1.2. Выпрямительные диоды

Предназначены для преобразования переменного тока в постоянный. Основными параметрами для них являются: I_{пр max}- максимальный прямой ток,U_пр- прямое падение напряжения на диоде при заданном токе,I_обр- обратный ток через диод при заданном обратном смещении,U_{обр max}- максимальное обратное напряжение,f- диапазон рабочих частот.

По величине прямого тока выпрямительные диоды подразделяются на диоды малой (I_пр<0,3A), средней (0,3<I_пр<10A) и большой (I_пр>10A) мощности. Выпрямительные диоды получают чаще сплавлением и диффузией. Большие значенияI_пробеспечиваются значительной площадьюp-n-перехода, поэтому выпрямительные диоды имеют большую ёмкость и на высоких частотах выпрямление отсутствует, т.к. большая часть тока протекает через емкость.

Для увеличения U_обрвыбирают полупроводник для базы диода с высоким удельным сопротивлением. НаибольшееU_обрполучают вp-i-nдиодах, у которых ширина области объёмного заряда наибольшая (i-слой с высоким удельным сопротивлением, близкий к собственному полупроводнику). При большихI_прв диодах рассеивается значительная мощность (единицы и десятки ватт).P=I_прU_пр. Для увеличения теплоотвода мощные диоды помещают в металлические корпуса больших размеров, имеющие малое тепловое сопротивление и предусматривающие возможность их размещения на радиаторах.

Выпрямительные диоды изготавливают в основном из кремния и германия. Кремневые диоды имеют большее U_пр, т.к. удельное сопротивление собственного кремния_i=10⁵ Омсм, а германия_i=50 Омсм. Диоды на основе кремния работают при более высоких температурах (до 125^oC) и имеют меньшие токи утечки, т.к. ширина запрещенной зоны кремнияE_g=1,12 эВ, а германияE_g=0,72 эВ. Преимуществом германиевых диодов является более низкое прямое напряжение 0,3-0,8 В, тогда как у кремниевых диодов оно равно 0,6-1,2 В.

p

1

n-Si

n⁺

1. эпитаксии.

Рис. 1.5

1

2

3

5

4

n

n⁺

p⁺

Si

1. эпитаксиальный слой,

2. кристалл полупроводника,

3. металлизация,

4. пленка диэлектрика,

5. металлизация.

Рис. 1.6

1

2

3

4

n⁺

n

p⁺

p⁺

1. металлизация,

2. диэлектрическая пленка,

3. эпитаксиальный слой,

4. кристалл полупроводника.

Рис. 1.7

1

2

3

4

n

n⁺

1. металлизация,

2. диэлектрическая пленка,

3. эпитаксиальный слой,

4. кристалл полупроводника.

Рис. 1.8

При необходимости выпрямления большего тока, чем I_{пр max}одного диода, можно соединить несколько диодов параллельно, включая последовательно каждому диоду добавочное сопротивление, выравнивающее токи через диоды (рис. 1.9).

Для выпрямления высоких напряжений можно последовательно соединить несколько диодов, включая последовательно каждому диоду шунтирующее сопротивление (рис. 1.10), выравнивающее падение напряжения на диодах, т.к. обратное сопротивление каждого диода одного типа различно.

Применяются выпрямительные столбы, состоящие из 4-16 последовательно соединенных сплавных или диффузионных кремниевых диодов, получаемых групповыми методами в едином технологическом цикле, обеспечивающем идентичность параметров. Выпускаются так же селеновые и титановые выпрямительные столбы. Титановые выпрямители работают в диапазоне -60250^oC, селеновые -6085^oC.