Co je diodový můstek, schéma, proč je potřeba a jak funguje

Uvažovali jsme o pasivních součástkách elektronických obvodů, jako jsou rezistory a kondenzátory. Kromě nich se však elektrikáři a radioamatéři musí potýkat i s dalšími, jako jsou polovodičové diody, zenerovy diody atd. V tomto článku si řekneme, co je diodový můstek, jak funguje a k čemu slouží.

Definice

Diodový můstek je obvodové řešení určené k usměrnění střídavého proudu. Jiný název je celovlnný usměrňovač. Je postaven z polovodičových usměrňovacích diod nebo jejich odrůd – Schottkyho diod.

Obvod můstkového připojení předpokládá přítomnost několika (pro jednofázový obvod – čtyři) polovodičových diod, ke kterým je připojena zátěž.

Může se skládat z diskrétních prvků připájených na desce, ale v 21. století jsou běžnější spojené diody v samostatném obalu. Navenek to vypadá jako jakákoli jiná elektronická součástka – nohy jsou odstraněny z pouzdra určité standardní velikosti pro připojení ke stopám desky s plošnými spoji.

Stojí za zmínku, že několik ventilů kombinovaných v jednom krytu, které nejsou spojeny přes můstkový obvod, se nazývají diodové sestavy.

V závislosti na rozsahu použití a schématu zapojení jsou diodové můstky:

• jednofázový;
• třífázový.

Označení na schématu může být provedeno ve dvou provedeních, které UGO použít ve výkresu závisí na tom, zda je most sestavený z jednotlivých prvků nebo je použit již hotový.

Princip

Pojďme zjistit, jak funguje diodový můstek. Začněme tím, že diody propouštějí proud jedním směrem. K usměrnění střídavého napětí dochází v důsledku jednosměrného vedení diod. Díky jejich správnému zapojení je záporná půlvlna střídavého napětí přiváděna do zátěže ve formě kladné. Jednoduše řečeno, obrací negativní půlvlnu.

Pro jednoduchost a názornost uvažujme jeho provoz na příkladu jednofázového celovlnného usměrňovače.

Princip činnosti obvodu je založen na skutečnosti, že diody vedou proud v jednom směru a je následující:

• Na vstup diodového můstku je přiveden střídavý sinusový signál, např. 220V z domácí elektrické sítě (ve schématu zapojení je vstup diodového můstku označen jako AC nebo ~).
• Každá půlvlna sinusového napětí (obrázek níže) prochází dvojicí ventilů umístěných v diagramu diagonálně.

Kladnou půlvlnu přenášejí diody VD1, VD3 a zápornou půlvlnu VD2 a VD4. Níže můžete vidět signál na vstupu a výstupu obvodu.

Tento signál se nazývá usměrněné pulzující napětí. Aby se to vyhladilo, je do obvodu přidán filtr s kondenzátorem.

Klíčové vlastnosti

Podívejme se na hlavní charakteristiky polovodičových diod. Jejich označení v anglické technické dokumentaci (tzv. Datasheet) je uvedeno latinkou:

• V ot/min – špičkové nebo maximální zpětné napětí. Při překročení tohoto napětí je pn přechod nevratně zničen.
• V r(rms) – průměrné zpětné napětí. Normální pro provoz, stejné jako U obr v charakteristikách domácích součástek.
• I o – průměrný usměrněný proud, stejný jako I pr pro domácí zdroje.
• I fsm – špičkový usměrněný proud.
• V fm – úbytek napětí v propustném směru (v otevřeném vodivém stavu) obvykle 0.6–0.7 V a u modelů s vysokým proudem i více.

Při opravách elektronických zařízení a napájecích zdrojů nebo jejich navrhování se začátečníci ptají: jak vybrat správný diodový můstek?

V tomto případě pro vás budou nejdůležitější parametry zpětné napětí a proud. Chcete-li například vybrat diodový můstek 220 V, musíte se podívat na modely se jmenovitým napětím vyšším než 400 V a požadovaným proudem, například KBPC106 (nebo 108, 110). Jeho technické vlastnosti:

• maximální usměrněný proud – 3A;
• špičkový proud (krátkodobě) – 50A;
• zpětné napětí – 600V (800V, 1000V pro KBPC108, resp. 110).

Zapamatujte si tyto vlastnosti a můžete snadno určit, jakou možnost si z katalogu vybrat.

Usměrňovací obvody

Usměrnění proudu v napájecích zdrojích je hlavním účelem z ostatních součástek obvodu můžeme vyzdvihnout vstupní filtr, který je zapojen za usměrňovač – je určen k vyhlazení vlnění. Podívejme se na tuto problematiku podrobněji!

Nejprve stojí za zmínku, že diodový můstek je jednofázový usměrňovací obvod sestávající ze 4 diod nebo třífázový usměrňovací obvod sestávající ze 6 diod, ale amatéři to často nazývají usměrňovací obvod se středním bodem.

