Силовые диоды малой средней и большой мощности

Вольт амперная характеристика германиевого диода, устройство диодов

Силовые диоды малой средней и большой мощности

Как и любой полупроводниковый диод, германиевый состоит из двух, контактирующих друг с другом, частей с различными легирующими примесями. Место контакта – это особая область, в ней образуется так называемый потенциальный барьер, определяющий все свойства прибора.

Для того, чтобы диод вообще мог работать, приходится принимать особые меры по очистке германия Ge от примесей. Материал должен иметь почти идеальную кристаллическую решетку, в которую вводятся легирующие донорные (с избытком электронов) или акцепторные (с недостатком электронов) примеси. После донорного легирования говорят о n-проводимости, а после акцепторного – о p-проводимости.

Как работает диод

В качестве n-примесей для германия используют сурьму Sb, а в качестве p-примесей – галлий Ga. Атомы сурьмы при этом проявляют валентность, равную пяти, а атомы галлия – трем.

Что это означает? При соединении с четырехвалентным германием в n-материале появляются лишние электроны, а в p-материале вакантные места для них, называемые просто дырками.

На границе между  p и n материалами возникает разность потенциалов, диффузионный ток и потенциальный барьер, имеющий свойства односторонней проводимости. Этот слой называют p-n переходом.

Нужно отметить, что концентрации легирующих примесей чрезвычайно малы и должны дозироваться с высокой точностью

Вольт-амперная характеристика (ВАХ)

На рисунке изображена зависимость тока через германиевый диод средней мощности от приложенного к нему напряжения и графический символ для принципиальных схем (К – катод, А – анод).

В области прямого тока диод отпирается когда преодолен потенциальный барьер и в дальнейшем ток возрастает приблизительно по экспоненте (уравнение Шокли для идеального диода). Чрезмерный прямой ток может вызвать тепловой пробой.

Обратный ток характеризуется очень малой величиной, порядка единиц-десятков мкА. Однако при слишком большом обратном напряжении может возникнуть электрический пробой.

Оба вида пробоя необратимо разрушают p-n переход и прибор становится непригодным.

Область применения и история

Германиевые диоды применяются для выпрямления переменных напряжений, переменных составляющих пульсирующих напряжений, в различных нелинейных схемах: амплитудные детекторы, частотные и фазовые дискриминаторы, смесители, ограничители напряжения, логарифмирующие цепи обратных связей операционных усилителей (компрессоры, экспандеры аналоговых сигналов, логарифмирующие усилители для измерений в децибелах).

В связи с переходом на цифровые методы обработки сигналов, данные области применения германиевых (да и кремниевых) диодов сокращаются. Что касается кремния, то он начал интенсивно вытеснять германий из полупроводниковой промышленности уже в 1970-х годах, еще в доцифровую эпоху.

Исторически именно германий был первым промышленным материалом для изготовления диодов и транзисторов.

Германиевые приборы резко потеснили электронные лампы, поскольку имеют значительно меньшие габариты и не потребляют энергии для нити накала.

К недостаткам полупроводникового диода следует отнести тепловой шум носителей заряда, чем не страдали лампы. Однако, в большинстве случаев, этим оказалось возможно пренебречь.

Самые первые приборы содержали кристалл германия и металлическое острие, упирающееся в этот кристалл. (Нетрудно догадаться, что германий должен иметь p-тип проводимости.

) В месте контакта возникал полупроводниковый p-n барьер. Сборка заключалась в стеклянный или металлостеклянный корпус.

Такой диод имел очень маленькую собственную емкость и хорошо работал в качестве детекторов, в области высоких частот и малых сигналов.

Мощные германиевые диоды, выпрямители

Для изготовления полупроводникового перехода в диодах, – это основа основ работы прибора, – используются несколько основных методов: диффузия (сплавление n и p-легированных материалов) и планарная эпитаксия.

Первый метод считается устаревшим и сейчас не применяется. При его использовании не удавалось снизить емкость запертого перехода, и это значительно ограничивало верхнюю рабочую частоту диода.

На низкой частоте, например, промышленной 50-60 Гц, диоды вполне успешно работали в мощных выпрямителях.

Позже появился метод ионного легирования тонких кристаллов (планарная эпитаксия) и удалось значительно повысить диапазон частот, так как при новом методе паразитная емкость, о которой только что говорилось, оказалась, соответственно, ниже. Это никак не повлияло на мощность приборов, о чем еще будет сказано дальше.

Устройство диодов

Об устройстве первых диодов уже говорилось. Диффузионные приборы изготавливали вплавлением капли материала n-проводимости в каплю большего размера из материал p-проводимости или наоборот.

