Диоды выпрямительные, принцип работы, характеристики, схемы подключения

Принцип работы, основные характеристики полупроводниковых выпрямительных диодов можно рассмотреть используя их вольтамперную характеристику (ВАХ), которая схематично представлена на рисунке 1.

Она имеет две ветви, соответствующие прямому и обратному включению диода.

При прямом включении выпрямительного диода ощутимый ток через него начинает протекать при достижении на диоде определенного напряжения Uоткр. Этот ток называется прямым Iпр. Его изменения на напряжение Uоткр влияют слабо, поэтому для большинства расчетов можно принять его значение:

• 0,7 Вольт для кремниевых диодов,
• 0,3 Вольт — для германиевых.

Естественно, прямой ток диода до бесконечности увеличивать нельзя, при его определенном значении Iпр.макс этот полупроводниковый прибор выйдет из строя. Кстати, существуют две основные неисправности полупроводниковых диодов:

• пробой — диод начинает проводить ток в любом направлении, то есть станет обычным проводником. Причем, сначала наступает тепловой пробой (это состояние обратимо), затем электрический (после этого диод можно смело выбрасывать),
• обрыв — здесь, думаю, пояснения излишни.

Если диод подключить в обратном направлении, через него будет протекать незначительный обратный ток Iобр, которым, как правило, можно пренебречь. При достижении определенного значения обратного напряжения Uобр обратный ток резко увеличивается, прибор, опять же, выходит из строя.

Числовые значения рассмотренных параметров для каждого типа диода индивидуальны и являются его основными электрическими характеристиками. Должен заметить, что существует ряд других параметров (собственная емкость, различные температурные коэффициенты и пр.), но для начала хватит перечисленных.

Здесь предлагаю закончить с чистой теорией и рассмотреть некоторые практические схемы.

СХЕМЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ДИОДОВ

Для начала давайте рассмотрим как работает диод в цепи постоянного (рис.2) и переменного (рис.3) тока, что следует учитывать при том или ином включении диодов.

При подаче на диод прямого постоянного напряжения через него начинает протекать ток, определяемый сопротивлением нагрузки Rн. Поскольку он не должен превышать предельно допустимого значения следует определить его величину, после чего выбрать тип диода:

Iпр=Uн/Rн — все просто — это закон Ома.

Uн=U-Uоткр — см. начало статьи. Иногда величиной Uоткр можно пренебречь, бывают случаи, когда ее необходимо учитывать, например при расчете схемы подключения светодиода.

При включении диода в цепь переменного тока, помимо прочего, на нем периодически возникает обратное напряжение Uобр. Имейте в виду, следует учитывать его амплитудное значение (Для Uпр, кстати, тоже). Например, для бытовой электрической сети привычное всем напряжение 220В является действующим, а его амплитудное значение составляет 380В. Подробнее про это можно посмотреть на этой странице.

Это самое основное, про что надо помнить.

Теперь — несколько схем подключения диодов, часто встречающихся на практике.

Вне всякого сомнения, лидером здесь является мостовая схема диодов, используемая во всевозможных выпрямителях (рисунок 4). Выглядеть она может по разному, принцип действия одинаков, думаю из рисунка все ясно. Кстати, последний вариант — условное обозначение диодного моста в целом. Применяется для упрощения обозначения двух предыдущих схем.

Далее несколько менее очевидных схем (для постоянного тока):

1. Диоды могут выступать как «развязывающие» элементы. Управляющие сигналы Упр1 и Упр2 объединяются в точке А, причем взаимное влияние их источников друг на друга отсутствует. Кстати, это простейший вариант реализации логической схемы «или».
2. Защита от переполюсовки (жаргонное — «защита от дураков»). Если существует возможность неправильного подключения полярности напряжения питания эта схема защищает устройство от выхода из строя.
3. Автоматический переход на питание от внешнего источника. Поскольку диод «открывается», когда напряжение на нем достигнет Uоткр, то при Uвнеш <Uвн+Uоткр питание осуществляется от внутреннего источника, иначе — подключается внешний.

© 2012-2019 г. Все права защищены.

Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

eltechbook.ru

параметры и схема :: SYL.ru

Выпрямительный диод — это диод на основе полупроводникового материала, который предназначен для того, чтобы преобразовывать переменный ток в постоянный. Правда, этой функцией сфера применения этих радиодеталей не исчерпывается: они применяются для коммутации, в сильноточных схемах, где нет жесткой регламентации временных и частотных параметров электрического сигнала.

Классификация

В соответствии со значением прямого тока, который является максимально допустимым, выпрямительный диод может иметь малую, среднюю и большую мощности:

• малой — выпрямляют прямой ток до 300 mA;
• выпрямительные диоды средней мощности — от 300 mA до 10 А;
• большой — более 10 А.

Германий или кремний

По применяемым материалам они бывают кремниевые и германиевые, однако более широкое применение нашли кремниевые выпрямительные диоды благодаря своим физическим свойствам.

У них обратные токи в несколько раз меньше, чем в германиевых, в то время как напряжение одинаково. Это дает возможность добиваться в полупроводниках очень высокой величины допустимых обратных напряжений, которые могут составлять до 1000-1500 В. В германиевых диодах этот параметр находится в диапазоне 100-400 В.

Кремниевые диоды способны сохранять работоспособность в диапазоне температур от -60 ºС до +150 ºС, а германиевые – только от -60 ºС до +85 ºС. Это происходит потому, что когда температура становится выше 85 ºС, количество образовавшихся электронно-дырочных пар достигает таких величин, что резко увеличивается обратный ток, и выпрямитель перестает работать эффективно.

Технология изготовления

Выпрямительный диод по конструкции представляет пластину полупроводникового кристалла, в теле которой имеются две области, имеющие разную проводимость. Это послужило причиной того, что их называют плоскостными.

Полупроводниковые выпрямительные диоды делаются так: на области кристалла полупроводника, имеющей проводимость n-типа, происходит расплавление алюминия, индия или бора, а на область кристалла с проводимостью p-типа расплавляется фосфор.

При воздействии высоких температур эти два вещества накрепко сплавляются с полупроводниковой основой. Кроме того, атомы этих материалов диффундируют внутрь кристалла с образованием в нем области с преимущественно электронной или дырочной проводимостью. В итоге образуется полупроводниковый прибор, имеющий две области с различного типа электропроводностью, а между ними образован p-n-переход. Таков принцип работы подавляющего большинства плоскостных диодов из кремния и германия.

Конструкция

Для того чтобы организовать защиту от воздействий извне, а также добиться надежного отвода тепла, кристалл, имеющий p-n-переход, монтируется в корпусе.
Диоды, имеющие малую мощность, производят в корпусе из пластмассы, снабдив гибкими внешними выводами. Выпрямительные диоды средней мощности имеют металлостеклянный корпус уже с жесткими внешними выводами. Детали большой мощности размещаются в корпусе из металлостекла или металлокерамики.

Кремниевые или германиевые кристаллы с p-n-переходом припаивают к кристаллодержателю, который одновременно служит основанием корпуса. К нему же приваривают корпус, имеющий стеклянный изолятор, сквозь который идет вывод одного из электродов.

Диоды малой мощности, которые имеют сравнительно малые габариты и вес, обладают гибкими выводами, при посредстве которых монтируются в схемах.

Поскольку токи, с которыми работают полупроводники средней мощности и мощные выпрямительные диоды, достигают значительных величин, их выводы намного мощнее. Нижняя их часть выполнена в виде массивного основания, отводящего тепло, оснащенного винтом и внешней поверхностью плоской формы, которая призвана обеспечивать надежный тепловой контакт с внешним радиатором.

Характеристики

Каждый тип полупроводников имеет свои рабочие и предельные параметры, которые подбирают для того, чтобы обеспечить работу в какой-либо схеме.

Параметры выпрямительных диодов:

• I прям max – прямой ток, который максимально допустим, А.
• U обрат max – обратное напряжение, которое максимально допустимо, В.
• I обрат – обратный ток постоянный, мкА.
• U прям – прямое напряжение постоянное, В.
• Рабочая частота, кГц.
• Температура работы, С.
• Р max – рассеиваемая на диоде мощность, которая максимально допустима.

Характеристики выпрямительных диодов далеко не исчерпываются данным списком. Однако для выбора детали обычно их бывает достаточно.

