Diodos rectificadores de media y alta potencia. Libro de referencia de diodos. Tipos de rectificadores y parámetros técnicos

El propósito principal de los diodos rectificadores es la conversión de voltaje. Pero este no es el único campo de aplicación de estos elementos semiconductores. Se instalan en los circuitos de maniobra y control, se utilizan en generadores en cascada, etc. Los radioaficionados novatos estarán interesados en aprender cómo se organizan estos elementos semiconductores, así como su principio de funcionamiento. Empecemos por las características generales.

Características del dispositivo y del diseño

El principal elemento estructural es un semiconductor. Esta es una placa de cristal de silicio o germanio, que tiene dos regiones de conductividad p y n. Debido a esta característica de diseño, se le denominó plano.

Al fabricar un semiconductor, el cristal se procesa de la siguiente manera: para obtener una superficie de tipo p, se trata con fósforo fundido y de tipo p, con boro, indio o aluminio. En el curso del tratamiento térmico, se produce la difusión de estos materiales y cristal. Como resultado, se forma una región con una unión pn entre dos superficies con diferente conductividad eléctrica. El semiconductor obtenido de esta manera se instala en la carcasa. Esto protege el cristal de factores extraños y promueve la disipación de calor.

Leyenda:

A - la salida del cátodo.
B - soporte de cristal (soldado al cuerpo).
C - cristal tipo n.
D - cristal tipo p.
E - cable que conduce al conductor del ánodo.
F - aislante.
G - cuerpo.
H - plomo del ánodo.

Como ya se mencionó, los cristales de silicio o germanio se utilizan como base para la unión pn. Los primeros se usan con mucha más frecuencia, esto se debe al hecho de que el valor de las corrientes inversas en las celdas de germanio es mucho mayor, lo que limita significativamente el voltaje inverso permitido (no supera los 400 V). Mientras que en los semiconductores de silicio, esta característica puede llegar hasta los 1500 V.

Además, los elementos de germanio tienen un rango de temperatura de funcionamiento mucho más estrecho, varía de -60 ° C a 85 ° C. Cuando se excede el umbral de temperatura superior, la corriente inversa aumenta bruscamente, lo que afecta negativamente la eficiencia del dispositivo. Los semiconductores de silicio tienen un umbral superior del orden de 125 ° C-150 ° C.

Clasificación de potencia

La potencia de las celdas está determinada por la corriente continua máxima permitida. De acuerdo con esta característica, se ha adoptado la siguiente clasificación:

Lista de características principales

A continuación se muestra una tabla con una descripción de los principales parámetros de los diodos rectificadores. Estas características se pueden obtener de la ficha técnica (descripción técnica del artículo). Como regla general, la mayoría de los radioaficionados recurren a esta información en los casos en que el elemento indicado en el diagrama no está disponible, lo que requiere encontrar un análogo adecuado para él.

Tenga en cuenta que en la mayoría de los casos, si necesita encontrar un análogo a un diodo en particular, los primeros cinco parámetros de la tabla serán suficientes. En este caso, es deseable tener en cuenta el rango de temperatura de funcionamiento del elemento y la frecuencia.

Principio de funcionamiento

La forma más sencilla de explicar el principio de funcionamiento de los diodos rectificadores es mediante un ejemplo. Para hacer esto, simulamos un circuito rectificador de media onda simple (ver 1 en la Fig.6), en el que la energía se suministra desde una fuente de CA con voltaje U IN (gráfico 2) y pasa por VD para cargar R.

Arroz. 6. El principio de funcionamiento de un rectificador de diodo único

Durante el semiciclo positivo, el diodo está en la posición abierta y pasa corriente a través de él a la carga. Cuando llega el turno del semiciclo negativo, el dispositivo se bloquea y no se suministra energía a la carga. Es decir, hay, por así decirlo, un corte de la media onda negativa (de hecho, esto no es del todo cierto, ya que en este proceso siempre hay una corriente inversa, su valor está determinado por la característica I arr).

Como resultado, como se puede ver en el gráfico (3), en la salida obtenemos pulsos que consisten en semiperíodos positivos, es decir, corriente continua. Este es el principio de funcionamiento de los elementos semiconductores rectificadores.

