Диод выпрямитель. Выпрямительные диоды: принцип работы, виды и применение

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

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

Принцип действия

Необходимый эффект при работе устройства создают особенности p-n перехода. Заключаются в том, что рядом с переходом двух полупроводников встраивается слой, который характеризуется двумя моментами: большим сопротивлением и отсутствием носителей заряда. Далее при воздействии на данный запирающий слой переменного напряжения извне толщина его уменьшается и впоследствии исчезает. Возрастающий во время этого ток и является прямым током, который проходит от анода к катоду. В случае перемены полярности внешнего переменного напряжения запирающий слой будет больше, и сопротивление неминуемо возрастет.

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

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

Использование сборки

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

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

Физико-технические параметры

Основные параметры выпрямительных диодов базируются на таких значениях:

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

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

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

Выбор выпрямительных диодов

При приобретении устройства необходимо руководствоваться такими параметрами:

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

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

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

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

Диод Шоттки

Отдельную позицию занимает диод Шоттки. Изобрели его в связи с растущими потребностями в развивающейся отрасли радиоэлектроники. Основное отличие его от остальных диодов заключается в том, что в его конструкцию заложен металл-полупроводник как альтернатива p-n переходу. Соответственно, диод Шоттки обладает своими, уникальными свойствами, которыми не могут похвастаться кремниевые выпрямительные диоды. Некоторые из них:

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

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

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

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

Диод-стабилитрон

Для стабилизации напряжения используют специальное приспособление, способное работать в режиме пробоя, – стабилитрон, зарубежное название которого «диод Зенера». Выполняет свою функцию устройство, работая в режиме пробоя при напряжении обратного смещения. Возрастание силы тока происходит в момент пробоя, одновременно опускается до минимума дифференциальное значение, вследствие чего напряжение стабильное и охватывает достаточно серьезный диапазон обратных токов.

Практическое использование выпрямительного диода

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

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

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

Выпрямительный диод — виды, принцип работы и применение

для чего применяются, принцип действия, ВАХ

Выпрямительный диод особая разновидность диодов, созданные для трансформации переменного тока, если необходимо получить постоянный на входе или выходе. Это не единственная работа, которую выполняют данные диоды. Они нашли свое применение во всех сферах и направлениях радиоэлектроники. Они применяются для создания цепей управления, для коммутации, контроля напряжения, в цепях, где протекает сильный ток. От номинального значения тока, производится классификация выпрямительных диодов. Они бывают следующих видов:

• малой;
• средней;
• высокой.

По сфере применения на диоды из элементов германия (Gr) или кремния (Si). В статье будут описаны все особенности, технические характеристики устройства этих радиодеталей. Также читатель найдет познавательные видеоролики и интересный материал из научной статьи по данной теме.

Выпрямительные диоды.

Технология изготовления и конструкция

Конструкция выпрямительных диодов представляет собой одну пластину кристалла полупроводника, в объеме которой созданы две области разной проводимости, поэтому такие диоды называют плоскостными. Технология изготовления таких диодов заключается в следующем. На поверхность кристалла полупроводника с электропроводностью n-типа расплавляют алюминий, индий или бор, а на поверхность кристалла с электропроводностью p-типа расплавляют фосфор.

Под действием высокой температуры эти вещества крепко сплавляются с кристаллом полупроводника. При этом атомы этих веществ проникают (диффундируют) в толщу кристалла, образуя в нем область с преобладанием электронной или дырочной электропроводностью. Таким образом получается полупроводниковый прибор с двумя областями различного типа электропроводности — а между ними p-n переход. Большинство распространенных плоскостных кремниевых и германиевых диодов изготавливают именно таким способом.

Для защиты от внешних воздействий и обеспечения надежного теплоотвода кристалл с p-n переходом монтируют в корпусе.
Диоды малой мощности изготавливают в пластмассовом корпусе с гибкими внешними выводами, диоды средней мощности – в металлостеклянном корпусе с жесткими внешними выводами, а диоды большой мощности – в металлостеклянном или металлокерамическом корпусе, т.е. со стеклянным или керамическим изолятором.

Германиевые диоды.

Электрические параметры

У каждого типа диодов есть свои рабочие и предельно допустимые параметры, согласно которым их выбирают для работы в той или иной схеме:

• Iобр – постоянный обратный ток, мкА;
• Uпр – постоянное прямое напряжение, В;
• Iпр max – максимально допустимый прямой ток, А;
• Uобр max – максимально допустимое обратное напряжение, В;
• Р max – максимально допустимая мощность, рассеиваемая на диоде;
• Рабочая частота, кГц;
• Рабочая температура, С.

Здесь приведены далеко не все параметры диодов, но, как правило, если надо найти замену, то этих параметров хватает.

Материал в тему: Что такое кондесатор

Схема простого выпрямителя переменного тока на одном диоде

На вход выпрямителя подадим сетевое переменное напряжение, в котором положительные полупериоды выделены красным цветом, а отрицательные – синим. К выходу выпрямителя подключим нагрузку (Rн), а функцию выпрямляющего элемента будет выполнять диод (VD). При положительных полупериодах напряжения, поступающих на анод диода диод открывается. В эти моменты времени через диод, а значит, и через нагрузку (Rн), питающуюся от выпрямителя, течет прямой ток диода Iпр (на правом графике волна полупериода показана красным цветом).

При отрицательных полупериодах напряжения, поступающих на анод диода диод закрывается, и во всей цепи будет протекать незначительный обратный ток диода (Iобр). Здесь, диод как бы отсекает отрицательную полуволну переменного тока (на правом графике такая полуволна показана синей пунктирной линией).

В итоге получается, что через нагрузку (Rн), подключенную к сети через диод (VD), течет уже не переменный, поскольку этот ток протекает только в положительные полупериоды, а пульсирующий ток – ток одного направления. Это и есть выпрямление переменного тока. Но таким напряжением можно питать лишь маломощную нагрузку, питающуюся от сети переменного тока и не предъявляющую к питанию особых требований, например, лампу накаливания.

Напряжение через лампу будет проходить только во время положительных полуволн (импульсов), поэтому лампа будет слабо мерцать с частотой 50 Гц. Однако, за счет тепловой инертности нить не будет успевать остывать в промежутках между импульсами, и поэтому мерцание будет слабо заметным. Если же запитать таким напряжением приемник или усилитель мощности, то в громкоговорителе или колонках мы будем слышать гул низкого тона с частотой 50 Гц, называемый фоном переменного тока. Это будет происходить потому, что пульсирующий ток, проходя через нагрузку, создает в ней пульсирующее напряжение, которое и является источником фона.

Этот недостаток можно частично устранить, если параллельно нагрузке подключить фильтрующий электролитический конденсатор (Cф) большой емкости. Заряжаясь импульсами тока во время положительных полупериодов, конденсатор (Cф) во время отрицательных полупериодов разряжается через нагрузку (Rн). Если конденсатор будет достаточно большой емкости, то за время между импульсами тока он не будет успевать полностью разряжаться, а значит, на нагрузке (Rн) будет непрерывно поддерживаться ток как во время положительных, так и во время отрицательных полупериодов. Ток, поддерживаемый за счет зарядки конденсатора, показан на правом графике сплошной волнистой красной линией.

Силовой выпрямительный диод.

Но и таким, несколько сглаженным током тоже нельзя питать приемник или усилитель потому, что они будут «фонить», так как уровень пульсаций (Uпульс) пока еще очень ощутим. В выпрямителе, с работой которого мы познакомились, полезно используется энергия только половины волн переменного тока, поэтому на нем теряется больше половины входного напряжения и потому такое выпрямление переменного тока называют однополупериодным, а выпрямители – однополупериодными выпрямителями. Эти недостатки устранены в выпрямителях с использованием диодного моста.

