Diode brug

Diode Bridge - een ontwerp waarmee u de stroom efficiënt kunt verhelpen. De diodebrug wordt beschouwd als een dubbelfasige gelijkrichter.

Diode, bruggen en problemen bij het gelijkrichten van de huidige

Aanvankelijk werden dioden elektronenbuizen genoemd met twee elektroden. De verwarmde kathode emitteerde elektronen die in één richting konden vliegen - op de anode. En in de tegenovergestelde richting stroomt de stroom niet. Dit maakte het mogelijk om een ​​deel van de AC-spanningsperiode af te sluiten. Als gevolg hiervan werd de stroom rechtgezet.

De ontwerpfout is duidelijk - een deel van de tijd, de helft van het interval, het schema is inactief. Om deze reden is het maken van hoge prestaties moeilijk. We hebben het niet over efficiëntie, maar eerder over het totale vermogen. De spanning in het netwerk is beperkt tot nominaal, het is vereist om de bestaande te gebruiken. Als u het verbruik via een enkele diode verhoogt, raakt het oververhit en brandt het. Hier komt een diodebrug ter hulp.

-regeling De constructies die in dit artikel worden besproken, zijn gericht op het verbeteren van bepaalde eigenschappen. Anders zou een diodebrug van een enkele configuratie lange tijd zijn gebruikt. De bekende diodebrug op vier kleppen is om de eenvoudige reden verre van de enige - hij is ontworpen om met een enkele spanningsfase te werken. Dit is een gebrekkige optie, thuisbezorgd om kabels te besparen en wordt niet toegepast in de industrie.

Laten we beginnen met Nikola Tesla. Deze man kwam voor het eerst met een roterend magnetisch veld. Eerder werd wisselstroom gebruikt, maar met behulp van een enkele fase kan het aangekondigde fenomeen niet worden gecreëerd. In de motor moet je het veld draaien. De enige fase om fysiek te bieden is niet mogelijk. Nikola Tesla bedacht de asynchrone motor, met veel polen. Merk op dat de collectorsoorten motoren op AC en DC kunnen werken, maar het wordt aanbevolen om ontwerpen met permanente magneten te vermijden. De rotor en stator zijn samengesteld uit koperen wikkelingen. We geloven dat er in de 19e eeuw geen vergelijkbare soorten motoren waren.

Terug naar de fasen. Na het uitvinden van een asynchrone( inductie) AC-motor, nam Nikola Tesla terloops in het octrooi de mogelijkheid om de fasen verder te verhogen, maar ging niet verder. Later bewees Dolivo-Dobrovolsky dat het veel efficiënter is om drie fasen te gebruiken. Tegenwoordig gebruiken industriële structuren deze optie. Merk op dat elke motor kan draaien om te verbruiken en stroom te genereren, lezers zullen begrijpen dat een enkelfasige diodebrug niet de ideale oplossing is. Dit is een gebrekkige, bijgesneden versie voor huishoudelijke apparaten. Niet meer.

De ingebouwde systemen hebben een driefasige generator, dit is het meest efficiënte ontwerp dat vandaag mogelijk is. Reeds gebruikt schema Larionov. Dit levert de beste verhouding van besparingen en efficiëntie op. Goede eigenschappen hebben Mitkevich gelijkrichterschakelingen. De natuurkundige vakken van de school en de universiteit hebben een vereenvoudigde structuur vanwege de te sterke ontwikkeling van de wetenschap: het is onmogelijk om alle informatie voor een semester in de hoofden van de studenten te passen.

Gretz Diode Bridge voor huishoudelijke apparaten wordt niet als de enige mogelijke beschouwd. Er zijn drie varianten van de fase, veel gebruikelijker dan het in eerste instantie lijkt. Diodes in ontwerp en eigenschappen zijn erg verschillend van elkaar. Dit bepaalt de details van de applicatie. Krachtvariëteiten zijn bijvoorbeeld krachtig, maar lijden grote verliezen. Daarom worden Schottky-diodes met een kleine spanningsval op de pn-overgang gebruikt in de uitgangscircuits van de schakelende voedingen.

