Диод в цепи постоянного тока: Для чего ставят диод параллельно катушке, обмотке реле в цепи постоянного тока, в чем смысл. — Мир Антенн

Содержание

Для чего ставят диод параллельно катушке, обмотке реле в цепи постоянного тока, в чем смысл.

На электронных схемах, где стоит электромагнитное реле, можно заметить, что параллельно его катушке припаян диод. Этот диод подсоединяется к обмотке обратным подключением. То есть, плюс диода (он же анод) будет лежать на минусе источника питания схемы, а минус диода (он же катод), будет находится на плюсе питания. Как известно, при таком способе подключения диода к питанию полупроводник находится в закрытом состоянии, он через себя не проводит электрический ток. Тогда возникает вопрос, а зачем он тогда нужен, если он работает как обычный диэлектрик?

А дело всё в том, что любая катушка, намотанная обычный образом (провод мотается в одном направлении) имеет помимо электрического сопротивления и индуктивность. Вокруг катушки при прохождении постоянного тока образуется электромагнитное поле. А в момент снятия напряжения с катушки, та энергия, которая была аккумулирована в этом электромагнитном поле резко преобразуется опять в электрическую. При этом на концах катушки появляется высоких разностный потенциал. То есть, проще говоря, в момент отключения от катушки питания на ней образуется кратковременный электрический всплески напряжения. Причем, этот всплеск ЭДС (электродвижущей силы) может в несколько раз превышать напряжение питания, которое ранее было подано на обмотку.

Такие скачки увеличенного напряжения, которые образуются на различных катушках, в том числе и на обмотке реле, способны негативно влиять на чувствительные элементы электронной схемы. Например, этот скачок легко может создать электрический пробой различных маломощных транзисторов, микросхем и т.д. Либо же это кратковременное увеличение напряжения может в момент процессов переключения реле вводить в электронную схему различные искажения, погрешности, плохо влиять на измерительные узлы и т.д. Одним словом явление возникновения подобных импульсов увеличенного напряжения – это плохо для любой электронной схемы.

А как же обычный диод может защитить от таких вот ЭДС скачков? Дело в том, что генерация ЭДС индукции имеет противоположную полярность, относительно подаваемого напряжения питания на катушку. Вначале мы на один конец катушки реле подавали плюс, а на второй – минус. При снятии напряжения питания с катушки полюса изменятся. Где был плюс, появится минус, а где был минус, появится плюс. Если наш защитный диод при одной полярности, когда идет питание катушки, находится в закрытом состоянии, работая как диэлектрик, то при другой полярности он уже будет переходить в открытое состояние. Другими словами говоря, при нормальной работе реле диод не будет себя проявлять как функциональный элемент, а при возникновении ЭДС индукции на катушки реле он сразу же станет проводником и замкнет этот импульс увеличенного напряжения на себе.

Может возникнуть вопрос. Если диод берет (замыкает) всю энергию ЭДС индукции катушки реле на себя, то не выйдет ли он от этого из строя (не сгорит ли)? Дело в том что у обычных катушек реле не столь большая энергия, что аккумулируется на ней в виде электромагнитного поля. Эта энергия имеет импульсный, одноразовый характер. Причем, при ЭДС индукции опасно именно увеличенное напряжение (относительно напряжения питания), токи же в этом импульсе достаточно малы. Задача диода нейтрализовать именно импульс увеличенного напряжения. Да и самый обычный, распространенный диод, такой как 1N4007 способен выдерживать обратное напряжение аж до 1000 вольт и прямой ток до 1 ампера (ток импульса намного меньше).

А какие диоды нужно ставить параллельно катушке реле, чтобы защитить электронную схему от подобный скачков напряжения ЭДС индукции? Как я только что уже сказал, энергия обычного маломощного реле (да и средней мощности) не такая уж и большая. Опасен именно сам увеличенный по напряжению импульс. Если питание катушки было, например, 12 вольт постоянного тока, то этот импульс может быть в несколько раз больше (ну пусть до 150 вольт, не больше). Токи, которые могут быть при этом импульсе могут иметь величину единицы и десятки миллиампер. На ток влияет диаметр провода, и его длина в катушке. Чем тоньше диаметр, и чем больше намотка, тем меньше ток. С напряжением наоборот. Чем больше витков в катушке, тем выше напряжение будет при ЭДС индукции.

Если не вдаваться в расчеты, то поставив на катушку обычного маломощного реле кремниевые диоды типа 1N4007 вы не ошибетесь. Их вполне хватит, чтобы надежно защитить электронную схему от подобный ЭДС импульсов, возникающих из-за переключающихся процессов.

Видео по этой теме:

P.S. Порой встречаются схемы (например электронная нагрузка), где в цепи мощных транзисторов стоят низкоомные резисторы. Эти резисторы на малое сопротивление иногда наматываются своими руками. Так вот если их мотать обычным образом (витки всего провода имеют одно направление) то это самодельное сопротивление будет обладать и активным сопротивлением и индуктивностью, которая также будет создавать эти ЭДС импульсы увеличенного напряжения. Но такие самодельные резисторы можно мотать и другим образом. Обмоточный провод складываем вдвое, его концы припаиваем на корпус обычного резистора, а сам сдвоенный провод одновременно наматываем на каркас резистора. В этом случае этот резистор будет иметь только активное сопротивление, индукция у него будет нулевая, что исключить возникновения ЭДС импульса. Дело в том, что электромагнитное поле провода одного направления будет компенсироваться полем другого провода, имеющего обратное направление.

Что такое диод или как из переменного тока получить постоянный? | Лампа Эксперт

Выпрямитель нужен, чтобы из переменного тока получить постоянный. Существует несколько схем выпрямителей на полупроводниковых диодах, а в общем их делят на две группы: однополупериодные и двухполупериодные. Эти названия говорят о том сколько полуволн переменного напряжения поступает в нагрузку – одна или две.

Немного определений и теории

Начнем с того, что разберемся с какими определениями нам придется столкнуться.

В электросети протекает переменный ток. Его величина изменяется по синусоидальному закону, это также называют «синусоидальное напряжение» или просто «синусоида». Такое напряжение (ток) изменяется плавно от нуля до амплитудного значения, затем обратно до нуля и опять до амплитудного значения, но с обратным знаком. В одном периоде синусоиды есть две полуволны — «прямая» и «обратная» или «верхняя» и «нижняя».

Переменный синусоидальный ток, определение основных величин

По энциклопедическому определению, постоянный ток — это направленное движение заряженных частиц скорость и направление которых не изменяется. Это разновидность однонаправленного тока.

Но на практике зачастую ток непостоянен, а изменяется в процессе работы потребителя (нагрузки), а также на выходе выпрямителей есть пульсации, а у гальванических элементов просадки под нагрузкой. Получается, что сам по себе «постоянный ток», так как сказано в «определении» используется далеко не везде. Когда говорят «блок питания постоянного тока» часто подразумевают постоянное напряжение.

Здесь нужно выделить еще несколько понятий:

1.Однонаправленный ток — протекает в одном направлении, может быть произвольным по величине.

2.Выпрямленное напряжение (или ток) – постоянно по знаку, но может изменяться по величине. Если не используются фильтры, то пульсирует с удвоенной частотой переменного напряжение, которое выпрямляли. Так на выходе выпрямителя сетевого напряжения частота пульсаций будет 50×2=100 Гц.

3.Стабилизированное напряжение (или ток) — постоянно по знаку и величине.

Постоянный и пульсирующий ток

В англоязычной технике и литературе переменный ток обозначается как AC (alternative current), а постоянный — DC (direct current).

Полупроводниковые диоды и выпрямители

В современных электронных устройствах для выпрямления используются полупроводниковые диоды.

Диодом в широком смысле называется любое устройство, у которого есть два вывода. Однако если говорить более конкретно, то полупроводниковый диод — это устройство, в котором сформирован лишь один p-n-переход.

Внутреннее устройство диода и диаграмма потенциалов

Основной особенностью полупроводниковых диодов является то, что они проводят ток в одном направлении, а если проложить обратное напряжение (т.н. «обратное смещение»), то ток не проводится до тех пор, пока не наступает тепловой или электрический пробой p-n-перехода с последующим выходом из строя элемента (за исключением стабилитронов, например). Различают множество видов диодов: выпрямительные, импульсные, детекторные, ограничительные и другие, но сегодня нас интересуют именно выпрямительные диоды.

Диоды еще называют «полупроводниковый неуправляемый вентиль», неуправляемый он, потому что вы не можете дать команду чтобы начал или прекратил протекать электрический ток.

Итак, выпрямительный диод – это устройство, которое пропускает ток в одном направлении. Это явление используется для преобразования переменного тока в постоянный, а также для изолирования цепей постоянного тока, например, когда нужно подать несколько сигналов, не зависящих друг от друга, от разных источников.

На схеме диод обозначается в виде стрелки, направление которой указывает куда будет протекать ток. В старых схемах чаще встречается обозначение в вид стрелки в кружочке.

Условное графическое обозначение по ГОСТ и буквенное обозначение диодов

Как это работает?

Кратко рассмотрим, когда диод проводит ток, а когда не проводит, если вам интересно узнать, почему это происходит, рекомендую прочесть одну из лучших книг об электронике «Транзистор? Это же просто…» Е. Айсберга, не обращайте внимания, что она 1964 года — это вечная классика и фундаментальные основы, которые автор преподнес в необычной и лёгкой форме.

