Punte de diode - un dispozitiv electric, un circuit electric pentru transformarea ("redresarea") curentului alternativ într-un pulsator (constant). Rectificarea folosind o punte de diode se numește full-wave [2] .
Există punți monofazate și multifazate. O punte monofazată este realizată conform circuitului podului Graetz . Inițial, a folosit diode electrovacuum și acest circuit a fost considerat o soluție complexă și costisitoare; în schimb, a fost folosit de obicei circuitul Mitkevich, în care înfășurarea secundară a transformatorului are o ieșire medie [3] . Acum, că diodele semiconductoare au devenit ieftine și accesibile pentru aproape toată lumea, în cele mai multe cazuri se folosește un circuit în punte, cu excepția circuitului Mitkevich folosit la unele redresoare de joasă tensiune, care, celelalte lucruri fiind egale, are o eficiență mai mare [4] ] .
În loc de diode, în circuit pot fi utilizate supape redresoare de orice tip - de exemplu , redresoare cu seleniu , supape cu mercur și altele, principiul de funcționare al circuitului nu se schimbă de la aceasta.
De asemenea, supapele controlate sunt utilizate în umerii podului, de exemplu, tiristoare sau ignitroni , în timp ce este posibil să se controleze tensiunea de ieșire a redresorului folosind controlul fază -impuls al supapelor controlate.
Circuitul punții redresoare (Figura 4) a fost inventat de inginerul electric polonez Karol Pollak și brevetat în decembrie 1895 în Marea Britanie [5] și în ianuarie 1896 în Germania [6] [7] .
În 1897, fizicianul german Leo Graetz , independent de predecesorii săi, a inventat și publicat o descriere a unei scheme similare [8] [9] [10] [11] . Publicația lui Graetz a devenit cunoscută pe scară largă de inginerii electrici din acea vreme, așa că acest circuit este acum adesea numit circuit Graetz sau pod Graetz [12] .
În 1924, inginerul electrician sovietic A. N. Larionov a inventat un circuit de punte al unui redresor de curent trifazat cu undă completă, numit după el [13] .
Intrarea ( ) a punții este alimentată cu o tensiune alternativă, nu neapărat sinusoidală. Într-unul dintre semicicluri (în stânga în Figura 5), două diode sunt deschise în brațele opuse ale podului și curentul trece doar prin aceste 2 diode , în timp ce celelalte 2 din cealaltă pereche de brațe opuse sunt blocate. În cealaltă jumătate de ciclu (în dreapta în Figura 5), alte două diode se deschid și cealaltă pereche de diode se închide. În sarcină , curentul în ambele semicicluri circulă în aceeași direcție - puntea de diode transformă curentul alternativ într-un curent continuu pulsatoriu [14] .
Deoarece 2 diode sunt întotdeauna conectate în serie cu sarcina, pe fiecare dintre care o parte a tensiunii de intrare scade în stare deschisă, tensiunea maximă pulsatorie la sarcină este întotdeauna mai mică decât amplitudinea tensiunii de intrare de două ori căderea de tensiune directă pe diodă. Amplitudinea tensiunii alternative este mai mare decât tensiunea efectivă în timp:
Mărimea căderii de tensiune pe o diodă depinde de materialul semiconductor și de tipul de diodă. De exemplu, pentru diodele de siliciu cu o joncțiune pn, căderea directă la curenți mici prin diodă este ≈0,6 V la curenți aproape de maxim. permis pentru un anumit dispozitiv ≈1 V Schottky Pentru diodele cu germaniu și diodele ≈0,3 V (≈0,6 V) și , respectiv, ≈0,2 V (≈0,4 V) . Pierderile de energie cauzate de o cădere directă de tensiune pe diode reduc eficiența redresorului, mai ales această reducere este semnificativă la redresarea tensiunilor joase. De exemplu, o sursă de alimentare cu o punte de diodă de siliciu cu o joncțiune pn la 5 V și un curent de 10 A (putere de ieșire de 50 W) va avea o eficiență de cel mult 70%. Prin urmare, redresoarele de curent înalt de joasă tensiune utilizează în principal diode Schottky sau circuite active de redresare folosind comutatoare controlate activ, de exemplu, tranzistoare puternice cu efect de câmp .
Frecvența de ondulare a tensiunii redresate este egală cu dublul frecvenței tensiunii de alimentare CA :
Curentul mediu prin orice diodă la curentul mediu de sarcină [15] :
Următoarele formule sunt date presupunând că scăderea directă între diode este 0.
Interval de ondulare (diferența de tensiune între valorile maxime și minime) la ieșirea punții fără un filtru capacitiv de netezire :
Tensiunea inversă maximă pe diodă atunci când puntea este operată pe o sarcină capacitivă [15] :
Valoarea medie a tensiunii redresate:
În acest circuit (Figura 8), atunci când tensiunile de fază se schimbă, o pereche de diode sunt deschise în serie - una din grupul superior din Figura 8 și una din cel inferior.
