A váltakozó feszültséget a közműtől a fogyasztóhoz szállítják. Ez a villamos energia szállításának természetéből adódik. A legtöbb háztartási (és részben ipari) elektromos fogyasztónak azonban egyenfeszültségre van szüksége. Ehhez átalakítókra van szükség. Sok esetben a "lefokozó transzformátor - egyenirányító - simító szűrő" séma szerint épülnek fel (kivéve a kapcsolóüzemű tápegységek). A hídáramkörben elhelyezett diódákat egyenirányítóként használják.
Tartalomjegyzék
Miért van szükség diódahídra és hogyan működik?
A diódahidat egyenirányító áramkörként használják, amely a váltakozó feszültséget egyenfeszültséggé alakítja. Működése az egyirányú vezetésen alapul, amely a félvezető diódák azon tulajdonsága, hogy az áram csak egy irányban folyik. Egyetlen dióda is szolgálhat a legegyszerűbb egyenirányítóként.
Ebben az összefüggésben a negatív oldal (negatív) szinuszos hullámforma "levágása". Ennek a módszernek vannak hátrányai:
- A kimeneti feszültség alakja messze nem állandó, ezért nagy és terjedelmes kondenzátorra van szükség simító szűrőként;
- a váltakozó áramú tápegység kapacitásának legfeljebb a felét használja.
A terhelésen átfolyó áram megismétli a kimeneti feszültség alakját. Ezért jobb egy dupla félperiódusú egyenirányítót használni diódahíd formájában. Ha a fenti áramkörben négy dióda van és egy terhelés van csatlakoztatva, akkor a készülék a következőképpen működik, amikor a bemenetre váltakozó feszültséget kapcsolunk:
Ha a feszültség pozitív (a szinuszhullám felső része, piros nyíl), az áram átfolyik a VD2 diódán, a terhelésen, a VD3-on. Negatív feszültséggel (a szinuszhullám alsó része, zöld nyíl) a VD4 diódán keresztül, terhelés, VD1. Az eredmény az, hogy egy periódus alatt az áram kétszer halad át a terhelésen ugyanabban az irányban.
A kimeneti feszültség alakja sokkal közelebb áll az egyeneshez, bár a hullámzás szintje meglehetősen magas. A forrás energiája teljes mértékben ki van használva.
Ha rendelkezésre áll a kívánt amplitúdójú háromfázisú feszültségforrás, akkor a híd ilyen módon is elkészíthető:
Három áramot halmoz fel a terhelésen, megismételve a kimeneti feszültség alakját, 120 fokos fáziseltolódással:
A kimeneti feszültség a szinuszok csúcsait fogja körbejárni. Látható, hogy a feszültség sokkal kevésbé lüktet, mint az egyfázisú áramkörben, alakja közelebb áll az egyeneshez. Ebben az esetben a simító szűrő kapacitása minimális lesz.
A híd egy másik változata pedig egy ellenőrzött híd. Ebben a két diódát tirisztorok helyettesítik, amelyek olyan elektronikus eszközök, amelyek kinyílnak, amikor jelet adnak a vezérlőelektródára. Nyitott állapotban a tirisztorok majdnem úgy viselkednek, mint a közönséges diódák. Az áramkör a következő formát ölti:
A kapcsolási jeleket a vezérlőáramkör a megbeszélt időpontokban szolgáltatja, a kikapcsolás abban a pillanatban történik, amikor a feszültség átmegy a nullán. A feszültséget ezután egy kondenzátoron átlagolják, és ez az átlag szabályozható.
Diódahíd megnevezése és kapcsolási rajz
Mivel a diódahidak különböző sémák szerint építhetők fel, és kevés elemmel rendelkeznek, a legtöbb esetben az egyenirányító egységet egyszerűen a kapcsolási rajz megrajzolásával lehet azonosítani. Ha ez nem elfogadható, pl. egy blokkdiagram esetében, a hidat a váltakozó áramú egyenáramú átalakítóra használt szimbólummal kell jelölni:
A "~" jelentése AC áramkörökAz "=" jel az egyenáramú áramköröket, a "+" és "-" pedig a kimeneti polaritást jelöli.
Ha az egyenirányító egy klasszikus 4 diódás hídáramkörön alapul, akkor egy kissé egyszerűsített ábrázolás megengedett:
Az egyenirányító egység bemenete a váltakozó áramú forrás kimeneti csatlakozóihoz (a legtöbb esetben ez egy lefokozó transzformátor) csatlakozik a polaritás betartása nélkül - bármelyik kimeneti csatlakozó bármelyik bemeneti csatlakozóhoz csatlakoztatható. A híd kimenete a terheléshez van csatlakoztatva. Ehhez lehet, hogy polaritás szükséges, de lehet, hogy nem (beleértve a stabilizátort, simító szűrőt).
A diódahíd egyenfeszültségforráshoz csatlakoztatható. Ebben az esetben egy véletlen fordított polaritásvédelmi áramkör jön létre - a híd bemeneteinek a tápegység kimenetére történő bármilyen csatlakoztatása nem fordítja meg a kimenetén lévő feszültség polaritását.
