Điện áp xoay chiều được giao từ tổ chức cung cấp điện đến các hộ tiêu thụ. Điều này là do đặc thù của giao thông vận tải điện. Nhưng hầu hết các máy thu điện gia dụng (và một phần là công nghiệp) yêu cầu nguồn điện áp không đổi. Để có được nó, cần phải có bộ chuyển đổi. Trong nhiều trường hợp, chúng được xây dựng theo sơ đồ "máy biến áp bước xuống - bộ chỉnh lưu - bộ lọc làm mịn" (ngoại trừ chuyển đổi nguồn điện). Điốt được kết nối trong một mạch cầu được sử dụng như một bộ chỉnh lưu.
Nội dung
Cầu diode là gì và nó hoạt động như thế nào
Cầu diode được sử dụng như một mạch chỉnh lưu chuyển đổi điện áp xoay chiều thành điện một chiều. Nguyên tắc hoạt động của nó dựa trên sự dẫn điện một chiều - thuộc tính của một diode bán dẫn để dòng điện chỉ chạy theo một hướng.Một diode đơn cũng có thể đóng vai trò là bộ chỉnh lưu đơn giản nhất.
Với sự bao gồm như vậy, càng thấp (phủ định) một phần của hình sin bị "cắt bỏ". Phương pháp này có nhược điểm:
- hình dạng của điện áp đầu ra khác xa so với hằng số, một tụ điện lớn và cồng kềnh được yêu cầu như một bộ lọc làm mịn;
- nguồn điện xoay chiều được sử dụng tối đa là một nửa.
Dòng điện qua tải tuân theo hình dạng của điện áp ra. Do đó, tốt hơn là sử dụng bộ chỉnh lưu toàn sóng dưới dạng cầu diode. Nếu bạn bật bốn điốt theo sơ đồ được chỉ định và kết nối tải, thì khi một điện áp xoay chiều được đặt vào đầu vào, thiết bị sẽ hoạt động như sau:
Với một điện áp dương (phần trên của hình sin, mũi tên màu đỏ), dòng điện sẽ chạy qua diode VD2, tải, VD3. Với một âm (phần dưới của hình sin, mũi tên màu xanh lá cây) qua diode VD4, tải, VD1. Kết quả là trong một chu kì, dòng điện đi qua tải hai lần cùng chiều.
Dạng sóng điện áp đầu ra gần với đường thẳng hơn nhiều, mặc dù mức độ gợn sóng khá cao. Nguồn điện được sử dụng tối đa.
Nếu có nguồn điện áp ba pha có biên độ yêu cầu thì có thể mắc cầu theo sơ đồ sau:
Trong đó, ba dòng điện sẽ được thêm vào tải, lặp lại hình dạng của điện áp đầu ra, với sự lệch pha 120 độ:
Điện áp đầu ra sẽ đi xung quanh các đỉnh của hình sin. Có thể thấy rằng điện áp xung ít hơn nhiều so với trong mạch một pha, hình dạng của nó gần với một đường thẳng hơn. Trong trường hợp này, điện dung của bộ lọc làm mịn sẽ nhỏ nhất.
Và một phiên bản khác của cây cầu - có kiểm soát.Trong đó, hai điốt được thay thế bằng thyristor - thiết bị điện tử mở ra khi có tín hiệu vào điện cực điều khiển. Ở dạng mở, các thyristor hoạt động gần giống như các điốt thông thường. Lược đồ trông như thế này:
Tín hiệu bật nguồn được đưa ra từ mạch điều khiển tại các thời điểm đã thỏa thuận, quá trình tắt xảy ra tại thời điểm điện áp đi qua số không. Sau đó, điện áp được tính trung bình trên tụ điện và mức trung bình này có thể được kiểm soát.
Sơ đồ kết nối và ký hiệu cầu diode
Vì một cầu điốt có thể được chế tạo theo nhiều sơ đồ khác nhau và nó chứa ít phần tử, nên trong hầu hết các trường hợp, việc chỉ định cụm chỉnh lưu được thực hiện bằng cách vẽ sơ đồ mạch của nó. Nếu điều này là không thể chấp nhận được - ví dụ như trong trường hợp xây dựng một sơ đồ khối - thì cây cầu được biểu thị dưới dạng ký hiệu, biểu thị bất kỳ bộ chuyển đổi AC-sang-DC nào:
Chữ cái "~" có nghĩa là dây chuyền Dòng điện xoay chiều, ký hiệu "=" - mạch DC, và "+" và "-" - cực đầu ra.
Nếu bộ chỉnh lưu được xây dựng theo mạch cầu cổ điển gồm 4 điốt, thì cho phép một hình ảnh đơn giản hơn một chút:
Đầu vào của bộ chỉnh lưu được kết nối với các đầu ra của nguồn xoay chiều (trong hầu hết các trường hợp, nó là máy biến áp bước xuống) mà không cần quan sát cực tính - bất kỳ đầu cuối đầu ra nào cũng được kết nối với bất kỳ đầu vào nào. Đầu ra của cầu được kết nối với tải. Nó có thể cần hoặc không cần phân cực (bao gồm bộ ổn định, bộ lọc làm mịn).
Cầu diode có thể được kết nối với nguồn điện áp không đổi.Trong trường hợp này, một mạch bảo vệ chống lại sự đảo ngược cực tính không chủ ý - với bất kỳ kết nối nào của các đầu vào cầu với đầu ra của nguồn điện, cực tính của điện áp ở đầu ra của nó sẽ không thay đổi.
