мост превращает переменный ток в ток одного направления. Это четыре диода, соединённые в кольцо. К двум противоположным точкам подводят переменное напряжение (выводы ~), с двух других снимают выпрямленное (выводы + и −).
Диод пропускает ток только от анода к катоду. Пока верхний вывод обмотки в плюсе, открыты VD1 и VD3: ток идёт через VD1 к выводу +, через нагрузку к выводу − и через VD3 возвращается в нижний вывод обмотки. Через полпериода полярность обмотки меняется, открываются VD2 и VD4, а ток через нагрузку идёт в ту же сторону. Работают обе половины синусоиды, поэтому такой выпрямитель называют двухполупериодным.
На выходе получается не ровное напряжение, а пульсирующее: 100 горбов в секунду при частоте сети 50 Гц. Чтобы его сгладить, параллельно нагрузке ставят электролитический конденсатор. Он заряжается у вершины каждого горба и отдаёт ток нагрузке, пока диоды закрыты.
Схема диодного моста: как не перепутать диоды
- Катоды двух диодов (полоска на корпусе, острие треугольника на схеме) соединены вместе: это вывод +.
- Аноды двух других диодов соединены вместе: это вывод −.
- В каждой точке ~ сходятся анод одного диода и катод другого.
- Если один диод перевернуть, в одной половине периода обмотка замкнётся накоротко через два диода и сгорит предохранитель.
Готовые мосты выпускают в одном корпусе с четырьмя выводами. Выводы ~ подписаны значком ~. У плоских мостов с выводами в линию порядок обычно + ~ ~ −, плюс со стороны срезанного угла. У квадратных мостов + и − стоят по одной диагонали, выводы ~ по другой.
Какое напряжение будет после диодного моста
Трансформатор и мультиметр показывают действующее значение переменного напряжения. Амплитуда синусоиды в 1,41 раза больше. На каждом открытом диоде теряется 0,7-1 В, а ток всегда проходит через два диода.
| Напряжение на входе | Без конденсатора, среднее | С конденсатором, без нагрузки |
|---|---|---|
| 6 В | 4,0 В | 7,1 В |
| 12 В | 9,4 В | 15,6 В |
| 24 В | 20,2 В | 32,5 В |
| 220 В, прямо от сети | около 197 В | около 310 В |
Без конденсатора среднее напряжение 0,9 × U − 1,4 В, с конденсатором без нагрузки 1,41 × U − 1,4 В. Под нагрузкой напряжение на конденсаторе ниже амплитуды и пульсирует, тем сильнее, чем больше ток и меньше ёмкость.
Как рассчитать конденсатор после диодного моста
Между подзарядками конденсатор почти полпериода сети, около 10 мс, один отдаёт ток нагрузке. Напряжение на нём за это время падает на ΔU = I / (2 × f × C), где f = 50 Гц. Отсюда ёмкость:
C = I / (2 × f × ΔU) = I / (100 × ΔU)
Пример: нагрузка 1 А, допустимые пульсации 1 В. C = 1 / (100 × 1) = 0,01 Ф = 10 000 мкФ. Если пульсации допустимы 2 В, нужно 5000 мкФ, ближайший номинал 6800 мкФ.
Рабочее напряжение конденсатора берут не меньше амплитуды с запасом 20-30 %: для обмотки 12 В конденсатор на 25 В, для 24 В на 50 В. Ставят его строго по полярности: минус конденсатора на вывод − моста.
Как выбрать диодный мост
| Параметр | Что это | Как выбирать |
|---|---|---|
| Средний прямой ток (Io, IF(AV)) | Ток, который мост выдерживает долго | В 1,5-2 раза больше тока нагрузки. С конденсатором ток идёт короткими импульсами, и мост греется сильнее |
| Обратное напряжение (VRRM) | Напряжение, которое выдерживает закрытый диод | С запасом в 2 раза от амплитуды: для сети 220 В мосты на 600-1000 В, для обмоток 12-24 В хватит 100-200 В |
| Импульсный ток (IFSM) | Бросок тока в первый момент включения, когда заряжается пустой конденсатор | Смотрят при ёмкостях в тысячи микрофарад и мощных трансформаторах |
| Корпус и охлаждение | Сколько тепла мост может отдать | Мосты на 8-10 А и больше ставят на радиатор с термопастой |
Как проверить диодный мост мультиметром
- Отключите питание и разрядите конденсатор после моста. Мост лучше выпаять или отсоединить хотя бы один вывод ~: иначе прибор будет мерить и через обмотку трансформатора.
- Переключите мультиметр в режим проверки диодов, значок ▶|.
- Красный щуп на ~, чёрный на +: прибор показывает 0,4-0,7 В, это открытый диод. Поменяйте щупы местами: должно быть OL (на старых приборах 1 в левом разряде).