“Большая капля” часто охлаждалась теплоотводом в мощных приборах.

Для защиты диода от повреждений его заключали в герметичный, по возможности теплоотводящий корпус из металла со стеклянным изолятором и вторым электродом.

Планарные диоды часто имеют совсем другую, более современную конструкцию. Это тонкий плоский кристалл на охлаждающей подложке, подвергнутый сложной фото- и химической обработке, и облученный ионами из легирующей пушки. “Фото” – это уже устарело, используют не свет, а жесткие УФ-лучи или рентген.

Принцип напоминает традиционную фотографию: засвечивание и легирование производится через шаблоны с последующими травлениями (подобными проявке для фото). Мощные диоды могут получать, соединяя параллельно несколько других.

Это делает тепловую нагрузку равномерной по подложке. Фактически это та же технология, по которой производят микросхемы. Поэтому современные мощные диоды выполняют в корпусах из реактопластов с металлическими теплоотводами.

Параметры германиевого диода

Возьмем, для примера, типичный германиевый диод средней мощности. Он имеет следующие характеристики, важные для практики:

  • Наибольший прямой ток, Iпр.                            = 10 А
  • Прямое напряжение, Uпр.                                   = 0.35 В
  • Максимальная рабочая температура, °C            = 70
  • Наибольшее обратное напряжение, Uоб.          = 50 В
  • Обратный ток, Iобр.                                             = < 2.5 мА
  • Емкость, Cd.                                                          = не нормируется
  • Максимальная рабочая частота, Fmax.               = 1000 Гц

Следует отметить, что силовые германиевые диоды в настоящее время не используются и являются большой редкостью. Они полностью вытеснены кремниевыми, как имеющими несравнимо лучшие характеристики, особенно по времени переключения, что очень важно при имеющейся тенденции постоянного возрастания рабочих частот силовых преобразователей самого различного назначения.

Предупреждение о возможной опасности при использовании электроприборов. Помните, что некоторые действия при отсутствии специального образования могут быть связаны с риском.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта Электронщик, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Делитесь информацией в соцсетях, ставьте лайки, если вам понравилось – это поможет развитию канала

Выпрямительный диод – виды, принцип работы и применение

Силовые диоды малой средней и большой мощности

Существует немало устройств, созданных с целью преобразования электрического тока, и выпрямительные диоды – одни из них.

Выпрямительный диод – преобразователь тока переменного в постоянный. Является одним из видов полупроводников. Широкое применение получил благодаря основной характеристике – переводу электрического тока строго в одном направлении.

Принцип действия

Необходимый эффект при работе устройства создают особенности p-n перехода. Заключаются в том, что рядом с переходом двух полупроводников встраивается слой, который характеризуется двумя моментами: большим сопротивлением и отсутствием носителей заряда.

Далее при воздействии на данный запирающий слой переменного напряжения извне толщина его уменьшается и впоследствии исчезает. Возрастающий во время этого ток и является прямым током, который проходит от анода к катоду.

В случае перемены полярности внешнего переменного напряжения запирающий слой будет больше, и сопротивление неминуемо возрастет.

ВАХ выпрямительного диода (вольт-амперная характеристика) также дает представление о специфике работы выпрямителя и является нелинейной. Выглядит следующим образом: существует две ветви – прямая и обратная. Первая отражает наибольшую проводимость полупроводника при возникновении прямой разницы потенциалов. Вторая указывает на значение низкой проводимости при обратной разнице потенциалов.

Вольт-амперные характеристики выпрямителя прямо пропорциональны температуре, с повышением которой разность потенциалов сокращается. Электрический ток не пройдет через устройство в случае низкой проводимости, но лавинный пробой происходит в случае возросшего до определенного уровня обратного напряжения.

Использование сборки

При эксплуатации выпрямительного полупроводникового диода польза извлекается только из половины волн переменного тока, соответственно, безвозвратно теряется более половины входного напряжения.

С целью улучшить качество преобразования переменного тока в постоянный используется сборка из четырех устройств – диодный мост. Выгодно отличается тем, что пропускает ток на протяжении каждого полупериода. Диодные мосты производят в виде комплекта, заключенного в пластиковый корпус.

Принципиальная схема диодного моста

Физико-технические параметры

Основные параметры выпрямительных диодов базируются на таких значениях:

  • максимально допустимом значении разницы потенциалов при выпрямлении тока, при котором устройство не выйдет из строя;
  • наибольшем среднем выпрямленном токе;
  • наибольшем значении обратного напряжения.