A főbb műszaki jellemzők
A diódák vagy a híd kiválasztásakor először a következőket kell megvizsgálni Legnagyobb üzemi előremenő áram. Ennek nagyobbnak kell lennie, mint a terhelés áramának. Ha ez az érték ismeretlen, de a teljesítmény ismert, akkor azt az Inagr=Pnagr/Uf képlet segítségével át kell alakítani árammá. A megengedett áram növeléséhez a félvezetők párhuzamosan kapcsolhatók - a legnagyobb terhelési áram osztva a diódák számával. A híd egyik ágában lévő diódák ebben az esetben jobb, ha a feszültségesés közeli értékét választják a nyitott állapotban.
A második fontos paraméter előremenő feszültségA második fontos paraméter a híd vagy annak alkatrészei által felvehető előremenő feszültség. Nem lehet kisebb, mint a váltakozó áramú forrás kimeneti feszültsége (amplitúdóérték!). A készülék megbízható működéséhez 20-30%-os tartalékra van szükség. A megengedhető feszültség növelése érdekében diódák sorba kapcsolhatók - a híd mindkét vállában.
Ez a két paraméter elegendő az egyenirányító eszközben használt diódák használatának előzetes eldöntéséhez, de néhány más jellemzőre is figyelni kell:
- maximális működési frekvencia - általában néhány kilohertz, és 50 vagy 100 Hz-es ipari frekvencián való működés esetén ez nem számít, de ha a diódának impulzusáramkörben kell működnie, ez a paraméter döntő lehet;
- Nyitott állapotú feszültségesés A szilíciumdiódák nyílt állapotú feszültségesése körülbelül 0,6 V, ami például 36 V-os kimeneti feszültségnél nem fontos, de 5 V alatti működésnél kritikus lehet - ebben az esetben válasszon Schottky-diódákat, amelyekre ennek a paraméternek az alacsony értéke jellemző.
A diódahidak típusai és jelölésük
A diódahíd diszkrét diódákból is összeállítható. A polaritás betartása érdekében figyelnie kell a jelölésekre. Egyes esetekben az ábra formájú jelölést közvetlenül a félvezető eszköz testén helyezik el. Ez a hazai gyártású termékekre jellemző.
A külföldi (és sok modern orosz) készüléket ponttal vagy gyűrűvel jelölik. A legtöbb esetben az anódot így jelölik, de erre nincs garancia. A legjobb, ha egy szakkönyvhöz fordul, vagy tesztelőt használ.
Egy szerelvényből híd készíthető - négy diódát egyesítenek egy tokban, és a csatlakozók csatlakoztatása külső vezetőkkel történhet (pl. egy nyomtatott áramköri lapon). A szerelvények változhatnak, ezért a helyes csatlakoztatáshoz meg kell nézni az adatlapokat.
Például a BAV99S diódaszerelvény 4 diódával, de csak 6 tűvel rendelkezik, és két félhíd van benne csatlakoztatva (van egy pont a tokon az 1. tű közelében):
A teljes híd kialakításához a megfelelő csapokat külső vezetőkkel kell összekötni (a piros szín mutatja a nyomtatott áramköri huzalozás esetén a sínpálya elrendezését):
Ebben az esetben a váltakozó feszültség a 3. és 6. csapra van csatlakoztatva. A pozitív egyenáramú pólus az 5. vagy 2. tűről, a negatív pólus pedig a 4. vagy 1. tűről származik.
A legegyszerűbb megoldás pedig egy kész híddal ellátott szerelvény. A hazai termékek lehetnek KTs402, KTs405, vannak külföldi gyártású hídszerelvények is. Sok esetben a terminálok jelölése közvetlenül a tokon történik, és a feladat csak a jellemzőknek megfelelő helyes kiválasztáson és a hibamentes csatlakoztatáson múlik. Ha nincs külső termináljelölés, akkor a kézikönyvhöz kell fordulnia.
Előnyök és hátrányok
A diódahidak előnyei jól ismertek:
- évtizedek óta bevált áramkörök;
- Könnyen összeszerelhető és csatlakoztatható;
- könnyű hibadiagnosztika és egyszerű javítás.
A hátrányok közé tartozik az áramkör méretének és súlyának növekedése a teljesítmény növekedésével, valamint az, hogy a nagy teljesítményű diódákhoz hűtőbordákat kell használni. De semmit sem lehet tenni - a fizikát nem lehet becsapni. Amikor ezek a feltételek elfogadhatatlanná válnak, dönteni kell a kapcsoló tápegység áramkörre való áttérésről. Egyébként a diódák hídkapcsolása is használható benne.
Azt is meg kell jegyezni, hogy a kimeneti feszültség alakja messze nem állandó. A feszültség stabilitására vonatkozó követelményekkel rendelkező fogyasztókkal való munkavégzéshez hídra van szükség, simító szűrőkkel és szükség esetén stabilizátorokkal együtt a kimeneten.
Kapcsolódó cikkek:
