Следует иметь ввиду, что приведенный пример построен так, чтобы выявить влияние переходных процессов в диоде на мощность рассеяния в нем. В самом деле, при столь большой пиковой мощности скорость нарастания температуры перехода окажется несоизмеримой со скоростью отвода тепла от кристалла. Это неизбежно приведет к испарению кристалла.

Контрольные задания

1.Объясните особенности выпрямления малых и больших напряжений в выпрямителях на кремниевых и германиевых диодах.

2.Объясните особенности параллельного включения диодов, выполненных по разным технологиям.

3.Прокомментируйте способы обеспечения надежной работы диодов при параллельном включении.

4.Объясните особенности последовательного включения диодов в высоковольтных выпрямителях гармонических напряжений.

5.Объясните особенности построения высоковольтных выпрямителей прямоугольных напряжений.

6.Прокомментируйте учет динамических характеристик диодов в реальных выпрямителях.

4. Основные типы выпрямительных диодов и их особенности

На рынке диодов сегодня можно, в основном, встретить три типа выпрямительных диодов: кремниевые, диоды Шоттки и германиевые.

4.1. Кремниевые диоды

Этот тип диодов наиболее распространён. Они составляют около 90% рынка диодов. Их основная характеристика – высокая допустимая температура перехода – порядка 170-200 0С. Именно это обстоятельство позволяет таким диодам работать при больших токах, несмотря, на повышенное падение напряжения на них. По этой же причине при одинаковых номинальных токах кремниевые диоды имеют сравнительно малые массогабаритные характеристики. Обратные токи переходов у кремниевых диодов очень малы, но сильно увеличиваются с ростом температуры перехода.

Достаточно высокий потенциальный барьер кремниевого p-n-перехода позволяет изготавливать диоды на более высокое напряжение по сравнению с другими типами диодов.

Отличаются они и большим быстродействием – более высокочастотные.

Основной недостаток кремниевых диодов – повышенное падение напряжения на них.

33

4.2. Диоды Шоттки

Выпрямительные свойства таких диодов обеспечиваются переходом металл-полупроводник. Схематичное устройство диода представлено на рис. 20.

П

рибор состо ит из дву

х

слоёв: сло

й

кре

мни я с элек тро нно

й

проводимостью и слой металла. Слои разделены контактной поверхностью – образуют плоский контакт на атомном уровне, – обладающий односторонней проводимостью. В качестве металлов используются: молибден, хром, платина, вольфрам и т. д. Тем самым предопределяется большая разновидность конструктивного исполнения диодов, а следовательно и большое разнообразие их характеристик, в частности, в части их частотных свойств.

В диоде Шоттки основными носителями тока являются электроны – основные носители обоих слоёв. При подаче прямого напряжения на диод, рис. 20, в нём наблюдается поток электронов из кремниевого слоя в металлический. Эти электроны, как и в электронных лампах с нитью накала, обладают большой кинетической энергией. Отсюда и иногда встречающееся название “диоды на горячих носителях”.

При обратном смещении, через диод течёт обратный ток перехода, образуемый электронами металлического слоя. Этот ток достаточно велик. Он превышает обратный ток кремниевых переходов. Более того, он сильнее зависит от температуры. Это и есть основной недостаток диодов Шоттки. Существующие диоды Шоттки могут устойчиво работать в диа-

34

позоне температур от -65 0С до +1500С. При низких температурах обратный ток достигает нескольких микроампер у маломощных диодов и нескольких миллиампер у мощных.

Обратные напряжения у таких диодов обычно оказываются меньшими, нежели у диодов с p-n-переходами. Так диод Шоттки с номинальным током Iн = 50А имеет обратное напряжение порядка 150В. Диод с обычным переходом при таком токе характеризуется втрое большим напряжением. Сравнительные вольт-амперные характеристики диодов Шоттки и диодов с обычными переходами представлены на рис. 21.

Основное достоинство диодов Шоттки заключается в их высоком быстродействии и малом прямом падении напряжения. Их быстродействие в 5 – 10 раз превышает быстродействие диодов на p-n-переходах при тех же номинальных токах. Прямое же падение напряжения у них в 2–3 раза меньше, чем у кремниевых диодов. Максимальная рабочая частота дио-

дов Шоттки превышает сотни килогерц даже при токах до 30А. Это обстоятельство делает диоды Шоттки незаменимыми в выпрямителях прямоугольных напряжений, а также в цепях защиты электронных и механических ключей, коммутирующих цепи, имеющие индуктивности.

Условные обозначения диода Шоттки на схемах представлены на рис.

22.

35

При размыкании цепи с индуктивностью L ключом К (рис. 23) в ин-

дуктивности возникает ЭДС самоиндукции e = −L	I	, где I – измене-
	t

ние тока в индуктивности; t – время размыкания цепи с индуктивностью. При замкнутом идеальном ключе – Rкл=0 – ток в индуктивности равен:

I =U R, где R – резистивное сопротивление катушки индуктивности.

При разомкнутом ключе ток в ней становится равным нулю. Следователь-

но, I =U R −0 =U R . Время размыкания цепи ключом может

быть очень малым, что обуславливает большую скорость изменения тока в индуктивности, а следовательно, и большую ЭДС в ней.

Поскольку индуктивность стремится поддерживать обтекающий ее ток, то знаки ЭДС должны соответствовать рис. 23 а. Следовательно, при размыкании цепи ЭДС катушки индуктивности оказывается включенной последовательно и согласно с напряжением питания Uп. В результате к межконтактному промежутку ключа окажется приложенным напряжение U=Uп+e. В силу малости t это суммарное напряжение может оказаться очень большим – достаточным для пробоя воздушного слоя между контактами. Между ними возникает искра (дуга), что существенно повышает износ контактов. Если в качестве ключа используется транзистор, то возможен пробой участка “коллектор-эмиттер” транзистора.

Для защиты ключей необходимо обеспечить разряд индуктивности не через межконтактный промежуток – участок ”коллектор-эмиттер” в слу36