Diode redresoare de putere medie și mare. Carte de referință cu diode. Tipuri de redresoare și parametri tehnici

Scopul principal al diodelor redresoare este conversia tensiunii. Dar acesta nu este singurul domeniu de aplicare pentru aceste elemente semiconductoare. Acestea sunt instalate în circuitele de comutare și control, utilizate în generatoare în cascadă etc. Amatorii de radio începători vor fi interesați să știe cum sunt aranjate aceste elemente semiconductoare, precum și principiul lor de funcționare. Să începem cu caracteristici generale.

Dispozitive și caracteristici de proiectare

Principalul element structural este un semiconductor. Aceasta este o placă de cristal de siliciu sau germaniu, care are două regiuni de conductivitate p și n. Datorită acestei caracteristici de design, a fost numit plat.

La fabricarea unui semiconductor, cristalul este procesat după cum urmează: pentru a obține o suprafață de tip p, este tratat cu fosfor topit, iar de tip p - cu bor, indiu sau aluminiu. În cursul tratamentului termic, are loc difuzia acestor materiale și a cristalului. Rezultatul este o regiune cu o joncțiune pn între două suprafețe cu conductivitate electrică diferită. Semiconductorul obținut în acest mod este instalat în carcasă. Acest lucru protejează cristalul de factori străini și favorizează disiparea căldurii.

Legendă:

A - ieșirea catodului.
B - suport de cristal (sudat la corp).
C - cristal de tip n.
D - cristal de tip p.
E - fir care duce la conductorul anodic.
F - izolator.
G - corp.
H - plumb anodic.

După cum sa menționat deja, cristalele de siliciu sau de germaniu sunt utilizate ca bază pentru joncțiunea pn. Primele sunt utilizate mult mai des, acest lucru se datorează faptului că valoarea curenților inversi în celulele de germaniu este mult mai mare, ceea ce limitează semnificativ tensiunea inversă admisibilă (nu depășește 400 V). În timp ce pentru semiconductorii de siliciu, această caracteristică poate merge până la 1500 V.

În plus, elementele de germaniu au un interval de temperatură de funcționare mult mai restrâns, variază de la -60 ° C la 85 ° C. Când se depășește pragul superior de temperatură, curentul invers crește brusc, ceea ce afectează negativ eficiența dispozitivului. Semiconductorii din siliciu au un prag superior de aproximativ 125 ° C-150 ° C.

Clasificarea puterii

Puterea celulelor este determinată de curentul continuu maxim admisibil. În conformitate cu această caracteristică, a fost adoptată următoarea clasificare:

Lista principalelor caracteristici

Mai jos este un tabel cu o descriere a parametrilor principali ai diodelor redresoare. Aceste caracteristici pot fi obținute din fișa tehnică (descrierea tehnică a articolului). De regulă, majoritatea radioamatorilor apelează la aceste informații în cazurile în care elementul indicat în diagramă nu este disponibil, ceea ce necesită găsirea unui analog adecvat pentru aceasta.

Rețineți că, în majoritatea cazurilor, dacă trebuie să găsiți un analog cu o anumită diodă, primii cinci parametri din tabel vor fi suficienți. În acest caz, este de dorit să se ia în considerare intervalul de temperatură de funcționare al elementului și frecvența.

Principiul de funcționare

Cel mai simplu mod de a explica principiul funcționării diodelor redresoare este prin exemplu. Pentru a face acest lucru, simulăm un circuit redresor simplu pe jumătate de undă (vezi 1 în Fig. 6), în care puterea este furnizată de la o sursă de curent alternativ cu o tensiune U IN (graficul 2) și trece prin VD pentru a încărca R.

Orez. 6. Principiul funcționării unui redresor cu o singură diodă

În timpul semiciclului pozitiv, dioda este în poziția deschisă și trece curent prin ea la sarcină. Când vine rândul semiciclului negativ, dispozitivul este blocat și nu este alimentată sarcina. Adică, există un fel de tăiere a semiondei negative (de fapt, acest lucru nu este în totalitate adevărat, deoarece în acest proces există întotdeauna un curent invers, valoarea sa este determinată de caracteristica I arr).

Ca rezultat, după cum se poate observa din graficul (3), la ieșire obținem impulsuri constând din semiperioade pozitive, adică curent continuu. Acesta este principiul funcționării elementelor semiconductoare redresoare.

Rețineți că tensiunea de impuls la ieșirea unui astfel de redresor este potrivită numai pentru alimentarea sarcinilor cu zgomot redus, un exemplu este un încărcător pentru o baterie cu lanternă acidă. În practică, o astfel de schemă este utilizată doar de producătorii chinezi, pentru a reduce cât mai mult costul produselor lor. De fapt, simplitatea designului este singurul său pol.

