Пряме та зворотне включення діода, охарактеризувати пряму та зворотну напругу, прямі та зворотні струми діода. Як влаштовані та працюють напівпровідникові діоди Що таке прямий та зворотний струм

Діоди часто називаються «прямими» та «зворотними». З чим це пов'язано? Чим відрізняється "прямий" діод від "зворотного" діода?

Що є «прямий» діод?

Діод – це напівпровідник, що має 2 висновки, а саме – анод та катод. Використовується він для обробки у різний спосіб електричних сигналів. Наприклад, з метою їх випрямлення, стабілізації, перетворення.

Особливість діода в тому, що він пропускає струм лише в один бік. У зворотному напрямку – ні. Це можливо завдяки тому, що в структурі діода є 2 типи напівпровідникових областей, що відрізняються за провідністю. Перша умовно відповідає аноду, що має позитивний заряд, носіями якого є звані дірки. Друга – це катод, що має негативний заряд, його носії – електрони.

Діод може функціонувати у двох режимах:

• відкритому;
• закритому.

У першому випадку через діод добре проходить струм. У другому режимі - важко.

Відкрити діод можна за допомогою прямого включення. Для цього потрібно підключити до анода позитивний провід від джерела струму, а до катода негативний.

Прямим також може бути напруга діода. Неофіційно – і сам напівпровідниковий прилад. Таким чином, «прямим» є не він, а підключення до нього або напруга. Але для простоти розуміння в електриці «прямим» найчастіше називається і сам діод.

Що є «зворотний» діод?

Закривається напівпровідник за допомогою, своєю чергою, зворотної подачі напруги. Для цього необхідно змінити полярність проводів від джерела струму. Як і у випадку з прямим діодом, формується зворотна напруга. «Зворотним» - за аналогією з попереднім сценарієм - називається і сам діод.

Порівняння

Головна відмінність "прямого" діода від "зворотного" діода - у способі подачі струму на напівпровідник. Якщо він подається з метою відкриття діода, напівпровідник стає «прямим». Якщо полярність проводів від джерела струму змінюється - напівпровідник закривається і стає «зворотним».

Розглянувши, у чому різниця між «прямим» діодом та «зворотним» діодом, відобразимо основні висновки в таблиці.

ВАХ діода.

(ВАХ) – графік залежності струму через двополюсник від напруги на цьому двополюснику. Найчастіше розглядають ВАХ нелінійних елементів (ступінь нелінійності визначається коефіцієнтом нелінійності оскільки для лінійних елементів ВАХ є прямою лінією і не має особливого інтересу.

Нелінійність ВАХ обумовлена ​​тим, що опір НЕ залежить від прикладеної напруги (діоди, стабілітрони) або від струму (терморезистори). ВАХ нелінійних елементів описується рівняннями, ступеня яких вище за першу. Оскільки опір НЕ величина змінна, то миттєве значення струму в них не пропорційні миттєвим значенням напруги. (Стор.117 Методика)

Прямий та зворотний струм. Пряма та зворотна напруга.

Коли опір р - n переходу мало, через діод тече струм, званий прямим струмом. Чим більша площа р - n переходу та напруга джерела живлення, тим більший цей прямий струм. Якщо полюси елемента поміняти місцями, діод опиниться у закритому стані. Утворюється зона, збіднена електронами та дірками, вона чинить струм дуже великий опір. Однак у цій зоні невеликий обмін носіями струму між областями діода все ж таки відбуватиметься. Тому через діод піде струм, але набагато менший, ніж прямий. Цей струм називають зворотним струмом діода. Якщо діод включити в ланцюг зі змінним струмом, він відкриватиметься при позитивних напівперіодах на аноді, вільно пропускаючи струм одного напрямку - прямий струм Iпр., і закриватиметься при негативних напівперіодах на аноді, майже не пропускаючи струм протилежного спрямування- Зворотний струм Iобр. Напруга, при якому діод відкривається і через нього йде прямий струм, називають прямим(Uпр.), а напруга зворотної полярності, при якому діод закривається і через нього йде зворотний струм, називають зворотним(Uобр.) При прямому напрузі опір діода хорошої якостіне перевищує кількох десятків ом, при зворотній напрузі його опір досягне десятків, сотень кілоом і навіть мегаом.

Напруга пробою.

Діелектрик, перебуваючи в електричному полі, втрачає свої електроізоляційні властивості, якщо напруженість поля перевищить певне критичне значення. Це явище зветься пробою діелектрика або порушення його електричної міцності. Властивість діелектрика протистояти пробою називається електричною міцністю (Епр). Напруга, при якій відбувається пробій ізоляції, називають пробивною напругою (Uпр).

безкоштовній онлайн бібліотеці «КнигаГо.ру»

http://knigago.ru

I. РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ ДІОДІВ

Випрямні діоди призначені для випрямлення змінного струму низької частоти (зазвичай менше 50 кГц). Як випрямлячі використовують площинні діоди, що допускають завдяки значній площі контакту великий випрямлений струм. Вольт-амперна характеристика діода виражає залежність струму, що протікає через діод, від значення та полярності прикладеної до нього напруги (рис.1.1). Гілка, розташована в першому квадранті, відповідає прямому (пропускному) напрямку струму, а розташована в третьому квадранті зворотному напрямку струму.

Чим крутіше і ближче до вертикальної осі пряма гілка, і ближче до горизонтальної гілка зворотна, тим краще випрямні властивості діода. При досить великому зворотному напрузі у діода настає пробій, тобто. різко зростає зворотний струм. Нормальна робота діода як елемент з односторонньою провідністю можлива лише в режимах, коли зворотна напруга не перевищує пробивного.

Струми діодів залежать від температури (див. рис.1.1). Якщо через діод протікає постійний струм, то за зміни температури падіння напруги на діоді змінюється приблизно 2 мВ/°С. При збільшенні температури зворотний струм збільшується вдвічі у германієвих і в 2,5 рази у кремнієвих діодів на кожні 10°С. Пробивна напруга при збільшенні температури знижується.

Високочастотні діоди – прилади універсального призначення: для випрямлення струмів у широкому діапазоні частот (до кількох сотень МГц), для модуляції, детектування та інших нелінійних перетворень. Як високочастотні в основному використовуються точкові діоди. Високочастотні діоди мають ті ж властивості, що й випрямляючі, але діапазон їх робочих частот набагато ширший.

Основні параметри:

Unp- постійна пряма напруга при заданому постійному прямому струмі;

Uобр- Постійна зворотна напруга, прикладена до діода у зворотному напрямку;

Іпр- постійний прямий струм, що протікає через діод у прямому напрямку;

Iобр- постійний зворотний струм, що протікає через діод у зворотному напрямку при заданій зворотній напрузі;

Unp.oбр- значення зворотної напруги, що викликає пробій переходу діода;

Inp.cp- Середній прямий струм, середнє за період значення прямого струму діода;

Iвп.ср-середній струм, що випрямляє, середнє за період значення випрямленого струму, що протікає через діод (з урахуванням зворотного струму);

Ioбр.cp- Середній зворотний струм, середнє за період значення зворотного струму;

Рпр- пряма потужність, що розсіюється, значення потужності, що розсіюється діодом при протіканні прямого струму;

Pср- середня потужність діода, що розсіюється, середнє за період значення потужності, що розсіюється діодом при протіканні прямого і зворотного струму;

Rдіф- диференціальний опір діода, відношення малого збільшення напруги діода до малого збільшення струму на ньому при заданому режимі

(1.1)

Rnp.д. - Прямий опір діода по постійному струмузначення опору діода, отримане як приватне від поділу постійної прямої напруги на діоді і відповідного прямого струму

Rобр.д- Зворотний опір діода; значення опору діода, отримане як приватне від поділу постійної зворотної напруги на діоді та відповідного постійного зворотного струму

(1.3)

Максимально допустимі параметривизначають межі експлуатаційних режимів, у яких діод може працювати із заданою ймовірністю протягом встановленого терміну служби. До них відносяться: максимально допустима постійна зворотна напруга Uобр.max; максимально допустимий прямий струм Iпр.max, максимально допустимий середній прямий струм Iпр.ср.max, максимально допустимий середній випрямлений струм Iвп.пор.max, максимально допустима середня потужність діода, що розсіюється. Рср.max.