Tenga en cuenta que el voltaje de impulso en la salida de dicho rectificador es adecuado solo para alimentar cargas de bajo ruido, un ejemplo es un cargador para una batería de linterna ácida. En la práctica, solo los fabricantes chinos utilizan este esquema para reducir el costo de sus productos tanto como sea posible. De hecho, la simplicidad del diseño es su único polo.

Las desventajas de un rectificador de diodo único incluyen:

Bajo nivel de eficiencia, dado que se cortan los medios periodos negativos, la eficiencia del dispositivo no supera el 50%.
El voltaje de salida es aproximadamente la mitad del de entrada.
Alto nivel de ruido, que se manifiesta en forma de zumbido característico con la frecuencia de la red de suministro. Su razón es la desmagnetización asimétrica del transformador reductor (que en realidad es la razón por la que es mejor usar un condensador de enfriamiento para tales circuitos, que también tiene sus lados negativos).

Nótese que estos inconvenientes se pueden reducir algo, para ello basta con realizar un filtro sencillo a base de un electrolito de alta capacidad (1 en la Fig. 7).

Arroz. 7. Incluso un filtro simple puede reducir significativamente la ondulación

El principio de funcionamiento de dicho filtro es bastante simple. El electrolito se carga durante el semiciclo positivo y se descarga cuando se produce el semiciclo negativo. Al mismo tiempo, la capacidad debe ser suficiente para mantener el voltaje a través de la carga. En este caso, los impulsos se suavizarán algo, aproximadamente como se muestra en el gráfico (2).

La solución anterior mejorará un poco la situación, pero no mucho, si se alimenta con un rectificador de media onda de este tipo, por ejemplo, altavoces de computadora activos, se escuchará un fondo característico en ellos. Para solucionar el problema, se requerirá una solución más radical, a saber, un puente de diodos. Consideremos cómo funciona este circuito.

El dispositivo y el principio de funcionamiento del puente de diodos.

La diferencia esencial entre un esquema de este tipo (de un medio ciclo) es que el voltaje se aplica a la carga en cada medio ciclo. El diagrama de conexión de los elementos rectificadores semiconductores se muestra a continuación.

Como se puede ver en la figura anterior, el circuito utiliza cuatro elementos rectificadores semiconductores, los cuales están conectados de tal manera que solo dos de ellos funcionan durante cada medio ciclo. Describamos en detalle cómo se lleva a cabo el proceso:

Una tensión alterna Uin llega al circuito (2 en la Fig. 8). Durante el semiciclo positivo, se forma el siguiente circuito: VD4 - R - VD2. Por consiguiente, VD1 y VD3 están en la posición bloqueada.
Cuando llega la secuencia del semiciclo negativo, debido a que la polaridad cambia, se forma una cadena: VD1 - R - VD3. En este momento, VD4 y VD2 están bloqueados.
El ciclo se repite durante el siguiente período.

Como se puede ver en el resultado (gráfico 3), ambos medios periodos están involucrados en el proceso, y no importa cómo cambie el voltaje en la entrada, atraviesa la carga en una dirección. Este principio de funcionamiento del rectificador se llama onda completa. Sus ventajas son obvias, enumerémoslas:

Dado que ambos medios periodos están involucrados en el trabajo, la eficiencia aumenta significativamente (casi se duplica).
La ondulación en la salida del puente también duplica la frecuencia (en comparación con una solución de media onda).
Como se puede ver en el gráfico (3), el nivel de caídas disminuye entre los pulsos, por lo que será mucho más fácil suavizarlos para el filtro.
El voltaje en la salida del rectificador es aproximadamente el mismo que en la entrada.

La interferencia del circuito puente es insignificante e incluso se reduce con el uso de un tanque de filtro electrolítico. Debido a esto, dicha solución se puede utilizar en fuentes de alimentación, prácticamente, para cualquier diseño de radioaficionado, incluidos aquellos en los que se utilizan componentes electrónicos sensibles.

Tenga en cuenta que no es necesario usar cuatro elementos semiconductores rectificadores, es suficiente llevar un ensamblaje listo para usar en una caja de plástico.

Dicho paquete tiene cuatro conductores, dos para la entrada y el mismo para la salida. Las patas a las que está conectada la tensión de CA están marcadas con una "~" o las letras "AC". En la salida, el lado positivo está marcado con el símbolo "+", respectivamente, el lado negativo está marcado con "-".

