Выпрямительные диоды: Полупроводниковый диод: применение, принцип работы, типы

Выпрямительные диоды. Назначение, характеристики, виды

Основное назначение полупроводниковых диодов выпрямление переменного тока. Существуют диоды других назначений, о которых будем говорить позже.

Итак,  диоды  —  это  буквально  двухэлектродные  компоненты.  Электроды имеют названия:  анод  и  катод.  Типовая графема диода, дополненная графическими пояснениями  показана на рисунке  2.1.   

Если к диоду приложено  прямое напряжение  (т.е. анод имеет положительный потенциал относительно катода), то говорят, что диод открыт  и через него течёт прямой ток. Если к диоду приложено обратное напряжение  (катод имеет положительный потенциал относительно анода), то диод закрыт  и в этом режиме протекает обратный  ток  малого значения.

Основные технические характеристики выпрямительных диодов

В  сравнении  с  рассмотренными  ранее  пассивными  компонентами  диод имеет более сложное поведение  в электрической цепи. Это поведение описывается  вольтамперной  характеристикой  диода.

Рассмотрим ВАХ, справедливую для маломощных диодов (показано на рисунке 2.2).

Из рисунка мы видим, что свойства диода далеки от наших предварительных представлениях о диоде как об идеальном ключе.

При открытом состоянии (правая область оси Х) на диоде выделяется небольшое  напряжение,  которое  не  превышает  нескольких  сотен  милливольт  и нелинейно зависит от протекающего через диод тока. Ток через открытый диод должен быть ограничен допустимыми значениями.

При  подаче  на  диод  обратного  напряжения,  через  него  протекает  ток, меньший 1 мкА, и он лавинообразно возрастает при значениях в несколько десятков вольт. Это лавинообразное нарастание обратного тока называют  тепловым пробоем, состояние, при котором диод выходит из строя – «сгорает».

Таким  образом,  выпрямительные  диоды  принято  выбирать  по  двум  основным характеристикам:  предельному  значению  прямого  тока  и  предельному значению обратного напряжения.

Значение при расчётах имеет также  прямое падение напряжения  на диоде. Это напряжение может отличаться на несколько сотен милливольт у разных разновидностей диодов.

Так, например,  при прочих равных условиях германиевые  диоды  (сегодня  не  выпускаются)  имеют  меньшее  прямое  напряжение  в сравнении  с  кремниевыми  диодами  милливольт  на  400.  Современные  диоды Шотки  имеют малое падение напряжение даже при относительно больших токах.

Конструктивные  варианты

Конструктивные  варианты  диодов  представлены  на  рисунке  2.3,  таблице 2.1.

Таблица  2.1 – Таблица характеристик выпрямительного диода BAS70

	Параметр	Значение
	Тип корпуса	SOT23-3
	Предельный  прямой  постоянный ток, мА	200
	Предельный  прямой  ток,  амплитудное значение, мА	300
	Предельное обратное напряжение, В	70
	Рабочий диапазон температур, ºС	-55 … +150

 

Примеры применения выпрямительных диодов

Использование  выпрямительных диодов  при создании  резервированного источника питания

Типовая схема резервированного питания нагрузки показана на рисунке 2. 4.

Схема  содержит  источник  основного  питания  от  сети  переменного  тока (АС/DC-преобразователь)  и  резервную  батарею.  Два  навстречу  включённых диода (VD1,  VD2)  запрещают протекание тока от одного источника к другому.

Недостаток схемы проявляется в том случае, когда основной источник энергии отключается и нагрузка питается от резервной батареи. Дело в том, что часть энергии, потребляемой схемой от батареи, рассеивается на диоде. Чем больше падение напряжения на диоде, тем больше потери.

В нашем  примере мы предположили,  что  Uд=0,5В и тогда  потери  составят  10%  мощности,  отдаваемой батареей:

Рбат = (Uд+Uнагр)_*Iнагр ,      (2.1)

Рд= Uд_*Iнагр ,            (2.2)

т.е. при Uд=0,5 В  Рбат= (0,5+4,5)_*Iнагр = 5

*Iнагр

Рд=  0,5_*Iнагр

100%_*(Рд / Рбат) = 100_*0,5/5 = 10%.

В том случае, когда в нашем распоряжении имеется ВАХ выбранного диода,  мы  можем  получить  значение  Uд графически.   Для  этого  достаточно  построить нагрузочную прямую для рассматриваемой схемы:

Uд= Е-I_*Rнагр    (2.3)

Требуемое для расчёта напряжение мы получим в точке пересечения прямой  Е-I_*Rнагр и ВАХ диода на совмещённом графике (показано на рисунке  2.5).

Эту точку принято называть рабочей точкой выбранного режима работы диода.

Справедливости ради укажем, что большого выигрыша в точности определения  Uд мы здесь не получим, т.к. ВАХ представлена в технических описаниях как усреднённая характеристика с некоторым разбросом, да к тому же эта характеристика сильно зависит от температуры окружающей среды. Этот способ  определения  Uд мы  рассматриваем  как  вспомогательный  и  более  наглядный. Им мы будем пользоваться и при описании других нелинейных компонентов.

Двухполупериодный выпрямитель

Частая  схемотехническая  задача  –  создание  из  переменного  напряжения постоянного для питания электронных схем. Эта задача может быть решена за два  этапа:  этап  выпрямления  и  этап  фильтрации  исходного  напряжения.

  

Использование  двухполупериодного выпрямителя  и  емкостного  фильтра  показано на рисунке  2.6. На схемах показано протекание токов в разные  полупериодывходного синусоидального напряжения и формы выходного напряжения как в отсутствии, так и при наличии емкостного фильтра (Cф).

Как мы уже знаем, конденсатор является накопителем энергии, он это делает во время нарастания полуволны входного напряжения и отдаёт энергию в промежутке  между  соседними  выпрямленными  полуволнами,  когда  напряжение спадает до недопустимого по расчёту значения. Форма исходно пульсирующего напряжения при этом несколько сглаживается, однако небольшие пульсации всегда сохраняются. Они возрастают при возрастании тока нагрузки. Для снижения пульсаций необходимо увеличивать ёмкость Cф.

Измерение характеристик диодов

Обычно  на  практике  решаются  две  задачи:  проверяется  работоспособность диода (не пробит ли  pn-переход) и измеряется напряжение на диоде при некотором (типовом) значении тока через него.

Наиболее удобно это делать с помощью цифрового мультиметра: все современные мультиметры реализуют несложную функцию «измерения прямого напряжения диодов» («прозвонка» диода) (показано на рисунке  2.7).

При этом на дисплее мультиметра высвечивается значение прямого напряжения при некотором тестовом токе, заложенным в схемотехнику мультиметра.

Измерение осуществляется в следующей последовательности: секторный переключатель  режимов мультиметра переводится в положение  « » и за-тем  с соблюдением полярности ко входам мультиметра подключается испытуемый диод.

Примечание   –   Упрощённая схема измерения прямого напряжения будет показана в подразделе с операционными усилителями.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ ДИОДЫ

Полупроводниковым диодом называется прибор с одним p-n переходом и двумя выводами, позволяющими включать его во внешнюю электрическую цепь. О принципе действия и физике проходящего в этом приборе процессе будет рассказано в данном материале.

Теоретическая часть

Работа полупроводниковых диодов основана на свойствах p-n перехода, который образуется на границе раздела областей полупроводника с дырочной (p) и электронной проводимостью (n). Концентрация электронов в n – области значительно больше, чем в p-области, а дырок в p – области больше, чем в n – области. Неодинаковая плотность частиц вызывает диффузию основных носителей из областей с большей концентрацией: электронов из n – области и дырок из p – области. В результате рекомбинации на границе p — и n — областей возникает обедненный носителями слой, который называется запирающим (рис. 1, а). Ионы донорной и акцепторной примеси в области запирающего слоя создают электрическое поле с напряженностью Евн, которое препятствует дальнейшей диффузии основных носителей и создает дрейфовый ток, обусловленный неосновными носителями.

Рисунок 1. Полупроводниковый диод

При подключении источника э.д.с. к n-p переходу в зависимости от направления вектора напряженности источника ширина запирающего слоя может:

• Уменьшаться — векторы напряженности источника и запирающего слоя противоположны, что приводит к увеличению диффузного тока;
• Увеличиваться — векторы напряженности источника и запирающего слоя направлены в одну сторону, что приводит к уменьшению диффузионных токов практически до нуля и увеличению дрейфового тока.

Перечисленные свойства p-n перехода используются в полупроводниковых диодах. Полупроводниковые диоды имеют несимметричные электронно-дырочные переходы. Одна область полупроводника с более высокой концентрацией примесей (высоколегированная область) служит эмиттером, а другая с меньшей концентрацией примесей (низколегированная область) – базой.

Вывод, который подключает эмиттер к внешней электрической цепи, называется катодным, а вывод, который подключается к базе – анодным (рис. 1, б).

