Usmerňovacie diódy stredného a vysokého výkonu. Referenčná kniha diód. Typy usmerňovačov a technické parametre

Hlavným účelom usmerňovacích diód je konverzia napätia. Toto však nie je jediná oblasť použitia týchto polovodičových prvkov. Inštalujú sa do spínacích a riadiacich obvodov, používajú sa v kaskádových generátoroch atď. Začínajúci rádioamatéri budú mať záujem dozvedieť sa, ako sú tieto polovodičové prvky usporiadané, ako aj ich princíp fungovania. Začnime všeobecnými charakteristikami.

Vlastnosti zariadenia a dizajnu

Hlavným konštrukčným prvkom je polovodič. Ide o kremíkovú alebo germániovú kryštálovú dosku, ktorá má dve oblasti vodivosti p a n. Kvôli tejto konštrukčnej vlastnosti dostal názov plochý.

Pri výrobe polovodiča sa kryštál spracováva takto: na získanie povrchu typu p sa spracuje roztaveným fosforom a typu p - bórom, indiom alebo hliníkom. V procese tepelného spracovania dochádza k difúzii týchto materiálov a kryštálu. Výsledkom je oblasť s pn prechodom medzi dvoma povrchmi s rôznou elektrickou vodivosťou. Takto získaný polovodič je inštalovaný v puzdre. To chráni kryštál pred vonkajšími faktormi a podporuje odvod tepla.

Legenda:

A - výstup katódy.
B - držiak kryštálu (privarený k telu).
C - kryštál typu n.
D - kryštál typu p.
E - drôt vedúci k anódovému vývodu.
F - izolant.
G - telo.
H - anódový vývod.

Ako už bolo uvedené, ako základ pre pn prechod sa používajú kryštály kremíka alebo germánia. Prvé sa používajú oveľa častejšie, je to spôsobené tým, že spätné prúdy germániových buniek sú oveľa vyššie, čo výrazne obmedzuje prípustné spätné napätie (nepresahuje 400 V). Zatiaľ čo v kremíkových polovodičoch môže táto charakteristika dosiahnuť až 1500 V.

Okrem toho je rozsah prevádzkových teplôt germániových prvkov oveľa užší, pohybuje sa od -60 ° C do 85 ° C. Pri prekročení horného teplotného prahu sa spätný prúd prudko zvyšuje, čo negatívne ovplyvňuje účinnosť zariadenia. Kremíkové polovodiče majú hornú hranicu rádovo 125 °C – 150 °C.

Výkonová klasifikácia

Výkon článkov je určený maximálnym povoleným jednosmerným prúdom. V súlade s touto charakteristikou bola prijatá nasledujúca klasifikácia:

Zoznam hlavných charakteristík

Nižšie je uvedená tabuľka popisujúca hlavné parametre usmerňovacích diód. Tieto charakteristiky je možné získať z údajového listu (technický popis položky). Väčšina rádioamatérov sa spravidla obracia na tieto informácie v prípadoch, keď prvok uvedený v diagrame nie je k dispozícii, čo si vyžaduje nájdenie vhodného analógu.

Upozorňujeme, že vo väčšine prípadov, ak potrebujete nájsť analóg ku konkrétnej dióde, prvých päť parametrov z tabuľky bude stačiť. V tomto prípade je žiaduce vziať do úvahy rozsah prevádzkovej teploty prvku a frekvenciu.

Princíp činnosti

Najjednoduchší spôsob, ako vysvetliť princíp činnosti usmerňovacích diód, je príklad. Na tento účel simulujeme jednoduchý obvod polvlnového usmerňovača (pozri 1 na obr. 6), v ktorom je napájanie dodávané zo zdroja striedavého prúdu s napätím U IN (graf 2) a cez VD sa zaťažuje R.