Ontwerpen van diode-bruggen

Het enige ontwerp van een diodebrug kan niet in alle behoeften voorzien. Daarom, in auto's gebruikt Larionov-regeling. We bespreken nu het ontwerp, eerst verduidelijken waarom de diodebrug zo genoemd wordt. In 1833 werd een schema voorgesteld voor het meten van weerstand, gebaseerd op de gelijkschakeling van de potentiaal van de middelste pinnen van twee takken:

1. Vier weerstanden zijn verbonden in een vierkant( één voor elke zijde van een meetkundige figuur).
2. Twee hoeken worden geleverd met stroom van een batterij of een andere bron.
3. Met twee andere hoeken worden de metingen van elke spanning of stroom gemeten.

De bedoeling van het werk is om de indicatoraflezingen op nul te zetten met een potentiometer. Dan zeggen ze - de balans van de brug is gekomen. Op dat moment( vóór de publicatie van de Kirchhoff-wetten) wisten ze al dat de spanningsval over twee weerstanden evenredig is met hun waarde, wat betekent dat het waar is dat: R1 / R2 = R3 / Rx, waarbij R2 een potentiometer is, R1 en R3 constante weerstanden zijn van een bekende nominale, Rx is het bestudeerde element. Dan is uit de eenvoudige verhouding de gewenste waarde.

Het brugcircuit in de Engelstalige literatuur wordt opgeroepen om de reden dat tussen de twee takken van het elektrische circuit, bestaande uit de weerstanden R1, R2 en R3, Rx, respectievelijk, een springer-meetinrichting bestaat. Het herinnerde mensen aan de brug, het schema werd dienovereenkomstig benoemd.

Gretz Diodebrug

In 1897 publiceerde het tijdschrift Elektronische Zeitung( deel 25) een notitie van Leo Gretz over de studie van een diodebrug. Afzonderlijke lezers besloten dat de opgegeven persoon de uitvinder van het apparaat werd. Tot op de dag van vandaag( in 2016) blijft het Russische domein van Wikipedia een onbetwistbaar feit bevestigen. De uitvinder van de Gretz-diodebrug was de Poolse elektrotechnicus Karol Pollack. De recensie-auteurs konden geen biografie van een geleerde man in het Russisch vinden. Het is niet verrassend dat er weinig bekend is over patentnummer 96564 van 14 januari 1896.

De afbeelding toont een verklaring van de naam van het circuit - de diodebrug, er zijn alle tekens:

1. Twee takken van de diodes in het midden zijn kortgesloten door een belastingscircuit.
2. AC stroom wordt geleverd aan de twee zijden van het plein.
3. Aan de uitgang is er een constante spanning.

Het feit is een nadeel van het circuit: het spanningsverlies op de pn-junctie verdubbelt. Op elk moment passeert de stroom een ​​paar diodes, en niet één, zoals in het geval van een dubbelfasige gelijkrichter. Bij hoge spanningen is het mogelijk om de verliezen te verwaarlozen, zodat het circuit niet brandt, het wordt geleverd met grote, robuuste metalen radiatoren. Automobilisten hebben al begrepen waar ze het over hebben, gewone stervelingen merken op dat dit voor huishoudelijke apparaten niet altijd waar is( er is geen radiator).De reden is niet de kracht in de keten van personenauto's. Integendeel, bij een constante spanning van 12 V op het boordnetwerk is de stroom hoog, dit feit leidt tot een dergelijke sterke warmteafgifte.

We leggen het uit. Volgens de wet Joule-Lenz is de warmte van de stroom van elektrische stroom evenredig met het kwadraat van de grootte van de stroom. In laagspanningscircuits moeten daarom koperdraden dik worden gemaakt. Dit is de reden waarom de industriële spanning hoger is dan 12 V. Kilovolts lopen in hoogspanningskabels, wat helpt om de kabeldoorsnede te verkleinen en materiaal te besparen. Een transformator wordt gebruikt voor de conversie tussen de lijnen, in de regel bevindt deze zich aan de invoer van elk huishoudelijk apparaat.