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в ток одного направления. Вольт — амперная характеристика (ВАХ) полупроводникового диода показана на рис. 2.

Рисунок 2. ВАХ полупроводникового диода

Вольт — амперная характеристика имеет прямую («1» на рис. 2) и обратную («2» на рис. 2) ветви. При включении диода в прямом направлении (прямая ветвь ВАХ) вектор напряженности внешнего источника Еист направлен противоположно вектору напряженности p-n перехода диода, положительный полюс источника подключен к аноду диода, а отрицательный полюс к катоду диода. При этом суммарный вектор напряженности уменьшается. Это приводит к уменьшению потенциального барьера в p-n переходе.

В этом режиме часть основных носителей заряда с наибольшими значениями энергии будет преодолевать понизившийся потенциальный барьер, и проходить через p-n-переход. В переходе нарушится равновесное состояние, и через него потечет диффузионный ток обусловленный инжекцией электронов из n-области в полупроводник и дырок — из p-области в n-полупроводник.

Напряжение Uпор, начиная с которого малые приращения прямого напряжения вызывают резкое увеличение тока, называют пороговым.

При включении диода в обратном направлении (обратная ветвь ВАХ) направление вектора напряженности внешнего источника Еист совпадает с вектором напряженности поля перехода: отрицательный полюс источника соединен катодом диода, а положительный полюс источника соединен с анодом диода. Такое включение диода приводит к увеличению потенциального барьера p-n перехода диода и ток через переход будет определяться неосновными носителями заряда: электронами из p-области в n-область и дырками из n-области в p-область. Этот процесс называется экстракцией неосновных носителей, а ток, протекающий через диод, называют обратным током Iобр.

При дальнейшем увеличении обратного напряжения, приложенного к диоду, при некотором значении Uобр1 в нем будет происходить резкий рост обратного тока – участок «3» на рисунке 2. Это явление называется пробоем. Различают электрический и тепловой пробой p-n перехода. Лавинный пробой – это электрический пробой перехода, вызванный лавинным размножением носителей заряда под действием сильного электрического поля. Электроны, ускорившись в поле запирающего слоя, выбивают из атомов полупроводника валентные электроны, которые, в свою очередь, успевают ускориться и выбить новые электроны, и т.д. Процесс развивается лавинообразно и сопровождается быстрым нарастанием обратного тока.

Тепловой пробой возникает из-за перегрева p-n перехода или отдельного его участка (участок «4» на рис. 2). При этом происходит интенсивная генерация пар электрон – дырка и увеличивается обратный ток, что приводит к увеличению мощности, выделяющейся в p-n переходе и дальнейшему его разогреву. Этот процесс также лавинообразный, завершается расплавлением перегретого участка перехода и выходом диода из строя.

В зависимости от соотношения линейных размеров выпрямляющего p-n перехода полупроводниковые диоды делятся на два класса: точечные и плоскостные. Точечные диоды имеют малую емкость p-n перехода и применяются для выпрямления переменного тока любых частот вплоть до СВЧ. В плоскостных диодах емкость p-n перехода составляет несколько десятков пФ.

Практическая часть

Лабораторная работа посвящена исследованию полупроводникового выпрямительного диода. Исследуемый диод FR302 закреплен на стеклотекстолитовой плате вместе с токоограничительным резистором МЛТ-2 43 Ом. Резистор предназначен для ограничения тока при снятии прямой ветви характеристики, т. к. при открытом p-n-переходе сопротивление диода мало.

Проводимость диода исследуется с помощью миллиамперметра (микроамперметра) и вольтметра, по показаниям, которых строится вольтамперная характеристика (ВАХ) диода.  

Рисунок 3. Электрическая принципиальная схема снятия прямой ветви ВАХ диода

Питание установки осуществляется от регулируемого блока питания, который дает постоянный ток напряжением от 0 до 12 В (стабилизированный выход) и постоянный ток напряжением от 0 до 36 В (нестабилизированный выход). 

Для снятия прямой ветви характеристики используется миллиамперметр и милливольтметр, т. к. в открытом состоянии падение напряжения на диоде составляет около 1 В, а ток через него достигает 200 мА.

Рисунок 4. Электрическая принципиальная схема снятия обратной ветви ВАХ диода

Для снятия обратной ветви ВАХ диода обратное напряжение на диоде доводится до 36 В. При таком напряжении обратный ток диода FR302 остается небольшим (единицы-десятки микроампер), поэтому для его измерения в цепь вместо миллиамперметра включают микроамперметр. Сильно увеличивать обратный ток диода крайне нежелательно, так как это может привести к его выходу из строя. К тому же напряжения выше 42 В опасны, и их использование нежелательно.

Материал предоставил для изучения — Denev.

   Форум

   Обсудить статью ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ ДИОДЫ

Диоды выпрямительные, принцип работы, характеристики, схемы подключения

---

Электрика » Схемотехника » Схемы подключения » Диоды » Выпрямительные

---

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.

© 2012-2020 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Выпрямительный диод — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

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^[1].

Основные параметры выпрямительных диодов:

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.{\displaystyle I_{\text{пр.ср.}}} ≤ 0,3 А), диоды средней мощности (0,3 А < Iпр.ср.{\displaystyle I_{\text{пр.ср.}}} < 10 А) и мощные (силовые) диоды (Iпр.ср.{\displaystyle I_{\text{пр.ср.}}} ≥ 10 А). Диоды средней и большой мощности требуют отвода тепла, поэтому они имеют конструктивные элементы для установки на радиатор.

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

ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЙ ДИОД • Большая российская энциклопедия

ВЫПРЯМИ́ТЕЛЬНЫЙ ДИО́Д, по­лу­про­вод­ни­ко­вый ди­од, пред­на­зна­чен­ный для пре­об­ра­зо­ва­ния пе­ре­мен­но­го то­ка в по­сто­ян­ный ли­бо пуль­си­рую­щий ток од­ной по­ляр­но­сти. Дей­ст­вие В. д. ос­но­ва­но на ис­поль­зо­ва­нии за­ви­си­мо­сти элек­тро­про­вод­но­сти p – n-пе­ре­хо­да или кон­так­та ме­талл – по­лу­про­вод­ник (см. Шотт­ки барь­ер) от зна­че­ния и зна­ка при­ло­жен­но­го внеш­не­го на­пря­же­ния. Ос­но­ву В. д. со­став­ля­ет ПП кри­сталл (Ge, Si, GaAs и др.). Для ха­рак­те­ри­сти­ки В. д. обыч­но ис­поль­зу­ют сле­дую­щие па­ра­мет­ры: мак­си­маль­но до­пус­ти­мый пря­мой ток, мак­си­маль­но до­пус­ти­мое об­рат­ное на­пря­же­ние, пря­мое па­де­ние на­пря­же­ния при за­дан­ном пря­мом то­ке, об­рат­ный ток утеч­ки. В за­ви­си­мо­сти от зна­че­ния до­пус­ти­мо­го пря­мо­го то­ка В. д. под­раз­де­ля­ют­ся на дио­ды ма­лой мощ­но­сти (пря­мой ток до 0,3 А), сред­ней мощ­но­сти (от 0,3 до 10 А) и мощ­ные (бо­лее 10 А). Пре­дель­ные па­ра­мет­ры В. д. за­ви­сят от ок­ру­жаю­щей темп-ры, кон­ст­рук­ции кор­пу­са и на­ли­чия те­п­ло­от­во­да. Для дио­дов боль­шой мощ­но­сти, как пра­ви­ло, при­ме­ня­ет­ся при­ну­дит. воз­душ­ное или во­дя­ное ох­ла­ж­де­ние.

На низ­ких час­то­тах (от 50 Гц до де­сят­ков ки­ло­герц) наи­боль­шее рас­про­стра­не­ние по­лу­чи­ли пло­ско­ст­ные (диф­фу­зи­он­ные и сплав­ные) крем­ние­вые В. д., об­ла­даю­щие вы­со­ки­ми элек­трич. проч­но­стью, тер­мо­стой­ко­стью и на­дёж­но­стью; диа­па­зон ра­бо­чих тем­пе­ра­тур та­ких В.  д. со­став­ля­ет от –60 до 150 °C. В сла­бо­точ­ных це­пях при­ме­ня­ют­ся так­же диф­фу­зи­он­ные В. д. на ос­но­ве GaAs с макс. ра­бо­чей темп-рой 250 °C и дио­ды на ос­но­ве SiC, спо­соб­ные ра­бо­тать при тем­пе­ра­ту­рах до 500 °C. Для вы­прям­ле­ния то­ка в об­лас­ти ВЧ (обыч­но до со­тен ме­га­герц) ис­поль­зу­ют­ся пре­им. крем­ние­вые пла­нар­но-эпи­так­си­аль­ные дио­ды и Шотт­ки дио­ды. В ка­че­ст­ве вы­со­ко­вольт­ных (св. 10 кВ) вы­пря­ми­те­лей слу­жат вы­пря­ми­тель­ные стол­бы, пред­став­ляю­щие со­бой на­бор (до 10 и бо­лее) по­сле­до­ва­тель­но со­еди­нён­ных В. д., за­клю­чён­ных в об­щем кор­пу­се.

