Как выбрать диоды для выпрямителя

9

Особенности выбора выпрямительных диодов

При выборе диодов выпрямителя необходимо учитывать целый набор факторов, определяемых, принципиальной схемой выпрямителя, частотой и величиной входного переменного напряжения, величинами напряжения и тока нагрузки, условиями эксплуатации (температура, влажность, устойчивость входного напряжения и т.п.), характером нагрузки (емкостная, индуктивная), наличием коммутационных перегрузок в цепи нагрузки, параметрами применяемого трансформатора и т.д.

В первую очередь необходимо рассчитать значение максимального обратного напряжения, прикладываемого к силовым диодам при работе выпрямителя выбранного типа, а также оценить среднее значение протекающего через них прямого тока (это можно сделать по приближенным формулам, приводимым в табл. 1). Полученные таким образом значения необходимо откорректировать в зависимости от характера нагрузки.

При наличии активно-емкостной нагрузки (а это чаще всего именно так) амплитудное и действующее значения тока силовых диодов могут существенно превышать его расчетное среднее значение. Так, например, при допустимом уровне пульсаций на выходе порядка 0,1% в однофазном мостовом выпрямителе с емкостным фильтром амплитудное значение тока выпрямительных диодов может достигать 15 . I_{пр ср max}. В целях исключения перегрузки диодов по величине действующего и амплитудного значений токов и их перегрева, необходимо ужесточить требования к максимальному прямому среднему току (I_{пр ср max}) применяемых диодов. Практически, для однополупериодного выпрямителя используется коэффициент 2,2, а для двухполупериодного 1,1 (т.е. используемые диоды должны иметь значение I_{пр ср max} как минимум в 1,1 раза большее, чем это следует из значений, полученных по формулам из табл. 1).

Величина максимально допустимого повторяющегося обратного напряжения (U_{обр max}) используемых диодов также подвержена влиянию нагрузки (характер этого влияния может быть вычислен по формулам, приводимым далее). Во избежание ее превышения в начальный момент времени после включения выпрямителя и во время его работы (в том числе и на холостом ходу), силовые диоды должны выбираться с некоторым запасом и по этому параметру.

Опираясь на найденные значения I_{пр ср max} и U_{обр max} (не забывая также о предполагаемой частоте входного переменного напряжения), по таблицам справочных данных производят предварительный выбор силовых диодов. Немаловажное значение для характеристик выпрямителя имеет тип выбранных выпрямительных диодов.

Напомним, что в качестве выпрямительных могут использоваться кремниевые, германиевые или арсенид-галлиевые диоды с p – n переходом (в т.ч. лавинные диоды), а также кремниевые или арсенид-галлиевые диоды с переходом Шоттки.

Германиевые выпрямительные диоды довольно широко использовались 10..20 лет назад. В настоящее время они практически полностью вытеснены более совершенными кремниевыми и арсенид-галиевыми приборами. И только в некоторых довольно редких случаях немногие положительные свойства германиевых диодов могут обусловить их применение в выпрямителях. Основными свойствами германиевых диодов с p – n переходом являются:

• низкое прямое падение напряжения (на германиевом диоде при максимально

допустимом прямом токе падение напряжения приблизительно в два раза

меньше, чем на аналогичном кремниевом диоде), что является существенным,

но, к сожалению, единственным преимуществом перед кремниевыми выпря-

• существование явно выраженного тока насыщения при обратном включении

• значительно большая величина обратного тока по сравнению с аналогичными

• пробивное напряжение уменьшается с ростом температуры (большие обратные

токи германиевых диодов являются причиной теплового характера их пробоя),

а значение этого напряжения меньше пробивных напряжений кремниевых

• верхний предел диапазона рабочих температур германиевых диодов составляет

приблизительно 75 °С, что значительно ниже по сравнению с тем же парамет-

ром кремниевых диодов.

Существенным недостатком германиевых диодов является то, что они плохо выдерживают даже кратковременные импульсные перегрузки по обратному напряжению. Определяется это механизмом пробоя германиевых диодов — тепловым пробоем, происходящим с выделением большой удельной мощности в месте пробоя.

