Diodes de redressement de moyenne et haute puissance. Ouvrage de référence sur les diodes. Types de redresseurs et paramètres techniques

Le but principal des diodes de redressement est la conversion de tension. Mais ce n'est pas le seul domaine d'application de ces éléments semi-conducteurs. Ils sont installés dans les circuits de commutation et de commande, utilisés dans les générateurs en cascade, etc. Les radioamateurs novices seront intéressés à apprendre comment ces éléments semi-conducteurs sont agencés, ainsi que leur principe de fonctionnement. Commençons par les caractéristiques générales.

Caractéristiques de l'appareil et de la conception

L'élément structurel principal est un semi-conducteur. Il s'agit d'une plaque de cristal de silicium ou de germanium, qui a deux régions de conductivité p et n. En raison de cette caractéristique de conception, il a été nommé plat.

Dans la fabrication d'un semi-conducteur, le cristal est traité comme suit: pour obtenir une surface de type p, il est traité avec du phosphore fondu et de type p - avec du bore, de l'indium ou de l'aluminium. Au cours du traitement thermique, il se produit une diffusion de ces matériaux et du cristal. Le résultat est une région avec une jonction pn entre deux surfaces avec une conductivité électrique différente. Le semi-conducteur ainsi obtenu est installé dans le boîtier. Cela protège le cristal des facteurs externes et favorise la dissipation de la chaleur.

Légende:

A - la sortie de la cathode.
B - support en cristal (soudé au corps).
C - cristal de type n.
D - cristal de type p.
E - fil menant au fil d'anode.
F - isolant.
G - corps.
H - plomb d'anode.

Comme déjà mentionné, des cristaux de silicium ou de germanium sont utilisés comme base pour la jonction pn. Les premiers sont utilisés beaucoup plus souvent, cela est dû au fait que la valeur des courants inverses dans les cellules au germanium est beaucoup plus élevée, ce qui limite considérablement la tension inverse admissible (elle ne dépasse pas 400 V). Alors que dans les semi-conducteurs au silicium, cette caractéristique peut aller jusqu'à 1500 V.

De plus, les éléments en germanium ont une plage de température de fonctionnement beaucoup plus étroite, elle varie de -60°C à 85°C. Lorsque le seuil de température supérieur est dépassé, le courant inverse augmente fortement, ce qui affecte négativement le rendement de l'appareil. Les semi-conducteurs en silicium ont un seuil supérieur d'environ 125°C-150°C.

Classement de puissance

La puissance des cellules est déterminée par le courant continu maximal admissible. Conformément à cette caractéristique, la classification suivante a été adoptée :

Liste des principales caractéristiques

Vous trouverez ci-dessous un tableau avec une description des principaux paramètres des diodes de redressement. Ces caractéristiques peuvent être obtenues à partir de la fiche technique (description technique de l'article). En règle générale, la plupart des radioamateurs se tournent vers cette information dans les cas où l'élément indiqué dans le schéma n'est pas disponible, ce qui nécessite de lui trouver un analogue approprié.

Notez que dans la plupart des cas, si vous avez besoin de trouver un analogue à une diode particulière, les cinq premiers paramètres du tableau suffiront amplement. Dans ce cas, il est souhaitable de prendre en compte la plage de température de fonctionnement de l'élément et la fréquence.

Principe d'opération

La façon la plus simple d'expliquer le principe de fonctionnement des diodes de redressement est par l'exemple. Pour ce faire, nous simulons un simple circuit redresseur demi-onde (voir 1 sur la Fig. 6), dans lequel l'alimentation est fournie par une source alternative avec une tension U IN (graphique 2) et passe par VD pour charger R.

Riz. 6. Le principe de fonctionnement d'un redresseur à diode unique

Pendant le demi-cycle positif, la diode est en position ouverte et fait passer le courant à travers elle jusqu'à la charge. Lorsque vient le tour du demi-cycle négatif, l'appareil est verrouillé et aucune alimentation n'est fournie à la charge. C'est-à-dire qu'il y a, pour ainsi dire, une coupure de l'alternance négative (en fait, ce n'est pas tout à fait vrai, car dans ce processus, il y a toujours un courant inverse, sa valeur est déterminée par la caractéristique I arr).

En conséquence, comme on peut le voir sur le graphique (3), à la sortie, nous obtenons des impulsions constituées de demi-périodes positives, c'est-à-dire du courant continu. C'est le principe de fonctionnement des éléments semi-conducteurs redresseurs.

