7. Полупроводниковые диоды. Выпрямительные диоды. Основные характеристики.

Полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами (электродами). В отличие от других типов диодов, принцип действия полупроводникового диода основывается на явлении p-n-перехода.

Плоскостные p-n-переходы для полупроводниковых диодов получают методом сплавления, диффузии. Выпрямительные диоды используют для выпрямления переменных токов частотой 50 Гц – 100 кГц. В них используется главное свойство p-n-перехода – односторонняя проводимость. Главная особенность выпрямительных диодов большие площади p-n-перехода, поскольку они рассчитаны на выпрямление больших по величине токов. Основные параметры выпрямительных диодов даются применительно к их работе в однополупериодном выпрямителе с активной нагрузкой (без конденсатора, сглаживающего пульсации).

Среднее прямое напряжение Uпр..ср — среднее за период прямое напряжение на диоде при протекании через него максимально допустимого выпрямленного тока.

Средний обратный ток Iобр. ср — средний за период обратный ток, измеряемый при максимальном обратном напряжении.

Максимально допустимое обратное напряжение Uобр. mах (Uобр. и mах) – наибольшее постоянное (или импульсное) обратное напряжение, при котором диод может длительно и надежно работать.

Максимально допустимый выпрямленный ток Iвп. ср mах — средний за период ток через диод (постоянная составляющая), при котором обеспечивается его надежная длительная работа.

Превышение максимально допустимых величин ведет к резкому сокращению срока службы или пробою диода.

Максимальная частота fмах — наибольшая частота подводимого напряжения, при которой выпрямитель на данном диоде работает достаточно эффективно, а нагрев диода не превышает допустимой величины.

В выпрямительном устройстве энергия переменного тока преобразуется в энергию постоянного тока за счет односторонней проводимости диодов.

8.Диоды. Выпрямительные диоды. Устройство, вах. Применение.

Полупроводниковым диодом называется полупроводниковый прибор с одним p-n переходом и двумя выводами, в котором используются свойства перехода.

На рис.4.1,а приведена характеристика диода с одинаковым масштабом по осям прямого (прямая ветвь) и обратного (обратная ветвь) смещений. Реальная характеристика (сплошная линия) отличается от теоретической (пунктирная кривая). На прямой ветви при боль­ших токах заметным оказывается уже падение напряжения I_aR_обл на омических сопротивлениях областей и общее напряжение U_a на переходе будет больше напряжения , приложенного к переходу, на величинуI_aR_обл: .

На обратной ветви характеристики отличие более существенно. Во-первых, обратный ток I_обр больше I₀ и, как правило, не­сколько возрастает с ростом U_обр. Одной из причин этого явля­ются токи утечки на поверхности кристалла, другой – наличие тока термогенерации, который не учитывался идеальной вольт-амперной ха­рактеристикой

Во-вторых, при больших обратных напряжениях возникает пробой р-п перехода, обусловливающий резкий рост обратного тока.

Параметры диода, характеризующие прямую ветвь (точка А, рис.4.1,б):

1. I_пр – длительно допустимый постоянный прямой ток;

2. U_a – прямое падение напряжения на диоде при постоянном прямом токе;

3. – дифференциальное сопротивление диода. Оно может быть определено из вольт-амперной характеристики по приращениям:

,

а также из теоретической характеристики (3.7): (4.1)

для диодов используется значительно реже, чем I_пр и U_a.

Параметры диода, характеризующие обратную ветвь (точка В):

1. U_обр.max – допустимое обратное напряжение на диоде, при котором не происходит пробоя даже в наихудших условиях. Оно задается с достаточным запасом по отношению к U_проб:

, (4.2)

где m – коэффициент запаса. В зависимости от типа диода коэффи­циент запаса находится в пределах 0,4–0,7 /4,5/.

2. I_обр – постоянный обратный ток, протекающий через диод при постоянном обратном напряжении U_обр.max.

Необходимо отметить, что приведенные выше параметры определе­ны по статической вольт-амперной характеристике, снятой при посто­янном токе. Для некоторых типов диодов набор параметров и способ их задания отличаются от приведенных, на что будет указано при рассмотрении некоторых разновидностей диодов.