Диодный мост

Диодный мост – это небольшая схема, составленная из 4-х диодов и предназначенная для преобразования переменного тока в постоянный. В отличие от однополупериодного выпрямителя, состоящего из одного диода и пропускающего ток только во время положительного полупериода, мостовая схема позволяет пропускать ток в течение каждого полупериода. Диодные мосты изготавливают в виде небольших сборок заключенных в пластмассовый корпус. Из корпуса сборки выходят четыре вывода напротив которых расположены знаки «+», «—» или «~», указывающие, где у моста вход, а где выход. Но не обязательно диодные мосты можно встретить в виде такой сборки, их также собирают включением четырех диодов прямо на печатной плате, что очень удобно.

Интересный материал для ознакомления: что нужно знать об устройстве силового трансформатора.

Например. Вышел из строя один из диодов моста, если будет стоять сборка, то ее смело выкидываем, а если мост будет собран из четырех диодов прямо на плате — меняем неисправный диод и все готово. На принципиальных схемах диодный мост обозначают включением четырех диодов в мостовую схему, как показано в левой части нижнего рисунка: здесь, диоды являются как бы плечами выпрямительного моста. Такое графическое обозначение моста можно встретить еще в старых журналах по радиотехнике. Однако, на сегодняшний день, в основном, диодный мост обозначают в виде ромба, внутри которого расположен значок диода, указывающий только на полярность выходного напряжения. Теперь рассмотрим работу диодного моста на примере низковольтного выпрямителя. В таком выпрямителе, с использованием четырех диодов, во время каждой полуволны работают поочередно два диода противоположных плеч моста, включенных между собой последовательно, но встречно по отношению ко второй паре диодов.

Диодный мост.

Применение диодов

Не следует думать, что диоды применяются лишь как выпрямительные и детекторные приборы. Кроме этого можно выделить еще множество их профессий. ВАХ диодов позволяет использовать их там, где требуется нелинейная обработка аналоговых сигналов. Это преобразователи частоты, логарифмические усилители, детекторы и другие устройства. Диоды в таких устройствах используются либо непосредственно как преобразователь, либо формируют характеристики устройства, будучи включенными в цепь обратной связи. Широкое применение диоды находят в стабилизированных источниках питания, как источники опорного напряжения (стабилитроны), либо как коммутирующие элементы накопительной катушки индуктивности (импульсные стабилизаторы напряжения).

Выпрямительные диоды.

С помощью диодов очень просто создать ограничители сигнала: два диода включенные встречно – параллельно служат прекрасной защитой входа усилителя, например, микрофонного, от подачи повышенного уровня сигнала. Кроме перечисленных устройств диоды очень часто используются в коммутаторах сигналов, а также в логических устройствах. Достаточно вспомнить логические операции И, ИЛИ и их сочетания. Одной из разновидностей диодов являются светодиоды. Когда-то они применялись лишь как индикаторы в различных устройствах. Теперь они везде и повсюду от простейших фонариков до телевизоров с LED – подсветкой, не заметить их просто невозможно.

Параметры диодов

Параметров у диодов достаточно много и они определяются функцией, которую те выполняют в конкретном устройстве. Например, в диодах, генерирующих СВЧ колебания, очень важным параметром является рабочая частота, а также та граничная частота, на которой происходит срыв генерации. А вот для выпрямительных диодов этот параметр совершенно не важен. Основные параметры выпрямительных диодов приведены в таблице ниже.

Таблица основных параметров выпрямительных диодов.

В импульсных и переключающих диодах важна скорость переключения и время восстановления, то есть скорость полного открытия и полного закрытия. В мощных силовых диодах важна рассеиваемая мощность. Для этого их монтируют на специальные радиаторы. А вот диоды, работающие в слаботочных устройствах, ни в каких радиаторах не нуждаются. Но есть параметры, которые считаются важными для всех типов диодов, перечислим их:

• U пр.– допустимое напряжение на диоде при протекании через него тока в прямом направлении. Превышать это напряжение не стоит, так как это приведёт к его порче.
• U обр.– допустимое напряжение на диоде в закрытом состоянии. Его ещё называют напряжением пробоя. В закрытом состоянии, когда через p-n переход не протекает ток, на выводах образуется обратное напряжение. Если оно превысит допустимое значение, то это приведёт к физическому «пробою» p-n перехода. В результате диод превратиться в обычный проводник (сгорит).

Очень чувствительны к превышению обратного напряжения диоды Шоттки, которые очень часто выходят из строя по этой причине.

Обычные диоды, например, выпрямительные кремниевые более устойчивы к превышению обратного напряжения. При незначительном его превышении они переходят в режим обратимого пробоя. Если кристалл диода не успевает перегреться из-за чрезмерного выделения тепла, то изделие может работать ещё долгое время.

• I пр.– прямой ток диода. Это очень важный параметр, который стоит учитывать при замене диодов аналогами или при конструировании самодельных устройств. Величина прямого тока для разных модификаций может достигать величин десятков и сотен ампер. Особо мощные диоды устанавливают на радиатор для отвода тепла, который образуется из-за теплового действия тока. P-N переход в прямом включении также обладает небольшим сопротивлением. На небольших рабочих токах его действие не заметно, но вот при токах в единицы-десятки ампер кристалл диода ощутимо нагревается. Так, например, выпрямительный диодный мост в сварочном инверторном аппарате обязательно устанавливают на радиатор.
• I обр.– обратный ток диода. Обратный ток – это так называемый ток неосновных носителей. Он образуется, когда диод закрыт. Величина обратного тока очень мала и его в подавляющем числе случаев не учитывают.
• U стаб.– напряжение стабилизации (для стабилитронов). Подробнее об этом параметре читайте в статье про стабилитрон.

Кроме того следует иметь в виду, что все эти параметры в технической литературе печатаются и со значком “max”. Здесь указывается предельно допустимое значение данного параметра. Поэтому подбирая тип диода для вашей конструкции необходимо рассчитывать именно на максимально допустимые величины.

Диоды высокого тока.

Заключение

В статье описаны все тонкости и нюансы работы и устройства выпрямительных диодов и схема их устройства. Более подробно о них можно узнать из стать Что такое диоды. 

В нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессиональных электронщиков. Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vk.com/electroinfonet. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.go-radio.ru

www.electrik.info

www.gaw.ru

www.sesaga.ru

ПолупроводникиКак устроен туннельный диод?

ПолупроводникиМаркировка различных видов диодов

Устройство и работа выпрямительного диода. Диодный мост

Здравствуйте уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Продолжаем знакомиться с полупроводниковыми диодами. В предыдущей части статьи мы с Вами разобрались с принципом работы диода, рассмотрели его вольт-амперную характеристику и выяснили, что такое пробой p-n перехода.
В этой части мы рассмотрим устройство и работу выпрямительных диодов.

Выпрямительный диод – это полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный. Однако, это далеко не полная область применения выпрямительных диодов: они широко используются в цепях управления и коммутации, в схемах умножения напряжения, во всех сильноточных цепях, где не предъявляется жестких требований к временным и частотным параметрам электрического сигнала.

Общие характеристики выпрямительных диодов.

В зависимости от значения максимально допустимого прямого тока выпрямительные диоды разделяются на диоды малой, средней и большой мощности:

малой мощности рассчитаны для выпрямления прямого тока до 300mA;
средней мощности – от 300mA до 10А;
большой мощности — более 10А.

По типу применяемого материала они делятся на германиевые и кремниевые, но, на сегодняшний день наибольшее применение получили кремниевые выпрямительные диоды ввиду своих физических свойств.

Кремниевые диоды, по сравнению с германиевыми, имеют во много раз меньшие обратные токи при одинаковом напряжении, что позволяет получать диоды с очень высокой величиной допустимого обратного напряжения, которое может достигать 1000 – 1500В, тогда как у германиевых диодов оно находится в пределах 100 – 400В.

Работоспособность кремниевых диодов сохраняется при температурах от -60 до +(125 — 150)º С, а германиевых – лишь от -60 до +(70 – 85)º С. Это связано с тем, что при температурах выше 85º С образование электронно-дырочных пар становится столь значительным, что происходит резкое увеличение обратного тока и эффективность работы выпрямителя падает.

Технология изготовления и конструкция выпрямительных диодов.

Конструкция выпрямительных диодов представляет собой одну пластину кристалла полупроводника, в объеме которой созданы две области разной проводимости, поэтому такие диоды называют плоскостными.

Технология изготовления таких диодов заключается в следующем:
на поверхность кристалла полупроводника с электропроводностью n-типа расплавляют алюминий, индий или бор, а на поверхность кристалла с электропроводностью p-типа расплавляют фосфор.

Под действием высокой температуры эти вещества крепко сплавляются с кристаллом полупроводника. При этом атомы этих веществ проникают (диффундируют) в толщу кристалла, образуя в нем область с преобладанием электронной или дырочной электропроводностью. Таким образом получается полупроводниковый прибор с двумя областями различного типа электропроводности — а между ними p-n переход. Большинство распространенных плоскостных кремниевых и германиевых диодов изготавливают именно таким способом.

Для защиты от внешних воздействий и обеспечения надежного теплоотвода кристалл с p-n переходом монтируют в корпусе.
Диоды малой мощности изготавливают в пластмассовом корпусе с гибкими внешними выводами, диоды средней мощности – в металлостеклянном корпусе с жесткими внешними выводами, а диоды большой мощности – в металлостеклянном или металлокерамическом корпусе, т.е. со стеклянным или керамическим изолятором. Пример выпрямительных диодов германиевого (малой мощности) и кремниевого (средней мощности) показан на рисунке ниже.

Кристаллы кремния или германия (3) с p-n переходом (4) припаиваются к кристаллодержателю (2), являющемуся одновременно основанием корпуса. К кристаллодержателю приваривается корпус (7) со стеклянным изолятором (6), через который проходит вывод одного из электродов (5).

Маломощные диоды, обладающие относительно малыми габаритами и весом, имеют гибкие выводы (1) с помощью которых они монтируются в схемах.
У диодов средней мощности и мощных, рассчитанных на значительные токи, выводы (1) значительно мощнее. Нижняя часть таких диодов представляет собой массивное теплоотводящее основание с винтом и плоской внешней поверхностью, предназначенное для обеспечения надежного теплового контакта с внешним теплоотводом (радиатором).

Электрические параметры выпрямительных диодов.

У каждого типа диодов есть свои рабочие и предельно допустимые параметры, согласно которым их выбирают для работы в той или иной схеме:

Iобр – постоянный обратный ток, мкА;
Uпр – постоянное прямое напряжение, В;
Iпр max – максимально допустимый прямой ток, А;
Uобр max – максимально допустимое обратное напряжение, В;
Р max – максимально допустимая мощность, рассеиваемая на диоде;
Рабочая частота, кГц;
Рабочая температура, С.

Здесь приведены далеко не все параметры диодов, но, как правило, если надо найти замену, то этих параметров хватает.

Схема простого выпрямителя переменного тока на одном диоде.

Разберем схему работы простейшего выпрямителя, которая изображена на рисунке:

На вход выпрямителя подадим сетевое переменное напряжение, в котором положительные полупериоды выделены красным цветом, а отрицательные – синим. К выходу выпрямителя подключим нагрузку (Rн), а функцию выпрямляющего элемента будет выполнять диод (VD).

При положительных полупериодах напряжения, поступающих на анод диода диод открывается. В эти моменты времени через диод, а значит, и через нагрузку (Rн), питающуюся от выпрямителя, течет прямой ток диода Iпр (на правом графике волна полупериода показана красным цветом).

При отрицательных полупериодах напряжения, поступающих на анод диода диод закрывается, и во всей цепи будет протекать незначительный обратный ток диода (Iобр). Здесь, диод как бы отсекает отрицательную полуволну переменного тока (на правом графике такая полуволна показана синей пунктирной линией).

В итоге получается, что через нагрузку (Rн), подключенную к сети через диод (VD), течет уже не переменный, поскольку этот ток протекает только в положительные полупериоды, а пульсирующий ток – ток одного направления. Это и есть выпрямление переменного тока.

Но таким напряжением можно питать лишь маломощную нагрузку, питающуюся от сети переменного тока и не предъявляющую к питанию особых требований, например, лампу накаливания.
Напряжение через лампу будет проходить только во время положительных полуволн (импульсов), поэтому лампа будет слабо мерцать с частотой 50 Гц. Однако, за счет тепловой инертности нить не будет успевать остывать в промежутках между импульсами, и поэтому мерцание будет слабо заметным.

Если же запитать таким напряжением приемник или усилитель мощности, то в громкоговорителе или колонках мы будем слышать гул низкого тона с частотой 50 Гц, называемый фоном переменного тока. Это будет происходить потому, что пульсирующий ток, проходя через нагрузку, создает в ней пульсирующее напряжение, которое и является источником фона.

Этот недостаток можно частично устранить, если параллельно нагрузке подключить фильтрующий электролитический конденсатор (Cф) большой емкости.

Заряжаясь импульсами тока во время положительных полупериодов, конденсатор (Cф) во время отрицательных полупериодов разряжается через нагрузку (Rн). Если конденсатор будет достаточно большой емкости, то за время между импульсами тока он не будет успевать полностью разряжаться, а значит, на нагрузке (Rн) будет непрерывно поддерживаться ток как во время положительных, так и во время отрицательных полупериодов. Ток, поддерживаемый за счет зарядки конденсатора, показан на правом графике сплошной волнистой красной линией.

Но и таким, несколько сглаженным током тоже нельзя питать приемник или усилитель потому, что они будут «фонить», так как уровень пульсаций (Uпульс) пока еще очень ощутим.
В выпрямителе, с работой которого мы познакомились, полезно используется энергия только половины волн переменного тока, поэтому на нем теряется больше половины входного напряжения и потому такое выпрямление переменного тока называют однополупериодным, а выпрямители – однополупериодными выпрямителями. Эти недостатки устранены в выпрямителях с использованием диодного моста.

Диодный мост.

Диодный мост – это небольшая схема, составленная из 4-х диодов и предназначенная для преобразования переменного тока в постоянный. В отличие от однополупериодного выпрямителя, состоящего из одного диода и пропускающего ток только во время положительного полупериода, мостовая схема позволяет пропускать ток в течение каждого полупериода. Диодные мосты изготавливают в виде небольших сборок заключенных в пластмассовый корпус.

Из корпуса сборки выходят четыре вывода напротив которых расположены знаки «+», «—» или «~», указывающие, где у моста вход, а где выход. Но не обязательно диодные мосты можно встретить в виде такой сборки, их также собирают включением четырех диодов прямо на печатной плате, что очень удобно.

Например. Вышел из строя один из диодов моста, если будет стоять сборка, то ее смело выкидываем, а если мост будет собран из четырех диодов прямо на плате — меняем неисправный диод и все готово.

На принципиальных схемах диодный мост обозначают включением четырех диодов в мостовую схему, как показано в левой части нижнего рисунка: здесь, диоды являются как бы плечами выпрямительного моста.
Такое графическое обозначение моста можно встретить еще в старых журналах по радиотехнике. Однако, на сегодняшний день, в основном, диодный мост обозначают в виде ромба, внутри которого расположен значок диода, указывающий только на полярность выходного напряжения.

Теперь рассмотрим работу диодного моста на примере низковольтного выпрямителя. В таком выпрямителе, с использованием четырех диодов, во время каждой полуволны работают поочередно два диода противоположных плеч моста, включенных между собой последовательно, но встречно по отношению ко второй паре диодов.

Со вторичной обмотки трансформатора переменное напряжение поступает на вход диодного моста. Когда на верхнем (по схеме) выводе вторичной обмотки возникает положительный полупериод напряжения, ток идет через диод VD3, нагрузку Rн, диод VD2 и к нижнему выводу вторичной обмотки (см. график а). Диоды VD1 и VD4 в этот момент закрыты и через них ток не идет.