В. д. ши­ро­ко при­ме­ня­ют­ся в вы­пря­ми­те­лях то­ка для пи­та­ния пром. ра­дио­элек­трон­ных при­бо­ров и сис­тем, в бы­то­вой элек­трон­ной ап­па­ра­ту­ре, за­ря­до­вых уст­рой­ст­вах, пре­об­ра­зо­ва­те­лях элек­трич. сиг­на­лов и др.

Введение в выпрямительный диодный контур Wokring и его применение

• Home
• Электрооборудование

  • Что нового в электротехнике

  • Что такое реле MHO: работа и его применение
  • Что такое обратный трансформатор: работа и его применение
  • Что такое катушка Роговского: конструкция, работа и ее применение
  • Что такое газовая турбина открытого цикла и ее работа
  • Что такое центробежный переключатель и его работа
  • Что такое анализатор мощности: принципиальная схема и его работа
• Электроника

  • Что нового в электронике

  • Что такое Modbus: работа и его приложения
  • Проекты Arduino для студентов инженерных специальностей
  • Вопросы и ответы на собеседование по электронике
  • Что такое полосовой фильтр: теория и его применение
  • Что такое термоэлектрический генератор : Работа и ее использование
  • Что is VRLA Battery: конструкция и его работа
• Связь

  • Что нового в системе связи

  • Что такое остаточный магнетизм: типы и его свойства
  • Интервью по беспроводной связи: вопросы и ответы
  • Что такое Modbus: работа и его применение
  • Что такое оптический рефлектометр и его работа
  • Что такое свинцово-кислотная батарея: типы, работа и области применения
  • Что такое тест Tan Delta: его принцип и режимы
• Robotics
• Projects

  • Что нового в проектах

  • Что такое свинцово-кислотная батарея: типы, работа и применение
  • Что такое тест Tan Delta: его принцип и режимы
  • Что такое термоэлектрический генератор: работа и его применение
  • Что такое синхроскоп: принципиальная схема и его Рабочие проекты
  • Arduino Uno для начинающих и студентов-инженеров s
  • Проекты обработки изображений для студентов инженерных специальностей
• Общие
  • Arduino
  • Technology
  • Бесплатные схемы
  • Вопросы для собеседования
• Проекты
  • ECE Projects
  • 000
  • Проекты ECE
  000
  • IC
    • Микроконтроллеры
      • 8051
      • AVR

Кремниевые выпрямительные диоды

• Изучив этот раздел, вы сможете:
• • Опишите типичные применения выпрямителя.
• • Распознавайте маркировку полярности выпрямителя.
• • Опишите типовые параметры выпрямителя.
• • Переход п.д.
• • Средний прямой ток.
• • Повторяющийся пиковый прямой ток.
• • Обратный ток утечки.
• • Повторяющееся пиковое обратное напряжение.
• • Время обратного восстановления.
• • Опишите влияние температуры на выпрямители.
• • Температурный разгон.

Рисунок 2.1.1. Кремниевые выпрямительные диоды

Кремниевые выпрямительные диоды

Выпрямительные диоды, подобные показанным на рис. 2.1.1 обычно используются в таких приложениях, как источники питания, использующие как высокое напряжение, так и большой ток, где они выпрямляют входящее сетевое (линейное) напряжение и должны пропускать весь ток, необходимый для любой цепи, которую они питают, который может составлять несколько ампер. или десятки ампер.

Как показано на рис. 2.1.2, для прохождения таких токов требуется большая площадь перехода, чтобы прямое сопротивление диода было как можно более низким. Даже в этом случае диод может сильно нагреться. Черный полимерный корпус или даже болт на радиаторе помогают рассеивать тепло.

Сопротивление диода в обратном направлении (когда диод выключен) должно быть высоким, а изоляция, обеспечиваемая обедняющим слоем между слоями P и N, чрезвычайно хороша, чтобы избежать возможности обратного пробоя, когда изоляция обедненного слоя выходит из строя, и диод необратимо выходит из строя из-за высокого обратного напряжения на переходе.