Как отмечалось выше, диод состоит из двух областей, p и n — их называют анодом (p-область) и катодом (n-область). Между n- и p-областью находится запирающий слой — так называемый потенциальный барьер.

В прямом смещении p-n-перехода, когда к аноду подключают полюс, а к катоду минус источника питания то этот запирающий слой сужается и через него начинает протекать ток. Но просто подать напряжение недостаточно, важно чтобы его величины было достаточно, для открытия кремниевых диодов нужно 0.7-0.8 вольт, а для германиевых — 0.3-0.4 вольта.

При обратном включении, то есть при подключении плюса к катоду, а минуса к аноду, всё происходит наоборот — запирающий слой расширяется, и носители заряда не могут его преодолеть, соответственно ток не протекает.

Что такое прямое и обратное включение диода

На реальных диодах катод обычно помечается полосой или кольцом.

Внешний вид диода и расположение анода и катода

Особенности диода отлично иллюстрирует вольт-амперная характеристика, сокращенно её называют «ВАХ».

ВАХ диода

На рисунке выше Красным цветом выделены участки и виды пробоев (лавинный, туннельный и тепловой) на обратной ветви. В правой верхней части вы видите прямую ветвь ВАХ, т.е. зависимость тока от напряжения в прямом смещении.

Из неё вы должны понять то, что ток через диод при малом напряжении почти не протекает, но когда оно достигает определенной величины начинает протекать, при этом сила тока не имеет линейной зависимости от приложенного напряжения (при малом увеличении напряжения происходит сильное приращение тока), и ограничивается только сопротивлением нагрузки. При обратном смещении ток практически не протекает (очень незначительный) и так происходит до тех пор, пока не наступит пробой. Различают 3 вида пробоя:

Лавинный пробой – при нём диод начинает пропускать ток, он обратимый, то есть если с диода снять напряжение, то он не сгорит.
Туннельный пробой также обратим Этот и предыдущий вид используют в стабилитронах. Это другой вид диодов, они предназначены для работы в обратном смещении, а этот участок вольт-амперной характеристики у стабилитронов шире, чем у выпрямительного диода.
Тепловой пробой – при нём происходит необратимое разрушение p-n-перехода. Диод либо пробивает, т.е. он становится проводником, либо перегорает, в этом случае происходит обрыв цепи.

На этом рисунке вы можете рассмотреть прямую ветвь ВАХ подробнее — на участке 1 диод еще закрыт, а на участке 2 переходит в открытое состояние

Схемы выпрямителей

В однофазных цепях используется одна из трёх схем выпрямления переменного тока, они носят такие названия:

Однополупериодный выпрямитель, а в технической литературе можно встретить сокращенный вид «1ф1п», что обозначает «1 фаза 1 полупериод».
Двухполупериодный выпрямитель, он же «схема Гретца», сокращенно — 2ф2п.
Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой. Используется реже, чем предыдущая, так как требует использовать трансформатор со средней точки (отвод от середины обмоток).

Однополупериодный выпрямитель состоит из диода, последовательно включенного с нагрузкой. Здесь в нагрузку Rн поступает, как ни странно, один полупериод от питающего напряжения, вторые полпериода или обратная полуволна синусоиды через диод не проходит. Схема хороша тем, что нужен только один диод, но у неё ряд недостатков: напряжение на нагрузке снижается в 2 раза и высокий коэффициент пульсаций. Для их сглаживания нужен конденсатор неоправданно большой ёмкости, что повышает и габариты, и конечную стоимость изделия.

Схема однополупериодного выпрямителя, напряжение на её входе и выходе

Двухполупериодный выпрямитель или диодный мост состоит уже из четырёх диодов. Здесь они работают «по диагонали», то есть одну полуволну проводят левый верхний и правый нижний диод, а обратную – левый нижний и правый верхний диоды (положения указаны условно, относительно приведенной схемы). Напряжение в нагрузке равно напряжению на входе моста, но оно уже не переменное, а выпрямленное пульсирующее. Чтобы сгладить пульсации параллельно нагрузки устанавливают конденсатор (один или несколько, соединенных параллельно). При этом используются электролитические конденсаторы, из-за их большой ёмкости при относительно небольших размерах.

Схема диодного моста, напряжение на её входе и выходе

Второй вариант двухполупериодного выпрямителя — это выпрямитель со средней точкой. Здесь к средней точке трансформатора присоединяется один вывод нагрузки, а ко второму выводу нагрузки присоединяются катоды двух диодов. Напряжение на концах вторичной обмотки относительно средней точки находится в противофазе (условно на диаграмме они обозначены как Uвходное1 и Uвходное2).

Так как напряжения сдвинуты друг относительно друга на половину периода и диоды пропускают лишь по одной его полуволне, то на нагрузку попадает выпрямленное двухполупериодное напряжение Uвыходное, как в предыдущем варианте. Вы можете видеть что в первые полпериода через диод VD2 протекает ток, во вторую половину — диод закрывается и начинает протекать ток через диод VD1.

Преимущества такой схемы — меньше потерь из-за меньшего числа ключей, но недостаток весьма серьезный — нужен трансформатор со средней точкой, если в производственных масштабах это не составляет особых проблем, то для радиолюбителя может оказаться сложным найти такой. Но

Схема выпрямителя со средней точкой, напряжение на её входе и выходе

Заключение

На этом закончим статью о выпрямителях и диодах. Если вам что-то осталось непонятным или вы бы хотели раскрыть подробнее какой-то конкретный вопрос — пишите об этом в комментариях, не забывайте ставить «лайки» и подписываться на канал, ведь это очень важно для нас.

6. Использование диодов в выпрямлении переменного тока. Виды, принцип работы, расчет выпрямителей

Тут требуется некоторое пояснение по поводу двух источников напряжения. С помощью трансформатора, один источник можно преобразовать в два. Для чего это делается ─ уже отдельный вопрос. Здесь же показано, как можно выпрямить напряжение в таком случае. Давайте опять уберем конденсатор и подключим щуп осциллографа на выходе диодов, а также соединим в нагрузку величиной 100 Ом:

Давайте сравним данную осциллограмму с полученным результатом при однополупериодном выпрямителе:

В двухполупериодном выпрямителе есть две положительные полуволны, одна проходит через верхний диод верхнего источника, вторая ─ через нижний диод нижнего источника. При этом, частота на выходе диодов увеличилась в 2 раза, по сравнению с однополупериодной схемой. Чем выше частота, тем меньше можно ставить емкость на выходе, поскольку она будет чаще запасать энергию, чем ее будут расходовать. Недостаток есть и у этой схемы.

Он заключается в использовании дополнительного источника (в случае с трансформатором приходится использовать дополнительную обмотку).

Рассмотрим направления токов в двух случаях:
1) Когда положительная полярность приложена к точке 1, а отрицательная ─ к точке 3, положительная полуволна течет через диод D2, отрицательная через ─ D4, как показано на рисунке ниже:
2) Когда положительная полярность приложена к точке 3, а отрицательная ─ к точке 1, положительная полуволна течет через диод D3, отрицательная через ─ D1, что видно на изображении:
Как видно, в обоих случаях, положительная полярность всегда будет прикладываться к точке 2, а отрицательная ─ к точке 4. Схема без сглаживающего конденсатора на выходе с подключенной нагрузкой 100 Ом, а также, осциллограмма выходного напряжения приведена ниже:
Видно, что выходное напряжение ничем не отличается в сравнении с напряжением двухполупериодном выпрямителе, однако, в данном случае используется всего лишь один источник, и его энергия используется «на полную».

Диодов конечно поболее стало, но они очень дешевые и доступные. Также, существует много так называемых «диодных сборок», где в одном корпусе собрана мостовая схема включения диодов, имеющая четыре вывода: два входных и два выходных.

Расчет сглаживающего конденсатора

Это очень важный момент, от которого зависит величина пульсации постоянного тока на выходе. Выше уже было сказано, что увеличение емкости приводит к уменьшению выходных пульсаций тока, но бесконечно повышать ее мы не можем, поскольку, чем больше конденсатор-тем больше его габариты и цена. Поэтому, выбирать его желательно, исходя из расчетов. Пульсации выходного напряжения можно расчитать по данной формуле:

C≈(Iн*△t)/△U, (1)

где С ─ емкость сглаживающего конденсатора, Iн ─ ток нагрузки, △t ─ время, проходящее за один период переменного напряжения, △U ─ величина пульсаций напряжения на выходе. Данная формула применима, если считать процесс разряда конденсатора линейным.

-3)/1=3100 (мкФ)

Подключим к мостовой схеме генератор переменного напряжения частотой 50 Герц, а также рассчитанную емкость и сопротивление нагрузки 1 килоом. Схема и осциллограмма напряжения на выходе будут иметь вид:

На осциллограмме видно, что на выходе сформировалось постоянное напряжение (красная полоса) величиной 305, 4 Вольт (показания VB1 и VB2). Поскольку ожидаемые пульсации в районе 1 Вольта, на фоне трехсот вольт их практически не видно, поэтому, с помощью осциллографа мы уберем показания величины постоянной составляющей напряжения, что позволит нам приблизить форму сигнала на экране, чтобы детально его рассмотреть:

Убрав постоянную составляющую напряжения, и приблизив сигнал, стало четко видно пульсации напряжения. Для их обнаружения, флажок «1» (красный цвет) установлен в максимальный пик пульсации, а флажок «2» (синий цвет) ─ в минимальный. Видно, что данная пульсация составила 724,5 милливольт (параметр VB2-VB1 на панели осциллографа).