Выпрямители промышленность выпускает с разными физическими характеристиками. Соответственно, устройства имеют разную форму и способ монтажа. Разделяются при этом на три группы:

  1. Выпрямительные диоды большой мощности. Характеризуются пропускной способностью тока до 400 А и являются высоковольтными. Высоковольтные выпрямительные диоды производятся в корпусах двух видов –штыревом, где корпус герметичный и стеклянный, и таблеточном, где корпус из керамики.
  2. Выпрямительные диоды средней мощности. Обладают пропускной способность от 300 мА до 10А.
  3. Выпрямительные диоды малой мощности. Максимально допустимое значение тока – до 300 мА.

Выбор выпрямительных диодов

При приобретении устройства необходимо руководствоваться такими параметрами:

  • значениями вольт-амперной характеристики максимально обратного и пикового тока;
  • максимально допустимым обратным и прямым напряжением;
  • средней силой выпрямленного тока;
  • материалом прибора и типом монтажа.

В зависимости от физических характеристик на корпус устройства наносится соответствующее обозначение. Каталог с маркировкой выпрямительных диодов представлен в специализированном справочнике. Необходимо знать, что маркировка импортных аналогов отличается от отечественных.

Также стоит обратить внимание на то, что выпрямительные схемы отличаются по количеству фаз:

  1. Однофазные. Широко применяются для бытовых электроприборов. Существуют диоды автомобильные и для электродуговой сварки.
  2. Многофазные. Незаменимы для промышленного оборудования, общественного и специального транспорта.

Диод Шоттки

Отдельную позицию занимает диод Шоттки. Изобрели его в связи с растущими потребностями в развивающейся отрасли радиоэлектроники.

Основное отличие его от остальных диодов заключается в том, что в его конструкцию заложен металл-полупроводник как альтернатива p-n переходу.

Соответственно, диод Шоттки обладает своими, уникальными свойствами, которыми не могут похвастаться кремниевые выпрямительные диоды. Некоторые из них:

  • оперативная возобновляемость заряда благодаря его низкому значению;
  • минимальное падение напряжения на переходе при прямом включении;
  • ток утечки обладает большим значением.

При изготовлении диода Шоттки применяют такие материалы, как кремний и арсенид галлия, но иногда применяется и германий. Свойства материалов немного отличаются, но в любом случае, максимально допустимое обратное напряжение для выпрямителя Шоттки составляет не более 1200 V.

В противовес всем достоинствам конструкция данного вида имеет и минусы. Например, в сборке моста устройство категорически не воспринимает превышение обратного тока. Нарушение условия приводит к поломке выпрямителя. Также малое падение напряжения происходит при невысоком напряжении около 60-70 V. Если значение превышает этот показатель, то устройство превращается в обыкновенный выпрямитель.

Стоит отметить, что достоинства диода мощного выпрямительного Шоттки значительно превышают недостатки.

Диод-стабилитрон

Для стабилизации напряжения используют специальное приспособление, способное работать в режиме пробоя, – стабилитрон, зарубежное название которого «диод Зенера».

Выполняет свою функцию устройство, работая в режиме пробоя при напряжении обратного смещения.

Возрастание силы тока происходит в момент пробоя, одновременно опускается до минимума дифференциальное значение, вследствие чего напряжение стабильное и охватывает достаточно серьезный диапазон обратных токов.

Практическое использование выпрямительного диода

В связи с неудержимым развитием научно-технического прогресса применение выпрямителей затронуло все сферы жизнедеятельности человека. Диоды силовые выпрямительные эксплуатируются в таких узлах и механизмах:

  • в блоках питания главных двигателей транспортных средств (наземных, воздушных и водных), промышленных станков и техники, буровых установок;
  • в комплектации диодного моста для сварочных аппаратов;
  • в выпрямительных установках для гальванических ванн, используемых для получения цветных металлов или нанесения защитного покрытия на деталь или изделие;
  • в выпрямительных установках для очистки воды и воздуха, фильтрах различного рода;
  • для передачи электроэнергии на дальние расстояния посредством высоковольтной линии электропередач.

В повседневной жизни выпрямители используют в различных транзисторных схемах. Применяют в основном маломощные устройства как в виде однополупериодного выпрямителя, так и виде диодного моста. Например, диоды выпрямительного блока генератора хорошо известны автолюбителям.

Выпрямительный диод – виды, принцип работы и применение

Выпрямительные диоды: устройство, конструктивные особенности, характеристики

Силовые диоды малой средней и большой мощности

Основное предназначение выпрямительных диодов — преобразование напряжения. Но это не единственная сфера применения данных полупроводниковых элементов.

Их устанавливают в цепи коммутации и управления, используют в каскадных генераторах и т.д.

Начинающим радиолюбителям будет интересно узнать, как устроены эти полупроводниковые элементы, а также их принцип действия. Начнем с общих характеристик.

