VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся Старт в науке

Диодный мост для розетки

• Главная
• Что такое диодный мост?

Что такое диодный мост?

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Нам часто говорят, что мы живем в веке технического прогресса. В каждом доме есть много электрических приборов, которые помогают нам выполнять домашнюю работу. Рассматривая внешний вид некоторых приборов, я заметил, что они имеют блоки питания. Я узнал, что учёные долго спорили о том , какой ток использовать : постоянный или переменный. И пришли к выводу, что каждый из них нужен и важен одинаково для разных задач. Так от переменного тока не работают устройства, созданные для постоянного тока. А от постоянного тока не работают устройства, созданные для переменного тока.

Таким образом все электроприборы можно поделить на две категории потребления электрического тока:

приборы большого потребления электрического тока: холодильник, св печ, стиральная машина-автомат, обогреватель и другие

Приборы низкого потребления электрического тока: магнитофон, видео камера, фотоаппарат, инбулайзерный ингалятор и др.

Напряжение их питания составляет от 4 до 14 до 4 Вольт. Самым распространённым является 5 Вольт. Но все они питаются от бытовой электрической сети.

А ведь в обычной розетке переменное напряжение 220 Вольт с частотой 50 Герц!

Таким образом возник вопрос, с помощью какого устройства преобразуется напряжение электрического тока из 220 в 4-5 V .

2. Гипотеза, цель работы, задачи, объект исследования.

Гипотеза исследования – возможность создания устройства для питания маломощных устройств от сети переменного тока в домашних условиях

Объект исследования: устройство преобразования переменного тока в постоянный.

Цель:Создать устройство, которое преобразует электрический ток из переменного в постоянный.

Изучить природу электрического тока.

Анализ процессов в схеме выпрямительного диодного моста.

3. Исследование осциллограмм входного и выходного напряжения для выпрямительного моста.

3. Собрать диодный мост в домашних условиях

4. Проверить его работу

Что такое диодный мост, история создания и его устройство

Одним из базовых элементов в современной электронике является диод. Он используется в схемах, где необходимо выпрямление переменного тока, и применяется практически во всех бытовых приборах. Найти его можно в телевизоре, компьютере, холодильнике, магнитофоне и т.д. Так же он широко используется в промышленной электронике, входит в состав схем, управляющих технологическими процессами. Мощные силовые диоды используются в полууправляемых тиристорных преобразователях. На базе диода собрана так называемая схема Гертца, которая получила название диодный мост. Соединение диодов по мостовой схеме позволило выпрямлять переменное напряжение и преобразовывать его в пульсирующее, которое потом можно стабилизировать и выпрямить с помощью схем стабилизации напряжения и конденсаторов. В результате на выходе такого прибора можно получить постоянное напряжение. Во времена Лео Гертца использовать диодный мост было проблематично, так как диоды в то время были ламповые. Ставить на выпрямление переменного тока сразу четыре лампы было, по крайней мере, непрактично, в то время они были очень дорогими. Ситуация сильно изменилась с появлением полупроводниковых приборов, они гораздо компактнее и дешевле.

Дио́дный мо́ст — электрическая схема, предназначенная для преобразования («выпрямления») переменного тока в пульсирующий. Такое выпрямление называется двухполупериодным [1] .

Схемы однофазного моста Гретца итрёхфазного выпрямителя Ларионова на трёх параллельных полумостах

Выпрями́тель (электрического тока) — преобразователь электрической энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток .

Большинство выпрямителей создаёт не постоянный, а пульсирующий ток, для сглаживания пульсаций применяют фильтры.

Устройство, выполняющее обратную функцию — преобразование постоянного тока в переменный ток называется инвертором.

Из-за принципа обратимости электрических машин выпрямитель и инвертор являются двумя разновидностями одной и той же электрической машины (справедливо только для инвертора на базе электрической машины).

Двухполупериодное выпрямление с помощью моста (по сравнению с однополупериодным) позволяет:

получить на выходе напряжение с повышенной частотой пульсаций, которое проще сгладить фильтром на конденсаторе

избежать постоянного тока подмагничивания в питающем мост трансформаторе

увеличить его КПД, что позволяет сделать его магнитопровод меньшего сечения.

