A tensão alternada é fornecida da organização de fornecimento de energia para os consumidores. Isso se deve às peculiaridades do transporte de energia elétrica. Mas a maioria dos receptores elétricos domésticos (e, em parte, industriais) requerem energia de tensão constante. Para obtê-lo, são necessários conversores. Em muitos casos, eles são construídos de acordo com o esquema "transformador abaixador - retificador - filtro de suavização" (com exceção de comutação de fontes de alimentação). Diodos conectados em um circuito de ponte são usados como retificadores.
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Para que serve uma ponte de diodo e como ela funciona
A ponte de diodos é usada como um circuito de retificação que converte a tensão CA em CC. O princípio de sua operação é baseado na condução unidirecional - a propriedade de um diodo semicondutor de passar corrente em apenas uma direção.Um único diodo também pode servir como o retificador mais simples.
Com tal inclusão, quanto menor (negativo) parte da sinusóide é "cortada". Este método tem desvantagens:
- a forma da tensão de saída está longe de ser constante, é necessário um capacitor grande e volumoso como filtro de suavização;
- a alimentação CA é usada no máximo pela metade.
A corrente através da carga segue a forma da tensão de saída. Portanto, é melhor usar um retificador de onda completa na forma de uma ponte de diodos. Se você ligar quatro diodos de acordo com o esquema indicado e conectar a carga, quando uma tensão alternada for aplicada à entrada, a unidade funcionará assim:
Com uma tensão positiva (parte superior da senóide, seta vermelha), a corrente fluirá através do diodo VD2, a carga, VD3. Com um negativo (parte inferior da senóide, seta verde) através do diodo VD4, carga, VD1. Como resultado, em um período, a corrente passa pela carga duas vezes na mesma direção.
A forma de onda da tensão de saída é muito mais próxima de uma linha reta, embora o nível de ondulação seja bastante alto. A energia da fonte é totalmente utilizada.
Se houver uma fonte de tensão trifásica da amplitude necessária, você pode fazer uma ponte de acordo com o seguinte esquema:
Nele, três correntes serão adicionadas à carga, repetindo a forma da tensão de saída, com um deslocamento de fase de 120 graus:
A tensão de saída irá contornar os topos das senoides. Pode-se ver que a tensão pulsa muito menos do que em um circuito monofásico, sua forma é mais próxima de uma linha reta. Neste caso, a capacitância do filtro de suavização será mínima.
E outra versão da ponte - controlada.Nele, dois diodos são substituídos por tiristores - dispositivos eletrônicos que se abrem quando um sinal é aplicado ao eletrodo de controle. Na forma aberta, os tiristores se comportam quase como diodos comuns. O esquema fica assim:
Os sinais de ativação são dados do circuito de controle em horários acordados, o desligamento ocorre no momento em que a tensão passa por zero. Em seguida, a média da tensão é calculada através do capacitor e esse nível médio pode ser controlado.
Designação da ponte de diodo e diagrama de conexão
Como uma ponte de diodos pode ser construída de acordo com vários esquemas e contém poucos elementos, na maioria dos casos a designação de um conjunto retificador é feita simplesmente desenhando seu diagrama de circuito. Se isso for inaceitável - por exemplo, no caso de construir um diagrama de blocos - a ponte é indicada como um símbolo, que indica qualquer conversor CA-CC:
A letra "~" significa correntes corrente alternada, o símbolo "=" - circuitos CC e "+" e "-" - a polaridade de saída.
Se o retificador for construído de acordo com o circuito de ponte clássico de 4 diodos, uma imagem ligeiramente simplificada será permitida:
A entrada da unidade retificadora é conectada aos terminais de saída da fonte CA (na maioria dos casos é um transformador abaixador) sem observar a polaridade - qualquer terminal de saída é conectado a qualquer entrada. A saída da ponte é conectada à carga. Pode ou não exigir polaridade (incluindo um estabilizador, filtro de suavização).
A ponte de diodos pode ser conectada a uma fonte de tensão constante.Neste caso, é obtido um circuito de proteção contra inversão de polaridade não intencional - com qualquer conexão das entradas da ponte à saída da fonte de alimentação, a polaridade da tensão em sua saída não será alterada.
