Инструменты пользователя

Инструменты сайта


examination:elt:question37

Вопрос №37. Выпрямительные и импульсные диоды. Особенности, основные параметры, область применения

Выпрямительные диоды - полупроводниковые приборы, предназначенные для использования их в схемах выпрямления переменного тока.

Их характерной особенностью является высокое значение допустимого обратного напряжения (сотни В и выше).

Выпрямительные свойства диодов тем лучше, чем меньше обратный ток при заданном обратном напряжении и чем меньше падение напряжения при заданном прямом токе. Значения прямого и обратного токов отличаются на несколько порядков, а прямое падение напряжения не превышает единиц вольт по сравнению с обратным напряжением, которое может составлять сотни и более вольт. Поэтому диоды обладают односторонней проводимостью, что позволяет использовать их в качестве выпрямительных элементов.

Основные параметры диода

  • max. допустимое постоянное или импульсное обратное напряжение;
  • max. допустимый постоянный или импульсный прямой ток;
  • max. прямое падение напряжения на диоде при заданном прямом токе через него;
  • обратный ток диода при предельном обратном напряжении (приводится для температуры +25 градусов и для max. рабочей температуры);
  • max. рабочая частота диода;
  • ёмкость диода и напряжение на диоде, при котором она измеряется;
  • max. допустимая постоянная рассеиваемая мощность на диоде или на диоде с теплоотводом (с радиатором)


Классификация ВД

Выпрямительные диоды можно условно разделить на диоды малой, средней и большой мощности.

Диоды малой мощности рассчитаны на токи до 300мА и напряжения от десятков В до 1200В.

На более высоких напряжениях выпускаются выпрямительные столбы, содержащие в одном корпусе несколько последовательно соединенных диодов.

Обратные токи диодов малой мощности ⇐ 300мкА для германиевых и 10мкА для кремниевых приборов.

По частотным свойствам диоды этого типа подразделяются на низкочастотные (до 400Гц) и высокочастотные (до 20кГц).

К выпрямительным диодам средней мощности относятся диоды, max. ток через которые лежит в диапазоне от 300мА до 10А. Большой прямой ток этих диодов по сравнению с маломощными достигается увеличением рабочей площади pn-перехода.

К выпрямительным диодам большой мощности относятся диоды на токи, большие 10А. Выпускаются диоды на 10А, 16А, 25А, 40А и больше, вплоть до 1000А.

Рабочая частота силовых диодов доходит до десятков кГц.

Для рассеивания выделяющейся в pn-переходе мощности применяются различного рода системы охлаждения: естественная, принудительно-воздушная и водяная.

+ Бонус (германиевые и кремниевые диоды)

Вольт-амперные характеристики (ВАХ) германиевых и кремниевых диодов различаются. На рис. 2.3‑1 для сравнения показаны типичные ВАХ для германиевых и кремниевых выпрямительных диодов при различных температурах окружающей среды.

Обратный ток кремниевых диодов значительно меньше обратного тока германиевых диодов. Кроме того, обратная ветвь вольт-амперной характеристики кремниевых диодов не имеет явно выраженного участка насыщения, что обусловлено генерацией носителей зарядов в p-n-переходе и токами утечки по поверхности кристалла. При подаче обратного напряжения превышающего некий пороговый уровень происходит резкое увеличение обратного тока, что может привести к пробою p-n-перехода. У германиевых диодов, вследствие большой величины обратного тока, пробой имеет тепловой характер. У кремниевых диодов вероятность теплового пробоя мала, у них преобладает электрический пробой. Пробой кремниевых диодов имеет лавинный характер, поэтому у них, в отличие от германиевых диодов, пробивное напряжение повышается с увеличением температуры. Допустимое обратное напряжение кремниевых диодов (до 1600 В) значительно превосходит аналогичный параметр германиевых диодов.

Обратные токи в значительной степени зависят от температуры перехода. Из рисунка видно, что с ростом температуры обратный ток возрастает. Для приближенной оценки можно считать, что с увеличением температуры на 10 °С обратный ток германиевых диодов возрастает в 2, а кремниевых — в 2,5 раза. Верхний предел диапазона рабочих температур германиевых диодов составляет 75…80 °С, а кремниевых — 125 °С. Существенным недостатком германиевых диодов является их высокая чувствительность к кратковременным импульсным перегрузкам.

Вследствие меньшего обратного тока кремниевого диода его прямой ток, равный току германиевого диода, достигается при большем значении прямого напряжения. Поэтому мощность, рассеиваемая при одинаковых токах, в германиевых диодах меньше, чем в кремниевых. Прямое напряжение при малых прямых токах, когда преобладает падение напряжения на переходе, с ростом температуры уменьшается. При больших токах, когда преобладает падение напряжения на сопротивлении нейтральных областей полупроводника, зависимость прямого напряжения от температуры становится положительной. Точка, в которой отсутствует зависимость прямого напряжения от температуры (т.е. эта зависимость меняет знак), называется точкой инверсии. У большинства диодов малой и средней мощности допустимый прямой ток, как правило, не превышает точки инверсии, а у мощных диодов допустимый ток может быть выше этой точки.

examination/elt/question37.txt · Последние изменения: 2014/01/15 08:16 (внешнее изменение)