Плоскостной диод: 16.3. Структура диодов. Точечные и плоскостные диоды – 16.3. Структура диодов. Точечные и плоскостные диоды

Плоскостной диод — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Плоскостной диод

Cтраница 1


Плоскостные диоды, барьерная емкость которых управляется-напряжением, называются варикапами. Они работают при обратном напряжении и применяются для настройки колебательных цепей. При обратном напряжении 4 в они имеют емкость. Максимальное напряжение, соответствующее минимальной емкости 45 — г — 80 в. Величина емкости при изменении напряжения от максимума до минимума изменяется примерно в три-четыре раза.  [2]

Плоскостной диод представляет собой прибор, в котором р-п переход возникает на значительной по площади ( до 1000 мм2 в силовых выпрямительных диодах) границе между полупроводниками р — и n — типов. В таких диодах переход получается методами сплавления полупроводниковых пластин р — и n — типов или диффузии в исходную полупроводниковую пластину примесных атомов. Вследствие большой площади р-п перехода допустимая мощность рассеяния плоскостных диодов малой мощности с естественным охлаждением ( рис. 10.6, а) достигает 1 Вт при значениях прямого тока до 1 А. Такие плоскостные диоды часто применяются в цепях автоматики и в приборостроении.  [3]

Плоскостные диоды применяются для выпрямления больших по величине переменных токов.  [5]

Плоскостные диоды в зависимости от площади перехода обладают емкостью в десятки пикофарад и более. Поэтому их применяют на частотах не выше десятков килогерц. Допустимый ток в плоскостных диодах бывает от десятков миллиампер до сотен ампер и больше.  [7]

Плоскостные диоды могут быть применены в любых выпрямительных схемах, рассмотренных в гл.  [9]

Плоскостные диоды имеют плоский электрический переход, линейные размеры которого, определяющие его площадь, значительно больше ширины p — n — перехода. Переход выполняют в основном методами вплавления или диффузии. Пластинку кристалла полупроводника 5 припаивают к кристаллодержателю 2 так, чтобы образовался контакт. Стеклянный изолятор покрыт светонепроницаемым лаком. Корпус служит для защиты диода от внешних воздействий.  [10]

Плоскостные диоды, как и точечные, могут быть выполнены с контактом металл — полупроводник.  [11]

Плоскостные диоды обладают междуэлектродной емкостью, доходящей до 50 пф, и поэтому могут быть использованы при частотах, не превышающих 50 кгц.  [12]

Плоскостные диоды представляют собой плоский р-я переход. Они характеризуются большими допустимыми токами ( до 1 — 2я) и поэтому применяются в качестве выпрямительных элементов. Из-за большой междуэлектродной емкости использование их на высоких частотах ограничено.  [13]

Плоскостные диоды позволяют выпрямлять значительные токи, но имеют относительно большую емкость, что ограничивает их применение на высоких частотах. Точечные диоды имеют емкость, во много раз меньшую, но весьма небольшая площадь контакта разрешает выпрямлять с их помощью только малые токи.  [14]

Страницы:      1    2    3    4    5

Плоскостной выпрямительный диод

Плоскостные диоды имеют плоский р-п переход с достаточно большой площадью перехода. Величиной площади перехода определяется максимальный прямой ток, который для разных диодов находится в пре­делах от десятков миллиампер до сотен ампер.

Обратные напряжения плоскостных диодов могут достигать тысячи вольт и выше. В настоящее время используется несколько методов из­готовления р-п переходов. Наиболее распространены сплавной и диффузионный методы.

Выпрямительные диоды — это самые распространенные, самые обыкновенные плоскостные диоды. Кроме выпрямительных устройств они широко используются в самых разнообразных схемах, рабочие частоты которых невелики. В последнее время выпрямительные и силовые диоды, как правило, изготовляются из кремния. Электрические параметры и методы их определения, обусловленные особенностями работы диодов в цепях переменного тока, несколько отличаются от рассмотренных выше. Параметры выпрямительных и силовых диодов определяются из классификационной вольт-амперной характеристики, прямая ветвь которой представляет зависимость среднего значения прямого тока от среднего значения прямого напряжения в режиме однополупериодного выпрямления (при этом на диод подаются только положительные полусинусоиды напряжения).

Обратная ветвь классификационной характеристики представляет зависимость

среднего значения обратного тона от амплитудного значения обратного напряжения (на диод при этом подаются только отрицательные полусинусоиды напряжения). Параметры выпрямительных и силовых диодов определяются также координатами точек классификационной вольт-амперной характеристики. На прямой ветви (точка А ) определены:

1. Iан — номинальный средний прямой ток. Это длительно допустимый ток, при котором диод не нагревается выше допустимой температуры. Для германиевых диодов плотность прямого тока достигает 0,5 А/мм2, для кремниевых — 1 А/мм2.