- Красный на −, чёрный на ~: снова 0,4-0,7 В, наоборот OL. Так же проверьте второй вывод ~.
- Красный на −, чёрный на +: около 1,0-1,2 В, это два диода последовательно. Наоборот OL.
- Между двумя выводами ~ в обе стороны OL.
| Показание | Что это значит |
|---|---|
| 0,4-0,7 В в одну сторону, OL в другую | Диод исправен |
| OL в обе стороны там, где должно быть 0,4-0,7 В | Обрыв диода |
| Около нуля в обе стороны, прибор пищит | Пробой диода |
| Небольшое показание в обратную сторону вместо OL | Утечка, диод скоро пробьёт |
Мост в одном корпусе не ремонтируют: если неисправен хоть один диод, меняют весь мост.
Неисправности выпрямителя на диодном мосту
| Что происходит | Вероятная причина |
|---|---|
| При включении сгорает предохранитель | Пробит диод, при сборке перевёрнут диод, переменное напряжение подано на выводы + и − |
| Напряжение на выходе упало почти вдвое, пульсации 50 Гц вместо 100 Гц | Обрыв одного диода: мост работает как однополупериодный выпрямитель |
| Сильные пульсации, фон 100 Гц в звуке усилителя | Мала ёмкость или высох конденсатор |
| Конденсатор вздулся | Включён наоборот, мало рабочее напряжение, перегрев |
| Мост сильно греется | Ток больше допустимого, нет радиатора |
Однополупериодный выпрямитель, мост и трёхфазный мост
| Схема | Диодов | Среднее без конденсатора | Пульсации | Где встречается |
|---|---|---|---|---|
| Однополупериодная | 1 | 0,45 U | 50 Гц | Маломощные цепи, где пульсации не мешают |
| Со средней точкой | 2 | 0,9 U половины обмотки | 100 Гц | Низковольтные блоки питания с отводом от середины обмотки |
| Мост | 4 | 0,9 U | 100 Гц | Блоки питания, зарядные устройства, вход импульсных блоков питания |
| Трёхфазный мост | 6 | 1,35 U линейного | 300 Гц | Вход частотного преобразователя, сварочные выпрямители, автомобильный генератор |
Трёхфазный мост устроен так же, только диодов шесть, и в каждый момент открыты два: у фазы с самым высоким напряжением и у фазы с самым низким. Его осциллограммы есть в лабораторной по частотному преобразователю, а как связаны ток, напряжение и сопротивление нагрузки, разобрано в лабораторной по закону Ома.
Частые вопросы
Можно ли включить диодный мост прямо в розетку 220 В?
Можно, так устроен вход любого импульсного блока питания: мост и за ним конденсатор на 400 В, на котором около 310 В. Но у такой схемы нет гальванической развязки с сетью: любой провод на выходе опасен так же, как фаза. Поэтому для низковольтных устройств напряжение сначала понижают трансформатором.
Почему после моста с трансформатора на 12 В получается 16 В?
12 В это действующее значение, а амплитуда синусоиды около 17 В. Конденсатор без нагрузки заряжается до амплитуды минус падение на двух диодах: 17 − 1,4 ≈ 15,6 В. Под нагрузкой напряжение снижается и начинает пульсировать.
Почему без конденсатора на выходе меньше, чем на входе?
Без конденсатора на выходе горбы синусоиды, и мультиметр в режиме постоянного напряжения показывает их среднее значение: 0,9 от действующего минус падение на диодах. Для 12 В это около 9,4 В.
Что будет, если сгорит один диод моста?
Если диод оборвался, мост продолжает работать, но только в одну половину периода: напряжение падает почти вдвое, пульсации становятся 50 Гц. Если диод пробило, в той половине периода, когда он должен быть закрыт, обмотка замыкается накоротко через него и соседний диод, и сгорает предохранитель.
Зачем ставят маленькие конденсаторы рядом с мостом?
Конденсаторы 10-100 нФ параллельно диодам или на входе моста гасят высокочастотные помехи, которые появляются в момент закрывания диодов. Сгладить пульсации 100 Гц они не могут, для этого нужны тысячи микрофарад.
Можно ли собрать мост из отдельных диодов?
Да. Для тока до 1 А подходят 1N4007 (1 А, 1000 В), до 3 А 1N5408. Берут четыре одинаковых диода, ток каждого по паспорту не меньше тока нагрузки.
Почему в зарядном устройстве для аккумулятора часто нет конденсатора?
Аккумулятор сам работает как очень большой конденсатор, и пульсирующий ток заряда ему не вредит. Ровное напряжение нужно электронике, для неё конденсатор ставят обязательно.