Deoarece diodele se deschid atât pe partea superioară a tensiunii de fază sinusoidală, cât și pe partea inferioară a acestor tensiuni sinusoidale ale celor trei faze deplasate una față de alta cu 120 °, frecvența de ondulare a tensiunii redresate este de 6 ori frecvența alimentarea cu tensiune trifazată de curent alternativ
În fiecare moment, 2 diode sunt deschise și există 3 perechi de diode în circuit, deci curentul mediu prin orice diodă la un curent mediu de sarcină [15] :
De obicei, redresorul Larionov este alimentat cu tensiune alternativă de la o sursă conectată conform circuitului „stea”, dar poate fi alimentat și de la o sursă conectată conform circuitului „triunghi”.
Tensiunea de ieșire a circuitului Larionov atunci când este alimentată de la o sursă trifazată de tip „stea” cu tensiuni de fază cu amplitudini neglijând căderea de tensiune continuă la diode (presupunând că acestea sunt zero, formulele suplimentare sunt date în ipoteza zero picătură pe diodă în stare deschisă) este:
adică ori mai mari decât într-un circuit monofazat cu o punte Graetz, acest lucru se datorează faptului că de ceva timp în timpul perioadei două tensiuni de fază sunt conectate în serie.
Gama de ondulații (diferența de tensiune între valorile maxime și minime) la ieșirea circuitului Larionov fără un filtru capacitiv de netezire:
Astfel, intervalul de ondulare din acest circuit este de aproximativ 14% din valoarea tensiunii rectificate, ceea ce face posibilă alimentarea multor consumatori de curent continuu care nu sunt critici pentru ondulații fără a utiliza un filtru de netezire.
Valoarea medie a tensiunii redresate:
Tensiunea inversă maximă pe diodă atunci când se lucrează la un filtru capacitiv [15] :
Rectificarea podului cu undă completă (față de semiundă ) are următoarele avantaje:
Tensiunea de ieșire a redresoarelor de curent alternativ este fundamental pulsatorie. Mulți consumatori de curent redresați nu sunt esențiali pentru ondulare, de exemplu, motoarele de curent continuu , consumatorii electrochimici - celule de electroliză , baterii la încărcare și alte dispozitive, dar majoritatea consumatorilor necesită energie cu ondulație minimă sau deloc.
Ondularea la ieșirea redresorului este caracterizată de factorul de ondulare :
unde este suma armonicilor de pulsație, este tensiunea medie redresată a redresorului.Factorul de ondulație absolut este de obicei utilizat:
unde este intervalul de pulsații.Tensiunea redresată de puntea Graetz are o amplitudine a ondulației egală cu amplitudinea tensiunii alternative:
și
Filtrele sunt folosite pentru a netezi ondulațiile . Cel mai simplu filtru este un condensator conectat în paralel cu sarcina - un consumator de curent continuu (Figura 10.). Condensatorul de filtru stochează energie (este încărcat) prin impulsuri de curent la vârfurile impulsurilor ondulate și o eliberează la sarcină atunci când tensiunea de ieșire a podului scade din cauza ondulațiilor. Rata de descărcare a unui condensator cu o capacitate la un curent de sarcină în scăderi de ondulare:
Ca urmare a acțiunii de netezire a condensatorului, amplitudinea ondulațiilor scade, scăderea tensiunii pe condensator în intervalele dintre impulsurile de încărcare de la vârfurile ondulațiilor, este simplificat aici că durata impulsului de încărcare a condensatorului este mult mai mică decât durata semiciclului de tensiune alternativă:
unde este perioada pulsațiilor, este frecvența pulsațiilor, - capacitate de filtrare, - curent de sarcină, - gama de ondulații de tensiune pe sarcină.În practică, filtrele mai complexe sunt, de asemenea, utilizate pentru a obține filtrarea ondulată, de exemplu, filtre RC cu mai multe secțiuni sau filtre LC cu un șoc . Cu cerințe ridicate pentru reducerea ondulației la ieșirea unui filtru capacitiv sau a altui filtru pasiv, sunt instalați stabilizatori liniari sau de comutare de tensiune .
Următoarele sunt abrevieri acceptate în mod obișnuit pentru parametri; diferiți producători pot folosi alte denumiri. De exemplu, în literatura în limba rusă ele denotă adesea sau etc.
Aceștia sunt parametrii, al căror exces este inacceptabil, chiar și un exces pe termen scurt al acestor parametri poate duce la o defecțiune catastrofală a dispozitivului sau la degradarea parametrilor acestuia. Funcționarea la parametri sub maximul admis garantează funcționarea fără probleme a dispozitivului. De regulă, fiabilitatea dispozitivului scade atunci când este operat în moduri care se apropie de maximul permis.