Зазначені параметринаводяться у довідковій літературі. Крім того, їх можна визначити експериментально та за вольт-амперними характеристиками.

Диференціальний опір знаходимо як котангенс кута нахилу дотичної, проведеної до прямої гілки ВАХ у точці Iпр= 12 мА ( Rдиф ~ ctg Θ ~)

(1.4)

Прямий опір діода знаходимо як відношення постійної напруги на діоді Uпр=0,6В до відповідного постійного струму Iпр= 12мА на прямій гілки ВАХ.

(1.5)

Бачимо, що Rдіф < Rпр.д. Крім того, відзначимо, що значення параметрів залежать від заданого режиму. Наприклад, для цього ж діода при Іпр= 4мА

(1.6) , (1.7)

Розрахувати Rобр.ддля діода ГД107 при Uобр= 20 В і порівняти з розрахованою величиною Rпр.д. На зворотній гілці ВАХ ГД107 (див. рис. 1.2) знаходимо: Iобр= 75мкА при Uобр= 20В. Отже,

(1.8)

Бачимо, що Roбр>>Rпр.дщо говорить про односторонню провідність діода. Висновок про односторонню провідність можна зробити і безпосередньо з аналізу ВАХ: прямий струм Іпр~мА при Uпр <1B, в то время как Iобp~ десятки мкА при Uобр~десяткивольт, тобто. прямий струм перевищує зворотний у сотні-тисячі разів

(1.9)

Стабілітрони і стабистори призначені для стабілізації рівня напруги при зміні струму, що протікає через діод. У стабілітронів робітником є ​​ділянка електричного пробою вольт-амперної характеристики в галузі зворотної напруги (рис. 1.3).

На цій ділянці напруга на діоді залишається практично постійною при значній зміні струму, що протікає через діод. Подібною характеристикою мають сплавні діоди з базою, виготовленою з низькоомного (високолегованого) матеріалу. При цьому утворюється вузький p-n-перехід, що створює умови для виникнення електричного пробою при відносно низьких зворотних напругах (одиниці - десятки вольт). А саме така напруга потрібна для живлення багатьох транзисторних пристроїв. У германієвих діодах електричний пробій швидко переходить у тепловий, тому як стабілітрони застосовують кремнієві діоди, що мають більшу стійкість щодо теплового пробою. У стабісторів робочим служить пряма ділянка вольт-амперної характеристики (рис.1.4). У двосторонніх (двох-анодних) стабілітронів є два зустрічно включені p-n переходи, кожен з яких є основний для протилежної полярності.

Основні параметри:

Uст- напруга стабілізації, напруга на стабілітроні при перебігу номінального струму;

∆Uст.ном- розкид номінального значення напруги стабілізації, відхилення напруги на стабілітроні від номінального значення;

Rдиф.ст- диференціальний опір стабілітрона, відношення збільшення напруги стабілізації на стабілітроні до малого збільшення струму, що викликало його, в заданому діапазоні частот;

α СТ – температурний коефіцієнт напруги стабілізації, відношення відносної зміни напруги стабілізації до абсолютної зміни температури навколишнього середовища при постійному струмі стабілізації.

Максимально допустимі параметри. До них відносяться: максимальний Іст.max, мінімальний Iст.minструми стабілізації, максимально допустимий прямий струм Imax, максимально допустима розсіювана потужність Pmax.

Принцип роботи найпростішого напівпровідникового стабілізатора напруги (рис.1.5) заснований на використанні нелінійності вольт-амперної характеристики стабілітронів (див. рис.1.3). Рогрта кремнієвого стабілітрона VD. Навантаження Rн підключається до стабілітрону,

У цьому випадку напруга на навантаженні дорівнює напрузі на стабілітроні

U R Н = U VD = U СТ(1.10)

а вхідна напруга розподіляється між Рогрта VD

U ВХ = U R ОГР + U СТ(1.11)

Струм через Рогрзгідно з першим законом Кірхгофа дорівнює сумі струмів навантаження та стабілітрону

I R ОГР = I СТ + I Н (1.12)

Величина Рогрвибирається таким чином, щоб струм через стабілітрон дорівнював номінальному, тобто. відповідав середині робочої ділянки.

I СТ.НОМ = (I СТ.МІН + I СТ.МАКС) / 2 (1.13)

Здрастуйте шановні читачі сайту sesaga.ru. У першій частині статті ми з Вами розібралися, що таке напівпровідник і як виникає у ньому струм. Сьогодні ми продовжимо розпочату тему та поговоримо про принцип роботи напівпровідникових діодів.

Діод – це напівпровідниковий прилад з одним p-n переходом, що має два висновки (анод та катод), і призначений для випрямлення, детектування, стабілізації, модуляції, обмеження та перетворення електричних сигналів.

За своїм функціональним призначенням діоди поділяються на випрямні, універсальні, імпульсні, НВЧ-діоди, стабілітрони, варикапи, перемикаючі, тунельні діоди і т.д.

Теоретично ми знаємо, що діод в один бік пропускає струм, а в інший ні. Але як і яким чином він це робить, знають і розуміють не багато хто.

Схематично діод можна подати у вигляді кристала що складається з двох напівпровідників (областей). Одна область кристала має провідність p-типу, а інша - провідність n-типу.

На малюнку дірки, що переважають області p-типу, умовно зображені червоними кружками, а електрони, що переважають області n-типу - синіми. Ці дві області є електродами діода анодом та катодом:

Анод – позитивний електрод діода, у якому основними носіями заряду є дірки.

Катод – негативний електрод діода, у якому основними носіями заряду є електрони.

На зовнішні поверхні областей нанесені контактні металеві шари, до яких припаяно дротяні висновки електродів діода. Такий прилад може бути лише в одному з двох станів:

1. Відкрите - коли він добре проводить струм;2. Закрите – коли він погано проводить струм.

Пряме включення діода. Прямий струм.

Якщо до електродів діода підключити джерело постійної напруги: на виведення анода «плюс» а на виведення катода «мінус», то діод виявиться у відкритому стані і через нього потече струм, величина якого залежатиме від прикладеної напруги та властивостей діода.

При такій полярності підключення електрони з області n-типу спрямують назустріч діркам в область p-типу, а дірки з області p-типу рушать назустріч електронам в область n-типу. На межі розділу областей, званої електронно-дірковим або p-n переходом, вони зустрінуться, де відбувається їхнє взаємне поглинання або рекомбінація.

Наприклад. Основні носії заряду в області n-типу електрони, долаючи p-n перехід, потрапляють у дірочну область p-типу, в якій вони стають неосновними. Електрони, що стали неосновними, поглинатимуться основними носіями в дірковій ділянці – дірками. Так само дірки, потрапляючи в електронну область n-типу стають неосновними носіями заряду у цій галузі, і також поглинатися основними носіями – електронами.

Контакт діода, з'єднаний з негативним полюсом джерела постійної напруги віддаватиме області n-типу практично необмежену кількість електронів, поповнюючи зменшення електронів у цій галузі. А контакт, з'єднаний з позитивним полюсом джерела напруги, здатний прийняти з області p-типу таку ж кількість електронів, завдяки чому відновлюється концентрація дірок в p-типу. Таким чином, провідність p-n переходу стане великою і опір струму буде мало, а значить через діод буде текти струм, званий прямим струмом діода Iпр.

Зворотне включення діода. Зворотний струм.

Поміняємо полярність джерела постійної напруги – діод опиниться у закритому стані.

У цьому випадку електрони в області n-типу переміщатимуться до позитивного полюса джерела живлення, віддаляючись від p-n переходу, і дірки, в області p-типу, також віддалятимуться від p-n переходу, переміщаючись до негативного полюса джерела живлення. В результаті межа областей як би розшириться, чому утворюється зона збіднена дірками та електронами, яка чинитиме струму великий опір.