Рисунок 2.1.2. Кремниевый выпрямитель
Construction

Маркировка полярности диодов

На полимерном кожухе диодов катод обычно обозначается линией вокруг одного конца кожуха диода. Однако существуют альтернативные указания: на некоторых выпрямительных диодах, залитых смолой, закругленный конец на корпусе указывает катод, как показано на рис. 2.1.2. На выпрямительных диодах с металлическими стержнями полярность диода может быть обозначена символом диода, напечатанным на корпусе.Конец шпильки диода часто является катодом, но на него нельзя полагаться, как показано на рис. 2.1.1, это может быть анод! На диодах мостового выпрямителя символы + и — (плюс и минус), показанные на корпусе выпрямителя, указывают полярность выхода постоянного тока, а не анода или катода устройства, входные клеммы переменного тока обозначены маленькими синусоидальными символами. Один угол корпуса на некоторых линейных мостовых выпрямителях также часто скошен, но это не следует воспринимать как надежный указатель полярности, поскольку доступны выпрямители, которые используют эту индикацию как выходную клемму + или -.

Кремниевые выпрямительные диоды бывают самых разных форм с сильно различающимися параметрами. Они различаются по токонесущей способности от миллиампер до десятков ампер, некоторые из них имеют обратное напряжение пробоя в тысячи вольт.

Параметры выпрямителя

Что означают параметры.

Слой истощения (стык) н.д.

Слой истощения или стык p.d. представляет собой разность потенциалов (напряжение), которая естественным образом создается на обедненном слое за счет комбинации дырок и электронов во время изготовления диода.Этот п.д. необходимо преодолеть, прежде чем диод с прямым смещением станет проводящим. Для кремниевого перехода p.d составляет около 0,6 В.

Обратный ток утечки (I _R ).

Когда PN-переход смещен в обратном направлении, будет течь очень небольшой ток утечки (I _R ), в основном из-за тепловой активности внутри полупроводникового материала, встряхивая свободные свободные электроны. Именно эти свободные электроны образуют небольшой ток утечки. В кремниевых устройствах это всего несколько наноампер (нА).

Максимальный повторяющийся прямой ток (I _FRM ).

Это максимальный ток, который может пропустить диод с прямым смещением без повреждения устройства во время выпрямления повторяющейся синусоидальной волны. I _FRM обычно указывается с диодом, выпрямляющим синусоидальную волну, имеющую максимальный рабочий цикл 0,5 на низкой частоте (например, от 25 до 60 Гц), чтобы представить условия, возникающие, когда диод выпрямляет сетевое (линейное) напряжение.

Средний прямой ток (I _FAV ).

Это средний выпрямленный прямой ток или выходной ток (I _FAV ) диода, обычно это прямой ток при выпрямлении синусоидальной волны 50 Гц или 60 Гц, усредненный между периодами, когда (полуволновой) выпрямительный диод проводимость, и период волны при обратном смещении диода. Обратите внимание, что это среднее значение будет значительно меньше повторяющегося значения, указанного для I _FRM . Этот (и другие параметры) также во многом зависят от температуры перехода диода.Взаимосвязь между различными параметрами и температурой перехода обычно указывается в виде серии сносок в технических паспортах производителей.

Повторяющееся пиковое обратное напряжение (В _RRM )

Максимальное пиковое напряжение, которое может повторно подаваться на диод при обратном смещении (анод — катод +) без повреждения устройства. Это важный параметр, обычно относящийся к работе от сети (линии). Например. диод, используемый в качестве однополупериодного выпрямителя для выпрямления сетевого напряжения 230 В переменного тока, будет проводить в течение положительного полупериода сигнала сети и отключаться во время отрицательного полупериода.В схеме источника питания катод выпрямительного диода обычно подключается к большому электролитическому накопительному конденсатору, который будет поддерживать катодное напряжение выпрямителя на уровне, близком к пиковым напряжениям формы волны сети. Помните, что волна 230 В переменного тока относится к среднеквадратичному значению волны, поэтому пиковое значение будет примерно 230 В x 1,414 = приблизительно + 325 В. Во время отрицательного полупериода сигнала сети анод диода упадет до максимального отрицательного значения около -325 В.Следовательно, будут повторяющиеся периоды (50 или 60 раз в секунду, когда обратное напряжение на диоде будет 325 В x 2 = 650 В. Следовательно, для этой задачи необходимо использовать выпрямительный диод с параметром V _RRM на минимум 650 В, а для обеспечения надежности должен быть запас прочности для такого важного компонента, поэтому было бы разумнее выбрать диод с V _RRM 800 или 1000 В.

Максимальное рабочее пиковое обратное напряжение (В _RWM )

Это максимально допустимое обратное напряжение.Обратное напряжение на диоде в любое время, независимо от того, является ли обратное напряжение изолированным переходным всплеском или повторяющимся обратным напряжением.