Đặc điểm kỹ thuật chính
Khi chọn điốt hoặc một cầu nối hoàn thiện, trước hết, bạn cần xem dòng chuyển tiếp hoạt động tối đa. Nó sẽ vượt quá dòng tải với một biên độ. Nếu giá trị này chưa biết nhưng đã biết công suất thì nó phải được chuyển đổi thành dòng điện theo công thức Iload \ u003d Pload / Uout. Để tăng dòng điện cho phép, các thiết bị bán dẫn có thể được kết nối song song - dòng tải lớn nhất được chia cho số lượng điốt. Trong trường hợp này, tốt hơn là chọn điốt trong một nhánh của cầu theo giá trị đóng của điện áp giảm ở trạng thái mở.
Tham số quan trọng thứ hai là điện áp chuyển tiếpmà cây cầu hoặc các yếu tố của nó được thiết kế. Nó không được thấp hơn điện áp đầu ra của nguồn AC (giá trị đỉnh!). Để thiết bị hoạt động đáng tin cậy, bạn cần phải có mức chênh lệch từ 20-30%. Để tăng điện áp cho phép, các điốt có thể được mắc nối tiếp - trong mỗi nhánh của cầu.
Hai thông số này là đủ để đưa ra quyết định sơ bộ về việc sử dụng điốt trong thiết bị chỉnh lưu, nhưng cũng cần tính đến một số đặc điểm khác:
- tần số hoạt động tối đa - thường là vài kilohertz và không quan trọng đối với hoạt động ở tần số công nghiệp 50 hoặc 100 Hz, và nếu điốt hoạt động trong mạch xung, thông số này có thể trở nên quyết định;
- giảm điện áp trên trạng thái đối với điốt silicon, nó là khoảng 0,6 V, không quan trọng đối với điện áp đầu ra, ví dụ, 36 V, nhưng có thể rất quan trọng khi hoạt động dưới 5 V - trong trường hợp này, nên chọn điốt Schottky, có đặc điểm là thấp giá trị của tham số này.
Các loại cầu diode và đánh dấu của chúng
Cầu diode có thể được lắp ráp trên các diode rời. Để quan sát các cực, bạn cần chú ý đến các dấu hiệu. Trong một số trường hợp, một dấu ở dạng mẫu được dán trực tiếp lên thân của thiết bị bán dẫn. Đây là đặc trưng cho các sản phẩm nội địa.
Các thiết bị nước ngoài (và nhiều thiết bị hiện đại của Nga) được đánh dấu bằng một dấu chấm hoặc một vòng. Trong hầu hết các trường hợp, đây là ký hiệu của cực dương, nhưng không có gì đảm bảo. Tốt hơn là bạn nên xem hướng dẫn sử dụng hoặc sử dụng máy thử.
Bạn có thể tạo một cầu nối từ cụm - bốn điốt được kết hợp trong một gói và việc kết nối các dây dẫn có thể được thực hiện với các dây dẫn bên ngoài (ví dụ: trên bảng mạch in). Các lược đồ lắp ráp có thể khác nhau, vì vậy để có kết nối chính xác, bạn cần phải xem các biểu dữ liệu.
Ví dụ, cụm diode BAV99S, bao gồm 4 điốt nhưng chỉ có 6 chân, có hai nửa cầu bên trong, được kết nối như sau (có một dấu chấm trên vỏ gần chân 1):
Để có được một cầu nối chính thức, bạn cần kết nối các đầu ra tương ứng với các dây dẫn bên ngoài (dấu vết màu đỏ hiển thị các rãnh trong trường hợp sử dụng dây in):
Trong trường hợp này, một điện áp xoay chiều được đặt vào chân 3 và 6. Cực dương của hằng số được lấy ra khỏi chân 5 hoặc 2, và cực âm được lấy từ chân 4 hoặc 1.
Và lựa chọn đơn giản nhất là lắp ráp với một cây cầu làm sẵn bên trong.Sản phẩm trong nước có thể là KTs402, KTs405, có cầu lắp ráp của nước ngoài sản xuất. Trong nhiều trường hợp, việc đánh dấu các kết luận được áp dụng trực tiếp vào trường hợp đó, và nhiệm vụ chỉ được rút gọn thành lựa chọn đúng theo các đặc điểm và kết nối không có lỗi. Nếu không có chỉ định bên ngoài của các kết luận, bạn sẽ phải tham khảo thư mục.
Ưu điểm và nhược điểm
Những ưu điểm của cầu diode được biết đến nhiều:
- các kế hoạch đã được thực hiện trong nhiều thập kỷ;
- dễ lắp ráp và kết nối;
- chẩn đoán lỗi đơn giản và sửa chữa dễ dàng.
Về nhược điểm, cần phải kể đến sự gia tăng kích thước và trọng lượng của mạch với công suất ngày càng tăng, cũng như nhu cầu sử dụng tản nhiệt cho điốt công suất cao. Nhưng không thể làm gì được - vật lý không thể bị đánh lừa. Khi các điều kiện này trở nên không thể chấp nhận được, cần phải quyết định chuyển đổi sang mạch cung cấp điện dạng xung. Nhân tiện, điốt bắc cầu có thể được sử dụng trong đó.
Cũng cần lưu ý rằng hình dạng của điện áp đầu ra khác xa với hằng số. Để làm việc với những người tiêu dùng đặt ra yêu cầu về sự ổn định của điện áp cung cấp, cần phải sử dụng cầu nối kết hợp với bộ lọc làm mịn, và nếu cần, bộ ổn định đầu ra.
Các bài tương tự:
