Випрямні діоди середньої і великої потужності. Діоди довідник. Типи і технічні параметри випрямлячів

Основне призначення випрямних діодів - перетворення напруги. Але це не єдина сфера застосування даних напівпровідникових елементів. Їх встановлюють в ланцюзі комутації та управління, використовують в каскадних генераторах і т.д. Початківцям радіоаматорам буде цікаво дізнатися, як влаштовані ці напівпровідникові елементи, а також їх принцип дії. Почнемо з загальних характеристик.

Будову та конструктивні особливості

Основний елемент конструкції - напівпровідник. Це пластина кристала кремнію або германію, у якого є дві області р і n провідності. Через цю особливість конструкції вона отримала назву площинний.

При виготовленні напівпровідника обробка кристала проводиться таким чином: для отримання поверхні р-типу її обробляють розплавленим фосфором, а р-типу - бором, индием або алюмінієм. У процесі термообробки відбувається дифузія цих матеріалів і кристала. В результаті утворюється область з р-n переходом між двома поверхнями з різною електропровідністю. Отриманий таким чином напівпровідник встановлюється в корпус. Це забезпечує захист кристала від сторонніх чинників впливу і сприяє теплоотводу.

позначення:

А - висновок катода.
В - крісталладержатель (приварений до корпусу).
З - кристал n-типу.
D - кристал р-типу.
E - провід веде до висновку анода.
F - ізолятор.
G - корпус.
H - висновок анода.

Як уже згадувалося, в якості основи р-n переходу використовуються кристали кремнію або германію. Перші застосовуються значно частіше, це пов'язано з тим, що у германієвих елементів величина зворотних струмів значно вище, що істотно обмежує допустимий зворотна напруга (воно не перевищує 400 В). У той час як у кремнієвих напівпровідників ця характеристика може доходити до 1500 В.

Крім цього у германієвих елементів значно вужчий діапазон робочої температури, він варіюється в межах від -60 ° С до 85 ° С. При перевищенні верхнього температурного порогу різко збільшується зворотний струм, що негативно відбивається на ефективності пристрою. У кремнієвих напівпровідників верхній поріг близько 125 ° С-150 ° С.

Класифікація за потужністю

Потужність елементів визначається максимально допустимим прямим струмом. Відповідно цієї характеристики прийнята наступна класифікація:

Перелік основних характеристик

Нижче наведена таблиця, з описом основних параметрів випрямних діодів. Ці характеристики можна отримати з даташіта (технічного опису елемента). Як правило, більшість радіоаматорів до цієї інформації звертаються в тих випадках, коли зазначений у схемі елемент недоступний, що вимагає знайти йому відповідний аналог.

Зауважимо, що в більшості випадків, якщо потрібно знайти аналог того чи іншого діода, перших п'яти параметрів з таблиці буде цілком достатньо. При цьому бажано врахувати діапазон робочої температури елемента і частоту.

Принцип роботи

Найпростіше пояснити принцип дії випрямних діодів на прикладі. Для цього змоделюємо схему простого однополупериодного випрямляча (див. 1 на рис. 6), в якому харчування надходить від джерела змінного струму з напругою U IN (графік 2) і йде через VD на навантаження R.

Мал. 6. Принцип роботи однодіодного випрямляча

Під час позитивного напівперіоду, діод знаходиться у відкритому положенні і пропускає через себе струм на навантаження. Коли приходить черга негативного напівперіоду, пристрій закривається, і харчування на навантаження не надходить. Тобто відбувається як би відсікання негативної напівхвилі (насправді це не зовсім вірно, оскільки при даному процесі завжди є зворотний струм, його величина визначається характеристикою I обр).

В результаті, як видно з графіка (3), на виході ми отримуємо імпульси, що складаються з позитивних напівперіодів, тобто, постійний струм. В цьому і полягає принцип роботи випрямних напівпровідникових елементів.

Зауважимо, що імпульсна напруга, на виході такого випрямляча підходити тільки для харчування малошумних навантажень, прикладом може служити зарядний пристрій для кислотного акумулятора ліхтарика. На практиці таку схему використовують хіба що китайські виробники, з метою максимального здешевлення своєї продукції. Власне, простота конструкції є єдиним її полюсом.

До числа недоліків однодіодного випрямляча можна віднести:

Низький рівень ККД, оскільки відсікаються негативні напівперіоди, ефективність пристрою не перевищує 50%.
Напруга на виході приблизно вдвічі менше, ніж на вході.
Високий рівень шуму, що проявляється у вигляді характерного гулу з частотою мережі живлення. Його причина - несиметричне розмагнічування понижувального трансформатора (власне саме тому для таких схем краще використовувати гасить конденсатор, що також має свої негативні сторони).

Зауважимо, що ці недоліки можна дещо зменшити, для цього достатньо зробити простий фільтр на базі високоемкостних електроліту (1 на рис. 7).

Мал. 7. Навіть простий фільтр дозволяє істотно знизити пульсації

Принцип роботи такого фільтру досить простий. Електроліт заряджається під час позитивного напівперіоду і розряджається, коли настає черга негативного. Ємність при цьому повинна бути достатньою для підтримки напруги на навантаженні. В цьому випадку імпульси кілька згладяться, приблизно так, як продемонстровано на графіці (2).

Наведене рішення дещо поліпшить ситуацію, але не набагато, якщо живити від такого однополупериодного випрямляча, наприклад, активні колонки комп'ютера, в них буде чутися характерний фон. Для усунення проблеми будуть потрібні більш радикальне рішення, а саме діодний міст. Розглянемо принцип роботи цієї схеми.

Пристрій і принцип роботи діодного моста

Істотно відмінність такої схеми (від однополупериодной) полягає в тому, що напруга на навантаження подається в кожен напівперіод. Схема включення напівпровідникових випрямних елементів продемонстрована нижче.

Як видно з наведеного рисунка в схемі задіяно чотири напівпровідникових випрямних елемента, які з'єднані таким чином, що при кожному напівперіод працюють тільки двоє з них. Розпишемо докладно, як відбувається процес:

На схему приходить змінну напругу Uin (2 на рис. 8). Під час позитивного напівперіоду утворюється наступна ланцюг: VD4 - R - VD2. Відповідно, VD1 і VD3 знаходяться в замкненому положенні.
Коли настає черга негативного напівперіоду, за рахунок того, що змінюється полярність, утворюється ланцюг: VD1 - R - VD3. В цей час VD4 і VD2 замкнені.
На наступний період цикл повторюється.

Як видно з результату (графік 3), в процесі задіяно обидва напівперіоду і як би не змінювалося напруга на вході, через навантаження воно йде в одному напрямку. Такий принцип роботи випрямляча називається двухполуперіодним. Його переваги очевидні, перерахуємо їх:

Оскільки задіяні в роботі обидва напівперіоду, істотно збільшується ККД (практично вдвічі).
Пульсація на виході мостової схеми збільшує частоту також удвічі (порівняно з однополуперіодним рішенням).
Як видно з графіка (3), між імпульсами зменшується рівень провалів, відповідно згладити їх фільтру буде значно простіше.
Величина напруги на виході випрямляча приблизно така ж, як і на вході.

Перешкоди від мостової схеми незначні, і стають ще менше при використанні фільтрує електролітичної ємності. Завдяки цьому таке рішення можна використовувати в блоках харчування, практично, для будь-яких радіоаматорських конструкцій, в тому числі і тих, де використовується чутлива електроніка.

Зауважимо, зовсім не обов'язково використовувати чотири випрямних напівпровідникових елемента, достатньо взяти готову збірку в пластиковому корпусі.

Такий корпус має чотири висновки, два на вхід і стільки ж на вихід. Ніжки, до яких підключається змінну напругу, позначаються знаком «~» або буквами «AC». На виході позитивна ніжка позначається символом «+», відповідно, негативна як «-».

На принциповій схемі таку збірку прийнято позначати у вигляді ромба, з розташованим всередині графічним відображенням діода.

На питання що краще використовувати збірку або окремі діоди можна відповісти однозначно. За функціональністю між ними немає ніякої різниці. Але збірка більш компактна. З іншого боку, при її виході з ладу допоможе тільки повна заміна. Якщо ж в такому випадку використовуються окремі елементи, досить замінити що вийшов з ладу випрямний діод.

Всі ці компоненти розрізняються за призначенням, матеріалом, типам р-n переходів, конструктивним виконанням, потужності та іншими ознаками і характеристиками. Широке поширення отримали випрямні, імпульсні діоди, варикапи, діоди Шотки, тріністори, світлодіоди, і тиристори. Розглянемо їх основні технічні характеристики і загальні властивості, хоча у кожного типу з цих напівпровідникових компонентів багато і своїх суто індивідуальних параметрів.

Це електронні прилади з одним p-n переходом володіють однобічну провідність і призначені для перетворення змінної напруги в постійне. Частота випрямляється напруги як правила не більше 20 кГц. До випрямним диодам відносяться також і діоди Шотки.

Основні параметри випрямних діодів малої потужності при нормальній температурі наведені в таблиці 1випрямних діодів середньої потужності в таблиці 2і випрямних діодів великої потужності в таблиці 3

Різновидом випрямних діодів є . Ці прилади на зворотній галузі ВАХ мають лавинну характеристику подібну стабілітронах. Наявність лавинної характеристики дозволяє застосовувати їх в якості елементів захисту ланцюгів від імпульсних перенапруг, в тому числі безпосередньо в схемі випрямлячів.

В останньому випадку випрямлячі на цих діодах надійно працюють в умовах комутаційних перенапруг, що виникають в індуктивних ланцюгах в момент включення, вимикання мережі живлення або навантаження. Основні параметри лавинних діодів при нормальній температурі навколишнього середовища приведені в

Для випрямлення напруги понад декілька кіловольт розроблені випрямні стовпи, які представляють собою сукупність випрямних діодів, з'єднаних послідовно і зібраних в єдину конструкцію з двома висновками. Ці прилади характеризуються тими ж параметрами, що і випрямні діоди. Основні параметри випрямних стовпів при нормальній температурі навколишнього середовища приведені в

Для зменшення габаритних розмірів випрямлячів і зручності їх монтажу випускаються випрямні блоки(Збірки), що мають два, чотири або більше діода, електрично незалежні або з'єднані у вигляді моста і зібраних в одному корпусі. Основні параметри випрямних блоків і збірок при нормальній температурі навколишнього середовища приведені в

діоди імпульснівідрізняються від випрямних малим часом зворотного відновлення, чи великою величиною імпульсного струму. Діоди цієї групи можуть бути використані в випрямлячах на високій частоті, наприклад, в якості детектора або модуляторах, перетворювачах, формувача імпульсів, обмежниках і інших імпульсних пристроях дивись довідкові таблиці 7 і 8

тунельні діодивиконують функції активних елементів (приладів, здатних підсилю-шать сигнал по потужності) електронних схем підсилювачів, генераторів, перемикачів переважно СВЧ діапазонів. Тунельні діоди мають більшу швидкодію, малими габаритними розмірами і масою, стійкі до радіації, надійно працюють в широкому інтервалі температур, енергоекономічних

Основні параметри тунельних і звернених діодів при нормальній температурі навколишнього середовища приведені в

- їх принцип дію заснований на електричному (лавинному або тунельному) пробої p-n-переходу, при якому відбувається різке збільшення зворотного струму, а зворотна напруга змінюється дуже мало. Це властивість використано для стабілізації напруги в електричних цепях.В зв'язку з тим що лавинний пробій характерний для діодів, виготовлених на основі напівпровідника з великою шириною забороненої зони, вихідним матеріалом для стабілітронів служить кремній. Крім цього, кремній має малу тепловим струмом і стійкими характеристиками в широкому діапазоні температур. Для роботи в стабілітронах використовують пологий ділянку ВАХ зворотного струму дісда, в межах якого різкі зміни зворотного струму супроводжуються досить малими змінами зворотної напруги.

Параметри стабілітронів і стабисторовмалої потужності наведені в, стабілітронів і стабисторов великої потужності - в, стабілітронів прецизійних -

Параметри обмежувачів напруги наведені в

варикапи довідник

Це напівпровідникові діоди з електрично керованою бар'єрної ємністю переходу. Зміна ємності досягається зміною зворотного напруги. Як і в інших діодах, опір бази варикапа має бути малим. Одночасно для збільшення значення пробивної напруги бажано велике питомий опір шарів бази, прилеглих до переходу. Виходячи з цього основна частина бази - підкладка - виконується низкоомной, а шар бази, що прилягає до переходу, - високоомним. Варикапи характеризуються такими основними параметрами. Загальна ємність варикапа СБ - це ємність, що включає бар'єрну ємність і ємність корпусу, т. Е. Ємність, виміряна між висновками варикапа при заданому (номінальному) зворотній напрузі.

світлодіод- це напівпровідниковий прилад, що перетворює електричний струм безпосередньо в світлове випромінювання. Він складається з одного або декількох кристалів, розміщених в корпусі з контактними висновками і оптичної системи (лінзи), яка формує світловий потік. Довжина хвилі випромінювання кристала (колір) залежить від

Це такі ж світлодіоди тільки випромінюють світло в ІК діапазоні

Це найпростіший лазер напівпровідникового типу, основа конструкції якого типовий p-n перехід. Принцип роботи лазерного приладу базується на тому, що після того, як в елемент инжектируются вільні носії заряду в зоні p-n - переходу утворюється інверсія заселеність.

Напівпровідниковий обмежувач напруги - це діод, який працює на зворотній галузі ВАХ з лавинним пробоєм. Застосовується в захисних цілях від перенапруги ланцюгів інтегральних та гібридних схем, радіоелектронних елементів і т.п. За допомогою обмежувачів напруги можна захистити вхідні і вихідні схеми різних вузлів електронної техніки від впливу короткочасних перенапруг.

Інформація в довіднику представлена в форматі оригінальних ПДФ-файлів, і для зручності скачування розбита в добірки відповідно до англійського алфавіту

Вітчизняні діоди довідник

У довіднику даються загальні відомості про вітчизняні напівпровідникових діодах, а саме про, випрямних, доданих матрицях, стабілітронах і стабисторов, варикапов, випромінюючих і свервисокіх напівпровідникових приладах. А також розповідається про їх класифікації та системі умовних позначень. Умовно - графічіскіе позначення наводяться відповідно до ГОСТ 2.730-73, а терміни та літерні позначення параметрів відповідно до ГОСТ 25529-82. Дається трохи інформації про застосування обмежувачів напруги і правила при монтажі діодів. В додаток є габаритні креслення корпусів і алфавітно цифрової покажчик для навігації

Ця база даних не що інше як електронний довідник по напівпровідникових приладів включає в себе мости і збірки, та й чимало радіокомпоненти теж.

У довіднику більш ніж 65000 радіоелементів. Присутня інформація від всіх провідних виробників за станом на грудень 2016 року. У довіднику реалізовані наступні функції:

Сортування за кількома параметрами в будь-якому порядку довідника
фільтрація майже за всіма параметрами
редагування даних довідника
перегляд документації та креслення корпусу радіоелементу
довідковий перегляд листків даних в PDF форматі

У довідковій таблицях застосовані наступні умовні позначення:

U обр.макс.	-	максимально-допустимий постійне зворотне напруга діода;
U обр.і.макс.	-	максимально-допустимий імпульсна зворотна напруга діода;
I пр.макс.	-	максимальний середній прямий струм за період;
I пр.і.макс.	-	максимальний імпульсний прямий струм за період;
I прг.	-	ток перевантаження випрямного діода;
f макс.	-	максимально-допустима частота перемикання діода;
f раб.	-	робоча частота перемикання діода;
U пр при I пр	-	постійне пряме напруги діода при струмі I пр;
I обр.	-	постійний зворотний струм діода;
Т К.Макса.	-	максимально-допустима температура корпусу діода.
Т п.макс.	-	максимально-допустима температура переходу діода.