Происходит двойное падение напряжения по сравнению с однополупериодным выпрямлением ( прямое напряжение диода × 2 ≈ 1 В), это иногда нежелательно в низковольтных схемах. Частично этот недостаток может быть преодолен за счет использования диодов Шоттки с малым падением напряжения.

При перегорании одного из диодов схема превращается в однополупериодную, что может быть не замечено вовремя, и в устройстве появится скрытый дефект.

Внешний вид однокорпусных мостов

Мосты могут быть изготовлены из отдельных диодов, и могут быть выполнены в виде монолитной конструкции (диодная сборка).

Монолитная конструкция, как правило, предпочтительнее — она дешевле и меньше по объёму (хотя не всегда той формы, которая требуется). Диоды в ней подобраны на заводе и наверняка имеют одинаковые параметры и при работе находятся в одинаковом тепловом режиме. Сборку проще монтировать.

В монолитной конструкции при выходе из строя одного диода приходится менять весь монолит. В конструкции из отдельных диодов может меняться только один диод. Какую конструкцию применить решает конструктор, в зависимости от назначения устройства.

Собрать диодный мост можно и самому, например, для собственной домашней лаборатории. Для этого подбираем четыре диода с допустимым обратным напряжением 400-500 Вольт. Катоды одной пары диодов соединяем вместе — это будет плюсовой вывод моста. Аноды второй пары также соединяем вместе – это, соответственно, минусовой вывод. Теперь объединяем две пары в мостовую схему, на оставшиеся два вывода можно подавать переменное напряжение. На выходе диодного моста запаиваем полярный конденсатор и параллельно ему — разрядное сопротивление. Получился диодный мост, который можно вмонтировать в рабочий стол и подсоединить через переменное высокоомное сопротивление к питающей сети. Выходное напряжение такого устройства будет регулироваться от нуля и до величины амплитудного значения питающей сети, что очень удобно для питания маломощных схем в процессе наладки или для создания опорного напряжения. Также мостовая схема применяется в автомобиле, здесь используется так называемый диодный мост генератора. Он служит для преобразования переменного напряжения, которое вырабатывает генератор, в постоянное напряжение, которое используется во всех устройствах автомобиля. Постоянное напряжение также необходимо для подзарядки автомобильного аккумулятора. Выход из строя даже одного элемента диодного моста приводит к нестабильной работе всей схемы. Для сварки постоянным током также необходимо использование диодного моста. В этом случае применяют диоды большей мощности, чем в автомобиле, и с большим допустимым значением обратного напряжения. Диодный мост для сварочного аппарата можно собрать самостоятельно, используя мощные диоды. Класс диодов выбирается в зависимости от питающего напряжения, получаемого со сварочного трансформатора.

Создание диодного моста

Существует принципиально два разных типа блоков питания: импульсный блок питания и классический трансформаторный блок питания

Мы решили сами собрать трансформаторный блок питания.

Наша работа проходила в 3 этапа.

На первом этапе, я изучил природу полупроводников, свойства электрического тока, что такое диод и диодный мост –выпрямитель. Для изучения мне понадобились книги по физике, видеоматериалы по этой теме найденные в Интернете. По составленным схемам я собирал простые электрические цепи.

Так же я рассматривал в мастерской конденсаторы, диоды, трансформаторы. Мне объясняли, как они работают, и что диоды настоящие волшебники, без них нет ни одного устройства электроники.

После изучения теоретического материала мы приступили ко второму этапу нашей работы: сборке необходимых электронных элементов для создания диодного моста – выпрямителя

Для этого нам понадобятся: понижающий трансформатор с 220 до 14 Вольт, 4 диода марки Д7Ж (для маломощных потребителей), конденсатор : С1 10 мкФ, 50 Вольт, соединительные провода и схема диодного моста выпрямителя.

В нашей схеме одним из главных элементов является диодныймост.