En el diagrama esquemático, dicho ensamblaje generalmente se denota como un rombo, con una pantalla gráfica del diodo ubicado en el interior.

La pregunta de qué es mejor usar un conjunto o diodos separados no puede responderse sin ambigüedades. No hay diferencia de funcionalidad entre ellos. Pero el montaje es más compacto. Por otro lado, si falla, solo ayudará un reemplazo completo. Si, en este caso, se utilizan elementos separados, es suficiente reemplazar el diodo rectificador fallado.

Todos estos componentes difieren en el propósito, los materiales utilizados, los tipos de uniones pn, el diseño, la potencia y otras características y características. Los diodos rectificadores, diodos de pulso, varicaps, diodos Schottky, SCR, LED y tiristores se utilizan ampliamente. Consideremos sus principales características técnicas y propiedades generales, aunque cada tipo de estos componentes semiconductores tiene muchos y sus propios parámetros puramente individuales.

Estos son dispositivos electrónicos con una unión pn que poseen conductividad unilateral y están diseñados para convertir voltaje alterno en voltaje directo. La frecuencia del voltaje rectificado, por regla general, no es más de 20 kHz. Los diodos rectificadores también incluyen diodos Schottky.

Los principales parámetros de los diodos rectificadores de baja potencia a temperatura normal se dan en tabla 1 diodos rectificadores de potencia media en Tabla 2 y diodos rectificadores de alta potencia en Tabla 3

Hay una variedad de diodos rectificadores ... Estos dispositivos en la rama inversa de la característica I - V tienen una característica de avalancha similar a los diodos Zener. La presencia de una característica de avalancha permite que se utilicen como elementos de protección de circuitos contra sobretensiones, incluso directamente en el circuito rectificador.

En el último caso, los rectificadores basados en estos diodos operan de manera confiable en condiciones de conmutación de sobretensiones que surgen en circuitos inductivos en el momento de encender o apagar la fuente de alimentación o la carga. Los principales parámetros de los diodos de avalancha a temperatura ambiente normal se dan en

Para rectificar tensiones superiores a varios kilovoltios, se han desarrollado columnas rectificadoras, que son un conjunto de diodos rectificadores conectados en serie y ensamblados en una sola estructura con dos conductores. Estos dispositivos se caracterizan por los mismos parámetros que los diodos rectificadores. Los principales parámetros de los polos del rectificador a temperatura ambiente normal se dan en

Para reducir las dimensiones generales de los rectificadores y la conveniencia de su instalación, se producen bloques rectificadores(conjuntos) que tengan dos, cuatro o más diodos, eléctricamente independientes o conectados en forma de puente y ensamblados en una caja. Los principales parámetros de las unidades y conjuntos rectificadores a temperaturas ambiente normales se dan en

Diodos de pulso difieren de los rectificadores en un corto tiempo de recuperación inverso, o en un gran valor de la corriente de impulso. Los diodos de este grupo se pueden utilizar en rectificadores de alta frecuencia, por ejemplo, como detector o moduladores, convertidores, formadores de pulsos, limitadores y otros dispositivos de pulso ver tablas de referencia 7 y 8

Diodos de túnel realizan las funciones de elementos activos (dispositivos capaces de amplificar la señal en términos de potencia) de circuitos electrónicos de amplificadores, generadores, interruptores de rangos predominantemente de microondas. Los diodos de túnel tienen alta velocidad, dimensiones y peso totales pequeños, son resistentes a la radiación, funcionan de manera confiable en un amplio rango de temperatura y son energéticamente eficientes

Los principales parámetros de tunelización y diodos invertidos a temperaturas ambiente normales se dan en

- su principio de acción se basa en la ruptura eléctrica (avalancha o túnel) de la unión pn, en la que hay un aumento brusco de la corriente inversa y la tensión inversa cambia muy poco. Esta propiedad se utiliza para estabilizar el voltaje en circuitos eléctricos Debido al hecho de que la ruptura por avalancha es característica de los diodos basados en un semiconductor con una banda prohibida grande, el silicio sirve como material de partida para los diodos Zener. Además, el silicio tiene una corriente térmica baja y características estables en un amplio rango de temperaturas. Para el funcionamiento en diodos Zener, se utiliza una sección poco profunda de la característica I - V de la corriente inversa del disco, dentro de la cual los cambios bruscos en la corriente inversa se acompañan de cambios muy pequeños en la tensión inversa.