Acești parametri sunt luați în considerare la proiectarea și calcularea redresoarelor și pentru alegerea unui dispozitiv pentru o anumită aplicație:
Pentru punțile cu diode de înaltă frecvență și în impulsuri, uneori parametri suplimentari sunt indicați în specificație:
Pe lângă faptul că sunt utilizate ca redresor de tensiune AC în sursele de alimentare, punțile de diode sunt folosite pentru a proteja împotriva conexiunii eronate cu polaritatea greșită a consumatorului la o sursă de alimentare CC. În acest caz, consumatorul este conectat la diagonala punții de diode la bornele " " și " ", iar sursa de tensiune constantă la bornele " ", în timp ce la orice polaritate a conexiunii de alimentare, polaritatea corectă a alimentarea cu energie electrică a consumatorului este garantată. Dezavantajul acestei soluții este că tensiunea la consumator va fi mai mică decât tensiunea sursei de alimentare cu dublul căderii de tensiune directă pe diodă; atunci când se utilizează diode de siliciu cu o joncțiune pn, aceasta este de la 1,3 V la curenți de sarcină mici la 2 sau mai mulți volți la curenți de sarcină mari.
O altă aplicație este controlul tensiunii alternative folosind un element activ care nu permite funcționarea cu o polaritate diferită a tensiunii aplicate, de exemplu, un tranzistor cu efect de câmp de putere cu o poartă izolată (Figura 11). În acest circuit, dispozitivul activ este conectat la diagonala " " - " " a podului, iar sarcina, puntea și sursa de tensiune AC sunt conectate în serie. Tensiunea de pe dispozitivul de control nu modifică polaritatea în ambele perioade de tensiune alternativă.
Orice altă rețea cu două terminale cu o caracteristică curent-tensiune neliniară (CVC) poate fi inclusă în diagonala punții " " - " ". În acest caz, rețeaua cu două terminale formată între bornele podului " " va avea un CVC simetric. De exemplu, cu această includere a unei diode zener asimetrice cu un singur anod , se formează un analog electric al unei diode zener simetrice cu doi anozi, avantajul unei astfel de soluții în comparație cu o diodă zener convențională cu doi anozi este egalitatea ridicată a tensiune de stabilizare pe ramurile bipolare ale caracteristicilor I–V și o capacitate parazită mică, determinată în principal de capacitatea intrinsecă a diodelor blocate ale punții, astfel de circuite sunt uneori folosite pentru a stabiliza amplitudinea și forma tensiunii în tensiune sinusoidală generatoare cu un pod Wien [16] .
De asemenea, punțile de diode de mare viteză sunt utilizate în circuitele cheie, de exemplu, în dispozitivele de prelevare și reținere , de exemplu, în osciloscoapele de eșantionare . În acest circuit, sursa de tensiune constantă inclusă în diagonala punții „ ” și diodele puntei „ ” în absența unui impuls stroboscopic este blocată, pulsul stroboscopic deschide toate cele 4 diode ale punții, aplicate la ieșirile „ ” și „ ”, conectează sursa de semnal inclusă la unul dintre pinii „ ” la condensatorul de stocare al circuitului de eșantionare și menținere, care este conectat la un alt pin „ ” al podului. În virtutea principiului transliniarității , o astfel de aplicație liniarizează caracteristica de transfer a circuitului cheie.
Podurile pot fi asamblate din diode separate separate și pot fi realizate sub forma unui produs dintr-un singur pachet (ansambluri de diode).
Industria produce o gamă foarte largă de punți de diode pentru diferite tensiuni și curenți maximi admisibili, în diverse cazuri pentru montaj la suprafață și montaj la suprafață pe plăci de circuite imprimate cu cabluri axiale și plane.
Un design cu o singură carcasă este de preferat pentru utilizare normală - mai ieftin, mai mic ca volum. Diodele din ansamblurile de înaltă tensiune din el sunt selectate de producător și au parametrii maximi admisiți apropiați și valoarea curentului invers, iar în timpul funcționării sunt aproape în același regim termic. În plus, un ansamblu cu o singură carcasă este mai ușor de montat în dispozitive.
Dezavantajul unui design cu un singur caz este că, dacă una dintre diodele din ansamblu eșuează, întreaga componentă trebuie înlocuită; în podurile de diode discrete, doar dioda defectată este înlocuită.
La redresarea curenților mari, diodele generează multă căldură, așa că în acest caz pot fi folosite diode discrete de putere medie sau mare montate pe un radiator. De asemenea, modelele unor ansambluri puternice de diode prevăd instalarea lor pe un radiator.
Producătorii străini nu au un marcaj standard pentru punțile de diode; fiecare producător atribuie în mod independent nume dispozitivelor sale. De exemplu, primele litere din marcajele diferiților producători pot fi DB, W, KBPC, MB, RC, QL și altele cu adăugarea de litere sau numere [17] .
Diode semiconductoare | ||
---|---|---|
Prin programare | ||
LED-uri | ||
Rectificarea | ||
Diode generatoare | ||
Surse de tensiune de referință | ||
Alte | ||
Vezi si |
|