Выпрямительный диод это. Выпрямительные диоды: принцип работы, характеристики и применение

Что такое выпрямительный диод и как он работает. Какие бывают типы выпрямительных диодов. Каковы основные характеристики и параметры выпрямительных диодов. Где применяются выпрямительные диоды в электронике. Как проверить исправность выпрямительного диода.

Что такое выпрямительный диод

Выпрямительный диод — это полупроводниковый прибор с односторонней проводимостью, предназначенный для преобразования переменного тока в пульсирующий постоянный. Он пропускает электрический ток только в одном направлении — от анода к катоду.

Основные особенности выпрямительных диодов:

• Имеют p-n переход, образованный двумя областями полупроводника с разным типом проводимости
• Обладают нелинейной вольт-амперной характеристикой
• При прямом включении имеют малое сопротивление, при обратном — очень большое
• Выпускаются на токи от единиц миллиампер до тысяч ампер
• Рассчитаны на обратные напряжения от десятков вольт до нескольких киловольт

Принцип работы выпрямительного диода

Принцип работы выпрямительного диода основан на свойствах p-n перехода:

• При прямом включении (анод «+», катод «-«) p-n переход открыт, сопротивление мало, ток проходит
• При обратном включении (анод «-«, катод «+») p-n переход закрыт, сопротивление велико, ток не проходит
• За счет этого диод пропускает ток только в одном направлении
• При подаче переменного напряжения диод пропускает только положительные полуволны
• В результате на выходе получается пульсирующее напряжение одной полярности

Типы и классификация выпрямительных диодов

Выпрямительные диоды классифицируются по нескольким признакам:

По мощности:

• Маломощные (до 0,3 А)
• Средней мощности (0,3-10 А)
• Мощные (свыше 10 А)

По материалу полупроводника:

• Кремниевые
• Германиевые

По конструкции:

• Плоскостные
• Точечные

По назначению:

• Универсальные
• Импульсные
• Высокочастотные
• Силовые

Характеристики и параметры выпрямительных диодов

Основные характеристики и параметры выпрямительных диодов:

• Максимальный прямой ток I_пр.max
• Максимальное обратное напряжение U_обр.max
• Прямое падение напряжения U_пр
• Обратный ток I_обр
• Максимальная рассеиваемая мощность P_max
• Емкость p-n перехода C_д
• Время восстановления обратного сопротивления t_вос
• Рабочая температура T_раб

Вольт-амперная характеристика выпрямительного диода

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) выпрямительного диода имеет нелинейный вид:

• Прямая ветвь — резкое возрастание тока при напряжении выше порогового (0,3-0,7 В)
• Обратная ветвь — очень малый ток до напряжения пробоя
• После пробоя — резкое возрастание обратного тока
• ВАХ зависит от температуры и типа полупроводника
• У кремниевых диодов более крутая прямая ветвь и меньший обратный ток

Применение выпрямительных диодов

Основные области применения выпрямительных диодов:

• Выпрямители переменного тока (однополупериодные, двухполупериодные, мостовые)
• Источники питания электронной аппаратуры
• Устройства защиты от перенапряжений
• Модуляторы и демодуляторы сигналов
• Детекторы огибающей
• Формирователи импульсов
• Ограничители амплитуды сигналов
• Умножители напряжения

Схемы включения выпрямительных диодов

Основные схемы включения выпрямительных диодов:

Однополупериодный выпрямитель:

• Один диод
• Пропускает только положительные полуволны
• Низкий КПД, большие пульсации

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой:

• Два диода и трансформатор со средней точкой
• Пропускает обе полуволны
• Выше КПД, меньше пульсации

Мостовой выпрямитель:

• Четыре диода, включенные в мостовую схему
• Пропускает обе полуволны
• Высокий КПД, низкие пульсации
• Не требует трансформатора со средней точкой

Как проверить исправность выпрямительного диода

Методы проверки исправности выпрямительного диода:

Проверка мультиметром:

• Измерить сопротивление в прямом и обратном направлении
• В прямом направлении — малое сопротивление (десятки-сотни Ом)
• В обратном направлении — большое сопротивление (мегаомы)

Проверка пробником:

• Подключить пробник к выводам диода
• При прямом включении светодиод пробника должен гореть
• При обратном включении светодиод не должен гореть

Проверка осциллографом:

• Подать переменное напряжение через резистор
• На осциллографе должны наблюдаться однополярные импульсы

Маркировка выпрямительных диодов

Основные системы маркировки выпрямительных диодов:

Буквенно-цифровая:

• Первая буква — материал (К — кремний, Г — германий)
• Вторая буква — класс прибора (Д — диод, В — выпрямительный)
• Цифры — порядковый номер разработки

Цветовая маркировка:

• Кольца или точки разных цветов
• Обозначают тип, полярность, параметры

Международная:

• Буква N и четыре цифры
• Например, 1N4007

Сравнение выпрямительных диодов с другими типами диодов

Отличия выпрямительных диодов от других типов:

Стабилитроны:

• Работают в режиме обратного пробоя
• Стабилизируют напряжение

Светодиоды:

• Излучают свет при прямом токе
• Имеют большее прямое падение напряжения

Варикапы:

• Используют зависимость емкости от напряжения
• Применяются для электронной подстройки частоты

Туннельные диоды:

• Имеют участок отрицательного сопротивления на ВАХ
• Применяются в СВЧ-технике

Преимущества и недостатки выпрямительных диодов

Основные преимущества выпрямительных диодов:

• Простота конструкции
• Высокая надежность
• Низкая стоимость
• Широкий диапазон рабочих токов и напряжений
• Высокий КПД преобразования

Основные недостатки выпрямительных диодов:

• Нелинейность характеристик
• Зависимость параметров от температуры
• Наличие обратного тока
• Ограниченное быстродействие
• Чувствительность к перегрузкам

Перспективы развития выпрямительных диодов

Основные направления совершенствования выпрямительных диодов:

• Повышение рабочих напряжений и токов
• Уменьшение прямого падения напряжения
• Снижение обратных токов
• Улучшение температурной стабильности
• Повышение быстродействия
• Уменьшение габаритов и массы
• Применение новых полупроводниковых материалов (карбид кремния, нитрид галлия)

Выпрямительные диоды остаются важнейшими элементами современной электроники, находя применение в самых разных устройствах — от бытовой техники до промышленного оборудования. Несмотря на появление новых типов полупроводниковых приборов, простые и надежные выпрямительные диоды еще долго будут востребованы.

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.

для чего применяются, принцип действия, ВАХ

Содержание:

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).

[stextbox id=’info’]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). [/stextbox]

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.

[stextbox id=’info’]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.[/stextbox]

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

Предыдущая

ПолупроводникиКак устроен туннельный диод?

Следующая

ПолупроводникиМаркировка различных видов диодов

Что такое выпрямительный диод? Общий обзор

ⅠВведение

Диоды являются распространенными полупроводниковыми устройствами. Выпрямительный диод, двухпроводный полупроводник, обеспечивает протекание тока только в одном направлении. Как правило, диод с PN-переходом создается путем сплавления полупроводниковых материалов n-типа и p-типа. Анод — это сторона P-типа, а катод — сторона n-типа. Многие различные типы диодов широко используются в различных приложениях. Выпрямительные диоды являются важнейшим компонентом источников питания, поскольку они преобразуют переменное напряжение в постоянное. Стабилитроны используются для регулирования напряжения и предотвращения нежелательных изменений в источниках постоянного тока в цепи.

 

Каталог

ⅠВведение

Ⅱ Что такое выпрямитель?

Ⅲ Видео с выпрямительным диодом

Ⅳ Что такое выпрямительный диод?

Ⅴ В чем разница между диодом и выпрямителем?

Ⅵ Технические параметры

ⅶ Диод выпрямителя-характеристики напряжения тока

ⅷ Применение

ⅸ Схема диода прямота

ⅹ Как проверить DIODE DIODE?

Ⅺ Часто задаваемые вопросы

 

 

Ⅱ Что такое выпрямитель ?

Выпрямитель преобразует переменный ток (AC), регулярно меняющий направление, в постоянный ток (DC), который течет только в одном направлении. Инвертор выполняет обратную операцию.