Parámetros del diodo Zener y estabilizadores se dan diodos zener de baja potencia y estabilizadores de alta potencia - en diodos zener de precisión -

Los parámetros de los limitadores de voltaje se dan en

Manual de Varicaps

Estos son diodos semiconductores con una capacitancia de barrera de unión controlada eléctricamente. El cambio de capacitancia se logra cambiando el voltaje inverso. Al igual que con otros diodos, la resistencia de base del varicap debe ser baja. Al mismo tiempo, para aumentar el voltaje de ruptura, es deseable una alta resistividad de las capas de base adyacentes a la unión. En base a esto, la parte principal de la base, el sustrato, es de baja resistencia y la capa base adyacente a la transición es de alta resistencia. Los varicaps se caracterizan por los siguientes parámetros principales. La capacitancia total del varicap SB es la capacitancia, incluida la capacitancia de barrera y la capacitancia de la carcasa, es decir, la capacitancia medida entre los terminales del varicap a un voltaje inverso (nominal) dado.

Diodo emisor de luz es un dispositivo semiconductor que convierte la corriente eléctrica directamente en radiación luminosa. Consiste en uno o más cristales colocados en un estuche con cables de contacto y un sistema óptico (lente) que genera un flujo luminoso. La longitud de onda (color) de la radiación del cristal depende de

Estos son los mismos LED que solo emiten luz en el rango de infrarrojos.

Este es el láser semiconductor más simple, cuyo diseño es una unión p-n típica. El principio de funcionamiento del dispositivo láser se basa en el hecho de que después de inyectar portadores de carga gratuita en el elemento en la zona de unión p-n, se forma una inversión de población.

Un limitador de voltaje semiconductor es un diodo que opera en la rama inversa de la característica corriente-voltaje con una ruptura de avalancha. Se utiliza con fines de protección contra sobretensiones de circuitos de circuitos integrados e híbridos, elementos electrónicos, etc. Con la ayuda de limitadores de voltaje, puede proteger los circuitos de entrada y salida de varios componentes electrónicos de los efectos de sobretensiones a corto plazo.

La información de la guía se presenta en formato de archivos PDF originales y, para facilitar la descarga, se divide en colecciones de acuerdo con el alfabeto inglés.

Manual de diodos domésticos

El manual proporciona información general sobre diodos semiconductores domésticos, a saber, rectificador, matrices de diodos, diodos Zener y estabilizadores, varicaps, dispositivos emisores y semiconductores ultra altos. Y también habla de su clasificación y el sistema de símbolos. Convencionalmente, las designaciones gráficas se dan de acuerdo con GOST 2.730-73, y los términos y designaciones de letras de los parámetros de acuerdo con GOST 25529-82. Se proporciona poca información sobre la aplicación de limitadores de voltaje y las reglas para instalar diodos. El apéndice contiene dibujos dimensionales de los cascos y un puntero alfanumérico para la navegación.

Esta base de datos no es más que una guía electrónica de dispositivos semiconductores, que incluye puentes y ensamblajes, y también muchos componentes de radio.

El directorio contiene más de 65.000 radioelementos. Hay información de todos los fabricantes líderes a diciembre de 2016. La referencia contiene las siguientes funciones:

Ordenar por varias características en cualquier orden del directorio
filtración por casi todas las características
editar los datos del directorio
Visualización de la documentación y dibujo de la carcasa del radioelemento.
Vista de referencia de la hoja de datos en PDF

Las tablas de referencia utilizan las siguientes convenciones:

U muestra máx.	-	tensión inversa constante máxima permitida del diodo;
U muestra y máx.	-	voltaje inverso de pulso máximo permitido del diodo;
Yo pr max.	-	corriente directa media máxima para el período;
I pr. Y max.	-	corriente máxima de impulso hacia adelante para el período;
Yo prg.	-	corriente de sobrecarga del diodo rectificador;
f máx.	-	la frecuencia de conmutación máxima permitida del diodo;
f trabajo.	-	frecuencia de funcionamiento del diodo;
U pr en I pr	-	voltaje directo constante del diodo a una corriente I pr;
Yo arr.	-	corriente inversa constante del diodo;
T k máx.	-	la temperatura máxima permitida del cuerpo del diodo.
T p.max.	-	la temperatura de unión máxima permitida del diodo.