Итак, полученная на выходе пульсация оказалась меньше требуемой (724,5 милливольт против 1 Вольта). Получился небольшой запас в лучшую сторону!

Что такое силовой диод?

Силовой диод — это кристаллическое полупроводниковое устройство, используемое в основном для преобразования переменного тока (AC) в постоянный ток (DC), процесс, известный как выпрямление. Установленный в цепях питания практически всего современного электрического и электронного оборудования, функция силового диода схожа с механическим односторонним клапаном. Он проводит электрический ток с минимальным сопротивлением в одном направлении, известном как его прямое направление, в то же время предотвращая протекание тока в противоположном направлении. Как правило, они способны пропускать до нескольких сотен ампер в прямом направлении, силовые диоды имеют гораздо большие PN-переходы и, следовательно, более высокую пропускную способность прямого тока, чем их меньшие родственники сигнальных диодов, используемые в бытовой электронике для регулирования и уменьшения тока.

Это делает силовые диоды более подходящими для применений, где используются большие токи и более высокие напряжения.

Производители обычно производят ряд силовых диодов, подходящих для конкретных применений. Они рассчитаны в соответствии с максимальным током, который они могут переносить в прямом направлении, и максимальным обратным напряжением, которое они могут выдержать. Из-за сопротивления происходит небольшое падение напряжения при пропускании электрического тока через силовой диод в прямом направлении. И наоборот, силовой диод может выдержать только определенную величину напряжения, протекающего в обратном направлении, прежде чем он сломается и перестанет функционировать.

Силовые диоды изготавливаются в основном из кремния, хотя также используются небольшие количества других материалов, таких как бор, арсенид галлия, германий или фосфор. Один силовой диод может быть использован для преобразования переменного тока в постоянный, но при этом получается то, что известно как переменный полуволна постоянного тока. Чаще всего два, три или более диодов соединяются в цепи для получения двухполупериодного переменного тока. Наиболее важным из них является мостовой выпрямитель, в котором четыре подключенных диода преобразуют как положительные, так и отрицательные участки волны переменного тока в постоянный ток, производя тем самым двухполупериодное выпрямление.

Электроэнергетические компании по всему миру обычно используют трехфазный переменный ток для распределения электроэнергии. Хотя он обеспечивает переменный постоянный ток от входного переменного тока, двухполупериодный или мостовой выпрямитель не обеспечивает постоянный ток при постоянном напряжении, необходимом для питания большинства современного электрического и электронного оборудования. Следовательно, резервуарный конденсатор обычно подключается к выходному концу выпрямителя, чтобы сгладить рифленое напряжение. Например, в типичном домашнем хозяйстве США трехфазный переменный ток от главных электрических цепей проходит через три пары силовых диодов. Результирующий постоянный ток затем сглаживается и подается на напряжение, достаточно постоянное для использования, путем пропускания его через сглаживающий конденсатор.

ДРУГИЕ ЯЗЫКИ

1.31. Индуктивные нагрузки и диодная защита

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

Диоды и диодные схемы

Что произойдет, если разомкнуть переключатель, управляющий током через индуктивность? Индуктивность, как известно, характеризуется следующим свойством: U = L(dI/dt), а из этого следует, что ток нельзя выключить моментально, так как при этом на индуктивности появилось бы бесконечное напряжение. На самом деле напряжение на индуктивности резко возрастает и продолжает увеличиваться до тех пор, пока не появится ток. Электронные устройства, которые управляют индуктивными нагрузками, могут не выдержать такого роста напряжения, особенно это относится к компонентам, в которых при некоторых значениях напряжения наступает «пробой». Рассмотрим схему, представленную

Рис.

1.94. Индуктивный «бросок».

на рис. 1.94. В исходном состоянии переключатель замкнут и через индуктивность (в качестве которой может выступать, например, обмотка реле) протекает ток. Когда переключатель разомкнут, индуктивность «стремится» обеспечить ток между точками А и В, протекающий в том же направлении, что и при замкнутом переключателе. Это значит, что потенциал точки В становится более положительным, чем потенциал точки А. В нашем случае разница потенциалов может достичь 1000 В, прежде чем в переключателе возникнет электрическая дуга, которая и замкнет цепь. При этом укорачивается срок службы переключателя и возникают импульсные наводки, которые могут оказывать влияние на работу близлежащих схем. Если представить себе, что в качестве переключателя используется транзистор, то срок службы такого переключателя не укорачивается, а просто становится равным нулю!

Чтобы избежать подобных неприятностей лучше всего подключить к индуктивности диод, как показано на рис. 1.95.

Когда переключатель замкнут, диод смещен в обратном направлении (за счет падения напряжения постоянного тока на обмотке катушки индуктивности). При размыкании переключателя диод открывается и потенциал контакта переключателя становится выше потенциала положительного питающего напряжения на величину падения напряжения на диоде. Диод нужно подобрать так, чтобы он выдерживал начальный ток, равный току, протекающему в установившемся режиме через индуктивность; подойдет, например диод типа 1N4004.

Рис. 1.95. Блокирование индуктивного броска.

Единственным недостатком описанной схемы является то, что она затягивает затухание тока, протекающего через катушку, так как скорость изменения этого тока пропорциональна напряжению на индуктивности. В тех случаях, когда ток должен затухать быстро (например, быстродействующие контактные печатающие устройства, быстродействующие реле и т.д.), лучший результат можно получить, если к катушке индуктивности подключить резистор, подобрав его так, чтобы величина U

и + IR не превышала максимального допустимого напряжения на переключателе.

(Самое быстрое затухание для данного максимального напряжения можно получить, если подключить к индуктивности зенеровский диод, который обеспечивает затухание по линейному, а не по экспоненциальному закону.)

Рис 1.96. RС-«демпфер» для подавления индуктивного броска.

Диодную защиту нельзя использовать для схем переменного тока, содержащих индуктивности (трансформаторы, реле переменного тока), так как диод будет открыт на тех полупериодах сигнала, когда переключатель замкнут. В подобных случаях рекомендуется использовать так называемую RC-демпфирующую цепочку (рис. 1.96). Приведенные на схеме значения R и С являются типовыми для небольших индуктивных нагрузок, подключаемых к силовым линиям переменного тока. Демпфер такого типа следует предусматривать во всех приборах, работающих от напряжений силовых линий переменного тока, так как трансформатор представляет собой индуктивную нагрузку. Для защиты можно также использовать такой элемент, как металлоксидный варистор. Он представляет собой недорогой элемент, похожий по внешнему виду на керамический конденсатор, а по электрическим характеристикам — на двунаправленный зенеровский диод. Его можно использовать в диапазоне напряжений от 10 до 1000 В для значений токов, достигающих тысяч ампер (см. разд. 6.11). Подключение варистора к внешним выводам схемы позволяет не только предотвратить индуктивные наводки на близлежащие приборы, но также погасить большие всплески сигнала, возникающие иногда в силовой линии и представляющие серьезную угрозу для оборудования.

Другие пассивные компоненты

Всё об однофазных выпрямителях

Выпрямитель (электрического тока) — преобразователь электрической энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования входного электрического тока переменного направления в ток постоянного направления (то есть однонаправленный ток), в частном случае — в постоянный выходной электрический ток.

Выпрямитель используется в цепи переменного тока для его преобразования в постоянный. Наиболее распространенным является выпрямитель, собранный из полупроводниковых диодов. При этом он, может быть собрать из дискретных (отдельных) диодов, либо быть в одном корпусе (диодная сборка).

Давайте рассмотрим, что такое выпрямитель, какими они бывают, а в конце статьи проведем имитационное моделирование в среде Multisim. Моделирование помогает закрепить теорию на практике, без сборки и реальных компонентов просмотреть формы напряжений и токов в цепи.

Схемы выпрямителей переменного напряжения

На изображениях выше представлен внешний вид диодных мостов. Но это не единственная схема выпрямления. Для однофазного напряжения существует три распространенных схемы выпрямления:

1. 1-полупериодная (1ф1п).

2. 2-полупериодная (1ф2п).

3. 2-полупериодная со средней точкой (1ф2п).

Однополупериодная схема выпрямления

Самая простая схема состоит всего лишь из одного диода, даёт на выходе постоянное нестабилизированное пульсирующее напряжение. Диоды подключается в цепь питания на фазный провод, либо на один из выводов обмотки трансформатора, вторым концом к нагрузке, второй полюс нагрузки – к нулевому проводу или второму выводу обмотки трансформатора.

Действующее значение напряжение в нагрузке равняется примерно половине амплитудного. Амплитудное значение напряжения это размах синусоиды питающей сети в общем случае для переменного тока

Uампл = Uдейств * √2.

