Дыёдны мост

Дыёдны мост — электрычная прылада, электрычная схема для пераўтварэння пераменнага току ў пульсуючы (пастаянны). Выпростванне з дапамогай дыёднага моста называецца двухпаўперыядным^[1].

Існуюць аднафазныя і шматфазныя масты. Аднафазны мост выконваецца па маставой схеме Грэтца. Першапачаткова ў ёй выкарыстоўваліся электравакуумныя дыёды, і гэтая схема лічылася складаным і дарагім рашэннем, замест яе звычайна ўжывалася схема Міткевіча, у якой другасная абмотка трансфарматара мае сярэдні вывад. Цяпер, калі паўправадніковыя дыёды сталі таннейшымі і даступныя практычна ўсім, у большасці выпадкаў ужываецца маставая схема, за выключэннем некаторых нізкавольтных выпрамнікаў, дзеючых паводле схемы Міткевіча, якая мае адносна большы ККД^[2].

Замест дыёдаў ў схеме могуць прымяняцца выпрамляльныя вентылі любых тыпаў, напрыклад селенавыя выпрамнікі, ртутныя вентылі і іншыя, прынцып дзеяння схемы ад гэтага не змяняецца.

Таксама ў плячах маста выкарыстоўваюць кіраваныя вентылі, напрыклад, тырыстар або ігнітроны, пры гэтым магчыма кіраванне выхадным напружаннем выпрамляльніка з дапамогай фазаімпульснага кіравання вентылямі.

Схема выпроствальнага маста была вынайдзена польскім электратэхнікам Каралем Полакам і запатэнтавана ў снежні 1895 года ў Вялікабрытаніі, і ў студзені 1896 года ў Германіі^[3].

У 1897 годзе нямецкі фізік Леа Грэтц незалежна ад папярэднікаў вынайшаў і апублікаваў апісанне аналагічнай схемы^[4][5][6][7]. Публікацыя Грэтца стала шырока вядомай электратэхнікам таго часу, таму гэтую схему і цяпер часта называюць схема Грэтца або мостам Грэтца^[8].

У 1924 годзе савецкі электратэхнік А. М. Ларыёнаў вынайшаў маставую схему двухпаўперыяднага выпрамніка трохфазнага току, названую яго імем.

На ўваход (${\displaystyle \sim U}$) падаецца пераменнае напружанне, не абавязкова сінусоіднае. У адным з паўперыядаў адкрыты два дыёды ў процілеглых плячах моста, і ток праходзіць толькі праз гэтыя 2 дыёды, а 2 іншых у іншай пары процілеглых плячэй пры гэтым зачыненыя. На іншым паўперыядзе адкрываюцца два іншых дыёды і іншая пара дыёдаў замыкаецца. У нагрузцы ${\displaystyle R_{L}}$ ток у абодвух паўперыядах цячэ ў адным кірунку, — дыёдны мост пераўтворыць пераменны ток у пульсавалы пастаянны^[9].

Так як з нагрузкай заўсёды паслядоўна ўключаны 2 дыёды, на кожным з якіх у адкрытым стане падае частка ўваходнага напружання ${\displaystyle U_{rd},}$ то максімальнае пульсуючае напружанне на нагрузцы ${\displaystyle U_{R_{L}max}}$ заўсёды менш амплітуды ўваходнага напружання ${\displaystyle U_{0}}$ на падвоенае прамое падзенне напружання на дыёдзе. Амплітуда пераменнага напружання больш эфектыўнага напружання ${\displaystyle U_{eff}}$ ў ${\displaystyle {\sqrt {2}}}$ разы:

${\displaystyle U_{R_{L}max}=U_{0}-2\ U_{rd}={\sqrt {2}}\ U_{eff}-2\ U_{rd}.}$

Велічыня падзення напружання на адным дыёдзе залежыць ад паўправадніковага матэрыялу і тыпу дыёда так, напрыклад, у крамянёвых дыёдаў з p-n-пераходам прамое падзенне пры малых токах праз дыёд складае ≈0,6 В пры токах блізкіх да гранічна дапушчальным для канкрэтнага прыбора ≈1 В. У германіевых дыёдаў і дыёдаў Шоткі ≈0,3 В (≈0,6 В) і ≈0,2 В (≈0,4 В) адпаведна. Страты энергіі, выкліканыя прамым падзеннем напружання на дыёдах зніжаюць ККД выпрамніка, асабліва гэта зніжэнне істотна пры выпрамленні нізкіх напружанняў. Напрыклад, крыніца сілкавання з дыёдным мостам на крамянёвых дыёдах з p-n-пераходам на 5 В і токам 10 А (выхадныя магутнасць 50 Вт) будзе мець ККД не больш 70 %. Таму ў нізкавольтных моцнатокавых выпрамніках ўжываюць у асноўным дыёды Шоткі або схемы актыўнага выпрамлення з дапамогай актыўных кіраваных ключоў, напрыклад, магутных палявых транзістараў.

Частата пульсацый ${\displaystyle f_{p}}$ выпрамленага напружання роўная падвоенай частаце пераменнага напружання сілкавання ${\displaystyle f_{0}}$:

${\displaystyle f_{p}=2\ f_{0}.}$

Сярэдні ток ${\displaystyle I_{dm}}$ праз любы дыёд пры сярэднім току нагрузкі ${\displaystyle I_{R_{L}}}$:

Далей формулы прыведзены ў здагадцы, што прамое падзенне на дыёдах роўна 0.

Размах пульсацый ${\displaystyle U_{p}}$ (рознасць напружанняў паміж максімальным і мінімальным значэннямі) на выхадзе моста без згладжваючага ёмістага фільтра:

${\displaystyle U_{p}=U_{0}={\sqrt {2}}\ U_{eff}\approx 1{,}41\ U_{eff}.}$

Максімальнае адваротнае напружанне ${\displaystyle U_{r}}$ на дыёдзе пры працы моста на ёмістную нагрузку:

${\displaystyle U_{r}=U_{0}={\sqrt {2}}\ U_{eff}.}$

Сярэдняе значэнне ${\displaystyle {\overline {U}}}$ выпрамленнага напружання:

${\displaystyle {\overline {U}}={\frac {2\ U_{0}}{\pi }}={\frac {2{\sqrt {2}}\ U_{eff}}{\pi }}\approx 0{,}64\ U_{0}\approx 0{,}9\ U_{eff}.}$