В течение другого полупериода переменного напряжения, когда плюс на нижнем (по схеме) выводе вторичной обмотки, ток идет через диод VD4, нагрузку Rн, диод VD1 и к верхнему выводу вторичной обмотки (см. график б). В этот момент диоды VD2 и VD3 закрыты и ток через себя не пропускают.

В результате мы видим, что меняются знаки напряжения на вторичной обмотке трансформатора, а через нагрузку выпрямителя идет ток одного направления (см. график в). В таком выпрямителе полезно используются оба полупериода переменного тока, поэтому подобные выпрямители называют двухполупериодными.

И в заключении отметим, что работа двухполупериодного выпрямителя по сравнению с однопериодным получается намного эффективней:

1. Удвоилась частота пульсаций выпрямленного тока;
2. Уменьшились провалы между импульсами, что облегчило задачу сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя;
3. Среднее значение напряжения постоянного тока примерно равно переменному напряжению, действующему во вторичной обмотке трансформатора.

А если такой выпрямитель дополнить фильтрующим электролитическим конденсатором, то им уже смело можно запитывать радиолюбительскую конструкцию.

Ну вот, мы с Вами практически и закончили изучать диоды. Конечно, в этих статьях дано далеко не все, а только основные понятия, но этих знаний Вам уже будет достаточно, чтобы собрать свою радиолюбительскую конструкцию для дома, в которой используются полупроводниковые диоды.

А в качестве дополнительной информации посмотрите видеоролик, в котором рассказывается, как проверить диодный мост мультиметром.

Удачи!

Источник:

1. Борисов В.Г — Юный радиолюбитель. 1985г.
2. Горюнов Н.Н., Носов Ю.Р — Полупроводниковые диоды. Параметры, методы измерений. 1968г.
3. Пасынков В.В., Чиркин Л.К — Полупроводниковые приборы: Учеб. для вузов по спец. «Полупроводники и диэлектрики» и «Полупроводниковые и микроэлектронные приборы» — 4-е изд. перераб. и доп. 1987г.

Выпрямительные диоды: обозначение, принцип работы, ВАХ

Выпрямительные диоды — это полупроводниковые приборы, которые имеют один p-n переход и два металлических вывода. Вся система заключена в пластмассовом, металлическом, стеклянном или металлокерамическом корпусе. Предназначены для преобразования переменного тока в постоянный.

Обозначение и расшифровка диодов

Обозначение выпрямительного диода на схеме согласно “ГОСТ 2.730-73 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Приборы полупроводниковые”. В приложении данного ГОСТа указаны размеры в модульной сетке. Выглядит это следующим образом:

Существуют различные варианты обозначения диодов.

Согласно ОСТ 11366.919-81 следующее буквенно-цифровое обозначение:

• 1) первая буква или цифра указывает на материал:
• 1 (Г) — германий Ge
• 2 (К) — кремний Si
• 3 (А) — галлий Ga
• 4 (И) — индий In
• 2) Вторая буква — это подкласс полупроводникового прибора. Для нашего случая — это буква Д.
• 3) Третья цифра — функционал элемента в зависимости от класса (диоды, варикапы, стабилитроны и др.).

Например, для выпрямительных диодов (Д):

101…199 — диоды малой мощности с постоянным или средним значением прямого тока менее 0,3А.

201…299 — диоды средней мощности с постоянным или средним значением прямого тока от 0,3 до 10А.

Также существуют диоды большой мощности с током более 10А. Отвод тепла у диодов малой мощности осуществляется через корпус, у диодов средней и большой мощности через теплоотводящие радиаторы.

До 1982 года была другая классификация:

• первая Д — характеризовала весь класс диодов
• далее шел цифровой код:
• от 1 до 100 — для точечных германиевых диодов
• от 101 до 200 — для точечных кремниевых диодов
• от 201 до 300 — для плоскостных кремниевых диодов
• от 301 до 400 — для плоскостных германиевых диодов
• от 401 до 500 — для смесительных СВЧ детекторов
• от 501 до 600 — для умножительных диодов
• от 601 до 700 — для видеодетекторов
• от 701 до 749 — для параметрических германиевых диодов
• от 750 до 800 — для параметрических кремниевых диодов
• от 801 до 900 — для стабилитронов
• от 901 до 950 — для варикапов
• от 951 до 1000 — для туннельных диодов
• от 1001 до 1100 — для выпрямительных столбов
• третья цифра — разновидность групп однотипных приборов

Система JEDEC (США)

• первая цифра — число p-n переходов (1 — диод; 2 — транзистор; 3 — тиристор)
• далее N (типа номер) и серийный номер
• после может идти пару цифр про номиналы и отдельные характеристики диода

Система Pro Electron (Европа)

По данной системе приборы делятся на промышленные и бытовые. Бытовые кодируются двумя буквами и тремя цифрами от 100 до 999. У промышленных приборов будет идти три буквы и две цифры от 10 до 99. Для диодов:

• 1) первая буква:
• A — германий Ge
• B — кремний Si
• C — галлий Ga
• R — другие полупроводники
• 2) Вторая буква — это буква A, указывающая на маломощные импульсные и универсальные диоды.
• 3) Третья буква отвечает за принадлежность элемента к сфере специального применения (промышленность, военная). “Z”, “Y”, “X” или “W”.
• 4) Четвертая — это 2х, 3х или 4х-значный серийный номер прибора.
• 5) Дополнительный код — в нем для выпрямительных диодов указывается максимальная амплитуда обратного напряжения.

Система JIS (Япония)

Применяется в странах Азии и тихоокеанского региона.

Существуют и специальные обозначения от фирм-изготовителей, которые отличаются от приведенных выше.

Принцип действия выпрямительного диода

Полупроводники по своим электрическим свойствам являются чем-то средним между проводниками и диэлектриками.

Как ведет себя диод при прямом и обратном включении

Прямое направление — направление постоянного тока, в котором диод имеет наименьшее сопротивление.

Обратное направление — направление постоянного тока, в котором диод имеет наибольшее сопротивление.

Рассмотрим поведение тока в цепи при прямом и обратном включении на переменное и постоянное напряжение. Изначально мы будем иметь синусоиду, которая получается от источника переменного тока.

При таких способах подключения отсекается половина синусоиды положительная или отрицательная. На выходе — пульсирующий переменный ток одного знака (считай, постоянный, только загвоздка в том, что им никто не пользуется).

• анод (для прямого включения подключаем к плюсу), основание треугольника
• катод (подключаем к минусу для прямого включения) палочка

Ток течет от анода к катоду, некоторые прибегают к сравнению с воронкой. В широкое горлышко жидкость проходит быстрее, чем в узкое. Принцип работы заключается в пропускании тока при прямом включении и запирании диода при обратном включении (отсутствии тока). Всё дело в запирающем слое, который испаряется или расширяется в зависимости от способа подключения диода.

Рассмотрим поведение диода в схеме постоянного тока. На левом изображении ток, напряжение проходит — лампочка горит (черная) — это прямое включение. На правом изображении диод не пропускает достаточно тока и напряжения для загорания лампочки — обратное включение.

ВАХ выпрямительных диодов (Ge, Si)

Вольт-амперные характеристики диодов представляют собой графики зависимостей прямых и обратных токов (Y) и напряжений (X) при различных температурах.

При подаче обратного напряжения, превышающего пороговое значение, величина обратного тока возрастает и происходит пробой p-n слоя. Стоит обратить внимание и на порядки чисел по осям. Величины обратного тока на порядок меньше прямого. Значения прямого напряжения на порядок меньше обратного. По достижении порогового значения прямого напряжения прямой ток начинает увеличиваться лавинообразно.

Разница между диодами в том, что обратный ток кремниевых диодов меньше, чем у германиевых. Поэтому, за счет большего тока, у Ge диодов пробой носит тепловой характер, у Si — преобладает электрический пробой. Мощность, рассеиваемая при одинаковых токах у германиевых диодов меньше.