Notez que la tension de choc à la sortie d'un tel redresseur ne convient que pour alimenter des charges à faible bruit, un exemple est un chargeur pour une batterie de lampe de poche à acide. En pratique, un tel schéma n'est utilisé que par les fabricants chinois, afin de réduire au maximum le coût de leurs produits. En fait, la simplicité du design est son seul pôle.

Les inconvénients d'un redresseur à diode unique comprennent :

Faible niveau d'efficacité, puisque les demi-périodes négatives sont coupées, l'efficacité de l'appareil ne dépasse pas 50%.
La tension de sortie est environ la moitié de celle de l'entrée.
Niveau de bruit élevé, qui se manifeste sous la forme d'un bourdonnement caractéristique avec la fréquence du réseau d'alimentation. Sa raison est la démagnétisation asymétrique du transformateur abaisseur (en fait, c'est pourquoi il est préférable d'utiliser un condensateur de trempe pour de tels circuits, qui a également ses côtés négatifs).

A noter que ces inconvénients peuvent être quelque peu atténués, pour cela il suffit de réaliser un simple filtre à base d'électrolyte de grande capacité (1 sur la Fig. 7).

Riz. 7. Même un simple filtre peut réduire considérablement l'ondulation

Le principe de fonctionnement d'un tel filtre est assez simple. L'électrolyte est chargé pendant le demi-cycle positif et déchargé lorsque le demi-cycle négatif se produit. Dans le même temps, la capacité doit être suffisante pour maintenir la tension aux bornes de la charge. Dans ce cas, les impulsions seront quelque peu lissées, approximativement comme le montre le graphique (2).

La solution ci-dessus améliorera quelque peu la situation, mais pas beaucoup, si vous alimentez à partir d'un tel redresseur demi-onde, par exemple des haut-parleurs d'ordinateur actifs, un arrière-plan caractéristique y sera entendu. Pour éliminer le problème, une solution plus radicale sera nécessaire, à savoir un pont de diodes. Voyons comment fonctionne ce circuit.

Le dispositif et le principe de fonctionnement du pont de diodes

La différence essentielle entre un tel circuit (à partir d'un demi-cycle) est que la tension est appliquée à la charge à chaque demi-cycle. Le schéma de connexion des éléments redresseurs à semi-conducteurs est présenté ci-dessous.

Comme on peut le voir sur la figure ci-dessus, le circuit utilise quatre éléments redresseurs à semi-conducteurs, qui sont connectés de telle sorte que seuls deux d'entre eux fonctionnent pendant chaque demi-cycle. Décrivons en détail comment se déroule le processus :

Une tension alternative Uin arrive au circuit (2 sur la Fig. 8). Pendant l'alternance positive, le circuit suivant est formé : VD4 - R - VD2. En conséquence, VD1 et VD3 sont en position verrouillée.
Lorsque la séquence de l'alternance négative arrive, du fait que la polarité change, une chaîne se forme : VD1 - R - VD3. A ce moment, VD4 et VD2 sont verrouillés.
Le cycle est répété pour la période suivante.

Comme on peut le voir sur le résultat (graphique 3), les deux demi-périodes sont impliquées dans le processus, et peu importe comment la tension à l'entrée change, elle traverse la charge dans un sens. Ce principe de fonctionnement du redresseur est appelé pleine onde. Ses avantages sont évidents, listons-les :

Étant donné que les deux demi-périodes sont impliquées dans le travail, l'efficacité augmente considérablement (presque doublée).
L'ondulation à la sortie du pont double également la fréquence (par rapport à une solution demi-onde).
Comme on peut le voir sur le graphique (3), le niveau des creux diminue entre les impulsions ; par conséquent, il sera beaucoup plus facile de les lisser pour le filtre.
La tension à la sortie du redresseur est approximativement la même qu'à l'entrée.

L'interférence du circuit en pont est négligeable, et est même réduite avec l'utilisation d'un réservoir électrolytique à filtre. Pour cette raison, une telle solution peut être utilisée dans les alimentations, pratiquement, pour toutes les conceptions de radio amateur, y compris celles où l'électronique sensible est utilisée.

A noter qu'il n'est pas du tout nécessaire d'utiliser quatre éléments semi-conducteurs redresseurs, il suffit de prendre un montage prêt à l'emploi dans un boîtier en plastique.

Un tel boîtier comporte quatre fils, deux pour l'entrée et le même pour la sortie. Les branches auxquelles la tension alternative est connectée sont marquées d'un "~" ou des lettres "AC". En sortie, la branche positive est marquée du symbole "+", respectivement, la branche négative est marquée du "-".

