Диодный мост представляет собой мостовую схему выпрямителя из четырех диодов , которая используется в процессе преобразования переменного тока (AC) с входных клемм в постоянный ток (DC, т. е. фиксированной полярности ) на выходных клеммах. Его функция заключается в преобразовании частей отрицательного напряжения сигнала переменного тока в положительное напряжение, после чего можно использовать фильтр нижних частот для сглаживания результата в постоянный ток. [1] : 2
Когда он используется в наиболее распространенном применении для преобразования входа переменного тока (AC) в выход постоянного тока (DC), он известен как мостовой выпрямитель . Мостовой выпрямитель обеспечивает двухпроводное выпрямление от двухпроводного входа переменного тока, что приводит к снижению стоимости и веса по сравнению с выпрямителем с трехпроводным входом от трансформатора со вторичной обмоткой с центральным отводом. [2]
До появления интегральных схем мостовой выпрямитель строился из отдельных диодов. Примерно с 1950 года был доступен один компонент с четырьмя выводами, содержащий четыре диода, соединенных в мостовую конфигурацию, и теперь он доступен с различными номиналами напряжения и тока.
Диоды также используются в мостовых топологиях вместе с конденсаторами в качестве умножителей напряжения .
Схема диодного моста была изобретена Каролем Поллаком и запатентована в декабре 1895 года в Великобритании [3] и в январе 1896 года в Германии. [4] [5] В 1897 году Лео Грец независимо изобрел и опубликовал аналогичную схему. [6] [7] Сегодня схему иногда называют «схемой Греца» или «мостом Греца». [8]
Согласно традиционной модели течения тока , первоначально созданной Бенджамином Франклином и которой до сих пор придерживается большинство инженеров [9] ), ток течет по электрическим проводникам от положительного полюса к отрицательному (определяемому как положительный поток). На самом деле свободные электроны в проводнике почти всегда движутся от отрицательного полюса к положительному. Однако в подавляющем большинстве приложений фактическое направление тока не имеет значения. Поэтому в дальнейшем обсуждении сохраняется общепринятая модель.
Фундаментальной характеристикой диода является то, что ток может течь через него только в одном направлении, которое определяется как прямое направление. Диодный мост использует диоды в качестве последовательных компонентов, позволяющих току проходить в прямом направлении во время положительной части цикла переменного тока, и в качестве шунтирующих компонентов для перенаправления тока, текущего в обратном направлении во время отрицательной части цикла переменного тока, на противоположные рельсы.
На диаграммах ниже, когда вход, подключенный к левому углу ромба, положительный, а вход, подключенный к правому углу, отрицательный, ток течет от верхней клеммы питания вправо по красному (положительному) пути к выходу. и возвращается к нижней клемме питания по синему (отрицательному) пути.
Когда вход, подключенный к левому углу, отрицательный, а вход, подключенный к правому углу, является положительным, ток течет от нижней клеммы питания вправо по красному (положительному) пути к выходу и возвращается к верхней клемме питания через синий (отрицательный) путь. [10]
В каждом случае верхний правый выходной сигнал остается положительным, [11] , а нижний правый выходной сигнал – отрицательным. Поскольку это справедливо независимо от того, является ли вход переменным или постоянным током, эта схема не только создает выходной сигнал постоянного тока из входа переменного тока, но также может обеспечивать защиту от обратной полярности; то есть он обеспечивает нормальное функционирование оборудования с питанием от постоянного тока, когда батареи установлены задом наперед или когда провода источника питания постоянного тока перепутаны, и защищает оборудование от потенциального повреждения, вызванного обратной полярностью. [12]
Альтернативой двухполупериодным выпрямителям с диодным мостом являются трансформатор с центральным отводом и выпрямитель с двумя диодами , а также выпрямитель с удвоением напряжения , использующий два диода и два конденсатора в мостовой топологии.
При переменном токе на выходе диодного моста (называемого для этой цели двухполупериодным выпрямителем ; существует также полуволновое выпрямление , в котором диодный мост не используется) представляет собой поляризованное пульсирующее несинусоидальное напряжение той же амплитуды, но в два раза больше. частота входа. Его можно рассматривать как напряжение постоянного тока, на которое накладывается очень большая пульсация напряжения . Этот вид электроэнергии не очень пригоден для использования, поскольку пульсации рассеиваются в виде отходящего тепла в компонентах цепи постоянного тока и могут вызвать шум или искажения во время работы схемы. Таким образом, почти все выпрямители сопровождаются серией полосовых или полосовых фильтров и/или стабилизатором напряжения для преобразования большей части или всей пульсации напряжения в более плавный и, возможно, более высокий выходной постоянный ток. Фильтр может представлять собой один достаточно большой конденсатор или дроссель , но большинство фильтров источника питания имеют несколько чередующихся последовательных и шунтирующих компонентов. Когда пульсации напряжения растут, реактивная мощность сохраняется в компонентах фильтра, снижая напряжение; когда пульсации напряжения падают, реактивная мощность разряжается с компонентов фильтра, повышая напряжение. Заключительный этап выпрямления может состоять из стабилизатора напряжения на основе стабилитрона , который практически полностью устраняет остаточные пульсации.
Диодный мост можно обобщить для выпрямления входов многофазного переменного тока. Например, для трехфазного переменного тока однополупериодный выпрямитель состоит из трех диодов, а двухполупериодный мостовой выпрямитель состоит из шести диодов. [ нужна цитата ]
Полупериодный выпрямитель можно рассматривать как соединение звездой (звездой), поскольку он возвращает ток через центральный (нейтральный) провод. Двухполупериодный выпрямитель больше похож на соединение треугольником , хотя его можно подключить к трехфазному источнику по схеме «звезда» или «треугольник», и он не использует центральный (нейтральный) провод. [ нужна цитата ]