Diodos semiconductores Se denominan dispositivos de conversión eléctrica de una unión (con una unión eléctrica) con dos conductores de bajada externos. La unión eléctrica puede ser una unión de huecos de electrones, un contacto de metal-semiconductor o una heterounión. La figura muestra esquemáticamente el dispositivo de un diodo con un empalme 1 de agujero de electrones, que separa las regiones pn-p (2 y 3) con diferentes tipos de conductividad eléctrica.

Crystal 3 se suministra con colectores de corriente externos 4 y se coloca en una caja de metal, vidrio, cerámica o plástico 5, que protege al semiconductor de influencias externas (atmosféricas, mecánicas, etc.). Normalmente, los diodos semiconductores tienen uniones asimétricas de agujeros de electrones. Una región del semiconductor (con mayor concentración de impurezas) sirve como emisor, mientras que la otra (con menor concentración) sirve como base. Cuando un voltaje externo está conectado directamente al diodo, la inyección de portadores de carga minoritarios ocurre principalmente desde la región fuertemente dopada del emisor hacia la región ligeramente dopada de la base.

El número de portadores minoritarios que pasan en la dirección opuesta es mucho menor que la inyección del emisor. Dependiendo de la relación entre las dimensiones lineales de la unión y la longitud característica, se distinguen los diodos planos y puntuales. Se considera que un diodo es plano si sus dimensiones lineales, que determinan el área de unión, son mucho mayores que la longitud característica.

La longitud característica en el manual para diodos es la más pequeña de dos cantidades: el grosor de la base y la longitud de difusión de los portadores minoritarios en la base. Determinan las propiedades y características de los diodos. Los diodos con dimensiones lineales de la unión que son menores que la longitud característica se denominan puntos. La transición en la interfaz entre regiones con diferentes tipos de conductividad tiene las propiedades de enderezamiento (conductividad unilateral) de la corriente; características de corriente-voltaje no lineales; el fenómeno de tunelización de los portadores de carga a través de una barrera potencial tanto en polarización inversa como directa; el fenómeno de ionización por impacto de átomos semiconductores a voltajes relativamente altos para la transición; capacidad de barrera, etc. Estas propiedades de la transición se utilizan para crear varios tipos de diodos semiconductores.

Según el rango de frecuencia en el que pueden operar los diodos, se dividen en baja frecuencia (LF) y alta frecuencia (HF). De acuerdo con su propósito, los diodos LF se dividen en diodos rectificadores, estabilizadores, pulsos y HF - en detectores, mezcladores, modulares, paramétricos, de conmutación, etc. -, LED, etc.

Según el material del cristal principal del semiconductor, se distinguen germanio, silicio, arseniuro de galio y otros diodos. Para designar diodos semiconductores en el directorio, se utilizan códigos alfanuméricos de seis y siete dígitos (por ejemplo, KD215A, 2DS523G).

El primer elemento, una letra (para dispositivos de uso general) o un número (para dispositivos utilizados en un dispositivo de uso especial), indica el material en base al cual está hecho el dispositivo: G o 1 - germanio; K o 2 - silicio y sus compuestos; A o 3 - compuestos de galio (por ejemplo, arseniuro de galio); Y o 4 - compuestos de indio (por ejemplo, fosfuro de indio).

El segundo elemento es una letra que indica una subclase o un grupo de dispositivos: D - rectificador, diodos de pulso; C - postes y bloques rectificadores; B - varicaps; Y - diodos de túnel de pulso; A - diodos de microondas; C - diodos zener.

El tercer elemento, un número, define una de las principales características que caracterizan al dispositivo (por ejemplo, propósito o principio de funcionamiento).

Los elementos cuarto, quinto y sexto son un número de tres dígitos que denota el número de serie del desarrollo del tipo tecnológico del dispositivo.

El séptimo elemento, una letra, define convencionalmente la clasificación por parámetros de los dispositivos fabricados con una sola tecnología. Ejemplo de designación: 2DS523G - un conjunto de dispositivos de impulso de silicio para dispositivos especiales con un tiempo de estabilización de la resistencia de retorno de 150 a 500 nseg; desarrollo número 23, grupo D. Instrumentos de desarrollo antes de 1973 en libros de referencia. tienen designaciones de tres y cuatro elementos.