La tensione alternata viene fornita dall'organizzazione di alimentazione ai consumatori. Ciò è dovuto alle peculiarità del trasporto di elettricità. Ma la maggior parte dei ricevitori elettrici domestici (e, in parte, industriali) richiedono alimentazione a tensione costante. Per ottenerlo, sono necessari convertitori. In molti casi sono costruiti secondo lo schema "trasformatore riduttore - raddrizzatore - filtro livellante" (ad eccezione di alimentatori a commutazione). I diodi collegati in un circuito a ponte sono usati come raddrizzatori.
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A cosa serve un ponte a diodi e come funziona
Il ponte a diodi viene utilizzato come circuito di rettifica che converte la tensione CA in CC. Il principio del suo funzionamento si basa sulla conduzione unidirezionale, la proprietà di un diodo a semiconduttore di far passare la corrente in una sola direzione.Un singolo diodo può anche fungere da raddrizzatore più semplice.
Con una tale inclusione, minore (negativo) parte della sinusoide è "tagliata". Questo metodo presenta degli svantaggi:
- la forma della tensione di uscita è tutt'altro che costante, è necessario un condensatore grande e ingombrante come filtro di livellamento;
- la corrente alternata viene utilizzata al massimo della metà.
La corrente attraverso il carico segue la forma della tensione di uscita. Pertanto, è meglio utilizzare un raddrizzatore a onda intera sotto forma di ponte a diodi. Se si accendono quattro diodi secondo lo schema indicato e si collega il carico, quando viene applicata una tensione alternata all'ingresso, l'unità funzionerà in questo modo:
Con una tensione positiva (parte superiore della sinusoide, freccia rossa), la corrente scorrerà attraverso il diodo VD2, il carico, VD3. Con un negativo (parte inferiore della sinusoide, freccia verde) attraverso il diodo VD4, carico, VD1. Di conseguenza, in un periodo, la corrente attraversa il carico due volte nella stessa direzione.
La forma d'onda della tensione di uscita è molto più vicina a una linea retta, sebbene il livello di ondulazione sia piuttosto elevato. La potenza della sorgente è completamente utilizzata.
Se è presente una sorgente di tensione trifase dell'ampiezza richiesta, è possibile realizzare un ponte secondo il seguente schema:
In esso verranno aggiunte tre correnti al carico, ripetendo la forma della tensione di uscita, con uno sfasamento di 120 gradi:
La tensione di uscita girerà intorno alle parti superiori delle sinusoidi. Si può vedere che la tensione pulsa molto meno che in un circuito monofase, la sua forma è più vicina a una linea retta. In questo caso, la capacità del filtro di livellamento sarà minima.
E un'altra versione del ponte - controllata.In esso, due diodi sono sostituiti da tiristori: dispositivi elettronici che si aprono quando viene applicato un segnale all'elettrodo di controllo. Nella forma aperta, i tiristori si comportano quasi come i normali diodi. Lo schema si presenta così:
I segnali di accensione vengono dati dal circuito di controllo ad orari concordati, lo spegnimento avviene nel momento in cui la tensione passa per zero. Quindi viene calcolata la media della tensione attraverso il condensatore e questo livello medio può essere controllato.
Designazione del ponte a diodi e schema di collegamento
Poiché un ponte di diodi può essere costruito secondo vari schemi e contiene pochi elementi, nella maggior parte dei casi la designazione di un gruppo raddrizzatore viene effettuata semplicemente disegnando il suo schema elettrico. Se ciò è inaccettabile, ad esempio nel caso di costruzione di uno schema a blocchi, il ponte viene indicato come un simbolo, che indica un qualsiasi convertitore AC-DC:
La lettera "~" significa catene corrente alternata, il simbolo "=" - circuiti CC e "+" e "-" - la polarità di uscita.
Se il raddrizzatore è costruito secondo il classico circuito a ponte di 4 diodi, è consentita un'immagine leggermente semplificata:
L'ingresso dell'unità raddrizzatore è collegato ai terminali di uscita della sorgente CA (nella maggior parte dei casi si tratta di un trasformatore riduttore) senza rispettare la polarità: qualsiasi terminale di uscita è collegato a qualsiasi ingresso. L'uscita del ponte è collegata al carico. Potrebbe o meno richiedere la polarità (incluso uno stabilizzatore, un filtro levigante).
Il ponte a diodi può essere collegato a una sorgente di tensione costante.In questo caso si ottiene un circuito di protezione contro l'inversione di polarità involontaria: con qualsiasi collegamento degli ingressi del ponte all'uscita dell'alimentatore, la polarità della tensione alla sua uscita non cambierà.
