Выпрямительные диоды, диодные мосты и области их применения

Классификация и характеристики диодов

Все известные типы выпрямительных диодов принято различать по следующим признакам:

• Величина коммутируемой мощности;
• Частота переключений;
• Вид используемого при изготовлении p-n перехода полупроводника.

Диод 1n5819: характеристики

По первому из этих признаков диоды делятся на маломощные приборы, а также на изделия средней и большой мощности. Указанное деление определяется силой тока, которую способен пропускать через себя p-n переход вентильного элемента при фиксированном напряжении на его электродах. В соответствии с этим признаком, рассматриваемые здесь электронные устройства могут быть разбиты на следующие три группы:

• Диоды низкой мощности с минимальной величиной выпрямленного (или прямого) тока – до 0,3 Ампер;
• Приборы средней мощности (от 0,3 до 10 Ампер);
• Мощные или силовые выпрямительные изделия, значения прямых токов в которых достигает величин порядка десятки и сотни ампер.

По своим частотным параметрам все известные типы диодов делятся на приборы низкой, средней, высокой и сверхвысокой (СВЧ) частоты.

Обратите внимание! Большинство выпрямительных диодов, используемых в качестве вентилей в промышленных и бытовых электрических сетях 50 Герц, относятся к разряду низкочастотных. К этой же категории относят и другие образцы низкочастотных диодных изделий, способных работать на частотах до 20 кГц

К этой же категории относят и другие образцы низкочастотных диодных изделий, способных работать на частотах до 20 кГц.

По типу используемого при изготовлении диода перехода их принято делить на уже устаревшие германиевые изделия и современные кремниевые выпрямители. В соответствии с рассмотренной классификацией диодных компонентов, вводятся их характеристики, которые представлены следующими рабочими параметрами:

• Максимальное выпрямляемое (обратное) напряжение;
• Прямое напряжение на открытом диодном элементе (его падение на смещенном переходе);
• Допустимое значение пропускаемого через диод прямого тока;
• Величина допустимого обратного тока;
• Предельно рассеиваемая на вентиле мощность;
• Рабочая и максимальная температуры перехода;
• Допустимая частота коммутируемого сигнала.

Помимо указанных характеристик, которые считаются основными показателями функционирования диодных элементов, существуют и второстепенные, напрямую связанные с уже рассмотренными ранее параметрами. К ним обычно относят такие характеристики, как быстродействие и емкость p-n перехода, а также его дифференциальное и тепловое сопротивления.

Добавим к этому, что температурные режимы работы диодного элемента принято относить к его основным параметрам. Для самого распространенного типа этих изделий (кремниевого диода) этот показатель колеблется обычно в диапазоне от -50 до +130 градусов

При конструировании электронной аппаратуры большое внимание уделяется температуре корпуса самого прибора, величина которой зависит от его параметров (типа, мощности и производителя)

Обозначение и расшифровка диодов

Обозначение выпрямительного диода на схеме согласно “ГОСТ 2.730-73 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Приборы полупроводниковые”.
В приложении данного ГОСТа указаны размеры в модульной сетке. Выглядит это следующим образом:

Существуют различные варианты обозначения диодов.

Согласно ОСТ 11366.919-81 следующее буквенно-цифровое обозначение:

• 1) первая буква или цифра указывает на материал:
  • 1 (Г) — германий Ge
  • 2 (К) — кремний Si
  • 3 (А) — галлий Ga
  • 4 (И) — индий In
• 2) Вторая буква — это подкласс полупроводникового прибора. Для нашего случая — это буква Д.
• 3) Третья цифра — функционал элемента в зависимости от класса (диоды, варикапы, стабилитроны и др.).

Например, для выпрямительных диодов (Д):

101…199 — диоды малой мощности с постоянным или средним значением прямого тока менее 0,3А.

201…299 — диоды средней мощности с постоянным или средним значением прямого тока от 0,3 до 10А.

Также существуют диоды большой мощности с током более 10А. Отвод тепла у диодов малой мощности осуществляется через корпус, у диодов средней и большой мощности через теплоотводящие радиаторы.

До 1982 года была другая классификация:

• первая Д — характеризовала весь класс диодов
• далее шел цифровой код:
  • от 1 до 100 — для точечных германиевых диодов
  • от 101 до 200 — для точечных кремниевых диодов
  • от 201 до 300 — для плоскостных кремниевых диодов
  • от 301 до 400 — для плоскостных германиевых диодов
  • от 401 до 500 — для смесительных СВЧ детекторов
  • от 501 до 600 — для умножительных диодов
  • от 601 до 700 — для видеодетекторов
  • от 701 до 749 — для параметрических германиевых диодов
  • от 750 до 800 — для параметрических кремниевых диодов
  • от 801 до 900 — для стабилитронов
  • от 901 до 950 — для варикапов
  • от 951 до 1000 — для туннельных диодов
  • от 1001 до 1100 — для выпрямительных столбов
• третья цифра — разновидность групп однотипных приборов

Система JEDEC (США)

• первая цифра — число p-n переходов (1 — диод; 2 — транзистор; 3 — тиристор)
• далее N (типа номер) и серийный номер
• после может идти пару цифр про номиналы и отдельные характеристики диода

Система Pro Electron (Европа)

По данной системе приборы делятся на промышленные и бытовые. Бытовые кодируются двумя буквами и тремя цифрами от 100 до 999. У промышленных приборов будет идти три буквы и две цифры от 10 до 99. Для диодов:

• 1) первая буква:
  • A — германий Ge
  • B — кремний Si
  • C — галлий Ga
  • R — другие полупроводники
• 2) Вторая буква — это буква A, указывающая на маломощные импульсные и универсальные диоды.
• 3) Третья буква отвечает за принадлежность элемента к сфере специального применения (промышленность, военная). “Z”, “Y”, “X” или “W”.
• 4) Четвертая — это 2х, 3х или 4х-значный серийный номер прибора.
• 5) Дополнительный код — в нем для выпрямительных диодов указывается максимальная амплитуда обратного напряжения.

Система JIS (Япония)

Применяется в странах Азии и тихоокеанского региона.

• первая цифра — число переходов (0 — фототранзистор, фотодиод; 1 — диод; 2 — транзистор; 3 — тиристор)
• затем буква S (semiconductors) — полупроводниковые
• затем буква, отвечающая за тип прибора:
  • A — ВЧ транзисторы p-n-p
  • B — НЧ транзисторы p-n-p
  • С — ВЧ транзисторы n-p-n
  • D — НЧ транзисторы n-p-n
  • E — диоды
  • F — тиристоры
  • G — диоды Ганна
  • H — однопереходные транзисторы
  • J — полевые транзисторы с p-каналом
  • K — полевые транзисторы с n-каналом
  • M — симметричные тиристоры
  • Q — светоизлучающие диоды
  • R — выпрямительные диоды
  • S — малосигнальные диоды
  • T — лавинные диоды
  • V — варикапы, p-i-n диоды, диоды с накоплением заряда
  • Z — стабилитроны, стабисторы, ограничители

В нашем случае будет буква R.

Рег. номер прибора
Модификация прибора
Далее может идти индекс, описывающий специальные свойства

Существуют и специальные обозначения от фирм-изготовителей, которые отличаются от приведенных выше.

Практическая часть

Лабораторная работа посвящена исследованию полупроводникового выпрямительного диода. Исследуемый диод FR302 закреплен на стеклотекстолитовой плате вместе с токоограничительным резистором МЛТ-2 43 Ом. Резистор предназначен для ограничения тока при снятии прямой ветви характеристики, т. к. при открытом p-n-переходе сопротивление диода мало.

Проводимость диода исследуется с помощью миллиамперметра (микроамперметра) и вольтметра, по показаниям, которых строится вольтамперная характеристика (ВАХ) диода. 

Рисунок 3. Электрическая принципиальная схема снятия прямой ветви ВАХ диода

Питание установки осуществляется от регулируемого блока питания, который дает постоянный ток напряжением от 0 до 12 В (стабилизированный выход) и постоянный ток напряжением от 0 до 36 В (нестабилизированный выход). 

Для снятия прямой ветви характеристики используется миллиамперметр и милливольтметр, т. к. в открытом состоянии падение напряжения на диоде составляет около 1 В, а ток через него достигает 200 мА.

Рисунок 4. Электрическая принципиальная схема снятия обратной ветви ВАХ диода

Для снятия обратной ветви ВАХ диода обратное напряжение на диоде доводится до 36 В. При таком напряжении обратный ток диода FR302 остается небольшим (единицы-десятки микроампер), поэтому для его измерения в цепь вместо миллиамперметра включают микроамперметр. Сильно увеличивать обратный ток диода крайне нежелательно, так как это может привести к его выходу из строя. К тому же напряжения выше 42 В опасны, и их использование нежелательно.

Материал предоставил для изучения — Denev.

   Форум по обсуждению материала ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ ДИОДЫ

В КАКОМ НАПРАВЛЕНИИ ТЕЧЕТ ТОК В каком направлении течет ток — от плюса к минусу или наоборот? Занимательная теория сути электричества.	SMD ПРЕДОХРАНИТЕЛИ Приводятся основные сведения о планарных предохранителях, включая их технические характеристики и применение.
MINILED И MICROLED ДИСПЛЕИ Что такое OLED, MiniLED и MicroLED телевизоры — краткий обзор и сравнение технологий.	ВОЗМОЖНОСТИ БЕСПРОВОДНОГО ПИТАНИЯ Про использование технологии беспроводного питания различных устройств.

Маркировка стабилитронов

Маркировка наносится на корпус стабилитрона в виде цифр и букв (или буквы). Различают принципиально два разных типа маркировки. Стабилитрон в стеклянном корпусе имеет привычную для нас маркировку, непосредственно обозначающую номинальное напряжение стабилизации. Цифры могут быть разделены буквой V, выполняющую роль десятичной точки. Например, 5V1 означает 5,1 В.

Менее понятный способ маркировки состоит из четырех цифр и буквы в конце. Если вы не опытный радиолюбитель, то без даташита никак не обойтись. Для примера расшифруем параметры опорного диода серии 1N5349B. Больше всего нас интересует первый столбец, в котором приведено номинальное напряжение 12 В. Второй столбец – номинальное значения ток – 100 мА.

Катод стабилитрона любого типа обозначается кольцом черного или синего цвета, которое наносится на корпус со стороны соответствующего вывода.

Из чего состоит диод

В нашем мире встречаются вещества, которые отлично проводят электрический ток. Сюда в основном можно отнести металлы, например, серебро, медь, алюминий, золото и так далее. Такие вещества называют проводниками. Есть вещества, которые ну очень плохо проводят электрический ток — фарфор, пластмассы, стекло и так далее. Их называют диэлектриками или изоляторами. Между проводниками и диэлектриками находятся полупроводники. Это в основном германий и кремний.

После того, как германий или кремний смешивают с мельчайшей долей мышьяка или индия, образуется полупроводник N-типа, если смешать с мышьяком; или полупроводник P-типа, если смешать с индием.

Теперь если эти два полупроводника P и N -типа приварить вместе, на их стыке образуется PN-переход. Это и есть строение диода. То есть диод состоит из PN-перехода.

строение диода

Полупроводник P-типа в диоде является анодом, а полупроводник N-типа — катодом.

Давайе вскроем советский диод Д226 и посмотрим, что у него внутри, сточив часть корпуса на наждачном круге.

диод Д226

Вот это и есть тот самый PN-переход

PN-переход диода

Как проводится проверка

Проверка диодов на исправность заключается в том, чтобы проверить их одностороннюю способность проводить электрический ток.

Если это условие выполнимо, то элемент считается работоспособным.

С помощью мультиметра можно прозвонить диод и проверить на плате, как обычный диод, так и Шотки.

Как это сделать:

Проверяем, что у прибора есть режим прозвонки радиодетали такого типа.

Если такой возможности нет, действуем по следующей схеме:

1. Переводим указатель в режим измерения постоянного напряжения. Если элемент исправен, прибор покажет наличие напряжения на диоде. Исправные элементы, в зависимости от их номинала, будут показывать значения от 0.3 до 1.0 вольт.
2. Если перевести указатель на измерение сопротивления (в диапазоне до 2 кОм), то при подключении к выводам этой радиодетали, красный провод зажимаем к аноду, а черный к катоду, должно появится на экране значение в с сотнях Ом.

Проверка стабилитрона

Для того чтобы проверить стабилитрон рекомендуется воспользоваться следующей схемой:

После сборки схемы, переводим мультиметр в режим измерения постоянного напряжения 200 В, включаем регулируемый блок питания и постепенно начинаем увеличивать напряжение, пока на блоке питания амперметр не укажет на протекающий ток. После этого подключаем мультиметр и измеряем напряжение стабилизации.