Для электросетей России действующие напряжение однофазной сети – 220 В, а амплитудное примерно 311

Простыми словами – на выходе мы получаем пульсации длиною в пол периода (20 мс для 50 Гц) от 0 В, до 311 В. В среднем напряжение получается меньше чем 220 вольт, это используют для питания нетребовательных к качеству напряжения потребителей или для включения ламп накаливания в подсобных, хозяйственных помещениях и подъездах. Так снижается потребляемая мощность и возрастает срок службы.

Лирическое отступление:

Долговечность таких светильников колоссальная, я пришел в цех год назад, а лампу установили еще в 2013 году, так она до сих пор светит по 12 часов каждые сутки. Но такой свет нельзя использовать в рабочих помещениях, из-за высоких пульсаций. Осциллограмы входных и выходных напряжений изображены ниже:

Однополупериодная схема отсекает только одну полуволну, что вы и видите на эпюре выше. Из-за такого питания мы получаем большой коэффициент пульсаций.

Стоит сказать, что если немного сменить тему и перейти от сетевых выпрямителей, то однополупериодная схема широко используется в импульсной схемотехнике, выпрямляя напряжение вторичной обмотки импульсного трансформатора.

На маломощных импульсных источниках питания тоже используют эту схему. Именно так, скорее всего, сделано ваше зарядное устройство для мобильного телефона.

Двухполупериодная схема

Для снижения коэффициента пульсаций и ёмкости фильтра используют другую схему – двухполупериодную. Называется она – диодный мост. Переменное напряжение поступает на точку соединения разноименных полюсов диодов, а постоянное по знаку с одноименных. Выходное напряжение такого моста называют выпрямленным пульсирующим (или не стабилизированным). Именно такое включение диодов наиболее распространено во всех сферах электроники.

На эпюрах вы видим, что обе вторая полуволна переменного напряжения «переворачивается» и поступает в нагрузку. В первую половину периода ток протекает через диоды VD1-VD4, во вторую через пару VD2-VD3.

Напряжение на выходе пульсирует с частотой в 100 Гц

Вторая схема используется в источниках питания со средней точкой, по сути это две однополупериодные объединенные со вторичной обмоткой трансформатора со средней точкой. Аноды подсоединяются к крайним концам обмотки, катоды к одному вывод нагрузки (плюсовой), второй вывод нагрузки подсоединяется к отводу от середины обмотки (средней точке).

График выходного напряжения аналогичен и мы его рассматривать не будем. Существенное отличие лишь в том, что ток одновременно протекает через один диод, а не через пару как в мосте. Это снижает потери энергии на диодном мосте и лишний нагрев полупроводников.

Уменьшение коэффициента пульсаций

Коэффициент пульсаций – это величина, которая отражает насколько сильно пульсирует выходное напряжение. Или наоборот – насколько стабильно и равномерно ток подаётся в нагрузку.

Чтобы снизить коэффициент пульсаций параллельно нагрузке (выходу диодного моста) устанавливают всевозможные фильтры. Самый простой вариант – установить конденсатор. Чтобы пульсации были как можно меньше, постоянная времени Rнагрузки Cфильтра должна быть на порядок (а лучше несколько) больше периода пульсаций (в нашем случае 10 мс).

Для этого либо нагрузка должна иметь высокое сопротивление и малый ток, либо ёмкость конденсатора достаточно большой.

Расчетное соотношение для подбора конденсатора выглядит так:

Кп – это требуемый коэффициет пульсаций.

Kп= Uампл/Uсрвыпр

Для улучшения ряда характеристик фильтра могут применяться LC цепи, соединенные по схеме Г или П-фильтра, в отдельных случаях и другие конфигурации. Недостатком использования LC фильтров в радиолюбительской практики является необходимость подбора фильтрующего дросселя. А нужного по номиналу (индуктивности и току) зачастую нет под рукой. Поэтому приходится либо мотать самому, либо выходить из сложившейся ситуации другим образом – выпаяв из подобного по мощности блока питания.

Моделирование однофазных выпрямителей

Давайте закрепим эту информацию на практике и займемся моделированием электроцепей. Я решил, что для создания модели такой простой схемы отлично подойдет пакет Multisim – он наиболее прост в освоении из всех мне известных и меньше всего требует ресуров.

Однако алгоритмы моделирования у него проще чем в Orcad или Simulink (хотя это и математическое моделирование, а не имитационное), поэтому результаты моделирования некоторых схем не являются достоверными. Multisim подходит для изучения основ электроники, режимов работы транзистора, операционных усилителей.

Не стоит недооценивать возможностей этой программы, при должном подходе она способна отобразить работу сложных устройств.

Мы рассмотрим модели первых двух схем, третья схема, по существу аналогична второй, но имеет меньшие потери за счет исключения двух ключей и большую сложность – из-за необходимости применения трансформатора с отводом от середины вторичной обмотки.

Однополупериодная схема

Схема, по которой происходит моделирование

Источник питания имитирует однофазную бытовую сеть с характеристиками:

синусоидальный ток;
220 в действующее напряжение;
частота – 50 гц.

В программе я не нашел амперметра и вольтметра, их роль выполняют мультиметры. Позже обратите внимание на обилие их настройки, и возможность выбора рода тока.

В приведенной модели мультиметр XMM1 – измеряет ток в нагрузке, XMM3 – напряжение на выходе выпрямителя, XMM2 – напряжение на входе, XSC2 – осциллограф. Обращайте внимание на подписи элементов – это исключит вопросы при анализе рисунков, которые будут ниже. Кстати в Multisim представлены модели реальных диодов, я выбрал самый распространенный 1n4007.

Красным цветом изображена осциллограмма на входе (канал А) в поле с результатами измерений. Синим цветом – выходное напряжение (канал В). У первого канала цена деления одной клеточки по вертикали – 200 В/дел, а у второго канала – 500. Я нарочно так сделал, чтоб разделить осциллограммы визуально иначе они сливались. Желтая вертикальная линия в левой трети экрана – это измеритель, величина напряжений в точке с максимальной амплитудой описана ниже черного экрана.

Амплитуда входа – 311.128 В, как и было сказано в начале статьи, а на выходе – 310.281 разница почти в один вольт обусловлена падением на диоде. В правой части изображения результаты измерений мультиметров. Названия окон соответствуют названиям мультиметров XMM в схеме.

Из эпюры мы видим, что действительно в нагрузку поступает только одна полуволна напряжения, а среднее его значение – 98 В, что больше чем в двое меньше входного действующего 220 В переменного по знаку.

На следующей схеме мы добавили фильтрующий конденсатор и один мультиметр для измерения тока нагрузки, запомните их подписи, чтобы не запутаться при изучении рисунков.

Резистор перед диодом нужен для измерения тока заряда конденсатор, чтобы узнать ток – разделите число вольт на 1 (сопротивление). Однако в дальнейшем мы заметим, что при больших токах на резисторе падает значительное напряжение, которое может сбить с толку при измерениях, в реальных условиях – это вызвало бы нагрев резистора и потерю КПД.

На осциллограмме изображено оранжевым входное напряжение, а красным входной ток. Кстати здесь заметен сдвиг тока в сторону опережения напряжения.

На осциллограмме выходного сигнала мы видим как работает конденсатор – напряжение в нагрузке в то время, когда диод закрыт и проходит одна полуволна, спадает плавно, среднее его значение вырастает, а пульсации снижаются. После, на положительной полуволне, конденсатор подзаряжается и процесс повторяется.

Увеличив сопротивление нагрузки в 10 раз, мы снизили ток, конденсатор не успевает разряжаться, пульсации стали гораздо меньше, таким образом мы доказали теоретические сведения описанные в предыдущем разделе о пульсациях и влиянии на них тока и ёмкости. Для того чтобы показать это мы могли изменить ёмкость конденсатора.

Входной сигнал тоже изменился – токи заряда снизились, а их форма осталась прежней.

Двухполупериодная схема

Давайте рассмотрим, как выглядит в действии схема выпрямления обоих полупериодов. Мы установили на вход диодный мост.

На осциллограммах видно, что в нагрузку поступают обе полуволны, но пульсации очень большие.

На входной осциллограмме появилась нижня часть полуволны у тока (красным цветом).

Снизим пульсации установив фильтрующий электролитическй конденсатор по входу. На практике желательно параллельно ему установить еще и керамический, чтобы снизить высокочастотные составляющие синусоиды (гармоники).

На входной осциллограмме видно, что добавилась обратная полуволна при заряде конденсатора (она становится положительной после моста).

На выходной осциллограмме видно, что пульсации стали меньше чем в первой схеме с фильтрующим конденсатором, обратите внимание – напряжение стремится к амплитудному, чем меньше пульсаций – тем ближе его среднее значение к амплитуде.

Если увеличить ток нагрузки в 20 раз, снизив её сопротивление, мы увидим сильные пульсации на выходе.

И бОльшие токи зарядов на входе, очень заметно смещение тока фазы. Процесс заряда конденсатора происходит не линейно, а экспоненциально, поэтому мы видим, что напряжение повышается, а ток падает.

Заключение

Выпрямители широко используются во всех сферах электроники и электричестве в целом. Выпрямительные цепи устанавливаются везде – от миниатюрных блоков питания и радиоприёмниках до цепей питания мощнейших двигателей постоянного тока в крановом оборудовании.

