34. Полупроводниковые диоды. Система условных обозначений п/п приборов. Выпрямительные диоды. Стабилитроны.

Система обозначений имеет единую структуру. Основа: 7-значный буквенно-цифровой код. Первый элемент указывает на материал, из которого изготовлен прибор. Для приборов широкого применения – это буква, для приборов специального применения – цифра. Г или 1 – германий Ge, К или 2 – кремний Si, А или 3 – на основе GaAs. Второй элемент обозначения – буква, определяющая подкласс приборов. Т – транзистор (КТ, 1Т, ГТ и т.д.), Д – диод, С – стабилитрон и т.д. Третий элемент – цифра, определяющая один из основных характеризующих прибор признаков. 4, 5 и 6 элементы – трехзначное число, но может быть и двухзначное – определяет порядковый номер разработки технологического типа приборов. Седьмой элемент – буква, условно определяет классификацию приборов изготовленных по единой технологии по какому-то параметру. Например, КТ315A.

Выпрямительные диоды. Выпрямительные диоды предназначены для выпрямления и преобразования тока и напряжения промышленной частоты (50÷2000 Гц) – низкочастотные диоды повышенной мощности (силовые диоды).

Рис. Использование выпрямительных диодов

Для сглаживания выходное напряжение подключают через фильтр, в простейшем случае – конденсатор C­­­ф. Конденсатор в положительный полупериод – заряжается, а в отрицательный – разряжается через Rн, поддерживая на ней положительное напряжение.

Выпрямительные устройства – необходимые элементы цепей питания радиоэлектронной аппаратуры самой различной мощности. Поэтому для работы таких устройств необходима широкая номенклатура выпрямительных диодов с определенными параметрами для каждого конкретного применения. Выбор проводится по набору значений его паспортных параметров.

1. Максимально допустимый средний прямой ток I_{пр ср} – максимально допустимое среднее за период значение тока, длительно протекающего через диод. Этот ток ограничен допустимой температурой p-n перехода, а контролируется по температуре корпуса диода. Нагрев зависит от плотности протекающего тока. По величине прямого тока выпрямительные диоды делятся на три класса:1) малой мощности мА.2) средней мощности А.3) силовые мощные диоды А (10 А, 16 А, 25 А,…1600 А.)С этим связана и система обозначений выпрямительных диодов – вторая буква Д, первая цифра 1 – малой мощности, 2 – средней мощности. Мощные диоды имеют индивидуальную (фирменную) систему обозначений. Пример: 2Д203 или КД203 А, Б, В А.ВЛ200 – на 200 А, Петербургский (Ленинградский) завод им. В.И. Ленина

2. Максимальное обратное рабочее напряжение U_р – определяет гарантированно надежную работу при обратных напряжениях. Обычно выбирают порядка . В. Кроме рекомендуемого U_р, в справочных данных, особенно у мощных диодов, указываются предельные максимальные импульсные напряжения U_{имп доп}: .Знание U_{имп доп} позволяет рассчитывать кратковременную допустимую перегрузку диода по напряжению при переходных процессах. Для этих диодов приводятся и допустимые значения импульсных токов, которые могут кратковременно протекать через прибор. Эти параметры являются основными, по которым подбираются диоды.

Другие параметры:

3. Прямое падение напряжения на диоде при заданном рабочем токе В, В.

4. Постоянный обратный ток диода при U_p: I_обр – зависит от площади p-n перехода, т.е. от мощности. Для диодов средней мощности – десятки микроампер.

5. Максимально допустимая температура: Si 140÷190C, Ge 90÷100C.

6. Тепловое сопротивление переход-корпус R_тпк и тепловое сопротивление переход – среда R_тпс.

;

где , , - температуры перехода, среды и корпуса. Р – мощность, рассеиваемая диодом. По отношению к выпрямительному устройству это мощность потерь. - таким образом при постоянных температурах среды и мощности P температура перехода тем меньше, чем меньше . Величина обычно порядка единиц, десятков C на Вт. C/Вт, .

- зависит как от конструкции корпуса, так и от условий его охлаждения.

Выпрямительные диоды обычно выполняют на основе Si. Поэтому - мало, а первая составляющая намного меньше второй. Так как ток через диод очень сильно (экспоненциально) зависит от напряжения, то для диодов из данного материала примерно одинаково, то есть мощность потерь P определяется в основном прямым током. Для выпрямительных диодов малой мощности: . Для того, чтобы эта мощность не перегревала p-n переход его припаивают к массивному корпусу диода, что образует хороший тепловой контакт. Для диодов средней мощности: - не может быть рассеяна корпусом прибора, поэтому необходимо устанавливать эти диоды на радиаторы. Для облегчения такой установки один из выводов диода выполняют в виде массивного стержня с винтовой нарезкой.

Стабилитроны. Как известно, туннельный и лавинный пробои имеют обратимый характер, при этом необходимо иметь ограничение мощности рассеиваемой p-n переходом для предотвращения теплового пробоя. На участке ВАХ, соответствующем участку как лавинного, так и туннельного пробоя напряжение от тока зависит слабо. Это используется в работе полупроводниковых стабилитронов – диодов рассчитанных на работу в режиме пробоя и предназначенных для стабилизации напряжения. Второй элемент обозначения - буква С

Рис. Схема включения стабилитрона

– балластный (балласт) или гасящий резистор.

Рис. Стабилизация напряжения в схеме на основе стабилитрона

Основные параметры стабилитронов:

1. Напряжение стабилизации В – определяется степенью легирования.

2. - минимально допустимый ток стабилизации. При пробой нестабильный и наблюдается сильная зависимость напряжения от тока и большой уровень шумов.

3. - максимально допустимый ток через стабилитрон, определяется максимально допустимой мощностью рассеивания. Если - развивается необратимый тепловой пробой.

4. - номинальный рекомендуемый рабочий ток, для которого приводятся справочные данные по остальным параметрам. Типичные значения

Рис. Параметры стабилитрона

5. Дифференциальное сопротивление - единицы, десятки и сотни Ом. Чем меньше, тем лучше.

6. Статическое сопротивление

7. Коэффициент качества - чем меньше, тем лучше.

8. Температурный коэффициент стабилизации , размерность %/C. для стабилитронов с В , так как с ростом температуры напряжение туннельного пробоя уменьшается. для стабилитронов с В , так как с ростом температуры напряжение лавинного пробоя увеличивается. Типичные значения . Последнее значение относится к так называемым термокомпенсированным стабилитронам. Такие стабилитроны работают при лавинном пробое и для компенсации роста при увеличении T, последовательно со стабилитроном включают прямо смещенные p-n переходы, уменьшение прямого напряжения на которых с ростом T, компенсирует увеличение напряжения лавинного пробоя - прецизионный стабилитрон.

Рис. Прецизионный стабилитрон

Для стабилизации малых напряжений, меньших 3В, используются так называемые стабисторы – стабилитроны, но работающие на вертикальном участке прямой ВАХ.

Рис. ВАХ стабистора Рис. Двунаправленный (двуханодный) стабилитрон

Третий элемент обозначения – цифра, указывает на рабочий ток стабилитрона: 1 – обычный, 2 – повышенной мощности, 4 и 5 цифры – косвенно указывают на напряжение .

Примеры: 2С133 или КС133 В; КС168 В

Стабистор: 2С107 В, 2C113 В.