Dezavantajele unui redresor cu o singură diodă includ:

Nivel scăzut de eficiență, întrucât jumătățile negative sunt întrerupte, eficiența dispozitivului nu depășește 50%.
Tensiunea de ieșire este de aproximativ jumătate din cea de intrare.
Nivel ridicat de zgomot, care se manifestă sub forma unui zumzet caracteristic cu frecvența rețelei de alimentare. Motivul său este demagnetizarea asimetrică a transformatorului descendent (motiv pentru care este mai bine să folosiți un condensator de stingere pentru astfel de circuite, care are și laturile sale negative).

Rețineți că aceste dezavantaje pot fi oarecum reduse, pentru aceasta este suficient să creați un filtru simplu bazat pe un electrolit de mare capacitate (1 în Fig. 7).

Orez. 7. Chiar și un filtru simplu poate reduce semnificativ ondularea

Principiul de funcționare al unui astfel de filtru este destul de simplu. Electrolitul este încărcat în timpul semiciclului pozitiv și descărcat când are loc semiciclul negativ. În același timp, capacitatea trebuie să fie suficientă pentru a menține tensiunea peste sarcină. În acest caz, impulsurile vor fi oarecum netezite, aproximativ așa cum se arată în graficul (2).

Soluția de mai sus va îmbunătăți oarecum situația, dar nu mult, dacă alimentați de la un astfel de redresor cu jumătate de undă, de exemplu, difuzoare active de computer, se va auzi un fundal caracteristic în ele. Pentru a elimina problema, va fi necesară o soluție mai radicală, și anume o punte cu diode. Să analizăm cum funcționează acest circuit.

Dispozitivul și principiul de funcționare al podului cu diode

Diferența esențială între un astfel de circuit (dintr-un semiciclu) este că tensiunea este aplicată sarcinii în fiecare semiciclu. Diagrama de conectare a elementelor redresoare semiconductoare este prezentată mai jos.

După cum se poate vedea din figura de mai sus, circuitul folosește patru elemente redresoare semiconductoare, care sunt conectate în așa fel încât doar două dintre ele funcționează în timpul fiecărui semicicl. Să descriem în detaliu modul în care are loc procesul:

O tensiune alternativă Uin ajunge la circuit (2 în Fig. 8). În timpul semiciclului pozitiv, se formează următorul circuit: VD4 - R - VD2. În consecință, VD1 și VD3 sunt în poziția blocată.
Când vine secvența semiciclului negativ, datorită faptului că polaritatea se schimbă, se formează un lanț: VD1 - R - VD3. În acest moment, VD4 și VD2 sunt blocate.
Ciclul se repetă pentru următoarea perioadă.

După cum se poate observa din rezultat (graficul 3), ambele jumătăți de perioadă sunt implicate în proces și, indiferent de modul în care se modifică tensiunea la intrare, trece prin sarcină într-o singură direcție. Acest principiu de funcționare al redresorului se numește undă completă. Avantajele sale sunt evidente, să le enumerăm:

Deoarece ambele jumătăți de perioadă sunt implicate în muncă, eficiența crește semnificativ (aproape dublată).
Ripple la ieșirea podului dublează, de asemenea, frecvența (în comparație cu o soluție cu jumătate de undă).
După cum se poate vedea din graficul (3), nivelul scufundărilor scade între impulsuri; în consecință, va fi mult mai ușor să le neteziți pentru filtru.
Tensiunea la ieșirea redresorului este aproximativ aceeași ca la intrare.

Interferența din circuitul podului este neglijabilă și este chiar redusă cu utilizarea unui rezervor electrolitic cu filtru. Datorită acestui fapt, o astfel de soluție poate fi utilizată în surse de alimentare, practic, pentru orice design radioamator, inclusiv pentru cele în care sunt utilizate electronice sensibile.

Rețineți că nu este deloc necesar să utilizați patru elemente semiconductoare redresoare, este suficient să luați un ansamblu gata făcut într-o cutie din plastic.

Un astfel de pachet are patru fire, două pentru intrare și aceleași pentru ieșire. Picioarele la care este conectată tensiunea AC sunt marcate cu un „~” sau cu literele „AC”. La ieșire, piciorul pozitiv este marcat cu simbolul "+", respectiv piciorul negativ este marcat cu "-".

Pe diagrama schematică, un astfel de ansamblu este de obicei notat ca un romb, cu o afișare grafică a diodei situată în interior.