Моделирование отлично помогает понять процессы протекающих в схемах и изучить, как изменяются токи от изменения параметров цепи. Развитие современных технологий позволяет изучать сложные электрические процессы без наличия дорогого оборудования типа спектральных анализаторов, частотомеров, осциллографов, самописцев и сверхточных вольт-амперметров. Оно позволяет избежать ошибок при проектировании схем перед сборкой.

Ранее ЭлектроВести писали, что Украина готовится к присоединению к энергетической системы Европы. На фоне этого между двумя энергетическими компаниями Украины «НЭК«Укрэнерго» и «НАЭК«Энергоатом» возник конфликт, потому что компании видят решение вопроса интеграции с энергосистемой ЕС по-разному. В Укренерго предлагают сделать вставку постоянного тока на границе энергосистемы Украины и Бурштынской ТЭС, а Энергоатом представил проект «Энергомост «Украина – ЕС».

По материалам: electrik.info.

Идентификация и обнаружение диодов — Знания

1. Обычный диод

Обычные диоды, используемые в жидкокристаллических дисплеях, в основном включают в себя выпрямительные диоды, диоды быстрого восстановления, диоды Шоттки и стабилитроны.

(1) Выпрямительный диод

Функция выпрямительного диода заключается в преобразовании переменного тока в постоянный ток. Обычные выпрямительные диоды доступны в таких моделях, как 1N4001 и 1N5401. Текстовый символ в схеме «V» или «VD».

Цепь диодного выпрямителя обычно подключается к вторичному выходу силового трансформатора или сети переменного тока 220 В, обычно это мостовая выпрямительная схема, состоящая из четырех диодов. Его последняя стадия — это фильтр. После выпрямления переменного тока необходимо фильтровать компоненты переменного тока как можно более чистыми. Поэтому все фильтрующие конденсаторы изготовлены из электролитических конденсаторов большой емкости, а общая емкость составляет от нескольких сотен микрофарад до нескольких тысяч микрофарад. Цепь выпрямителя имеет более низкую рабочую частоту и больший ток через диод, поэтому используется выпрямительный диод с поверхностным контактом из кремниевого материала.

Выпрямительный диод может быть обнаружен с помощью мультиметра. Во время технического обслуживания, если измеренное прямое сопротивление диода слишком велико или обратное сопротивление слишком мало, это означает, что эффективность выпрямления диода не высока; если измеренное прямое сопротивление бесконечно, внутренняя разомкнутая цепь диода; Если измеренное обратное сопротивление A близко к нулю, это означает, что диод вышел из строя.

В цепи электропитания жидкокристаллического дисплея также обнаружен компонент, называемый двухполупериодным выпрямительным мостом (называемый полнополосным компонентом). Так называемый компонент полного моста представляет собой выпрямительный узел, который заключает в себе четыре выпрямительных диода в соединении цепи двухполупериодного мостового выпрямителя. Он в основном делится на четыре типа: прямоугольный параллелепипед, цилиндрический, плоский и квадратный с выемками.

(2) диод быстрого восстановления

Выходная схема импульсного источника питания жидкокристаллического дисплея не только требует, чтобы диод имел достаточное выдерживаемое напряжение, но также требует, чтобы диод имел хорошие характеристики переключения, то есть имел короткое время обратного восстановления. Поэтому в выпрямительном диоде выходной цепи должен использоваться так называемый диод с быстрым восстановлением.

Время обратного восстановления — это время, необходимое для перехода диода из прямой проводимости в обратную отсечку. В жидкокристаллических дисплеях обычно используются диоды с быстрым восстановлением, выдерживающее напряжение более 400 В и выпрямленный ток более 1 А. Время обратного восстановления чрезвычайно короткое, обычно менее 0,5 мкс.

Если во время ремонта обнаружен поврежденный диод с быстрым восстановлением, его нельзя заменить обычным выпрямительным диодом. Это связано с тем, что время обратного восстановления обычного выпрямительного диода велико (обычно несколько десятков микросекунд). Когда прямой импульс на выходе переключающего трансформатора включает диод, диод слишком поздно для обратного хода, и обратный импульс уже вырос. Приходите, это неизбежно приведет к большому обратному току, который увеличит температуру между диодными переходами, что увеличит обратный ток и уменьшит выдерживаемое напряжение, что в конечном итоге приведет к выходу из строя диода.

(3) Характеристики диодов Шоттки

Диоды Шоттква представляют собой маломощные, сильноточные, сверхвысокоскоростные полупроводниковые устройства с обратным временем восстановления всего несколько наносекунд, с прямым падением напряжения всего около 0,4 В и выпрямленными токами в несколько тысяч. Энн.

Диоды Шоттки и PN-диоды отличаются по своей конструкции. Недостаток этого типа ламп состоит в том, что обратное выдерживаемое напряжение является низким, как правило, не превышающим 100 В, и оно подходит для работы в условиях низкого напряжения и высокого тока. Диоды в жидкокристаллическом дисплее Преобразователи постоянного тока в постоянный обычно представляют собой диоды Шоттки.

Следует отметить, что многие диоды Шоттки имеют три контакта и выглядят как транзисторы. Фактически это композитный диод с двумя диодами Шоттки, один из которых является общим положительным полюсом, а два других — отрицательными полюсами двух диодов. Это легко судить по мультиметру.

(4) стабилитрон

Стабилитрон — это специальный диод, используемый для регулирования напряжения (или ограничения напряжения), который работает в состоянии обратного пробоя. Выпрямительные диоды, как правило, не работают в области обратного пробоя, но диод Зенера работает в области обратного пробоя. Форма стабилитрона такая же, как и у выпрямительного диода, и обычно обозначается буквой VS в цепи.

Отказ стабилитрона в основном проявляется в разомкнутой цепи, коротком замыкании и нестабильной величине регулирования. Среди трех типов неисправностей первый показывает увеличение напряжения источника питания; последние два проявления состоят в том, что напряжение источника питания становится низким или даже равно нулю вольт, или выходной сигнал нестабилен. Обычно используются стабилитроны типа + рабочая 1N4728, 1N4729, 1N4730, 1N4732, 1N4733, 1N4734, 1N4735, 1N4744, 1N4750, 1N4751, 1N4761, значения регулирования напряжения 3,3 В, 3,6 В, 3,9 В, 4,71, 5,1 В, 5,6 В , 6,2 В, 15 В, 27 В, 30 В, 75 В

Форма обычно используемого стабилитрона в основном аналогична форме обычного маломощного выпрямительного диода. Это следует различать при его использовании. Как правило, маркировка типа на корпусе стабилитрона может быть четко определена.

Что такое диод? — Основы схемотехники

Диод — это специализированный электронный компонент, который действует как односторонний переключатель. Он проводит электрический ток только в одном направлении и ограничивает ток в противоположном направлении. Диод смещен в обратном направлении, когда он действует как изолятор, и смещен в прямом направлении, когда он пропускает ток. Диод имеет два вывода: анод и катод. Диоды используются в переключателях, модуляторах сигналов, смесителях сигналов, выпрямителях, ограничителях сигналов, регуляторах напряжения, генераторах и демодуляторах сигналов.

Диод в прямом смещении

Напряжение, приложенное к аноду, положительно по отношению к катоду. Кроме того, напряжение в диоде выше порогового напряжения, поэтому он действует как короткое замыкание и пропускает ток.

Диод с обратным смещением

Если катод положительный по отношению к аноду, диод имеет обратное смещение. Затем он будет действовать как разомкнутая цепь, в результате чего ток не будет протекать.

Для чего используются диоды?

Защита от обратного тока

Блокирующий диод используется в некоторых схемах для защиты в случае случайной проблемы с обратным подключением, такой как неправильное подключение источника постоянного тока или изменение полярности.Поток тока в неправильном направлении может повредить другие компоненты схемы.

Диод для защиты от обратного тока

На рисунке выше показано, что блокирующий диод включен последовательно с нагрузкой и с положительной стороной источника питания. В случае обратного подключения ток не будет течь, потому что диод будет иметь обратное смещение. Тогда нагрузка будет защищена от обратного тока. Однако, если полярность правильная, диод будет в прямом смещении, поэтому ток нагрузки может протекать через него.

Простые регуляторы напряжения

Стабилизатор напряжения используется для понижения входного напряжения до требуемого уровня и поддерживает его неизменным, несмотря на колебания напряжения питания. Его также можно использовать для регулирования выходного напряжения. Стабилитрон обычно используется в качестве стабилизатора напряжения, поскольку он предназначен для работы в условиях обратного смещения. При прямом смещении ведет себя как нормальный сигнальный диод. С другой стороны, напряжение остается постоянным в широком диапазоне токов, когда к нему прикладывается обратное напряжение.

Стабилитрон как регулятор напряжения

На рисунке выше ток в диоде ограничивается последовательным резистором, подключенным к цепи. Поскольку диод подключен к положительной клемме источника питания, он работает как обратное смещение, которое также может работать в условиях пробоя. Обычно используется диод с высокой номинальной мощностью, поскольку он может выдерживать обратное смещение, превышающее его напряжение пробоя. Ток стабилитрона всегда будет минимальным, если приложены минимальное входное напряжение и максимальный ток нагрузки.Учитывая входное напряжение и необходимое выходное напряжение, мы можем использовать стабилитрон с напряжением, примерно равным напряжению нагрузки.

