Dioda prostownicza: parametry i obwód

Dioda prostownika jest półprzewodnikową diodą bazującą na materiale przeznaczoną do konwersji prąd przemienny na stałe. Ta funkcja nie wyczerpuje jednak zakresu tych komponentów radiowych: są one wykorzystywane do przełączania w obwodach wysokoprądowych, w których nie ma ścisłej regulacji parametrów czasu i częstotliwości sygnału elektrycznego.

Klasyfikacja

Zgodnie z wartością prądu stałego, który jest maksymalnym dopuszczalnym, dioda prostownika może mieć małą, średnią i dużą moc:

• mały - prostować prąd stały do ​​300 mA;
• diody prostownicze średniej mocy od 300 mA do 10 A;
• duży - ponad 10 A.

German lub krzem

Zgodnie z użytymi materiałami są to krzem i german, ale krzemowe diody prostownicze znalazły szersze zastosowanie ze względu na ich właściwości fizyczne.

Mają prąd wsteczny kilkakrotnie mniejszy niż w germanie, podczas gdy napięcie jest takie samo. Umożliwia to osiągnięcie bardzo wysokiej wartości dopuszczalnych napięć zwrotnych w półprzewodnikach, które mogą wynosić do 1000-1500 V. W diodach germanu parametr ten mieści się w przedziale 100-400 V.

Diody krzemowe są w stanie utrzymać wydajność w zakresie temperatur od -60 ºС do +150 ºС, a german - tylko od -60 ºС do +85 ºС. Dzieje się tak, ponieważ gdy temperatura staje się wyższa niż 85 ºС, liczba utworzonych par elektron-dziura osiąga takie wartości, że prąd wsteczny gwałtownie wzrasta, a prostownik przestaje działać skutecznie.

Technologia wytwarzania

Konstrukcja diody rektyfikacyjnej jest płytką z kryształu półprzewodnika, w której korpusie znajdują się dwa obszary o różnej przewodności. Z tego powodu nazywane są one planarnymi.

Półprzewodnikowe diody prostownicze są wykonane w następujący sposób: aluminium, ind lub bor topnieją w obszarze półprzewodnikowego kryształu o przewodności typu n, a fosfor topi się w obszarze kryształu o przewodnictwie typu p.

Pod wpływem wysokich temperatur te dwie substancje łączą się stabilnie z podstawą półprzewodnikową. Ponadto atomy tych materiałów dyfundują do kryształu z utworzeniem w nim regionu o przewadze elektronowej lub przewodności otworu. W wyniku tego powstaje urządzenie półprzewodnikowe, które ma dwa obszary o różnych typach przewodności elektrycznej, a pomiędzy nimi powstaje złącze pn. Taka jest zasada działania przytłaczającej większości płaskich diod wykonanych z krzemu i germanu.

Budowa

W celu zorganizowania ochrony przed wpływami zewnętrznymi, a także w celu uzyskania niezawodnego rozpraszania ciepła, w obudowie zamontowany jest kryształ mający złącze pn.
Diody niskiej mocy są produkowane w plastikowym pudełku, zapewniając elastyczne przewody zewnętrzne. Diody prostownicze średniej mocy mają pakiet metalowo-szklany już z twardymi przewodami zewnętrznymi. Szczegóły dotyczące dużej mocy są umieszczone w przypadku metalu-szkła lub metalu-ceramiki.

Kryształy krzemu lub germanu ze złączem pn są lutowane do uchwytu kryształu, który służy również jako podstawa obudowy. Ciało mające szklany izolator, przez który przechodzi jedna z elektrod, jest przyspawane do niego.

Diody małej mocy, które mają stosunkowo małe wymiary i masę, mają elastyczne przewody, przez które są montowane w obwodach.

Ponieważ prądy, z którymi pracują półprzewodniki średniej mocy i diody prostownicze dużej mocy, osiągają istotne wartości, ich wnioski są znacznie potężniejsze. Ich dolna część wykonana jest w postaci masywnej podstawy, która usuwa ciepło, wyposażona w śrubę i zewnętrzną powierzchnię o płaskim kształcie, która została zaprojektowana w celu zapewnienia niezawodnego kontaktu termicznego z zewnętrznym grzejnikiem.

Charakterystyka

Każdy typ półprzewodnika ma własne parametry robocze i ograniczające, które są wybierane w celu zapewnienia działania w dowolnym obwodzie.

Parametry diod prostowniczych:

• Kieruję max - prąd stały, który jest maksymalny, A.
• U reverse max - napięcie odwrotne, które jest maksymalne, V.
• I reverse - prąd odwrócenia prądu, mA.
• U prosto - stała napięcia stałego, V.
• Częstotliwość robocza , kHz.
• Temperatura pracy , C.
• P max - moc rozpraszana przez diodę, która jest maksymalna dopuszczalna.