Celovlnný usměrňovač dodává zátěži dvě půlvlny, zatímco půlvlnný usměrňovač dodává jednu.

Abychom se vyhnuli zmatkům, pojďme rozumět terminologii.

Níže vidíte jednofázový celovlnný obvod, jeho správný název je „Graetzův obvod“, což je nejčastěji míněno názvem „diodový můstek“.

Larionovův obvod je třífázový diodový můstek, výstupní signál je celovlnný. Diody v něm přenášejí půlvlny, otevírají se lineárnímu napětí, tzn. střídavě: horní dioda fáze A a spodní dioda fáze B, horní fáze B a spodní fáze C atd.

Aby byl obrázek úplný, měli bychom mluvit také o dalších obvodech usměrňovače střídavého napětí.

Půlvlnný usměrňovač skládající se z 1 diody zapojené do série se zátěží. Používá se v předřadných zdrojích, nízkopříkonových miniaturních zdrojích a také v zařízeních nenáročných na faktor zvlnění. Do zátěže je přiváděna pouze jedna půlvlna.

Celá vlna se středem je to, co se mylně nazývá můstek 2 diod. Zde vede každou půlvlnu pouze jedna dioda. Jeho výhodou je větší účinnost než u Graetzova obvodu, vzhledem k menšímu počtu polovodičových hradel. Jeho použití je však komplikováno tím, že je potřeba transformátor s odbočkou ze středního bodu, což se odráží ve schématu zapojení. Nelze jej použít k usměrnění síťového napětí 220V.

Usměrňovač vyrobený ze Schottkyho sestav. Používá se ve spínaných zdrojích, protože Schottkyho diody mají kratší dobu zpětného zotavení, nízkou kapacitu bariéry (rychlejší přechod z otevřeného do uzavřeného stavu) a nízký úbytek napětí v propustném směru (menší ztráty). Nejčastěji se Schottkyho nacházejí v sestavách se společnou anodou nebo katodou, jak je znázorněno na obrázku níže.

Proto bude k sestavení můstkového obvodu zapotřebí několik sestav. Níže je uveden příklad 3 Schottkyho sestav se společnou katodou.

Ze 4 sestav se společnou katodou. Od předchozího se liší tím, že snese větší proud, se stejnými součástkami, protože Schottki v něm jsou zapojeny paralelně.

Ze 2 Schottkyho sestav – jedna se společnou anodou a jedna se společnou katodou. Co je to anoda a katoda, zjistíte v našem samostatném článku.

Jak pájet a spojovat

Není těžké studovat a znát obvody, hlavní potíže vznikají, když se začátečník rozhodne pájet diodový můstek vlastníma rukama. Pro pájení usměrňovače ze 4 sovětských kopií typu KD202 použijte níže uvedený obrázek.

Chcete-li sestavit diodový můstek z moderních diskrétních diod, jako je nízkoenergetická 1n4007 (a další – všechny vypadají podobně a liší se pouze velikostí), podívejte se pozorně na následující obrázek.

Pokud jej ale nesestavíte ze samostatných dílů, ale použijete hotový můstek, pak se níže podívejte, jak jej správně zapojit do obvodu.

Začátečníci také budou mít zájem sledovat video o tom, jak vyrobit jednoduchý 12V zdroj:

Rozsah a účel

Nejčastěji se v napájecích zdrojích používají diodové můstky. U transformátorových zdrojů jsou připojeny k sekundárnímu vinutí transformátoru

V pulzních zdrojích – na síťový vstup 220V. V tomto případě jsou elektronický řídicí obvod a napájecí obvod UPS napájeny usměrněným a vyhlazeným (ne vždy) síťovým napětím (dosahuje asi 300-310 voltů).

Na svorkách sekundárního vinutí spínaného zdroje je vysokofrekvenční střídavé napětí. Pro jeho narovnání jsou instalovány sestavy duálních Schottkyho diod. V tomto ohledu se často používá schéma středního usměrnění.

V automobilech a motocyklech se používají třífázové diodové můstky sestavené podle Larionova obvodu se třemi přídavnými ventily, protože k napájení palubní sítě je použit třífázový generátor. Můstek v generátoru je vyroben ve formě kruhového sektoru a je instalován na jeho zadní části.

Výjimkou jsou některé moderní vozy Toyoty a dalších značek, které využívají 6fázový generátor k implementaci dvanáctipulzního usměrňovacího obvodu o 12 ventilech. To je nezbytné pro snížení zvlnění a zvýšení výstupního proudu.

Způsoby kontroly

Pro testování diodového můstku je nejvhodnější multimetr v režimu testu diod.

K tomu je potřeba prozvonit vstup na zkrat, poté výstup (musí být odpájen diodový můstek).

Bez pájení přímo na desce můžete měřit úbytek napětí na přechodech diod. Chcete-li to provést, musíte určit pinout můstku, obvykle je to uvedeno přímo na těle, o kterém jsme hovořili výše.