Întrebarea despre ce este mai bine să utilizați un ansamblu sau diode separate nu poate fi răspuns fără echivoc. Nu există nicio diferență de funcționalitate între ele. Dar ansamblul este mai compact. Pe de altă parte, dacă eșuează, doar o înlocuire completă vă va ajuta. Dacă, în acest caz, se utilizează elemente separate, este suficient să înlocuiți dioda redresoare defectată.

Toate aceste componente diferă în ceea ce privește scopul, materialele utilizate, tipurile de joncțiuni pn, proiectarea, puterea și alte caracteristici și caracteristici. Diodele redresoare, diodele de impulsuri, varicaps, diodele Schottky, SCR-urile, LED-urile și tiristoarele sunt utilizate pe scară largă. Să luăm în considerare principalele lor caracteristici tehnice și proprietăți generale, deși fiecare tip al acestor componente semiconductoare are mulți și proprii parametri pur individuali.

Acestea sunt dispozitive electronice cu o joncțiune p-n care posedă conductivitate unilaterală și sunt concepute pentru a converti tensiunea alternativă în tensiunea directă. Frecvența tensiunii rectificate, de regulă, nu depășește 20 kHz. Diodele redresoare includ și diode Schottky.

Parametrii principali ai diodelor redresoare de putere redusă la temperatura normală sunt indicați în tabelul 1 diode redresoare de putere medie în masa 2și diode redresoare de mare putere în Tabelul 3

O varietate de diode redresoare sunt ... Aceste dispozitive de pe ramura inversă a caracteristicii I - V au o caracteristică de avalanșă similară cu diodele zener. Prezența unei caracteristici de avalanșă le permite să fie utilizate ca elemente de protecție pentru circuite împotriva supratensiunilor de impuls, inclusiv direct în circuitul redresor.

În acest din urmă caz, redresoarele bazate pe aceste diode funcționează fiabil în condiții de comutare a supratensiunilor care apar în circuitele inductive în momentul pornirii sau opririi sursei de alimentare sau a sarcinii. Parametrii principali ai diodelor de avalanșă la temperaturi ambientale normale sunt indicați în

Pentru a rectifica tensiunile pe mai mulți kilovolți, au fost dezvoltate coloane redresoare, care sunt un set de diode redresoare conectate în serie și asamblate într-o singură structură cu două conductoare. Aceste dispozitive sunt caracterizate de aceiași parametri ca diodele redresoare. Parametrii principali ai polilor redresoare la temperaturi ambientale normale sunt indicați în

Pentru a reduce dimensiunile globale ale redresoarelor și confortul instalării lor, acestea sunt produse blocuri redresoare(ansambluri) având două, patru sau mai multe diode, independente electric sau conectate sub formă de punte și asamblate într-o singură carcasă. Parametrii principali ai blocurilor redresoare și ansamblurilor la temperaturi ambientale normale sunt indicați în

Diodele pulsului diferă de redresoare într-un timp scurt de recuperare inversă sau într-o valoare mare a curentului de impuls. Diodele din acest grup pot fi utilizate în redresoare la frecvență înaltă, de exemplu, ca detector sau modulatori, convertoare, formatoare de impulsuri, limitatoare și alte dispozitive de impulsuri vezi tabelele de referință 7 și 8

Diodele tuneluluiîndeplinesc funcțiile de elemente active (dispozitive capabile să amplifice semnalul din punct de vedere al puterii) circuitelor electronice ale amplificatoarelor, generatoarelor, comutatoarelor cu intervale predominante de microunde. Diodele tunelului au viteză mare, dimensiuni generale și greutate reduse, sunt rezistente la radiații, funcționează fiabil într-un interval larg de temperaturi și sunt eficiente din punct de vedere energetic

Parametrii principali ai tunelului și diodelor inversate la temperaturi ambientale normale sunt prezentați în

- principiul lor de acțiune se bazează pe defectarea electrică (avalanșă sau tunelată) a joncțiunii pn, la care există o creștere bruscă a curentului invers, iar tensiunea inversă se schimbă foarte puțin. Această proprietate este utilizată pentru a stabiliza tensiunea în circuitele electrice.Datorită faptului că defectarea avalanșei este caracteristică diodelor bazate pe un semiconductor cu o distanță mare de bandă, siliciul servește ca material de pornire pentru diodele zener. În plus, siliciul are un curent termic redus și caracteristici stabile într-un interval larg de temperaturi. Pentru funcționarea în diode zener, se folosește o secțiune superficială a caracteristicii I - V a curentului invers al discului, în cadrul căreia modificările clare ale curentului invers sunt însoțite de modificări foarte mici în tensiunea inversă.