Схема простейшего выпрямителя переменного тока

Рассмотрим, как работает схема (выпрямительный диод играет в ней главную роль) примитивного выпрямителя.

На его вход подается сетевое переменное напряжение с положительными и отрицательными полупериодами. К выходу выпрямителя подключается нагрузка (R нагр.), а функцию элемента, выпрямляющего ток, выполняет диод (VD).

Положительные полупериоды напряжения, поступающие на анод, вызывают открывание диода. В это время через него, а следовательно через нагрузку (R нагр.), которая питается от выпрямителя, протекает прямой ток (I прям.).

Отрицательные полупериоды напряжения, поступающие на анод диода, вызывают его закрывание. По цепи протекает небольшой обратный ток диода (I обр.). Здесь диод производит отсекание отрицательной полуволны переменного тока.

В результате выходит, что через подключенную к сети нагрузку (R нагр.), через диод (VD), теперь проходит пульсирующий, а не переменный ток одного направления. Ведь он может проходить исключительно в положительные полупериоды. В этом и заключается смысл выпрямления переменного тока.

Однако такое напряжение может запитать только нагрузку малой мощности, которая питается от сети переменного тока и не предъявляет серьезных требований к питанию, к примеру, лампы накаливания.

Лампа будет пропускать напряжение лишь при прохождении положительных импульсов, вследствие этого электроприбор подвергается слабому мерцанию, имеющему частоту 50 Гц. Правда, вследствие того, что нить подвержена тепловой инертности, она не сможет до конца остывать в перерывах между импульсами, а значит, мерцание будет почти не заметно.

В случае если такое напряжение подать на усилитель или приемник мощности, то в громкоговорителе будет слышен звук низкой частоты (частотой 50 Гц), который называется фоном переменного тока. Этот эффект происходит по причине того, что пульсирующий ток во время прохождения через нагрузку наводит в ней пульсирующее напряжение, порождающее фон.

Подобный недостаток в какой-то мере устраняется, если параллельно нагрузке включить фильтрующий конденсатор (C фильтр), емкость которого достаточно велика.

Конденсатор будет заряжаться импульсами тока при положительных полупериодах, и разряжаться через нагрузку (R нагр.) при отрицательных полупериодах. При достаточной емкости конденсатора за время, которое проходит между двумя импульсами тока, он не успеет полностью разрядиться, а следовательно, на нагрузке (R нагр.) будет постоянно находиться ток.

Но даже таким, относительно сглаженным, током также не следует питать нагрузку, ведь она будет продолжать фонить, потому что величина пульсаций (U пульс.) пока еще достаточно серьезна.

Недостатки

В выпрямителе, работу которого мы только что разобрали, с пользой применяется лишь половина волн переменного тока, вследствие этого на нем происходит потеря более чем половины входного напряжения. Такой вид выпрямления переменного тока получил название однополупериодного, а выпрямители, которые используют этот вид выпрямления, называются однополупериодными. Недостатки однополупериодных выпрямителей успешно устранены в выпрямителях, использующих диодный мост.

Диодный мост

Диодный мост – это компактная схема, которая составлена из четырех диодов, и служит цели преобразования переменного тока в постоянный. Мостовая схема дает возможность пропускать ток в каждом полупериоде, что выгодно отличает ее от однополупериодной. Диодные мосты производятся в форме сборок небольшого размера, которые заключены в корпус из пластмассы.

На выходе корпуса такой сборки имеются четыре вывода с обозначениями «+», «—» или «~», указывающими на назначение контактов. Однако диодные мосты встречаются и не в сборке, нередко они собираются прямо на печатной плате путем включения четырех диодов. Выпрямитель, который выполняется на диодном мосте, называется двухполупериодным.

www.syl.ru

Выпрямительные диоды

Назначение.

Диоды, предназначенные для преобразования переменного тока в постоянный, к быстродействию, емкости р-n– перехода и стабильности параметров которых обычно не предъявляют специальных требований, называютвыпрямительными.

В качестве выпрямительных диодов используют сплавные эпитаксиальные и диффузионные диоды, выполненные на основе несимметричных р-n– переходов.