Выпрямители применяются для преобразования переменного тока (AC) в постоянный ток (DC). В настоящее время используются два типа выпрямителей. Мостовой выпрямитель является одним из наиболее распространенных типов выпрямителей. Он вырабатывает электричество и преобразует его из постоянного тока в постоянный ток. Ниже приведены другие типы выпрямителей:

Однофазные выпрямители

• Трехфазные выпрямители
• Однополупериодные выпрямители
• Двухполупериодные выпрямители
• Управляемые выпрямители
• Неуправляемые выпрямители
• Выпрямители со средним отводом

 

 

Что такое выпрямитель? (от переменного тока к постоянному): Основы электроники 7

 

 

Видео описание диода выпрямителя : В этом видео объясняется, что такое выпрямитель и некоторые основные схемы.

 

Ⅳ Что такое выпрямительный диод?

Выпрямительный диод — это полупроводниковый диод, который используется в выпрямительном мосту для преобразования переменного тока (переменного тока) в постоянный (постоянный ток). В цифровой электронике огромное значение имеет использование выпрямительного диода через барьер Шоттки. Этот диод может контролировать токи в диапазоне от мА до нескольких кА и напряжения в диапазоне от нескольких кВ до нескольких кВ.

Выпрямительные диоды могут быть изготовлены из кремния и способны выдерживать большие значения электрического тока. Это малоизвестные диоды, но они до сих пор используются в полупроводниковых диодах на основе германия или арсенида галлия. Диоды Ge имеют более низкое допустимое обратное напряжение, а также более низкую допустимую температуру перехода. Преимущество Ge-диода по сравнению с Si-диодом заключается в том, что он создает более низкое значение порогового напряжения при работе в прямом смещении.

В выпрямительном диоде есть два типа технических параметров: допустимые предельные параметры и характеристические параметры. Ниже показан символ выпрямительного диода со стрелкой, указывающей направление обычного тока.

 

 

Рисунок 1: Символ диода выпрямителя

 

 

Ⅴ В чем разница между диодом и выпрямителем?

Выпрямитель применяется для преобразования переменного тока, тогда как диод считается переключающим устройством. Между ними есть и другие различия, такие как:

• Когда диод смещен в прямом направлении, он пропускает ток. Диод предотвращает обратное протекание тока. Напротив, выпрямитель состоит из трансформатора, диода и схемы фильтра. Все они работают вместе, чтобы преобразовать переменный ток в постоянный.
• Токопропускная способность диодов низкая, тогда как положение в выпрямителях высокое.
Примерами являются стабилитроны
• , фотодиоды и другие типы диодов. Выпрямители делятся на два типа: однофазные и трехфазные. Двухполупериодные выпрямители и двухполупериодные выпрямители являются подкатегориями однофазных выпрямителей.
• Выпрямители используются в компьютерах, а диоды — в переключателях и ножницах.
• Первоначально диоды назывались лампами. Чаще всего они сделаны из германия или кремния.

 

Ⅵ Технические параметры

Кремний является наиболее часто используемым материалом для выпрямительных диодов (полупроводниковый кристалл). Они могут проводить большое количество электрического тока, что является их основной характеристикой. Существуют также менее распространенные, но все еще используемые полупроводниковые диоды на основе германия или арсенида галлия. Германиевые диоды имеют значительно более низкое допустимое обратное напряжение и гораздо более низкую допустимую температуру перехода (Tj = 75°C против Tj = 150°C для кремниевых диодов). Единственное преимущество германиевых диодов перед кремниевыми заключается в том, что они имеют более низкое значение порогового напряжения при работе в прямом смещении (VF(I0) = 0,3·0,5 В для германиевых и 0,7·1,4 В для кремниевых диодов).

 

Технические параметры выпрямительного диода разделим на две группы (они относятся и к другим полупроводниковым диодам):

• допустимые предельные параметры,
• характеристические параметры.

1. VF – прямое напряжение, определяемое током прямой ПЧ
2. IR – Обратный ток при работе VRWM с пиковым обратным напряжением.
3. IFN – Максимальный средний ток или номинальный ток диода при прямом смещении.
4. Пиковая, повторяемая проводимость тока диода (IFRM)
5. Пиковая неповторяемая проводимость тока (IFSM)
6. VRWM расшифровывается как Peak, Reverse Voltage Operation.
7. VRRM означает пиковое повторяющееся обратное напряжение.
8. VRSM означает пиковое неповторяющееся обратное напряжение.
9. PTOT – Суммарное значение мощности, рассеиваемой электронным компонентом.
10. Tj — максимальная температура перехода в диоде Rth — тепловое сопротивление ниже рабочих условий

ⅶ Диод выпрямителя-характеристики напряжения тока

На рисунке приведены характеристики напряжения тока выпрямителя:

Рисунок 2: характеристики тока приложения Diode

ⅷ Applatier.

Выпрямительные диоды имеют широкий спектр применения. Вот несколько примеров распространенных применений диодов:

• Выпрямление напряжения, например преобразование напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока
• Изоляция сигнала от питания
• Опорное напряжение
• Изменение размера сигнала
• Смешивание сигналов
• Сигналы обнаружения
• Система освещения
• Диоды для лазеров

 

Ⅸ Работа диодной цепи выпрямителя

Материалы как n-типа, так и p-типа химически объединяются с помощью специальной технологии изготовления для формирования p-n перехода. Поскольку этот PN-переход имеет две клеммы, которые можно рассматривать как электроды, его называют «ДИОДОМ» (диодом). Смещение происходит, когда внешнее напряжение питания постоянного тока подается на любое электронное устройство через его клеммы.

Несмещенный выпрямительный диод

В случае отсутствия напряжения выпрямительный диод называется несмещенным диодом. На стороне N будет генерироваться наибольшее количество электронов и очень мало дырок (из-за теплового возбуждения) на стороне напротив, сторона P будет иметь большинство дырок носителей заряда и очень мало электронов. Свободные электроны с N-стороны диффундируют (распространяются) на сторону P и рекомбинируют в дырках, в результате чего + ve становится неподвижным (неподвижным). ионов на N-стороне и -ve неподвижных ионов на P-стороне диода.

 

TНеподвижный возле края соединения на стороне n-типа. Точно так же неподвижные ионы вблизи края перехода на стороне р-типа. В результате на стыке будет скапливаться большое количество положительных и отрицательных ионов. Эта новообразованная область известна как область истощения.

Статическое электрическое поле, известное как барьерный потенциал, создается на PN-переходе диода в этой области.

Предотвращает дальнейшую миграцию дырок и электронов через переход.

 

Прямое смещение

 

Обратное смещение Диод

Неосновные носители в полупроводниках p-типа и n-типа в основном представляют собой термически генерируемые электроны/дырки.

Теперь, если обратное напряжение, приложенное к диоду, постоянно увеличивается, обедненный слой разрушается после определенного напряжения, вызывая протекание через диод большого обратного тока.

Это называется умножением несущих и приводит к значительному увеличению тока через p-n переход. Лавинный прорыв — это название, данное связанному явлению.

 

 

Диод обратного смещения

 

 

 

Ⅹ Как проверить выпрямительный диод?

Полярность выпрямительного диода можно определить с помощью самых простых мультиметров (где анод и где катод). Есть как минимум три способа сделать это, но я покажу вам два самых простых:

 

Использование омметра (диапазон 2 кОм):

 

прямого напряжения диода, близкое к 0,07. При обратном смещении омметр покажет «1», что указывает на чрезвычайно высокое сопротивление.

Функция проверки диодов даст тот же результат, что и ранее упомянутый метод.

Передний смещение: ohMmeter покажет приблизительное значение прямого напряжения диода (около 0,7v)

Обратное стволо что сопротивление чрезвычайно велико (электрический клапан выключен)

 

 

Функция «проверки диодов» даст тот же результат, что и метод, описанный выше.

 

Использование функции измерения напряжения постоянного тока:

 

Мультиметр покажет, что падение напряжения на кремниевом диоде при прямом смещении составляет 0,7 В.

Мультиметр с обратным смещением используется для определения расчетного значения полного напряжения питания.

 

 

Прямое смещение: для кремниевых диодов на мультиметре должно быть видно падение напряжения примерно на 0,7 %.

 

 

Обратное смещение

 

Обратное смещение: Мультиметр покажет приблизительное значение полного напряжения питания (Примечание. В этом примере диод вставляется в противоположном направлении, как в предыдущем примере. На самом деле я бы поменяйте полярность блока питания, потому что вы не сможете демонтировать припаянный компонент «руками», пока не отпаяете его.Конечно, мы не хотим подвергать опасности исправно работающий компонент. Цель этого примера — показать, почему вы следует позаботиться о размещении компонентов на печатной плате или макетной плате.)

 

Ⅺ Часто задаваемые вопросы

1. Как работает выпрямительный диод?