Dit is nodig om snel spanningsbeoordelingen te creëren die dicht bij de vereiste zijn. De verklaring wordt vooral levendig opgespoord door het voorbeeld van een kathodestraalbuis televisie. De ingangstransformator voert veel uitgangswikkelingen uit volgens het aantal circuits. Het blijft alleen om de stroom te corrigeren indien nodig, waardoor de complexiteit van de apparatuur wordt verminderd. Om dit te doen, plaatst u na de uitgangswikkeling van de transformator de diodebrug Gretz( we hebben het hier over eenfasige netwerken van 220 V).

In moderne gepulseerde voedingen op een andere manier. De diodebrug wordt direct achter het ingangsfilter geplaatst en vervolgens wordt de gelijkgerichte spanning op een thyristor( transistor) sleutel gesneden naar de hoogfrequente pulsen die op de transformator worden aangelegd. Hiermee kunt u herhaaldelijk de grootte van de kern en wikkelingen verminderen. Kijk naar de adapter voor een mobiele telefoon: er zit een pulstransformator in. Het formaat is niet vergelijkbaar met de voeding van de tv. We raden aan om op de systeemeenheid van een pc te letten, waarbij de bron ten minste 350 watt produceert. Dat is genoeg voor een CRT-tv.

Na de pulstransformator staat de gelijkrichter opnieuw. Soms is het een diodebrug op basis van Schottky-diodes met lage spanningsdalingen op een pn-overgang. Herinner de bovengenoemde nadelen. Voor lage uitgangsspanningen van de schakelende voeding is het gebruik van diodebruggen niet rendabel, het aantal kleppen verdubbelt. Het resultaat is dat het verlies groter is, wat uiteraard de efficiëntie vermindert. Een bijkomende factor is warmteontwikkeling: bij lage spanningen moeten radiatoren worden gebruikt met een hoge weerstand van de pn-overgang.

Weerstand pn-overgang

Gretz-diodebruggen zijn tegenwoordig de facto dominant in huishoudelijke apparaten. We maken een korte uitweiding over de weerstand van de pn-overgang.

Zoals bekend is, lijkt de karakteristiek van een diode op een parabool in het positieve deel van de x-as. Ongeacht de vorm, het belangrijke feit is dat op elk punt in de grafiek het mogelijk wordt om weerstand te vinden. Je hoeft alleen de spanning te delen door stroom. Het blijkt dat de weerstand van de diode afhankelijk is van de aangelegde spanning en in een typisch geval voortdurend verandert. We zullen vinden, vergelijkbaar met de huidige spanningswaarde( 220 V), ook het gemiddelde cijfer voor deze parameter. Verliezen zijn ervan afhankelijk. Hoe lager de weerstand van de pn-overgang, hoe beter. Daarom is het voordelig om Schottky-diodes te gebruiken.

Eenfase-gelijkrichters volgens het schema van Mitkevich

Het circuit lijkt niet op een brug, op enkele overeenkomsten na. Uit de figuur blijkt dat de belasting de takken van de transformatorwikkeling en de diodes kortsluit. Dit is een stuk. Dus elke ketting kan een brug worden genoemd. Op elk willekeurig moment werkt de helft van de constructie voor het Mitkevich-circuit. De tweede is vergrendeld.

Hetzelfde wordt gezegd over de Gretz diodebrug, maar hier geldt de verklaring voor de transformatorwikkeling, wat in het vorige geval niet kan worden opgemerkt.

Driefasige gelijkrichters

De Larionov-gelijkrichter( zie afbeelding) wordt niet als een brug beschouwd, hoewel bestuurders dit zo hardnekkig noemen. Er zijn twee soorten ontwerpen, in de terminologie van driefasenlijnen die ster en driehoek worden genoemd. Automobilisten staan ​​vaak in contact met de eerste optie, waarbij de spanning iets hoger is en het verlies kleiner is. Dit komt door overwegingen van zuinigheid.

Het schema met de genoemde honderd punten van de handicap is bekend. Dit is een echte diodebrug, parallelle of serieschakeling van drie volledige diodebruggen.