Ryža. 6. Princíp činnosti jednodiódového usmerňovača

Počas kladného polcyklu je dióda v otvorenej polohe a prechádza cez ňu prúd do záťaže. Keď príde obrat záporného polcyklu, zariadenie sa zablokuje a do záťaže sa nedodáva žiadna energia. To znamená, že dochádza k určitému odrezaniu zápornej polvlny (v skutočnosti to nie je úplne pravda, pretože v tomto procese vždy existuje spätný prúd, jeho hodnota je určená charakteristikou I arr).

V dôsledku toho, ako je zrejmé z grafu (3), na výstupe dostávame impulzy pozostávajúce z kladných polperiód, to znamená jednosmerný prúd. Toto je princíp činnosti polovodičových prvkov usmerňovača.

Všimnite si, že impulzné napätie na výstupe takéhoto usmerňovača je vhodné len na napájanie nízkohlučných záťaží, príkladom je nabíjačka pre kyselinovú baterku. V praxi takúto schému používajú iba čínski výrobcovia, aby čo najviac znížili náklady na svoje výrobky. V skutočnosti je jeho jediným pólom jednoduchosť dizajnu.

Nevýhody jednodiódového usmerňovača zahŕňajú:

Nízka úroveň účinnosti, pretože záporné polperiódy sú odrezané, účinnosť zariadenia nepresahuje 50%.
Výstupné napätie je približne polovičné ako vstupné.
Vysoká hladina hluku, ktorá sa prejavuje vo forme charakteristického hučania s frekvenciou napájacej siete. Dôvodom je asymetrická demagnetizácia znižovacieho transformátora (v skutočnosti je preto pre takéto obvody lepšie použiť zhášací kondenzátor, ktorý má aj svoje negatívne stránky).

Všimnite si, že tieto nevýhody je možné trochu zredukovať, na to stačí vyrobiť jednoduchý filter na báze vysokokapacitného elektrolytu (1 na obr. 7).

Ryža. 7. Dokonca aj jednoduchý filter môže výrazne znížiť zvlnenie

Princíp fungovania takéhoto filtra je pomerne jednoduchý. Elektrolyt sa nabíja počas kladného polcyklu a vybíja sa, keď nastáva záporný polovičný cyklus. Zároveň musí byť kapacita dostatočná na udržanie napätia na záťaži. V tomto prípade budú impulzy trochu vyhladené, približne ako je znázornené na grafe (2).

Vyššie uvedené riešenie situáciu trochu zlepší, ale nie veľmi, ak napájate z takéhoto polvlnového usmerňovača napríklad aktívne reproduktory počítača, bude v nich počuť charakteristické pozadie. Na odstránenie problému bude potrebné radikálnejšie riešenie, a to diódový mostík. Pozrime sa, ako tento obvod funguje.

Zariadenie a princíp činnosti diódového mostíka

Podstatný rozdiel medzi takýmto obvodom (od polovičného cyklu) je v tom, že napätie sa aplikuje na záťaž v každom polcykle. Schéma zapojenia prvkov polovodičového usmerňovača je uvedená nižšie.

Ako vidno z vyššie uvedeného obrázku, obvod využíva štyri polovodičové usmerňovacie prvky, ktoré sú zapojené tak, že počas každého polcyklu pracujú len dva. Poďme podrobne opísať, ako proces prebieha:

Do obvodu prichádza striedavé napätie Uin (2 na obr. 8). Počas kladného polcyklu sa vytvorí nasledujúci obvod: VD4 - R - VD2. Podľa toho sú VD1 a VD3 v uzamknutej polohe.
Keď príde sekvencia negatívneho polcyklu, v dôsledku zmeny polarity sa vytvorí reťazec: VD1 - R - VD3. V tomto čase sú VD4 a VD2 uzamknuté.
Cyklus sa opakuje pre ďalšie obdobie.