Стабилизаторы напряжения

Ток, протекающий через стабилитрон, уменьшается в пользу тока нагрузки, когда нагрузочный резистор подключен параллельно стабилитрону. Величина протекающего в нем тока важна, потому что это ключ к стабилизации. Глядя на кривую вольт-амперной характеристики стабилитронов, вы заметите резкое увеличение напряжения выше напряжения пробоя, что доказывает, что он лучше всего подходит для стабилизации небольших постоянных напряжений.Ток увеличивается, а сопротивление диода уменьшается. Поэтому напряжение на стабилитроне практически одинаковое. Обычно резистор подключается, чтобы убедиться, что максимально допустимая рассеиваемая мощность не превышена.

Преобразование переменного тока в постоянный

Диоды

обычно используются для построения различных типов выпрямительных схем, таких как полуволновые, двухполупериодные, центральные и полные мостовые выпрямители. Одно из его основных применений — преобразование переменного тока в постоянный.

Во время положительного полупериода входного питания анод становится положительным по отношению к катоду. Диод будет находиться в прямом смещении, что приведет к протеканию тока к нагрузке. Однако во время отрицательного полупериода входной синусоидальной волны анод становится отрицательным по отношению к катоду. Таким образом, диод будет иметь обратное смещение, и ток на нагрузку не будет течь. Выходное напряжение будет пульсирующим постоянным током, если и напряжение, и ток на стороне нагрузки имеют одну полярность.Нагрузка является резистивной в положительном полупериоде, и напряжение на нагрузочном резисторе будет таким же, как и напряжение питания. Ток нагрузки будет пропорционален приложенному напряжению, а входное синусоидальное напряжение будет на нагрузке.

Как работает диод?

Диод считается полупроводниковым устройством, имеющим два вывода и выполняющим функцию односторонней двери для электрического тока. Полупроводники могут быть проводниками или изоляторами. Его сопротивление можно контролировать, увеличивая или уменьшая его сопротивление, называемое легированием.Легирование — это процесс добавления примесных атомов в материал.

Есть два типа полупроводниковых материалов:

Материал N-типа — добавление мышьяка, фосфора, сурьмы, висмута и других пятивалентных элементов позволяет получить полупроводниковый материал N-типа. В нем есть лишние электроны. Его дополнительные отрицательно заряженные частицы перемещаются из отрицательно заряженной области в положительно заряженную.

Материал P-типа — добавление алюминия, галлия, бора, индия и других количеств позволяет получить полупроводниковый материал P-типа.Есть лишние отверстия.

Наличие дырок означает отсутствие электрона и положительный заряд. Каждый раз, когда электрон движется в дыру, он создает новую дыру позади себя, поскольку они движутся в противоположном направлении электронов. Комбинация материалов N-типа и P-типа образует соединение P-N. Вы можете увидеть обедненные области по обе стороны от диодного перехода. Эта область обеднена свободными электронами и дырками. Электроны со стороны N-типа заполняют отверстия со стороны P-типа.

Что такое зона истощения?

Область обеднения образуется, когда на диод не подается напряжение, поэтому электроны из материала N-типа заполняют отверстия в материале P-типа вдоль перехода между слоями.В этой области материал N-типа или P-типа возвращается в исходное изоляционное состояние. Электричество не может течь в область истощения, поскольку все дыры заполнены, и нет свободных электронов или пустых пространств для электричества.

Вы увидите переход P-N, когда отверстия перемещаются со стороны P на материал N-типа и обнажают отрицательные заряды. Затем вы увидите дырки и электроны, диффундирующие на другую сторону. После этого начинает формироваться область истощения.

Диоды с прямым смещением и диоды с обратным смещением

Диоды специального назначения

Стабилитроны

Он состоит из сильно легированного PN перехода, который проводит в обратном направлении при достижении определенного заданного напряжения.Он также позволяет току течь в прямом или обратном направлении. Он обычно используется для ограничителей перенапряжения, регулирования напряжения, опорных элементов и любых других коммутационных приложений и схем ограничителей.

Диоды Шоттки

имеют низкое прямое падение напряжения, но очень быстрое переключение. Между металлом и полупроводником образуется переход полупроводник-металл, который создает барьер Шоттки. Когда через диод протекает ток, на выводах диода наблюдается небольшое падение напряжения.Чем меньше падение напряжения, тем выше эффективность системы и выше скорость переключения. Наиболее распространенные применения диода Шоттки — это радиочастота, выпрямитель в некоторых силовых приложениях и смеситель.

Выпрямительные диоды

Выпрямительные диоды могут быть смещенными или несмещенными. Выпрямительный диод становится несмещенным, когда на него не подается напряжение. В это время на P-стороне находится большинство дырок носителей заряда и очень мало электронов, тогда как на N-стороне больше всего электронов и очень мало дырок.С другой стороны, он становится смещенным в прямом направлении, когда положительный вывод источника напряжения подключается к стороне P-типа, а отрицательный вывод подключается к стороне N-типа. Это будет обратное смещение, когда положительный вывод источника напряжения подключен к концу N-типа, а отрицательный вывод источника подключен к концу P-типа диода. Через диод не будет тока, кроме тока обратного насыщения, потому что истощающий слой перехода становится шире с увеличением напряжения обратного смещения.Выпрямительные диоды обычно используются в качестве компонента в источниках питания, который преобразует напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока.

Сигнальные диоды

Сигнальные диоды обычно используются для обнаружения сигналов. Обычно они имеют низкий максимальный ток и среднее или высокое прямое напряжение. Одно из наиболее распространенных применений сигнального диода — это основной диодный переключатель.

Германиевые диоды

Германиевые диоды имеют низкое прямое падение напряжения, обычно 0.3 вольта. Низкое прямое падение напряжения приводит к низким потерям мощности и более эффективному диоду, что делает его во многих отношениях лучше, чем кремниевый диод. Это более важно в средах с очень низким уровнем сигнала, например, при обнаружении сигналов от аудио до частот FM и в логических схемах низкого уровня. Германиевые диоды имеют больший ток утечки для германия при обратном напряжении, чем для кремния.

Соединительные диоды

Переходные диоды — одни из самых простых полупроводниковых приборов.Но в отличие от других диодов, они не ведут себя линейно по отношению к приложенному напряжению. Диоды имеют экспоненциальную зависимость тока от напряжения. Он образуется, когда полупроводник P-типа объединяется с полупроводником N-типа, создавая потенциальный барьер через диодный переход.

Три возможных условия «смещения» для стандартного переходного диода

1. Прямое смещение — потенциал напряжения связан отрицательно с материалом N-типа и положительно с материалом N-типа на диоде, что уменьшает ширину диода с PN-переходом.

2. Обратное смещение — потенциал напряжения соединен положительно с материалом N-типа и отрицательно с материалом P-типа на диоде, что увеличивает ширину диода с PN-переходом.

3. Нулевое смещение — На диод PN-перехода не подается внешнее напряжение.

Трехфазный диодный выпрямитель | Plexim

Принцип работы

Трехфазный диодный выпрямитель преобразует трехфазное переменное напряжение на входе в постоянное напряжение на выходе.Чтобы показать принцип работы схемы, индуктивности источника и нагрузки (L _s и L _d) не учитываются для простоты. Напряжение постоянного тока делится на шесть сегментов в пределах одного периода основного источника, который соответствует различным комбинациям линейного напряжения источника (V _LL). В каждом сегменте есть минимальное и максимальное напряжение постоянного тока:

Минимальное напряжение постоянного тока: Если одно линейное напряжение равно нулю, то напряжение постоянного тока составляет минимум V _DC = V _LL · sin (60 °).
Максимальное напряжение постоянного тока: напряжение постоянного тока увеличивается до максимального значения V _DC = V _LL, где два линейных напряжения равны.

Между минимальным и максимальным напряжениями постоянного тока находится среднее напряжение постоянного тока, которое определяется по формуле: V _{DC, av} = V _LL · 3 / pi. Пульсации постоянного напряжения возникают с частотой, в 6 раз превышающей частоту сети. Для шести интервалов знаки фазных токов (I _a, I _b, I _c) даются по формуле:

Фазовый интервал	Знак фазных токов
0 ° <φ <60 °	(0, -1, 1)
60 ° <φ <120 °	(1, -1, 0)
120 ° <φ <180 °	(1, 0, -1)
180 ° <φ <240 °	(0, 1, -1)
240 ° <φ <300 °	(-0, 1, 0)
300 ° <φ <360 °	(-1, 0, 1)

Влияние индукторов

Как и в случае с однофазным диодным выпрямителем, включение нагрузки (L _d) и индуктивности источника (L _s) приводит к интервалу коммутации тока между двумя парами диодов.Чем больше индуктивность источника, тем больше времени требуется для коммутации тока. Например, после фазового интервала 1 (0 ° <φ <60 °) ток коммутируется с пары диодов D ₅ / D ₆ на D ₁ / D ₆. В течение этого интервала V _ca остается равным нулю, поскольку D ₁ и D ₅ оба являются проводящими, что приводит к уменьшению постоянного напряжения. Падение постоянного напряжения пропорционально индуктивности источника, то есть ΔV _out ~ L _s.

Эксперименты

Измените индуктивность источника с 0 мкГн на 50 мкГн и наблюдайте увеличение интервала коммутации тока, а также падение напряжения нагрузки.
Убедитесь, что большая индуктивность нагрузки снижает пульсации постоянного напряжения.