Проверка диодного моста

Собственно говоря, диодный мост можно проверить точно так же как и стандартный диод. Главное знать, как правильно выполняется проверка диода мультиметром.

Диодный мост проверяется по определенной схеме.

Пронумеруем для себя выводы выпрямителя 1, 2, 3, 4. То есть нам надо будет проверить четыре элемента.

И начинаем перезванивать в следующей последовательности:

• 1-й: выводы 1–2;
• 2-й: выводы 2–3;
• 3-й: выводы 1–4;
• 4-й: выводы 4–3;

А отсчёт показаний проводится таким же способом, как мы проверяем обычный диод.

Как определить полярность светодиода — 2 простых способа

Светодиод – полупроводниковый оптический прибор, пропускающий электрический ток в прямом направлении. При подключении инверсионно тока в цепи не будет, и, естественно, не произойдет свечения. Чтобы этого не случилось, нужно соблюдать полярность светодиода.

Светодиод на схеме обозначается треугольником в кружке с поперечной чертой – это катод, который имеет знак «-» (минус). С противоположной стороны находится анод, имеющий знак «+» (плюс).

Обозначение светодиода в схеме

В монтажных схемах должна присутствовать цоколевка (или распиновка) выводов для идентификации всех контактов соединения.

Как определить полярность диода, держа в руках крохотную лампочку? Ведь для правильного подключения нужно знать, где у него минус, а где плюс. Если распайка выводов будет попутана, схема не заработает.

Визуальный метод определения полярности

Первый способ определения – визуальный. У диода два вывода. Короткая ножка будет катодом, анод у светодиода всегда длиннее. Запомнить легко, так как присутствует начальная буква «к» и в том и другом слове.

Длина выводов светодиода

Когда оба вывода согнуты или прибор снят с другой платы, их длину бывает сложно определить. Тогда можно попробовать разглядеть в корпусе небольшой кристалл, который выполнен из прозрачного материала. Он располагается на небольшой подставке. Этот вывод соответствует катоду.

Также катод светодиода можно определить по небольшой засечке. В новых моделях светодиодных лент и ламп применяются полупроводники для поверхностного монтажа. Имеющийся ключ в виде скоса указывает на то, что это отрицательный электрод (катод).

Иногда на светодиодах стоит маркировка «+» и «-». Некоторые производители отмечают катод точкой, иногда линией зеленого цвета. Если нет никакой отметки или ее трудно разглядеть из-за того, что светодиод был снят с другой схемы, нужно произвести тестирование.

Тестирование с применением мультиметра или аккумулятора

Хорошо, если под рукой есть мультиметр. Тогда определение полярности светодиода произойдет за одну минуту. Выбрав режим омметра (измерение сопротивлений), нетрудно произвести следующее действие. Приложив щупы к ножкам светодиода, производится замер сопротивления. Красный провод должен подключаться к плюсу, а черный – к минусу.

При правильном включении прибор выдаст значение, примерно равное 1,7 кОм, и будет наблюдаться свечение. При обратном включении на дисплее мультиметра отобразится бесконечно большая величина. Если проверка показывает, что в обе стороны диод показывает малое сопротивление, то он пробит, и его следует утилизировать.

Определение полярности светодиода при помощи мультиметра

В некоторые приборах существует специальный режим. Он предназначен для проверки полярности диода. Прямое включение будет сигнализировать подсветкой диода. Этот метод подходит для красных и зеленых полупроводников.

Синие и белые светодиоды выдают индикацию только при напряжении более 3 вольт, поэтому нельзя достигнуть нужного результата. Для их тестирования можно использовать мультиметры типа DT830 или 831, в которых предусмотрен режим определения характеристик транзисторов.

Используя PNP-часть, один вывод светодиода вставляют в коллекторное гнездо, второй – в эмиттерное отверстие. В случае прямого подключения появится индикация, инверсионное включение не даст подобного эффекта.

Как определить полярность светодиода, если под рукой нет мультиметра? Можно прибегнуть к обычной батарейке или аккумулятору. Для этого понадобится еще любой резистор. Это нужно для защиты светодиода от пробоя и выхода из строя. Последовательно соединенный резистор, величина сопротивления которого должна быть примерно 600 Ом, позволит ограничить ток в цепи.

