Диодный мост — это мостовая выпрямительная схема 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 отрицательных частей напряжения формы волны переменного тока в положительное напряжение, после чего может использоваться фильтр нижних частот для сглаживания результата в постоянный ток. [1]
При использовании в наиболее распространенном применении для преобразования переменного тока на входе в постоянный ток на выходе он известен как мостовой выпрямитель . Мостовой выпрямитель обеспечивает двухполупериодное выпрямление от двухпроводного переменного тока на входе, что приводит к снижению стоимости и веса по сравнению с выпрямителем с трехпроводным входом от трансформатора со средней точкой вторичной обмотки. [2]
До появления интегральных схем мостовой выпрямитель был построен из отдельных диодов. Примерно с 1950 года стал доступен один четырехконтактный компонент, содержащий четыре диода, соединенных в мостовую конфигурацию, и теперь 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 изобрёл и опубликовал похожую схему. [6] [7] Сегодня эту схему иногда называют «схемой Греца» или «мостом Греца». [8]
Согласно общепринятой модели течения тока , первоначально установленной Бенджамином Франклином и до сих пор применяемой большинством инженеров [9] ), ток течет по электрическим проводникам от положительного полюса к отрицательному (определяется как положительный поток). В действительности свободные электроны в проводнике почти всегда текут от отрицательного полюса к положительному. Однако в подавляющем большинстве приложений фактическое направление течения тока не имеет значения. Поэтому в обсуждении ниже сохраняется общепринятая модель.
Основная характеристика диода заключается в том, что ток может течь через него только в одном направлении, которое определяется как прямое направление. Диодный мост использует диоды в качестве последовательных компонентов, чтобы позволить току проходить в прямом направлении во время положительной части цикла переменного тока и в качестве шунтирующих компонентов, чтобы перенаправить ток, текущий в обратном направлении во время отрицательной части цикла переменного тока, на противоположные рельсы.
На схемах ниже, когда вход, подключенный к левому углу ромба, положительный, а вход, подключенный к правому углу, отрицательный, ток течет от верхней клеммы питания направо 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, положительный, ток течет от нижней клеммы питания направо по красному (положительному) пути к выходу и возвращается к верхней клемме питания по синему (отрицательному) пути. [10]
В каждом случае верхний правый выход остается положительным, [11] а нижний правый выход отрицательным. Поскольку это верно независимо от того, является ли вход переменным или постоянным, эта схема не только выдает выход постоянного тока из входа переменного тока, но и может обеспечить защиту от обратной полярности; то есть она обеспечивает нормальное функционирование оборудования с питанием от постоянного тока, когда батареи установлены наоборот или когда выводы от источника постоянного тока были перепутаны, и защищает оборудование от потенциального повреждения, вызванного обратной полярностью. [12]
Альтернативой двухполупериодным выпрямителям на основе диодного моста являются трансформатор со средней точкой и двухдиодный выпрямитель , а также выпрямитель с удвоением напряжения , использующий два диода и два конденсатора в мостовой топологии.
При входе переменного тока выход диодного моста (называемого для этой цели двухполупериодным выпрямителем ; существует также однополупериодное выпрямление , которое не использует диодный мост) представляет собой поляризованное пульсирующее несинусоидальное напряжение той же амплитуды, но в два раза превышающее частоту входного тока. Его можно рассматривать как постоянное напряжение, на которое накладывается очень большое пульсирующее напряжение . Этот вид электроэнергии не очень пригоден для использования, поскольку пульсация рассеивается в виде отработанного тепла в компонентах цепи постоянного тока и может вызывать шум или искажения во время работы цепи. Поэтому почти все выпрямители сопровождаются серией полосовых или режекторных фильтров и/или регулятором напряжения для преобразования большей части или всего пульсирующего напряжения в более плавный и, возможно, более высокий выход постоянного тока. Фильтр может быть таким же простым, как один достаточно большой конденсатор или дроссель , но большинство фильтров питания имеют несколько чередующихся последовательных и шунтирующих компонентов. Когда пульсирующее напряжение повышается, реактивная мощность сохраняется в компонентах фильтра, снижая напряжение; когда напряжение пульсации падает, реактивная мощность разряжается с компонентов фильтра, повышая напряжение. Конечный этап выпрямления может состоять из стабилизатора напряжения на основе стабилитрона , который практически полностью устраняет любую остаточную пульсацию.
Диодный мост может быть обобщен для выпрямления многофазных входов переменного тока. Например, для трехфазного входа переменного тока однополупериодный выпрямитель состоит из трех диодов, но двухполупериодный мостовой выпрямитель состоит из шести диодов. [ необходима цитата ]
Однополупериодный выпрямитель можно считать соединением «звезда», поскольку он возвращает ток через центральный (нейтральный) провод. Двухполупериодный выпрямитель больше похож на соединение «треугольник» , хотя его можно подключить к трехфазному источнику как по схеме «звезда», так и по схеме «треугольник», и он не использует центральный (нейтральный) провод. [ требуется цитата ]