Usměrňovací dioda DC Components 1N4007

Международные перевозки и морские перевозки

Мы отправляем товары практически в любую точку мира, используя услуги FedEx International Priority .Ставки рассчитываются при оформлении заказа, чтобы обеспечить справедливую цену. Обратите внимание, что время доставки сильно различается.

Если у вас есть особый запрос на доставку (или у вас есть собственный курьер), пожалуйста, свяжитесь с нами, прежде чем размещать заказ, и мы сделаем все возможное, чтобы поддержать вас.
Пожалуйста, имейте в виду, что мы находимся в Европе, и иногда мы не можем использовать вашего собственного курьера или вариант доставки.

Если вы не получили заказ вовремя, немедленно свяжитесь с нами по адресу sales @ electronic.com или [email protected] для получения дополнительной помощи.

Доставка на P.O. КОРОБКА

Пожалуйста, имейте в виду, мы не отправляем посылку на P.O. BOX (из-за ограничений FedEx)
Если вы предоставите нам P.O. КОРОБКА в качестве адреса доставки, мы свяжемся с вами по возвращении и попросим указать другой адрес. Если вы не дадите нам новый адрес, мы вернем вам деньги, и ваш заказ будет отменен.

Расчетное время доставки

США и Канада

Международный приоритет FedEx — 1 ~ 3 рабочих дня

Европа

Международный приоритет FedEx — 1-2 рабочих дня

Остальной мир

4 ~ 5 рабочих дней, в зависимости от выбранной страны (для получения дополнительной информации свяжитесь с нами)

Таможенные сборы и налоги при международных перевозках

Покупатель несет ответственность за любые сборы и налоги.Свяжитесь с нами, если у вас возникнут какие-либо вопросы.

Доставка на чужой адрес

Вы можете отправить товар на любой адрес, если ваш платежный адрес правильный. Когда вы зарегистрируете свою учетную запись, у вас будет адресная книга, в которой вы можете хранить несколько адресов и отправлять по любому из них по вашему выбору.

Electron.com имеет право удерживать любые заказы, подозреваемые в мошеннической деятельности.

ДИОДЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ УКАЗАТЕЛЬНОЙ СТРАНИЦЫ

ДИОДЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ — ЗЕНЕР-ДИОДЫ И ВЫПРЯМИТЕЛЬ S

ФАЙЛ PDF — НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ ПЕЧАТИ РАБОЧЕГО ЛИСТА

ДИОДЫ В ЦЕПИ ПАДЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ.

Диоды позволяют электричеству течь только в одном направлении, но диод будет проводить электричество только тогда, когда напряжение питания достигнет своего порогового значения. Порог для обычных кремниевых диодов равен 0.6 вольт. Это хорошо видно на схеме понижающего напряжения ниже.
Поскольку порог составляет 0,6 вольт, для каждого диода напряжение падает на одинаковую величину. Это свойство может быть очень полезным, если напряжение источника выше требуемого выходного напряжения.

На схеме ниже показано несколько цифровых мультиметров, каждый из которых подключен после диода. Видно, что после каждого диода напряжение падает на 0,6 В. Таким образом, диоды могут использоваться для снижения напряжения в цепи.

ДИОДЫ ЗЕНЕРА

Стабилитроны пропускают через них электричество так же, как и обычные диоды. Однако стабилитрон отличается тем, что позволяет электричеству течь в обратном направлении (в обратном направлении), когда напряжение превышает свое «пороговое» значение.Это известно как «напряжение пробоя» ИЛИ «напряжение стабилитрона». Стабилитрон может использоваться в качестве переключателя в цепи.

Схема ниже показывает работу стабилитрона. Схема светодиода слева не включает стабилитрон. При повышении напряжения светодиод светится как обычно, менее 3 вольт.
Однако в схеме справа есть стабилитрон.Диод устроен так, чтобы предотвратить прохождение электричества, пока напряжение не достигнет напряжения пробоя / напряжения стабилитрона диода. Затем он действует как «переключатель», позволяя электричеству проходить через него, освещая светодиод.

Схема ниже имеет пять светодиодов и стабилитрон. Светодиоды загораются последовательно из-за разного номинала резисторов.Когда каждый стабилитрон достигает своего напряжения пробоя / напряжения стабилитрона, он пропускает электричество через себя, освещая светодиод.

ПРАВИЛЬНЫЕ ЦЕПИ

Схема полноволнового выпрямления — это схема, которая преобразует входное напряжение переменного тока (переменного тока), электричество сети, в напряжение постоянного тока (постоянного тока).Электроэнергия переменного тока может передаваться на большие расстояния от электростанций. Когда переменный ток преобразуется в постоянный, этот процесс называется выпрямлением. Переменный ток — это ток, который резервирует направление потока через равные промежутки времени. Процесс выпрямления гарантирует, что выходной постоянный ток течет только в одном направлении, и делает его пригодным для многих электронных устройств, которые мы используем в наших домах и с мобильными устройствами. Две схемы выпрямления, показанные ниже, ясно показывают важную роль, которую играют диоды.

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ УКАЗАТЬ СТРАНИЦУ ЭЛЕКТРОНИКИ

Сопротивление диода — статическое, динамическое и обратное сопротивление

А п-п переходной диод пропускает электрический ток в одном направление и блокирует электрический ток в другом направлении.Он пропускает электрический ток, когда он смещен в прямом направлении и блокирует электрический ток при обратном смещении. Тем не мение, ни один диод не пропускает электрический ток полностью даже в прямом предвзятое состояние.

истощение область, присутствующая в диоде, действует как барьер для электрический ток. Следовательно, он предлагает сопротивление электрический ток.Кроме того, атомы, присутствующие в диоде обеспечивают некоторое сопротивление электрическому току.

Когда носители заряда (свободные электроны и дырки) протекая через диод, сталкивается с атомами, они теряют энергию в виде тепла. Таким образом, область обеднения и атомы оказывать сопротивление электрическому току.

Когда прямое смещенное напряжение применяется к диоду с p-n переходом, ширина обеднения регион уменьшается.Однако область истощения не может полностью исчезнуть. Существует тонкая область истощения или истощение слоя в носовой части смещенный диод. Следовательно, тонкая обедненная область и атомы в диоде оказывают некоторое сопротивление электрическому Текущий. Это сопротивление называется прямым сопротивлением.

Когда диод смещен в обратном направлении, ширина обедненной области увеличивается.В результате большое количество носителей заряда (свободные электроны и дырки), протекающие через диод, будут заблокирован областью истощения.

В обратный смещенный диод, только небольшое количество электрического тока потоки. Неосновные носители, присутствующие в диоде, несут это электрический ток. Таким образом, диод с обратным смещением обеспечивает большую сопротивление электрическому току.Это сопротивление называется обратным сопротивлением.

в p-n переходе имеет место два типа сопротивления диоды бывают:

Нападающий сопротивление
Реверс сопротивление

Вперед сопротивление

Нападающий сопротивление сопротивление, обеспечиваемое диодом p-n-перехода, когда он смещен в прямом направлении.

В диод с прямым смещением p-n перехода, два типа сопротивления происходит в зависимости от приложенного напряжения.

В диоде с прямым смещением имеют место два типа сопротивления

Статический сопротивление или сопротивление постоянному току
Динамический сопротивление или сопротивление переменному току

Статический сопротивление или сопротивление постоянному току

Когда прямое смещенное напряжение подается на диод, который подключен к цепи постоянного тока, течет постоянный или постоянный ток через диод.Постоянный ток или электрический ток ничего, кроме потока носителей заряда (свободных электронов или отверстия) через проводник. В цепи постоянного тока носители заряда непрерывно движутся в одиночном направление или прямое направление.

сопротивление, обеспечиваемое диодом с p-n переходом, когда он подключение к цепи постоянного тока называется статическим сопротивлением.

Статический сопротивление также определяется как отношение напряжения постоянного тока, приложенного к диод к постоянному току или постоянному току, протекающему через диод.

сопротивление обеспечивается диодом p-n-перехода при прямом смещении Состояние обозначается как R _f.

Динамический сопротивление или сопротивление переменному току

динамическое сопротивление — это сопротивление, обеспечиваемое p-n переходной диод при подаче переменного напряжения.

Когда прямое смещенное напряжение подается на диод, который подключен к цепи переменного тока, течет переменный или переменный ток хоть диод.

В Цепь переменного тока, носители заряда или электрический ток не поток в одном направлении. Он течет как вперед, так и обратное направление.

динамический сопротивление также определяется как отношение изменения напряжения к изменение тока.Обозначается как r _f.

Реверс сопротивление

Реверс сопротивление сопротивление, обеспечиваемое диодом p-n-перехода, когда он имеет обратное смещение.

Когда обратное смещенное напряжение подается на диод p-n перехода, ширина области истощения увеличивается. Это истощение область действует как барьер для электрического тока.Следовательно, a большое количество электрического тока блокируется истощением область. Таким образом, диод с обратным смещением обеспечивает большое сопротивление электрический ток.

сопротивление предлагаемый обратносмещенным диодом p-n перехода очень большой по сравнению с диодом с прямым смещением. Обратное сопротивление находится в диапазоне мегаом (МОм).