Кремниевые выпрямительные диоды с p – n переходом — это наиболее распространенный в настоящее время вид диодов, применяемых во всех классах выпрямителей (однако они постепенно вытесняются более эффективными диодами с переходом Шоттки). Их основные свойства:

• максимально допустимые прямые токи кремниевых диодов различных типов

составляют 0,1. 1600 А, падение напряжения на диодах при этих токах не

превышает обычно 1,5 В;

• с увеличением температуры прямое падение напряжения уменьшается;

• обратная ветвь ВАХ кремниевых диодов не имеет ярко выраженного участка

• пробой кремниевых диодов имеет лавинный характер, поэтому пробивное

напряжение с увеличением температуры увеличивается (для некоторых типов

кремниевых диодов при комнатной температуре пробивное напряжение может

составлять 1500. 2000 В);

• диапазон рабочих температур для кремниевых выпрямительных диодов

ограничен значениями-60. +125 °С.

Лавинный характер пробоя кремниевых диодов позволил создать такие приборы, которые безболезненно переносят многократные перегрузки по обратному напряжению — лавинные диоды. Если условия эксплуатации разрабатываемого выпрямителя очень тяжелы с точки зрения стабильности питающего напряжения или тока нагрузки (что возможно при коммутации различных емкостей и индуктивностей в цепях нагрузки), то применение лавинных диодов становится практически неизбежным. Они обеспечивают гашение кратковременных импульсов высокого напряжения, проникающих в выпрямитель из внешних цепей. Альтернативой использованию лавинных диодов может быть добавление в выпрямитель стабилитрона или ограничителя напряжения.

Выпрямительные диоды, изготовленные из материала с большой шириной запрещенной зоны, обладают существенными преимуществами в свойствах и параметрах. С этой точки зрения, относительно недавно появившиеся выпрямительные диоды с p – n переходом из арсенида галлия являются очень перспективными приборами. Параметры выпускаемых арсенид- галлиевых выпрямительных диодов пока еще далеки от теоретически возможных (например, для диодов типа АД 112 максимально допустимый прямой ток равен всего 300 мА, а максимально допустимое обратное напряжение — 50 В), поэтому очевидно, что новые приборы такого типа будут значительно превосходить своих предшественников.

К основным свойствам арсенид-галлиевых приборов следует отнести:

• значительный диапазон рабочих температур (до 250 °С);

• лучшие частотные свойства (арсенид-галлиевые диоды могут работать в

качестве выпрямителей малой мощности до частоты 1 МГц и выше);

• повышенное (более 3 В) падение напряжения при прямом смещении.

Выпрямительные диоды с барьером Шоттки — наиболее перспективный вид полу-

проводниковых выпрямительных диодов. Они могут изготавливаться из кремния или арсенида

галлия. Очевидно, что по мере совершенствования и удешевления технологии изготовления

диоды с барьером Шоттки будут все более вытеснять выпрямительные диоды с p – n переходом. Основными свойствами диодов Шоттки являются:

• малое падение напряжения при прямом смещении (около 0,6 В);

• большая максимально допустимая плотность тока, что связано как с меньшим

Какие диоды нужны для диодного моста, как правильно подобрать диоды для выпрямления

Порой, когда дело приходится иметь с блоками питания (их ремонтом, сборкой своими руками) сталкиваешься с его выпрямительной частью, которая из переменного напряжения делает постоянное. Эта часть есть не что иное как диодный выпрямительный мост. Для технарей электротехников известно, что это такое и какова функция этого элемента электрических схем. Для непосвященных поясню — большинство электротехники содержат в своих схемах блок питания, который понижает сетевое напряжение 220 вольт в меньшее, что используется устройствами (3, 5, 9, 12, 24 вольта, это наиболее распространенные величины пониженных напряжений). В сети используется переменный ток, а практически все электронные схемы работают на постоянном. Так вот, для преобразования переменного напряжения в постоянное и используется диодный мост.

Выпрямительные диодные мосты бывают готовыми сборками в едином корпусе, а бывают и самодельными, которые спаиваются из четырех одинаковых диодов. А какие диоды нужны для самодельного диодного моста и как правильно подобрать их для выпрямителя? Все достаточно просто. Основными параметрами для выбора диодов на мост являются напряжение (обратное) и сила тока (которую они могут через себя пропускать без перегрева).