Ako vidno z výsledku (graf 3), do procesu sú zapojené obe polperiódy a bez ohľadu na to, ako sa mení napätie na vstupe, prechádza záťažou jedným smerom. Tento princíp činnosti usmerňovača sa nazýva plná vlna. Jeho výhody sú zrejmé, vymenujme ich:

Keďže sú do práce zapojené obe polperiódy, efektivita výrazne stúpa (takmer dvojnásobne).
Zvlnenie na výstupe mostíka tiež zdvojnásobuje frekvenciu (v porovnaní s polvlnovým riešením).
Ako je možné vidieť z grafu (3), úroveň poklesov medzi impulzmi klesá, preto bude pre filter oveľa jednoduchšie ich vyhladzovať.
Napätie na výstupe usmerňovača je približne rovnaké ako na vstupe.

Rušenie z premosťovacieho obvodu je zanedbateľné a dokonca sa zníži použitím filtračnej elektrolytickej nádrže. Vďaka tomu je možné takéto riešenie použiť v napájacích zdrojoch prakticky pre akékoľvek rádioamatérske konštrukcie, vrátane tých, kde sa používa citlivá elektronika.

Všimnite si, že nie je vôbec potrebné použiť štyri usmerňovacie polovodičové prvky, stačí si vziať hotovú zostavu v plastovom kufri.

Takéto puzdro má štyri vodiče, dva pre vstup a rovnaké pre výstup. Nohy, ku ktorým je pripojené striedavé napätie, sú označené „~“ alebo písmenami „AC“. Na výstupe je kladná vetva označená symbolom „+“, respektíve záporná vetva je označená „-“.

Na schematickom diagrame je takáto zostava zvyčajne označená ako kosoštvorec s grafickým zobrazením diódy umiestnenej vo vnútri.

Na otázku, čo je lepšie použiť zostavu alebo samostatné diódy, nemožno jednoznačne odpovedať. Vo funkčnosti medzi nimi nie je žiadny rozdiel. Ale zostava je kompaktnejšia. Na druhej strane, ak zlyhá, pomôže len úplná výmena. Ak sa v tomto prípade použijú samostatné prvky, stačí vymeniť chybnú usmerňovaciu diódu.

Všetky tieto komponenty sa líšia účelom, použitými materiálmi, typmi pn prechodov, dizajnom, výkonom a ďalšími vlastnosťami a charakteristikami. Široko používané sú usmerňovacie diódy, pulzné diódy, varikapy, Schottkyho diódy, SCR, LED a tyristory. Uvažujme o ich hlavných technických charakteristikách a všeobecných vlastnostiach, hoci každý typ týchto polovodičových komponentov má veľa a svoje vlastné čisto individuálne parametre.

Sú to elektronické zariadenia s jedným p-n prechodom, ktoré majú jednostrannú vodivosť a sú určené na konverziu striedavého napätia na jednosmerné napätie. Frekvencia usmerneného napätia spravidla nie je väčšia ako 20 kHz. Medzi usmerňovacie diódy patria aj Schottkyho diódy.

Hlavné parametre nízkovýkonových usmerňovacích diód pri normálnej teplote sú uvedené v stôl 1 usmerňovacie diódy s priemerným výkonom v Tabuľka 2 a vysokovýkonné usmerňovacie diódy v Tabuľka 3

Rôzne usmerňovacie diódy sú ... Tieto zariadenia na reverznej vetve I - V charakteristiky majú lavínovú charakteristiku podobnú zenerovým diódam. Prítomnosť lavínovej charakteristiky umožňuje ich použitie ako ochranné prvky pre obvody proti prepätiu, a to aj priamo v obvode usmerňovača.