Але, оскільки в кожній з областей діода присутні неосновні носії заряду, то невеликий обмін електронами та дірками між областями відбуватиметься все ж таки. Тому через діод протікатиме струм у багато разів менший, ніж прямий, і такий струм називають зворотним струмом діода (Iобр). Як правило, на практиці, зворотним струмом p-n переходу нехтують, і звідси виходить висновок, що p-n перехід має лише односторонню провідність.

Пряма та зворотна напруга діода.

Напруга, при якому діод відкривається і через нього йде прямий струм називають прямим (Uпр), а напруга зворотної полярності, при якому діод закривається і через нього йде зворотний струм називають зворотним (Uобр).

При прямому напрузі (Uпр) опір діода вбирається у кількох десятків Ом, зате при зворотному напрузі (Uобр) опір зростає до кількох десятків, сотень і навіть тисяч кілоом. У цьому не важко переконатись, якщо виміряти зворотний опір діода омметром.

Опір p-n переходу діода величина не стала і залежить від прямої напруги (Uпр), яка подається на діод. Чим більше ця напруга, тим менший опір надає p-n перехід, тим більший прямий струм Iпр тече через діод. У закритому стані на діоді падає практично вся напруга, отже, зворотний струм, що проходить через нього малий, а опір p-n переходу велике.

Наприклад. Якщо включити діод в ланцюг змінного струму, він відкриватиметься при позитивних напівперіодах на аноді, вільно пропускаючи прямий струм (Iпр), і закриватися при негативних напівперіодах на аноді, майже пропускаючи струм протилежного напрями – зворотний струм (Iобр). Ці властивості діодів використовують для перетворення змінного струму на постійний, і такі діоди називають випрямляючими.

Вольт-амперна характеристика напівпровідникового діода.

Залежність струму, що проходить через p-n перехід, від величини і полярності прикладеного до нього напруги зображують у вигляді кривої, яка називається вольт-амперною характеристикою діода.

На графіці нижче зображено таку криву. По вертикальній осі у верхній частині позначені значення прямого струму (Iпр), а в нижній частині - зворотного струму (Iобр).

Вольт-амперна характеристика складається як би з двох гілок: пряма гілка, у правій верхній частині, відповідає прямому (пропускному) струму через діод, і зворотна гілка, в лівій нижній частині, що відповідає зворотному (закритому) струму через діод.

Пряма гілка йде круто вгору, притискаючись до вертикальної осі, і характеризує швидке зростання прямого струму через діод зі збільшенням прямої напруги. Зворотна гілка йде майже паралельно горизонтальній осі і характеризує повільне зростання зворотного струму. Чим крутіше до вертикальної осі пряма гілка і що ближче до горизонтальної зворотна гілка, то краще випрямлювальні властивості діода. Наявність невеликого зворотного струму є нестачею діодів. З кривої вольт-амперної характеристики видно, що прямий струм діода (Iпр) у сотні разів більший за зворотний струм (Iобр).

При збільшенні прямої напруги через p-n перехід струм спочатку зростає повільно, а потім починається ділянка швидкого наростання струму. Це тим, що германієвий діод відкривається і починає проводити струм при прямому напрузі 0,1 – 0,2В, а кремнієвий при 0,5 – 0,6В.

Наприклад. При прямій напрузі Uпр = 0,5В прямий струм Iпр дорівнює 50mA (точка «а» на графіку), а вже при напрузі Uпр = 1В струм зростає до 150mA (точка «б» на графіку).

Але таке збільшення струму призводить до нагрівання молекули напівпровідника. І якщо кількість тепла, що виділяється, буде більше відведеного від кристала природним шляхом, або за допомогою спеціальних пристроїв охолодження (радіатори), то в молекулі провідника можуть відбутися незворотні зміни аж до руйнування кристалічної решітки. Тому прямий струм p-n переходу обмежують лише на рівні, що виключає перегрів напівпровідникової структури. Для цього використовують обмежувальний резистор, послідовно включений з діодом.

У напівпровідникових діодів величина прямої напруги Uпр при всіх значеннях робочих струмів не перевищує: для германієвих - 1В; для кремнієвих - 1,5В.

При збільшенні зворотної напруги (Uобр), прикладеного до p-n переходу, струм збільшується незначно, про що говорить зворотна гілка вольтамперної характеристики. Візьмемо діод із параметрами: Uобр max = 100В, Iобр max = 0,5 mA, де:

Uобр max - максимальна постійна зворотна напруга, В; Iобр max - максимальний зворотний струм, мкА.

При поступовому збільшенні зворотної напруги значення 100В видно, як трохи росте зворотний струм (точка «в» на графіці). Але при подальшому збільшенні напруги, понад максимальну, на яку розрахований p-n перехід діода, відбувається різке збільшення зворотного струму (пунктирна лінія), нагрівання кристала напівпровідника і, як наслідок, настає пробою p-n переходу.

Пробої p-n переходу.

Пробоєм p-n переходу називається явище різкого збільшення зворотного струму при досягненні зворотним напругою певного критичного значення. Розрізняють електричний та тепловий пробої p-n переходу. У свою чергу, електричний пробій поділяється на тунельний та лавинний пробої.

Електричний пробій.

Електричний пробій виникає внаслідок впливу сильного електричного поля в p-n переході. Такий пробою є оборотний, тобто він не призводить до пошкодження переходу, і при зниженні зворотної напруги властивості діода зберігаються. Наприклад. У такому режимі працюють стабілітрони – діоди, призначені для стабілізації напруги.

Тунельний пробій.

Тунельний пробій відбувається в результаті явища тунельного ефекту, який проявляється в тому, що при сильній напруженості електричного поля, що діє в p-n переході малої товщини, деякі електрони проникають (просочуються) через перехід з області p-типу в область n-типу без зміни своєї енергії . Тонкі p-n переходи можливі лише за високої концентрації домішок у молекулі напівпровідника.

Залежно від потужності та призначення діода товщина електронно-діркового переходу може перебувати в межах від 100 нм (нанометрів) до 1 мкм (мікрометр).

Для тунельного пробою характерне різке зростання зворотного струму при незначній зворотній напрузі – зазвичай кілька вольт. На основі цього ефекту працюють тунельні діоди.

Завдяки своїм властивостям тунельні діоди використовуються в підсилювачах, генераторах синусоїдальних релаксаційних коливань і пристроях, що перемикають на частотах до сотень і тисяч мегагерц.

Лавинний пробій.

Лавинний пробій полягає в тому, що під дією сильного електричного поля неосновні носії зарядів під дією тепла в p-n переході прискорюються на стільки, що здатні вибити з атома один з його валентних електронів і перекинути його в зону провідності, утворивши пару електрон - дірка. Носії зарядів, що утворилися, теж почнуть розганятися і стикатися з іншими атомами, утворюючи наступні пари електрон - дірка. Процес набуває лавиноподібного характеру, що призводить до різкого збільшення зворотного струму при практично незмінному напрузі.

Діоди, в яких використовується ефект лавинного пробою використовуються в потужних випрямних агрегатах, що застосовуються в металургійній та хімічній промисловості, залізничному транспорті та інших електротехнічних виробах, в яких може виникнути зворотна напруга вище допустимого.

Тепловий пробій.

Тепловий пробій виникає в результаті перегріву p-n переходу в момент протікання через нього струму великого значення і при недостатньому тепловідведення, що не забезпечує стійкість теплового режиму переходу.

При збільшенні прикладеного до p-n переходу зворотної напруги (Uобр) розсіювана потужність на переході зростає. Це призводить до підвищення температури переходу і сусідніх з ним областей напівпровідника, посилюються коливання атомів кристала і слабшає зв'язок валентних електронів з ними. Виникає можливість переходу електронів у зону провідності та утворення додаткових пар електрон - дірка. За поганих умов тепловіддачі від p-n переходу відбувається лавиноподібне наростання температури, що призводить до руйнування переходу.

На цьому давайте закінчимо, а в наступній частині розглянемо пристрій і роботу діодів, що випрямляють, діодного мосту. Удачі!