В выпрямительных диодах применяются также и p-i– переходы, использование которых позволяет снизить напряженность электрического поля в

р-n– переходе и повысить значение обратного напряжения, при котором начинается пробой. Для этой же цели иногда используютp⁺—p— илиn⁺—n – переходы. В таких диодах успешно разрешаются противоречивые требования, состоящие в том, чтово-первых,для получения малых обратных токов, малого падения напряжения в открытом состоянии и температурной стабильности характеристик необходимо применять материал с возможно малым удельным сопротивлением;во-вторых,для получения высокого напряжения пробоя и малой емкостир-n– перехода необходимо применять полупроводник с высоким удельным сопротивлением.

Эпитаксиальные диоды обычно имеют малое падение напряжения в открытом состоянии и высокое пробивное напряжение.

Для выпрямительных диодов характерно, что они имеют малые сопротивления в проводящем состоянии и позволяют пропускать большие токи. Барьерная емкость их из-за большой площади р-n– переходов велика и достигает значений десятков пикофарад.

Германиевые выпрямительные диоды могут быть использованы при температурах, не превышающих 70 – 80 ^оC, кремниевые – до 120 – 150^оС, арсенид-галлиевые – до 150

оС.

Основные параметры.

1. Максимально допустимое обратное напряжение диода — значение напряжения, приложенного в обратном направлении, которое диод может выдержать в течение длительного времени без нарушения его работоспособности (десятки – тысячи В).

2. Средний выпрямленный ток диода — среднее за период значение выпрямленного постоянного тока, протекающего через диод (сотни мА – десятки А).

3. Импульсный прямой ток диода — пиковое значение импульса тока, при заданной максимальной длительности, скважности и формы импульса.

4. Средний обратный ток диода — среднее за период значение обратного тока (доли мкА – несколько мА).

5. Среднее прямое напряжение диода при заданном среднем значении прямого тока (доли В).

6. Средняя рассеиваемая мощность диода — средняя за период мощность, рассеиваемая диодом, при протекании тока в прямом и обратном направлениях (сотни мВт – десятки и более Вт).

7. Дифференциальное сопротивление диода — отношение приращения напряжения на диоде к вызвавшему его малому приращению тока (единицы – сотни Ом).

Импульсные диоды

Назначение.

Импульсные диоды имеют малую длительность переходных процессов и предназначены для работы в импульсных цепях. От выпрямительных диодов они отличаются малыми емкостями р-n– перехода (доли пикофарад) и рядом параметров, определяющих переходные характеристики диода. Уменьшение емкостей достигается за счет уменьшения площадир-n– перехода, поэтому допустимые мощности рассеивания у них невелики (30 – 40 мВт).

Основные параметры.

1. Общая емкость диода (доли пФ – несколько пФ).

2. Максимальное импульсное прямое напряжение .

3. Максимально допустимый импульсный ток .

4. Время установления прямого напряжения диода — интервал времени от момента подачи импульса прямого тока на диод до достижения заданного значения прямого напряжения на нем – зависит от скорости движения внутрь базы инжектированных через переход неосновных носителей заряда, в результате которого наблюдается уменьшение ее сопротивления (доли нс – доли мкс).

5. Время восстановления обратного сопротивления диода — интервал времени, прошедший с момента прохождения тока через нуль (после изменения полярности приложенного напряжения) до момента, когда обратный ток достигает заданного малого значения (порядка 0,1I, гдеI– ток при прямом напряжении;— доли нс – доли мкс).

Наличие времени восстановления обусловлено зарядом, накопленным в базе диода при инжекции. Для запирания диода этот заряд должен быть «ликвидирован». Это происходит за счет рекомбинаций и обратного перехода неосновных носителей заряда в эмиттер. Последнее приводит к увеличению обратного тока.

По истечении времени t₁обратный ток диода уменьшится до своего статического значения.

Изменение его прекратится в момент полного рассасывания заряда, накопленного в базе.

