1.2.2. Выпрямительные диоды

Данные диоды находят широкое применение в выпрямителях переменного напряжения в постоянный разнообразной силовой и радиоэлектронной аппаратуры. В основном применяются сплавные диффузионные кремниевые и германиевые диоды. Конструктивно эти диоды подразделяются на диоды малой мощности рассчитанные на средние выпрямительные токи , средней мощности – на токи и большой мощности на токи . При этом германиевые диоды рассчитаны на работу с обратными напряжениями до 50-400В, а кремниевые – до 1000В. Эти два параметра – максимальный прямой ток I_{пр.макс} и допустимое обратное напряжение U_{обр.макс} – и определяют качество выпрямительных диодов [12]. Типичные ВАХ кремниевого и германиевого диодов приведены на рис.14,а. Для увеличения I_{пр.макс} в схемах выпрямления используется параллельное включение диодов, причем для выравнивания токов, протекающих через каждый диод, последовательно с ними включается резистор R_доб порядка нескольких Ом. (рис.14,б). Для увеличения U_{обр.макс} в высоковольтных схемах выпрямления используется последовательное соединение диодов, зашунтированных резисторами величиной порядка 100кОм для выравнивания обратных сопротивлений и напряжений на диодах (рис.14,в). На рис.15 приведены общий вид и ВАХ при разных температурах одного из реальных выпрямительных диодов типа Д243. Следует отметить, что приводимые в справочниках ВАХ имеют излом в начале координат, что объясняется лишь разницей в масштабах построения прямой и обратной ветвей ВАХ [12].

Рис. 14. Типичные ВАХ (а) германиевого (1) и кремниевого (2) диодов, а также параллельное (б) и последовательное (в) соединения диодов

Рис. 15. Общий вид (а) и ВАХ (б) реального выпрямительного диода Д243

Основное назначение выпрямительных диодов – преобразование переменного напряжения в постоянное в блоках питания (выпрямителях) различной электронной аппаратуры. Простейшие схемы выпрямителей а также основные их параметры и графики процессов работы приведены в нижеследующей таблице, в которой обозначены: U₀ – постоянная составляющая выпрямленного напряжения на нагрузке R_н; К_п=U_1m/U₀ – коэффициент пульсаций этого напряжения, где U_1m – амплитуда первой гармоники; f_п – частота пульсации; U_обр – обратное напряжение на диоде в его запертом состоянии.

Таблица простейших схем выпрямления

Принцип действия этих схем основан на рассмотренном свойстве односторонней электропроводности p-n перехода в диоде, т. е. положительная полуволна входного переменного напряжения открывает диоды и через нагрузку течет выпрямленный ток постоянной составляющей I₀ = U₀/R_н. При отрицательной полуволне диоды закрыты, ток равен нулю, а каждый из диодов оказывается под обратным напряжением U_обр.

Для уменьшения пульсаций и приведения формы пульсирующего выпрямленного тока, близкого к постоянному, последовательно с нагрузкой включают различные сглаживающие R-C-L фильтры нижних частот[19].

В схеме с умножением являющейся одной из ячеек умножителей высоковольтных выпрямителей телевизионных приемников (например, УН 8,5/ 25 – 1,2), выпрямленное на нагрузке напряжение получается равным удвоенному значению входного переменного напряжения, так как конденсатор С₂ периодически заряжается от напряжения равного сумме заряженного конденсатором С₁ напряжения и амплитуды входного переменного напряжения, пополняя таким образом напряжение на нагрузке за каждый из полупериодов.

Графики процессов работы выпрямителей к таблице:

а) однополупериодного; б) двухполупериодного со средней точкой и мостового; в) двухполупериодного с умножением; г) трехфазного с нейтральным выводом; д) трехфазного мостового