2.2. Диоды и диодные схемы
Диод является пассивным нелинейным элементом. Представляет собой р-n-переход, обладающий односторонней проводимостью. Характеризуется прямым током, обусловленным рекомбинацией основных носителей на границе р-n-перехода, и обратным током, обусловленным неосновными носителями. Напряжение, достаточное для открывания диода, составляет 0,6–0,7 В. Нелинейность зависимости тока и напряжения не позволяет использовать закон Ома для диодов. Пример ВАХ полупроводникового диода представлен ниже.
p
n
n
p
а б
Рис. 2.7. Полупроводниковый диод (а) и его ВАХ (б)
2.2.1. Выпрямление
Выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный. Существует несколько схем для выпрямления.
Однополупериодная схема
В
однополупериодной схеме используется
один полупроводниковый диод, который
пропускает только одну полуволну
переменного напряжения. Для сглаживания
пульсаций используют RC-фильтр
с
.
Недостатком этой схемы является низкий
КПД.
а б
Рис. 2.8. Однополупериодная схема выпрямителя (а) и временные диаграммы ее работы (б)
Мостовая двухполупериодная схема
Данная схема имеет повышенный КПД, так как используются обе полуволны входного напряжения.
а б
Рис. 2.9. Двухполупериодная схема выпрямителя (а) и временные диаграммы ее работы (б)
Схема для получения двухполярного питания
В данной схеме используется емкостный делитель напряжения.
C1
C2
Рис. 2.10. Схема выпрямителя с двухполярным выходным напряжением
2.2.2. Умножители напряжения
Умножитель напряжения формирует на выходе постоянное напряжение из переменного входного напряжения. Его работа основана на заряде и разряде конденсаторов через диоды. Существует ряд схем умножения. Рассмотрим принцип работы некоторых из них.
Схема удвоения напряжения
Сущность
работы схемы заключается в следующем.
Во время положительной полуволны
напряжения U2
через
открывающийся в это время диод VD1
конденсатор
С1
заряжается
током i1
до
величины UC1
=
U2.
Во время отрицательной полуволны
напряжения U2
конденсатор
С1
разряжается через открывающийся в это
время диод VD2,
а конденсатор С2
заряжается
током i2
до
величины UC2
=
UВЫХ
=
U2
+
UC1
=
2U2.
При этом необходимо, чтобы для постоянной
времени разряда конденсаторов, зависящей
от их емкости и от RH,
выполнялось условие
.
а б
Рис. 2.11. Схема умножителя напряжения (а) и временные диаграммы ее работы (б)
Схема умножения до 4 раз
Разновидности предыдущей схемы позволяют увеличивать напряжение в 3, 4 и более раз. В реальных схемах коэффициент умножения напряжения ниже, чем в рассмотренном выше идеальном случае.
Рис. 2.12. Схема умножителя напряжения до 4 раз
2.2.3. Получение однополярных импульсов
Для
выделения переднего и заднего фронтов
импульсных сигналов можно использовать
дифференцирующую цепь (диаграммы 1 и 2
на рис. 2.13, б).
Для такой цепи
.
Диод пропускает импульсы положительной
полярности (диаграмма 3).
На выходе буферного логического элемента формируется короткий импульс, соответствующий переднему фронту (диаграмма 4).
а б
Рис. 2.13. Схема для получения однополярных импульсов (а) и временные диаграммы ее работы (б)