Напомню, что диоды при прямом подключении (плюс диода к плюсу прилагаемого напряжения, а минус диода к минусу прилагаемого напряжения) к питанию пропускают через себя электрический ток. В этом режиме (открытом) на них оседает небольшое напряжение в пределах около 0,6 вольт. Как и любые другие проводники они имеют свое внутреннее сопротивление (что и обуславливает это небольшое падение напряжения на них в открытом состоянии). Чем оно больше, тем меньшую силу тока диод способен через себя пропустить. Если же на диод приложить постоянное обратное напряжение (на плюс диода подать минус источника, и на минус диода подать плюс источника), то диод будет работать в режиме запирания. Он не будет через себя пропускать постоянный ток (будет закрыт).

Так вот, есть максимальная величина обратного напряжения, которую диод может выдержать не входя в режим электрического и теплового пробоя. Именно это обратное напряжение и нужно учитывать при выборе диодов на выпрямительный мост. Если на диодный мост будет подаваться напряжение 220 вольт переменного тока, значит диоды моста должны быть рассчитаны на большее напряжение (с запасом не менее 25%). А лучше вовсе брать с достаточно большим запасом. Это убережет полупроводники от попадания на них случайных скачков напряжения, идущие от сети. Сейчас на обычные, небольшие блоки питания ставят диоды серии 1n4007, у которых обратное напряжение равно 1000 вольтам, а долговременный ток они могут выдерживать до 1 ампера (при температуре 75 градусов).

Второй, и пожалуй главной характеристикой выпрямительного диода является сила тока, которую он может пропускать через себя длительное время (без перегрева). Изначально вы должны знать, на какой максимальный ток рассчитан ваш блок питания. И только после этого уже нужно подбирать выпрямительные диоды на мост. К примеру, вы решили сделать себе самодельный регулируемый блок питания с выходным напряжением до 15 вольт и максимальным током в 6 ампер. Следовательно, под такой источник питания нужно брать диоды, рассчитанные на силу тока порядка 10 ампер (плюс определенный запас по току). Ток в 6 ампер как бы относительно немалый. Он будет нагревать диоды выпрямительного моста. Значит под эти диоды, мост еще нужно предусмотреть охлаждающий радиатор.

Напомню, что большинство полупроводниковых компонентов сделаны из кремния, а этот материал имеет максимальную рабочую температуру 150—170 °C. Выход за эти пределы разрушаю полупроводник, в нашем случае диоды диодного моста. Лучше держать температуру диодов в пределах до 75 °C. Поставьте на мост небольшой радиатор и посмотрите не выходит ли температура при максимальной нагрузки блока питания за допустимые пределы.

Диодных мостов и диодов (под них) существует достаточно большое количество. При выборе сначала в поисковике найдите справочную таблицу диодов и диодных мостов, где указаны основные технические характеристики выпрямителей. Выберите наиболее подходящий компонент с учетом номинального обратного напряжения и силы тока. Если вы поставите на диодный мост диоды с большими номинальными токами и напряжениями, ничего страшного, это будет даже лучше, как бы излишний запас. Но подбирать меньшие или впритык лучше не стоит.

P.S. Кроме основных характеристик (тока и напряжения) диодов, которые будут ставится на диодный мост, еще нужно обращать внимание на частоту, на которой они могут нормально работать. Частота сети в 50 герц является достаточно малой и под нее подойдут практически все диоды. Выше приведенный диод 1n4007 имеет рабочую частоту в 1 мГц. Обращать внимание на частоту актуально для электрических схем, рассчитанных на действительно высокие частоты.

НИЖЕ ВИДЕО ПО ЭТОЙ ТЕМЕ

Как правильно подобрать диодный мост или диоды для выпрямителя, на какие параметры в первую очередь нужно обращать внимание

Как выбрать диоды для выпрямителя

При выборе полупроводниковых диодов для выпрямителя следует помнить, что основными параметрами полупроводниковых диодов являются допустимый ток I_доп (I_{пр мах}), на который рассчитан данный диод, и обратное напряжение U_обр (U_{обр мах}), выдерживаемое диодом без пробоя в непроводящий период. Выбор диодов для выпрямителей осуществляется по величине тока I_д, протекающего через диод, и максимальному напряжению U_д, которое оказывается приложенным к диоду в непроводящий период. При этом для исключения повреждений диодов должны выполняться следующие условия:

I_доп≥I_д и U_обр≥U_д.

