Что такое диодный мост: виды, маркировка, технические характеристики, принцип работы

Во многих электронных приборах применяют диоды, соединенные друг с другом в единую конструкцию. Различные типы сборок имеют специфические особенности, но все они работают по одному и тому же принципу. Отдельное место занимают диодные мосты. Далее речь пойдет об особенностях таких конструкций, сфере применения и других немаловажных, связанных с ними вопросов.

Что такое диодный мост и из каких элементов он состоит

Говоря простыми словами, диодный мост представляет собой электрическое устройство для преобразования переменного тока в постоянный. Такое выпрямление называется двухполупериодным. 

Радиодеталь на основе диодов также называется двухполупериодным выпрямителем. 

Интересно! Постоянный ток, в отличие от переменного, течет в одном направлении, и его величина не меняется.

Конструкция собирается из нескольких выпрямительных диодов или диодов Шоттки. Самая простая схема диодного моста состоит из 4 диодов, последовательно соединенных друг с другом. Диодная сборка объединяет несколько элементов в одном корпусе. 

Обозначение на схеме и маркировка

Диод на электросхемах обозначается треугольником, лежащим на прямой линии. Перпендикулярно его вершине изображается черточка. Треугольник является символом анода и показывает направление движения тока. Черточка — катод.

Простой четырехдиодный мост на схеме выглядит в виде ромба, линии которого соединяют 4 диода. Точки на пересечении выводов обозначают спайку. Таким способом обычно рисуется диодный мост, состоящий из отдельных полупроводниковых элементов, включенных в одну схему.

Может использоваться и более простой вариант. Значок диода помещается в центр ромба с точками на пересечениях сторон. Чаще всего так отображается конструкция, собранная в едином корпусе.

Применяются и более детальные схематические изображения.

Маркировка включает в себя символы VD. Если схема собрана из отдельных компонентов, каждому присваивается порядковый номер: VD1, VD2, VD3, VD4.

Готовые мостовые конструкции маркируются так:

1. Буква или цифра, обозначающая материал полупроводника. 1 или Г — германий, 2 или К — кремний, 3 или А — арсенид галлия, 4 или И — фосфид индия.
2. Символ Ц обозначает диодный мост.
3. Серийный номер модели (2–4 цифры).
4. Буква, характеризующая определенное электротехническое свойство (например, предельное рабочее напряжение).

Разновидности диодных мостов

Существует два основных вида полупроводниковых мостовых выпрямителей по количеству подключаемых фаз: однофазные (сеть 220 В) и трехфазные (380 В).

В электросетях с напряжением 220 В применяют схему из 4 и более радиоэлементов. При напряжении 380 В мост включает от 6 диодов.

Интересно! Трехфазные мостовые выпрямители дают более плавное выравнивание напряжения по сравнению с однофазными. Скачки характеризуются значительно меньшей амплитудой.

По уровню мощности диодные мосты делятся на:

• маломощные (номинальный ток до 0,3 А);
• средней степени (0,3–10 А);
• высокомощные (более 10 А).

Важно! Превышение предельно допустимого напряжения приводит к выходу из строя схемы диодного моста.

Технические характеристики

Существует ряд параметров, которые необходимо учитывать при сборке и установке диодного моста.

Важные характеристики диодных выпрямительных схем:

1. Амплитудное максимальное напряжение обратной полярности Uаобр (Vrpm в зарубежных). Превышение порогового уровня ведет к поломке полупроводникового устройства. 
2. Среднее обратное напряжение Uобр (Vr, Vrms). Выражается его номинальным значением, приложенным в ходе эксплуатации.
3. Амплитудный выпрямленный ток (Ifsm). Характеризуется максимальной величиной тока на выходе.
4. Средний выпрямленный ток Iпр (Io). Показывает действующий ток на выходе.
5. Падение напряжения в прямой полярности V­fm. Обозначает величину, расходуемую под действием сопротивления.

Например, при использовании электрической сети 220 В диодный мост должен обладать способностью переносить напряжение до 400 В. Такой запас предотвратит непредвиденное превышение порогового значения. 

