Ispravljačke diode: uređaj, značajke dizajna, karakteristike

• Značajke uređaja i dizajna
• Klasifikacija snage
• Popis glavnih obilježja
• Načelo djelovanja
• Uređaj i princip rada diodnog mosta

Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!

Glavna svrha ispravljačkih dioda je konverzija napona. Ali to nije jedino područje primjene tih poluvodičkih elemenata. Ugrađuju se u sklopne i upravljačke sklopove, koriste se u kaskadnim generatorima itd. Početnici će biti zainteresirani da nauče kako su ti poluvodički elementi raspoređeni, kao i njihov princip rada. Počnimo s općim karakteristikama.

Značajke uređaja i dizajna

Glavni strukturni element je poluvodič. To je kristalna ploča od silikona ili germanija, koja ima dva područja za provođenje p i n. Zbog ove značajke dizajna, naziva se planarna.

U proizvodnji poluvodiča kristal se obrađuje na sljedeći način: da bi se dobila površina p-tipa, obrađuje se rastaljenim fosforom, a p-tip se obrađuje s borom, indijem ili aluminijem. Tijekom procesa toplinske obrade, ovi materijali i kristali difundiraju. Rezultat je područje s pn spojem između dviju površina s različitim električnim vodljivostima. Tako dobiveni poluvodič ugrađen je u kućište. Time se osigurava zaštita kristala od vanjskih čimbenika i pridonosi toplinskom odvodu.

legenda:

• A - izlazna katoda.
• B - držač kristala (zavaren za tijelo).
• C je kristal n-tipa.
• D je kristal p-tipa.
• E - žica koja vodi do izlaza anode.
• F - izolator.
• G - tijelo.
• H - anoda.

Kao što je već spomenuto, kao osnova pn spoja koriste se kristali silicija ili germanija. Prve se koriste mnogo češće, to je zbog činjenice da je u elementima germanija vrijednost obrnutih struja mnogo veća, što značajno ograničava dopušteni obrnuti napon (ne prelazi 400 V). U silicijumskim poluvodičima ova karakteristika može doseći i do 1500 V.

Osim toga, za elemente germanijuma, radna temperatura je znatno uža, ona varira od -60 ° C do 85 ° C. Ako se prekorači gornji temperaturni prag, naglo se povećava obrnuta struja, što negativno utječe na učinkovitost uređaja. Silikonski poluvodiči imaju gornju granicu od oko 125 ° C - 150 ° C.

Klasifikacija snage

Snaga elemenata određena je maksimalnom dopuštenom istosmjernom strujom. Sukladno toj karakteristici, usvojena je sljedeća klasifikacija:

• Niskonaponske ispravljačke diode, koriste se u krugovima s strujom koja nije veća od 0, 3 A. Slučaj takvih uređaja, u pravilu, izrađen je od plastike. Njihove karakteristike su male težine i male dimenzije.

  

• Uređaji dizajnirani za prosječnu snagu, mogu raditi s strujom u rasponu od 0, 3-10 A. Takvi elementi, u najvećem dijelu, izrađeni su od metalnog kućišta i opremljeni čvrstim kabelima. Na jednom od njih, na katodi, nalazi se konac koji omogućuje sigurno pričvršćivanje diode na radijator koji se koristi za odvođenje topline.

  

• Snaga poluvodičkih elemenata, projektirani su za istosmjernu struju veću od 10 A. Takvi se uređaji proizvode u metal-keramičkim ili metal-staklenim kućištima tipa pin (A na slici 4) ili tipu tablete (B).

  

Popis glavnih obilježja

U nastavku slijedi tablica koja opisuje osnovne parametre ispravljačkih dioda. Te se karakteristike mogu dobiti iz podatkovnog lista (tehnički opis elementa). U pravilu, većina radioamatera upućuje na te informacije u slučajevima kada element naveden u shemi nije dostupan, što zahtijeva pronalaženje odgovarajućeg analognog za njega.

Imajte na umu da u većini slučajeva, ako je potrebno pronaći analognu određenu diodu, prvih pet parametara iz tablice će biti sasvim dovoljno. Poželjno je uzeti u obzir raspon radne temperature elementa i frekvencije.

Načelo djelovanja

Najlakši način da se objasni princip djelovanja ispravljačkih dioda je primjer. U tu svrhu simuliramo jednostavan poluvalni ispravljački sklop (vidi 1 na slici 6), u kojem se napajanje napaja iz izvora izmjenične struje s naponom U _IN (grafikon 2) i prolazi kroz VD na opterećenje R.

Tijekom pozitivnog polu-ciklusa, dioda je u otvorenom položaju i sama prolazi struju do opterećenja. Kada je okretanje negativnog polu-ciklusa, uređaj je zaključan, a opterećenje se ne napaja. To znači da je negativni polusuk odsječen (zapravo, to nije sasvim točno, jer u tom procesu uvijek postoji obrnuta struja, njezina se vrijednost određuje karakteristikom I).

Kao rezultat, kao što se može vidjeti iz grafa (3), na izlazu dobivamo impulse koji se sastoje od pozitivnih poluproizvoda, tj. Istosmjerne struje. To je princip rada ispravljačkih poluvodičkih elemenata.