V druhom prípade usmerňovače na báze týchto diód fungujú spoľahlivo v podmienkach spínacích prepätí vznikajúcich v indukčných obvodoch v čase zapínania alebo vypínania napájania alebo záťaže. Hlavné parametre lavínových diód pri bežných teplotách okolia sú uvedené v

Na usmernenie napätí nad niekoľko kilovoltov boli vyvinuté usmerňovacie stĺpce, ktoré sú súborom usmerňovacích diód zapojených do série a zostavených do jednej konštrukcie s dvoma vodičmi. Tieto zariadenia sa vyznačujú rovnakými parametrami ako usmerňovacie diódy. Hlavné parametre stĺpikov usmerňovača pri bežnej teplote okolia sú uvedené v

Na zmenšenie celkových rozmerov usmerňovačov a ľahkej inštalácie sa vyrábajú usmerňovacie bloky(zostavy) s dvomi, štyrmi alebo viacerými diódami, elektricky nezávislými alebo spojenými vo forme mostíka a zmontovanými v jednom puzdre. Hlavné parametre usmerňovacích blokov a zostáv pri bežných teplotách okolia sú uvedené v

Impulzné diódy sa líšia od usmerňovačov v krátkom čase spätného zotavenia alebo vo veľkej hodnote impulzného prúdu. Diódy tejto skupiny je možné použiť v usmerňovačoch s vysokou frekvenciou, napríklad ako detektor alebo modulátory, prevodníky, tvarovače impulzov, obmedzovače a iné impulzné zariadenia pozri referenčné tabuľky 7 a 8

Tunelové diódy Plnia funkcie aktívnych prvkov (zariadení, ktoré sú schopné výkonovo zosilniť signál) elektronických obvodov zosilňovačov, generátorov, spínačov hlavne mikrovlnných rozsahov. Tunelové diódy majú vysokú rýchlosť, malé celkové rozmery a hmotnosť, sú odolné voči žiareniu, spoľahlivo fungujú v širokom rozsahu teplôt a sú energeticky efektívne

Hlavné parametre tunelovania a invertovaných diód pri bežných teplotách okolia sú uvedené v

- ich princíp činnosti je založený na elektrickom (lavínovom alebo tunelovom) rozpade pn prechodu, pri ktorom dochádza k prudkému zvýšeniu spätného prúdu a spätné napätie sa mení len veľmi málo. Táto vlastnosť sa využíva na stabilizáciu napätia v elektrických obvodoch.Vzhľadom na to, že lavínový prieraz je charakteristický pre diódy na báze polovodiča s veľkým zakázaným pásmom, slúži kremík ako východiskový materiál pre zenerove diódy. Okrem toho má kremík nízky tepelný prúd a stabilné vlastnosti v širokom rozsahu teplôt. Na prevádzku v zenerových diódach sa používa plytký úsek I - V charakteristiky spätného prúdu disku, v rámci ktorého sú prudké zmeny spätného prúdu sprevádzané veľmi malými zmenami spätného napätia.

Parametre Zenerovej diódy a stabilizátory nízky výkon sú uvedené v, zenerove diódy a vysokovýkonné stabilizátory - v, presné zenerove diódy -

Parametre obmedzovačov napätia sú uvedené v

Príručka varicaps

Ide o polovodičové diódy s elektricky ovládanou kapacitou prechodovej bariéry. Zmena kapacity sa dosiahne zmenou spätného napätia. Rovnako ako u iných diód by mal byť základný odpor varikapu nízky. Súčasne je na zvýšenie prierazného napätia žiaduci vysoký odpor základných vrstiev priľahlých k spoju. Na základe toho je hlavná časť základne - substrát - nízkoodporová a základná vrstva susediaca s prechodom je vysokoodolná. Varicaps sa vyznačujú nasledujúcimi hlavnými parametrami. Celková kapacita varikapu SB je kapacita vrátane bariérovej kapacity a kapacity puzdra, to znamená kapacita nameraná medzi svorkami varikapu pri danom (nominálnom) spätnom napätí.

Dióda vyžarujúca svetlo je polovodičové zariadenie, ktoré premieňa elektrický prúd priamo na svetelné žiarenie. Pozostáva z jedného alebo viacerých kryštálov umiestnených v puzdre s kontaktnými vodičmi a optickým systémom (šošovkou), ktorý generuje svetelný tok. Vlnová dĺžka kryštálového žiarenia (farba) závisí od

Ide o tie isté LED diódy, ktoré vyžarujú iba svetlo v infračervenom rozsahu.