Выбор правильных параметров обратного тока и напряжения в мостовом выпрямителе играет важную роль в процессе сборки или замены отдельных элементов схемы.

Распиновка и корпус

Цоколевка поможет правильно собрать схему мостового выпрямителя. Она демонстрирует назначение выводов и правильное их подсоединение. Представляет собой чертеж или таблицу. 

В описании распиновки (цоколевки) даются такие параметры, как: номер вывода, краткое наименование, цвет провода, назначение, технические характеристики. Чертеж наглядно показывает, как правильно подключить диодный выпрямительный модуль к внешней цепи. Рисунок демонстрирует, на какие выводы подается переменный ток и с каких снимается постоянный. 

Максимальный ток

В технической документации указывается свод требований, необходимых для нормального функционирования выпрямительного устройства. Одним из таких критериев является предельно допустимое количество тока (IF, AV), который диодный мост способен через себя пропустить.

Важным условием безупречной работы полупроводникового мостового выпрямителя является соблюдение границ максимального импульсного (ударного) прямого тока.

Конструкцию со скромными электрическими характеристиками не стоит пытаться вместить в мощный прибор. Это может обернуться потерей работоспособности модуля.

Работа на параметрах, близких к предельно допустимым, приводит к быстрому изнашиванию выпрямителя. Для более бережного функционирования необходимо применять щадящие нагрузки. 

Максимальное пиковое обратное напряжение

Этим параметром также не следует пренебрегать. Он показывает, какой величины достигается амплитудное напряжение при обратном включении, т. е. при подключении источника питания противоположной полярности по отношению к выводам диодного моста (плюс к минусу и наоборот).

Если эту особенность не учесть, может произойти снижение сопротивления, что приведет к резкому увеличению обратного тока и образованию пробоя в выпрямительной системе. 

Принцип работы диодного моста

Проходя через схему выпрямителя, переменный ток преобразуется в постоянный (выпрямляется). Происходит это благодаря р-n-переходу диода, представляющему собой границу между положительно и отрицательно заряженными областями кристалла, по которому ток протекает только в одном направлении. Так происходит работа выпрямляющего моста в однофазных сетях.

В диодах Шоттки эту функцию выполняет переход металл-полупроводник, который также направлен на одностороннее движение электронов. Подобные приспособления отличаются высокой скоростью при очень незначительном падении напряжения на переходе под воздействием сопротивления.

В бытовой электросети ток имеет напряжение 220 В и частоту смены полярности 50 Гц (т. е. полюса меняются 50 раз в сек). Получается переменное напряжение в сети.

Полупроводник в диоде заставляет ток течь от анода к катоду (от плюса к минусу). Обратно его не пускает возникающее сопротивление.

Переменный ток нестабилен и постоянно меняет направление движения, образуя попеременно положительные и отрицательные полуволны. Диодный мост меняет значение их полярности на противоположное.

Когда на один контакт диодного моста поступает положительная полуволна, она выпрямляется одной парой диодов, становясь отрицательной. И наоборот, отрицательная полуволна выпрямляется и превращается в положительную благодаря второй паре диодов.

На выходе ток имеет частоту 100 Гц, т. е. в 2 раза выше входной. Полярность на выводах моста всегда остается неизменной. 

Диод в цепи переменного напряжения 

Ток под действием мостовых диодных выпрямителей упорядочивается, перестает постоянно менять направление, но скорость движения электронов то ускоряется, то замедляется, придавая постоянному току пульсирующий характер. Выравнивается этот недостаток применением в схеме конденсаторов, выполняющих функцию сглаживания пульсаций, убирая импульсные и высокочастотные помехи. 

Как работает диодный мост в теории и на практике 

В переменном токе полуволны разной полярности попеременно выпрямляются диодными парами. В момент прохождения тока по одному плечу (рабочей паре диодов) доступ ко второму закрыт. На выходе полярность остается неизменной.

На практике поступающее переменное напряжение превращается в пульсирующее постоянное. Отрицательная полуволна меняет полярность на положительную. При этом мощность сигнала сохраняется, а амплитуда несколько снижается из-за падения напряжения на диоде.

Преимущества и недостатки

Диодные мосты имеют определенные достоинства и недостатки по сравнению с однополупериодным выпрямлением.