Obrazovka multimetru by měla zobrazovat čísla v dopředném rozsahu mezi 500-800 mV a v opačném směru – nad 1500 a do nekonečna (v závislosti na konkrétní součásti a měřicím zařízení). Totéž lze provést v režimu Ohmmeter, jak je znázorněno na obrázku níže.

Tento proces je podrobněji popsán v článku „jak zkontrolovat diodový můstek“, kde jsme kromě testovací metody hovořili také o známkách poruchy. Podívejte se také na video, jak zkontrolovat jednofázový usměrňovač a diodový můstek generátoru automobilu:

Tím naše podrobné vysvětlení končí. Doufáme, že nyní chápete, proč je potřeba diodový můstek a co dělá v elektrickém obvodu. Pokud máte nějaké dotazy, zeptejte se je v komentářích pod článkem!

Diodový můstek je několik diod (v klasické verzi jsou čtyři), zapojených tak, že jsou zde 2 přípojná místa pro střídavé napětí (vstup) a dva výstupy pro stejnosměrné napětí.

Může být vyroben na diskrétních prvcích (hromadně), ve formě samostatné sestavy (v balení se čtyřmi piny), nebo může být také součástí integrovaných obvodů, ale druhá možnost je v tomto případě pro nás nezajímavá .

Pro přeměnu střídavého napětí na stejnosměrné je potřeba diodový můstek. Tento návrh obvodu se používá k řešení různých problémů, ale nejznámější aplikací je usměrňovač.

Schéma můstku sestávajícího ze 4 diod je na obr. 1. Obr. Toto je historický způsob jeho znázornění, stejně jako jeho zjednodušené znázornění (vpravo).

Tato možnost se nezdá být zcela vhodná pro zvážení principu činnosti diodového můstku, proto navrhuji jinou verzi obvodu, kterou v budoucnu použijeme.

Nejprve se podívejme, jak diodový můstek funguje a co dělá (obr. 2).

Do bodů A a B je přivedeno střídavé napětí.

V každé z nich jsou zapojeny dvě diody zapojené v opačných směrech.

Dovolte mi připomenout, že tato polovodičová zařízení mají jednosměrnou vodivost, to znamená, že vedou proud, pokud je na přesně definované svorce „plus“ nebo na jiné „mínus“ (viz článek o tom, jak dioda funguje).

V čase T1 je v bodě A plus a v bodě B mínus. V souladu s tím protékají proudy diodami VD2 a VD3 a vytvářejí odpovídající půlvlny napětí na výstupech C a D obvodu.

V čase T2 je situace obrácená a dvojice VD1 a VD4 začíná fungovat. Na výstupu diodového můstku se tak získá pulzující napětí, ale jeho polarita se nemění.

Každý půlcyklus je v tomto případě použit dvakrát (v jednom a druhém směru), takže usměrňovač realizovaný na bázi diodového můstku se nazývá celovlnný.

Vezměte prosím na vědomí, že dvě sinusoidy na vstupu jsou zobrazeny podmíněně (pouze pro přehlednost), ve skutečnosti je zde pouze jeden signál, protože obvod je jednofázový.

Abychom viděli, jak to funguje v praxi, uvažujme dvě schémata.

SCHÉMA ZAPOJENÍ DIODOVÉHO MOSTKU

Připojení k transformátoru.

Obrázek 3 ukazuje skutečný obvod jednoduchého napájecího zdroje.

Sekundární vinutí transformátoru T je připojeno na vstup diodového můstku. Zde se umístění (orientace diod) liší od toho, co bylo uvedeno dříve, ale bylo to provedeno proto, aby byl obvod snadněji čitelný.

Usměrněné napětí je přiváděno do kondenzátoru C za účelem vyhlazení zvlnění. Zde zobrazený kondenzátor je ilustrativní. V praxi se používají vysokokapacitní elektrolytické verze. Často je paralelně zapojeno více kondenzátorů, ale to jsou již detaily.

V zásadě by z výše uvedeného diagramu as přihlédnutím k dříve provedeným vysvětlením mělo být jasné, jak to všechno funguje.

Připojení ke generátoru.

Na následujícím schématu (obr. 4) je znázorněn třífázový diodový můstek, který je připojen k vinutí generátoru.

Se stejným úspěchem lze použít i třífázový transformátor. Princip fungování takového můstku je podobný jednofázovému. Jediná věc je, že každá ze tří fází je posunuta vůči druhé o 120 o.

Proto budou mít půlcykly na výstupu trochu jiný vzhled – vzájemně se překrývají. Je zřejmé, že zvlnění napětí je v tomto případě menší. Schémata vstupních a výstupních napětí jsou uvedena na obr. 5. Obr.

V provozu diodového můstku, jednofázového nebo třífázového, tedy není nic složitého – stačí jen malá představivost, abyste pochopili, jak se vše děje.

* * *
© 2014–2025 Všechna práva vyhrazena.
Materiály stránek mají informační charakter, mohou vyjadřovat názor autora a nesmějí být používány jako směrnice a normativní dokumenty.