Выпрямительные диоды характеризуются статическими (\(U_{пр}\), \(I_{пр}\)), динамическими (\(I_{пр ср}\), \(U_{пр ср}\), \(I_{обр ср}\), \(U_{обр ср}\), \(f_р\), \(R_д\), \(C_д\)) и предельно допустимыми параметрами (\(I_{пр ср max}\), \(P_{д max}\), \(U_{обр max}\), \(U_{обр и max}\), \(T_{п max}\), \(I_{и max}\)). Для выпрямительных диодов большое значение имеет характер нагрузки (активная, емкостная или индуктивная), влияющий на форму и значение протекающего тока, т.е. определяющий режим работы диода.

Обратное напряжение (\(U_{обр max}\), \(U_{обр и п max}\), \(U_{обр и нп max}\)). Величина \(U_{обр max}\) соответствует максимально допустимому постоянному обратному напряжению, при котором диод может эксплуатироваться в течение всего срока службы. \(U_{обр и п max}\) — максимально допустимое импульсное повторяющееся напряжение. При непрерывно приложенном переменном импульсном напряжении \(U_{обр и п max}\) гарантируется долговременная работоспособность диода, например, в выпрямителе. Значение неповторяющегося импульсного обратного напряжения (\(U_{обр и нп max}\)) определяет перегрузочную способность диода по напряжению. Неповторяющееся переходное напряжение обусловливается обычно внешней причиной, и предполагается, что его действие исчезает полностью до появления следующего переходного напряжения. В документации на некоторые типы выпрямительных диодов установлено только одно из перечисленных допустимых значений напряжений: \(U_{обр и п max}\) либо \(U_{обр max}\). При этом следует иметь в виду, что при установлении нормы только на \(U_{обр max}\) допускается работа диода и при \(U_{обр и п max}\), равном \(U_{обр max}\), а при установлении нормы только на \(U_{обр и п max}\) постоянное рабочее напряжение следует снижать на 30…40% по сравнению с \(U_{обр и п max}\), например, при работе диода в резервируемых источниках питания постоянного тока. Каждое из перечисленных значений напряжения устанавливается, как правило, для всего диапазона рабочих температур.

Прямой ток (\(I_{пр max}\), \(I_{пр ср max}\)). Для прямого тока, в зависимости от условий эксплуатации диодов, также может нормироваться несколько его значений. Максимально допустимый прямой постоянный ток (\(I_{пр max}\)) в основном приводится для диодов малой мощности. Обычно наряду с \(I_{пр max}\) или вместо него указывается максимально допустимый средний ток (\(I_{пр ср max}\)), который важен при применении диодов в выпрямителях.{\circ}}\). Значение этого тока гарантируется на основании проводимых на предприятиях-изготовителях испытаний в течение заданного времени в указанном режиме. В этом случае максимальное амплитудное значение тока составляет \(3,14 \cdot I_{пр ср max}\), а его действующее значение — \(1,57 \cdot I_{пр ср max}\).

При работе диодов в выпрямителях на активно-емкостную нагрузку амплитудное и действующее значения тока могут значительно превышать их нормированное значение при активной нагрузке, поскольку угол проводимости в этом случае может уменьшаться (рис. 2.3‑2). Так, например, при допустимом коэффициенте пульсаций на выходе выпрямителя 0,1% максимальное амплитудное значение тока выпрямительных диодов (\(I_{пр и п}\)) может достигать \(15 \cdot I_{пр ср max}\), а действующее значение — \(3,5 \cdot I_{пр ср max}\), хотя среднее его значение будет оставаться равным \(I_{пр ср max}\). Поэтому при разработке радиоэлектронной аппаратуры в целях исключения перегрузки диодов по величине действующего и амплитудного значений токов и их перегрева при работе на активно-емкостную нагрузку значение среднего тока через каждый диод следует снижать не менее чем в 2,2 раза по сравнению с заданным в технической документации значением \(I_{пр ср max}\) диода. Практически, для однополупериодного выпрямителя и выпрямителя с удвоением напряжения каждый диод необходимо выбирать на ток \(I_{пр ср max} \ge {2,2} \cdot I_{н max}\), а для двухполупериодного выпрямителя, соответственно, на \(I_{пр ср max} \ge {1,1} \cdot I_{н max}\), где \(I_{н max}\) — максимальное значение тока нагрузки выпрямителя.

Рис. 2.3-2. Диаграммы напряжений и токов однофазного двухполупериодного выпрямителя при активно-емкостной нагрузке

Допустимая величина среднего прямого тока зависит также от температуры корпуса или окружающей среды и частоты повторения импульсов. В качестве примера на рис. 2.3‑3 показана зависимость от температуры, а на рис. 2.3‑8 — от частоты.

Рис. 2.3-3. Зависимость прямого среднего тока выпрямительных диодов от темперетуры

Ток перегрузки и ударный ток (\(I_{прг max}\), \(I_{пр уд max}\)). При разработке выпрямителей следует учитывать ток перегрузки диодов. Существующие диоды нормируются следующими параметрами по току перегрузки: \(I_{прг max}\) — максимально допустимый ток перегрузки и \(I_{пр уд max}\) — ударный ток. Ток перегрузки важен для начального включения диодов выпрямителя на емкостную нагрузку, когда емкость фильтра выпрямителя не заряжена (рис. 2.3‑4).

Рис. 2.3-4. Ток перегрузки диодов в момент включения выпрямителя на активную емкостную нагрузку

Максимальный ток перегрузки примерно может быть рассчитан по формуле: \(\newcommand{\slfrac}[2]{\left.#1\right/#2}I_{прг max} \approx {1,41} \cdot \slfrac{U_{тр}}{ \left( R_{1 тр} \cdot n + R_{2 тр} + r_{дин} \right)} \), где \(U_{тр}\) — напряжение вторичной обмотки трансформатора, \(R_{1 тр}\) — сопротивление первичной обмотки трансформатора, \(R_{2 тр}\) — сопротивление вторичной обмотки трансформатора, \(n\) — коэффициент трансформации (для понижающего трансформатора он меньше единицы), \(r_{дин}\) — динамическое сопротивление диода.2}_{пр уд max} \operatorname{d}t} \). Во всех случаях показатель защищенности диода должен быть больше аналогичного показателя устройства защиты. Обычно воздействие тока \(I_{пр уд max}\) допускается лишь ограниченное число раз, в отличие от \(I_{прг max}\), число импульсов перегрузки которого не нормируется. Допустимые значения \(I_{прг max}\) и \(I_{пр уд max}\) зависят от длительности импульса перегрузки (\(t_{прг}\)) и температуры (рис. 2.3‑5, 2.3‑6, 2.3‑7).