Рис.1

2. Uан — номинальное среднее значение прямого напряжения при токе Iан. По величине Uан

силовые диоды делятся на группы.

На обратной ветви (точка В) определены:

1. Uобр.н— номинальное обратное напряжение. Это максимальное допустимое напряжение любой формы, при котором не происходит пробой р-п перехода. По величине Uобр.н силовые диоды делятся на классы. Класс обозначается числом, получаемым от деления Uобр.нна 100. Для силовых диодов m = 0,5.

2. Iобр.ср среднее значение обратного тока — это среднее за период значение обратного тока при номинальном обратном напряжении.

Кроме этих параметров для выпрямительных диодов, особенно для мощных силовых диодов, важное значение имеют также параметры:

Pрасс.доп— допустимая мощность рассеяния в диоде, при которой p-n переход не нагревается выше допустимой температуры;

тепловое сопротивление участка переход — среда, это сопротивление растеканию тепла, выделяемого в переходе.

Параметры выпрямительных диодов

Тип диода

Iан,

А

Uобр.н,

В

Uан,

В

Iобр.ср,

А

,

Охлаждение

Д226

Д247

КД 202В

В-200, В2-200

ВКД-200

0,3

10

3

200

400

500

600

100-1000

(до 2500)

< 1

< 1,25

< 1

< 0,6

< 0,03

< 3

< 1

0,15

Естественное

--

--

Воздушное

Принудительное с радиатором

Плоскостной выпрямительный диод

Плоскостные диоды имеют плоский р-п переход с достаточно большой площадью перехода. Величиной площади перехода определяется максимальный прямой ток, который для разных диодов находится в пре­делах от десятков миллиампер до сотен ампер.

Обратные напряжения плоскостных диодов могут достигать тысячи вольт и выше. В настоящее время используется несколько методов из­готовления р-п переходов. Наиболее распространены сплавной и диффузионный методы.

Выпрямительные диоды — это самые распространенные, самые обыкновенные плоскостные диоды. Кроме выпрямительных устройств они широко используются в самых разнообразных схемах, рабочие частоты которых невелики. В последнее время выпрямительные и силовые диоды, как правило, изготовляются из кремния. Электрические параметры и методы их определения, обусловленные особенностями работы диодов в цепях переменного тока, несколько отличаются от рассмотренных выше. Параметры выпрямительных и силовых диодов определяются из

классификационной вольт-амперной характеристики, прямая ветвь которой представляет зависимость среднего значения прямого тока от среднего значения прямого напряжения в режиме однополупериодного выпрямления (при этом на диод подаются только положительные полусинусоиды напряжения).

Обратная ветвь классификационной характеристики представляет зависимость среднего значения обратного тона от амплитудного значения обратного напряжения (на диод при этом подаются только отрицательные полусинусоиды напряжения). Параметры выпрямительных и силовых диодов определяются также координатами точек классификационной вольт-амперной характеристики. На прямой ветви (точка

А ) определены:

1. Iан — номинальный средний прямой ток. Это длительно допустимый ток, при котором диод не нагревается выше допустимой температуры. Для германиевых диодов плотность прямого тока достигает 0,5 А/мм2, для кремниевых — 1 А/мм2.

Рис.1

2. Uан — номинальное среднее значение прямого напряжения при токе Iан. По величине Uан силовые диоды делятся на группы.

На обратной ветви (точка В) определены:

1. Uобр.н— номинальное обратное напряжение. Это максимальное допустимое напряжение любой формы, при котором не происходит пробой р-п перехода. По величине Uобр.н силовые диоды делятся на классы. Класс обозначается числом, получаемым от деления Uобр.нна 100. Для силовых диодов m = 0,5.

2. Iобр.ср среднее значение обратного тока — это среднее за период значение обратного тока при номинальном обратном напряжении.

Кроме этих параметров для выпрямительных диодов, особенно для мощных силовых диодов, важное значение имеют также параметры:

Pрасс.доп— допустимая мощность рассеяния в диоде, при которой p-n переход не нагревается выше допустимой температуры;

тепловое сопротивление участка переход — среда, это сопротивление растеканию тепла, выделяемого в переходе.

Параметры выпрямительных диодов

Тип диода

Iан,

А

Uобр.н,

В

Uан,

В

Iобр.ср,

А

,

Охлаждение

Д226

Д247

КД 202В

В-200, В2-200

ВКД-200

0,3

10

3

200

400

500

600

100-1000

(до 2500)

< 1

< 1,25

< 1

< 0,6

< 0,03

< 3

< 1

0,15

Естественное

--

--

Воздушное

Принудительное с радиатором

3.1. Точечные диоды

Т

Рис. 3.2. Точечные и плоскостные диоды:

1- выводы, 2, 5,7-детали корпуса, 3-кристалл полупроводника,4-электрод,6-изолятоор

акие диоды (рис.3.2.) имеют очень малую площадь электрического перехода. Линейные размеры, определяющие ее, меньше шириныp-n перехода. Точечный электрический переход можно создать в месте контакта небольшой пластинки полупроводника 3 и острия металлической проволочки – пружины 4 даже при простом их соприкосновении. Между этим слоем и пластинкой образуется p-n переход полусферической формы.