Джерело:

1. Борисов В.Г – Юний радіоаматор. 1985г.2. Горюнов Н.М. Носов Ю.Р - Напівпровідникові діоди. Параметри, методи вимірів. 1968р.

sesaga.ru

Основні параметри діодів, прямий струм діода, зворотна напруга діода

Основні параметри діодів - це прямий струм діода (Iпр) та максимальна зворотна напруга діода (Uобр). Саме їх треба знати, якщо стоїть завдання розробити новий випрямляч для джерела живлення.

Прямий струм діода

Прямий струм діода можна легко обчислити, якщо відомий загальний струм, який споживатиме навантаження нового блока живлення. Потім, для забезпечення надійності, необхідно збільшити це значення і вийде струм, на який треба підібрати діод для випрямляча. Наприклад, блок живлення повинен витримувати струм 800 мА. Тому ми вибираємо діод, у якого прямий струм діода дорівнює 1А.

Зворотне напруження діода

Максимальна зворотна напруга діода - це параметр, який залежить від значення змінної напруги на вході, а й від типу випрямляча. Для пояснення цього твердження розглянемо такі малюнки. На них показані усі основні схеми випрямлячів.

Мал. 1

Як ми говорили раніше, напруга на виході випрямляча (на конденсаторі) дорівнює напругі вторинної обмотки трансформатора, що діє, помноженому на √2. В однополуперіодному випрямлячі (рис. 1), коли напруга на аноді діода має позитивний потенціал щодо землі, конденсатор фільтра заряджається до напруги, що перевищує діючу напругу на вході випрямляча в 1.4 рази. Під час наступного напівперіоду напруга на аноді діода негативно щодо землі і досягає амплітудне значення, а на катоді - позитивно щодо землі і має таке саме значення. У цей напівперіод до діода прикладена зворотна напруга, яка виходить завдяки послідовному з'єднанню обмотки трансформатора і конденсатора зарядженого фільтра. Тобто. зворотна напруга діода повинна бути не менше подвійної амплітудної напруги вторинки трансформатора або в 2.8 рази вище за його діюче значення. При розрахунку таких випрямлячів треба вибирати діоди з максимальною зворотною напругою в 3 рази, що перевищує чинне значення змінної напруги.

На малюнку 2 зображений двонапівперіодний випрямляч з виведенням середньої точки. У ньому також, як і в попередньому, діоди треба підбирати зі зворотною напругою в 3 рази, що перевищує діюче значення вхідного.

Інша справа у разі мостового двухполуперіодного випрямляча. Як можна побачити на рис. 3, кожен з напівперіодів подвоєна напруга прикладається до двох непровідних, послідовно з'єднаних діодів.

katod-anod.ru

Принцип роботи та призначення діодів

Діод є одним з різновидів приладів, сконструйованих на напівпровідниковій основі. Має один p-n переходом, а також анодним і катодним висновком. У більшості випадків він призначений для модуляції, випрямлення, перетворення та інших дій з електричними сигналами, що надходять.

Принцип роботи:

1. Електричний струм впливає на катод, підігрівач починає розжарюватися, а електрод випускати електрони.
2. Між двома електродами відбувається утворення електричного поля.
3. Якщо анод має позитивний потенціал, то він починає притягувати електрони до себе, а поле є каталізатором даного процесу. При цьому відбувається утворення емісійного струму.
4. Між електродами відбувається утворення просторового негативного заряду, здатного перешкодити руху електронів. Це відбувається, якщо потенціал анода виявляється надто слабким. У такому разі частинам електронів не вдається подолати вплив негативного заряду, і вони починають рухатися у зворотному напрямку, знову повертаючись до катода.
5. Усі електрони, які досягли анода і повернулися до катоду, визначають параметри катодного струму. Тому цей показник безпосередньо залежить від позитивного анодного потенціалу.
6. Потік всіх електронів, які змогли потрапити на анод, має назву анодний струм, показники якого у діоді завжди відповідають параметрам катодного струму. Іноді обидва показники можуть бути нульовими, це відбувається в ситуаціях, коли анод має негативний заряд. У такому випадку поле, яке виникло між електродами, не прискорює частинки, а, навпаки, гальмує їх і повертає на катод. Діод у такому разі залишається в замкненому стані, що призводить до розмикання ланцюга.

Пристрій

Нижче наводиться докладний опис пристрою діода, вивчення цих відомостей необхідне подальшого розуміння принципів дії цих елементів:

1. Корпус є вакуумним балоном, який може бути виготовлений зі скла, металу або міцних керамічних різновидів матеріалу.
2. Усередині балона є 2 електроди. Перший є катодом, який призначений для забезпечення процесу емісії електронів. Найпростіший по конструкції катод є ниткою з невеликим діаметром, яка розжарюється в процесі функціонування, але на сьогоднішній день більш поширені електроди непрямого розжарення. Вони являють собою циліндри, виготовлені з металу, і мають особливий активний шар, здатний випускати електрони.
3. Усередині катода непрямого розжарення є специфічний елемент - дріт, що розжарюється під впливом електричного струму, він називається підігрівач.
4. Другий електрод є анодом, він необхідний прийому електронів, які були випущені катодом. Для цього він повинен мати позитивний щодо другого електрода потенціал. Найчастіше анод також має циліндричну форму.
5. Обидва електроди вакуумних приладів повністю ідентичні емітеру та базі напівпровідникового різновиду елементів.
6. Для виготовлення діодного кристала найчастіше використовують кремній або германій. Одна з його частин є електропровідною за p-типом і має недолік електронів, який утворений штучним методом. Протилежна сторона кристала також має провідність, але n-типу і має надлишок електронів. Між двома областями є межа, яка називається p-n переходом.

Такі особливості внутрішнього пристрою наділяють діоди їхньою головною властивістю – можливістю проведення електричного струму тільки в одному напрямку.

Призначення

Нижче наводяться основні сфери застосування діодів, на прикладі яких стає зрозуміло їх основне призначення:

1. Діодні мости являють собою 4, 6 або 12 діодів, з'єднаних між собою, їх кількість залежить від типу схеми, яка може бути однофазною, трифазною напівмостовою або трифазною повномостовою. Вони виконують функції випрямлячів, такий варіант найчастіше використовується в автомобільних генераторах, оскільки впровадження подібних мостів, а також використання разом з ними щітково-колекторних вузлів дозволило значною мірою скоротити розміри даного пристрою і збільшити ступінь його надійності. Якщо з'єднання виконано послідовно і в один бік, то це підвищує мінімальні показники напруги, яка буде потрібна для відмикання всього діодного моста.
2. Діодні детектори виходять при комбінованому використанні приладів даних з конденсаторами. Це необхідно для того, щоб можна було виділити модуляцію з низькими частотами з різних модульованих сигналів, у тому числі амплітудно-модульованого різновиду радіосигналу. Такі детектори є частиною конструкції багатьох побутових споживачів, наприклад телевізорів або радіоприймачів.
3. Забезпечення захисту споживачів від неправильної полярності при включенні схемних входів від перевантажень, що виникають, або ключів від пробою електрорушійною силою, що виникає при самоіндукції, яка відбувається при відключенні індуктивного навантаження. Для забезпечення безпеки схем від перевантажень, що виникають, застосовується ланцюжок, що складається з декількох діодів, що мають підключення до живильним шин в зворотному напрямку. При цьому вхід, якому забезпечується захист, повинен підключатися до середини цього ланцюжка. Під час звичайного функціонування схеми всі діоди знаходяться в закритому стані, але якщо ними було зафіксовано, що потенціал входу пішов за допустимі межі напруги, відбувається активація одного із захисних елементів. Завдяки цьому, даний допустимий потенціал отримує обмеження в рамках допустимої напруги живлення в сумі з прямим падінням показників напруга на захисному приладі.
4. Перемикачі, створені на основі діодів, використовуються для комутації сигналів з високими частотами. Управління такою системою здійснюється за допомогою постійного електричного струму, поділу високих частот і подачі сигналу, що управляє завдяки індуктивності і конденсаторам.
5. Створення діодного іскрозахисту. Використовуються шунт-діодні бар'єри, які забезпечують безпеку шляхом обмеження напруги у відповідному електричному ланцюзі. У сукупності з ними застосовуються струмообмежувальні резистори, які необхідні для обмеження показників електричного струму, що проходить через мережу та збільшення ступеня захисту.