Рис. 2.1.3 Подавление выбросов

Максимальное обратное напряжение постоянного тока (В _R )

Этот параметр устанавливает допустимый предел для обратного напряжения и обычно имеет то же значение, что и V _RRM и V _RWM . Теоретически эти максимальные параметры могут быть разными, но поскольку любое напряжение (мгновенное, повторяющееся или постоянное), которое не более чем на 5% больше любого из этих параметров, может потенциально разрушить диод, всегда рекомендуется проявлять осторожность при установке. диоды и предусмотреть разумный запас на случай неожиданных скачков напряжения.Одной из распространенных мер безопасности для защиты выпрямителей источника питания от генерируемых извне всплесков является подключение небольшого емкостного конденсатора высокого напряжения, обычно дискового керамического типа, между каждым из четырех диодов в мостовом выпрямителе, как показано на рис. 2.1.3.

Время обратного восстановления (t _rr )

Рис. 2.1.4 Обратное
Время восстановления (t _rr )

Время, необходимое для того, чтобы ток упал до заданного низкого уровня обратного тока при переключении с заданного прямого тока (диод включен) на заданный обратный ток (диод выключен, обычно <10% от значения 'on ' текущий).Типичное время t _rr для выпрямительных диодов, хотя и не такое быстрое, как у малосигнальных диодов, и в некоторой степени зависит от задействованных напряжений и токов, можно найти в десятках наносекунд (нс), например 30 нс для выпрямителя BYV28 3.5A I _AF 50 В и <60 нс для двойного выпрямителя BYV44 30A I _AF 500 В.

Когда выпрямительный диод используется в высокоскоростной операции переключения, например в импульсном источнике питания, обратный ток в идеале должен мгновенно упасть до нуля.Однако, когда диод проводит (до выключения), по обе стороны от перехода будет большая концентрация неосновных носителей; это будут дырки, которые только что перешли на слой N-типа, и электроны, которые только что перешли на слой P-типа, но до того, как они были нейтрализованы путем присоединения к основным носителям. Если теперь внезапно подается обратное напряжение (V _R ), как показано на рис. 2.1.4, диод должен быть выключен, но вместо того, чтобы ток через диод мгновенно падал до нуля, обратный ток (I _R ) устанавливается, поскольку эти неосновные носители притягиваются обратно через переход (дырки обратно в P-слой, а электроны обратно в N-слой).Этот обратный ток будет продолжать течь до тех пор, пока все эти носители заряда не вернутся на свою естественную сторону перехода.

Максимальная температура

На каждый из этих параметров могут влиять другие факторы, такие как температура окружающей среды, в которой работает диод, или температура перехода самого устройства. Любой полупроводник выделяет тепло, особенно те, которые используются в источниках питания. Поэтому важно, чтобы при проектировании таких цепей учитывались температурные эффекты.Одной из самых больших проблем является предотвращение теплового разгона, когда диод (или любой другой полупроводник) увеличивает свою температуру, что приводит к увеличению тока через устройство, что приводит к дальнейшему повышению температуры и так далее, пока устройство не будет разрушено. . Чтобы предотвратить эту проблему, каждый из параметров диода ссылается на температуру, например, обратный ток утечки кремниевого PN-диода обычно указывается при температуре окружающей среды 25 ° C, но, вероятно, примерно удвоится на каждые 10 ° C выше этого значения.Также повышение температуры вызовет уменьшение потенциала прямого перехода примерно на 2–3 мВ на каждый 1 ° C повышения температуры. Еще большее влияние температура оказывает на выпрямители Шоттки.

Начало страницы

Диодные и выпрямительные устройства | Microsemi

Обзор

Microsemi является пионером в создании выпрямительных диодов с 1960 года. Текущее предложение диодов включает в себя высокомощные диоды, высокочастотные диоды и практически все разновидности диодов, используемых в Space , Commercial Aviation , Hi-Reliability , Военные и Промышленные (включая Автомобильные ) приложения. Дискретные решения Microsemi соответствуют требованиям MIL-PRF-19500 , и компания имеет больше квалификаций DLA, чем любой другой производитель космического уровня. Мы были первым производителем диодов, выбранным военными службами США в качестве источника поставки для обеспечения высочайшего указанного уровня надежности.