Плюсы мостовых выпрямителей:

1. В процессе получения выходного напряжения участвуют обе полуволны.
2. Высокий уровень пульсаций легко выравнивается сглаживающими фильтрами.
3. Благодаря диодному мосту во вторичной обмотке трансформатора сердечник не подмагничивается постоянным током.

К недостаткам относятся:

1. Одновременная работа парных диодов влияет на увеличение падения напряжения, т. к. каждый элемент имеет собственное сопротивление.
2. Неисправность хотя бы одного полупроводника в схеме моста делает его однополупериодным, что негативно влияет на выходные показатели.

Как проверить диодный мост на исправность в генераторе

Проверка рабочего состояния выпрямительного блока генератора осуществляется мультиметром или автомобильной лампочкой.

Проверка с помощью лампы накаливания

Для осуществления проверки понадобится лампочка на 12 В (21 Вт) и аккумулятор. 

Мост состоит из положительной и отрицательной пластин. Каждая из них включает по 3 диода одной с ним полярности. Плюсовая пластина также вмещает 3 дополнительных полупроводниковых элемента.

Проверка дополнительных диодов:

1. К аккумулятору подсоединяется лампа. 
2. Зажим провода «+» крепится к выходу 61, «-» — к выводам дополнительных диодов (по очереди). 
3. Лампа не горит, пробоя нет. 
4. Клеммы меняются местами. 
5. Горящая лампочка говорит о том, что обрыва нет.

 Проверка положительных диодов:

1. Крокодил «+» зацепить на пластине того же знака.
2. «-» подносить к каждому из трех выводов плюсовых полупроводников.
3. Лампа не горит, пробития нет.
4. Поменять полярность.
5. Горящая лампочка говорит об исправности радиоэлемента.

Проверка отрицательных диодов:

1. Щуп «-» подсоединяется к пластине той же полярности.
2. Клемма «+» подносится к каждому диодному выводу со знаком «-».
3. Лампа не горит, все в порядке.
4. Заменить полярность.
5. Лампа горит, диоды в норме.

Проверка замыкания между пластинами:

1. Положительный провод соединить с пластиной «+», а отрицательный — с «-».
2. Лампа не горит, пробития нет.
3. Поменять зажимы местами.
4. Свет лампочки — показатель исправности.

Проверка с помощью мультиметра

Для чего нужен мультиметр? Для проверки диодного моста.

Прибор настраивается на прозвонку: переключатель устанавливается на значки диода и радиоволны.

При подключении каждого полупроводника к одноименному проводу мультиметр выдает значение в пределах 500–600 милливольт.

При обратном подключении на дисплее появляется «1» или «OL» (запредельное значение). 

Если все проходит по такому сценарию, значит, мост в рабочем состоянии. 

Практическое применение

Сфера использования мостовых схем очень обширна. Двухполупериодные выпрямители встречаются в различных видах цифровой техники, электронных устройствах, промышленном оборудовании.

Перечень устройств, работающих на основе диодных мостов:

• системы электротранспорта;
• различное промышленное оборудование;
• блоки питания компьютеров, ноутбуков;
• автомобильные и другие генераторы, работающие от низкого постоянного напряжения;
• теле- и радиотехника;
• измерительные приборы;
• сварочные аппараты;
• светодиодные лампы (ленты);
• подсветка витрин, приборных панелей, фасадов домов;
• звуковоспроизводящие устройства.

Чем можно заменить диодный мост-сборку

Двухполупериодные мостовые выпрямители имеют явные преимущества по сравнению с другими приспособлениями для преобразования электрической энергии. Однако в некоторых ситуациях их можно заменить четырьмя отдельными полупроводниковыми элементами выпрямительного типа или диодами Шоттки. 

Диодные мосты (или двухполупериодные выпрямители) отлично справляются с задачей преобразования переменного тока в постоянный во всевозможных электронных устройствах и электрических схемах. Применение подобных сборок обычно более эффективно по сравнению с другими приспособлениями. Именно поэтому мостовые конструкции активно применяются в различных областях, связанных с электроникой и электротехникой.