Выпрямительные диоды

Выпрямительные диоды

В выпрямителях переменного напряжения наибольшее примене­ние находят германиевые и кремниевые полупроводниковые диоды. Основными методами получения р-n переходов для выпрямитель­ных диодов являются сплавление и диффузия.

Конструкция маломощного сплавного кремниевого диода пока­зана на рис. 6,1, а. Электронно-дырочный переход образуется вплавлением алюминия в кремний. Пластинка кремния с р-n пере­ходом припаивается к кристаллодержателю, являющемуся одно­временно основанием корпуса диода. К кристаллодержателю приваривается корпус со стеклянным изолятором, через который проходит вывод алюминиевого электрода.

Риc. 6.1. Конструкция выпрямительных диодов:

а - сплавной маломощный кремниевый диод (1 - внешние выводы; 2 — кристаллодержатель;

3 - корпус; 4 -стеклянный изолятор; 5 - алюминиевая проволока; 6 - кристалл; 7- припой);

б - мощный выпрямительный диод (1 - внешние выводы; 2 - стеклянный изолятор; 3 - корпус;

4 - кристалл; 5 — припой; 6 - кристаллодержатель);

в— выпрями­тельный столб

В диффузионных диодах р-n переход создается при высокой температуре диффузией примеси в кремний или германий из среды, содержащей пары примесного материала. Конструкции диффузион­ных и сплавных выпрямительных диодов аналогичны. Маломощные выпрямительные диоды имеют относительно небольшие габариты и массу и с помощью гибких выводов монтируются в схему. У мощ­ных диодов кристаллодержатель представляет собой массивное теплоотводящее основание с винтом и плоской внешней поверх­ностью для обеспечения надежного теплового контакта с внешним теплоотводом (рис. 6.1, б). Между кристаллом и основанием обыч­но помещают пластинку из вольфрама или ковара, имеющую при­мерно такой же коэффициент линейного расширения, как и материал кристалла. Это способствует уменьшению механических напряже­ний в кристалле при изменении температуры.

Выпрямительные столбы представляют собой несколько специ­ально подобранных диодов, соединенных последовательно и зали­тых эпоксидной смолой. Внешний вид и схематическое устройство типичного выпрямительного столба показаны на рис. 6.1, в.

Работа полупроводникового выпрямительного диода основана на свойстве р-n перехода пропускать ток только в одном направ­лении.

Основной характеристикой полупроводниковых диодов являет­ся вольтамперная характеристика. Для сравнения на рисунке при­ведены типовые вольтамперные характеристики германиевого и кремниевого диодов. Кремние­вые диоды имеют во много раз меньшие обратные токи при одинаковом напряжении, чем германиевые. Допустимое об­ратное напряжение кремние­вых диодов может достигать 1500 В,

в то время как у германиевых оно лежит в пре­делах 100...400 В. Кремниевые диоды могут работать при тем­пературах -60...+150°С, а германиевые — 60...-85 °С. Это обусловлено тем, что при температурах выше 85 °С резко увели­чивается собственная проводимость германия, приводящая к недо­пустимому возрастанию обратного тока. Вместе с тем прямое падение напряжения у кремниевых диодов больше, чем у германие­вых. Это объясняется тем, что у германиевых диодов можно полу­чить величину сопротивления в прямом направлении в 1,5—2 раза меньшую, чем у кремниевых, при одинаковом токе нагрузки. По­этому мощность, рассеиваемая внутри германиевого диода, во столько же раз меньше. В связи с этим в выпрямительных уст­ройствах низких напряжений выгоднее применять германиевые диоды.

К основным стандартизированным параметрам выпрямительных диодов относятся:

Средний прямой ток /_ПР.СР - среднее за период значение пря­мого тока.

Максимально допустимый средний прямой ток /_{ПР.СР.max}.

Средний выпрямленный ток /_ВП.СР - среднее за период значение выпрямленного тока, протекающего через диод (с учетом обратного тока).

Максимально допустимый средний выпрямленный ток – I_{ВП.СР.max}.

Постоянное прямое напряжение U_ПР. - значение постоянного напряжения на диоде при заданном постоянном прямом токе.

Среднее прямое напряжение U_ПР.СР - среднее за период зна­чение прямого напряжения при заданном среднем значении пря­мого тока.

Постоянное обратное напряжение U_ОБР - значение постоян­ного напряжения, приложенного к диоду в обратном направлении.

Максимально допустимое постоянное обратное напряжение - U_ОБР._max

Максимально допустимое импульсное обратное напряжение - U_ОБР._И.max

Постоянный обратный ток /_ОБР — значение постоянного тока, протекающего через диод в обратном направлении при заданном, обратном напряжении.

Средний обратный ток /_ОБР,СР — среднее за период значение обрат­ного тока.

При разработке выпрямительных схем может возникнуть не­обходимость получить выпрямленный ток, превышающий предель­но допустимое значение для одного диода. В этом случае применяют параллельное включение однотипных диодов (рис. 6.3, а).

Для выравнивания токов, протекающих через диоды, последо­вательно с диодами включаются омические добавочные резисторы R_ДОБ порядка нескольких Ом. Это позволяет искусственно уравнять прямые сопротивления диодов, которые для разных образцов при­боров могут быть существенно различными.

В высоковольтных цепях часто используют последовательное соединение диодов (рис. 6.3, б). При таком соединении напряже­ние распределяется между всеми диодами.

Для обеспечения надеж­ной работы диодов параллельно каждому из них следует включить резистор (порядка 100 кОм) для выравнивания обратных сопротивлений. В этом случае напряжения на всех диодах будут рав­ными.

3