Обычно при составлении реальной схемы выпрямителя задаются значением мощности потребителя (нагрузки) Р_н, Вт, получающего питание от данного выпрямителя, и выпрямленным напряжением (напряжением на нагрузке) U_н, В, при котором работает потребитель постоянного тока. Отсюда нетрудно определить ток потребителя (нагрузки):

Вычисленное значение тока берется за основу при выборе диода по току, сравнивая ток протекающий через диод I_д с допустимым током диода I_доп, выбирают диоды для схем выпрямителя. Следует учесть, что для различных схем выпрямителей ток, протекающий через диод (I_д)иток протекающий через потребитель (нагрузку) (I_н) связаны соотношениями:

Очевидно, что при выборе диода, для всех выпрямителей должно соблюдаться условие: I_доп≥I_д.

Напряжение, действующее на диод в непроводящий период U_д, также зависит от схемы выпрямления, которая применяется в конкретном случае. Для различных схем выпрямителей для напряжение, действующее на диод в непроводящий период (U_д)и выпрямленное напряжение (напряжение на нагрузке) (U_н)связаны соотношениями:

Очевидно, что при выборе диода, для всех выпрямителей должно соблюдаться условие: U_обр>U_д.

Приведенные выше соотношения следует использовать при подборе диодов для выпрямителей по току и напряжению.

В результате расчета может оказаться, что ток через диод превышает допустимое значение тока для данного типа диода. В этом случае для увеличения допустимого значения тока применяется параллельное соединение диодов, их суммарный допустимый ток (I_доп∑) увеличивается во столько раз, сколько диодов параллельно соединяют.

Если в непроводящий период напряжение на диоде превышает допустимое обратное напряжение, то для увеличения допустимого обратного напряжения применяется последовательное соединение диодов, их суммарное допустимое напряжение (U_обр∑) увеличивается во столько раз, сколько диодов последовательно соединяют.

Выпрямительные диоды: устройство, конструктивные особенности и основные характеристики

Основное предназначение выпрямительных диодов – преобразование напряжения. Но это не единственная сфера применения данных полупроводниковых элементов. Их устанавливают в цепи коммутации и управления, используют в каскадных генераторах и т.д. Начинающим радиолюбителям будет интересно узнать, как устроены эти полупроводниковые элементы, а также их принцип действия. Начнем с общих характеристик.

Устройство и конструктивные особенности

Основной элемент конструкции – полупроводник. Это пластина кристалла кремния или германия, у которого имеются две области р и n проводимости. Из-за этой особенности конструкции она получила название плоскостной.

При изготовлении полупроводника обработка кристалла производится следующим образом: для получения поверхности р-типа ее обрабатывают расплавленным фосфором, а р-типа – бором, индием или алюминием. В процессе термообработки происходит диффузия этих материалов и кристалла. В результате образуется область с р-n переходом между двумя поверхностями с различной электропроводимостью. Полученный таким образом полупроводник устанавливается в корпус. Это обеспечивает защиту кристалла от посторонних факторов воздействия и способствует теплоотводу.

Конструкция (1), внешний вид (2) и графическое отображение выпрямительного диода(3)

Обозначения:

• А – вывод катода.
• В – кристалладержатель (приварен к корпусу).
• С – кристалл n-типа.
• D – кристалл р-типа.
• E – провод ведущий к выводу анода.
• F – изолятор.
• G – корпус.
• H – вывод анода.

Как уже упоминалось, в качестве основы р-n перехода используются кристаллы кремния или германия. Первые применяются значительно чаще, это связано с тем, что у германиевых элементов величина обратных токов значительно выше, что существенно ограничивает допустимое обратное напряжение (оно не превышает 400 В). В то время как у кремниевых полупроводников эта характеристика может доходить до 1500 В.

Помимо этого у германиевых элементов значительно уже диапазон рабочей температуры, он варьируется в пределах от -60°С до 85°С. При превышении верхнего температурного порога резко увеличивается обратный ток, что отрицательно отражается на эффективности устройства. У кремниевых полупроводников верхний порог порядка 125°С-150°С.