Он имеет пропустимость в одну сторону. Анодом называют положительный вывод катодом отрицательный вывод

Подобрав четыре диода с допустимым обратным напряжением 400-500 Вольт. Катоды одной пары диодов соединяем вместе — это будет минусовой вывод моста. Аноды второй пары также соединяем вместе – это, плюсовой вывод. Теперь объединяем две пары в мостовую схему, на оставшиеся два вывода можно подавать переменное напряжение. Получился диодный мост, который можно использовать для выпрямления переменного тока от трансформатора.

Таким образом, собрав цепь из трансформатора, диодного моста выпрямителя и конденсатора, мы смогли безопасно подключить прибор к основному источнику питания мощностью 220 вольт.

Измерив тестером напряжение на выходе, мы убедились что цепь имеет напряжение 12 вольт.

Теперь с помощью соединительных проводов мы можем подключать маломощные электроприборы, низковольтные лампы и другие потребители требующие питания постоянным токов в 12 Вольт..

На третьем этапе нашего исследования мы проанализировали нашу работу, выявили ошибки при диагностике устройства, и сделали следующие выводы:

приборам с низким потреблением напряжения требуется дополнительное устройство для понижения и выпрямления переменного тока;

Собрать трансформаторный блок питания можно и самому, например, для собственной домашней лаборатории.

несмотря на активное внедрение в электронику микросхем, которые заменили многие объемные электронные устройства, диодный мост продолжает существовать как универсальный способ преобразования переменного тока в постоянный.

Список использованных источников и литературы.

2. Физика с основами электротехники Аркадий Пинский, Григорий Граковский , УлГТУ, 2012

4.Головин П.П. Школьный физико-технический кружок: кн. Для учителя: Из опыта работы/ под ред. Б.М. Игошева. – М.: Просвещение, 1991. – 159 с.

Что такое диодный мост — простое объяснение

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.

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

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

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

Основные характеристики

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

• V_rpm – пиковое или максимальное обратное напряжение. При превышении этого напряжения pn-переход необратимо разрушается.
• V_r(rms) – среднее обратное напряжение. Нормальное для работы, то же что и U_обр в характеристиках отечественных компонентов.
• I_o – средний выпрямленный ток, то же что и I_пр у отечественных.
• I_fsm – пиковый выпрямленный ток.
• V_fm – 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).

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».

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.

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.

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.

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.

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

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.

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.

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.

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.

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

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).

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.

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.

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.

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

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.

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.

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!

Самый компактный способ питания Arduino от розетки

Существует много способов питания Arduino от большого диапазона напряжений:

• USB-кабель от ПК, зарядного устройства или концентратора USB
• понижающие преобразователи
• увеличить конвертеры
• импульсный источник питания
• батареи (подключены к разъему питания или USB или к Vin)

То, что я не могу найти, это маленький преобразователь 220В-5В. Я бы хотел поставить Arduino в стену, под выключателем, так что размер имеет значение.

Последний вариант — открыть телефонное зарядное устройство на 5 В и заменить металлические контакты, которые входят в гнездо с двумя проводами, и заменить гнездо USB другой парой проводов, идущих к плате Arduino, но все же Arduino Pro Mini или Arduino Nano меньше, чем зарядное устройство для телефона.

Последний вариант — открыть телефонное зарядное устройство на 5 В и заменить металлические контакты, которые входят в розетку с двумя проводами, и заменить розетку USB на другую пару проводов, которые идут на плату Arduino, но все же Arduino Pro Mini или Arduino Nano меньше, чем зарядное устройство для телефона.

Вам, вероятно, придется сделать что-то подобное.

Из-за характера преобразования между переменным и постоянным током, здесь должны быть некоторые крупные детали. * Я не буду вдаваться в подробности здесь. Обычно имеется диодный мост (поскольку сигналы переменного тока изменяют ток

60 раз в секунду) и трансформатор (для понижения напряжения на диодный мост). Они почти всегда включают в себя регулятор и конденсатор, чтобы обеспечить точное напряжение, и он выдает «чистый» источник питания.

* Импульсные источники питания , хотя и значительно дороже, намного меньше и более энергоэффективны.