Для Коммерческих / Промышленных приложений , охватывающих широкий спектр требований приложений, предложения Microsemi диодов включают серию DL с низким VF и сверхмягким восстановлением, серию D средней скорости и напряжения, серию DQ высокой скорости сверхбыстрого восстановления , высокоскоростные серии DS и кремниевые диоды Шоттки серии S.Диодные продукты сверхбыстрого восстановления (DQ) особенно подходят для приложений с более высокой частотой коммутации, таких как преобразователи AC-DC / DC-DC в зарядных устройствах H / EV и импульсных источниках питания. Семейство диодов DQ выпускается в сериях 600 В, 1000 В и 1200 В и имеет номинальный ток от 8 А до 100 А. Квалификация AEC-Q101 для семейства высоковольтных диодов DQ расширяет возможности применения продукции в приложениях с более высокой надежностью, таких как бортовые зарядные устройства и силовые агрегаты.

Характеристики диода DQ Сверхбыстрое время восстановления Мягкое восстановление Низкий ток утечки Оценка лавинной энергии Соответствует AEC-Q101

Преимущества диода DQ Повышенная частота коммутации Низкие коммутационные потери Коммутация с низким уровнем шума (EMI) Простое параллельное подключение Повышенная надежность системы

Применение диодов DQ Преобразователи AC-DC / DC-DC Инверторы Импульсный источник питания Зарядные устройства H / EV Бортовые зарядные устройства и трансмиссия H / EV

Таблица 1: Стандартные диоды Microsemi и диоды быстрого восстановления

Серия	Номинальное напряжение (В)	Характеристики	Приложения	Комментарий
DL	600	Low VF Сверхмягкое восстановление Оценка лавин	Выходной выпрямитель Резонансная цепь	Сверхмягкое восстановление сводит к минимуму или устраняет демпфер
D	200, 300, 400, 600, 100, 1200

Диоды и выпрямители | Vishay

• Продукты

  Полупроводники

  Штамп и вафля

  Диоды и выпрямители

  Дискретные тиристоры

  IC — силовая и линейная

  МОП-транзисторы

  Оптоэлектроника

  Силовые модули

  Пассивные компоненты

  Magnetics

  Датчики

  Прочие компоненты

  Продукция на заказ

  Полупроводники

  Пассивные компоненты

• Приложения
• Resources

her307 datasheet (1/2 страницы) SYNSEMI | ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ ДИОДЫ

HER301 — HER308

ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ

ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ ДИОДЫ

PRV: 50 — 1000 Вольт

Io: 3. 0 Ампер

ХАРАКТЕРИСТИКИ:

* Возможность высокого тока

* Возможность высокого импульсного тока

* Высокая надежность

* Низкий обратный ток

* Низкое прямое падение напряжения

* Быстрое переключение для высокой эффективности

МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ:

* Корпус: DO-201AD Литой пластик

* Эпоксидная смола: огнестойкий класс UL94V-O

* Свинец: Осевой вывод под пайку в соответствии с MIL-STD-202,

Метод 208 гарантирован

* Полярность: Цветная полоса обозначает катод конец

* Монтажное положение: любое

* Вес: 1.16 грамм

МАКСИМАЛЬНЫЕ НОМИНАЛЬНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Допустимые значения при температуре окружающей среды 25 ° C, если не указано иное.

Однофазный, полуволна, 60 Гц, резистивная или индуктивная нагрузка.

Для емкостной нагрузки уменьшите ток на 20%.

СИМВОЛ

HER

301

HER

302

HER

303

HER

304

HER

305

HER

305

HER

305

HER 308

UNIT

Максимальное рекуррентное пиковое обратное напряжение

VRRM

50

100

200

300

400

600

800

1000

VR15

9015 VMS Напряжение

35

70

140

210

280

420

560

700

В

Максимальное напряжение блокировки постоянного тока

VDC

50

100 200 9015

50

100 200 9015

600

800

1000

В

Максимальный средний прямой ток

0. 375 дюймов (9,5 мм) Длина вывода

Ta = 55

° C

Максимальный пиковый прямой импульсный ток,

8,3 мс Одинарная полусинусоида наложена

при номинальной нагрузке (метод JEDEC)

Максимальное прямое напряжение при IF = 3,0 A

VF

1,1

1,7

V

Максимальный обратный постоянный ток

Ta = 25

° C

IR

10

µA

при номинальном напряжении

при номинальном напряжении блокировки постоянного тока 90 Ta 100

° C

IR (H)

50

мкА

Максимальное время обратного восстановления (Примечание 1)

Trr

50

75

нс

Типичная емкость перехода

CJ

50

pf

Диапазон температур перехода

TJ

— 65 до + 150

° C

Диапазон температур хранения

TSTG

— 65 до +150

° C 901 58

Примечания:

(1) Условия испытания обратного восстановления: ЕСЛИ = 0.

No related posts.