Классификация по мощности

Мощность элементов определяется максимально допустимым прямым током. В соответствии этой характеристики принята следующая классификация:

• Слаботочные выпрямительные диоды, они используются в цепях с током не более 0,3 А. Корпус таких устройств, как правило, выполнен из пластмассы. Их отличительные особенности – малый вес и небольшие габариты. Выпрямительные диоды малой мощности
• Устройства, рассчитанные на среднюю мощность, могут работать с током в диапазоне 0,3-10 А. Такие элементы, в большинстве своем, изготавливаются корпусе из металла и снабжены жесткими выводами. На одном один из них, а именно на катоде, имеется резьба, позволяющая надежно зафиксировать диод на радиаторе, используемого для отвода тепла. Выпрямительный диод средней мощности
• Силовые полупроводниковые элементы, они рассчитаны на прямой ток свыше 10 А. Производятся такие устройства в металлокерамических или металлостеклянных корпусах штыревого (А на рис. 4) или таблеточного типа (В). Рис. 4. Выпрямительные диоды высокой мощности

Перечень основных характеристик

Ниже приведена таблица, с описанием основных параметров выпрямительных диодов. Эти характеристики можно получить из даташита (технического описания элемента). Как правило, большинство радиолюбителей к этой информации обращаются в тех случаях, когда указанный в схеме элемент недоступен, что требует найти ему подходящий аналог.

Таблица основных характеристик выпрямительных диодов

Заметим, что в большинстве случаев, если требуется найти аналог тому или иному диоду, первых пяти параметров из таблицы будет вполне достаточно. При этом желательно учесть диапазон рабочей температуры элемента и частоту.

Принцип работы

Проще всего объяснить принцип действия выпрямительных диодов на примере. Для этого смоделируем схему простого однополупериодного выпрямителя (см. 1 на рис. 6), в котором питание поступает от источника переменного тока с напряжением U_IN (график 2) и идет через VD на нагрузку R.

Рис. 6. Принцип работы однодиодного выпрямителя

Во время положительного полупериода, диод находится в открытом положении и пропускает через себя ток на нагрузку. Когда приходит очередь отрицательного полупериода, устройство запирается, и питание на нагрузку не поступает. То есть происходит как бы отсечение отрицательной полуволны (на самом деле это не совсем верно, поскольку при данном процессе всегда имеется обратный ток, его величина определяется характеристикой I_обр).

В результате, как видно из графика (3), на выходе мы получаем импульсы, состоящие из положительных полупериодов, то есть, постоянный ток. В этом и заключается принцип работы выпрямительных полупроводниковых элементов.

Заметим, что импульсное напряжение, на выходе такого выпрямителя подходить только для питания малошумных нагрузок, примером может служить зарядное устройство для кислотного аккумулятора фонарика. На практике такую схему используют разве что китайские производители, с целью максимального удешевления своей продукции. Собственно, простота конструкции является единственным ее полюсом.

К числу недостатков однодиодного выпрямителя можно отнести:

• Низкий уровень КПД, поскольку отсекаются отрицательные полупериоды, эффективность устройства не превышает 50%.
• Напряжение на выходе примерно вдвое меньше, чем на входе.
• Высокий уровень шума, что проявляется в виде характерного гула с частотой питающей сети. Его причина – несимметричное размагничивание понижающего трансформатора (собственно именно поэтому для таких схем лучше использовать гасящий конденсатор, что также имеет свои отрицательные стороны).

Заметим, что эти недостатки можно несколько уменьшить, для этого достаточно сделать простой фильтр на базе высокоемкостного электролита (1 на рис. 7).

Рис. 7. Даже простой фильтр позволяет существенно снизить пульсации

Принцип работы такого фильтра довольно простой. Электролит заряжается во время положительного полупериода и разряжается, когда наступает черед отрицательного. Емкость при этом должна быть достаточной для поддержания напряжения на нагрузке. В этом случае импульсы несколько сгладятся, примерно так, как продемонстрировано на графике (2).

Приведенное решение несколько улучшит ситуацию, но ненамного, если запитать от такого однополупериодного выпрямителя, например, активные колонки компьютера, в них будет слышаться характерный фон. Для устранения проблемы потребуются более радикальное решение, а именно диодный мост. Рассмотрим принцип работы этой схемы.