Площадь p-n перехода составляет примерно 102-103 мкм2. Точечные диоды в основном изготовляют из германия n-типа, металлическую пружинку – из тонкой проволочки (диаметром 0,05-0,1 мм), материал которой для германия n- типа должен быть акцептором (например, бериллий).

Корпус точечных диодов герметичный. Он представляет собой керамический или стеклянный баллон 2, покрытый черной светонепроницаемой краской (во избежание проникновения света, так как кванты света могут вызвать генерацию носителей заряда вблизи p-n перехода, а, следовательно, увеличить обратный ток диода). Благодаря малой площади p-n перехода емкость точечных диодов очень незначительна и составляет десятые доли пикофарада.

Поэтому точечные диоды используют на высоких (порядка сотен мегагерц) и сверхвысоких частотах.

Их применяют в основном для выпрямления переменного тока высокой частоты (выпрямленные диоды высокочастотные) и в импульсных схемах (импульсные диоды).

Так как площадь p-n перехода точечного диода мала, то прямой ток через переход должен быть небольшим (10-20 мА) из-за малой мощности (~ 10 мВт), рассеиваемой переходом.

Поэтому точечные диоды можно использовать для выпрямления только малых переменных токов

3.2. Плоскостные диоды

Плоскостные диоды имеют плоский электрический переход, линейные размеры которого, определяющие площадь, значительно больше ширины перехода. Площадь может составлять сотые доли квадратных миллиметров (микроплоскостные диоды), нескольких десятков квадратных сантиметров (силовые диоды). Переход выполняют в основном методами вплавления или диффузии. Одна из конструкций плоскостного диода показана на рис.3.2. б. Пластинку кристалла полупроводника 3 припаивают к кристаллодержателю 2 так, чтобы образовался контакт. От этого контакта и электрода 4 сделаны выводы 1, причем верхний проходной изолятор 6 в корпусе 5 и коваровую трубку 7. Стеклянный изолятор покрыт светонепроницаемым лаком. Корпус служит для защиты диода от внешних воздействий.

Плоскостные диоды используются для работы на частотах до 10кГц. Ограничения по частоте связано с большой барьерной емкостью p-n перехода (до десятков пикофарад).

Плоскостные диоды бывают малой мощности (до 1 Вт), средней мощности (на токи до 1А, напряжения до 600 В) и мощные (на токи до 2000 А).

3.3. Выпрямительные диоды

В выпрямительных диодах используется свойство односторонней проводимости p-n перехода. Их применяют в качестве вентилей, которые пропускают переменный ток только в одном направлении. Вентильные свойства диода зависят от того, насколько мал обратный ток. Для уменьшения обратного тока необходимо снижать концентрацию неосновных носителей, что может быть обеспечено за счет высокой степени очистки исходного полупроводника.Для описания работы диода используют статические характеристики и параметры, а также динамические. Статические параметры – это прямой выпрямительный ток, наибольшее допустимое напряжение, обратное сопротивление, максимально допустимая мощность и др. Динамические параметры – дифференциальное сопротивление r д = dU/dI, общая емкость диода С, емкость между выводами диода при заданных напряжении и частоте, которая включает в себя емкости Сб, Сдиф и емкость корпуса диода ; граничная частота fгр, на которой выпрямительный ток уменьшается в \/ˉ2 раз.

Плоскостной диод — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Плоскостной диод

Cтраница 1


Плоскостные диоды, барьерная емкость которых управляется-напряжением, называются варикапами. Они работают при обратном напряжении и применяются для настройки колебательных цепей. При обратном напряжении 4 в они имеют емкость. Максимальное напряжение, соответствующее минимальной емкости 45 — г — 80 в. Величина емкости при изменении напряжения от максимума до минимума изменяется примерно в три-четыре раза.  [2]

Плоскостной диод представляет собой прибор, в котором р-п переход возникает на значительной по площади ( до 1000 мм2 в силовых выпрямительных диодах) границе между полупроводниками р — и n — типов. В таких диодах переход получается методами сплавления полупроводниковых пластин р — и n — типов или диффузии в исходную полупроводниковую пластину примесных атомов. Вследствие большой площади р-п перехода допустимая мощность рассеяния плоскостных диодов малой мощности с естественным охлаждением ( рис. 10.6, а) достигает 1 Вт при значениях прямого тока до 1 А. Такие плоскостные диоды часто применяются в цепях автоматики и в приборостроении.  [3]

