Выпрямительные диоды и мостовые схемы

Выпрямитель преобразует переменное напряжение в однополярное пульсирующее. В однополупериодной схеме используется одна половина периода, в двухполупериодной — обе. Диодный мост из четырёх диодов позволяет выпрямлять обе полуволны без средней точки трансформатора.

Важно не просто запомнить рисунок моста, а уметь проследить ток для положительной и отрицательной полуволны. В каждом полупериоде проводит своя пара диодов, но ток через нагрузку направлен одинаково.

• В мосте одновременно проводят два диода, поэтому в токовом пути есть два прямых падения.
• Частота пульсаций после двухполупериодного выпрямления вдвое выше частоты входной синусоиды.
• Диоды выбирают по среднему/импульсному току и допустимому обратному напряжению с запасом.
• Выпрямитель без фильтра даёт пульсирующее напряжение, а не «чистый DC».
• Конденсатор после моста заряжается около пиков входного напряжения и отдаёт энергию нагрузке между вершинами.

Для синусоидального источника 12 В RMS пиковое значение без учёта потерь около 12·√2 ≈ 17 В. После моста максимальное напряжение на конденсаторе будет меньше примерно на сумму падений двух проводящих диодов и дополнительные потери.

При большом фильтрующем конденсаторе ток через диоды становится импульсным: они проводят главным образом возле вершин синусоиды, когда вход превышает напряжение на конденсаторе. Поэтому средний ток нагрузки не равен простой форме тока каждого диода.

Исследование выпрямителя выполняйте от безопасного низковольтного AC-источника или учебного трансформатора.

1. Нарисуйте направление тока через мост для двух полуволн.
2. Осциллографом сравните входную синусоиду и напряжение на нагрузке без конденсатора.
3. Добавьте фильтрующий конденсатор и наблюдайте заряд и разряд между вершинами.
4. Измерьте DC-уровень и пульсации под двумя нагрузками.
5. Проверьте температуру диодов и сравните токовый режим с их техническое описание.

• Ожидать после моста напряжение, равное RMS входа.
• Забывать два прямых падения в проводящем пути моста.
• Считать конденсатор фильтра не влияющим на импульсный ток диодов.
• Выбирать диод только по среднему току, не проверяя обратное напряжение и импульсные режимы.

Повышенные пульсации после моста могут быть связаны с потерей ёмкости фильтра, обрывом диода, чрезмерной нагрузкой или высоким сопротивлением соединений. Осциллограмма часто позволяет различить эти причины по частоте и форме провала.

Мостовой выпрямитель — простой пример, где форма сигнала, прямые потери диодов и заряд конденсатора совместно определяют реальное DC-питание.