Spis treści:
Z opisu zasady działania większości układów elektronicznych, z którymi mamy do czynienia w praktyce, możemy dowiedzieć się, że do działania potrzebują one źródła zasilania napięciem stałym. Napięcie stałe możemy uzyskać z baterii lub z zasilacza sieciowego, zamieniającego napięcie przemienne na napięcie stałe. W takich zasilaczach, po obniżeniu napięcia do odpowiedniej wartości, następuje pierwszy etap zamiany przebiegu czasowego napięcia, który polega na jego wyprostowaniu. W tym celu korzystamy z krzemowych mostków diodowych, takich jak KBPC5010, na przykładzie którego omówimy zasadę działania mostka diodowego do prostowania napięcia przemiennego na napięcie zmienne jednokierunkowe.
Mostek w elektronice
W elektronice, kiedy opisujemy fragment obwodu w topologii mostkowej, mamy na myśli fragment obwodu, który ma cztery zaciski. Dotyczy to również mostka diodowego, w którym napięcie przemienne jest zamieniane na napięcie zmienne jednokierunkowe, co należy odróżnić od napięcia stałego, ponieważ jest to dopiero jeden z etapów procesu zamiany tego napięcia na napięcie stałe.
Budowa i zasada działania mostka diodowego
Mostek prostowniczy tworzą cztery diody oraz rezystor obciążenia, który stanowi odbiornik docelowy. Cztery diody są połączone w układzie zamkniętej pętli, co umożliwia zamianę prądu przemiennego na prąd zmienny jednokierunkowy. Główną zaletą tego układu jest brak konieczności używania transformatora z odczepem środkowym, który zwykle jest droższy od transformatora ze standardowym uzwojeniem bez odczepu środkowego. Dzięki temu zostają obniżone koszty oraz rozmiar. Na zaciski A i B jest podawane napięcie wejściowe w postaci napięcia sinusoidalnego zmiennej, znane także jako napięcie przemienne. Na wyjściu mostka diody są rozmieszczone w taki sposób, że podczas każdego z półokresów dodatniego okresu sinusoidy prąd przewodzi przez diody D1 i D3, podczas gdy diody D2 i D4 są w stanie zaporowym. W ujemnym półokresie sytuacja jest analogiczna, jednak wówczas przewodzą diody D2 i D4, a D1 i D3 są w stanie zaporowym.
W rezultacie napięcie na wyjściu mostka, a tym samym na obciążeniu podłączonym do wyjścia, przybiera postać napięcia zmiennego jednokierunkowego. W rzeczywistości, w chwili zmiany biegunowości napięcia zasilania, na diodach pojawia się ładunek przejściowy powodujący delikatne wsteczne przewodzenie diody, ale jest to zjawisko o znikomym wpływie na pracę mostka diodowego, więc można je tak naprawdę pominąć.
Cechy charakterystyczne mostka diodowego
Należy zwrócić uwagę na kilka parametrów, które są szczególnie kluczowe z punktu widzenia obliczeń projektowych dla obwodów z mostkami diodowymi. Należą do nich współczynnik tętnienia, który określa poziom wygładzenia napięcia stałego na wyjściu prostownika. Jest on określony przez poziom szumów na wyjściu napięcia stałego, które zawiera znikomy poziom tętnień. Jeśli natomiast mamy bardzo wysokie tętnienia na wyjściu, mówimy wówczas, że mamy do czynienia z napięciem stałym o dużej pulsacji. W ujęciu matematycznym, współczynnik tętnienia definiowany jest jako stosunek napięcia tętnienia do idealnie czystej wartości napięcia stałego, pozbawionego szumów. Typowo dla mostków diodowych, współczynnik tętnienia wynosi 0,48. Szczytowe napięcie wsteczne to maksymalna wartość napięcia, jaką pojedyncza dioda może wytrzymać w stanie zaporowym, kiedy do katody jest przyłożone wyższe napięcie względem anody tej samej diody. Dla przypomnienia, w dodatnim półokresie sinusoidy diody D1 i D3 znajdują się w stanie przewodzenia, zaś diody D2 i D4 w stanie zaporowym. W ujemnym półokresie sinusoidy pary tych diod zamieniają się stanami przewodzenia.
Sprawność mostka diodowego
Sprawność mostka diodowego określa, jak bardzo skutecznie mostek diodowy przekształca prąd przemienny na prąd stały jednokierunkowy. Definiuje się ją jako stosunek mocy wyjściowej prądu stałego do mocy wyjściowej prądu przemiennego. Maksymalna sprawność prostownika mostkowego wynosi około 81%.
Mostek diodowy KBPC5010 - najważniejsze parametry techniczne
Parametry mechaniczne:
- Obudowa: Metal, izolowana elektrycznie
- Żywica epoksydowa: Środek zmniejszający palność UL 94V-0
- Zaciski: Platerowane końcówki Faston 0,25″ (6,35 mm), lutowane zgodnie z MIL-STD-202E, gwarantowana metoda 208
- Polaryzacja: Oznaczona literą A
- Pozycja montażowa: Dowolna
- Waga: 17 g
Dopuszczalne parametry elektryczne:
- Maksymalne szczytowe napięcie wsteczne: Vrrm = 1000 V
- Maksymalne napięcie wejściowe mostka RMS: Vrms = 560 V
- Maksymalne napięcie blokowania DC: VDC = 1000 V
- Maksymalny średni prostowany prąd wyjściowy przy Tc = 55*C: Io = 50 A
- Maksymalny prąd udarowy: Ip = 400A
- Maksymalny spadek napięcia na pojedynczej diodzie dla prądu 25A DC: 1,1 V