Рис. 2.3-5. Зависимость допустимой амплитуды тока перегрузки от температуры корпуса

Рис. 2.3-6. Зависимость допустимой амплитуды тока перегрузки от длительности импульса

Рис. 2.3-7. Зависимость допустимой амплитуды ударного тока от длительности импульса при различной температуре перехода

Граничная рабочая частота (\(f_р\)). При повышении частоты приложенного напряжения выше граничного для конкретного диода значения \(f_р\), которое носит название граничной рабочей частоты, выпрямляющие свойства диода ухудшаются, значение выпрямленного тока уменьшается (падает эквивалентное сопротивление \(p\)-\(n\)-перехода), потери в диоде увеличиваются и он значительно разогревается. Таким образом, с повышением частоты максимально допустимый средний прямой ток уменьшается. На рис. 2.3‑8 показана типичная зависимость среднего прямого тока выпрямительного диода от частоты приложенного напряжения.

Рис. 2.3-8. Зависимость максимально допустимого прямого среднего тока от частоты

В таб. 2.3‑1 приведен полный перечень специальных параметров выпрямительных диодов. Помимо описанных выше величин этот список включает также некоторые характеристики рассеиваемой мощности в различных режимах работы диода, некоторые токовые характеристики и др.

Таб. 2.3-1. Специальные параметры выпрямительных диодов 

Параметр

1N4001

1N4002

1N4003

1N4004

1N4004

03

VR

50V

100V

200V

400V

600V

800V

76

800V

76

Максимальный обратный ток IR : обратный ток, протекающий через диод при самом высоком обратном рабочем напряжении. Этот параметр отражает однонаправленную проводимость диода. Следовательно, чем меньше значение тока, тем лучше качество диода.

4. Напряжение пробоя VB : значение выпрямителя напряжения в точке резкого изгиба обратной вольт-амперной характеристики диода. Когда обратная характеристика является мягкой, она относится к значению напряжения при заданном обратном токе утечки.

5. Максимальная рабочая частота fm : максимальная рабочая частота диода при нормальных условиях. Это в основном определяется емкостью перехода и диффузионной емкостью PN перехода. Если рабочая частота превышает fm, однонаправленная проводимость диода не будет хорошо отражена.

Например, fm диода серии 1N4000 составляет 3 кГц. Кроме того, диоды с быстрым восстановлением используются для выпрямления высокочастотных переменных токов, например, в импульсных источниках питания.

6. Время обратного восстановления trr : относится к времени обратного восстановления при указанной нагрузке, прямом токе и максимальном обратном переходном напряжении.

7. Емкость нулевого смещения ance CO : сумма диффузионной емкости и емкости перехода при нулевом напряжении на диоде.

Из-за ограничений производственного процесса даже у однотипных диодов их параметры имеют большой разброс. Параметры, приведенные в руководстве, часто находятся в пределах допустимого диапазона.При изменении условий испытаний изменятся и соответствующие параметры.

Например, IR выпрямительного диода серии 1N5200 с кремниевым пластиковым уплотнением при 25 ° C составляет менее 10 мкА, а при 100 ° C становится менее 500 мкА.

1. Неадекватная молниезащита и защита от перенапряжения . Даже при наличии молниезащиты и устройств защиты от перенапряжения при ненадежной работе выпрямительный диод выходит из строя из-за ударов молнии или перенапряжения.

2. Плохие условия эксплуатации. В генераторной установке непрямого действия из-за неправильного расчета передаточного числа или из-за того, что соотношение диаметров двух ременных шкивов не соответствует требованиям передаточного числа, генератор работает на высокой скорости в течение длительного времени. Также выпрямитель долгое время работает при более высоком напряжении, ускоряя старение и вызывая пробой.

3. Плохое управление операциями . Операторы безответственны и не понимают изменений внешней нагрузки (особенно с полуночи до 6 утра следующего дня).Или на улице произошел сбой нагрузки, и оператор вовремя не принял меры. Это вызовет перенапряжение, а выпрямительный диод выйдет из строя и повредится.

4. Неправильная установка или изготовление . Поскольку генераторная установка долгое время работала в условиях сильной вибрации, выпрямительный диод также находится под воздействием этих помех. Кроме того, генераторная установка не работает в равномерном темпе, поэтому рабочее напряжение выпрямительного диода также колеблется.Это значительно ускоряет старение и повреждение выпрямительного диода.

5. Неправильные характеристики и модели диодов . Если параметры замененного выпрямительного диода не соответствуют требованиям, либо выполнена неправильная проводка, выпрямительный диод выйдет из строя и выйдет из строя.

6. Запас прочности выпрямительного диода слишком мал . Запас безопасности выпрямительного диода по перенапряжению и перегрузке по току слишком мал, поэтому он не может выдерживать пиковые атаки в цепи возбуждения.

Выпрямительный диод имеет явную однонаправленную проводимость. Он может быть изготовлен из таких материалов, как полупроводник , германий или кремний. Функция выпрямительного диода заключается в использовании однонаправленной проводимости PN-перехода для преобразования переменного тока в пульсирующий постоянный ток. Итак, каковы основные функции выпрямительного диода? Ниже приводится подробное введение:

Самая заметная особенность выпрямительного диода — это его прямая характеристика.Когда прямое напряжение подается на выпрямительный диод, начальная часть прямого напряжения очень мала, и она не может эффективно преодолеть блокирующий эффект электрического поля в PN-переходе.

Когда прямой ток почти равен нулю, прямое напряжение не может проводить диод, что называется напряжением мертвой зоны .

Когда прямое напряжение больше, чем напряжение мертвой зоны, электрическое поле эффективно преодолевается, выпрямительный диод включается, и ток быстро растет по мере увеличения напряжения.В нормальном диапазоне токов напряжение на выводах выпрямительного диода практически не меняется при его включении.

Рисунок 2. Прямые и обратные характеристики выпрямителя

Когда обратное напряжение, приложенное к диоду выпрямителя, не превышает определенного диапазона, обратный ток формируется дрейфом миноритарных перевозчиков. Поскольку обратный ток очень мал, выпрямительный диод выключен.

На ток обратного насыщения выпрямительного диода влияет температура. Как правило, обратный ток кремниевых выпрямительных диодов намного меньше, чем обратный ток германиевых выпрямительных диодов. Ток обратного насыщения маломощных кремниевых выпрямительных диодов составляет порядка нА, а маломощных германиевых выпрямительных диодов — порядка мкА.

Когда температура выпрямительного диода увеличивается, полупроводник возбуждается, и количество неосновных носителей увеличивается.

Обратный пробой выпрямительного диода делится на два типа: Зенера и лавинный пробой .

При высокой концентрации легирования из-за малой ширины барьерной области обратное напряжение разрушит структуру ковалентной связи, поэтому электроны оторвутся от ковалентной связи, и будут генерироваться электронные дырки. Это называется пробоем Зенера.

Другой вид поломки — лавинный.По мере увеличения обратного напряжения выпрямительного диода внешнее электрическое поле будет увеличивать скорость дрейфа электронов, поэтому валентные электроны будут сталкиваться друг с другом из ковалентной связи, создавая новые электронно-дырочные пары.

Рисунок 3. Пробой стабилитрона и лавинный пробой

Схема выпрямителя предназначена для преобразования переменного тока в постоянный.Как правило, он состоит из трансформатора, схемы главного выпрямителя и схемы фильтра. Если вы хотите получить постоянное значение напряжения, вам нужно добавить схему регулятора напряжения. Здесь мы поговорим только об основной схеме выпрямителя.

Структура этой схемы однополупериодного выпрямителя очень проста. Основным компонентом является диод, как показано на схеме ниже.

Рисунок 4.Принципиальная схема однополупериодного выпрямителя

Вход 220 В — это синусоидальный переменный ток. Он проходит через трансформатор и уменьшается после трансформатора, но в конечном итоге это все еще синусоидальный сигнал переменного тока.

Типичная особенность диодов — однонаправленная проводимость . Если напряжение на аноде диода больше напряжения на катоде диода, диод будет включен. В противном случае диод погаснет.

На следующем рисунке показан этот процесс.На рисунке а показан выход переменного тока трансформатора. Когда выходное напряжение находится в положительном полупериоде, напряжение в точке a выше, чем напряжение в точке b, и диод будет включен. А напряжение на нагрузке RL примерно равно выходному напряжению трансформатора.

Когда выходное напряжение находится в отрицательном полупериоде, напряжение в точке b выше, чем напряжение в точке a, тогда диод будет отключен. Соответствующий ток не может течь к нагрузке, поэтому половина цикла отсутствует на рисунке b.

Рисунок 5. Схема однополупериодного выпрямителя Форма волны до и после фильтрации

Поскольку полупериод теряется при полуволновом выпрямлении, эффективность ограничена. Двухполупериодный мостовой выпрямитель может решить эту проблему.

По сравнению с однополупериодным выпрямлением, при двухполупериодном выпрямлении используется еще один диод. Однако трансформатор здесь с центральной осью , который использует однонаправленную проводимость диода.

Рисунок 6. Принципиальная схема двухполупериодного выпрямителя

Давайте проанализируем этот принцип. Если переменный ток находится в положительном полупериоде, напряжение в точке a выше, чем напряжение в точке b, тогда диод D1 будет включен, а диод D2 будет отключен. Таким образом, ток будет течь только из точки a через диод D1 и резистор RL и, наконец, к центральной оси трансформатора.

Если переменный ток находится в отрицательном полупериоде, напряжение в точке b выше, чем напряжение в точке a, диод D2 будет включен, а диод D1 будет отключен.Таким образом, ток будет течь только из точки b и через диод D2 и резистор RL, наконец, к центральной оси трансформатора.

Повторение этих циклов приводит к фильтрации. На следующем рисунке показан сигнал до и после фильтрации.

Рис. 7. Форма сигнала двухполупериодной схемы выпрямителя до и после фильтрации

Схема мостового выпрямителя сложнее двух предыдущих.Принципиальная схема выглядит следующим образом. Схема простого мостового выпрямителя состоит из трансформатора и главного выпрямительного моста , а также нагрузки .

Рисунок 8 . Мост Схема выпрямителя -1

Если выходной сигнал переменного тока находится в положительном полупериоде, в нормальных условиях ток течет в точку A, обращенную к диоду 2 и диоду 1.

Рисунок 9.Принципиальная схема мостового выпрямителя-2

Однако из-за высокого напряжения в точке А диод 1 находится в выключенном состоянии, а диод 2 во включенном состоянии. Таким образом, ток будет проходить через диод 2, затем течь из точки B и затем достигать точки D через нагрузку.

Рисунок 10 . Мост Схема схемы выпрямителя — 3

На первый взгляд, и диод 1, и диод 4 могут быть включены, но ток течет из точки А в мост выпрямителя, а затем через нагрузку.Напряжение будет уменьшаться после того, как ток пройдет через нагрузку, поэтому напряжение в точке D намного ниже, чем напряжение в точке A, и диод 4 включен, а диод 1 выключен. Наконец, ток течет в нижний конец трансформатора.

Рисунок 11. Схема схемы мостового выпрямителя-4

Когда напряжение на нижнем конце выше, чем напряжение на верхнем конце, ток достигает точки C.

Рисунок 1 2 .Принципиальная схема мостового выпрямителя — 5

Кроме того, поскольку напряжение в точке C высокое, диод 4 находится в выключенном состоянии, а диод 3 во включенном состоянии. Ток будет течь через диод 3 из точки B, а затем достигнет точки D через нагрузку.

Рисунок 13. Схема схемы мостового выпрямителя-6

Подобно положительному полупериоду, на первый взгляд, диод 1 и диод 4 могут быть включены. Но поскольку ток течет из точки C в выпрямительный мост, а затем через нагрузку, напряжение в точке D намного ниже, чем в точке C, поэтому диод 1 включен, а диод 4 выключен.Наконец, ток течет в верхнюю часть трансформатора.

Рисунок 14. Схема схемы мостового выпрямителя-7

Преимущества мостового выпрямления

По сравнению с двухполупериодным выпрямлением мостовое выпрямление имеет много преимуществ.

Для двухполупериодного выпрямления требуется трансформатор с центральной осью, а для мостового выпрямления этого требования нет.

Когда диод выключен, напряжение на двух концах диода мостового выпрямителя меньше половины напряжения двухполупериодного выпрямления.Так что требования к характеристикам мостового выпрямительного диода не так высоки.

После повреждения выпрямительного диода его можно заменить на выпрямительный диод той же модели или другой модели с такими же параметрами.

Обычно выпрямительные диоды с высоким выдерживаемым напряжением (обратное напряжение) могут заменить выпрямительные диоды с низким выдерживаемым напряжением .А выпрямительные диоды с низким выдерживаемым напряжением не могут заменить диоды с высоким выдерживаемым напряжением.

Диод с большим током выпрямления может заменить диод с низким значением тока выпрямления, в то время как диод с низким значением тока выпрямления не может заменить диод с высоким значением тока выпрямления.

(1) Удалите из выпрямителя все диоды выпрямителя.

(2) Используйте диапазон мультиметра 100 × R или 1000 × R Ом для измерения двух выводных проводов выпрямительного диода.Затем поменяйте местами голову и хвост и снова попробуйте.

(3) Если значение сопротивления, измеренное дважды, сильно различается, это означает, что диод исправен (за исключением диодов с мягким пробоем).

Если дважды измеренное значение сопротивления мало и почти одинаково, это означает, что диод вышел из строя и его нельзя использовать.

Если значение сопротивления, измеренное дважды, бесконечно, это означает, что диод был отключен внутри и не может использоваться.

Рекомендуемые статьи:

Как работает фотодиод?

Что такое лавинные диоды?

Что такое лазерные диоды?

Как работает диодный выпрямитель — тестирование и низкое прямое падение напряжения в выпрямительном диоде

Введение:

Диодный выпрямитель представляет собой полупроводниковое устройство и относится к «активным» электронным компонентам. Его основная функция — пропускать электрический ток только в одном направлении и блокировать в другом.Это свойство также приводит к выпрямлению электрического тока при использовании источника переменного тока. Выпрямительный диод обычно узнаваем по его черному цвету и белому кольцу на одном из его концов, что сравнимо с цветовой кодировкой резистора, которую мы изучали в предыдущей статье. Его размер может отличаться в зависимости от его допустимой мощности. Его два конца с двумя выводами или клеммами, отсюда и название диод (что по-гречески означает двуногий).

Внутреннее описание:

Диод, как и все полупроводники, в основном состоит из чистого кремния (в настоящее время более популярного, чем германий).По своей природе кремний является плохим проводником электричества, поэтому путем добавления в него определенных примесей (легирования) в определенной степени достигается проводимость. Эти примеси могут быть положительными или отрицательными носителями заряда, известными как p-тип и n-тип соответственно.

В диоде кремний p-типа и n-типа сплавлены вместе, образуя переход, называемый pn переходом. При подключении к источнику напряжения этот переход ограничит прохождение тока от n-типа к p-типу и позволит течь от p-типа к кремнию n-типа, только если напряжение больше 0.6 вольт. Это минимальное напряжение требуется в любом кремниевом полупроводнике для инициирования проводимости электронов и известно как прямое напряжение. Вывод p-типа диода называется анодом, а вывод n-типа называется катодом и обозначается кольцом или полосой на его корпусе.

Функции и использование:

В электронной схеме диод действует так же, как резиновый клапан в велосипедной шине. Клапан позволяет перекачиваемому воздуху поступать с одной стороны и блокирует с другой.Точно так же выпрямительный диод пропускает ток только в одном направлении. Таким образом, он используется в качестве защиты полярности в электронных схемах, чтобы избежать опасности случайного переключения напряжения питания.

Другой важной функцией выпрямительного диода является выпрямление, то есть преобразование переменного тока в постоянный. Напряжение переменного тока изменяется с положительного на отрицательное и наоборот несколько раз в секунду. В зависимости от подключения выпрямительный диод пропускает только положительный или отрицательный цикл и блокирует другой.Таким образом, результат будет либо чисто положительным, либо отрицательным. Это называется исправлением. Это свойство хорошо эксплуатируется и используется в источниках питания, адаптерах переменного / постоянного тока, зарядных устройствах и т. Д. Но важно знать, что для успешного выполнения описанной выше процедуры диода требуется минимальное входное напряжение на нем не менее 0,7 Вольт. выпрямление или, проще говоря, диоду требуется не менее 0,7 вольт, чтобы удовлетворительно инициировать проводимость электричества. Это называется низким прямым падением напряжения выпрямительного диода.

Тестирование:

Шаги, необходимые для тестирования диодного выпрямителя, следующие.

• Возьмите цифровой мультиметр хорошего качества
• Установите диапазон в положении диода
• На дисплее вы должны получить 3 или бесконечное показание напряжения в зависимости от используемого мультиметра
• Подключите красный зонд к катоду и черный зонд к аноду диода
• На дисплее сразу же отобразится низкое прямое падение напряжения (выпрямительный диод) около 0.6 вольт
• Теперь поменяйте местами соединения, дисплей вернется к исходным показаниям, указывая, что диод исправен
• Если измеритель показывает любое другое показание, диод может иметь негерметичность или неисправен, а показание 0000 означает короткое замыкание

Ссылки

Руководство по кремниевому стабилитрону и выпрямителю: теория, конструкция, характеристики и применение , разработано Департаментом разработки приложений Motorola. (ASIN: B000ND8BXC)

Источник изображения

Схема полуволнового выпрямителя: https: // commons.wikimedia.org/wiki/File:Half-wave_rectifier.png

: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Diode_3D_and_ckt.png

Трехфазный диодный выпрямитель | Plexim

Принцип работы

Трехфазный диодный выпрямитель преобразует трехфазное переменное напряжение на входе в постоянное напряжение на выходе. Чтобы показать принцип работы схемы, индуктивности источника и нагрузки (L _s и L _d ) не учитываются для простоты. Напряжение постоянного тока делится на шесть сегментов в пределах одного периода основного источника, который соответствует различным комбинациям линейного напряжения источника (V _LL ).В каждом сегменте есть минимальное и максимальное напряжение постоянного тока:

• Минимальное напряжение постоянного тока: Если одно линейное напряжение равно нулю, то напряжение постоянного тока составляет минимум V _DC = V _LL · sin (60 °).
• Максимальное напряжение постоянного тока: напряжение постоянного тока увеличивается до максимального значения V _DC = V _LL , где два линейных напряжения равны.

Между минимальным и максимальным напряжениями постоянного тока находится среднее напряжение постоянного тока, которое определяется по формуле: V _{DC, av} = V _LL · 3 / pi.Пульсации постоянного напряжения возникают с частотой, в 6 раз превышающей частоту сети. Для шести интервалов знаки фазных токов (I _a , I _b , I _c ) даются по формуле:

Влияние индукторов

Как и в случае с однофазным диодным выпрямителем, включение нагрузки (L _d ) и индуктивности источника (L _s ) приводит к интервалу коммутации тока между двумя парами диодов.Чем больше индуктивность источника, тем больше времени требуется для коммутации тока. Например, после фазового интервала 1 (0 ° <φ <60 °) ток коммутируется с пары диодов D ₅ / D ₆ на D ₁ / D ₆ . В течение этого интервала V _ca остается равным нулю, поскольку D ₁ и D ₅ оба являются проводящими, что приводит к уменьшению постоянного напряжения. Падение постоянного напряжения пропорционально индуктивности источника, то есть ΔV _out ~ L _s.

Эксперименты

• Измените индуктивность источника с 0 мкГн на 50 мкГн и наблюдайте увеличение интервала коммутации тока, а также падение напряжения нагрузки.
• Убедитесь, что большая индуктивность нагрузки снижает пульсации постоянного напряжения.

Полупериодный и двухполупериодный выпрямители | Принцип, работа, ограничения

Что такое выпрямитель?

А выпрямитель устройство, которое преобразует переменное (AC) входное напряжение в постоянное (DC) выходное напряжение.Любое электрическое устройство, которое имеет высокое сопротивление току в одно направление и низкое сопротивление току в противоположном направлении обладают возможность преобразовывать переменный ток в постоянный.

Принцип

Диод с p-n переходом предлагает очень низкое сопротивление при прямом смещении и чрезвычайно высокое сопротивление при обратном смещении. Благодаря этому свойству диод с p-n переходом в первую очередь пропускает ток только в одном направлении. Итак, если на диод подается переменное напряжение, ток протекает только в той части циклов, когда диод направлен вперед пристрастный.Это свойство диода с p-n переходом используется для выпрямления переменного тока. напряжения и схема, используемая для этой цели, называется выпрямителем . п-п переходной диод может использоваться либо как (а) полуволновой выпрямитель, либо (б) как двухполупериодный выпрямитель.

(а) Однополупериодный выпрямитель

Строительство

Аранжировка для полуволны Выпрямитель показан на рис. Входное напряжение переменного тока подается на первичную обмотку. P подходящего понижающего трансформатора. Вторичная обмотка S трансформатора подключен к полупроводниковому диоду p-n перехода D и нагрузке сопротивление R _L .

Метод работы

Пусть в течение первой половины входного цикла переменного тока конец A вторичной обмотки S трансформатора имеет положительный потенциал, а конец B — отрицательный потенциал. В этой ситуации диод смещен в прямом направлении, и в цепи течет ток. Следовательно, получается выходное напряжение на нагрузке R _L .

Во время второй половины входного переменного тока конец A вторичной обмотки S трансформатора находится под отрицательным потенциалом, а диод D находится под обратным смещением.Таким образом, ток не течет через нагрузку R _L и отсутствует выходное напряжение на R _L .

В следующем положительном полупериоде входа переменного тока мы снова получаем выход и так далее. Таким образом, мы получаем выходное напряжение как показано на рис. Здесь выходное напряжение, хотя и изменяется по величине, ограничивается только одним направлением и считается исправленным. Поскольку выпрямленный выход схемы получается только для половины входного переменного тока. волна, устройство называется однополупериодный выпрямитель .

(б) Двухполупериодный выпрямитель

Двухполупериодный выпрямитель — это выпрямитель, выпрямляет обе половины каждого входного цикла переменного тока и дает однонаправленный выходное напряжение постоянно.

Строительство

В двухполупериодном выпрямителе мы используйте два полупроводниковых диода, которые работают в дополнительном режиме. AC входное питание подается через первичную обмотку P трансформатора с центральным ответвлением. Два конца A и B второго S трансформатора подключены к p-концы диодов D1 и D2 соответственно.Нагрузка сопротивление R _L подключено между n-клеммой как диоды, так и центральный отвод O второго трансформатора. DC выходная мощность достигается через положение нагрузки R _L .

Метод работы

Во время первый полупериод входного напряжения, клемма A является положительной с относительно O, в то время как B отрицательно по отношению к O.Диод сначала прямое смещение и проводит, в то время как второй диод имеет обратное смещение и не провести, ток протекает через R _L от D до O. Во время второй полупериод, A отрицателен, а B положителен по отношению к O, таким образом, первый диод имеет обратное смещение, а второй диод — прямое смещение. В ток через R _L в том же направлении, что и во время первая половина цикла. Результирующий выходной ток представляет собой непрерывную серию.

Поскольку мы получаем вывод в положительная половина, а также отрицательная половина входного цикла переменного тока, выпрямитель называется двухполупериодным выпрямителем.Очевидно, это более эффективная схема для получать выпрямленное напряжение или ток, чем однополупериодный выпрямитель .

Ограничение выпрямителя

Хотя двухполупериодный выпрямитель обеспечивает непрерывное выходное напряжение / ток в одном направлении, выпрямленное напряжение имеет форму импульсов половинной формы. синусоиды. Итак, выходное напряжение однонаправленное, но не имеет стабильное значение. Фактически, такой пульсирующий выходной сигнал имеет некоторую пульсацию переменного тока, смешанную с чистое напряжение постоянного тока, и чтобы получить чистое выходное напряжение постоянного тока, мы должны отфильтровать Пульсации переменного тока при использовании дополнительных фильтров.

Читайте также

Кремниевые выпрямительные диоды

• Изучив этот раздел, вы сможете:
• • Опишите типичные применения выпрямителя.
• • Обратите внимание на 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 тем, что показаны 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 оставалось 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

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. Штифт 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 (соединение) p.d.

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

Когда PN-переход смещен в обратном направлении, будет течь очень небольшой ток утечки (I _R ), в основном из-за тепловой активности в полупроводниковом материале, 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

Это максимальный ток, который может пропустить диод с прямым смещением без повреждения устройства при выпрямлении повторяющейся синусоидальной волны. I _FRM обычно задается диодом, выпрямляющим синусоидальную волну с максимальным рабочим циклом 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

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 периодом, 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 сносок в технических паспортах производителей.

Повторяющееся пиковое обратное напряжение (В

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 полуволнового 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 = примерно + 325В. 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. Поэтому для этой задачи необходимо использовать выпрямительный диод с параметром V _RRM на минимум 650 В, и для обеспечения надежности должен быть запас прочности для такого важного компонента, поэтому было бы разумнее выбрать диод с V _RRM на 800 или 1000 В.

Максимальное рабочее пиковое обратное напряжение (В

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

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 примерно на 5% превышает любой 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 внешних всплесков является подключение небольшого емкостного конденсатора высокого напряжения, обычно дискового керамического типа, к каждому из четырех диодов в мостовом выпрямителе, как показано на рис.2.1.3.

Время обратного восстановления (t

Рис. 2.1.4 Обратный ход

Время, необходимое для падения тока до заданного низкого уровня обратного тока при переключении с заданного прямого тока (диод включен) на заданный обратный ток (диод выключен, обычно <10% от значения 'вкл. ' Текущий). Типичное значение t _rr раз 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) e.грамм. 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, в идеале обратный ток должен мгновенно упасть до нуля. Однако, когда диод является проводящим (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 применяется 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, 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 он, вероятно, будет примерно удваиваться 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 на выпрямители Шоттки оказывает температура.

Начало страницы

— определение, символ и работа

Туннель определение диода

А Туннельный диод представляет собой сильно легированный p-n переходной диод, в котором уменьшается электрический ток как напряжение увеличивается.

В туннельный диод, электрический ток вызван «туннелированием». В туннельный диод используется как устройство с очень быстрым переключением в компьютеры. Он также используется в высокочастотных генераторах и усилители.

Символ туннельного диода

Условное обозначение туннельного диода показано на рисунке ниже. В туннельном диоде p-тип полупроводник действует как анод, а n-тип полупроводник действует как катод.

ср знать, что анод — это положительно заряженный электрод, который притягивает электроны, тогда как катод отрицательно заряжен. электрод, испускающий электроны. В туннельном диоде n-типа полупроводник излучает или производит электроны, поэтому его называют как катод. С другой стороны, полупроводник p-типа притягивает электроны, испускаемые полупроводником n-типа, поэтому Полупроводник p-типа называется анодом.

Что такое туннельный диод?

Туннель диоды являются одними из самых важных твердотельных электронных устройств которые появились в последнее десятилетие. Туннель Диод был изобретен в 1958 году Лео Эсаки.

Лев Эсаки заметил, что если полупроводниковый диод сильно легирован с примесями он будет демонстрировать отрицательное сопротивление.Отрицательный сопротивление означает, что ток через туннельный диод уменьшается при повышении напряжения. В 1973 году Лео Эсаки получил Нобелевская премия по физике за открытие электронного туннелирования эффект, используемый в этих диодах.

А туннельный диод также известен как диод Эсаки, названный в честь Лео Эсаки за работу над туннельным эффектом.Операция туннельного диода зависит от принципа квантовой механики известный как «Туннелирование». В электронике туннелирование означает прямое поток электронов через малую обедненную область из Зона проводимости n-стороны в валентную зону p-стороны.

германий Материал обычно используется для изготовления туннельных диодов. Они есть также сделаны из других материалов, таких как галлий арсенид, антимонид галлия и кремний.

Ширина обедненной области в туннельном диоде

обедненная область — это область в диоде с p-n-переходом, где мобильные носители заряда (бесплатно электроны и дырки) отсутствуют. Область истощения действует как барьер, препятствующий поток электронов из полупроводника n-типа и дырок из полупроводника p-типа.

ширина область обеднения зависит от количества примесей добавлен. Примеси — это атомы, введенные в p-тип и Полупроводник n-типа для увеличения электропроводности.

Если а в диод p-n-перехода добавляется небольшое количество примесей (полупроводник p-типа и n-типа), широкая обедненная область сформирован.С другой стороны, если большое количество примесей добавлен к диоду p-n-перехода, узкая обедненная область сформирован.

В туннельный диод, полупроводники p-типа и n-типа сильно легированные, что означает введение большого количества примесей на полупроводник p-типа и n-типа. Этот тяжелый допинг процесс дает чрезвычайно узкую область истощения.В концентрация примесей в туннельном диоде в 1000 раз больше, чем у обычного диода с p-n переходом.

В нормальный диод с p-n переходом, обедненная ширина велика, как по сравнению с туннельным диодом. Этот широкий слой истощения или Область истощения в нормальном диоде препятствует прохождению тока. Следовательно, истощающий слой действует как барьер. Чтобы преодолеть это барьер, нам нужно подать достаточное напряжение.Когда достаточно подается напряжение, электрический ток начинает течь через нормальный диод p-n перехода.

В отличие от нормальный диод с p-n переходом, ширина обедненного слоя в туннельном диоде крайне узкий. Итак, применяя небольшой напряжения достаточно для выработки электрического тока в туннельном диоде.

Туннель диоды способны оставаться стабильными в течение длительного времени чем обычные диоды с p-n переходом.Они также способны высокоскоростных операций.

Концепт проходки тоннелей

истощение область или обедненный слой в диоде с p-n переходом состоит из положительных и отрицательных ионов. Из-за этих положительных и отрицательные ионы, существует встроенный потенциал или электрический поле в области истощения.Это электрическое поле в область истощения оказывает электрическую силу в направлении противоположно внешнему электрическому полю (напряжению).

Другой вещь нужно помнить, что валентная зона и проводимость зонные энергетические уровни в полупроводнике n-типа незначительно ниже энергетических уровней валентной зоны и зоны проводимости в полупроводнике p-типа.Эта разница в уровнях энергии связано с различием уровней энергии легирующей примеси. атомы (донорные или акцепторные), используемые для образования n-типа и Полупроводник p-типа.

Электрический Текущий в обычном p-n переходе диод

Когда а напряжение прямого смещения приложено к обычному p-n переходу диода ширина обедненной области уменьшается и при этом со временем высота барьера также уменьшается.Однако электроны в полупроводнике n-типа не может проникать через слой истощения, потому что встроенное напряжение истощения слой противодействует потоку электронов.

Если приложенное напряжение больше, чем встроенное напряжение слой обеднения, электроны с n-стороны преодолевают противодействующей силе истощенного слоя, а затем входит в p-сторона.Проще говоря, электроны могут проходить через барьер (обедненный слой), если энергия электронов больше высоты барьера или барьерный потенциал.

Следовательно, ан обычный диод с p-n переходом производит электрический ток, только если приложенное напряжение больше, чем встроенное напряжение область истощения.

Электрический Текущий в туннельном диоде

В туннельный диод, валентная зона и энергия зоны проводимости уровни в полупроводнике n-типа ниже валентного энергетические уровни зоны и зоны проводимости в p-типе полупроводник.В отличие от обычного диода с p-n переходом, Разница в уровнях энергии в туннельном диоде очень велика. Из-за такой большой разницы в уровнях энергии зона проводимости материала n-типа перекрывается с валентная зона материала p-типа.

Квантовая механика говорит, что электроны будут напрямую проникать через слой истощения или барьер, если ширина истощения очень небольшой.

обедненный слой туннельного диода очень мал. Он находится в нанометры. Таким образом, электроны могут напрямую туннелировать через небольшая область обеднения из n-сторонней зоны проводимости в p-сторона валентная зона.

В обычные диоды, ток вырабатывается при подаче напряжения больше, чем встроенное напряжение области истощения.Но в туннельных диодах небольшое напряжение, которое меньше встроенного напряжения области истощения достаточно, чтобы произвести электрический ток.

В туннельные диоды, электроны не должны преодолевать встречные сила из обедненного слоя, чтобы произвести электрический ток. Электроны могут напрямую туннелировать из зоны проводимости n-область в валентную зону p-области.Таким образом, электрические ток вырабатывается в туннельном диоде.

Как туннельный диод работает?

Шаг 1: Несмещенный туннельный диод

Когда на туннельный диод не подается напряжение, он называется несмещенный туннельный диод. В туннельном диоде зона проводимости материал n-типа перекрывается с валентной зоной материал p-типа из-за сильного легирования.

Потому что этого перекрытия электроны зоны проводимости на n-стороне и дырки валентной зоны на стороне p имеют почти одинаковую энергию уровень. Поэтому, когда температура увеличивается, некоторые электроны туннель из зоны проводимости n-области в валентную полоса p-области. Подобным образом дыры туннелируют от валентная зона p-области к зоне проводимости n-области.

Однако чистый текущий поток будет равен нулю, потому что равное количество носители заряда (свободные электроны и дырки) текут навстречу друг другу. направления.

Шаг 2: Небольшое напряжение, приложенное к туннельному диоду

Когда а на туннельный диод подается небольшое напряжение, которое меньше чем встроенное напряжение обедненного слоя, нет прямого ток течет через переход.

Однако небольшое количество электронов в зоне проводимости n-область будет туннелировать в пустые состояния валентной зоны в р-области. Это создаст небольшой туннель прямого смещения. Текущий. Таким образом, туннельный ток начинает течь с небольшой приложение напряжения.

Шаг 3: Приложенное напряжение немного увеличено

Когда напряжение, подаваемое на туннельный диод, немного увеличивается, большое количество свободных электронов на n-стороне и дырок на p-стороне генерируются.Из-за увеличения напряжения перекрытие зоны проводимости и валентной зоны составляет повысился.

В простыми словами, уровень энергии n-сторонней зоны проводимости становится в точности равным энергетическому уровню валентности на стороне p. группа. В результате протекает максимальный туннельный ток.

Шаг 4: Приложенное напряжение дополнительно увеличивается

Если приложенное напряжение дополнительно увеличивается, небольшое смещение зона проводимости и валентная зона.

С зона проводимости материала n-типа и валентность лента из материала p-типа внахлест порога. Электронный туннель из зоны проводимости n-области в валентную зону p-области и вызывают небольшой ток. Таким образом, туннелирование ток начинает уменьшаться.

Шаг 5: Приложенное напряжение значительно увеличено

Если приложенное напряжение значительно увеличивается, туннелирование ток падает до нуля.В этот момент зона проводимости и валентные зоны больше не перекрываются и туннельный диод работает таким же образом, как и обычный диод с p-n переходом.

Если это приложенное напряжение больше встроенного потенциала истощенного слоя начинается регулярный прямой ток протекает через туннельный диод.

часть кривой, на которой ток уменьшается по мере увеличения напряжения увеличивается область отрицательного сопротивления туннеля диод.Область отрицательного сопротивления является наиболее важной. и наиболее широко используемая характеристика туннельного диода.

А туннельный диод, работающий в области отрицательного сопротивления, может использоваться как усилитель или генератор.

Преимущества из туннельные диоды

• Долгая жизнь
• Высокоскоростной операция
• Низкий уровень шума
• Низкое энергопотребление расход

Недостатки из туннельные диоды

• Туннель массовое производство диодов невозможно
• Быть двойником оконечное устройство, вход и выход не изолированы от друг друга.

Приложения из туннельные диоды

• Туннель диоды используются в качестве запоминающих устройств логической памяти.
• Туннель диоды используются в схемах релаксационных генераторов.
• Туннель диод используется как сверхбыстрый переключатель.
• Туннель диоды используются в FM-приемниках.

Типы диодов

различные типы диодов следующие:

1. стабилитрон диод
2. Лавинный диод
3. Фотодиод
4. Свет Излучающий диод
5. Лазер диод
6. Туннель диод
7. Шоттки диод
8. Варактор диод
9. П-Н переходной диод

— Inst Tools

Что такое диод Шоттки?

Диод Шоттки, также известный как диод с горячей несущей, представляет собой полупроводниковый диод, который имеет низкое прямое падение напряжения и очень быстрое переключение.Когда через диод протекает ток, на выводах диода наблюдается небольшое падение напряжения. Нормальный диод будет иметь падение напряжения от 0,6 до 1,7 вольт, в то время как падение напряжения на диоде Шоттки обычно составляет от 0,15 до 0,45 вольт. Это меньшее падение напряжения обеспечивает лучшую эффективность системы и более высокую скорость переключения. В диоде Шоттки между полупроводником и металлом образуется переход полупроводник-металл, создавая таким образом барьер Шоттки. Полупроводник N-типа действует как катод, а металлическая сторона действует как анод диода.Этот барьер Шоттки приводит как к низкому прямому падению напряжения, так и к очень быстрому переключению.

Рис. Символ диода Шоттки

Диоды Шоттки — это сильноточные диоды, используемые в основном в высокочастотных устройствах с быстрым переключением. Их также называют диодами с горячими носителями. Термин горячие носители происходит от более высокого уровня энергии электронов в n-области по сравнению с электронами в металлической области. Символ диода Шоттки показан на рисунке выше. Диод Шоттки формируется путем соединения легированной полупроводниковой области (обычно n-типа) с таким металлом, как золото, серебро или платина.Вместо pn-перехода существует переход металл-полупроводник, как показано на рисунке ниже. Прямое падение напряжения обычно составляет около 0,3 В, потому что здесь нет обедненной области, как в диоде с pn переходом.

Диод Шоттки работает только с мажоритарными носителями. Нет неосновных носителей заряда и, следовательно, нет обратного тока утечки, как в других типах диодов. Металлическая область сильно занята электронами зоны проводимости, а полупроводниковая область n-типа слабо легирована.При прямом смещении электроны с более высокой энергией в n-области инжектируются в металлическую область, где они очень быстро отдают свою избыточную энергию. Поскольку нет неосновных носителей, как в обычном выпрямительном диоде, происходит очень быстрая реакция на изменение смещения. Schottky — это быстросменный диод, и большинство его приложений используют это свойство. Его можно использовать в высокочастотных приложениях и во многих цифровых схемах для уменьшения времени переключения.

Эквивалентная схема диода Шоттки приведена ниже

VI характеристики диода с барьером Шоттки

Из VI характеристик очевидно, что VI характеристики диода с барьером Шоттки аналогичны нормальному диоду с PN переходом, за следующими исключениями.

Прямое падение напряжения на диоде с барьером Шоттки низкое по сравнению с обычным диодом с PN переходом.Прямое падение напряжения диода с барьером Шоттки, сделанного из кремния, показывает прямое падение напряжения от 0,3 до 0,5 вольт.

Прямое падение напряжения увеличивается с увеличением концентрации легирования полупроводника n-типа.

VI характеристики диода с барьером Шоттки более крутые по сравнению с VI характеристиками нормального диода с PN переходом из-за высокой концентрации носителей тока.

Преимущества

используются во многих приложениях, где другие типы диодов не работают.У них есть ряд преимуществ:

• Низкое напряжение включения: Напряжение включения диода составляет от 0,2 до 0,3 В для кремниевого диода и от 0,6 до 0,7 В для стандартного кремниевого диода. Благодаря этому он имеет примерно такое же напряжение включения, что и германиевый диод.
• Быстрое время восстановления: Быстрое время восстановления из-за небольшого количества накопленного заряда означает, что его можно использовать для приложений высокоскоростного переключения.
• Низкая емкость перехода: Ввиду очень маленькой активной площади, часто в результате использования точечного контакта с кремнием, уровни емкости очень малы.

Преимущества диода Шоттки означают, что его характеристики во многих областях могут намного превосходить характеристики других диодов.

Главный недостаток

Основным недостатком диода Шоттки является относительно высокий обратный ток.Из-за металлического полупроводникового перехода он более подвержен утечке тока при обратном подключении напряжения. Кроме того, диоды Шоттки обычно имеют низкие максимальные обратные напряжения. Как правило, они имеют максимальное значение 50 В или меньше. Помните, что обратное напряжение — это значение, при котором диод выйдет из строя и начнет проводить большой ток при обратном подключении напряжения (от катода к аноду). Это означает, что диоды Шоттки не могут выдерживать большое обратное напряжение без пробоя и проведения большого количества тока.И даже до достижения этого максимального обратного значения он все равно будет пропускать небольшое количество тока.

В зависимости от применения и использования схемы это может оказаться важным или нет.

Приложения

Диоды с барьером Шоттки широко используются в электронной промышленности, находя множество применений в качестве диодного выпрямителя. Его уникальные свойства позволяют использовать его в ряде приложений, где другие диоды не могут обеспечить такой же уровень производительности.В частности, он используется в таких областях, как:

• ВЧ смеситель и детекторный диод : Диод Шоттки нашел свое применение в радиочастотных приложениях благодаря своей высокой скорости переключения и высокочастотной способности. В связи с этим диоды с барьером Шоттки используются во многих высокопроизводительных кольцевых смесителях диодов. В дополнение к этому, их низкое напряжение включения и высокая частота, а также низкая емкость делают их идеальными в качестве ВЧ-детекторов.
• Выпрямитель мощности: Диоды с барьером Шоттки также используются в приложениях с высокой мощностью в качестве выпрямителей.Их высокая плотность тока и низкое прямое падение напряжения означают, что тратится меньше энергии, чем при использовании обычных диодов с PN переходом. Это повышение эффективности означает, что необходимо рассеивать меньше тепла, и в конструкцию можно включить радиаторы меньшего размера.
• Силовые схемы ИЛИ: Диоды Шоттки могут использоваться в приложениях, где нагрузка приводится в действие двумя отдельными источниками питания. Одним из примеров может быть источник питания от сети и источник питания от батареи. В этих случаях необходимо, чтобы мощность от одного источника питания не поступала в другой.Этого можно добиться с помощью диодов. Однако важно, чтобы любое падение напряжения на диодах было минимальным для обеспечения максимальной эффективности. Как и во многих других применениях, этот диод идеально подходит для этого ввиду низкого прямого падения напряжения. Диоды Шоттки, как правило, имеют высокий обратный ток утечки. Это может привести к проблемам с любыми используемыми цепями датчиков. Пути утечки в цепи с высоким импедансом могут привести к ошибочным показаниям. Поэтому это должно быть учтено в схемотехнике.