Выпрямитель представляет собой устройство, которое преобразует переменный ток (AC) в постоянный ток (DC) посредством с использованием одного или нескольких контактных диодов . … Проще говоря, диод пропускает ток только в одном направлении. Это уникальное свойство диода позволяет ему действовать как выпрямитель, преобразовывая переменный ток в источник постоянного тока.

2. Для чего используется выпрямитель?

По сути, выпрямитель представляет собой электрическое устройство , используемое для преобразования переменного тока (AC) в постоянный ток (DC), позволяя току течь через устройство только в одном направлении.  Диоды работают как односторонние клапаны в выпрямителе, чтобы поддерживать этот поток тока.

3. Почему диод можно использовать в качестве выпрямителя?

Идеальный диод с p-n переходом имеет нулевое сопротивление в прямом направлении и бесконечное сопротивление в обратном направлении . Это можно использовать для устранения отрицательных циклов в форме сигнала напряжения переменного тока и разрешения только положительных циклов. Этот процесс называется выпрямлением и полезен во многих приложениях, таких как преобразование переменного тока в постоянный.

4. Что такое выпрямитель и его виды?

Выпрямители используются в различных устройствах и могут применяться для модификации сетевых систем. … В целом выпрямители можно разделить на два типа — однофазные и трехфазные . Пройдя еще один уровень, их можно разделить на полуволновые, двухполупериодные и мостовые выпрямители.

5. Какой выпрямитель наиболее широко используется?

Широко используемым выпрямителем является трехфазный 6-импульсный диодный мостовой выпрямитель. Его основное использование — передний конец привода двигателя низкого напряжения. Однофазный неуправляемый 9Конфигурация схемы двухполупериодного мостового выпрямителя 0009 (четыре диода, расположенные в мостовой схеме) является наиболее широко используемой конфигурацией выпрямителя на сегодняшний день.

6. Какие три типа выпрямителей существуют?

Различные типы выпрямителей

Однофазные и трехфазные выпрямители.

Полупериодные и двухполупериодные выпрямители.

Мостовые выпрямители.

Неуправляемые и управляемые выпрямители.

На что следует обратить внимание при выборе правильного диода…

Опубликовано 17 апреля 2020 г.

Полупроводниковые диоды широко используются во многих электронных схемах. Различные типы диодов оптимизированы для обеспечения различных характеристик, используемых в схемах. Важной функцией диодов является выпрямление.

Схемы однополупериодного выпрямителя используются для выпрямления мощности, демодуляции сигнала и обнаружения пиков, тогда как схемы с двумя диодами обеспечивают двухполупериодное выпрямление при использовании с трансформатором с отводом от средней точки. Сегодня схема двухдиодного выпрямителя не так часто встречается, как мостовые выпрямители с четырьмя диодами, которые могут быть сконструированы с трансформатором или без него, что значительно снижает стоимость схемы.

Рисунок 1. Схема двухполупериодного выпрямителя. Рисунок 2. Схема двухдиодного двухполупериодного (с отводом от середины) двухполупериодного выпрямителя. Рисунок 3. Схема двухполупериодного мостового выпрямителя.

При этом три диода для выпрямительных цепей:

1) Напряжение включения

Типичное напряжение включения или прямое напряжение кремниевого диода составляет 0,7 В, а германиевого диода – около 0,2–0,2 В. 0,3 В. Уменьшение прямого падения напряжения увеличивает чувствительность диодного выпрямителя, что имеет значение в некоторых приложениях, таких как обнаружение сигнала.

2) Номинальный ток диода

Величина тока нагрузки, протекающего через диод, определяет требуемый номинальный постоянный ток. Например, если нагрузка потребляет ток 1А, то диода 1N1007 (номинальный 1А) будет достаточно (правда, без запаса прочности!) Однако, если ток нагрузки больше 1А, то потребуется диод с более высоким номинальным током. Ток нагрузки не должен превышать номинал постоянного тока диода. То же самое может быть рассмотрено для тока питания. Если конструкция требует источника питания 3 А, диод должен выдерживать ток 3 А. Ток питания никогда не должен превышать номинальный ток диода, даже на мгновение.

3) Пиковое обратное напряжение

Диоды должны выдерживать пиковое обратное напряжение на них. Когда конденсатор сглаживает выходной сигнал, значение напряжения представляет собой пик формы входного сигнала, который в √2 раза превышает среднеквадратичное значение напряжения.