Ide o najjednoduchší polovodičový laser, ktorého konštrukcia je typickým p-n prechodom. Princíp činnosti laserového zariadenia je založený na skutočnosti, že po vstreknutí voľných nosičov náboja do prvku v zóne p-n prechodu sa vytvorí populačná inverzia.

Polovodičový obmedzovač napätia je dióda, ktorá pracuje na reverznej vetve prúdovo-napäťovej charakteristiky s lavínovým rozpadom. Používa sa na ochranné účely proti prepätiu obvodov integrovaných a hybridných obvodov, elektronických prvkov a pod. Pomocou obmedzovačov napätia môžete chrániť vstupné a výstupné obvody rôznych elektronických komponentov pred účinkami krátkodobých prepätí.

Informácie v príručke sú prezentované vo formáte pôvodných súborov pdf a pre uľahčenie sťahovania sú rozdelené do výberov v súlade s anglickou abecedou

Príručka domácich diód

Príručka poskytuje všeobecné informácie o domácich polovodičových diódach, konkrétne o usmerňovačoch, diódových matriciach, zenerových diódach a stabilizátoroch, varikapsách, emitujúcich a ultravysokých polovodičových zariadeniach. A tiež hovorí o ich klasifikácii a systéme symbolov. Konvenčne - grafické označenia sú uvedené v súlade s GOST 2.730-73 a termíny a písmenové označenia parametrov v súlade s GOST 25529-82. Uvádza sa málo informácií o použití obmedzovačov napätia a pravidlách inštalácie diód. Dodatok obsahuje rozmerové výkresy trupov a alfanumerický ukazovateľ pre navigáciu

Táto databáza nie je nič iné ako elektronický sprievodca polovodičovými zariadeniami, ktorý zahŕňa mostíky a zostavy a tiež mnoho rádiových komponentov.

Adresár obsahuje viac ako 65 000 rádiových prvkov. K dispozícii sú informácie od všetkých popredných výrobcov k decembru 2016. Odkaz obsahuje nasledujúce funkcie:

Triedenie podľa niekoľkých charakteristík v ľubovoľnom poradí adresára
filtrácia takmer všetkými charakteristikami
editovanie údajov adresára
prezeranie dokumentácie a výkresu puzdra rádioprvku
Referenčný pohľad na údajový list PDF

V referenčných tabuľkách sa používajú nasledujúce konvencie:

U vzorka max.	-	maximálne prípustné konštantné spätné napätie diódy;
U vzorka a max.	-	maximálne prípustné impulzné spätné napätie diódy;
I pr max.	-	maximálny priemerný dopredný prúd za dané obdobie;
I pr.A max.	-	maximálny dopredný impulzný prúd za dané obdobie;
I prg.	-	prúd preťaženia usmerňovacej diódy;
f max.	-	maximálna povolená spínacia frekvencia diódy;
f práca.	-	prevádzková frekvencia diódy;
U pr pri I pr	-	konštantné predné napätie diódy pri prúde I pr;
som arr.	-	konštantný spätný prúd diódy;
T k max.	-	maximálna prípustná teplota tela diódy.
T p.max.	-	maximálna prípustná teplota prechodu diódy.

Polovodičové diódy jednocestné (s jedným elektrickým prechodom) elektrické konvertory s dvoma vonkajšími zvodmi sa nazývajú. Elektrický prechod môže byť prechod elektrón-diera, kontakt kov-polovodič alebo heteroprechod. Na obrázku je schematicky znázornené zariadenie diódy s elektrón-dierovým prechodom 1, ktorý oddeľuje p-m p-oblasti (2 a 3) s rôznymi typmi elektrickej vodivosti.