_________________________________________________________________________________

В быстродействующих импульсных диодах широко используют диоды Шотки, в которых переход выполнен на основе контакта металл – полупроводник. У этих диодов не затрачивается время на накопление и рассасывание зарядов в базе, их быстродействие зависит только от скорости процесса перезарядки барьерной емкости. ВАХ диодов Шотки напоминает характеристику диодов на основе р-n – переходов. Конструктивно диоды Шотки выполняют в виде пластины низкоомного кремния, на которую нанесена эпитаксиальная пленка с электропроводностью того же типа. На поверхность пленки вакуумным напылением нанесен слой металла. Диоды Шотки применяют также в выпрямителях больших токов и в логарифмирующих устройствах.

studfiles.net

ИМПУЛЬСНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ ДИОДЫ

Для импульсных источников питания наиболее подходят диоды с оптимизированными собственными ёмкостью и временем, требующимся на то, чтобы обратное сопротивление восстановилось. Достижение необходимого показателя по первому параметру происходит при уменьшении длины и ширины p-n — перехода, это соответственно сказывается и на уменьшении допустимых мощностей рассеивания.

ВАХ импульсного диода

Величина барьерной ёмкости у диода импульсного типа в большинстве случаев составляет меньше 1 пФ. Время жизни неосновных носителей не превышает 4 нс. Для диодов данного типа характерна способность к пропусканию импульсов продолжительностью не более микросекунды при токах с широкой амплитудой. Обычные диоды или вообще не работают с ИБП, или сильно перегреваются и резко ухудшают свои параметры, поэтому нужны специальные высокочастотные элементы — они же «фаст диоды». Далее приводятся их основные типы, наименования и характеристики, достаточные для радиолюбительской практики.

Справочник импортным по импульсным диодам

Диоды Шоттки в импульсных БП

Высокоэффективные выпрямительные диоды

Другие диоды Шоттки

Кремниевые импульсные диоды

Быстровосстанавливающиеся диоды

Быстродействующие выпрямительные диоды

Типы корпусов диодов

Все эти диоды предназначены для частот в несколько десятков килогерц и используются в выпрямителях импульсных блоков питания. Естественно их можно ставить в обычные трансформаторные БП на 50 Гц.

   Форум и справочная информация

   Обсудить статью ИМПУЛЬСНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ ДИОДЫ

radioskot.ru

Выпрямительные свойства диодов. | Электрознайка. Домашний Электромастер.

    ♥ Работа полупроводниковых выпрямительных диодов основана на свойстве p – n перехода пропускать ток только в одном направлении. Выпрямительные диоды в основном изготавливаются на основе минералов германия и кремния.
Полупроводниковый диод нелинейный элемент.
     ♥ Он имеет две ветви на вольтамперной характеристике — работа диода при прохождении электрического тока через диод в прямом и обратном направлении.

      ♥ первая ветвь – это работа диода в прямом направлении.

  Напряжение Uпр изменяется от 0 до 1,5 вольта.
На этой ветви выделяются три участка:
     1) при возрастании напряжения Uпр (точки 0 — 1) ток изменяется незначительно (почти линейный участок).
     2) нелинейный участок (точки 1 — 2) рабочий участок, используется для выпрямления тока, а так же в устройствах для преобразования частот.
     3) при незначительном увеличении напряжения Uпр (точки 2-3) ток диода резко увеличивается.
Это явление используется в схемах стабилизации тока – напряжения.

       ♥ вторая ветвь — работа диода в «запертом» состоянии.

     На диод подано обратное напряжение Uобр. Под действием обратного напряжения возникает барьерный (запорный) слой, толщиной около 10 (-4) мм., не пропускающий электрический ток. Обратный ток диода Iобр очень мал.
      При превышении максимально допустимого рабочего напряжения, обратный ток диода увеличивается. Начинается обратимый электрический пробой, p — n переход начинает постепенно разогреваться.
Если в этот момент уменьшить обратное напряжение, обратный ток уменьшится до допустимой величины и пробоя не произойдет.
    При превышении температуры диода свыше допустимой величины ( для германия +75 град., для кремния +150 град.), наступает необратимый тепловой пробой. Диод выходит из строя.

Основные электрические параметры, характеризующие полупроводниковый диод.

    ♥ Напряжение и ток в прямом направлении:

    Uпр — постоянное прямое напряжение, обусловленное постоянным прямым током Inp.
У диодов одинаковой мощности, при одном и том же максимальном прямом токе Iпр, через германиевый и кремниевый диоды, падение напряжения на p – n переходе:
     — для германия Uпр = 0,3 – 0,7 вольта,
     — для кремния Uпр = 1,0 – 1,5 вольта.
     Inp — средний прямой ток – среднее за период значение прямого тока.