Устройство и конструктивные особенности

Основной элемент конструкции – полупроводник. Это пластина кристалла кремния или германия, у которого имеются две области р и n проводимости. Из-за этой особенности конструкции она получила название плоскостной.

При изготовлении полупроводника обработка кристалла производится следующим образом: для получения поверхности р-типа ее обрабатывают расплавленным фосфором, а р-типа – бором, индием или алюминием. В процессе термообработки происходит диффузия этих материалов и кристалла.

В результате образуется область с р-n переходом между двумя поверхностями с различной электропроводимостью. Полученный таким образом полупроводник устанавливается в корпус. Это обеспечивает защиту кристалла от посторонних факторов воздействия и способствует теплоотводу.

Конструкция (1), внешний вид (2) и графическое отображение выпрямительного диода(3)

Обозначения:

  • А – вывод катода.
  • В – кристалладержатель (приварен к корпусу).
  • С – кристалл n-типа.
  • D – кристалл р-типа.
  • E – провод ведущий к выводу анода.
  • F – изолятор.
  • G – корпус.
  • H – вывод анода.

Как уже упоминалось, в качестве основы р-n перехода используются кристаллы кремния или германия.

Первые применяются значительно чаще, это связано с тем, что у германиевых элементов величина обратных токов значительно выше, что существенно ограничивает допустимое обратное напряжение (оно не превышает 400 В). В то время как у кремниевых полупроводников эта характеристика может доходить до 1500 В.

Помимо этого у германиевых элементов значительно уже диапазон рабочей температуры, он варьируется в пределах от -60°С до 85°С. При превышении верхнего температурного порога резко увеличивается обратный ток, что отрицательно отражается на эффективности устройства. У кремниевых полупроводников верхний порог порядка 125°С-150°С.

Классификация по мощности

Мощность элементов определяется максимально допустимым прямым током. В соответствии этой характеристики принята следующая классификация:

  • Слаботочные выпрямительные диоды, они используются в цепях с током не более 0,3 А. Корпус таких устройств, как правило, выполнен из пластмассы. Их отличительные особенности – малый вес и небольшие габариты.Выпрямительные диоды малой мощности
  • Устройства, рассчитанные на среднюю мощность, могут работать с током в диапазоне 0,3-10 А. Такие элементы, в большинстве своем, изготавливаются корпусе из металла и снабжены жесткими выводами. На одном один из них, а именно на катоде, имеется резьба, позволяющая надежно зафиксировать диод на радиаторе, используемого для отвода тепла.Выпрямительный диод средней мощности
  • Силовые полупроводниковые элементы, они рассчитаны на прямой ток свыше 10 А. Производятся такие устройства в металлокерамических или металлостеклянных корпусах штыревого (А на рис. 4) или таблеточного типа (В).Рис. 4. Выпрямительные диоды высокой мощности

Перечень основных характеристик

Ниже приведена таблица, с описанием основных параметров выпрямительных диодов. Эти характеристики можно получить из даташита (технического описания элемента). Как правило, большинство радиолюбителей к этой информации обращаются в тех случаях, когда указанный в схеме элемент недоступен, что требует найти ему подходящий аналог.

Таблица основных характеристик выпрямительных диодов

Заметим, что в большинстве случаев, если требуется найти аналог тому или иному диоду, первых пяти параметров из таблицы будет вполне достаточно. При этом желательно учесть диапазон рабочей температуры элемента и частоту.

Принцип работы

Проще всего объяснить принцип действия выпрямительных диодов на примере. Для этого смоделируем схему простого однополупериодного выпрямителя (см. 1 на рис. 6), в котором питание поступает от источника переменного тока с напряжением UIN (график 2) и идет через VD на нагрузку R.

Рис. 6. Принцип работы однодиодного выпрямителя

Во время положительного полупериода, диод находится в открытом положении и пропускает через себя ток на нагрузку.

Когда приходит очередь отрицательного полупериода, устройство запирается, и питание на нагрузку не поступает.

То есть происходит как бы отсечение отрицательной полуволны (на самом деле это не совсем верно, поскольку при данном процессе всегда имеется обратный ток, его величина определяется характеристикой Iобр).

В результате, как видно из графика (3), на выходе мы получаем импульсы, состоящие из положительных полупериодов, то есть, постоянный ток. В этом и заключается принцип работы выпрямительных полупроводниковых элементов.

Заметим, что импульсное напряжение, на выходе такого выпрямителя подходить только для питания малошумных нагрузок, примером может служить зарядное устройство для кислотного аккумулятора фонарика. На практике такую схему используют разве что китайские производители, с целью максимального удешевления своей продукции. Собственно, простота конструкции является единственным ее полюсом.