Проверка полярности при помощи источника питания

И еще несколько советов:

• если известна полярность светодиода, впредь нельзя подавать на него обратное напряжение. В противном случае есть вероятность пробоя и выхода из строя. При правильной эксплуатации светодиод будет служить исправно, так как он долговечен, а также его корпус хорошо защищен от попадания влаги и пыли;
• некоторые типы светодиодов чувствительны к воздействию статического электричества (синие, фиолетовые, белые, изумрудные). Поэтому их нужно предохранять от влияния «статики»;
• при тестировании светодиода мультиметром желательно это действие произвести быстро, касание к выводам должно быть кратковременным, чтобы избежать пробоя диода и вывода его из строя.

Вольт-амперная характеристика

ВАХ — это характеристика полупроводникового элемента, показывающая зависимость I, проходящего через p-n-переход, от величины и полярности U (рис. 1).

Рисунок 1 — Пример вольт-амперной характеристики полупроводникового диода.

ВАХ отличаются между собой и это зависит от типа полупроводникового прибора. Графиком ВАХ является кривая, по вертикали которой отмечены значения прямого I (вверху). Внизу отмечены значения I при обратном подключении. По горизонтали указаны показания U при прямом и обратном включении. Схема состоит из 2 частей:

1. Верхняя и правая — Д функционирует в прямом подключении. Показывает пропускной I и линия идет вверх, что свидетельствует о росте прямого U (Uпр).
2. Нижняя часть слева — Д находится в закрытом состоянии. Линия идет практически параллельно оси и свидетельствует о медленном нарастании Iобр (обратного тока).

Из графика можно сделать вывод: чем круче вертикальная часть графика (1 часть), тем ближе нижняя линия к горизонтальной оси. Это свидетельствует о высоких выпрямительных свойствах полупроводникового прибора. Необходимо учитывать, что ВАХ зависит от температуры окружающей среды, при понижении температуры происходит резкое понижение Iобр. Если температура повышается, то повышается и Iобр.

Построение графика

Построить ВАХ для конкретного типа полупроводникового прибора несложно. Для этого необходимы блок питания, мультиметр (вольтметр и амперметр) и диод (можно построить для любого полупроводникового прибора). Алгоритм построения ВАХ следующий:

1. Подключить БП к диоду.
2. Произвести измерения U и I.
3. Внести данные в таблицу.
4. На основании табличных данных построить график зависимости I от U (рис. 2).

Рисунок 2 — Пример нелинейной ВАХ диода.

Рисунок 3 — ВАХ Шоттки.

Исходя из графика, носящего асимметричный характер, видно, что для этого типа диода характерно малое падение U при прямом подключении. Присутствует экспоненциальное увеличение I и U. Ток в барьере обусловлен отрицательно заряженными частицами при обратном и прямом смещениях. Шоттки обладают высоким быстродействием, так как диффузные и рекомбинационные процессы отсутствуют. I зависит от U благодаря изменению количества носителей, принимающих участие в процессах переноса заряда.

Кремниевый полупроводник широко применяется практически во всех электрических схемах устройств. На рисунке 4 изображена его ВАХ.

Рисунок 4 — ВАХ кремниевого Д.

На рисунке 4 ВАХ начинается с 0,6-0,8 В. Кроме кремниевых Д существуют еще германиевые, которые при нормальной температуре будут нормально работать. Кремниевый имеет меньший Iпр и Iобр, поэтому тепловой необратимый пробой у германиевого Д наступает быстрее (при подаче высокого Uобр), чем у его конкурента.

Выпрямительный Д применяется для преобразования переменного U в постоянное и на рисунке 5 приведена его ВАХ.

Рисунок 5 — ВАХ выпрямительного Д.

На рисунке изображена теоретическая (пунктирная кривая) и практическая (экспериментальная) ВАХ. Они не совпадают из-за того, что в теории не учитывались некоторые аспекты:

1. Наличие R (сопротивления) эмиттерной области кристалла, выводов и контактов.
2. Токи утечки.
3. Процессы генерации и рекомбинации.
4. Пробои различных типов.

Кроме того, температура окружающей среды значительно влияет на измерения, и ВАХ не совпадают, так как теоретические значения получают при температуре +20 градусов. Существуют и другие важные характеристики полупроводников, которые можно понять по маркировке на корпусе.