     Допустимый прямой ток уменьшается с увеличением температуры и частоты следования тока.
В мощных диодах прямой ток может достигать 100 ампер и более.
     Электрическая мощность рассеиваемая на кремниевом диоде в режиме максимального прямого тока, в 1,5 – 2,0 раза выше, чем на германиевом.
     Чтобы не превысить максимально допустимую рабочую температуру диода, при которой может произойти тепловой пробой, диод ставят на радиатор.
     В выпрямительных устройствах на низке напряжения и большие токи выгоднее применять германиевые диоды.

    ♥ Напряжение и ток в обратном направлении.

    Uобр — максимально допустимое постоянное обратное напряжение — это напряжение, в течение длительного времени выдерживаемое диодом без опасного теплового пробоя.
     Максимальное обратное напряжение Uобр, в зависимости от типа диода, может быть величиной:
     — у германиевого диода,  до 100 – 400 вольт;
     — у кремниевого диода,  до 1000 – 1500 вольт.
    Iобр — Обратный ток через диод, при максимальном обратном напряжении, очень мал и составляет для германия около 1 милиампера, для кремния около 1 микроампера.

    ♥ Рабочая частота.
    fmax — Максимально допустимая частота — наибольшая частота подводимого напряжения, при которых обеспечивается надежная работа диода.
     Рабочая частота выпрямительных диодов обычно не превышает 1 килогерца.
В мощных преобразователях частоты, применяются специальные диоды на рабочие частоты до 100 килогерц.

Рекомендуется использовать диоды при рабочих напряжениях и токах не выше 80% от их рабочих значений, указанных в инструкции к применению.

