Выпрямительные диоды

Выпрямительные диоды — это электронные приборы, предназначенные для преобразования переменного тока в постоянный. В настоящее время обычно используются полупроводниковые диоды, построенные на основе p-n перехода. У выпрямительного диода p-n переход должен обеспечивать протекание импульса тока, достаточного для формирования заданного среднего тока. Для получения больших обратных напряжений современные диоды выполняются из карбида кремния SiC или нитрида галлия GaN.

Одна из наиболее распространенных схем выпрямителя переменного тока на полупроводниковых диодах приведена на рисунке 1.

Схема выпрямителя тока
Рисунок 1. Схема выпрямителя переменного напряжения

В этой схеме выпрямительные диоды VD1 и VD2 обеспечивают протекание тока через резистор нагрузки Rн в одном направлении при любой полярности входного напряжения. Идеальный выпрямительный диод не должен пропускать ток в обратном направлении и не создавать потерь при протекании прямого тока. Его вольтамперная характеристика приведена на рисунке 2.

Вольтамперная характеристика идеального выпрямительного диода
Рисунок 2. Вольтамперная характеристика идеального выпрямительного диода

К сожалению, в реальных диодах эта характеристика недостижима. Особенно это проявляется на больших мощностях. Пример вольтамперной характеристики реального выпрямительного диода большой мощности приведен на рисунке 3.

Вольтамперная характеристика идеального выпрямительного диода
Рисунок 3. Вольтамперная характеристика выпрямительного диода Д133-800

На этом рисунке видно, что при выпрямленном токе более 5000 А падение напряжения на диоде достигает 2,5 В. Правда, это относится только к импульсу тока. При среднем токе 800 А падение напряжения составит 1,5 В. Тем не менее, это вызывает рассеивание на выпрямительном диоде мощности 1,2 кВт. Её нужно куда-то рассеивать. В результате конструкция мощных диодов становится специфической. В качестве примера на рисунке 4 приведен чертеж выпрямительного диода Д253-2000.

Мощный выпрямительный диод
Рисунок 4. Чертеж полупроводникового выпрямительного диода Д253-2000

Такая конструкция позволяет не только закрепить подводящие ток проводники, но и рассеивающий выделяющуюся тепловую мощность радиатор. В качестве примера иностранных мощных выпрямительных диодов c подобными параметрами можно назвать 60CPQ150, 1N5822 или ZP1000-2800 фирмы LeKing.

Немного другая ситуация складывается для маломощных выпрямительных диодов. В них рассеиваемая мощность достаточно мала, поэтому может быть выведена через внешние выводы диода. Современные выпрямительные диоды обычно размещаются в корпусах поверхностного монтажа (smd). Например, диоды BAV99 фирмы Philips размещаются в корпусе SOT-23, как это показано на рисунке 5.

Распиновка выпрямительных диодов BAV99
Рисунок 5. Сборка выпрямительных диодов BAV99

Их вольтамперная характеристика приведена на рисунке 6.

ВАХ выпрямительных диодов BAV99
Рисунок 6. Вольтамперная характеристика сдвоенного диода BAV99

Здесь уже прямое падение напряжения при максимальном токе 200 мА не превышает 1,5 В а обратный ток при напряжении 75 В не превышает значения 1 мкА.

Еще лучшими параметрами обладают SMD выпрямительные диоды Шоттки. В качестве примера можно назвать диоды 10BQ040 фирмы International Rectifier. Они способны выдерживать постоянный ток до 1 А и импульсный до 400 А. Внешний вид этих выпрямительных диодов приведен на рисунке 7.

Выпрямительный диод 10BQ040
Рисунок 7. Внешний вид выпрямительного диода 10BQ040

В справочных данных на эти диоды вольтамперная характеристика приводится в логарифмическом масштабе, поэтому может показаться незнакомой. Она приведена на рисунке 8.

ВАХ выпрямительного диода 10BQ040
Рисунок 8. Логарифмическая вольтамперная характеристика диода 10BQ040

Для того, чтобы оценить насколько реальный выпрямительный диод отличается от идеального, используются специальные параметры. В качестве основных параметров выпрямительных диодов можно назвать:

  • максимальный прямой ток Iпр_max;
  • падение напряжения на диоде при заданном значении прямого тока Iпр;
  • максимально допустимое обратное напряжение диода Uобр_max;
  • обратный ток Iобр при заданном обратном напряжении Uобр;
  • барьерная емкость диода при подаче на него обратного напряжения некоторой величины;
  • диапазон частот, в котором возможна работа диода без существенного снижения выпрямленного тока;
  • рабочий диапазон температур.

Дата последнего обновления файла 17.01.2021


Понравился материал? Поделись с друзьями!


Литература:

  1. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. Под редакцией Федорова Н. Д. - М.: Радио и связь, 1998. -560 с.
  2. Электронные приборы. Под редакцией Шишкина Г.Г. -М.: Энергоатомиздат, 1989.-496 с.
  3. Батушев В. А. Электронные приборы. -М.: Высшая школа, 1980. -383 с.
  4. Савиных В. Л. Физические основы электроники. Учебное пособие. — Новосибирск.: СибГУТИ, 2003. — 77 с.
  5. Диоды серий Д и ДЛ url:https://electro.mashinform.ru/diody/diody-serij-d-i-dl-obj2083.html
  6. Диоды 10bq40 справочные данные
  7. Диоды BAV99 справочные данные

Вместе со статьей "Выпрямительные диоды" читают:

Электронно-дырочный переход в состоянии равновесия
https://digteh.ru/foe/pn_perehod/

Прямое включение pn-перехода
https://digteh.ru/foe/pn_perehod/open/

Обратное включение pn-перехода
https://digteh.ru/foe/pn_perehod/close/

Теоретическая вольтамперная характеристика p-n перехода
https://digteh.ru/foe/pn_perehod/vah_teor/




Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 ... 2020

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/~mavr
http://digital.sibsutis.ru/

Поиск по сайту сервисом Яндекс
Поиск по сайту сервисом ГУГЛ
Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре "Сигнал", Научно производственной фирме "Булат". В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи "Сигнал-201", авиационной системы передачи данных "Орлан-СТД", отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

А.В.Микушин является автором более 96 научных и научно-методических работ, в том числе 20 книг.

Top.Mail.Ru


Яндекс.Метрика