К числу недостатков однодиодного выпрямителя можно отнести:

  • Низкий уровень КПД, поскольку отсекаются отрицательные полупериоды, эффективность устройства не превышает 50%.
  • Напряжение на выходе примерно вдвое меньше, чем на входе.
  • Высокий уровень шума, что проявляется в виде характерного гула с частотой питающей сети. Его причина – несимметричное размагничивание понижающего трансформатора (собственно именно поэтому для таких схем лучше использовать гасящий конденсатор, что также имеет свои отрицательные стороны).

Заметим, что эти недостатки можно несколько уменьшить, для этого достаточно сделать простой фильтр на базе высокоемкостного электролита (1 на рис. 7).

Рис. 7. Даже простой фильтр позволяет существенно снизить пульсации

Принцип работы такого фильтра довольно простой.

Электролит заряжается во время положительного полупериода и разряжается, когда наступает черед отрицательного. Емкость при этом должна быть достаточной для поддержания напряжения на нагрузке.

В этом случае импульсы несколько сгладятся, примерно так, как продемонстрировано на графике (2).

Приведенное решение несколько улучшит ситуацию, но ненамного, если запитать от такого однополупериодного выпрямителя, например, активные колонки компьютера, в них будет слышаться характерный фон. Для устранения проблемы потребуются более радикальное решение, а именно диодный мост. Рассмотрим принцип работы этой схемы.

Устройство и принцип работы диодного моста

Существенно отличие такой схемы (от однополупериодной) заключается в том, что напряжение на нагрузку подается в каждый полупериод. Схема включения полупроводниковых выпрямительных элементов продемонстрирована ниже.

Принцип работы диодного моста

Как видно из приведенного рисунка в схеме задействовано четыре полупроводниковых выпрямительных элемента, которые соединены таким образом, что при каждом полупериоде работают только двое из них. Распишем подробно, как происходит процесс:

  • На схему приходит переменное напряжение Uin (2 на рис. 8). Во время положительного полупериода образуется следующая цепь: VD4 – R – VD2. Соответственно, VD1 и VD3 находятся в запертом положении.
  • Когда наступает очередность отрицательного полупериода, за счет того, что меняется полярность, образуется цепь: VD1 – R – VD3. В это время VD4 и VD2 заперты.
  • На следующий период цикл повторяется.

Как видно по результату (график 3), в процессе задействовано оба полупериода и как бы не менялось напряжение на входе, через нагрузку оно идет в одном направлении. Такой принцип работы выпрямителя называется двухполупериодным. Его преимущества очевидны, перечислим их:

  • Поскольку задействованы в работе оба полупериода, существенно увеличивается КПД (практически вдвое).
  • Пульсация на выходе мостовой схемы увеличивает частоту также вдвое (по сравнению с однополупериодным решением).
  • Как видно из графика (3), между импульсами уменьшается уровень провалов, соответственно сгладить их фильтру будет значительно проще.
  • Величина напряжения на выходе выпрямителя приблизительно такая же, как и на входе.

Помехи от мостовой схемы незначительны, и становятся еще меньше при использовании фильтрующей электролитической емкости. Благодаря этому такое решение можно использовать в блоках питания, практически, для любых радиолюбительских конструкций, в том числе и тех, где используется чувствительная электроника.

Заметим, совсем не обязательно использовать четыре выпрямительных полупроводниковых элемента, достаточно взять готовую сборку в пластиковом корпусе.

Диодный мост в виде сборки

Такой корпус имеет четыре вывода, два на вход и столько же на выход. Ножки, к которым подключается переменное напряжение, помечаются знаком «~» или буквами «AC». На выходе положительная ножка помечается символом «+», соответственно, отрицательная как «-».

На принципиальной схеме такую сборку принято обозначать в виде ромба, с расположенным внутри графическим отображением диода.

На вопрос что лучше использовать сборку или отдельные диоды нельзя ответить однозначно. По функциональности между ними нет никакой разницы. Но сборка более компактна. С другой стороны, при ее выходе из строя поможет только полная замена. Если же в этаком случае используются отдельные элементы, достаточно заменить вышедший из строя выпрямительный диод.

Силовые диоды

Силовые диоды малой средней и большой мощности

> Теория > Силовые диоды

Силовые диоды (варикапы) являются полупроводниковыми приборами, функционирующими за счет использования одного стандартного p-n-перехода. Данные элементы бывают различных видов, в зависимости от того, в какой сфере они используются. Также они различаются своими характеристиками.