Sur le schéma de principe, un tel assemblage est généralement désigné par un losange, avec un affichage graphique de la diode située à l'intérieur.

La question de savoir ce qui est préférable d'utiliser un ensemble ou des diodes séparées ne peut pas être résolue sans ambiguïté. Il n'y a pas de différence de fonctionnalité entre eux. Mais l'ensemble est plus compact. D'un autre côté, s'il échoue, seul un remplacement complet sera utile. Si, dans ce cas, des éléments séparés sont utilisés, il suffit de remplacer la diode de redressement défaillante.

Tous ces composants diffèrent par leur objectif, les matériaux utilisés, les types de jonctions pn, la conception, la puissance et d'autres caractéristiques et caractéristiques. Les diodes de redressement, les diodes à impulsions, les varicaps, les diodes Schottky, les SCR, les LED et les thyristors sont largement utilisés. Considérons leurs principales caractéristiques techniques et propriétés générales, bien que chaque type de ces composants semi-conducteurs ait de nombreux et ses propres paramètres purement individuels.

Ce sont des appareils électroniques avec une jonction p-n possédant une conductivité unilatérale et conçus pour convertir la tension alternative en tension continue. La fréquence de la tension redressée, en règle générale, ne dépasse pas 20 kHz. Les diodes de redressement comprennent également les diodes Schottky.

Les principaux paramètres des diodes de redressement de faible puissance à température normale sont donnés dans Tableau 1 diodes de redressement de puissance moyenne en Tableau 2 et des diodes de redressement haute puissance dans Tableau 3

Une variété de diodes de redressement sont ... Ces dispositifs sur la branche inverse de la caractéristique I - V ont une caractéristique d'avalanche similaire aux diodes Zener. La présence d'une caractéristique d'avalanche permet de les utiliser comme éléments de protection des circuits contre les surtensions impulsionnelles, y compris directement dans le circuit redresseur.

Dans ce dernier cas, les redresseurs à base de ces diodes fonctionnent de manière fiable dans des conditions de surtensions de commutation apparaissant dans les circuits inductifs au moment de la mise sous ou hors tension de l'alimentation ou de la charge. Les principaux paramètres des diodes à avalanche à des températures ambiantes normales sont donnés dans

Pour redresser des tensions sur plusieurs kilovolts, des colonnes de redressement ont été développées, qui sont un ensemble de diodes de redressement connectées en série et assemblées en une seule structure à deux fils. Ces dispositifs sont caractérisés par les mêmes paramètres que les diodes de redressement. Les principaux paramètres des pôles du redresseur à des températures ambiantes normales sont donnés dans

Pour réduire les dimensions globales des redresseurs et la facilité d'installation, ils sont produits blocs redresseurs(ensembles) comportant deux, quatre ou plusieurs diodes, électriquement indépendantes ou connectées en pont et assemblées dans un même boîtier. Les principaux paramètres des redresseurs et des ensembles aux températures ambiantes normales sont donnés dans

Diodes à impulsions diffèrent des redresseurs par un court temps de récupération inverse, ou par une grande valeur du courant d'impulsion. Les diodes de ce groupe peuvent être utilisées dans les redresseurs à haute fréquence, par exemple, en tant que détecteur ou modulateurs, convertisseurs, formateurs d'impulsions, limiteurs et autres dispositifs à impulsions voir les tableaux de référence 7 et 8

Diodes tunnels remplir les fonctions d'éléments actifs (dispositifs capables d'amplifier le signal en termes de puissance) de circuits électroniques d'amplificateurs, de générateurs, de commutateurs de gammes à prédominance hyperfréquence. Les diodes tunnel ont une vitesse élevée, des dimensions globales et un poids réduits, sont résistantes aux rayonnements, fonctionnent de manière fiable dans une large plage de températures et sont économes en énergie

Les principaux paramètres de l'effet tunnel et des diodes inversées à des températures ambiantes normales sont donnés dans

- leur principe d'action est basé sur un claquage électrique (avalanche ou tunnel) de la jonction pn, où il y a une forte augmentation du courant inverse, et la tension inverse change très peu. Cette propriété est utilisée pour stabiliser la tension dans les circuits électriques.En raison du fait que le claquage par avalanche est caractéristique des diodes à base de semi-conducteur avec une large bande interdite, le silicium sert de matériau de départ pour les diodes Zener. De plus, le silicium a un faible courant thermique et des caractéristiques stables sur une large plage de températures. Pour le fonctionnement dans des diodes Zener, une section peu profonde de la caractéristique I - V du courant inverse du disque est utilisée, dans laquelle des changements brusques du courant inverse s'accompagnent de très faibles changements de la tension inverse.