Плоскостные диоды применяются для выпрямления больших по величине переменных токов.  [5]

Плоскостные диоды в зависимости от площади перехода обладают емкостью в десятки пикофарад и более. Поэтому их применяют на частотах не выше десятков килогерц. Допустимый ток в плоскостных диодах бывает от десятков миллиампер до сотен ампер и больше.  [7]

Плоскостные диоды могут быть применены в любых выпрямительных схемах, рассмотренных в гл.  [9]

Плоскостные диоды имеют плоский электрический переход, линейные размеры которого, определяющие его площадь, значительно больше ширины p — n — перехода. Переход выполняют в основном методами вплавления или диффузии. Пластинку кристалла полупроводника 5 припаивают к кристаллодержателю 2 так, чтобы образовался контакт. Стеклянный изолятор покрыт светонепроницаемым лаком. Корпус служит для защиты диода от внешних воздействий.  [10]

Плоскостные диоды, как и точечные, могут быть выполнены с контактом металл — полупроводник.  [11]

Плоскостные диоды обладают междуэлектродной емкостью, доходящей до 50 пф, и поэтому могут быть использованы при частотах, не превышающих 50 кгц.  [12]

Плоскостные диоды представляют собой плоский р-я переход. Они характеризуются большими допустимыми токами ( до 1 — 2я) и поэтому применяются в качестве выпрямительных элементов. Из-за большой междуэлектродной емкости использование их на высоких частотах ограничено.  [13]

Плоскостные диоды позволяют выпрямлять значительные токи, но имеют относительно большую емкость, что ограничивает их применение на высоких частотах. Точечные диоды имеют емкость, во много раз меньшую, но весьма небольшая площадь контакта разрешает выпрямлять с их помощью только малые токи.  [14]

Страницы:      1    2    3    4    5

ДИОДЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Продолжаем изучать полупроводниковые приборы — диоды, это одни из основных элементов в радиоэлектронике. А в этой статье вы можете прочитать про транзисторы:http://www.radioingener.ru/tranzistory/

Устройство и принцип действия диода (полупроводника)

Сегодня в «семейство» диодов входит не один десяток полупроводниковых приборов, носящих название «диод». Здесь речь пойдет лишь о некоторых приборах, с которыми вам в первую очередь придется иметь дело. Схематично диод можно представить, как две пластинки полупроводника, одна из которых обладает электропроводностью типа р, а другая — n типа. На (рис. 1, а) дырки, преобладающие в пластинке типа р, условно изображены кружками, а электроны, преобладающие в пластинке типа n — черными шариками таких же размеров.

Эти две области — два электрода диода: анод и катод. Анодом, т.е. положительным электродом, является область типа р, а катодом, т.е. отрицательным электродом,- область типа n.

На внешние поверхности пластин нанесены контактные металлические слои, к которым припаяны проволочные выводы электродов диода. Такой полупроводниковый прибор может находиться в одном из двух состояний: открытом, когда он хорошо проводит ток, и закрытом, когда он плохо проводит ток. Если к его электродам подключить источник постоянного тока, например, гальванический элемент, но так, чтобы его положительный полюс был соединен с анодом диода, т.е. с областью типа р, а отрицательный — с катодом, т.е. с областью типа, n (рис. 1, б), то диод окажется в открытом состоянии и в образовавшейся цепи потечет ток, значение которого зависит от приложенного к нему напряжения и свойств диода. При такой полярности подключения батареи электроны в области типа n перемещаются от минуса к плюсу, т. е. в сторону области типа р, а дырки в области типа р движутся навстречу электронам — от плюса к минусу. Встречаясь на границе областей, называемой электронно — дырочным переходом или, короче, р — n переходом, электроны как бы «впрыгивают» в дырки, в результате и те, и другие при встрече прекращают свое существование. Металлический контакт, соединенный с отрицательным полюсом элемента, может отдать области типа n практически неограниченное количество электронов, пополняя недостаток электронов в этой области, а контакт, соединенный с положительным полюсом элемента, может принять из области типа р такое же количество электронов, что равнозначно введению в него соответствующего количества дырок.

Схематическое устройство и работа полупроводникового диода

Рис. 1 Схематическое устройство и работа полупроводникового диода.