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

---

---

Последние статьи

---

Самое популярное

Выпрямительные диоды: устройство, конструктивные особенности, характеристики

Основное предназначение выпрямительных диодов — преобразование напряжения. Но это не единственная сфера применения данных полупроводниковых элементов. Их устанавливают в цепи коммутации и управления, используют в каскадных генераторах и т.д. Начинающим радиолюбителям будет интересно узнать, как устроены эти полупроводниковые элементы, а также их принцип действия. Начнем с общих характеристик.

Устройство и конструктивные особенности

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

При изготовлении полупроводника обработка кристалла производится следующим образом: для получения поверхности р-типа ее обрабатывают расплавленным фосфором, а р-типа – бором, индием или алюминием. В процессе термообработки происходит диффузия этих материалов и кристалла. В результате образуется область с р-n переходом между двумя поверхностями с различной электропроводимостью. Полученный таким образом полупроводник устанавливается в корпус. Это обеспечивает защиту кристалла от посторонних факторов воздействия и способствует теплоотводу.

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

Обозначения:

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

Как уже упоминалось, в качестве основы р-n перехода используются кристаллы кремния или германия. Первые применяются значительно чаще, это связано с тем, что у германиевых элементов величина обратных токов значительно выше, что существенно ограничивает допустимое обратное напряжение (оно не превышает 400 В). В то время как у кремниевых полупроводников эта характеристика может доходить до 1500 В.

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

Классификация по мощности

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

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

Перечень основных характеристик

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

Таблица основных характеристик выпрямительных диодов

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

Принцип работы

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

Рис. 6. Принцип работы однодиодного выпрямителя

Во время положительного полупериода, диод находится в открытом положении и пропускает через себя ток на нагрузку. Когда приходит очередь отрицательного полупериода, устройство запирается, и питание на нагрузку не поступает. То есть происходит как бы отсечение отрицательной полуволны (на самом деле это не совсем верно, поскольку при данном процессе всегда имеется обратный ток, его величина определяется характеристикой I_обр).

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

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

К числу недостатков однодиодного выпрямителя можно отнести:

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

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

Рис. 7. Даже простой фильтр позволяет существенно снизить пульсации

Принцип работы такого фильтра довольно простой. Электролит заряжается во время положительного полупериода и разряжается, когда наступает черед отрицательного. Емкость при этом должна быть достаточной для поддержания напряжения на нагрузке. В этом случае импульсы несколько сгладятся, примерно так, как продемонстрировано на графике (2).

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

Устройство и принцип работы диодного моста

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

Принцип работы диодного моста

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

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

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

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

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

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

Диодный мост в виде сборки

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

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

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

Диодный выпрямитель: определение, схема, прицнип работы

В статье вы узнаете что такое диодный выпрямитель, как он работает, строение данного элемента, рассмотрим как его протестировать, а так же функционал и применение выпрямителя.

Вступление

Диодный выпрямитель представляет собой полупроводниковое устройство и подпадает под действие «активных» электронных компонентов. Его основная функция — пропускать электрический токтолько в одном направлении и блокировать от другого. Это свойство также приводит к выпрямлению электрического тока при использовании источника переменного тока. Выпрямительный диод обычно распознается по его черному цвету и белому кольцу на одном из концов, что сопоставимо с цветовым кодированием резисторов, которое мы изучали в предыдущей статье. Его размер может отличаться в зависимости от мощности. У диода два конца с двумя выводами или клеммами, отсюда и название диода (в переводе с греческого означает двуногий).

Внутреннее описание

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

В диоде кремний p-типа и кремний n- типа сплавляются вместе, образуя соединение, называемое pn-переходом. При подключении к источнику напряжения этот переход ограничит поток тока от n- типа к p-типу и позволит протекать току от p-типа к кремнию n- типа, только если напряжение превышает 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.

Принцип работы и функции

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. Аналогично, выпрямительный диод пропускает ток только в одном направлении. Таким образом, он используется в качестве защиты от полярности в электронных цепях, чтобы избежать опасности случайного изменения напряжения питания.

Другой важной функцией выпрямительного диода является выпрямление, то есть преобразование переменного тока в постоянный ток. Напряжение в переменном токе изменяется с положительного на отрицательное и наоборот количество раз в секунду. В зависимости от соединения, выпрямительный диод позволит проходить только положительному или отрицательному циклу и блокировать другой. Таким образом, результат будет либо чисто положительным, либо отрицательным. Это известно как исправление. Это свойство хорошо используется в источниках питания, адаптерах переменного / постоянного тока, зарядных устройствах и т.д. Но важно знать, что для диода потребуется минимальное входное напряжение не менее 0,7 В на нем, чтобы успешно выполнить описанную выше процедуру выпрямления или, другими словами, диоду необходимо минимум 0,7 вольт, чтобы удовлетворительно инициировать проведение электричества.

Тестирование выпрямителя

Шаги, необходимые для тестирования диодного выпрямителя, следующие:

• Возьмите качественный цифровой мультиметр;
• Установите диапазон в положение диода;
• На дисплее вы должны получить 3 или бесконечное чтение напряжения в зависимости от используемого мультиметра;
• Подключите красный зонд к катоду, а черный зонд — к аноду диода;
• Дисплей сразу покажет низкое прямое падение напряжения (выпрямительный диод) около 0,6 вольт;
• Теперь поменяйте местами соединения, дисплей вернется к своему первоначальному показанию, указывая, что диод хороший;
• Если счетчик отображает любые другие показания, диод может быть негерметичным или неисправным, а показание 0000 означает короткое замыкание.

Введение в выпрямительную диодную схему Wokring и ее применения

Диоды — широко используемое полупроводниковое устройство. Выпрямительный диод — это двухпроводный полупроводник, который позволяет току проходить только в одном направлении. Как правило, диод P-N-перехода формируется путем соединения полупроводниковых материалов n-типа и p-типа. Сторона P-типа называется анодом, а сторона n-типа называется катодом. Многие типы диодов используются для широкого спектра применений. Выпрямительные диоды являются жизненно важным компонентом в источниках питания, где они используются для преобразования переменного напряжения в постоянное напряжение.Стабилитроны используются для регулирования напряжения, предотвращая нежелательные изменения в источниках постоянного тока в цепи.

Символ диода

Символ символа диода выпрямителя показан ниже, стрелка указывает в направлении обычного протекания тока.

Выпрямительный диод Symbol

Рабочая цепь выпрямительного диода

Оба материала n-типа и p-типа химически объединяются с помощью специальной технологии изготовления, которая приводит к образованию p-n-перехода.Этот переход P-N имеет две клеммы, которые могут называться электродами, и по этой причине он называется «ДИОД» (диод).

Если внешнее напряжение питания постоянного тока подается на любое электронное устройство через его клеммы, оно называется смещением.

Несмещенный выпрямительный диод

• Если на выпрямительный диод не подается напряжение, то он называется несмещенным диодом, на N-стороне будет подавляющее большинство электронов и очень небольшое количество дырок (из-за теплового возбуждения), тогда как P-сторона будет иметь большинство дырок носителей заряда и очень мало электронов.
• В этом процессе свободные электроны со стороны N будут диффундировать (распространяться) в сторону P, и рекомбинация происходит в имеющихся отверстиях, оставляя + ve неподвижных (не подвижных) ионов на N-стороне и создавая -ve неподвижных ионов в сторона P диода.
• Неподвижный в стороне n-типа около края соединения. Точно так же неподвижные ионы в стороне p-типа около края соединения. За счет этого количество положительных ионов и отрицательных ионов будет накапливаться на стыке. Эта область, образованная таким образом, называется областью истощения.
• В этой области статическое электрическое поле, называемое барьерным потенциалом, создается через PN-переход диода.
• Противодействует дальнейшей миграции дырок и электронов через соединение.