Використання діодів в електроніці на сьогоднішній день дуже широко, оскільки фактично жоден сучасний різновид електронного обладнання не обходиться без цих елементів.

Пряме включення діода

На p-n-перехід діода може впливати напруга, що подається із зовнішніх джерел. Такі показники, як величина і полярність, будуть позначатися на його поведінці та електричному струмі, що проводиться через нього.

Нижче докладно розглянутий варіант, при якому відбувається підключення плюсу до p-типу області, а негативного полюса до області n-типу. У цьому випадку відбудеться пряме включення:

1. Під впливом напруги від зовнішнього джерела в p-n-переході сформується електричне поле, при цьому його напрямок буде протилежним щодо внутрішнього дифузійного поля.
2. Напруга поля значно знизиться, що викликає різке звуження замикаючого шару.
3. Під впливом цих процесів значна кількість електронів набуде можливість вільно переходити з p-області в n-область, а також у зворотному напрямку.
4. Показники струму дрейфу під час цього процесу залишаються незмінними, оскільки вони безпосередньо залежать лише від числа неосновних заряджених носіїв, що знаходяться в області p-n-переходу.
5. Електрони мають підвищений рівень дифузії, що призводить до інжекції неосновних носіїв. Іншими словами, у n-області відбудеться підвищення кількості дірок, а в p-області буде зафіксовано підвищену концентрацію електронів.
6. Відсутність рівноваги і підвищена кількість неосновних носіїв змушує їх йти вглиб напівпровідника і поєднуватися з його структурою, що в результаті призводить до руйнування його властивостей електронейтральності.
7. Напівпровідник при цьому здатний відновити свій нейтральний стан, це завдяки отриманню зарядів від підключеного зовнішнього джерела, що сприяє появі прямого струму в зовнішньому електричному ланцюзі.

Зворотне включення діода

Тепер буде розглянуто інший спосіб включення, під час якого змінюється полярність зовнішнього джерела, від якого відбувається передача напруги:

1. Головна відмінність від прямого включення полягає в тому, що створюване електричне поле матиме напрямок, що повністю збігається з напрямком внутрішнього дифузійного поля. Відповідно, замикаючий шар вже не звужуватиметься, а, навпаки, розширюватиметься.
2. Поле, що знаходиться в p-n-переході, буде прискорювати ефект на цілий ряд неосновних носіїв заряду, тому показники дрейфового струму залишаться без змін. Він визначатиме параметри результуючого струму, який проходить через p-n-перехід.
3. У міру зростання зворотної напруги електричний струм, що протікає через перехід, буде прагнути досягти максимальних показників. Він має спеціальну назву – струм насичення.
4. Відповідно до експоненційного закону, з поступовим збільшенням температури збільшуватимуться і показники струму насичення.

Пряма та зворотна напруга

Напруга, яка впливає на діод, поділяють за двома критеріями:

1. Пряма напруга - це те, при якому відбувається відкриття діода і починається проходження через нього прямого струму, при цьому показники опору приладу вкрай низькі.
2. Зворотна напруга - це те, що має зворотну полярність і забезпечує закриття діода з проходженням через нього зворотного струму. Показники опору приладу при цьому починають різко та значно зростати.

Опір p-n-переходу є показником, що постійно змінюється, в першу чергу на нього впливає пряма напруга, що подається безпосередньо на діод. Якщо напруга збільшується, то показники опору переходу пропорційно зменшуватимуться.

Це призводить до зростання параметрів прямого струму через діод. Коли даний прилад закритий, то на нього впливає практично вся напруга, тому показники проходить через діод зворотного струму є незначними, а опір переходу при цьому досягає пікових параметрів.

Робота діода та його вольт-амперна характеристика

Під вольт-амперною характеристикою даних приладів розуміється крива лінія, яка показує те, в якій залежності знаходиться електричний струм, що протікає через p-n-перехід, від обсягів та полярності напруги, що впливає на нього.

Подібний графік можна описати так:

1. Вісь розташована по вертикалі: верхня область відповідає значенням прямого струму, нижня область параметрам зворотного струму.
2. Вісь, розташована по горизонталі: область, що знаходиться праворуч, призначена для значень прямої напруги; область ліворуч для параметрів зворотної напруги.
3. Пряма гілка вольт-амперної характеристики відбиває пропускний електричний струм через діод. Вона спрямована вгору і проходить безпосередньо поблизу вертикальної осі, оскільки відображає збільшення прямого електричного струму, яке відбувається при збільшенні відповідної напруги.
4. Друга (зворотна) гілка відповідає та відображає стан закритого електричного струму, який також проходить через прилад. Положення в неї таке, що вона відбувається фактично паралельно щодо горизонтальної осі. Чим крутіше ця гілка підходить до вертикалі, тим вищі випрямні можливості конкретного діода.
5. За графіком можна спостерігати, що після зростання прямої напруги, що протікає через p-n-перехід, відбувається повільне збільшення показників електричного струму. Однак поступово крива досягає області, в якій помітний стрибок, після якого відбувається прискорене наростання його показників. Це пояснюється відкриттям діода та проведенням струму при прямій напрузі. Для приладів, виготовлених з германію, це відбувається при напрузі, що дорівнює від 0,1В до 0,2В (максимальне значення 1В), а для кремнієвих елементів потрібно більш високий показник від 0,5В до 0,6В (максимальне значення 1,5В).
6. Показане збільшення показників струму може призвести до перегріву напівпровідникових молекул. Якщо відведення тепла, що відбувається завдяки природним процесам і роботі радіаторів, буде меншим за рівень його виділення, то структура молекул може бути зруйнована, і цей процес матиме вже незворотний характер. З цієї причини необхідно обмежувати параметри прямого струму, щоб не допустити перегріву напівпровідникового матеріалу. Для цього до схеми додаються спеціальні резистори, що мають послідовне підключення з діодами.
7. Досліджуючи зворотну гілку можна помітити, що й починає збільшуватися зворотне напруга, яке додається до p-n-переходу, то практично непомітний зростання параметрів струму. Однак у випадках, коли напруга досягає параметрів, що перевищують допустимі норми, може статися раптовий стрибок показників зворотного струму, що перегріє напівпровідник і сприятиме подальшому пробою p-n-переходу.

Основні несправності діодів

Іноді прилади подібного типу виходять з ладу, це може відбуватися через природну амортизацію та старіння даних елементів або з інших причин.

Усього виділяють 3 основних типи поширених несправностей:

1. Пробій переходу призводить до того, що діод замість напівпровідникового приладу стає за своєю суттю звичайнісіньким провідником. У такому стані він позбавляється своїх основних властивостей і починає пропускати електричний струм абсолютно в будь-якому напрямку. Подібна поломка легко виявляється за допомогою стандартного мультиметра, який починає подавати звуковий сигнал та показувати низький рівень опору у діоді.
2. При обриві відбувається зворотний процес – прилад взагалі перестає пропускати електричний струм у якомусь напрямку, тобто він стає своєю суттю ізолятором. Для точності визначення обриву, необхідно використовувати тестери з якісними та справними щупами, інакше вони можуть іноді помилково діагностувати цю несправність. У сплавних напівпровідникових різновидів така поломка трапляється вкрай рідко.
3. Витік, під час якого порушується герметичність корпусу приладу, внаслідок чого не може справно функціонувати.

Пробій p-n-переходу

Подібні пробої відбуваються в ситуаціях, коли показники зворотного електричного струму починають раптово і різко зростати, відбувається через те, що напруга відповідного типу досягає неприпустимих високих значень.

Зазвичай різняться кілька видів:

1. Теплові пробої, які викликані різким підвищенням температури та подальшим перегріванням.
2. Електричні пробої, що виникають під впливом струму перехід.

Графік вольт-амперної характеристики дозволяє наочно вивчати ці процеси та різницю між ними.

Електричний пробій

Наслідки, викликані електричними пробоями, не мають незворотного характеру, оскільки за них немає руйнування самого кристала. Тому при поступовому зниженні напруги можна відновити всі властивості та робочі параметри діода.