Parametrii diodei Zener și stabilizatori putere redusă sunt date în diode zener și stabilizatoare de putere mare - în, diode zener de precizie -

Parametrii limitatoarelor de tensiune sunt indicați în

Manualul Varicaps

Acestea sunt diode semiconductoare cu o capacitate de barieră de joncțiune controlată electric. Schimbarea capacității se realizează prin schimbarea tensiunii inverse. Ca și în cazul altor diode, rezistența de bază a varicapului trebuie să fie scăzută. În același timp, pentru a crește tensiunea de rupere, este de dorit o rezistivitate ridicată a straturilor de bază adiacente joncțiunii. Pe baza acestui fapt, partea principală a bazei - substratul - are rezistență redusă, iar stratul de bază adiacent tranziției este de înaltă rezistență. Varicaps sunt caracterizate prin următorii parametri principali. Capacitatea totală a varicap SB este capacitatea, inclusiv capacitatea de barieră și capacitatea carcasei, adică capacitatea măsurată între bornele varicapului la o tensiune inversă (nominală) dată.

Dioda electro luminiscenta este un dispozitiv semiconductor care convertește curentul electric direct în radiații luminoase. Se compune dintr-unul sau mai multe cristale plasate într-o cutie cu fire de contact și un sistem optic (lentilă) care generează un flux luminos. Lungimea de undă a radiației cristalului (culoarea) depinde de

Acestea sunt aceleași LED-uri care emit doar lumină în domeniul infraroșu.

Acesta este cel mai simplu laser semiconductor, al cărui design este o joncțiune tipică p-n. Principiul de funcționare al dispozitivului laser se bazează pe faptul că după ce sunt injectați purtători de încărcare gratuită în elementul din zona de joncțiune p-n, se formează o inversare a populației.

Un limitator de tensiune semiconductor este o diodă care funcționează pe ramura inversă a caracteristicii curent-tensiune cu o avalanșă. Este utilizat în scopuri de protecție împotriva supratensiunii circuitelor circuitelor integrate și hibride, a elementelor electronice etc. Cu ajutorul limitatoarelor de tensiune, puteți proteja circuitele de intrare și ieșire ale diferitelor componente electronice de efectele supratensiunilor pe termen scurt.

Informațiile din ghid sunt prezentate în formatul fișierelor pdf originale, iar pentru ușurința descărcării sunt împărțite în selecții în conformitate cu alfabetul englez.

Manual pentru diode interne

Manualul oferă informații generale despre diode semiconductoare domestice, și anume, redresoare, matrici de diode, diode și stabilizatori zener, varicaps, dispozitive semiconductoare emițătoare și ultra-înalte. Și, de asemenea, spune despre clasificarea lor și sistemul de simboluri. În mod convențional - denumirile grafice sunt date în conformitate cu GOST 2.730-73, iar termenii și denumirile literelor parametrilor în conformitate cu GOST 25529-82. Se oferă puține informații despre aplicarea limitatoarelor de tensiune și regulile de instalare a diodelor. Anexa conține desene dimensionale ale corpurilor și un indicator alfanumeric pentru navigație

Această bază de date nu este altceva decât o referință electronică pentru dispozitivele semiconductoare, care include punți și ansambluri, precum și multe componente radio.

Directorul conține mai mult de 65.000 de elemente radio. Există informații de la toți producătorii de frunte din decembrie 2016. Referința conține următoarele funcții:

Sortarea după mai multe caracteristici în orice ordine a directorului
filtrare prin aproape toate caracteristicile
editarea datelor din director
vizualizarea documentației și desenului carcasei elementelor radio
Vizualizare referință foaie de date PDF

Tabelele de referință utilizează următoarele convenții:

U probă max.	-	tensiunea inversă constantă maximă admisă a diodei;
U probă și max.	-	tensiunea inversă maximă admisă a diodei;
I pr max.	-	curentul mediu mediu maxim pentru perioada respectivă;
I pr. Și max.	-	curentul maxim de impuls înainte pentru perioada respectivă;
Eu prg.	-	curent de suprasarcină a diodei redresoare;
f max.	-	frecvența maximă admisă de comutare a diodei;
f munca.	-	frecvența de funcționare a diodei;
U pr la I pr	-	tensiunea directă constantă a diodei la un curent I pr;
Eu ar.	-	curent invers constant al diodei;
T k max.	-	temperatura maximă admisibilă a corpului diodei.
T p.max.	-	temperatura maximă admisă de joncțiune a diodei.