Такие диоды еще называются выпрямительными, а их функция – преобразовывать переменный ток в однополярный. С этой целью варикап включают последовательно в цепь источника переменного тока и нагрузки. Ниже рассмотрим, что собой представляет данный прибор, и каковы его особенности.

Как классифицируются

Учитывая максимальный уровень прямого тока, диоды выпрямительного типа бывают:

  • маломощные – актуальны для выпрямления прямого тока до 300 mA;
  • средней мощности – 300 mA-10 A;
  • выпрямительные диоды большой мощности – больше 10 А.

При их изготовлении используется кремний или германий, однако, наиболее распространены кремниевые элементы, обладающие лучшими физическими свойствами.

Их обратные токи в разы меньше, если сравнивать с германиевыми, при этом напряжение то же. Благодаря этой характеристике, в полупроводниках можно добиться высокой величины допустимого обратного напряжения – до 1500 В.

Что касается германиевых диодов, здесь данный показатель варьируется от 100 до 400 В.

Также следует обратить внимание на сохранение функциональности при температурных нагрузках:

  • Кремниевые – сохраняют свои свойства при температуре от -60 до +150 градусов Цельсия;
  • Германиевые – от -60 до +85 градусов.

Обуславливается это тем, что когда уровень нагрева превышает +85 градусов, образуются электронно-дырочные пары, увеличивающие обратный ток, из-за чего работа диода становится менее эффективной.

Выпрямительными диодами называют полупроводниковые кристаллы, имеющие вид пластины. В их теле находятся две области с разной проводимостью. Именно по этой причине данные приборы носят название плоскостных.

Процесс их производства выглядит следующим образом: сверху кристалла с n-проводимостью расплавляют алюминий, индий и бор, а на p-типе –фосфор. Под влиянием высокой температуры элементы плотно сплавляются друг с другом.

Также следует заметить, что атомы данных материалов диффундируют в сам кристалл, из-за чего в нем появляется проводимость электронного или дырочного типа. Как результат, создается полупроводниковое устройство с двумя разными областями и отличающейся электропроводностью.

Многие плоскостные мощные диоды, изготовленные из германия или кремния, функционируют именно по этому принципу.

Выделяют следующие виды силовых диодов:

  • Импульсные;
  • Обращенные;
  • Диоды Шоттки.

Импульсными – оборудуются, как правило, схемы невысокой мощности, к которым напряжение подводится импульсно. К ним предъявляется одно требование – из одного состояния в другое они должны переходить за короткий промежуток времени. Импульсные диоды имеют следующие особенности:

  • Время восстановления – время, за которое переключается напряжение на варикапе с прямого на обратное, и момент, когда ток уменьшается до определенного значения;
  • Время установления – интервал, когда прямой ток начинает протекать через прибор до определенной величины до момента установления выбранного напряжения;
  • Максимальный ток восстановления – обратный ток, прошедший через диод после переключения.

Отличительная черта обращенных диодов в том, что они в p-n-областях характеризуются большой концентрацией примесей. Обратное включение характеризуется малым сопротивлением, прямое – большим. Исходя из этого, они актуальны там, где требуется выпрямление малых сигналов, амплитуда которых не превышает нескольких десятков вольт.

Преимущество диодов Шоттки сводится к переходу металл-полупроводник. Производятся с использованием низкоомных n-кремниевых подложек и высокоомного эпитаксиального слоя (тонкий слой) аналогичного полупроводника.

Сверху описанного слоя наносится металлический электрод, который отвечает за выпрямление, но он не способен инжектировать неосновные носители в базовую область.

По этой причине в данных приборах не протекают медленные процессы – в них не накапливаются и не рассасываются неосновные носители в базе. Исходя из этого, диоды Шоттки имеют невысокую инерционность.

Важно! Варикапы Шоттки имеют низкое последовательное сопротивление, если сравнивать с выпрямительными приборами, так как их слой имеет малое сопротивление. Таким образом, при помощи диодов Шоттки выпрямляются значительные токи (более 10 А).

К сведению. Импульсные вторичные источники питания, выпрямляющие высокочастотные напряжения (несколько МГц), оборудуются такими диодами.

Конструкция силового диода

Кристалл с p-n-переходом вмонтирован в корпус, защищающий его от влияний извне и позволяющий обеспечить надежное отведение тепла.

Маломощные приборы помещаются в пластиковые корпуса с гибкими внешними выводами. Варикапы средней мощности выполняются из металлостеклянного корпуса (жесткие выводы).

Для изготовления приборов высокой мощности используется металлостеклянный или металлокерамический корпус.

Кристалл p-n-перехода из кремния или германия припаивается к кристаллодержателю, выступающему в роли основания корпуса. К нему приваривают изделие с изолятором из стекла, через него выводится один из электродов.