Principali caratteristiche tecniche
Quando si scelgono diodi o un ponte finito, prima di tutto, è necessario guardare massima corrente di funzionamento in avanti. Dovrebbe superare la corrente di carico con un margine. Se questo valore è sconosciuto, ma la potenza è nota, deve essere convertita in corrente secondo la formula Iload \u003d Pload / Uout. Per aumentare la corrente consentita, è possibile collegare in parallelo dispositivi a semiconduttore: la corrente di carico massima è divisa per il numero di diodi. In questo caso, è meglio selezionare i diodi in un ramo del ponte in base a un valore di chiusura della caduta di tensione nello stato aperto.
Il secondo parametro importante è tensione direttaper cui il ponte o i suoi elementi sono progettati. Non deve essere inferiore alla tensione di uscita della sorgente CA (valore di picco!). Per un funzionamento affidabile del dispositivo, è necessario prendere un margine del 20-30%. Per aumentare la tensione consentita, i diodi possono essere collegati in serie - in ciascun braccio del ponte.
Questi due parametri sono sufficienti per una decisione preliminare sull'uso dei diodi in un dispositivo raddrizzatore, ma dovrebbero essere prese in considerazione anche alcune altre caratteristiche:
- frequenza massima di funzionamento - in genere pochi kilohertz e non importa per il funzionamento a frequenze industriali di 50 o 100 Hz, e se il diodo opera in un circuito a impulsi, questo parametro può diventare determinante;
- caduta di tensione nello stato attivo per i diodi al silicio è di circa 0,6 V, che non è importante per una tensione di uscita di, ad esempio, 36 V, ma può essere critico quando si opera al di sotto di 5 V - in questo caso, dovrebbero essere scelti diodi Schottky, che sono caratterizzati da un basso valore di questo parametro.
Varietà di ponti a diodi e loro marcatura
Il ponte di diodi può essere assemblato su diodi discreti. Per osservare la polarità, è necessario prestare attenzione ai segni. In alcuni casi, un segno sotto forma di motivo viene applicato direttamente al corpo del dispositivo a semiconduttore. Questo è tipico per i prodotti domestici.
I dispositivi stranieri (e molti russi moderni) sono contrassegnati da un punto o un anello. Nella maggior parte dei casi, questa è la designazione dell'anodo, ma non vi è alcuna garanzia. È meglio consultare il manuale o utilizzare il tester.
È possibile creare un ponte dall'assieme: quattro diodi sono combinati in un unico pacchetto e la connessione dei cavi può essere eseguita con conduttori esterni (ad esempio su un circuito stampato). Gli schemi di assemblaggio possono essere variati, quindi per la corretta connessione è necessario guardare i fogli dati.
Ad esempio, il gruppo diodi BAV99S, contenente 4 diodi ma con solo 6 pin, ha due semiponti all'interno, collegati come segue (c'è un punto sulla custodia vicino al pin 1):
Per ottenere un ponte a tutti gli effetti, è necessario collegare le uscite corrispondenti con conduttori esterni (la traccia rossa mostra le tracce nel caso di utilizzo di cablaggio stampato):
In questo caso, viene applicata una tensione alternata ai pin 3 e 6. Il polo positivo della costante viene rimosso dal pin 5 o 2 e il polo negativo viene prelevato dal pin 4 o 1.
E l'opzione più semplice è assemblare con un ponte già pronto all'interno.Di prodotti nazionali, questi possono essere KTs402, KTs405, ci sono ponti di assemblaggio di produzione straniera. In molti casi, la marcatura delle conclusioni viene applicata direttamente al caso, e il compito si riduce solo alla scelta corretta secondo le caratteristiche e al collegamento privo di errori. Se non c'è una designazione esterna delle conclusioni, dovrai fare riferimento alla directory.
Vantaggi e svantaggi
I vantaggi di un ponte a diodi sono ben noti:
- schemi elaborati per decenni;
- facilità di montaggio e collegamento;
- semplice diagnosi dei guasti e facile riparazione.
Come svantaggi, è necessario menzionare l'aumento delle dimensioni e del peso del circuito all'aumentare della potenza, nonché la necessità di utilizzare dissipatori di calore per diodi ad alta potenza. Ma non si può fare nulla al riguardo: la fisica non può essere ingannata. Quando queste condizioni diventano inaccettabili, è necessario decidere il passaggio a un circuito di alimentazione pulsata. A proposito, è possibile utilizzare diodi a ponte.
Va anche notato che la forma della tensione di uscita è tutt'altro che costante. Per lavorare con i consumatori che richiedono la stabilità della tensione di alimentazione, è necessario utilizzare un ponte insieme a filtri di livellamento e, se necessario, stabilizzatori di uscita.
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