Diodele semiconductoare se numesc dispozitive electrice de conversie cu o singură joncțiune (cu o joncțiune electrică) cu doi conductori externi de coborâre. Joncțiunea electrică poate fi o joncțiune cu găuri electronice, un contact metal-semiconductor sau o heterojuncție. Figura prezintă schematic dispozitivul unei diode cu joncțiunea de găuri electronice 1, care separă regiunile p-m p (2 și 3) cu diferite tipuri de conductivitate electrică.

Crystal 3 este furnizat cu colectoare externe de curent 4 și plasat într-o carcasă 5 din metal, sticlă, ceramică sau plastic, care protejează semiconductorul de influențe externe (atmosferice, mecanice etc.). De obicei, diodele semiconductoare au joncțiuni asimetrice electron-gaură. O regiune a semiconductorului (cu o concentrație mai mare de impurități) servește ca emițător, în timp ce cealaltă (cu o concentrație mai mică) servește ca bază. Când o tensiune externă este conectată direct la diodă, injecția purtătorilor de sarcină minoritară are loc în principal din regiunea puternic dopată a emițătorului în regiunea ușor dopată a bazei.

Numărul de transportatori minoritari care trec în direcția opusă este mult mai mic decât injecția de la emițător. În funcție de raportul dintre dimensiunile liniare ale joncțiunii și lungimea caracteristică, se disting diodele plane și punctuale. O diodă este considerată plană dacă dimensiunile sale liniare, care determină aria de joncțiune, sunt mult mai mari decât lungimea caracteristică.

Lungimea caracteristică din manualul pentru diode este cea mai mică dintre cele două cantități - grosimea bazei și lungimea de difuzie a purtătorilor minoritari din bază. Ele determină proprietățile și caracteristicile diodelor. Diodele cu dimensiuni liniare ale joncțiunii care sunt mai mici decât lungimea caracteristică sunt menționate la cele punctuale. Tranziția la interfața dintre regiuni cu diferite tipuri de conductivitate are proprietățile de îndreptare (conductivitate unilaterală) a curentului; caracteristici neliniare curent-tensiune; fenomenul tunelării purtătorilor de sarcină printr-o barieră potențială atât în polarizarea inversă, cât și în față; fenomenul de ionizare a impactului atomilor semiconductori la tensiuni relativ ridicate pentru tranziție; capacitatea de barieră etc. Aceste proprietăți ale tranziției sunt utilizate pentru a crea diferite tipuri de diode semiconductoare.

În funcție de intervalul de frecvență în care pot funcționa diodele, acestea sunt împărțite în frecvență joasă (LF) și frecvență înaltă (HF). În funcție de scopul lor, diodele LF sunt împărțite în diode de rectificare, stabilizare, impuls și HF - în detector, amestecare, modulare, parametrice, de comutare etc. -, LED-uri etc.

Conform materialului cristalului principal al semiconductorului, se disting germaniul, siliciul, arsenura de galiu și alte diode. Pentru a desemna diode semiconductoare în director, sunt utilizate coduri alfanumerice cu șase și șapte cifre (de exemplu, KD215A, 2DS523G).

Primul element - o literă (pentru dispozitivele de uz general) sau un număr (pentru dispozitivele utilizate într-un dispozitiv de uz special) - indică materialul pe baza căruia este fabricat dispozitivul: G sau 1 - germaniu; K sau 2 - siliciu și compușii săi; A sau 3 - compuși de galiu (de exemplu, arsenură de galiu); Și sau 4 - compuși de indiu (de exemplu, fosfură de indiu).

Al doilea element este o literă care indică o subclasă sau un grup de dispozitive: D - redresor, diode de impuls; C - stâlpi rectificatori și blocuri; B - varicaps; Și - diode de tunel de impulsuri; A - diode cu microunde; C - diode zener.

Al treilea element - un număr - definește una dintre principalele caracteristici care caracterizează dispozitivul (de exemplu, scopul sau principiul de funcționare).

Al patrulea, al cincilea și al șaselea element sunt un număr din trei cifre care indică numărul de serie al dezvoltării tipului tehnologic al dispozitivului.

Al șaptelea element - o scrisoare - definește în mod convențional clasificarea în funcție de parametri a dispozitivelor fabricate utilizând o singură tehnologie. Exemplu de desemnare: 2DS523G - un set de dispozitive cu impulsuri de siliciu pentru dispozitive cu destinație specială, cu un timp de reglare a rezistenței la întoarcere de la 150 la 500 nsec; dezvoltarea numărului 23, grupa D. Instrumentele de dezvoltare înainte de 1973 în cărțile de referință. au denumiri de trei și patru elemente.