domasniyelektromaster.ru

Выпрямительные диоды: Параметры выпрямительных диодов

Выпрямительные диоды характеризуются статическими (\(U_{пр}\), \(I_{пр}\)), динамическими (\(I_{пр ср}\), \(U_{пр ср}\), \(I_{обр ср}\), \(U_{обр ср}\), \(f_р\), \(R_д\), \(C_д\)) и предельно допустимыми параметрами (\(I_{пр ср max}\), \(P_{д max}\), \(U_{обр max}\), \(U_{обр и max}\), \(T_{п max}\), \(I_{и max}\)). Для выпрямительных диодов большое значение имеет характер нагрузки (активная, емкостная или индуктивная), влияющий на форму и значение протекающего тока, т.е. определяющий режим работы диода. Обратное напряжение (\(U_{обр max}\), \(U_{обр и п max}\), \(U_{обр и нп max}\)). Величина \(U_{обр max}\) соответствует максимально допустимому постоянному обратному напряжению, при котором диод может эксплуатироваться в течение всего срока службы. \(U_{обр и п max}\) — максимально допустимое импульсное повторяющееся напряжение. При непрерывно приложенном переменном импульсном напряжении \(U_{обр и п max}\) гарантируется долговременная работоспособность диода, например, в выпрямителе. Значение неповторяющегося импульсного обратного напряжения (\(U_{обр и нп max}\)) определяет перегрузочную способность диода по напряжению. Неповторяющееся переходное напряжение обусловливается обычно внешней причиной, и предполагается, что его действие исчезает полностью до появления следующего переходного напряжения. В документации на некоторые типы выпрямительных диодов установлено только одно из перечисленных допустимых значений напряжений: \(U_{обр и п max}\) либо \(U_{обр max}\). При этом следует иметь в виду, что при установлении нормы только на \(U_{обр max}\) допускается работа диода и при \(U_{обр и п max}\), равном \(U_{обр max}\), а при установлении нормы только на \(U_{обр и п max}\) постоянное рабочее напряжение следует снижать на 30…40% по сравнению с \(U_{обр и п max}\), например, при работе диода в резервируемых источниках питания постоянного тока. Каждое из перечисленных значений напряжения устанавливается, как правило, для всего диапазона рабочих температур. Прямой ток (\(I_{пр max}\), \(I_{пр ср max}\)). Для прямого тока, в зависимости от условий эксплуатации диодов, также может нормироваться несколько его значений. Максимально допустимый прямой постоянный ток (\(I_{пр max}\)) в основном приводится для диодов малой мощности. Обычно наряду с \(I_{пр max}\) или вместо него указывается максимально допустимый средний ток (\(I_{пр ср max}\)), который важен при применении диодов в выпрямителях. Следует иметь в виду, что приводимые в технической документации средние значения токов выпрямительных диодов соответствуют их работе на активную нагрузку, при угле проводимости тока \(\beta = {180^{\circ}}\). Значение этого тока гарантируется на основании проводимых на предприятиях-изготовителях испытаний в течение заданного времени в указанном режиме. В этом случае максимальное амплитудное значение тока составляет \(3,14 \cdot I_{пр ср max}\), а его действующее значение — \(1,57 \cdot I_{пр ср max}\). При работе диодов в выпрямителях на активно-емкостную нагрузку амплитудное и действующее значения тока могут значительно превышать их нормированное значение при активной нагрузке, поскольку угол проводимости в этом случае может уменьшаться (рис. 2.3‑2). Так, например, при допустимом коэффициенте пульсаций на выходе выпрямителя 0,1% максимальное амплитудное значение тока выпрямительных диодов (\(I_{пр и п}\)) может достигать \(15 \cdot I_{пр ср max}\), а действующее значение — \(3,5 \cdot I_{пр ср max}\), хотя среднее его значение будет оставаться равным \(I_{пр ср max}\). Поэтому при разработке радиоэлектронной аппаратуры в целях исключения перегрузки диодов по величине действующего и амплитудного значений токов и их перегрева при работе на активно-емкостную нагрузку значение среднего тока через каждый диод следует снижать не менее чем в 2,2 раза по сравнению с заданным в технической документации значением \(I_{пр ср max}\) диода. Практически, для однополупериодного выпрямителя и выпрямителя с удвоением напряжения каждый диод необходимо выбирать на ток \(I_{пр ср max} \ge {2,2} \cdot I_{н max}\), а для двухполупериодного выпрямителя, соответственно, на \(I_{пр ср max} \ge {1,1} \cdot I_{н max}\), где \(I_{н max}\) — максимальное значение тока нагрузки выпрямителя.   Рис. 2.3-2. Диаграммы напряжений и токов однофазного двухполупериодного выпрямителя при активно-емкостной нагрузке   Допустимая величина среднего прямого тока зависит также от температуры корпуса или окружающей среды и частоты повторения импульсов. В качестве примера на рис. 2.3‑3 показана зависимость от температуры, а на рис. 2.3‑8 — от частоты.   Рис. 2.3-3. Зависимость прямого среднего тока выпрямительных диодов от темперетуры   Ток перегрузки и ударный ток (\(I_{прг max}\), \(I_{пр уд max}\)). При разработке выпрямителей следует учитывать ток перегрузки диодов. Существующие диоды нормируются следующими параметрами по току перегрузки: \(I_{прг max}\) — максимально допустимый ток перегрузки и \(I_{пр уд max}\) — ударный ток. Ток перегрузки важен для начального включения диодов выпрямителя на емкостную нагрузку, когда емкость фильтра выпрямителя не заряжена (рис. 2.3‑4).   Рис. 2.3-4. Ток перегрузки диодов в момент включения выпрямителя на активную емкостную нагрузку   Максимальный ток перегрузки примерно может быть рассчитан по формуле: \(\newcommand{\slfrac}[2]{\left.#1\right/#2}I_{прг max} \approx {1,41} \cdot \slfrac{U_{тр}}{ \left( R_{1 тр} \cdot n + R_{2 тр} + r_{дин} \right)} \), где \(U_{тр}\) — напряжение вторичной обмотки трансформатора, \(R_{1 тр}\) — сопротивление первичной обмотки трансформатора, \(R_{2 тр}\) — сопротивление вторичной обмотки трансформатора, \(n\) — коэффициент трансформации (для понижающего трансформатора он меньше единицы), \(r_{дин}\) — динамическое сопротивление диода. Максимально допустимый ударный ток в основном указывается для силовых диодов как значение тока короткого (аварийного) замыкания нагрузки и служит для выбора устройств защиты диодов, например, с помощью плавких предохранителей. При этом оценка защищенности диодов определяется защитным показателем \( \huge{\int} \normalsize {{I^2}_{пр уд max} \operatorname{d}t} \). Во всех случаях показатель защищенности диода должен быть больше аналогичного показателя устройства защиты. Обычно воздействие тока \(I_{пр уд max}\) допускается лишь ограниченное число раз, в отличие от \(I_{прг max}\), число импульсов перегрузки которого не нормируется. Допустимые значения \(I_{прг max}\) и \(I_{пр уд max}\) зависят от длительности импульса перегрузки (\(t_{прг}\)) и температуры (рис. 2.3‑5, 2.3‑6, 2.3‑7).   Рис. 2.3-5. Зависимость допустимой амплитуды тока перегрузки от температуры корпуса   Рис. 2.3-6. Зависимость допустимой амплитуды тока перегрузки от длительности импульса   Рис. 2.3-7. Зависимость допустимой амплитуды ударного тока от длительности импульса при различной температуре перехода   Граничная рабочая частота (\(f_р\)). При повышении частоты приложенного напряжения выше граничного для конкретного диода значения \(f_р\), которое носит название граничной рабочей частоты, выпрямляющие свойства диода ухудшаются, значение выпрямленного тока уменьшается (падает эквивалентное сопротивление \(p\)-\(n\)-перехода), потери в диоде увеличиваются и он значительно разогревается. Таким образом, с повышением частоты максимально допустимый средний прямой ток уменьшается. На рис. 2.3‑8 показана типичная зависимость среднего прямого тока выпрямительного диода от частоты приложенного напряжения.   Рис. 2.3-8. Зависимость максимально допустимого прямого среднего тока от частоты   В таб. 2.3‑1 приведен полный перечень специальных параметров выпрямительных диодов. Помимо описанных выше величин этот список включает также некоторые характеристики рассеиваемой мощности в различных режимах работы диода, некоторые токовые характеристики и др.   Таб. 2.3-1. Специальные параметры выпрямительных диодов      < Предыдущая   Следующая >