Этот адаптер, кажется, самый компактный адаптер, который я могу найти для 220V. Вы никогда не получите то, что вам нужно, даже с импульсным источником питания. Я не знаю размера адаптера Amazon, на который я дал ссылку, но в США (120 В) зарядные устройства для iPhone очень маленькие, и они должны помещаться в стандартную розетку глубины (с небольшим пространством для реле и например). Если вам действительно нужно все уменьшить, я рекомендую использовать чип ATtiny.

Как я рекомендую подключить это:

Я бы избежал разрыва этого на части любой ценой с точки зрения безопасности. Было бы очень легко отправить 220 В на Arduino, если вы не будете осторожны. Если вам абсолютно необходимо , вы можете нанести на него непроводящую эпоксидную смолу или другое кодирование. Примечание: это может действовать как теплоизолятор, что снижает срок службы детали. Вы должны просто намотать проволоку вокруг зубцов, а затем расплавить немного припоя на каждом из выводов. Затем накройте это изолентой и косичкой (с проволочной гайкой) в линию питания источника. Примечание: вы, вероятно, делаете проводку, которая может быть незаконной в вашем районе. Проверьте ваши местные строительные нормы, прежде чем пытаться это.

После этого подключите USB-кабель к разъему и к входу 5V / GND чипа Arduino или ATtiny / ATmega328 (грубо, после обрезки и снятия одного конца USB-кабеля). Я бы также, после доработки всего кода и схемы, запечатал это эпоксидной смолой или каким-то образом добавил его в корпус, чтобы убедиться, что вы не поджариваете свой Arduino, если свободный провод дотронется до схемы Arduino.

Что такое диодный мост?

Диодный мост представляет собой сборку из четырех диодов, соединенных между собой таким образом, что источник переменного тока (AC), подаваемый на две из четырех точек моста, будет создавать выход постоянного тока (DC) на оставшихся двух. Таким образом, диодный мост или диодный мостовой выпрямитель, как они также известны, является электрическим компонентом для сглаживания или выпрямления источника переменного тока для получения выхода постоянного тока. Очень хорошим примером работы диодного моста является зарядное устройство для мобильного телефона переменного тока, которое при подключении к розетке переменного тока подает постоянный ток для зарядки телефона.

Чтобы понять работу диодного моста, необходимо знать основные различия между мощностью переменного и постоянного тока и то, как работают диоды. Большинство людей хорошо знакомы с использованием батарей в бытовой технике, игрушках, фотоаппаратах и ​​телефонах. Аккумулятор является хорошим примером источника питания постоянного тока, который имеет установленную полярность, то есть установленную положительную и отрицательную клемму, которая никогда не меняется. Источник питания переменного тока, встречающийся в бытовой розетке, имеет переменную полярность, которая меняется примерно от 50 до 60 раз в секунду.

При использовании источника питания переменного тока для управления устройством постоянного тока эта переменная или реверсивная полярность переменного тока должна быть сглажена или выпрямлена для получения стабильной, неизменной полярности, которая характеризует источник питания постоянного тока. Без этого исправления мощность переменного тока могла бы повредить или разрушить прибор. В большинстве случаев это сглаживание достигается с помощью мостового выпрямителя или диодного моста.

Диоды — это электронные компоненты, которые позволяют току течь только в одном направлении. Когда четыре диода соединены в выпрямительной конфигурации, они эффективно отключат половину переменного цикла переменного тока и оставят половину, чтобы пройти через мост. Мощность, которой разрешено проходить через диодный мост, не является особенно плавным постоянным током, но, по крайней мере, демонстрирует стабильную полярность или положительно-отрицательные отношения. Это называется полуволновым выпрямлением, поскольку половина волны цикла переменного тока удаляется или блокируется. Чтобы сгладить оставшуюся пульсацию переменного тока из источника, конденсаторы могут быть вставлены через положительный и отрицательный выходы.

Диодные мосты используются для выработки энергии постоянного тока во множестве различных применений — от крошечных блоков питания на электронных платах до огромных промышленных примеров, способных питать большие электромагниты постоянного тока и двигатели. Физический размер диодного моста — это все, что изменяется в этих приложениях; основная конструкция моста остается прежней. Хотя существуют и другие способы получения энергии постоянного тока от источников переменного тока, диодный мост остается самым дешевым и удобным способом.