Principais características técnicas
Ao escolher diodos ou uma ponte acabada, antes de tudo, você precisa observar corrente máxima de operação direta. Deve exceder a corrente de carga com uma margem. Se esse valor for desconhecido, mas a potência for conhecida, ela deve ser convertida em corrente de acordo com a fórmula Iload \u003d Pload / Uout. Para aumentar a corrente permitida, dispositivos semicondutores podem ser conectados em paralelo - a maior corrente de carga é dividida pelo número de diodos. Nesse caso, é melhor selecionar diodos em um ramo da ponte de acordo com um valor próximo da queda de tensão no estado aberto.
O segundo parâmetro importante é tensão diretapara os quais a ponte ou seus elementos são projetados. Não deve ser inferior à tensão de saída da fonte CA (valor de pico!). Para uma operação confiável do dispositivo, você precisa ter uma margem de 20 a 30%. Para aumentar a tensão permitida, os diodos podem ser conectados em série - em cada braço da ponte.
Esses dois parâmetros são suficientes para uma decisão preliminar sobre o uso de diodos em um dispositivo retificador, mas algumas outras características também devem ser levadas em consideração:
- frequência máxima de operação - geralmente alguns kilohertz e não importa para operação em frequências industriais de 50 ou 100 Hz, e se o diodo operar em circuito de pulso, este parâmetro pode se tornar decisivo;
- queda de tensão no estado para diodos de silício é de cerca de 0,6 V, o que não é importante para uma tensão de saída de, por exemplo, 36 V, mas pode ser crítico ao operar abaixo de 5 V - neste caso, devem ser escolhidos diodos Schottky, caracterizados por um baixo valor deste parâmetro.
Variedades de pontes de diodo e sua marcação
A ponte de diodos pode ser montada em diodos discretos. Para observar a polaridade, você precisa prestar atenção às marcações. Em alguns casos, uma marca na forma de um padrão é aplicada diretamente no corpo do dispositivo semicondutor. Isso é típico para produtos domésticos.
Dispositivos estrangeiros (e muitos russos modernos) são marcados com um ponto ou um anel. Na maioria dos casos, esta é a designação do ânodo, mas não há garantia. É melhor olhar o manual ou usar o testador.
Você pode fazer uma ponte a partir do conjunto - quatro diodos são combinados em um pacote e a conexão dos fios pode ser feita com condutores externos (por exemplo, em uma placa de circuito impresso). Os esquemas de montagem podem ser variados, portanto, para a conexão correta, você precisa consultar as folhas de dados.
Por exemplo, o conjunto de diodos BAV99S, contendo 4 diodos, mas com apenas 6 pinos, possui duas meias pontes internas, conectadas da seguinte forma (há um ponto no gabinete próximo ao pino 1):
Para obter uma ponte completa, você precisa conectar as saídas correspondentes com condutores externos (o traço vermelho mostra as trilhas no caso de usar fiação impressa):
Neste caso, uma tensão alternada é aplicada aos pinos 3 e 6. O pólo positivo da constante é removido do pino 5 ou 2 e o pólo negativo é retirado do pino 4 ou 1.
E a opção mais fácil é montar com uma ponte pronta dentro.Dos produtos nacionais, estes podem ser KTs402, KTs405, existem pontes de montagem de produção estrangeira. Em muitos casos, a marcação das conclusões é aplicada diretamente ao caso, e a tarefa se reduz apenas à escolha correta de acordo com as características e a conexão sem erros. Se não houver designação externa das conclusões, você terá que consultar o diretório.
Vantagens e desvantagens
As vantagens de uma ponte de diodos são bem conhecidas:
- esquemas elaborados por décadas;
- facilidade de montagem e conexão;
- diagnóstico de falhas simples e reparo fácil.
Como desvantagens, é necessário mencionar o aumento das dimensões e peso do circuito com o aumento da potência, bem como a necessidade de utilização de dissipadores de calor para diodos de alta potência. Mas nada pode ser feito sobre isso - a física não pode ser enganada. Quando essas condições se tornam inaceitáveis, é necessário decidir sobre a transição para um circuito de alimentação pulsada. By the way, diodos de ponte podem ser usados nele.
Deve-se notar também que a forma da tensão de saída está longe de ser constante. Para trabalhar com consumidores que exigem estabilidade da tensão de alimentação, é necessário usar uma ponte em conjunto com filtros de suavização e, se necessário, estabilizadores de saída.
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