Kryštál 3 je dodávaný s externými zberačmi prúdu 4 a je umiestnený v kovovom, sklenenom, keramickom alebo plastovom puzdre 5, ktoré chráni polovodič pred vonkajšími vplyvmi (atmosférické, mechanické a pod.). Typicky majú polovodičové diódy asymetrické spojenia elektrón-diera. Jedna oblasť polovodiča (s vyššou koncentráciou nečistôt) slúži ako žiarič a druhá (s nižšou koncentráciou) slúži ako báza. Keď je externé napätie priamo pripojené k dióde, dochádza k vstrekovaniu menšinových nosičov náboja hlavne zo silne dotovanej oblasti žiariča do slabo dotovanej oblasti bázy.

Počet menšinových nosičov prechádzajúcich v opačnom smere je oveľa menší ako vstrek z žiariča. V závislosti od pomeru lineárnych rozmerov prechodu a charakteristickej dĺžky sa rozlišujú plošné a bodové diódy. Dióda sa považuje za rovinnú, ak jej lineárne rozmery, ktoré určujú oblasť spojenia, sú oveľa väčšie ako charakteristická dĺžka.

Charakteristická dĺžka v príručke pre diódy je najmenšia z dvoch veličín - hrúbka základne a difúzna dĺžka menšinových nosičov v základni. Určujú vlastnosti a charakteristiky diód. Diódy s lineárnymi rozmermi prechodu, ktoré sú menšie ako charakteristická dĺžka, sa označujú ako bodové. Prechod na rozhraní medzi oblasťami s rôznymi typmi vodivosti má vlastnosti vyrovnávania (jednostrannej vodivosti) prúdu; nelineárne charakteristiky prúd-napätie; fenomén tunelovania nosičov náboja cez potenciálnu bariéru v spätnom aj vprednom smere; fenomén nárazovej ionizácie polovodičových atómov pri relatívne vysokých napätiach pre prechod; bariérová kapacita a pod.. Tieto vlastnosti prechodu sa využívajú na vytváranie rôznych typov polovodičových diód.

Podľa frekvenčného rozsahu, v ktorom môžu diódy pracovať, sa delia na nízkofrekvenčné (LF) a vysokofrekvenčné (HF). Podľa účelu sa LF diódy delia na usmerňovacie, stabilizačné, pulzné a HF diódy - na detektorové, zmiešavacie, modulárne, parametrické, spínacie atď. - LED atď.

Podľa materiálu hlavného kryštálu polovodiča sa rozlišujú diódy germánium, kremík, arzenid gália a iné. Na označenie polovodičových diód v adresári sa používa šesť a sedemmiestny alfanumerický kód (napríklad KD215A, 2DS523G).

Prvý prvok - písmeno (pre zariadenia na všeobecné použitie) alebo číslo (pre zariadenia používané v zariadení na špeciálne účely) - označuje materiál, na základe ktorého je zariadenie vyrobené: G alebo 1 - germánium; K alebo 2 - kremík a jeho zlúčeniny; A alebo 3 - zlúčeniny gália (napríklad arzenid gália); A alebo 4 - zlúčeniny india (napríklad fosfid india).

Druhým prvkom je písmeno označujúce podtriedu alebo skupinu zariadení: D - usmerňovač, impulzné diódy; Ts - rektifikačné stĺpiky a bloky; B - varicaps; A - diódy pulzného tunela; A - mikrovlnné diódy; C - zenerove diódy.

Tretí prvok - číslo - definuje jednu z hlavných vlastností, ktoré charakterizujú zariadenie (napríklad účel alebo princíp činnosti).

Štvrtý, piaty a šiesty prvok sú trojmiestne číslo označujúce sériové číslo vývoja technologického typu zariadenia.

Siedmy prvok - písmeno - konvenčne definuje klasifikáciu podľa parametrov zariadení vyrobených pomocou jedinej technológie. Príklad označenia: 2DS523G - sada kremíkových impulzných zariadení pre špeciálne zariadenia s dobou ustálenia spätného odporu od 150 do 500 nsec; vývojové číslo 23, skupina D. Vývojové zariadenia pred rokom 1973 v referenčných knihách. majú označenie troch a štyroch prvkov.