Как было замечено выше, маломощные диоды имеют гибкие выводы, благодаря которым их монтируют в схемы. Такие изделия компактны и мало весят.

А средне,- и высокомощные устройства оснащены более мощными выводами, так как токи, с которыми они работают, имеют значительную величину. Их нижняя часть содержит массивное основание, задача которого – отводить тепло.

Наружная часть выполнена плоской, что требуется для надежного теплового контакта с наружным радиатором.

Технология производства может различаться, поэтому диоды бывают точечными и плоскостными. Для сборки первых применяется кремний или германий – это пластина n-типа, имеющая площадь от 0.5 до 1.5 квадратных миллиметра, а также стальная игла, необходимая для образования p-n-перехода в области контакта.

 Из-за малой мощности переход получается малоемкостным, поэтому используется в высокочастотных цепях. Ток через переход обычно небольшой – не больше 100 мА. Плоскостные варикапы предполагают две соединенные пластины, где у каждой своя электропроводность.

 Благодаря большой площади контакта получаются емкостный переход и сравнительно низкая рабочая частота. Показатель проходящего тока достигает 6000 А.

Где находят применение диоды

Такие приборы используются не только в качестве выпрямительных или детекторных устройств. Они применяются во многих других областях.

Благодаря хорошим вольтамперным характеристикам, варикапы актуальны в тех областях, где нужно нелинейно обрабатывать аналоговые сигналы. Это различные преобразователи частоты, логарифмические усилители, детекторы и прочие устройства.

Роль диода здесь – функционировать в качестве преобразователя или формировать характеристику прибора (их включают в цепь обратной связи).

Силовые диоды также есть в стабилизированных источниках питания, коммутирующих элементах и так далее.

Используя варикапы, с легкостью создается ограничитель сигнала: если два диода включить встречно-параллельно, то они отлично защищают вход усилителя, к примеру, микрофонного, чтобы тот не подавал сигнал высокого уровня. Нередко ими оборудуются коммутаторы сигналов и логические приборы.

Светодиоды – один из видов классических варикапов. Некоторое время назад такие приборы использовались в качестве индикатора. В наше же время светодиоды широко используются, начиная обычными фонариками и заканчивая телевизорами с LED-подсветкой.

Многие задаются вопросом что лучше: сборка или отдельные диоды. Однозначного ответа здесь нет, так как функциональность в обоих случаях одинакова.

Преимущество сборки заключается в компактности, но, с другой стороны, если она выйдет из строя, ее можно только заменить на новую.

Если использовать отдельные элементы, то если какой-то прибор вышел из строя, его заменяют новым выпрямительным диодом.

Отталкиваясь от справочника, силовой диод – это прибор, при помощи которого переменный ток преобразуется в постоянный.

Некоторое время назад использовались электровакуумные варикапы и игнитроны, которые сейчас успешно заменены приборами из полупроводниковых материалов и диодными мостами (четыре диода, заключенные в один корпус).

Такие элементы бывают разных видов, где каждый имеет свои технические характеристики, особенности и области применения.

Выпрямительные диоды большой мощности: основные параметры, принцип работы

Силовые диоды малой средней и большой мощности

Хотя все диоды являются выпрямителями, этот термин обычно применяется к устройствам, предназначенным для подачи питания, чтобы отличать их от элементов, используемых для небольших сигнальных цепей. Выпрямительный диод большой мощности применяется для выпрямления переменного тока с низкой частотой питания, составляющей 50 Гц, при высокой мощности, излучаемой во время нагрузки.

Основной задачей диода является преобразование переменного напряжения в постоянное через применение в выпрямительных мостах. Это позволяет электричеству идти только в одном направлении, обеспечивая работу источника питания.

Принцип работы выпрямительного диода понять несложно. Его элемент состоит из структуры, именуемой pn-переходом. Сторона p-типа называется анодом, а n-типа — катодом. Ток пропускается от анода к катоду, при этом почти полностью предотвращается его протекание в обратном направлении.

Это явление называется выпрямлением. Оно преобразует переменный ток в однонаправленный. Устройства этого типа могут обрабатывать более высокое электричество, чем обычные диоды, поэтому они называются мощными.

Возможность проведения высокой величины тока может быть классифицирована как их основная особенность.

Сегодня чаще всего используются кремниевые диоды. Если их сравнивать с элементами из германия, то они имеют большую поверхность соединения. Поскольку германий обладает низкой устойчивостью к теплу, большинство полупроводников изготовлено из кремния.

Устройства из германия отличаются значительно меньшим допустимым обратным напряжением и температурой перехода.

