3. Выпрямительные нч диоды

на основе Si, Ge, с барьером Шотки, а при высокой температуре селеновые и титановые.

В высоковольтных источниках питания – выпрямительные столбы и блоки.

Выпрямительный столб – последовательное соединение выпрямительных диодов, объединённых в одном блоке.

Выпрямительный блок – завершённое устройство, содержащее определённым образом соединённые выпрямительные диоды (по мостовой схеме).

Параметры.

статические: прямое падение напр. U_пр при заданном прямом токе I_пр, пост. обр. ток I_обр при заданном U_обр;

динамические: I_{вп. ср} – среднее за период значение выпр. тока;

U_пр.ср. – среднее значение прямого напряжения;

I_обр.ср. - среднее значение обратного тока;

U_обр.ср. - среднее значение за период обратного напряжения;

_гр – граничная частота, на которой выпрямленный ток уменьшается до установленного уровня – зависит от площади перехода и времени жизни носителя;

r_диф – дифференциальное сопротивление;

С_д – ёмкость диода.

Параметры эксплуатационного режима (предельно допустимые параметры):

I_пр.мах; U_{обр.мах};

P_мах – макс. допустимая мощность рассеивания диода

Т_мин и Т_мах.

В установленном режиме Р_подв=Р_отв=Р₀<Р_мах: иначе может возникнуть тепловой пробой. Качество теплоотвода х-ся тепловым сопротивлением:

R_т= ;

чем меньше R_Т позволяет увеличить Т_пер.

Выпрямительные диоды делятся на НЧ, или силовые – используются в выпрямителе источников питания, и маломощные ВЧ (для преобразования сигнала десятки-сотни МГц).

Силовые работают до 50 кГц.

По силе выпрямленного тока различают:

малой (I_пр<300мА), средней (I_пр<10А) и большой (I_пр>10А) мощности.

При одинаковом I_пр U_пр ­_Ge<U_{пр Si} в 1,5…2 раза

U_обр I_{обр Si}<I_{обр Ge}

U_{обр мах Si}>U_{обр мах Ge}

Ge диоды более чувствительны к перегрузкам даже импульсным т.к. лавинный пробой у них сразу переходит в тепловой

При Т U_{проб Si}, а U_{проб Ge}

Т_{раб Si}=-60…+125С; Т_{раб Ge}=-60…+85С.

Для исключения поверхностного пробоя в диоде из Si толщину перехода в периферийной части увеличивают. Центральная часть легируется В, а периферийная Al, у которого больше коэффициент диффузии (L₂>L₁) грани наклонные – увеличивается расстояние между p и n (ширина обеднённого слоя).

Макс. допустимый ток имеет большое значение относительно макс. (разрушающего) значения тока т.к. за первые несколько периодов после включения большой ток заряда конденс. фильтров (при I_пр=0,3-0,5А I_имп=3..5А).

В зарубежных диодах величина I_пр.мах значительно меньше чем у отечественных и поэтому имеют меньший температурный диапазон среды и корпуса. Поэтому могут иметь меньший геометрический размер.

Выпрямительные столбы – собирают из 4..16 последовательно соединённых диодов с одинаковыми значениями I_обр, U_{обр мах}. Соединяют их по мостовой схеме, удвоения напряжения и т.д.

Титановые выпрямители работают при T_р=-60…+250С и сохраняют свои свойства до +400С (I_обр в 2 раза).

Селеновые выпрямители – надёжны т.к. при пробое пробитый участок самоизолируется, но им свойственна расформировка – обратимый процесс увеличения I_обр при длительном хранении. Но под нагрузкой это устраняется.

Старение – необратимый процесс увеличения U_пр.

Выпрямители из Ti и Se имеют повышенные значения U_пр(1..1,5В) и меньше U_проб=40…50В. Выполняют в виде столбов.

Диоды с барьером Шотки- имеют ВАХ близкую к идеальной и малое U_пр.

На n⁺Si формируется n-эпитаксиальный слой. Диффузией изготавливают экранное кольцо р⁺-типа (для уменьшения напряжённости эл. поля и уменьшения из за этого I_утечки и повышения U_обр.).

Сверху напыляют слой металла (W, Mo, Au, Pt) – он образует выпрямительный контакт и формируют алюминиевый анодный вывод.

При S_перех несколько мм² и U_пр0,5…0,6В I_пр – единицы ампер U_обр=200…400В; _гр – несколько сотен кГц.

Применяют в импульсных блоках питания.