Imajte na umu da je impulsni napon na izlazu takvog ispravljača prikladan samo za napajanje niskih bučnih opterećenja, primjer je punjač za baterijsku bateriju s kiselom baterijom. U praksi se koristi takva shema, osim kineskih proizvođača, kako bi se povećali troškovi svojih proizvoda. Zapravo, jednostavnost dizajna je njezin jedini stup.

Nedostaci jednog diodnog ispravljača uključuju:

• Niska razina učinkovitosti, budući da su negativna poluvremena isključena, učinkovitost uređaja ne prelazi 50%.
• Napon na izlazu je oko polovice napona na ulazu.
• Visoka razina buke, koja se očituje u obliku karakterističnog brujanja s frekvencijom mrežnog napajanja. Njezin uzrok je asimetrično demagnetiziranje transformacijskog transformatora (zapravo, zato je bolje koristiti kondenzator za gašenje takvih krugova, koji također ima svoje negativne strane).

Imajte na umu da se ovi nedostaci mogu donekle smanjiti, za to je dovoljno napraviti jednostavan filtar na bazi elektrolita velikog kapaciteta (1 na slici 7).

Princip rada ovog filtra je vrlo jednostavan. Elektrolit se puni tijekom pozitivnog poluvremena i prazni se kad je došlo do negativnog skretanja. Kapacitet u ovom slučaju trebao bi biti dovoljan za održavanje napona na opterećenju. U ovom slučaju, impulsi će biti pomalo izglađeni, otprilike kako je prikazano na grafikonu (2).

Navedeno rješenje donekle će poboljšati situaciju, ali ne mnogo, ako se napaja iz jednog poluvalnog ispravljača, primjerice aktivnih zvučnika računala, oni će imati karakterističnu pozadinu. Da bi se riješio problem, potrebno je radikalnije rješenje, odnosno diodni most. Razmotrite princip djelovanja ove sheme.

Uređaj i princip rada diodnog mosta

Bitna razlika između takve sheme (od poluvalova) je da se napon koji se primjenjuje na opterećenje primjenjuje na svako poluvrijeme. Krug za uključivanje poluvodičkih ispravljačkih elemenata prikazan je u nastavku.

Kao što se može vidjeti iz slike, četiri poluvodička ispravljačka elementa su uključena u krug, koji su povezani na takav način da samo dva od njih rade tijekom svakog polu-razdoblja. Napišite nam detaljno kako se proces odvija:

• Na krug dolazi izmjenični napon Uin (2 na slici 8). Tijekom pozitivnog polu-ciklusa formira se sljedeći lanac: VD4-R-VD2. Prema tome, VD1 i VD3 su u zaključanom položaju.
• Kad slijedi slijed negativnog polu-ciklusa, zbog promjene polariteta, stvara se lanac: VD1 - R - VD3. Tada su VD4 i VD2 zaključani.
• Za sljedeće razdoblje, ciklus se ponavlja.

Kao što se može vidjeti iz rezultata (grafikon 3), oba poluvremena su uključena u proces i bez obzira kako se ulazni napon mijenja, on ide u jednom smjeru kroz opterećenje. Ovaj princip rada ispravljača naziva se puni val. Njegove prednosti su očite, mi ih navodimo:

• Budući da su oba rada uključena u rad, učinkovitost je znatno povećana (gotovo dvostruko).
• Talasanje na izlazu mostnog kruga također udvostručuje frekvenciju (u usporedbi s poluvalnom otopinom).
• Kao što se može vidjeti iz grafikona (3), razina padova između impulsa se smanjuje, a filtar će im biti puno lakše izgladiti.
• Magnituda napona na izlazu ispravljača približno je jednaka onoj na ulazu.

Interferencija mostnog kruga je zanemariva, a postaje još manja kada se koristi elektrolitski kapacitivni filtar. Zbog toga se takvo rješenje može koristiti u jedinicama za napajanje, praktično, za bilo koje amaterske radio strukture, uključujući one koje koriste osjetljivu elektroniku.

Napominjemo, da uopće nije potrebno koristiti četiri poluvodička elementa za ispravljanje, dovoljno je uzeti gotov sklop u plastičnom kućištu.

Ovaj slučaj ima četiri izlaza, dva na ulazu i isti na izlazu. Noge na koje je spojen izmjenični napon označene su slovom "~" ili "AC". Na izlazu je pozitivna noga označena simbolom “+”, negativno kao “-”.

Na shematskom dijagramu, takav sklop je obično označen kao romb, s grafičkim prikazom diode koja se nalazi unutra.

Na pitanje da li je bolje koristiti sklop ili pojedinačne diode ne može se nedvosmisleno odgovoriti. Što se tiče funkcionalnosti, nema razlike između njih. Ali sklop je kompaktniji. S druge strane, ako ne uspije, pomoći će samo potpuna zamjena. Ako se u ovom slučaju koriste zasebni elementi, dovoljno je zamijeniti neispravnu diodu.

Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!