Единственное преимущество, которое имеет диод из германия перед кремнием, — это более низкое значение напряжения при работе в прямом смещении (VF (IO) = 0,3 ÷ 0,5 В для германия и 0,7 ÷ 1,4 В для кремния).

Типы и технические параметры выпрямителей

Сегодня существует множество различных разновидностей выпрямителей. Их принято классифицировать по:

  • максимальному обратному току;
  • максимальному пиковому току;
  • максимальному обратному напряжению;
  • прямому напряжению;
  • типу упаковки;
  • максимальному и среднему выпрямленному току.

Наиболее распространённые типы — это 1 A, 1,5 A, 3 A, 5 A и 6 A. Также существуют стандартные устройства с максимальным средним выпрямленным током до 400 A. Прямое напряжение может варьироваться от 1,1 мВ до 1,3 кВ.

Основные параметры выпрямительных диодов характеризуются следующими допустимыми пределами:

  • IFN — номинальный ток в прямом смещении;
  • IFRM — пиковая повторяемая токовая диодная проводимость (например, для импульсов длительностью не более 3,5 мс и частотой 50 Гц);
  • IFSM — пиковая неповторяемая токовая проводимость (например, для одного импульса длительностью менее 10 мс);
  • VRWM — пиковое обратное напряжение (или среднее обратное напряжение при работе в волновом выпрямителе с резистивной нагрузкой);
  • VRRM — пиковое повторяющееся обратное напряжение;
  • VRSM — пиковое неизменяемое обратное напряжение;
  • PTOT — максимальное значение мощности, рассеиваемой на элементе;
  • максимальная температура перехода Tj;
  • тепловое сопротивление в условиях эксплуатации Rth;
  • максимальный мгновенный ток диода (он определяет сопротивление для перегрузок).

Примером высокопроизводительного элемента является диод с двойным высокоточным выпрямителем с током 2×30А, который лучше всего подходит для базовых станций, сварщиков, источников питания переменного/постоянного тока и промышленных применений.

Прикладное значение

В качестве простейшего полупроводникового компонента диод этого типа имеет широкий спектр применения в современных электронных системах. Различные электронные и электрические схемы используют этот компонент в качестве важного устройства для получения требуемого результата. Область применения выпрямительных мостов и диодов обширна. Вот несколько таких примеров:

  • включение переменного тока в постоянное напряжение;
  • изоляция сигналов от источника питания;
  • ссылка на напряжение;
  • управление размером сигнала;
  • смешивающие сигналы;
  • сигналы обнаружения;
  • осветительные системы;
  • лазеры.

Мощные выпрямительные диоды являются жизненно важным компонентом источников питания. Они используются для регулирования электроэнергии в компьютерах и автомобилях, а также могут применяться в зарядных устройствах для аккумуляторных батарей и компьютерных источников питания.

Кроме того, они часто используются и для других целей (например, в детекторе радиоприёмников для проведения радиомодуляции). Вариант диода с барьером Шоттки особенно ценится в цифровой электронике. Диапазон рабочих температур от -40 до +175 °C позволяет использовать эти устройства при любых условиях.

Тиристоры

Диод SS14 : характеристики

Данные детали находят широкое применение в приборах для выпрямления и преобразования электротока, сварочных аппаратах, устройствах запуска и контроля скорости работающего на электричестве транспорта, различных радиоэлектронных и коммутационных установках. Применяются они и в конструкциях, предназначенных для компенсации реактивной мощностной нагрузки.

Важно! Низкочастотные тиристоры рассчитаны на эксплуатацию при частоте не более 100 герц. Устройства, отличающиеся повышенным быстродействием, заточены под использование в установках, требующих быстрого нарастания открытого электротока и закрытого напряжения.

Силовые полупроводниковые диоды

Как расшифровать маркировку трансформатора

Данные изделия широко применяются в трансформаторах электрической энергии и разного рода силовых установках. Подключение диода в электроцепь может преследовать множество целей, но первоочередными обычно являются выпрямление тока и предохранение от коммутационных перегрузок.

Распространены диоды таблеточной формы, в которых полюсами являются уплощенные основания. Определить «плюс» и «минус» в таких изделиях можно по отметкам на корпусе.

Используют их в силовых установках, требующих малой зарядной дозы для восстановления, в высокочастотных условиях (2 килогерца и выше), в статических трансформаторах электрической энергии. Есть и диоды штыревого типа, в них роль катода исполняет вывод, а анода – основание, сделанное из меди.

Применяют их чаще в условиях невысокой частоты (менее 500 Гц). Некоторые диоды используют в генераторах автомобилей, тракторов, выпрямительных блоках сварочного оборудования, системах возбуждения.
Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.