Устройство и принцип работы диодного моста

Существенно отличие такой схемы (от однополупериодной) заключается в том, что напряжение на нагрузку подается в каждый полупериод. Схема включения полупроводниковых выпрямительных элементов продемонстрирована ниже.

Принцип работы диодного моста

Как видно из приведенного рисунка в схеме задействовано четыре полупроводниковых выпрямительных элемента, которые соединены таким образом, что при каждом полупериоде работают только двое из них. Распишем подробно, как происходит процесс:

• На схему приходит переменное напряжение Uin (2 на рис. 8). Во время положительного полупериода образуется следующая цепь: VD4 – R – VD2. Соответственно, VD1 и VD3 находятся в запертом положении.
• Когда наступает очередность отрицательного полупериода, за счет того, что меняется полярность, образуется цепь: VD1 – R – VD3. В это время VD4 и VD2 заперты.
• На следующий период цикл повторяется.

Как видно по результату (график 3), в процессе задействовано оба полупериода и как бы не менялось напряжение на входе, через нагрузку оно идет в одном направлении. Такой принцип работы выпрямителя называется двухполупериодным. Его преимущества очевидны, перечислим их:

• Поскольку задействованы в работе оба полупериода, существенно увеличивается КПД (практически вдвое).
• Пульсация на выходе мостовой схемы увеличивает частоту также вдвое (по сравнению с однополупериодным решением).
• Как видно из графика (3), между импульсами уменьшается уровень провалов, соответственно сгладить их фильтру будет значительно проще.
• Величина напряжения на выходе выпрямителя приблизительно такая же, как и на входе.

Помехи от мостовой схемы незначительны, и становятся еще меньше при использовании фильтрующей электролитической емкости. Благодаря этому такое решение можно использовать в блоках питания, практически, для любых радиолюбительских конструкций, в том числе и тех, где используется чувствительная электроника.

Заметим, совсем не обязательно использовать четыре выпрямительных полупроводниковых элемента, достаточно взять готовую сборку в пластиковом корпусе.

Диодный мост в виде сборки

Такой корпус имеет четыре вывода, два на вход и столько же на выход. Ножки, к которым подключается переменное напряжение, помечаются знаком «

» или буквами «AC». На выходе положительная ножка помечается символом «+», соответственно, отрицательная как «-».

На принципиальной схеме такую сборку принято обозначать в виде ромба, с расположенным внутри графическим отображением диода.

На вопрос что лучше использовать сборку или отдельные диоды нельзя ответить однозначно. По функциональности между ними нет никакой разницы. Но сборка более компактна. С другой стороны, при ее выходе из строя поможет только полная замена. Если же в этаком случае используются отдельные элементы, достаточно заменить вышедший из строя выпрямительный диод.

Поделиться в социальных сетях

Комментарии и отзывы (2)

Алекс

Везде, где описывается работа выпрямителя , горе-учителя всё время совершают одну и ту же ошибку. Вводят в заблуждение своими несоответствующими рисунками. Ну почитайте ж вы учебник ! Настоящий старый учебник ! Вы поймёте, что первый рисунок (изображен не двууполупериодный выпрямитель, а мостовой) не соответствует осцилограмме ! Осцилограмма действительно от двухполупериодного. Так и изобразите двухполупериодный, а не мостовой ! У мостового выпрямителя другая совсем осцилограмма. Какая ? Почитайте литературу !

Макаров Дмитрий (Эксперт)

Так, давайте разберемся, двухполупериодный выпрямитель – это такое устройство, которое выпрямляет из сети переменного тока оба полупериода синусоиды. То есть на выходе у вас каждому амплитудному значению переменного напряжения будет соответствовать импульс постоянного, но в одной плоскости относительно оси. Поэтому и мостовая схема и любая другая являются двухполупериодными, отличается только принцип их действия – на выходе вы получите идентичную картинку. Рассмотрим их принцип работы на конкретных примерах.

Если вы вспомнили старую литературу, смею предположить, что вы имеете в виду схему двухполупериодного выпрямления Миткевича.