Несмещенный диод (без приложенного напряжения)

Прямой смещенный диод

• Прямое смещение: в PN-переходном диоде положительная клемма источника напряжения соединена со стороной p-типа, а отрицательная клемма соединена с на стороне n-типа считается, что диод находится в состоянии смещения при пересылке.
• Электроны отталкиваются от отрицательной клеммы источника постоянного напряжения и смещаются к положительной клемме.
• Итак, под воздействием приложенного напряжения этот дрейф электронов вызывает ток в полупроводнике. Этот ток называется «током дрейфа». Поскольку основными носителями являются электроны, ток в n-типе является электронным током.
• Поскольку отверстия являются основными несущими в р-типе, они отталкиваются положительным выводом источника постоянного тока и перемещаются через соединение в направлении отрицательного вывода.Таким образом, ток в p-типе является током отверстия.
• Таким образом, общий ток от большинства несущих создает прямой ток.
• Направление обычного тока течет от положительного на отрицательный элемент батареи в направлении обычного тока, противоположного потоку электронов.

Диод прямого выпрямителя

Диод обратного смещения

• Условие обратного смещения: если диод является положительным выводом напряжения источника, он подключается к концу n-типа, а отрицательный вывод источника подключается к конец диода p-типа, через диод не будет никакого тока, кроме обратного тока насыщения.
• Это потому, что при условии обратного смещения обедненный слой соединения становится шире с увеличением обратного смещенного напряжения.
• Хотя в диоде имеется небольшой ток, протекающий от конца n-типа к концу p-типа из-за неосновных носителей. Этот ток называется обратным током насыщения.
• Носителями меньшинства являются в основном термически генерируемые электроны / дырки в полупроводнике p-типа и полупроводнике n-типа соответственно.
• Теперь, если обратное приложенное напряжение на диоде постоянно увеличивается, то после определенного напряжения слой обеднения разрушится, что приведет к протеканию огромного обратного тока через диод.
• Если этот ток не ограничен извне и выходит за пределы безопасного значения, диод может быть поврежден.
• Эти быстро движущиеся электроны сталкиваются с другими атомами в устройстве, чтобы сбить с них еще несколько электронов. Электроны, высвобождаемые таким образом, в дальнейшем высвобождают гораздо больше электронов из атомов, разрушая ковалентные связи.
• Этот процесс называется умножением несущей и приводит к значительному увеличению потока тока через p-n-переход.Связанное с этим явление называется «Лавинный пробой».

Диод с обратным смещением

Некоторые применения выпрямительного диода

Диоды

имеют много применений. Вот некоторые из типичных применений диодов включают:

• выпрямления напряжения, такие как превращение переменного тока в напряжение постоянного тока
• Разделительные сигналы от источника
• опорного напряжения
• регулирования размера сигнала
• Микширование сигналов
• Сигналы обнаружения
• Системы освещения
• Диоды LASER

Полуполупериодный выпрямитель

Одним из наиболее распространенных применений для диода является выпрямление напряжения переменного тока в источник постоянного тока.Поскольку диод может проводить ток только в одном направлении, когда входной сигнал становится отрицательным, тока не будет. Это называется полуволновым выпрямителем. На приведенном ниже рисунке показана полуволновая выпрямительная диодная схема.

Полноволновой выпрямитель

Полноволновой выпрямитель

• Двухполупериодная выпрямительная схема построена с четырьмя диодами, благодаря этой структуре мы можем сделать обе половины волн положительными. Как для положительного, так и для отрицательного циклов входа имеется прямой путь через диодный мост.
• В то время как два из диодов имеют прямое смещение, два других имеют обратное смещение и эффективно исключаются из цепи. Обе линии проводимости заставляют ток течь в одном направлении через нагрузочный резистор, выполняя двухполупериодное выпрямление.
• Полноволновые выпрямители используются в источниках питания для преобразования напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока. Большой конденсатор параллельно с выходным нагрузочным резистором уменьшает пульсации от процесса выпрямления. На рисунке ниже показана двухполупериодная выпрямительная диодная схема.

Двухполупериодный выпрямитель

Таким образом, это все о диоде выпрямителя и его использовании. Знаете ли вы какие-либо другие диоды, которые регулярно используются в проектах в области электроники и электроники в реальном времени? Затем, пожалуйста, оставьте свой отзыв, комментируя в разделе комментариев ниже. Вот вопрос для вас, Как область истощения формируется в йоде D ?

.

Как работает выпрямительный диод? — Определение конструкции и выпрямления

Выпрямительный диод — полупроводниковый диод , предназначенный для выпрямления переменного тока (в основном с низкой частотой мощности — 50 Гц при высокой мощности, излучаемой во время нагрузки). Чтобы «исправить» значение этого компонента, его основной задачей является преобразование переменного тока (AC) в постоянный ток (DC) посредством применения выпрямительных мостов. Вариант выпрямительного диода с барьером Шоттки особенно ценится в цифровой электронике.Выпрямительный диод способен проводить ток величиной от нескольких миллиампер до нескольких килоампер и напряжением до нескольких киловольт.

Рис. 1. Символ выпрямительного диода

Выпрямительный диод — технические параметры

Наиболее типичные выпрямительные диоды изготовлены из кремния (полупроводниковый кристалл). Они способны проводить высокие значения электрического тока, и это может быть классифицировано как его основная особенность. Существуют также менее популярные, но все же используемые полупроводниковые диоды из арсенида германия или галлия.Германиевые диоды имеют намного более низкое допустимое обратное напряжение и меньшую допустимую температуру перехода (T _j = 75 ° C для германиевых диодов и T _j = 150 ° C для кремниевого диода). Единственное преимущество, которое имеет германиевый диод перед кремниевым диодом, — это более низкое пороговое значение напряжения при работе в прямом смещении (V _{F (I0)} = 0,3 ÷ 0,5 В для германия и 0,7 ÷ 1,4 В для кремниевых диодов).

Различают две группы технических параметров выпрямительного диода (они применимы и к другим полупроводниковым диодам):

• допустимых предельных параметров,
• характеристических параметров.

Выпрямительный диод характеризуется следующими ограничивающими параметрами:

• В _F — прямое напряжение с определенным I _F прямым током (обычно с максимальным средним выпрямленным током, также известным как номинальный ток I _FN ),
• I _R — обратный ток при В _RWM пиковое обратное напряжение при работе.
• I _FN — номинальный ток в прямом смещении (также известный как максимальный средний ток диода),
• I _FRM — пиковый, повторяемый ток проводимости диода (например, для импульсов с продолжительностью менее 3.5 мс и частотой 50 Гц),
• I _FSM — пиковая неповторяемая токопроводимость (например, для одного импульса длительностью менее 10 мс),
• В _RWM — пиковое, обратное напряжение (или среднее, обратное напряжение при работе диода в волновом выпрямителе с нагрузкой),
• В _RRM — пиковое, периодическое обратное напряжение,
• В _RSM — пиковое, не -повторное обратное напряжение,
• P _TOT — общая мощность, рассеиваемая на этом электронном компоненте,
• T _j — максимальная температура диодного соединения
• R _th — тепловая сопротивление в условиях эксплуатации,
• максимальный мгновенный ток диода (он определяет сопротивление перегрузок)

---

Выпрямительный диод — Задачи для учащихся

I Если вы студент или просто хотите научиться решать задачи с выпрямительными диодами, посетите в этом разделе нашего веб-сайта, где вы можете найти широкий спектр электронных задач.

---

Сильноточный выпрямительный диод

Примером высокопроизводительного диода является двойной сильноточный выпрямительный диод с током 2x 30A.

STM предлагает двойной высоковольтный выпрямительный диод под названием STPS60SM200C. Диод лучше всего подходит для базовых станций, сварщиков, источников питания переменного / постоянного тока и промышленного применения.

Рис. 2. Сильноточный выпрямительный диод STPS60SM200CW

Величина пробивного напряжения V _RRM составляет 200 В, напряжение проводимости 640 мВ и текущая память 2x30A.Дополнительной защитой является электростатический разряд, называемый ESD, до 2 кВ.