В этом случае сопротивление р — n перехода мало, вследствие чего через диод течет ток, называемый прямым током. Чем больше площадь р — n перехода и напряжение источника питания, тем больше этот прямой ток. Если полюсы элемента поменять местами, как это показано на (рис. 1, в), диод окажется в закрытом состоянии. В этом случае электрические заряды на диоде поведут себя иначе. Теперь, удаляясь от р — n перехода, электроны в области типа n будут перемещаться к положительному, а дырки в области типа р — к отрицательному контактам диода. В результате граница областей с различными типами электропроводности как бы расширится, образуя зону, обедненную электронами и дырками (на рис. 1, (в) она заштрихована и, следовательно, оказывающую току очень большое сопротивление.

Однако в этой зоне небольшой обмен носителями тока между областями диода все же будет происходить. Поэтому через диод пойдет ток, но во много раз меньший, чем прямой. Этот ток называют обратным током диода.

Рабочие характеристики диода.

На графиках, характеризующих работу диода, прямой ток обозначают Iпр., а обратный Iобр. А если диод включить в цепь с переменным током? Он будет открываться при положительных полупериодах на аноде, свободно пропуская ток одного направления — прямой ток Iпр., и закрываться при отрицательных полупериодах на аноде, почти не пропуская ток противоположного направления — обратный ток Iобр. — Эти свойства диодов и используют в выпрямителях для преобразования переменного тока в постоянный.

Напряжение, при котором диод открывается и через него идет прямой ток, называют прямым (пишут Uпp.) или пропускным, а напряжение обратной полярности, при котором диод закрывается и через него идет обратный ток, называют обратным (пишут Uобр.) или непропускным.

При прямом напряжении сопротивление диода хорошего качества не превышает нескольких десятков ом, при обратном же напряжении его сопротивление достигнет десятков, сотен килоом и даже мегаом. В этом нетрудно убедиться, если обратное сопротивление диода измерить омметром. Внутреннее сопротивление открытого диода — величина непостоянная и зависит от прямого напряжения, приложенного к диоду: чем больше это напряжение, тем больше прямой ток через диод, тем меньше его пропускное сопротивление. Судить о сопротивлении диода можно по падению напряжения на нем и току через него. Так, например, если через диод идет прямой ток Iпр. = 100 мА (0,1 А) и при этом на нем падает напряжение 1В, то (по закону Ома) прямое сопротивление диода будет: R = 1 / 0,1 = 10 Ом. В закрытом состоянии на диоде падает почти все прикладываемое к нему напряжение, обратный ток через него чрезвычайно мал, а сопротивление, следовательно, велико.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ)

Зависимость тока через диод от значения и полярности приложенного к нему напряжения изображают в виде кривой, называемой вольт — амперной характеристикой диода (ВАХ).

Такую характеристику вы видите на (рис. 2). Здесь по вертикальной оси вверх отложены значения прямого тока Iпр., а внизу — обратного тока Iобр. По горизонтальной оси вправо обозначены значения прямого напряжения Uпp., влево — обратного напряжения. На такой вольт — амперной характеристике различают прямую ветвь (в правой верхней части), соответствующую прямому току через диод, и обратную ветвь вольт — амперной характеристики, соответствующую обратному току. Из нее видно, что ток Iпр. диода в сотни раз больше тока Iобр. Так, например, уже при прямом напряжении Uпp. = 0,5 В ток Iпр. равен 50 мА (точка (а) на характеристике), при Uпp. = 1 В он возрастает до 150 мА (точка (б) на характеристике), а при обратном напряжении Uобр. = 100 В обратный ток Iобр. не превышает 0,5 мА (500 мкА). Подсчитайте, во сколько раз при одном и том же прямом и обратном напряжении прямой ток больше обратного.

Вольт - амперная характеристика полупроводникового диода (ВАХ)

Рис. 2 Вольт — амперная характеристика полупроводникового диода.

Схематическое устройство и внешний вид некоторых плоскостных диодов.

Рис. 3 Схематическое устройство (а) и внешний вид некоторых плоскостных диодов (б).

Прямая ветвь идет круто вверх, как бы прижимаясь к вертикальной оси. Она характеризует быстрый рост прямого тока через диод с увеличением прямого напряжения. Обратная же ветвь, как видите, идет почти параллельно горизонтальной оси, характеризуя медленный рост обратного тока. Наличие заметного обратного тока — недостаток диодов. Примерно такие вольт — амперные характеристики имеют все германиевые диоды. Вольт — амперные характеристики кремниевых диодов чуть сдвинуты вправо. Объясняется это тем, что германиевый диод открывается и начинает проводить ток при прямом напряжении 0,1-0,2 В, а кремниевый при 0,5-0,6 В. Прибор, на примере которого я рассказал вам о свойствах диода, состоял из двух пластин полупроводников разной электропроводности, соединенных между собой плоскостями. Подобные диоды называют плоскостными.