При цьому пробої такого типу поділяються на два різновиди:

1. Тунельні пробої відбуваються при проходженні високої напруги через вузькі переходи, що дозволяє окремо взятим електронам проскочити через нього. Зазвичай вони виникають, якщо напівпровідникових молекулах є велика кількість різних домішок. Під час такого пробою зворотний струм починає різко і стрімко зростати, а відповідна напруга знаходиться на низькому рівні.
2. Лавинні різновиди пробоїв можливі завдяки впливу сильних полів, здатних розігнати носіїв заряду до граничного рівня, через що вони вибивають з атомів ряд валентних електронів, які після цього вилітають у область, що проводиться. Це носить лавиноподібний характер, завдяки чому даний вид пробоїв і отримав таку назву.

Тепловий пробій

Виникнення такого пробою може статися з двох основних причин: недостатнє тепловідведення та перегрів p-n-переходу, який відбувається через протікання через нього електричного струму з занадто високими показниками.

Підвищення температурного режиму у переході та сусідніх областях викликає такі наслідки:

1. Зростання коливання атомів, що входять до складу кристала.
2. Попадання електронів у зону.
3. Різке підвищення температури.
4. Руйнування та деформація структури кристала.
5. Повний вихід із ладу та поломка всього радіокомпонента.

slarkenergy.ru

Діод випрямлення | Volt-info

Малюнок 1. Вольтамперна характеристика випрямляючого діода.

Вольтамперна характеристика випрямного діода

Малюнок 2. Схема вивчення ВАХ діода при прямому включенні.

На малюнку 1 наведено такі умовні позначення:

Ір – робочий струм діода;

Uд - падіння напруги на діоді;

Uо - зворотне напруження діода;

Uпр - напруга пробою;

Iу - Струм витоку, або зворотний струм діода.

Поняття та позначення характеристик

Прямий струм протікає при прямому включенні діода.

Зворотна напруга діода (Uо) – допустима зворотна напруга на діоді, прикладена до нього тривалий час, при якому не відбувається незворотне руйнування його p-n переходу. У довідковій літературі може називатися максимальною зворотною напругою.

Напруга пробою (Uпр) – зворотна напруга на діоді, у якому відбувається незворотний електричний пробій p-n переходу, як наслідок, вихід приладу з ладу.

Зворотний струм діода, або струм витоку (Iу) – зворотний струм, який тривалий час не викликає незворотного руйнування (пробою) p-n переходу діода.

При виборі випрямлювальних діодів зазвичай керуються зазначеними його характеристиками.

Робота діода

Тонкості роботи p-n переходу, тема окремої статті. Спростимо завдання і розглянемо роботу діода з позиції односторонньої провідності. Так, діод працює як провідник при прямому, і як діелектрик (ізолятор) при зворотному включенні. Розглянемо дві схеми малюнку 3.

Рисунок 3. Зворотне (а) та пряме (б) включення діода.

На малюнку зображено два варіанти однієї схеми. На малюнку 3 (а) положення перемикачів S1 і S2 забезпечують електричний контакт анода діода з мінусом джерела живлення, а через катода лампочку HL1 з плюсом. Як ми визначилися, це зворотне включення діода. У цьому режимі діод поводитиметься як електрично ізолюючий елемент, електричний ланцюг буде практично розімкнений, лампа не горітиме.

При зміні положення контактів S1 і S2, малюнок 3 (б) забезпечується електричний контакт анода діода VD1 з плюсом джерела живлення, а катода через лампочку - з мінусом. При цьому виконується умова прямого включення діода, він відкривається і через нього, як через провідник, тече струм навантаження (лампи).

Якщо Ви тільки почали вивчати електроніку, Вас може трохи збентежити складність із перемикачами на малюнку 3. Проведіть аналогію за наведеним описом, спираючись на спрощені схеми малюнка 4. Ця вправа дозволить Вам трохи зрозуміти та зорієнтуватися щодо принципу побудови та читання електричних схем.

Малюнок 4. Схема зворотного та прямого включення діода (спрощена).

На малюнку 4 зміна полярності на висновках діода забезпечується зміною положення діода (перевертанням).

Односпрямована провідність діода

Рисунок 5. Діаграми напруги до і після випрямного діода.

Приймемо умовно, що електричний потенціал перемикача S2 завжди дорівнює 0. Тоді на анод діода подаватиметься різниця напруги -US1-S2 і +US1-S2 в залежності від положення перемикачів S1 і S2. Діаграма такого змінного напруги прямокутної форми зображено малюнку 5 (верхня діаграма). При негативній різниці напруги на аноді діода він замкнений (працює як ізолюючий елемент), при цьому через лампу HL1 струм не тече і вона не горить, а напруга на лампі практично дорівнює нулю. При позитивній різниці напруги діод відмикається (діє як електричний провідник) і по послідовному ланцюжку діод-лампа тече струм. Напруга на лампі зростає до UHL1. Ця напруга трохи менша від напруги джерела живлення, оскільки частина напруги падає на діоді. З цієї причини, різниця напруги в електроніці та електротехніці іноді називають «падінням напруги». Тобто. у разі, якщо лампу розглядати як навантаження, то ній буде напруга навантаження, але в діоді - падіння напруги.

Таким чином, періоди негативної різниці напруги ігноруються діодом, обрізаються, і через навантаження тече струм тільки в періоди позитивної різниці напруг. Таке перетворення змінної напруги в однополярну (пульсуючу або постійну) назвали випрямленням.

volt-info.ru

1.Напівпровідникові діоди, принцип дії, характеристики:

НАПІВПРОВІДНИКОВИЙ ДІОД - напівпровідниковий прилад з двома електродами, що володіє односторонньою провідністю. До напівпровідникових діодів відносять велику групу приладів з p-n-переходом, контактом метал - напівпровідник та ін. Найбільш поширені електроперетворювальні напівпровідникові діоди. Служать для перетворення та генерування електричних коливань. Один із основних сучасних електронних приладів. Принцип дії напівпровідникового діода: В основі принципу дії напівпровідникового діода – властивості електронно-діркового переходу, зокрема, сильна асиметрія вольт-амперної характеристики щодо нуля. Таким чином розрізняють пряме та зворотне включення. У прямому включенні діод має малий електроопір і добре проводить електричний струм. У зворотному - при напрузі менше напруги пробою опір дуже велике і струм перекритий. Характеристики:

2.Напівпровідникові діоди, пряме та зворотне включення, вах:

Пряме та зворотне включення:

При прямому включенні p-n-переходу зовнішню напругу створює в переході поле, яке протилежне напрямку внутрішньому дифузійному полю. Напруженість результуючого поля падає, що супроводжується звуженням замикаючого шару. В результаті цього велика кількість основних носіїв зарядів отримує можливість дифузійно переходити в сусідню область (струм дрейфу при цьому не змінюється, оскільки він залежить від кількості неосновних носіїв, що з'являються на межі переходу), тобто на 100%. через перехід протікатиме результуючий струм, що визначається в основному дифузійної складової. Дифузійний струм залежить від висоти потенційного бар'єру і з його зниження збільшується експоненційно.

Підвищена дифузія носіїв зарядів через перехід приводить до підвищення концентрації дірок в області n-типу та електронів в області p-типу. Таке підвищення концентрації неосновних носіїв унаслідок впливу зовнішньої напруги, що додається до переходу, називається інжекцією неосновних носіїв. Нерівноважні неосновні носії дифундують углиб напівпровідника та порушують його електронейтральність. Відновлення нейтрального стану напівпровідника відбувається з допомогою надходження носіїв зарядів від зовнішнього джерела. Це є причиною виникнення струму у зовнішньому ланцюзі, що називається прямим.

При включенні p-n-переходу у зворотному напрямку зовнішня зворотна напруга створює електричне поле, що збігається у напрямку з дифузійним, що призводить до зростання потенційного бар'єру та збільшення ширини замикаючого шару. Усе це зменшує дифузійні струми основних носіїв. Для неосновного носія поле в p-n-переході залишається прискорюючим, і тому дрейфовий струм не змінюється.

