Для преобразования переменного напряжения в однополярное с минимальными потерями применяют схему с четырьмя диодами, соединёнными в замкнутый контур. Такая конфигурация позволяет использовать оба полупериода входного сигнала, увеличивая КПД до 81% по сравнению с однодиодными вариантами.
Ключевое отличие от других методов – отсутствие необходимости в средней точке трансформатора. Диоды открываются попарно: при положительной полуволне ток проходит через две ветви, при отрицательной – через две другие. Это снижает потери мощности на 40–50% по сравнению с однополупериодными аналогами.
Параметры компонентов подбираются исходя из пикового напряжения: диоды должны выдерживать обратное напряжение, втрое превышающее входное. Например, для сети 220 В выбирают элементы с запасом до 1000 В. Конденсатор на выходе сглаживает пульсации – его ёмкость рассчитывается по формуле C = Iнагр / (2fΔU), где ΔU – допустимое отклонение напряжения.
Как преобразует ток диодный мост
Четыре диода, соединённые в квадрат, меняют полярность переменного напряжения. В первой полуволне ток проходит через два открытых элемента, во второй – через другую пару. На выходе получается пульсирующее напряжение с частотой, вдвое превышающей входную.
Порядок действий при сборке
1. Подберите диоды с допустимым обратным напряжением минимум в 1.5 раза выше максимального входного.
2. Соедините катод первого элемента с анодом второго, катод третьего – с анодом четвёртого.
3. Свободные аноды первой и третьей пары подключите к общему минусу, катоды второй и четвёртой – к плюсу.
Типичные ошибки
— Перегрев элементов из-за недостаточного радиатора при токах свыше 1А.
— Неверное подключение диодов, приводящее к короткому замыканию.
— Использование низкочастотных компонентов для сетей с частотой выше 1 кГц.
Как преобразуется переменный ток в постоянный
Для преобразования переменного напряжения в постоянное используется диодная сборка из четырёх элементов. В каждом полупериоде ток проходит через два диода, что обеспечивает отсутствие пауз в выходном сигнале.
При положительной полуволне напряжения ток течёт через первый диод, нагрузку и третий диод. При отрицательной – через второй диод, нагрузку и четвёртый. На выходе получается пульсирующее напряжение с частотой, вдвое превышающей входную.
Для сглаживания пульсаций параллельно нагрузке подключают конденсатор. Его ёмкость выбирают исходя из тока нагрузки: при 1 А используют 1000–2000 мкФ. Чем выше ёмкость, тем меньше остаточные колебания.
Диоды должны выдерживать обратное напряжение не менее 1,5 от амплитуды входного сигнала. Для сети 220 В выбирают элементы с запасом до 400 В. Ток диодов должен превышать расчётный в 1,5–2 раза.
Потери мощности составляют около 1,4 В из-за падения напряжения на двух диодах. Для снижения нагрева применяют элементы Шоттки с меньшим прямым падением (0,3–0,5 В).
Подбор диодов и расчёт характеристик
Критерии выбора полупроводников
Для сборки преобразователя с четырьмя диодами выбирайте элементы с обратным напряжением минимум в 1,5 раза выше амплитуды входного сигнала. Например, для сети 220 В (310 В пик) подойдут модели на 600 В. Ток диода должен превышать расчётный в 1,2–2 раза. Для нагрузки 5 А берите экземпляры на 10 А.
Примеры подходящих моделей:
- 1N5408 – 3 А, 1000 В
- FR307 – 3 А, 1000 В (быстродействующие)
- MBR20100CT – 20 А, 100 В (для низковольтных цепей)
Расчёт потерь и тепловыделения
Падение напряжения на кремниевом диоде – 0,7 В. При токе 5 А мощность рассеивания на одном элементе: P = 0,7 В × 5 А = 3,5 Вт. Для четырёх диодов общие потери составят 14 Вт. Устанавливайте радиаторы при мощности выше 1 Вт на корпус.
Формула для определения ёмкости сглаживающего конденсатора:
C = I / (2 × f × ΔV)
Где I – ток нагрузки (А), f – частота пульсаций (100 Гц для 50 Гц сети), ΔV – допустимое падение напряжения (В). Для тока 2 А и пульсаций 1 В: C = 2 / (2 × 100 × 1) = 10 000 мкФ.