напівпровідниковими діодаминазивають одноперехідні (з одним електричним переходом) електропреобразовательниє прилади з двома зовнішніми струмовідводами. Як електріческого.перехода може служити електронно-дірковий перехід, контакт метал - напівпровідник або гетероперехід. На малюнку схематично показано пристрій діода з електронно-дірковий переходом 1, що розділяє р-м п-області (2 і 3) з різним типом електропровідності.

Кристал 3 постачають зовнішніми струмовідводами 4 і поміщають в металевий, скляний, керамічний або пластмасовий корпус 5, що захищає напівпровідник від зовнішніх впливів (атмосферних, механічних і т. Д.). Зазвичай напівпровідникові діоди мають несиметричні електронно-діркові переходи. Одна область напівпровідника (з більш високою концентрацією домішок) служить емітером, а інша (з більш низькою концентрацією) -бази. При прямому підключенні зовнішнього напруги до діода інжекція неосновних носіїв заряду в основному відбувається з сильнолегированной області емітера в слаболегірованних область бази.

Кількість неосновних носите лей, що проходять в протилежному напрямку, значно менше інжекції з емітера. Залежно від співвідношення лінійних розмірів переходу і характеристичної довжини розрізняють площинні і точкові діоди. Площинним вважають діод, у якого лінійні розміри, що визначають площу переходу, значно більше характеристичної довжини.

Характеристичної довжиною в довіднику для діодів є найменша з двох величин - товщина бази і дифузійна довжина неосновних носіїв в базі. Вони визначають властивості і характеристики діодів. До точкових відносять діоди з лінійними розмірами переходу, меншими характеристичної довжини. Перехід на кордоні розділу областей з різним типом провідності має властивості випрямлення (односторонньої провідності) струму; нелинейностью вольт-амперної характеристики; явищем тунелювання носіїв заряду крізь потенційний бар'єр як при зворотному, так і прямому зміщенні; явищем ударної іонізації атомів напівпровідника при відносно великих для переходу напружених; бар'єрної ємністю і ін. Ці властивості переходу використовують для створення різних видів напівпровідникових діодів.

За діапазону частот, в якому діоди можуть працювати, їх підрозділяють на низькочастотні (НЧ) і високочастотні (ВЧ). За призначенням НЧ діоди поділяють на випрямні, стабілізуючі, імпульсні, а ВЧ діоди - на детекторні, змішувальні, модулярні, параметричні, переключательние і т. Д. Іноді в особливу групу виділяють діоди, що відрізняються основними фізичними процесами: тунельні, лавинно-пролітні, фото -, світлодіоди і ін.

За матеріалом основного кристала напівпровідника розрізняють германієві, кремнієві, арсенід-галієві і інші діоди. Для позначення напівпровідникових діодів в довіднику використовують шести і семизначний буквено-цифровий код (наприклад, КД215А, 2ДС523Г).

Перший елемент - буква (для приладів широкого застосування) або цифра (для приладів, які використовуються в пристрої спеціального призначення) -зазначає матеріал, на основі якого виготовлений прилад: Г або 1 - германій; До або 2 - кремній та його сполуки; А чи 3 - з'єднання галію (наприклад, арсенід галію); І чи 4 - з'єднання індію (наприклад, фосфід індію).

Другий елемент - буква, яка вказує підклас або групу приладів: Д - випрямні, імпульсні діоди; Ц - випрямляючі стовпи і блоки; В - варикапи; І - імпульсні тунельні діоди; А - НВЧ діоди; С - стабілітрони.

Третій елемент - цифра - визначає один з основних ознак, що характеризують прилад (наприклад, призначення або принцип дії).

Четвертий, п'ятий і шостий елементи - тризначне число, що позначає порядковий номер розробки технологічного типу приладу.

Сьомий елемент - буква - умовно визначає класифікацію за параметрами приладів, виготовлених за єдиною технологією. Приклад позначення: 2ДС523Г - набір кремнієвих імпульсних приладів для пристроїв спеціального призначення з часом встановлення зворотного опору від 150 до 500; номер розробки 23, група Г. Прилади розробки до 1973 р в довідниках. мають трьох і чотирьох елементну системи позначень.