Paramètres de la diode Zener et stabilisateurs des diodes zener et des stabilisateurs de puissance élevée - in, des diodes zener de précision - sont fournies de faible puissance

Les paramètres des limiteurs de tension sont donnés dans

Manuel Varicaps

Ce sont des diodes semi-conductrices avec une capacité de barrière de jonction commandée électriquement. Le changement de capacité est obtenu en changeant la tension inverse. Comme pour les autres diodes, la résistance de base de la varicap doit être faible. Dans le même temps, pour augmenter la tension de claquage, une résistivité élevée des couches de base adjacentes à la jonction est souhaitable. Sur cette base, la partie principale de la base - le substrat - est à faible résistance et la couche de base adjacente à la transition est à haute résistance. Les varicaps sont caractérisés par les principaux paramètres suivants. La capacité totale de la varicap SB est la capacité, y compris la capacité barrière et la capacité du boîtier, c'est-à-dire la capacité mesurée entre les bornes de la varicap à une tension inverse (nominale) donnée.

Diode électro-luminescente est un dispositif semi-conducteur qui convertit le courant électrique directement en rayonnement lumineux. Il se compose d'un ou plusieurs cristaux placés dans un boîtier avec des fils de contact et un système optique (lentille) qui génère un flux lumineux. La longueur d'onde du rayonnement du cristal (couleur) dépend de

Ce sont les mêmes LED qui n'émettent de la lumière que dans l'infrarouge.

Il s'agit du laser à semi-conducteur le plus simple, dont la conception est une jonction p-n typique. Le principe de fonctionnement du dispositif laser repose sur le fait qu'après l'injection de porteurs de charge gratuits dans l'élément dans la zone de jonction p-n, une inversion de population se forme.

Un limiteur de tension à semi-conducteur est une diode qui fonctionne sur la branche inverse de la caractéristique courant-tension avec un claquage par avalanche. Il est utilisé à des fins de protection contre les surtensions de circuits de circuits intégrés et hybrides, d'éléments électroniques, etc. À l'aide de limiteurs de tension, vous pouvez protéger les circuits d'entrée et de sortie de divers composants électroniques des effets des surtensions à court terme.

Les informations contenues dans le guide sont présentées au format des fichiers pdf originaux et, pour faciliter le téléchargement, elles sont divisées en collections conformément à l'alphabet anglais.

Manuel des diodes domestiques

Le manuel fournit des informations générales sur les diodes semi-conductrices domestiques, à savoir, les redresseurs, les matrices de diodes, les diodes Zener et les stabilisateurs, les varicaps, les dispositifs à semi-conducteurs émetteurs et ultra-hauts. Et raconte aussi leur classification et le système de symboles. Conventionnellement - les désignations graphiques sont données conformément à GOST 2.730-73, et les termes et désignations de lettres des paramètres conformément à GOST 25529-82. Quelques informations sont données sur l'application des limiteurs de tension et les règles d'installation des diodes. L'annexe contient des dessins dimensionnels des coques et un pointeur alphanumérique pour la navigation

Cette base de données n'est rien de plus qu'un guide électronique des dispositifs à semi-conducteurs, qui comprend des ponts et des assemblages, ainsi que de nombreux composants radio.

Le répertoire contient plus de 65 000 radioéléments. Il existe des informations de tous les principaux fabricants en date de décembre 2016. La référence contient les fonctions suivantes :

Tri selon plusieurs caractéristiques dans n'importe quel ordre du répertoire
filtration par presque toutes les caractéristiques
édition des données du répertoire
visualisation de la documentation et du dessin du boîtier du radioélément
Vue de référence de la fiche technique PDF

Les tables de référence utilisent les conventions suivantes :

U échantillon max.	-	tension inverse constante maximale admissible de la diode;
U échantillon et max.	-	tension inverse d'impulsion maximale admissible de la diode ;
Je pr max.	-	courant direct moyen maximal pour la période ;
Je pr. Et max.	-	courant direct d'impulsion maximal pour la période ;
Je prg.	-	courant de surcharge de diode de redressement;
f max.	-	la fréquence de commutation maximale admissible de la diode ;
f travail.	-	fréquence de fonctionnement de la diode ;
U pr à I pr	-	tension directe constante de la diode à un courant I pr;
J'arr.	-	courant inverse constant de la diode;
Tk max.	-	la température maximale admissible du corps de la diode.
T p.max.	-	la température de jonction maximale admissible de la diode.