Таким чином, через перехід протікатиме результуючий струм, який визначається в основному струмом дрейфу неосновних носіїв. Оскільки кількість дрейфуючих неосновних носіїв не залежить від прикладеної напруги (воно впливає тільки на їхню швидкість), то при збільшенні зворотної напруги струм через перехід прагнутиме до граничного значення IS, яке називається струмом насичення. Чим більша концентрація домішок донорів та акцепторів, тим менший струм насичення, а зі збільшенням температури струм насичення зростає за експоненційним законом.

На графіці зображені ВАХ для прямого та зворотного включення діода. Ще кажуть, пряма та зворотна гілка вольт-амперної характеристики. Пряма гілка (Iпр і Uпр) відображає характеристики діода при прямому включенні (тобто коли на анод подається плюс). Зворотна гілка (Iобр і Uобр) відображає характеристики діода при зворотному включенні (тобто коли анод подається «мінус»).

Синя товста лінія – це характеристика германієвого діода (Ge), а темна чорна лінія – характеристика кремнієвого (Si) діода. На малюнку не вказані одиниці виміру для осей струму та напруги, оскільки вони залежать від конкретної марки діода.

Для початку визначимо, як і для будь-якої плоскої системи координат, чотири координатні кути (квадранти). Нагадаю, що першим вважається квадрант, який знаходиться праворуч нагорі (тобто там, де у нас літери Ge і Si). Далі квадранти відраховуються проти годинникової стрілки.

Отже, II-й та IV-й квадранти у нас порожні. Це тому, що ми можемо включити діод лише двома способами – у прямому чи зворотному напрямку. Неможлива ситуація, коли, наприклад, через діод протікає зворотний струм і одночасно він включений у прямому напрямку, або, іншими словами, неможливо на один висновок одночасно подати і плюс і мінус. Точніше це можливо, але тоді це буде коротке замикання. Залишається розглянути тільки два випадки - пряме включення діода і зворотне включення діода.

Графік прямого включення намальовано у першому квадранті. Звідси видно, що що більше напруга, то більше струм. Причому до якогось моменту напруга зростає швидше за струм. Але потім настає перелом, і напруга майже не змінюється, а струм починає зростати. Для більшості діодів цей перелом настає в діапазоні 0,5…1 В. Саме ця напруга, як то кажуть, «падає» на діод. Ці 0,5…1 є падіння напруги на діоді. Повільний зростання струму до напруги 0,5…1В означає, що у цій ділянці струм через діод мало йде навіть у напрямі.

Графік зворотного включення намальовано у третьому квадранті. Звідси видно, що у значній ділянці струм майже змінюється, та був збільшується лавиноподібно. Якщо збільшити, напруга, наприклад, до кількох сотень вольт, це висока напруга «проб'є» діод, і струм через діод буде текти. Ось тільки «пробою» – це процес незворотний (для діодів). Тобто такою «пробою» призведе до вигоряння діода і він або взагалі перестане пропускати струм у будь-якому напрямку, або навпаки – пропускатиме струм у всіх напрямках.

У характеристиках конкретних діодів завжди вказується максимальна зворотна напруга - тобто напруга, яка може витримати діод без "пробою" при включенні у зворотному напрямку. Це потрібно обов'язково враховувати під час розробки пристроїв, де застосовуються діоди.

Порівнюючи характеристики кремнієвого і германієвого діодів, можна дійти невтішного висновку, що у p-n-переходах кремнієвого діода прямий і зворотний струми менше, ніж у германієвому діоді (при однакових значеннях напруги на выводах). Це пов'язано з тим, що кремнію більше ширина забороненої зони і для переходу електронів з валентної зони в зону провідності їм необхідно повідомити велику додаткову енергію.

studfiles.net

Максимальна зворотна напруга на діодах визначається формулою

Uобр. mах = 1,045Uср.

У ряді практичних додатків для випрямлення змінного струму і плавного регулювання потужності, що передається в навантаження, використовують тиристорні перетворювачі. При цьому малі струми керування дозволяють керувати великими струмами навантаження.

Приклад найпростішого керованого потужністю тиристорного випрямляча показаний на рис. 7.10.

Мал. 7.10. Тиристорна схема випрямляча

На рис. 7.11 наведено часові діаграми, що пояснюють принцип регулювання середнього значення випрямленої напруги.

Мал. 7.11. Тимчасові діаграми роботи тиристорного випрямляча

У цій схемі передбачається, що вхідна напруга Uвх для тиристорного регульованого формується, наприклад, двухполуперіодним випрямлячем. Якщо керуючі імпульси Uу достатньої амплітуди подаються на початку кожного напівперіоду (ділянка про-а на діаграмі Uвих), вихідна напруга повторюватиме напругу двопівперіодного випрямляча. Якщо змістити управляючі імпульси до середини кожного напівперіоду, то імпульси на виході матимуть тривалість, що дорівнює чверті напівперіоду (ділянка b-с). Подальше усунення керуючим імпульсів призведе до подальшого зменшення середньої амплітуди вихідних імпульсів (ділянка d – e).

Таким чином, подаючи на тиристор керуючі імпульси, що зсуваються по фазі щодо вхідної напруги, можна перетворити синусоїдальну напругу (струм) на послідовність імпульсів будь-якої тривалості, амплітуди і полярності, тобто можна змінювати значення напруги (струму), що діє, в широких межах.

7.3 Згладжуючі фільтри

Розглянуті схеми випрямлення дозволяють отримувати однополярну пульсуючу напругу, яка не завжди застосовується для живлення складних електронних приладів, оскільки через великі пульсації призводять до нестійкості їх роботи.

Для значного зменшення пульсації застосовують фільтри, що згладжують. Найважливішим параметром фільтра, що згладжує, є коефіцієнт згладжування S, який визначається за формулою S=1/2, де 1 і 2 – коефіцієнти пульсацій на вході та виході фільтра відповідно. Коефіцієнт пульсації показує скільки разів фільтр зменшує пульсації. У практичних схемах коефіцієнт пульсацій на виході фільтра може досягати значень 0,00003.

Основними елементами фільтрів є реактивні елементи - ємності та індуктивності (дроселі). Розглянемо спочатку принцип роботи найпростішого фільтра, що згладжує, схема якого наведена на рис. 7.12.

Мал. 7.12. Схема найпростішого фільтра, що згладжує, з однонапівперіодним випрямлячем

У цій схемі згладжування напруги на навантаженні після однополуперіодного діодного випрямляча VD здійснюється за допомогою конденсатора, підключеного паралельно навантаженню Rн.

Тимчасові діаграми, які пояснюють роботу такого фільтра, наведено на рис. 7.13. На ділянці t1 – t2 вхідною напругою діод відкривається, а конденсатор заряджається. Коли вхідна напруга почне зменшуватись, діод закривається напругою, накопиченою на конденсаторі Uс (ділянка t1 – t2). На цьому інтервалі джерело вхідної напруги відключається від конденсатора та навантаження, і конденсатор розряджається через опір навантаження Rн.

Мал. 7.13. Тимчасові діаграми роботи фільтра з однонапівперіодним випрямлячем

Якщо ємність досить велика, по розряд ємності через Rн відбуватиметься з великою постійною часом =RнС, отже, зменшення напруги на конденсаторі буде невеликим, а ефект згладжування – значним. З іншого боку, чим більша ємність тим коротше відрізок t1 – t2 протягом якого діод відкритий і через нього тече струм i зростаючий (при заданому середньому струмі навантаження) при зменшенні різниці t2 – t1. Такий режим роботи може призвести до виходу з ладу діода випрямлення, і, крім того, є досить важким і для трансформатора.

При використанні двонапівперіодних випрямлячів величина пульсацій на виході ємнісного фільтра зменшується, оскільки конденсатор за час між появою імпульсів на меншу величину, що добре ілюструється рис. 7.14.

Мал. 7.14. Згладжування пульсацій двонапівперіодного випрямляча

Для розрахунку величини пульсацій на виході ємнісного фільтра зробимо апроксимацію пульсацій вихідної напруги кривої пилкоподібної струм, як це показано на рис. 7.15.

Мал. 7.15. Апроксимація напруги пульсацій

Зміна заряду на конденсаторі визначається виразом

∆Q=∆UC=I нТ1,

де Т1 - період пульсацій, Iн - середнє значення струму навантаження. З огляду на те, що Iн = Иср/ Rн, отримуємо

З рис. 7.15 випливає, що

при цьому подвійна амплітуда пульсацій визначається виразом

Згладжуючими властивостями володіють і індуктивні фільтри, причому кращими властивостями, що згладжують, володіють фільтри, що містять індуктивність і ємність, з'єднані так, як показано на рис. 7.16.

Мал. 7.16. Згладжуючий фільтр з індуктивністю та ємністю

У цій схемі ємність конденсатора вибирається таким чином, щоб його реактивний опір було значно меншим за опір навантаження. Перевагою такого фільтра є те, що він зменшує величину вхідної пульсації ∆U до величини, де - частота пульсацій.

Насправді стала вельми поширеною набули різні типи F - образних і П – образних фільтрів, варіанти побудови яких представлені на рис. 7.17.

При невеликих струмах навантаження добре працює F-подібний випрямляч, представлений на рис. 7.16.

Мал. 7.17. Варіанти побудови фільтра

У найбільш відповідальних схемах використовують багатоланкові схеми фільтрації (рис. 7.17).

Часто дросель замінюють резисторами, що знижує якість фільтрації, але значно здешевлює фільтри (рис. 7.17 б, в).

Основною зовнішньою характеристикою випрямлячів із фільтром є залежність середнього значення вихідної напруги Uср (напруги на навантаженні) від середнього значення вихідного струму.

У розглянутих схемах збільшення вихідного струму призводить до зменшення Uср через збільшення падіння напруги на обмотках трансформатора, діодах, проводах, що підводять, елементах фільтра.

Нахил зовнішньої характеристики при заданому середньому струмі визначають через вихідний опір Rвих, що визначається за формулою:

Icр - задано. Чим менше величина Rвих, тим менше вихідна напруга залежить від вихідного струму, тим краще схема випрямляча з фільтром. На рис. 7.18 наведено типові залежності Uср від Iср для різних варіантів фільтрації.

Мал. 7.18. Типові залежності Uср від Iср для різних схем фільтрації

studfiles.net

Що таке зворотне напруження? - Ремонт інтер'єр будівництво

Зворотна напруга

Зворотне напруження - це тип сигналу енергії, створюваного за зміни полярності електричного струму. Така напруга часто виникає, коли зворотна полярність подається на діод, змушуючи діод реагувати, працюючи у зворотному напрямку. Ця зворотна функція може створювати напругу пробою всередині діода, так як це часто призводить до поломки схеми, до якої застосовується напруга.

Зворотне напруження виникає, коли джерело підключення енергетичного сигналу до ланцюга застосовується інвертованим чином. Це означає, що позитивне джерело свинцю підключено до заземленого або негативного провідника ланцюга і навпаки. Ця передача напруги часто не призначена, оскільки більшість електричних схем не здатні обробляти напругу.

Коли мінімальна напруга подається на схему або діод, це може призвести до того, що схема або діод працюватимуть у зворотному порядку. Це може викликати реакцію, таку як двигун вентилятора коробки, обертаючись неправильно. Елемент продовжуватиме функціонувати у таких випадках.

Коли величина напруги, прикладеного до ланцюга, занадто велика, сигнал для схеми, що приймається, однак, це називається пробивною напругою. Якщо вхідний сигнал, який був зворотний, перевищує допустиму напругу ланцюга для підтримки, схема може бути пошкоджена за межами іншої використовуваної. Крапка, в якій ланцюг пошкоджений, відноситься до значення напруги пробою. Ця напруга пробою має кілька інших імен, пікова зворотна напруга або зворотна пробивна напруга.

Зворотна напруга може спричинити напругу пробою, яка також впливає на роботу інших компонентів схеми. За межами ушкоджуючих діодів та функцій ланцюга зворотної напруги він також може стати піковою зворотною напругою. У таких випадках схема не може містити кількість вхідної потужності сигналу, який був звернений назад, і може створювати напругу пробою між ізоляторами.

Ця напруга пробою, яка може виникати через компоненти схеми, може спричинити пробій компонентів або дротяних ізоляторів. Це може перетворити їх на сигнальні провідники та пошкодити ланцюг, проводячи напругу на різні частини схеми, які не повинні приймати його, що призводить до нестабільності по всьому ланцюгу. Це може викликати дуги напруги від компонента до компонента, що також може бути досить потужним, щоб запалити різні компоненти схеми та призвести до пожежі.

Published Date: 23.12.2017

А Ви знаєте, що таке зворотне напруження?

Зворотна напруга

Зворотна напруга – це тип сигналу енергії, який створюється при зміні полярності електричного струму. Така напруга часто виникає, коли зворотна полярність подається на діод, змушуючи діод реагувати, працюючи у зворотному напрямку. Ця зворотна функція може створювати напругу пробою всередині діода, так як це часто призводить до поломки схеми, до якої застосовується напруга.

Зворотне напруження виникає, коли джерело підключення енергетичного сигналу до ланцюга застосовується інвертованим чином. Це означає, що позитивне джерело свинцю підключено до заземленого або негативного провідника ланцюга і навпаки. Ця передача напруги часто не призначена, оскільки більшість електричних схем не здатні обробляти напругу.

Коли мінімальна напруга подається на схему або діод, це може призвести до того, що схема або діод працюватимуть у зворотному порядку. Це може викликати реакцію, таку як двигун вентилятора коробки, обертаючись неправильно. Елемент продовжуватиме функціонувати у таких випадках.

Коли величина напруги, прикладеного до ланцюга, занадто велика, сигнал для схеми, що приймається, однак, це називається пробивною напругою. Якщо вхідний сигнал, який був зворотний, перевищує допустиму напругу ланцюга для підтримки, схема може бути пошкоджена за межами іншої використовуваної. Крапка, в якій ланцюг пошкоджений, відноситься до значення напруги пробою. Ця напруга пробою має кілька інших імен, пікова зворотна напруга або зворотна пробивна напруга.

Зворотна напруга може спричинити напругу пробою, яка також впливає на роботу інших компонентів схеми. За межами ушкоджуючих діодів та функцій ланцюга зворотної напруги він також може стати піковою зворотною напругою. У таких випадках схема не може містити кількість вхідної потужності сигналу, який був звернений назад, і може створювати напругу пробою між ізоляторами.

Ця напруга пробою, яка може виникати через компоненти схеми, може спричинити пробій компонентів або дротяних ізоляторів. Це може перетворити їх на сигнальні провідники та пошкодити ланцюг, проводячи напругу на різні частини схеми, які не повинні приймати його, що призводить до нестабільності по всьому ланцюгу. Це може викликати дуги напруги від компонента до компонента, що також може бути досить потужним, щоб запалити різні компоненти схеми та призвести до пожежі.

Навігація за записами

Корисно

Ремонт інтер'єр

Протягом життєвого циклу будівлі ремонтні роботи у певний період необхідні для відновлення інтер'єру. Модернізація також потрібна, коли дизайн інтер'єру або функціональність відстають від сучасності.

Багатоповерхове будівництво

У Росії налічується понад 100 мільйонів одиниць житла, а більшість з них – «односімейні будинки» чи котеджі. У містах, у передмісті та сільській місцевості, власні будинки є дуже поширеним видом житла.
Практика проектування, будівництва та експлуатації будівель найчастіше є колективною роботою різних груп професіоналів та професій. Залежно від розміру, складності та мети конкретного проекту будівлі команда проекту може включати:
1. Розробник нерухомості, що забезпечує фінансування проекту;
Один чи кілька фінансових установ чи інших інвесторів, які надають фінансування;
2. Органи місцевого планування та управління;
3. Служба, що виконує ALTA/ACSM та будівельні обстеження в рамках усього проекту;
4. Керівники будівель, які координують зусилля різних груп учасників проекту;
5. Ліцензовані архітектори та інженери, які проектують будівлі та готують будівельні документи;