Выпрямительные диоды предназначены для преобразования

Для чего нужны выпрямительные диоды

Выпрямительные диоды используются для выпрямления низкочастотного переменного тока и преобразования его в постоянный. Такие функции выпрямительного диода нашли свое применение во многих сферах.

Применение выпрямительного диода

Выпрямительный диод является полупроводником, который способен пропускать ток в одном направлении, менять полярность и выдавать на выходе только плюс. Его устройство — кристалл из кремния или германия. На полупроводники n-типа (положительные) наплавляется алюминий, индий или бор, на р-тип (отрицательные) — фосфор для электронной проводимости. Вся конструкция заключена в пластиковый или металлический корпус с несколькими выводами. Кремниевые кристаллы более устойчивы к высоким температурам, чем германиевые, и могут использоваться с оборудованием высокой мощности. Но германиевые имеют свойство восстанавливаться после пробоя, в то время как кремниевый кристалл придется менять.

Назначение выпрямительного диода — деление электрического сигнала с отсеиванием отрицательной полярности, чтобы выровнять показатели тока и сделать его постоянным. Сфера применения выпрямительного диода — это радиоэлектроника, контроллеры, передатчики, фильтрующие устройства, блоки питания. Обычно используются четыре диода — диодный мост, чтобы получить постоянный ток без помех и шумов.

Как подобрать выпрямительный диод

Назначение выпрямительных диодов для конкретных устройств определяется их техническими характеристиками, которые нужно учитывать при выборе:

• максимальный прямой и обратный ток и напряжение — при несоответствии этих параметров с характеристиками электрической цепи на диоде начинает увеличиваться обратный ток, функции выпрямительного диода утрачиваются, так как он начинает пропускать ток в двух направлениях, перегревается и выходит из строя;
• емкость;
• частота;
• материал корпуса — пластик применяется для маломощных диодов, металл — для устройств с высокой мощностью, чтобы обеспечить эффективный теплоотвод;
• размеры;
• диапазон допустимых рабочих температур.

Выбирайте выпрямительные диоды по описаниям в нашем каталоге диодов и приобретайте по выгодным ценам. Обращайтесь к нам за консультацией по выбору, ассортименту и ценам по бесплатному телефону, указанному вверху страницы, или закажите обратный звонок.

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования

Основное назначение полупроводниковых диодов выпрямление переменного тока. Существуют диоды других назначений, о которых будем говорить позже.

Итак, диоды — это буквально двухэлектродные компоненты. Электроды имеют названия: анод и катод. Типовая графема диода, дополненная графическими пояснениями показана на рисунке 2.1.

Если к диоду приложено прямое напряжение (т.е. анод имеет положительный потенциал относительно катода), то говорят, что диод открыт и через него течёт прямой ток. Если к диоду приложено обратное напряжение (катод имеет положительный потенциал относительно анода), то диод закрыт и в этом режиме протекает обратный ток малого значения.

Основные технические характеристики выпрямительных диодов

В сравнении с рассмотренными ранее пассивными компонентами диод имеет более сложное поведение в электрической цепи. Это поведение описывается вольтамперной характеристикой диода. Рассмотрим ВАХ, справедливую для маломощных диодов (показано на рисунке 2.2).

Из рисунка мы видим, что свойства диода далеки от наших предварительных представлениях о диоде как об идеальном ключе.

При открытом состоянии (правая область оси Х) на диоде выделяется небольшое напряжение, которое не превышает нескольких сотен милливольт и нелинейно зависит от протекающего через диод тока. Ток через открытый диод должен быть ограничен допустимыми значениями.

При подаче на диод обратного напряжения, через него протекает ток, меньший 1 мкА, и он лавинообразно возрастает при значениях в несколько десятков вольт. Это лавинообразное нарастание обратного тока называют тепловым пробоем, состояние, при котором диод выходит из строя – «сгорает».

Таким образом, выпрямительные диоды принято выбирать по двум основным характеристикам: предельному значению прямого тока и предельному значению обратного напряжения.

Значение при расчётах имеет также прямое падение напряжения на диоде. Это напряжение может отличаться на несколько сотен милливольт у разных разновидностей диодов.

Так, например, при прочих равных условиях германиевые диоды (сегодня не выпускаются) имеют меньшее прямое напряжение в сравнении с кремниевыми диодами милливольт на 400. Современные диоды Шотки имеют малое падение напряжение даже при относительно больших токах.

Конструктивные варианты

Конструктивные варианты диодов представлены на рисунке 2.3, таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Таблица характеристик выпрямительного диода BAS70

Предельный прямой постоянный ток, мА

Предельный прямой ток, амплитудное значение, мА

Предельное обратное напряжение, В

Рабочий диапазон температур, ºС

Примеры применения выпрямительных диодов

Использование выпрямительных диодов при создании резервированного источника питания

Типовая схема резервированного питания нагрузки показана на рисунке 2.4.

Схема содержит источник основного питания от сети переменного тока (АС/DC-преобразователь) и резервную батарею. Два навстречу включённых диода (VD1, VD2) запрещают протекание тока от одного источника к другому.

Недостаток схемы проявляется в том случае, когда основной источник энергии отключается и нагрузка питается от резервной батареи. Дело в том, что часть энергии, потребляемой схемой от батареи, рассеивается на диоде. Чем больше падение напряжения на диоде, тем больше потери.

В нашем примере мы предположили, что Uд=0,5В и тогда потери составят 10% мощности, отдаваемой батареей:

т.е. при Uд=0,5 В Рбат= (0,5+4,5)_*Iнагр = 5_*Iнагр

В том случае, когда в нашем распоряжении имеется ВАХ выбранного диода, мы можем получить значение Uд графически. Для этого достаточно построить нагрузочную прямую для рассматриваемой схемы:

Требуемое для расчёта напряжение мы получим в точке пересечения прямой Е-I_*Rнагр и ВАХ диода на совмещённом графике (показано на рисунке 2.5).

Эту точку принято называть рабочей точкой выбранного режима работы диода.

Справедливости ради укажем, что большого выигрыша в точности определения Uд мы здесь не получим, т.к. ВАХ представлена в технических описаниях как усреднённая характеристика с некоторым разбросом, да к тому же эта характеристика сильно зависит от температуры окружающей среды. Этот способ определения Uд мы рассматриваем как вспомогательный и более наглядный. Им мы будем пользоваться и при описании других нелинейных компонентов.

Двухполупериодный выпрямитель

Частая схемотехническая задача – создание из переменного напряжения постоянного для питания электронных схем. Эта задача может быть решена за два этапа: этап выпрямления и этап фильтрации исходного напряжения.

Использование двухполупериодного выпрямителя и емкостного фильтра показано на рисунке 2.6. На схемах показано протекание токов в разные полупериодывходного синусоидального напряжения и формы выходного напряжения как в отсутствии, так и при наличии емкостного фильтра (Cф).

Как мы уже знаем, конденсатор является накопителем энергии, он это делает во время нарастания полуволны входного напряжения и отдаёт энергию в промежутке между соседними выпрямленными полуволнами, когда напряжение спадает до недопустимого по расчёту значения. Форма исходно пульсирующего напряжения при этом несколько сглаживается, однако небольшие пульсации всегда сохраняются. Они возрастают при возрастании тока нагрузки. Для снижения пульсаций необходимо увеличивать ёмкость Cф.

Измерение характеристик диодов

Обычно на практике решаются две задачи: проверяется работоспособность диода (не пробит ли pn-переход) и измеряется напряжение на диоде при некотором (типовом) значении тока через него.

Наиболее удобно это делать с помощью цифрового мультиметра: все современные мультиметры реализуют несложную функцию «измерения прямого напряжения диодов» («прозвонка» диода) (показано на рисунке 2.7).

При этом на дисплее мультиметра высвечивается значение прямого напряжения при некотором тестовом токе, заложенным в схемотехнику мультиметра.

Измерение осуществляется в следующей последовательности: секторный переключатель режимов мультиметра переводится в положение « » и за-тем с соблюдением полярности ко входам мультиметра подключается испытуемый диод.

Примечание – Упрощённая схема измерения прямого напряжения будет показана в подразделе с операционными усилителями.

• Вы здесь:
• Главная
• Обучение
• Техническая учеба АиМ
• Противопомпажное регулирование

© 2024 Info KS — техническое обучение персонала на компрессорных станциях газотранспортных предприятий

Закрытый канал телеграм

Канал обучения по профессии Машинист ТК и Сменный инженер (инженер по ЭОГО) от А до Я

✅Всё о конструкции и работе оборудования КС с ГПА-Ц-16

✅Правильная эксплуатация и особенности

✅Внештатные ситуации и способы выхода из них

✅Опросы в виде тестов

✅Возможность задавать вопросы

Обозначения диодов и принцип работы, ВАХ

Выпрямительные диоды — это полупроводниковые приборы, которые имеют один p-n переход и два металлических вывода. Вся система заключена в пластмассовом, металлическом, стеклянном или металлокерамическом корпусе. Предназначены для преобразования переменного тока в постоянный.

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

  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

    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

      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.

        Принцип действия выпрямительного диода

        Полупроводники по своим электрическим свойствам являются чем-то средним между проводниками и диэлектриками.

        

        Как ведет себя диод при прямом и обратном включении

        Прямое направление — направление постоянного тока, в котором диод имеет наименьшее сопротивление.

        Обратное направление — направление постоянного тока, в котором диод имеет наибольшее сопротивление.

        Рассмотрим поведение тока в цепи при прямом и обратном включении на переменное и постоянное напряжение. Изначально мы будем иметь синусоиду, которая получается от источника переменного тока.

        

        При таких способах подключения отсекается половина синусоиды положительная или отрицательная. На выходе — пульсирующий переменный ток одного знака (считай, постоянный, только загвоздка в том, что им никто не пользуется).

        • анод (для прямого включения подключаем к плюсу), основание треугольника
        • катод (подключаем к минусу для прямого включения) палочка

        Ток течет от анода к катоду, некоторые прибегают к сравнению с воронкой. В широкое горлышко жидкость проходит быстрее, чем в узкое. Принцип работы заключается в пропускании тока при прямом включении и запирании диода при обратном включении (отсутствии тока). Всё дело в запирающем слое, который испаряется или расширяется в зависимости от способа подключения диода.

        Рассмотрим поведение диода в схеме постоянного тока. На левом изображении ток, напряжение проходит — лампочка горит (черная) — это прямое включение. На правом изображении диод не пропускает достаточно тока и напряжения для загорания лампочки — обратное включение.

        

        ВАХ выпрямительных диодов (Ge, Si)

        Вольт-амперные характеристики диодов представляют собой графики зависимостей прямых и обратных токов (Y) и напряжений (X) при различных температурах.

        

        При подаче обратного напряжения, превышающего пороговое значение, величина обратного тока возрастает и происходит пробой p-n слоя. Стоит обратить внимание и на порядки чисел по осям. Величины обратного тока на порядок меньше прямого. Значения прямого напряжения на порядок меньше обратного. По достижении порогового значения прямого напряжения прямой ток начинает увеличиваться лавинообразно.

        Разница между диодами в том, что обратный ток кремниевых диодов меньше, чем у германиевых. Поэтому, за счет большего тока, у Ge диодов пробой носит тепловой характер, у Si — преобладает электрический пробой. Мощность, рассеиваемая при одинаковых токах у германиевых диодов меньше.

        Выпрямительные диоды: предназначение, особенности, принцип работы

        

        Основное предназначение выпрямительных диодов состоит в изменении характера переменного тока для последующего превращения его в постоянный. Данные радиокомпоненты находят применение в цепях согласования и развязки, умножителях напряжения и других устройствах без жёстких требований по частотным характеристикам сигналов. Чаще всего эти элементы используются для выпрямления переменного тока промышленной частоты 50 Гц.

        Данные радиокомпоненты входят в состав выпрямителей переменного тока и блоков питания. Правда, в этом случае обычно используются не дискретные выпрямительные диоды, а так называемый диодный мост. Самый простой мост состоит из четырёх диодов. С его выхода снимается практически идеальный постоянный ток, который нуждается лишь в незначительной коррекции, для чего используются цепи, состоящие из резисторов и конденсаторов.

        Основными электрическими параметрами выпрямительных диодов являются следующие:

        1. Максимальное постоянное обратное напряжение;
        2. Максимальное импульсное обратное напряжение;
        3. Максимальный прямой ток;
        4. Максимальный импульсный прямой ток;
        5. Постоянное прямое напряжение;
        6. Общая емкость диода;
        7. Обратный ток диода при предельном обратном напряжении;
        8. Рабочая частота диода;
        9. Рассеиваемая мощность на диоде.

        Особенности выпрямительного диода

        

        Главная отличительная особенность диодов этого типа состоит в том, что в их конструкции используются так называемые плоскостные p-n-переходы, обеспечивающие нормальные условия для протекания прямого тока. Однако подобные переходные зоны обладают значительной ёмкостью, которая ограничивает рабочую частоту радиокомпонентов.

        Поскольку выпрямительные диоды оперируют достаточно высокими мощностями, важную роль при их эксплуатации играет такое явление, как пробой. Принципиально его можно описать следующим образом. При росте обратного напряжения выше некоей пороговой величины в полупроводниках начинают протекать физико-химические процессы, приводящие к появлению обратной проводимости. Такой диод начинает беспрепятственно пропускать электрический ток в обоих направлениях, то есть перестаёт исполнять свою ключевую функцию.

        Существует несколько видов пробоя – лавинный, туннельный, тепловой. Их концептуальное различие заключается в возможности восстановления диода после пробоя. Если после лавинного и туннельного радиодеталь при некоторых условиях может восстановиться и продолжать нормально работать, то тепловой пробой почти гарантированно приводит к фатальному выходу диода из строя.

        Исполнение выпрямительных диодов

        Для изготовления данных радиокомпонентов используются два полупроводника – кремний и германий. Кремниевые элементы выгоднее в функциональном отношении, так как их обратный ток гораздо меньше того же параметра германиевых изделий. Кроме того, выпрямительные диоды на основе кремния не так критичны в отношении нагрева, как германиевые, поэтому могут работать при более высокой температуре. Однако с этим связан существенный минус кремниевых элементов – если они пробиваются обратным напряжением, то пробой носит тепловой характер. Это означает, что пробитый диод из кремния почти всегда приходится заменять новым.

        В большинстве случаев выпрямительные диоды заключаются в мощные металлические корпуса, которые обеспечивают не только механическую прочность изделий, но и нормальное теплоотведение. Выпрямительные диоды в сравнении с другими типами крупнее. Особенно большими являются высоковольтные устройства, рассчитанные на оперирование большими мощностями. Такие диоды используются на электрических подстанциях и прочих объектах электроэнергетической отрасли.

        Похожие публикации:

        1. Autodesk license patcher uninstaller
        2. Математическая формулировка принципа гюйгенса френеля
        3. Меры безопасности при подъеме и перемещении опор вл 10 20 кв
        4. Уклон пандуса для автомобилей при въезде в гараж