Diodes semi-conductrices Les dispositifs de conversion électrique à une jonction (avec une jonction électrique) avec deux conducteurs de descente externes sont appelés. La jonction électrique peut être une jonction électron-trou, un contact métal-semi-conducteur ou une hétérojonction. La figure montre schématiquement le dispositif d'une diode avec une jonction électron-trou 1, qui sépare les régions p-m p (2 et 3) avec différents types de conductivité électrique.

Le cristal 3 est alimenté par des collecteurs de courant externes 4 et placé dans un boîtier 5 en métal, verre, céramique ou plastique, qui protège le semi-conducteur des influences extérieures (atmosphériques, mécaniques...). En règle générale, les diodes semi-conductrices ont des jonctions électron-trou asymétriques. Une région du semi-conducteur (avec une concentration plus élevée d'impuretés) sert d'émetteur, et l'autre (avec une concentration plus faible) sert de base. Lorsqu'une tension externe est directement connectée à la diode, l'injection de porteurs de charge minoritaires se fait principalement de la région fortement dopée de l'émetteur vers la région faiblement dopée de la base.

Le nombre de porteurs minoritaires passant en sens inverse est bien inférieur à l'injection de l'émetteur. En fonction du rapport des dimensions linéaires de la jonction et de la longueur caractéristique, on distingue les diodes planes et ponctuelles. Une diode est considérée comme plane si ses dimensions linéaires, qui déterminent la zone de jonction, sont beaucoup plus grandes que la longueur caractéristique.

La longueur caractéristique dans le manuel des diodes est la plus petite de deux quantités - l'épaisseur de la base et la longueur de diffusion des porteurs minoritaires dans la base. Ils déterminent les propriétés et les caractéristiques des diodes. Les diodes dont les dimensions linéaires de la jonction sont inférieures à la longueur caractéristique sont appelées ponctuelles. La transition à l'interface entre des régions de différents types de conductivité a des propriétés de redressement (conductivité unilatérale) du courant ; caractéristiques courant-tension non linéaires; le phénomène d'effet tunnel des porteurs de charge à travers une barrière de potentiel à la fois en polarisation inverse et directe ; le phénomène d'ionisation par impact des atomes semi-conducteurs à des tensions relativement élevées pour la transition ; capacité barrière, etc. Ces propriétés de la transition sont utilisées pour créer divers types de diodes semi-conductrices.

Selon la gamme de fréquences dans laquelle les diodes peuvent fonctionner, elles sont divisées en basse fréquence (LF) et haute fréquence (HF). Selon leur fonction, les diodes LF sont divisées en diodes de redressement, de stabilisation, d'impulsion et HF - en détecteur, mélangeur, modulaire, paramétrique, de commutation, etc. -, LED, etc.

Selon le matériau du cristal principal du semi-conducteur, on distingue le germanium, le silicium, l'arséniure de gallium et d'autres diodes. Pour désigner les diodes à semi-conducteur dans le répertoire, des codes alphanumériques à six et sept chiffres sont utilisés (par exemple, KD215A, 2DS523G).

Le premier élément - une lettre (pour les appareils à usage général) ou un nombre (pour les appareils utilisés dans un appareil à usage spécial) - indique le matériau sur la base duquel l'appareil est fabriqué: G ou 1 - germanium; K ou 2 - silicium et ses composés; A ou 3 - composés de gallium (par exemple, arséniure de gallium); Et ou 4 - composés d'indium (par exemple, le phosphure d'indium).

Le deuxième élément est une lettre indiquant une sous-classe ou un groupe de dispositifs : D - redresseur, diodes à impulsions ; C - rectifier les poteaux et les blocages ; B - varicaps; Et - les diodes tunnel à impulsions ; A - diodes micro-ondes; C - diodes Zener.

Le troisième élément - un nombre - définit l'une des principales caractéristiques qui caractérisent l'appareil (par exemple, la finalité ou le principe de fonctionnement).

Les quatrième, cinquième et sixième éléments sont un numéro à trois chiffres désignant le numéro de série du développement du type technologique de l'appareil.

Le septième élément - une lettre - définit classiquement la classification par paramètres des appareils fabriqués selon une technologie unique. Exemple de désignation : 2DS523G - un ensemble de dispositifs à impulsions en silicium pour dispositifs spéciaux avec un temps de stabilisation de la résistance de retour de 150 à 500 ns ; développement numéro 23, groupe D. Instruments de développement avant 1973 dans les ouvrages de référence. ont trois et quatre désignations d'éléments.