Выходной диод

— обзор

20.5.2 Односторонние изолированные прямые регуляторы

Хотя общий внешний вид изолированного прямого регулятора напоминает внешний вид его аналога обратного хода, их работа отличается. Ключевое отличие состоит в том, что точка на вторичной обмотке трансформатора расположена так, что выходной диод смещен в прямом направлении, когда напряжение на первичной обмотке положительное, то есть когда транзистор равен на .Таким образом, энергия не сохраняется в первичной индуктивности, как это было для обратного хода. Трансформатор действует строго как трансформатор. На выходе требуется индуктивный накопитель энергии для правильной и эффективной передачи энергии.

В отличие от обратного хода, прямой регулятор очень подходит для работы в непрерывном режиме. В прерывистом режиме управление прямым регулятором сложнее из-за двойного полюса на выходном фильтре. Таким образом, он не так часто используется, как непрерывный режим.В связи с этим здесь будет обсуждаться только непрерывный режим.

На рис. 20.23 показан упрощенный изолированный прямой регулятор и соответствующие формы сигналов в установившемся режиме для работы в непрерывном режиме. Опять же, для ясности, детали схемы управления на чертеже опущены. В установившемся режиме работу регулятора можно объяснить следующим образом. Когда включается силовой выключатель Q ₁, первичный ток I _p начинает накапливаться и накапливать энергию в первичной обмотке.Из-за одинаковой полярности первичной и вторичной обмоток эта энергия передается на вторичную и на фильтр L ₁ C _F и нагрузку R _L через выпрямительный диод. D _R2 с прямым смещением. Когда Q ₁ отключается, полярность напряжения обмотки трансформатора меняется. Это приводит к выключению D _R2 и включению D _R1 и D _R3.Теперь D _R3 проводит и передает энергию к R _L через катушку индуктивности L ₁. В течение этого периода диод D _R2 и третичная обмотка обеспечивают путь для тока намагничивания, возвращающегося на вход.

Рис. 20.23. Упрощенный изолированный прямой регулятор: (A) схема и (B) соответствующие формы сигналов.

Когда транзистор Q ₁ включен, напряжение на первичной обмотке составляет В _i.Ток вторичной обмотки отражается в первичную, а реакционный ток I _p, как показано на рис. 20.24, определяется как

рис. 20.24. Текущие компоненты в первичной обмотке.

(20,45) Ip = NsNpIs

Ток намагничивания в первичной обмотке имеет величину I _mag и равен

(20,46) Imag = VitonLp

Полный первичный ток I _{p ‘Тогда}

(20.47) Ip ′ = Ip + Imag = NsNpIs + VitonLp

Напряжение, развиваемое на вторичной обмотке В _с, составляет

(20,48) Vs = NsNpVi

Пренебрежение падениями и потерями напряжения на диоде, напряжение на выходе индуктор Vs − Vo. Ток в L ₁ увеличивается линейно со скоростью

(20,49) IL1 = Vs − VotonL1

В конце рабочего времени общий первичный ток достигает пикового значения, равного I ′ _{p (pk)} и равен

(20.50) Ippk ′ = Ip′0 + ViDTLp

Выходной ток индуктора I _L1 равен

(20,51) IL1pk = IL10 + Vs − VoDTL1

В момент включения амплитуда вторичной ток имеет значение I _{с (pk)} и определяется как

(20,52) Ispk = NpNsIppk ′ = NpNsIp′0 + ViDTLp

. выходной дроссель равен току I _DR3 в выпрямительном диоде D _R3, и оба уменьшаются линейно со скоростью

(20.53) dIL1dt = dIDR3dt = VoL1

Выходное напряжение В _o можно найти из временного интеграла напряжения вторичной обмотки за время, равное DT переключателя Q ₁. Таким образом, имеем

(20,54) Vo = 1T∫0DTNsNpVidt = NsNpViD

Максимальный ток коллектора I _{C (max)} при включении равен I ′ _{p (pk)} и составляет задается по формуле

(20,55) ICmax = Ippk ′ = NsNpIp′0 + ViDTLp

Максимальное напряжение коллектора VQ1max при выключении равно максимальному входному напряжению В _{i (max)} плюс максимальное напряжение В _{r (макс.)} через третичную обмотку и равно

(20.56) VQ1max = Vimax + Vrmax = Vimax1 + NpNr

Максимальный рабочий цикл для прямого регулятора, работающего в непрерывном режиме, может быть определен путем приравнивания интеграла по времени входного напряжения, когда Q ₁ включен, и напряжения ограничения V _r, когда Q ₁ выключен.

(20,57) ∫0DTVidt = ∫DTTVrdt

, что приводит к

(20,58) ViDT = Vr1 − DT

Группирование членов D в уравнении. (20.58) и заменив V _r/ V _i на N _r/ N _p, мы получим

(20.59) Dmax = 11 + Nr / Np

Таким образом, максимальный рабочий цикл зависит от отношения витков между размагничивающей обмоткой и первичной обмоткой.

При разработке регуляторов прямого хода рабочий цикл должен быть ниже максимального рабочего цикла D _max, чтобы избежать насыщения трансформатора. Следует также отметить, что ток намагничивания трансформатора должен быть сброшен на ноль в конце каждого цикла. Несоблюдение этого правила приведет к насыщению трансформатора, что может вызвать повреждение транзистора.Есть много способов реализовать функцию сброса. В схеме, показанной на рис. 20.23A, к трансформатору добавлена третичная обмотка, так что ток намагничивания вернется к входному источнику В _i, когда транзистор выключится. Первичный ток всегда начинается с одного и того же значения в установившемся режиме.

В отличие от регуляторов обратного хода, регуляторы прямого хода требуют минимальной нагрузки на выходе. В противном случае будет создаваться избыточное выходное напряжение.Один из часто используемых способов избежать этой ситуации — добавить небольшое сопротивление нагрузки к выходным клеммам. Конечно, при таком расположении в резисторе будет потеряна определенная мощность.

Поскольку прямые регуляторы не накапливают энергию в своих трансформаторах, для того же уровня выходной мощности трансформатор можно сделать меньше, чем для обратного типа. Выходной ток достаточно постоянен из-за действия выходной катушки индуктивности и диода маховика; в результате конденсатор выходного фильтра можно сделать меньше, а его номинальный ток пульсации может быть намного ниже, чем требуется для обратного хода.

Прямой стабилизатор широко используется с выходной мощностью ниже 200 Вт, хотя его можно легко сконструировать с гораздо большей выходной мощностью. Ограничение проистекает из способности силового транзистора выдерживать напряжения и токи при увеличении выходной мощности. В этом случае можно использовать конфигурацию с более чем одним транзистором для разделения нагрузки. На рис. 20.25 показан двусторонний прямой регулятор. Подобно двустороннему обратноходовому аналогу, в схеме используются два транзистора, которые включаются и выключаются одновременно.Диоды используются для ограничения максимального напряжения коллектора до В _и. Следовательно, в схеме можно использовать транзисторы с низким номинальным напряжением.

Рис. 20.25. Двусторонний передний регулятор.

Добавление клеммной коробки диода на цепную таль Demag DC

Цепные тали

Demag DC используются в самых разных отраслях и сферах применения. Эти подъемники являются гибкими и могут использоваться с органами управления других производителей. Когда обслуживание или замена подъемника завершены, тема, которая обычно поднимается в наших разговорах с техническими специалистами, связана с клеммной коробкой диодов, используемой с цепными подъемниками постоянного тока.В этой статье будет объяснено, почему используется клеммная коробка диодов и куда она подключается для правильного подключения.

Диодные клеммные коробки используются для подключения цепных талей постоянного тока с 2-скоростными сигналами до 24 В переменного тока, подаваемыми от внешней системы управления. Диодная коробка служит промежуточным кожухом для подключения внешних сигналов к одной клеммной колодке, поэтому цепная таль постоянного тока и тележка с приводом получают необходимые специальные сигналы. Обычно используемый диодный блок для цепных талей постоянного тока 1-10 имеет номер детали 77216545.

Для системы управления постоянным током требуются специальные трехфазные сигналы 24 В переменного тока. Сигнал с тремя состояниями означает подачу полуволновых и полноволновых сигналов в качестве входов на плату управления. К клеммной колодке добавлены критически важная перемычка и диоды для генерации сигналов с тремя состояниями и для удовлетворения сигнала аварийной остановки. Эти трехфазные сигналы передаются по цепи на плату управления подъемным механизмом постоянного тока по многожильному кабелю. Номер детали 77207345 многожильного кабеля с разъемом RJ45 для подключения к плате управления подъемником.Питание на цепную таль подается с помощью кабеля, номер детали 77206845, который также имеет ответную вилку для платы управления цепной таль.

Мы часто слышим от технических специалистов, которые нуждаются в совете, когда внутренняя проводка диодной коробки была отключена. Нас просят обеспечить правильные соединения для входящих сигналов. Входящие сигналы должны быть подключены к соответствующим входным клеммам, а также перемычкой между клеммами 4-8 и двумя добавленными диодами. Диоды подключаются между клеммами 4–5, а другие — между клеммами 8–9.Направление диодов важно. Для обеспечения правильного направления питание должно быть подключено к потоку от клеммы 4 к 5 и от клеммы 8 к 9. Краткое описание подключения клемм см. В руководстве по сборке электрического шкафа постоянного тока, 21125044.