Charakterystyki diod prostowniczych nie wyczerpują się na tej liście. Jednak aby wybrać części, zwykle wystarczają.

Najprostszy obwód prostownika AC

Zastanów się, jak działa obwód (dioda prostownicza odgrywa w nim główną rolę) prymitywnego prostownika.

Napięcie sieci prądu zmiennego z dodatnimi i ujemnymi półokresami jest stosowane do jego wejścia. Obciążenie (obciążenie R) jest podłączone do wyjścia prostownika, a dioda (VD) spełnia funkcję elementu prostowniczo-rektyfikacyjnego.

Dodatnie półokresy napięcia przyłożone do anody powodują otwarcie diody. W tym czasie, przez niego, a więc przez obciążenie (obciążenie R), które jest zasilane przez prostownik, przepływają strumienie prądu stałego (I direct).

Ujemne półcykle napięcia przyłożonego do anody diody powodują jej zamknięcie. Przez obwód przepływa mały prąd diody wstecznej (próbka I). Tutaj dioda wytwarza odcięcie ujemnej półfali prądu przemiennego.

W rezultacie okazuje się, że obciążenie podłączone do sieci (obciążenie R), przez diodę (VD), teraz przechodzi raczej pulsujący niż prąd przemienny w jednym kierunku. W końcu może to nastąpić tylko w dodatnich półokresach. Jest to znaczenie prostowania prądu przemiennego.

Jednak takie napięcie może zasilać jedynie obciążenie małej mocy, które jest zasilane przez sieć prądu przemiennego i nie narzuca poważnych wymagań dotyczących zasilania, na przykład żarówki żarowe.

Lampa przepuszcza napięcie tylko podczas przechodzenia dodatnich impulsów, w wyniku czego urządzenie ulega migotaniu, o częstotliwości 50 Hz. Jednak z uwagi na to, że nić poddawana jest inercji cieplnej, nie będzie ona w stanie całkowicie schłodzić się w przerwach między impulsami, co oznacza, że ​​migotanie będzie prawie niewidoczne.

Jeśli to napięcie zostanie przyłożone do wzmacniacza lub odbiornika mocy, dźwięk będzie słyszalny w głośniku. niska częstotliwość (częstotliwość 50 Hz), która jest nazywana tłem AC. Efekt ten występuje z uwagi na fakt, że prąd pulsacyjny podczas przejścia przez obciążenie indukuje pulsujące napięcie, które generuje tło.

Ta wada jest w pewnym stopniu wyeliminowana, jeżeli kondensator filtrujący (filtr C) jest włączony równolegle z obciążeniem, którego pojemność jest wystarczająco duża.

Kondensator zostanie naładowany impulsami prądowymi z dodatnimi półokresami i rozładowany przez obciążenie (obciążenie R) z ujemnymi półokresami. Wystarczająco pojemność kondensatora w czasie, który przechodzi pomiędzy dwoma impulsami prądu, nie będzie miał czasu na całkowite rozładowanie, a zatem prąd zawsze będzie na obciążeniu (obciążenie R).

Ale nawet przy tym, względnie gładkim, prądowym, nie powinieneś również podawać ładunku, ponieważ będzie on dalej zanikać, ponieważ wielkość pulsacji (impuls U.) jest wciąż dość poważna.

Wady

W prostowniku, którego działanie właśnie zdemontowaliśmy, tylko połowa fal prądu przemiennego jest wykorzystywana z korzyścią, w wyniku czego traci się ponad połowę napięcia wejściowego. Ten typ rektyfikacji AC nazywa się półfali, a prostowniki, które używają tego rodzaju prostowania, są nazywane półfalami. Wady prostowników półfalowych są z powodzeniem eliminowane w prostownikach za pomocą mostka diodowego.

Most diodowy

Mostek diodowy to zwarty obwód, który składa się z czterech diod i służy do przekształcania prądu przemiennego w prąd stały. Obwód mostka umożliwia przepuszczenie prądu w każdym półokresie, co odróżnia go od półokresu. Mostki diodowe są produkowane w postaci niewielkich zespołów, które są zamknięte w plastikowej obudowie.

Na wyjściu korpusu takiego zespołu znajdują się cztery wyjścia z symbolami "+", " - " lub " ~ ", wskazujące przyporządkowanie pinów. Jednak mosty diodowe znajdują się, a nie w zespole, często idą w prawo płytka drukowana poprzez włączenie czterech diod. Prostownik działający na mostku diodowym nazywany jest pełnoprzepływową.