Как показано на рисунке, для работы такой схемы выпрямления использовался специальный трансформатор с увеличенной вторичной обмоткой, разделенной средней точкой. Ее принцип работы основывается на поочередном протекании тока через каждый из выпрямительных элементов – при положительном полупериоде через D1, а при отрицательном через D2. В результате на нагрузке RН напряжение будет присутствовать постоянно, как и показано на кривой входного и выходного напряжения – каждому полупериоду напряжения на входе, не зависимо от того положительный он или отрицательный, будет соответствовать положительный импульс на выходе.

Теперь рассмотрите, как работает мостовая схема, которая также дает на выходе двухполупериодное выпрямление.

Как видно из рисунка, при возникновении положительного полупериода на вторичной обмотке источника питания, путь протекания тока через нагрузку происходит через: VD3 – RН – VD2 и на нагрузке появляется первый импульс выпрямленного напряжения. При появлении отрицательного полупериода на источнике питания ток начнет протекать по цепи VD4 – RН – VD1 и на нагрузке появится второй импульс выпрямленного напряжения. При смене периодов картина будет изменяться в той же последовательности.

Как видите, и та, и другая схема являются двухполупериодными и результирующая кривая напряжения в обоих случаях идентичная. Разумеется, что на практике, из-за особенностей полупроводникового и силового оборудования, обе кривые будут значительно отличаться по форме, но это уже касается частных особенностей. В части рассмотрения принципа работы этих схем они дают идентичный результат.

Единственным отличием является то, что схема Миткевича уже давно не используется, так как требует больших затрат на изготовление специфического трансформатора. Она была актуальна в то время, когда выпрямительные агрегаты были слишком дорогостоящими и их количество в схеме старались уменьшить любым способом. Сегодня все наоборот – медь стоит гораздо дороже, чем выпрямитель, поэтому повсеместно используются мостовые преобразователи.

Выбор полупроводниковых диодов для выпрямителя

При выборе полупроводниковых диодов для выпрямителя следует помнить, что основными параметрами полупроводниковых диодов являются допустимый ток I_доп (I_{пр мах}), на который рассчитан данный диод, и обратное напряжение U_обр (U_{обр мах}), выдерживаемое диодом без пробоя в непроводящий период. Выбор диодов для выпрямителей осуществляется по величине тока I_д, протекающего через диод, и максимальному напряжению U_д, которое оказывается приложенным к диоду в непроводящий период. При этом для исключения повреждений диодов должны выполняться следующие условия:

I_доп ≥ I_д и U_обр ≥ U_д.

Обычно при составлении реальной схемы выпрямителя задаются значением мощности потребителя (нагрузки) Р_н, Вт, получающего питание от данного выпрямителя, и выпрямленным напряжением (напряжением на нагрузке) U_н, В, при котором работает потребитель постоянного тока. Отсюда нетрудно определить ток потребителя (нагрузки):

Вычисленное значение тока берется за основу при выборе диода по току, сравнивая ток протекающий через диод I_д с допустимым током диода I_доп, выбирают диоды для схем выпрямителя. Следует учесть, что для различных схем выпрямителей ток, протекающий через диод (I_д) иток протекающий через потребитель (нагрузку) (I_н) связаны соотношениями:

Очевидно, что при выборе диода, для всех выпрямителей должно соблюдаться условие: I_доп ≥ I_д.

Напряжение, действующее на диод в непроводящий период U_д, также зависит от схемы выпрямления, которая применяется в конкретном случае. Для различных схем выпрямителей для напряжение, действующее на диод в непроводящий период (U_д) и выпрямленное напряжение (напряжение на нагрузке) (U_н) связаны соотношениями:

Очевидно, что при выборе диода, для всех выпрямителей должно соблюдаться условие: U_обр>U_д.

Приведенные выше соотношения следует использовать при подборе диодов для выпрямителей по току и напряжению.

В результате расчета может оказаться, что ток через диод превышает допустимое значение тока для данного типа диода. В этом случае для увеличения допустимого значения тока применяется параллельное соединение диодов, их суммарный допустимый ток (I_доп∑) увеличивается во столько раз, сколько диодов параллельно соединяют.

Если в непроводящий период напряжение на диоде превышает допустимое обратное напряжение, то для увеличения допустимого обратного напряжения применяется последовательное соединение диодов, их суммарное допустимое напряжение (U_обр∑) увеличивается во столько раз, сколько диодов последовательно соединяют.