Плоскостные диоды

В действительности же плоскостной диод представляет собой одну пластину полупроводника, в объеме которой созданы две области разной электропроводности. Технология изготовления таких диодов заключается в следующем. На поверхности квадратной пластины площадью 2 — 4 мм квадратных и толщиной в несколько долей миллиметра, вырезанной из кристалла полупроводника с электронной электропроводностью, расплавляют маленький кусочек индия. Индий крепко сплавляется с пластинкой. При этом атомы индия проникают (диффундируют) в толщу пластинки, образуя в ней область с преобладанием дырочной электропроводности (рис. 3, а). Получается полупроводниковый прибор с двумя областями различного типа электропроводности, а между ними р — n переход. Контактами электродов диода служат капелька индия и металлический диск или стержень с выводными проводниками. Так устроены наиболее распространенные плоскостные германиевые и кремниевые диоды. Внешний вид некоторых из них показан на (рис. 3, б). Приборы заключены в цельнометаллические или стеклянные корпуса со стеклянными изоляторами, что позволяет использовать их для работы в условиях повышенной влажности. Диоды, рассчитанные на значительные прямые токи, имеют винты с гайками для крепления их на монтажных панелях или шасси радиотехнических устройств. Плоскостные диоды маркируются буквами и цифрами, например: Д226А, Д242. Буква Д в маркировке прибора означает «диод», цифры, следующие за нею, заводской порядковый номер конструкции. Буквы, стоящие в конце обозначения диодов, указывают на разновидности групп приборов.

Плоскостные диоды предназначены в основном для работы в выпрямителях переменного тока блоков питания радиоаппаратуры, поэтому их называют еще выпрямительными Диодами.

Выпрямители тока

Теперь познакомимся с принципом преобразования переменного тока в ток постоянный. Схему простейшего выпрямителя переменного тока вы видите на (рис. 4, а). На вход выпрямителя подается переменное напряжение электроосветительной сети. К выходу выпрямителя подключен резистор Rн, символизирующий нагрузку, питающуюся от выпрямителя. Функцию выпрямительного элемента выполняет диод V. Сущность работы такого выпрямителя иллюстрируют графики, помещенные на том же рисунке. При положительных полупериодах напряжения на аноде диод открывается. В эти моменты времени через диод, а значит, и через нагрузку, подключенную к выпрямителю, течет прямой ток диода Iпр. При отрицательных полупериодах напряжения на аноде диода закрывается и во всей цепи, в которую он включен, течет незначительный обратный ток диода Iобр. Диод как бы отсекает большую часть отрицательных полуволн переменного тока (на рис. 4, а показано штриховыми линиями). И вот результат: через нагрузку Rн, подключенную к сети через диод V, течет уже не переменный, а пульсирующий ток — ток одного направления, но изменяющийся по значению с частотой 50 Гц. Это и есть форма выпрямленного переменного тока.

Таким образом, диод является прибором, обладающим резко выраженной односторонней проводимостью электрического тока. И если пренебречь малым обратным током (что и делают на практике), который у исправных диодов не превышает малые доли миллиампера, можно считать, что диод является односторонним проводником тока. Можно ли таким током питать нагрузку? Можно, он ведь выпрямленный. Но не каждую. Лампу накаливания, например, можно, если, конечно, выходное напряжение не будет превышать то напряжение, на которое лампа рассчитана. Ее нить будет накаливаться не постоянно, а импульсами, следующими с частотой 50 Гц. Из-за тепловой инертности нить не будет успевать остывать в промежутках между импульсами, поэтому мерцания света будут едва заметными. А вот приемник питать таким током нельзя. Потому что в цепях его усилителей ток тоже будет пульсировать с такой же частотой.

В результате в телефонах или головке громкоговорителя на выходе приемника будет прослушиваться гул низкого тона с частотой 50 Гц, называемый фоном переменного тока. Этот недостаток можно частично устранить, если на выходе выпрямителя параллельно нагрузке подключить фильтрующий электролитический конденсатор (Сф) большой емкости, это показано на (рис. 4, б). Заряжаясь: от импульсов тока, конденсатор (Сф) в момент спадания тока или его исчезновения (между импульсами) разряжается через нагрузку Rн. Если конденсатор достаточно большой емкости, то за время между импульсами тока он не будет успевать полностью разряжаться и в нагрузке будет непрерывно поддерживаться ток. Ток, поддерживаемый за счет зарядки конденсатора, показан на (рис. 4, б) сплошной волнистой линией. Но и таким, несколько сглаженным током тоже нельзя питать приемник или усилитель: он будет «фонить», так как пульсации пока еще очень ощутимы.