Существуют и дополнительные характеристики. Они нужны для применения Д в определенной схеме с U и I. Если использовать маломощный Д в устройствах с U, превышающем максимально допустимое Uобр, то произойдет пробой и выход из строя элемента, а также это может повлечь за собой цепочку выхода других деталей из строя.

ВАХ помогает определить такие сложные неисправности Д: пробой перехода и разгерметизация корпуса. Сложные неисправности могут привести к выходу из строя дорогостоящих деталей, следовательно, перед монтажом Д на плату необходимо его проверить.

Конструкция

Отличается диод Шоттки от обыкновенных диодов своей конструкцией, в которой используется металл-полупроводник, а не p-n переход. Понятно, что свойства здесь разные, а значит, и характеристики тоже должны отличаться.

Действительно, металл-полупроводник обладает такими параметрами:

• Имеет большое значение тока утечки,
• Невысокое падение напряжения на переходе при прямом включении,
• Восстанавливает заряд очень быстро, так как имеет низкое его значение.

Диод Шоттки изготавливается из таких материалов, как арсенид галлия, кремний, намного реже, но также может использоваться – германий. Выбор материала зависит от свойств, которые нужно получить, однако в любом случае максимальное обратное напряжение, на которое могут изготавливаться данные полупроводники, не выше 1200 вольт – это самые высоковольтные выпрямители. На практике же намного чаще их используют при более низком напряжении – 3, 5, 10 вольт.

Это означает сдвоенный элемент: два диода в одном корпусе с общим анодом или катодом, поэтому элемент имеет три вывода. В блоках питания используют такие конструкции с общим катодом, их удобно использовать в схемах выпрямителей. Часто на схемах рисуется маркировка обычного диода, но в описании указывается, что это Шоттки, поэтому нужно быть внимательными.

Диодные сборки с барьером Шоттки выпускаются трех типов:

1 тип – с общим катодом,

2 тип – с общим анодом,

3 тип – по схеме удвоения.

Такое соединение помогает увеличить надежность элемента: ведь находясь в одном корпусе, они имеют одинаковый температурный режим, что важно, если нужны мощные выпрямители, например, на 10 ампер. Но есть и минусы

Все дело в том, что малое падение напряжения (0,2–0,4 в) у таких диодов проявляется на небольших напряжениях, как правило – 50–60 вольт. При более высоком значении они ведут себя как обычные диоды. Зато по току эта схема показывает очень хорошие результаты, ведь часто бывает необходимо – особенно в силовых цепях, модулях питания – чтобы рабочий ток полупроводников был не ниже 10а

Но есть и минусы. Все дело в том, что малое падение напряжения (0,2–0,4 в) у таких диодов проявляется на небольших напряжениях, как правило – 50–60 вольт. При более высоком значении они ведут себя как обычные диоды. Зато по току эта схема показывает очень хорошие результаты, ведь часто бывает необходимо – особенно в силовых цепях, модулях питания – чтобы рабочий ток полупроводников был не ниже 10а.

https://youtube.com/watch?v=M5Yg0L4GHGY

Еще один главный недостаток: для этих приборов нельзя превышать обратный ток даже на мгновение. Они тут же выходят из строя, в то время как кремниевые диоды, если не была превышена их температура, восстанавливают свои свойства.

Но положительного все-таки больше. Кроме низкого падения напряжения, диод Шоттки имеет низкое значение емкости перехода. Как известно: ниже емкость – выше частота. Такой диод нашел применение в импульсных блоках питания, выпрямителях и других схемах, с частотами в несколько сотен килогерц.

Вольтамперная характеристика светодиода (ВАХ)

ВАХ такого диода имеет несимметричный вид. Когда приложено прямое напряжение, видно, что ток растет по экспоненте, а при обратном – ток от напряжения не зависит.

Все это объясняется, если знать, что принцип работы этого полупроводника основан на движении основных носителей – электронов. По этой же самой причине эти приборы и являются такими быстродействующими: у них отсутствуют рекомбинационные процессы, свойственные приборам с p-n переходами. Для всех приборов, имеющих барьерную структуру, свойственна несимметричность ВАХ, ведь именно количеством носителей электрического заряда обусловлена зависимость тока от напряжения.

Германий или кремний

По применяемым материалам они бывают кремниевые и германиевые, однако более широкое применение нашли кремниевые выпрямительные диоды благодаря своим физическим свойствам.