www.club155.ru

📌 Выпрямительный диод — это… 🎓 Что такое Выпрямительный диод?

Аналогия между работой обратного клапана и диода Эффект односторонней проводимости показан в зависимости от полярности подключения диода на схеме

Выпрями́тельные дио́ды — диоды, предназначенные для преобразования переменного тока в постоянный. На смену электровакуумным диодам и игнитронам пришли диоды из полупроводниковых материалов и диодные мосты (четыре диода в одном корпусе). Обычно к быстродействию, ёмкости p-n перехода и стабильности параметров выпрямительных диодов не предъявляют специальных требований.^{[источник не указан 406 дней]}

Электрические параметры

Основные параметры выпрямительных диодов:

• среднее прямое напряжение Uпр.ср. при указанном токе Iпр.ср.;
• средний обратный ток Iобр.ср. при заданных значениях обратного напряжения Uобр и температуры;
• допустимое амплитудное значение обратного напряжения Uобр.макс.;
• средний прямой ток Iпр.ср.;
• частота без снижения режимов.

Частотный диапазон выпрямительных диодов невелик. При преобразовании промышленного переменного тока рабочая частота составляет 50 Гц, предельная частота выпрямительных диодов не превышает 20 кГц.

По максимально допустимому среднему прямому току диоды делятся на три группы: диоды малой мощности (Iпр.ср. ≤ 0,3 А), диоды средней мощности (0,3 А < Iпр.ср. < 10 А) и мощные (силовые) диоды (Iпр.ср. ≥ 10 А).

В состав параметров диодов входят диапазон температур окружающей среды (для кремниевых диодов обычно от -60 до +125 °С) и максимальная температура корпуса.

Среди выпрямительных диодов следует особо выделить диоды Шотки, создаваемые на базе контакта металл-полупроводник и отличающиеся более высокой рабочей частотой (для 1 МГц и более), низким прямым падением напряжения (менее 0,6 В).

Мостовая схема включения диодов

Для повышения коэффициента полезного действия выпрямительные диоды включают по мостовой (реже полумостовой) схеме, чтобы питание нагрузки осуществлялось на протяжении обоих полупериодов.

См. также

Примечания

Ссылки

dic.academic.ru