В выпрямителе, с работой которого мы сейчас разбираемся, полезно используется энергия только половины волн переменного тока. Такое выпрямление переменного тока называют однополупериодными, а выпрямители — однополупериодными выпрямителями. Однако выпрямителям, построенным по таким схемам, присущи два существенных недостатка. Первый из них заключается в том, что напряжение выпрямленного тока равно примерно напряжению сети, в то время как для питания транзисторных конструкций необходимо более низкое напряжение, а для ламповых часто более высокое напряжение. Второй недостаток — недопустимость присоединения заземления к приемнику, питаемому от такого выпрямителя. Если приемник заземлить, ток из электросети пойдет через приемник в землю — могут перегореть предохранители. Кроме того, приемник или усилитель, питаемые от такого выпрямителя и, таким образом, имеющие прямой контакт с электросетью, опасны — можно получить электрический удар.

Схемы однополупериодного выпрямителя

Рис. 4 Схемы однополупериодного выпрямителя.

Двухполупериодный выпрямитель с трансформатором

Рис. 5 Двухполупериодный выпрямитель с трансформатором.

Оба эти недостатка устранены в выпрямителе с трансформатором (рис. 5). Здесь выпрямляется не напряжение электросети, а напряжение вторичной (II) обмотки сетевого трансформатора Т. Поскольку эта обмотка изолирована от первичной сетевой обмотки I, радиоконструкция не имеет контакта с сетью и к ней можно подключать заземление. В выпрямителе на (рис. 5) четыре диода, включенные по так называемой мостовой схеме. Диоды являются плечами выпрямительного моста. Нагрузка Rн включена в диагональ 1 — 2 моста. В таком выпрямителе в течение каждого полупериода работают поочередно два диода противоположных плеч моста, включенных между собой последовательно, но встречно по отношению ко второй паре диодов.

Постарайтесь вникнуть и запомнить классическую схему диодного моста! Когда на верхнем (по схеме) выводе вторичной обмотки положительный полупериод напряжения, ток идет через диод V2, нагрузку Rн, диод V3 к нижнему выводу обмотки II (график а). Диоды V1 и V4 в это время закрыты. В течение другого полупериода переменного напряжения, когда плюс на нижнем выводе обмотки II, ток идет через диод V4, нагрузку Rн, диод V1 к верхнему выводу обмотки (график б). В это время диоды V2 и V3 закрыты и, естественно, ток через себя не пропускают. И вот результаты: меняются знаки напряжения на выводах вторичной обмотки трансформатора, а через нагрузку выпрямителя идет ток одного направления (график в). В таком выпрямителе полезно используются оба полупериода переменного тока, поэтому подобные выпрямители называют двухполупериодными.

Эффективность работы двухполупериодного выпрямителя по сравнению с однополупериодным налицо: частота пульсаций выпрямленного тока удвоилась, «провалы» между импульсами уменьшились. Среднее значение напряжения постоянного тока на выходе такого выпрямителя равно примерно переменному напряжению, действующему во всей вторичной обмотке трансформатора. А если выпрямитель дополнить фильтром, сглаживающим пульсации выпрямленного тока, выходное напряжение увеличится в 1,4 раза, т. е. примерно на 40%. Именно такой выпрямитель я позже буду рекомендовать вам для питания транзисторных конструкций. Теперь о точечном диоде. Внешний вид одного из таких приборов и его устройство (в значительно увеличенном виде) показаны на (рис. 6). Это диод серии Д9. Буква «Д» в его маркировке означает диод, а цифра 9 — порядковый заводской номер конструкции. Выпрямительным элементом диода служат тонкая и очень маленькая (площадью около 1 мм квадратных) пластина полупроводника германия или кремния типа n и вольфрамовая проволочка, упирающаяся острым концом в пластину. Они припаяны к отрезкам посеребренной проволоки длиной примерно по 50 мм, являющимися выводами диода. Вся конструкция находится внутри стеклянной трубочки диаметром около 3 и длиной меньше 10 мм, запаянной с концов. После сборки диод формуют — пропускают через контакт между пластиной полупроводника и острием вольфрамовой проволочки ток определенного значения. При этом под острием проволочки в кристалле полупроводника образуется небольшая область с дырочной электропроводностью. Получается электронно — дырочный переход, обладающий односторонней проводимостью тока. Пластина полупроводника является катодом, а вольфрамовая проволочка — анодом точечного диода.

Схематическое устройство и внешний вид точечного диода серии Д9

Рис. 6 Схематическое устройство и внешний вид точечного диода серии Д9.