У них обратные токи в несколько раз меньше, чем в германиевых, в то время как напряжение одинаково. Это дает возможность добиваться в полупроводниках очень высокой величины допустимых обратных напряжений, которые могут составлять до 1000-1500 В. В германиевых диодах этот параметр находится в диапазоне 100-400 В.

Кремниевые диоды способны сохранять работоспособность в диапазоне температур от -60 ºС до +150 ºС, а германиевые – только от -60 ºС до +85 ºС. Это происходит потому, что когда температура становится выше 85 ºС, количество образовавшихся электронно-дырочных пар достигает таких величин, что резко увеличивается обратный ток, и выпрямитель перестает работать эффективно.

Электрические параметры

У каждого типа диодов есть свои рабочие и предельно допустимые параметры, согласно которым их выбирают для работы в той или иной схеме:

• Iобр – постоянный обратный ток, мкА;
• Uпр – постоянное прямое напряжение, В;
• Iпр max – максимально допустимый прямой ток, А;
• Uобр max – максимально допустимое обратное напряжение, В;
• Р max – максимально допустимая мощность, рассеиваемая на диоде;
• Рабочая частота, кГц;
• Рабочая температура, С.

Здесь приведены далеко не все параметры диодов, но, как правило, если надо найти замену, то этих параметров хватает.

Схема простого выпрямителя переменного тока на одном диоде

На вход выпрямителя подадим сетевое переменное напряжение, в котором положительные полупериоды выделены красным цветом, а отрицательные – синим. К выходу выпрямителя подключим нагрузку (Rн), а функцию выпрямляющего элемента будет выполнять диод (VD). При положительных полупериодах напряжения, поступающих на анод диода диод открывается. В эти моменты времени через диод, а значит, и через нагрузку (Rн), питающуюся от выпрямителя, течет прямой ток диода Iпр (на правом графике волна полупериода показана красным цветом).

При отрицательных полупериодах напряжения, поступающих на анод диода диод закрывается, и во всей цепи будет протекать незначительный обратный ток диода (Iобр). Здесь, диод как бы отсекает отрицательную полуволну переменного тока (на правом графике такая полуволна показана синей пунктирной линией).

В итоге получается, что через нагрузку (Rн), подключенную к сети через диод (VD), течет уже не переменный, поскольку этот ток протекает только в положительные полупериоды, а пульсирующий ток – ток одного направления. Это и есть выпрямление переменного тока. Но таким напряжением можно питать лишь маломощную нагрузку, питающуюся от сети переменного тока и не предъявляющую к питанию особых требований, например, лампу накаливания.

Будет интересно Диод 1n4007: характеристики, маркировка и datasheets

Напряжение через лампу будет проходить только во время положительных полуволн (импульсов), поэтому лампа будет слабо мерцать с частотой 50 Гц. Однако, за счет тепловой инертности нить не будет успевать остывать в промежутках между импульсами, и поэтому мерцание будет слабо заметным. Если же запитать таким напряжением приемник или усилитель мощности, то в громкоговорителе или колонках мы будем слышать гул низкого тона с частотой 50 Гц, называемый фоном переменного тока. Это будет происходить потому, что пульсирующий ток, проходя через нагрузку, создает в ней пульсирующее напряжение, которое и является источником фона.

Этот недостаток можно частично устранить, если параллельно нагрузке подключить фильтрующий электролитический конденсатор (Cф) большой емкости. Заряжаясь импульсами тока во время положительных полупериодов, конденсатор (Cф) во время отрицательных полупериодов разряжается через нагрузку (Rн). Если конденсатор будет достаточно большой емкости, то за время между импульсами тока он не будет успевать полностью разряжаться, а значит, на нагрузке (Rн) будет непрерывно поддерживаться ток как во время положительных, так и во время отрицательных полупериодов. Ток, поддерживаемый за счет зарядки конденсатора, показан на правом графике сплошной волнистой красной линией.

Силовой выпрямительный диод.

Но и таким, несколько сглаженным током тоже нельзя питать приемник или усилитель потому, что они будут «фонить», так как уровень пульсаций (Uпульс) пока еще очень ощутим. В выпрямителе, с работой которого мы познакомились, полезно используется энергия только половины волн переменного тока, поэтому на нем теряется больше половины входного напряжения и потому такое выпрямление переменного тока называют однополупериодным, а выпрямители – однополупериодными выпрямителями. Эти недостатки устранены в выпрямителях с использованием диодного моста.