Диапазон рабочих температур составляет от -40 ° C до 175 ° C. Такие значения температуры позволяют использовать диоды при любых условиях на базовых станциях.

Выпрямительный диод

— Вольт-амперные характеристики

Вольт-амперные характеристики выпрямительного диода приведены ниже (Рис. 3.).

Рис. 3. Вольт-амперные характеристики выпрямительного диода

Как проверить выпрямительный диод?

Простейшие мультиметры можно использовать для определения полярности диода выпрямителя (где находится анод, а где катод).Есть как минимум три способа сделать это, но я покажу два самых простых способа сделать это:

a) Использование омметра (диапазон 2 кОм):

Рис. 4. Прямое смещение: Омметр укажет приблизительное значение прямое напряжение диода (около 0,7 В)

Рис. 5. Обратное смещение: Омметр показывает «1», что означает его очень высокое сопротивление (электрический клапан выключен)

Функция «проверки диода» даст тот же результат, что и при использовании метода, упомянутого выше.

б) Использование функции измерения VDC:

Рис.6. Прямое смещение: мультиметр должен показывать падение напряжения около 0,7 В для кремниевых диодов.

Рис. 7. Обратное смещение: мультиметр будет показывать приблизительное значение полного напряжения питания (Примечание: здесь диод вставлен напротив по сравнению с примером выше. В действительности, я бы изменил полярность источника питания, потому что вы не можете отсоединить «своими руками» один раз припаянный компонент, если вы не припаяете его. Конечно, мы не хотим делать это к хорошей операционной составляющей.Я просто хотел показать вам пример, который вы также должны обратить внимание на правильное размещение компонентов на вашей печатной плате или макетной плате)

Мостовые выпрямители

Мостовые выпрямители делятся на различные типы из-за:

• Структура и количество фаз напряжение питания: однофазный мостовой выпрямитель, многофазный мостовой выпрямитель (трехфазный мостовой выпрямитель, двухфазный мостовой выпрямитель).
• Ряд полуволновых выпрямительных напряжений: одиночный мост (полуволновой выпрямитель), двойной мост (двухполупериодный диодный выпрямитель).Мы можем создать комбинированную схему, например однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель или трехфазный двухполупериодный выпрямитель. Вы можете комбинировать количество фаз с полными или полуволновыми выпрямителями.
• Тип нагрузки: резистивная, емкостная, индуктивная.

Свойства мостовых выпрямителей:

• В — напряжение питания,
• В _OS , I _OS — постоянное выходное напряжение компонента,
• I _OSmax — максимальный выходной ток,
• N _ip — энергоэффективность,
• Коэффициент пульсации цепи,
• В _Rmax — Максимальное обратное напряжение.

Полуволновой мостовой выпрямитель

Полуволновой мостовой выпрямитель — это самая простая схема, которая может преобразовывать переменный ток (оба знака + и -) в ток одного знака (+). После дальнейшей фильтрации полученного выходного тока его можно изменить на постоянный ток.

На выходе этой схемы мы получим синусоидальную волну только с положительной половиной ее периода, и именно поэтому она на самом деле называется полуволновым выпрямителем. Не будет «отрицательной части» синусоиды, потому что выпрямительный диод проводит только тогда, когда он смещен вперед (положительное напряжение).Ток протекает через резистивную нагрузку только в одном направлении пульсирующим образом.

Пример простой полупроводниковой мостовой выпрямительной диодной схемы показан ниже:

Рис. 8. Полуволновая выпрямительная диодная схема

Характеристики полуволнового мостового выпрямителя:

Рис. 9. Временные характеристики Половолновой мостовой выпрямитель

Полноволновой мостовой выпрямитель

Схема полноволнового мостового выпрямителя показана ниже. Его часто называют мостом Гретца.

Рис. 10. Схема двухполупериодного мостового выпрямителя (мост Гретца)

Принцип работы полнополупериодного мостового выпрямителя заключается в следующем. Рисунок ниже (красный) показывает путь тока, два красных диода смещены в прямом направлении (проводящий ток), а два других — в обратном смещении (не проводят ток). Ток течет от источника питания через первый красный диод. Затем от первого красного диода через нагрузку. После того, как он пройдет нагрузку, он пройдет через второй красный диод, а затем вернется к источнику питания.

Рис. 11. Цепь двухполупериодного мостового выпрямителя (переменный ток, прямое смещение)

В то время как напряжение питания меняет свою полярность, описанная выше ситуация будет противоположной (синяя цепь ниже). Два синих диода имеют прямое смещение (проводящий ток), в то время как два других имеют обратное смещение (не проводящий ток). Ток течет от источника питания через первый синий диод. Затем от первого синего диода через нагрузку. После того, как он пройдет нагрузку, он пройдет через второй синий диод, а затем вернется к источнику питания.

Рис. 12. Схема двухполупериодного мостового выпрямителя (переменный ток, обратное смещение)

Характеристики двухполупериодного мостового выпрямителя приведены ниже:

Рис. 13. Временные характеристики полуволнового мостового выпрямителя

Трехфазный мостовой выпрямитель

Использование трехфазного диодного мостового выпрямителя (двухполупериодного мостового выпрямителя) возможно в любой из трехфазных цепей напряжения. В этом случае выходное напряжение имеет минимальную пульсацию.Источники питания используют мощность схемы в наибольшей степени. Трехфазные мостовые выпрямители часто имеют возможность контролировать выходной ток.

Ниже вы можете увидеть схему схемы трехфазного выпрямителя, которая показывает, как она может быть построена.

Рис. 14. Схема и характеристика трехфазного мостового выпрямителя

Расчеты трехфазного мостового выпрямителя

Ниже приведен пример расчетов трехфазного мостового выпрямителя с уравнениями и значениями для данной схемы.Результаты показаны в таблице ниже.

P _d — выходная мощность

V _d — среднее значение выпрямленного напряжения

I _d = P _d / V _d — среднее значение выпрямленного напряжения ток

R = V _d / I _d — сопротивление системы

Рис. 15. Трехфазный линейный мостовой выпрямитель

Формулы	Результаты трехфазный мостовой выпрямитель	Примечания
В д / В ф	2,34	В ф — фазное напряжение трансформатора
В 121717 / В	1,35	В 12 — межфазное напряжение трансформатора
I / I d	0,82	I — e действующее значение на вторичной стороне трансформатора
В RRM / В d	1,05	В RRM — Пиковое обратное напряжение, повторяющееся
I F ( AV) / I d	0,333	I F (AV) — средний ток проводимости
I FRMS / I d	0,58	I FRMS — эффективное значение тока проводимости
P u = P d	R * I d 2	Выходная мощность
S 2 / P d		Мощность обработки вторичной обмотки трансформатора
S 1 / P d		Вычислительная мощность первичной обмотки трансформатора
S т / P d	1,05	Типовая мощность трансформатора

Двухполупериодный мостовой выпрямитель в виде интегральной схемы

Двухполупериодный мостовой выпрямитель обычно рассматривается как одночиповая интегральная схема.Он построен из четырех выпрямительных диодов в системе моста Гретца. Может использоваться для монтажа THT и SMD. Использование этого решения является наиболее популярным, экономичным и экономит место на печатной плате.

Рис. 16. Мостовой выпрямитель как компонент интегральной схемы

На рисунке выше показаны разъемы, которые находятся в интегральных схемах каждой мостовой выпрямительной схемы. Знак (+) соответствует выходу + VDC, знак (-) соответствует выходу — VDC, символы (~) соответствуют соединению VAC.Правильное подключение напряжения выполняется путем подключения входа VAC к выходу + VDC по горизонтали, а выхода VAC к выходу — VDC по горизонтали.

Диодные выпрямительные цепи »Electronics Notes

Диодные выпрямители

бывают разных форм: от простых диодов до полуволновых, двухполупериодных, с мостовыми выпрямителями, удвоителями напряжения и многим другим.

---

Диодные выпрямительные цепи включают в себя:
Диодные выпрямительные цепи Полуволновой выпрямитель Двухполупериодный выпрямитель Двухдиодный двухполупериодный выпрямитель Двухполупериодный мостовой выпрямитель Синхронный выпрямитель

---

Диодные выпрямители

являются одной из ключевых схем, используемых в электронном оборудовании.Они могут использоваться в импульсных источниках питания и линейных источниках питания, демодуляции РЧ сигнала, считывании РЧ мощности и многое другое.

Существует несколько различных типов диодных выпрямительных цепей, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. Решения о том, какой тип диодной схемы использовать, зависят от конкретной ситуации.

Основы схемы диодного выпрямителя

Ключевым компонентом в любой цепи выпрямителя, естественно, является используемый диод или диоды. Эти устройства уникальны тем, что пропускают ток только в одном направлении.Интересно, что Амброуз Флеминг, который изобрел первую форму диода, назвал свою версию клапаном из-за его одностороннего действия. Полупроводниковые диоды теперь выполняют ту же функцию, но занимают небольшую часть пространства и обычно составляют лишь небольшую часть стоимости.

Полупроводниковый диод имеет характеристику, подобную показанной ниже. В прямом направлении перед диодом требуется небольшое напряжение на диоде — это называется напряжением включения. Фактическое напряжение зависит от типа диодного выпрямителя и используемого материала.Для стандартного кремниевого диодного выпрямителя это напряжение включения составляет около 0,6 вольт. Германиевые диоды имеют напряжение включения около 0,2 — 0,3 В, а кремниевые диоды Шоттки имеют аналогичное напряжение включения в области 0,2 — 0,3 В

. PN диод VI характеристика

В обратном направлении диодный выпрямитель в конечном итоге сломается. Напряжение пробоя обычно намного превышает напряжение включения — шкалы на диаграмме были изменены (сжаты) в обратном направлении, чтобы показать, что происходит обратный пробой.

Примечание по типам диодов:

Хотя основная функция диода остается неизменной, существует много разных типов с немного отличающимися характеристиками. Некоторые из них оптимизированы для выпрямления мощности, другие для выпрямления сигнала, другие используют диодный переход для излучения света или имеют переменную емкость и т. Д.

Подробнее о Типы полупроводниковых диодов.

Для применения в выпрямлении мощности обычно используются силовые диоды или диоды Шоттки.Для выпрямления сигнала могут использоваться небольшие точечные контактные диоды, сигнальные диоды или диоды Шоттки. Преимущество диода Шоттки состоит в том, что для прямой проводимости ему требуется только прямое напряжение около 0,2-0,3 вольт. Это особенно полезно при обнаружении небольших радиосигналов и при использовании в качестве выпрямителя мощности потери мощности уменьшаются. Однако характеристики обратной утечки не так хороши, как у обычных кремниевых диодов.

Диодный символ и пакеты

Символ диодной схемы широко известен.Диоды также входят в различные пакеты, хотя некоторые из более обычных форматов показаны на диаграмме ниже.

Символ диодной цепи

Диодное выпрямительное действие

Действие диода — пропускать ток только в одном направлении. Таким образом, переменная форма волны применяется к диоду, тогда она будет позволять проводить только половину формы волны. Оставшаяся половина заблокирована.

Выпрямительное действие диода

Конфигурации диодных выпрямителей

Существует ряд различных конфигураций схемы диодного выпрямителя, которые можно использовать.Каждая из этих различных конфигураций имеет свои преимущества и недостатки и поэтому применима к различным приложениям.

• Половолновая схема выпрямителя: Это самая простая форма выпрямителя. Часто использование только одного диода блокирует половину цикла и пропускает другой. В качестве таковой используется только половина формы сигнала.

  В то время как преимущество этой схемы заключается в ее простоте, недостатком является то, что между последовательными пиками выпрямленного сигнала более длинные значения.Это делает сглаживание менее эффективным и более трудным для достижения высоких уровней отклонения пульсации.

  Эта схема не используется ни для каких источников питания — она ​​чаще используется для приложений обнаружения сигналов и уровней.

  
  

• Двухполупериодная схема выпрямителя: В этой форме выпрямительной схемы используются обе половины формы сигнала. Это делает эту форму выпрямителя более эффективной, и, поскольку существует проводимость в обеих половинах цикла, сглаживание становится намного проще и эффективнее.Существует два типа полного выпрямителя.

  • Двухдиодный двухполупериодный выпрямительный трансформатор с центральными лентами: Для двухдиодной версии двухполупериодной выпрямительной цепи требуется центральный отвод трансформатора. Когда использовались вакуумные трубки / термоэлектронные клапаны, этот вариант широко использовался ввиду стоимости клапанов. Однако с полупроводниками четырехдиодная мостовая схема экономит на стоимости трансформатора с центральным отводом и одинаково эффективна.

    
    

  • Мостовая двухполупериодная схема: Это особая форма двухполупериодного выпрямителя, которая использует четыре диода в мостовой топологии. Мостовые выпрямители широко используются, особенно для выпрямления мощности, и их можно получить, поскольку один компонент содержит четыре диода, соединенных в мостовом формате.

    В этом формате используются четыре диода, по два проводника в каждой половине цикла. Это означает, что есть два падения напряжения на диодах, которые могут рассеивать некоторую мощность, но это экономит на потребностях в трансформаторе с центральным отводом, что обеспечивает значительную экономию затрат.Также диоды не должны иметь такого высокого номинального обратного напряжения, как те, которые используются в конфигурации с двумя диодами.

    Ввиду того, что имеется два падения напряжения на диодах, эта схема редко используется для обнаружения сигналов. Однако он очень подходит для использования в линейных источниках питания, а также во многих случаях в импульсных источниках питания.

    
    

• Схема синхронного выпрямителя: Синхронные или активные выпрямители используют активные элементы вместо диодов для обеспечения переключения.Это преодолевает диодные потери и значительно повышает уровень эффективности.

  Ввиду более высоких уровней эффективности, которые могут обеспечить синхронные выпрямители, они очень широко используются в высокоэффективных импульсных источниках питания. Их сложность более чем перевешивается за счет гораздо более высоких уровней эффективности.

  
  

Ввиду разнообразия различных типов выпрямительных цепей, существует хороший выбор, какой тип использовать.Во многих случаях это продиктовано требуемым уровнем производительности, и в большинстве случаев требуется форма двухполупериодного выпрямителя. Благодаря доступности и низкой стоимости мостовых выпрямителей это, как правило, самый дешевый вариант, вместо того, чтобы экономить на диодах, а затем требовать трансформатора с центральной лентой.

В связи с тем, что современные источники питания требуют все более высоких уровней эффективности, многие разработчики стремятся использовать синхронные выпрямители. Хотя они являются более сложными и, следовательно, стоят дороже, эти затраты часто стоят отдачи, которую они дают при повышении уровня эффективности.

Больше схем и схемотехники:
Основы операционного усилителя Операционные усилители Цепи питания Транзисторная конструкция Транзистор Дарлингтон Транзисторные схемы Полевые схемы Схема символов
Возврат в меню схемы. , ,

.

Выпрямители

Выпрямители

• Наша линейка диодов Шоттки начиная от.5А выше предлагает мост, двойной, двойной ком. Параметры анода и одиночной конфигурации. Больше
• Диодные выпрямители стандартных выпрямителей предлагают более 14 различных типов продуктов, что дает большие возможности при выборе детали. Больше
• Линейка быстрых / сверхбыстрых выпрямителей Diodes предлагает выпрямители быстрого восстановления, выпрямители сверхбыстрого восстановления и сверхбыстрые выпрямители.Больше
• Мосты от Diodes славятся своим качеством, высокой производительностью и оптимизированной упаковкой. Больше
• SBR, следующее поколение выпрямительных продуктов Шоттки, является запатентованной и запатентованной технологией Diodes Incorporated. Больше
• Линейка высокопроизводительных диодов (SBR) обеспечивает широкий выбор как двойной, так и одиночной конфигурации.Больше

,