Вывод анода диодов серии Д9 обозначают цветными метками на их корпусах. Электроды точечного диода серии Д2 обозначают символом диода на одном из его ленточных выводов. У точечного диода площадь соприкосновения острия проволочки с поверхностью пластины полупроводника чрезвычайно мала — не более 50мкм. Поэтому токи, которые точечные диоды могут выпрямлять в течение продолжительного времени, малы. Точечные диоды радиолюбители используют в основном для детектирования модулированных колебаний высокой частоты, поэтому их часто называют высокочастотными диодами. Как для плоскостных, так и для точечных диодов существуют максимально допустимые значения прямого и обратного токов, зависящие от прямого и обратного напряжений и определяющие их выпрямительные свойства и электрическую прочность. Это их основные параметры. Плоскостной диод Д226В, например, может продолжительное время выпрямлять ток до 300 мА. Но если его включить в цепь, потребляющую ток более 300 мА, он будет нагреваться, что неизбежно приведет к тепловому пробою р — n перехода и выходу диода из строя. Диод будет пробит и в том случае, если он окажется в цепи, в которой на него будет подаваться обратное напряжение более чем 400 В. Допустимый выпрямленный ток для точечного диода Д9А 65 мА, а допустимое обратное напряжение 10 В. Основные параметры полупроводниковых диодов указывают в их паспортах и справочных таблицах. Превышение предельных значений приводит к выходу приборов из строя.

Спасибо lessonradio.narod.ru

5. Основные типы полупроводниковых диодов

Полупроводниковые диоды подразделяют на группы по многим признакам. Бывают диоды из различных полупроводниковых материалов, предназначенные для низких или высоких частот, для выполнения различных функций и отличающиеся друг от друга по конструкции.

Классификация и условные графические обозначения диодов представлены на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Классификация и условные графические обозначения диодов

В зависимости от структуры различают плоскостные и точечные диоды. У точечных диодов линейные размеры, определяющие площадь p-n-перехода, равны толщине перехода или меньше ее. У плоскостных диодов эти размеры значительно больше его толщины.

5.1. Устройство точечных диодов

Точечные диоды выполнены в виде тонкой пластинки из полупроводника n-типа. Пластинку покрывают тонким слоем металла и припаивают к металлическому основанию. В противоположную сторону пластинки упирается острие тонкой контактной пружины из вольфрамовой или стальной проволоки. Острый конец проволоки покрывают слоем индия или алюминия, который является акцепторной примесью и обеспечивает создание около острия области с p-типом проводимости.

Между этой областью и основной массой полупроводника образуется p-n-переход площадью 10-12 мкм2. Диоды монтируют в стеклянном, коваровом или металлическом герметичном корпусе (ковар – магнитный сплав железа (531%) с кобальтом (18 %) и никелем (29 %), обладающий низким температурным коэффициентом расширения, близким к температурному коэффициенту расширения стекла). На концах его установлены коваровые трубки с выводами. Для улучшения вентильных свойств после сборки диоды подвергают электрической формовке путем пропускания импульсов тока. При формовке происходит частичное расплавление и диффузия атомов индия или алюминия в основной полупроводник.

Из-за малой площади контакта прямой ток точечных диодов сравнительно невелик. По той же причине у них мала и межэлектродная емкость, что позволяет применять эти диоды в области очень высоких частот (СВЧ – диоды). В основном точечные диоды используют для выпрямления.

5.2. Устройство плоскостных диодов

В плоскостных диодах основным элементом является пластинка из германия или кремния, в которой методом сплавления или диффузии создан плоский по форме p-n-переход.

В плоскостных германиевых диодах, получаемых сплавным методом, в пластинку из германия с n-проводимостью вплавляют каплю индия. При нагреве индий плавится и диффундирует в основной полупроводник, образуя в нем область с p-проводимостью. На границе между p- и n-областями создается ЭДП значительно большей площади, чем в точечном диоде с гораздо большим прямым током.

В плоскостных кремниевых диодах в пластинку с n-проводимостью вплавляют алюминиевый столбик, который создает область с p-типом проводимости. Для получения в кремнии сильно легированной зоны с n-проводимостью одну из сторон пластинки перед операцией сплавления покрывают фольгой (или напыляют слой сурьмянистого золота). Такой p-n-переход может изменять свои электрические характеристики под влиянием атмосферных воздействий, влаги и загрязнений. Для защиты диода от внешней среды пластинку из полупроводника вместе с припаянными к ней выводами устанавливают в металлический корпус, который затем герметизируют. Корпус также защищает полупроводниковый элемент от механических повреждений и обеспечивает нормальную работу диода в условиях вибрации, тряски и ударов.

В верхней части корпуса монтируют стеклянный изолятор, через который проходит выводная трубка. Для лучшего отвода тепла в некоторых плоскостных диодах применяют охладители – металлические пластинки из меди или алюминия, платы или специальные радиаторы.

Выпрямительный полупроводниковый диод – диод, предназначенный для выпрямления переменного тока.

Маломощные выпрямительные диоды и диоды, предназначенные для работы в высокочастотных и импульсных цепях, имеют конструкцию, аналогичную конструкции точечных диодов.

На тяговых подстанциях и электроподвижном составе применяют мощные силовые кремниевые плоскостные диоды.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *