Диоды Шотки.

Потенциальный барьер, полученный на основе контакта “металл — полупроводник” часто называют барьером Шотки, а диоды, использующие такой потенциальный барьер, — диодами Шотки. Как уже было рассмотрено выше, в контакте металл — полупроводник не происходит накопления неосновных носителей в базе из-за отсутствия инжекции неосновных носителей, вследствие чего значительно уменьшается время восстановления, что в сочетании с малой величиной барьерной емкости создает идеальные условия для использования таких диодов в импульсных и высокочастотных устройствах..

Варикапы.

Варикапами называют полупроводниковые диоды, в которых используется свойство р-п-перехода изменять величину барьерной емкости под действием приложенного обратного напряжения. То-есть, варикап можно рассматривать как конденсатор, емкость которого можно регулировать при помощи электрического сигнала.

Стабилитроны.

Стабилитронами называют полупроводниковые диоды, использующие особенность обратной ветви вольтамперной характеристики на участке пробоя изменяться в широком диапазоне изменения токов при сравнительно небольшом отклонении напряжения. Это свойство широко используется при создании специальных устройств — стабилизаторов напряжения.

Напряжение пробоя стабилитрона зависит от ширины р-п-перехода, которая определяется удельным сопротивлением материала полупроводника. Поэтому существует определенная зависимость пробивного напряжения (т.е. напряжения стабилизации) от концентрации примесей.

Низковольтные стабилитроны выполняют на основе сильно легированного кремния. Ширина р-п- перехода в этом случае получается очень маленькой, а напряженность электрического поля потенциального барьера — очень большой, что создает условия для возникновения тун-

нельного пробоя. При большой ширине р-п-перехода пробой носит лавинный характер.

29

Вольт-амперная характеристика стабилитрона представлена на рис.23. Рабочий ток стабилитрона (его обратный ток) не должен превышать

максимально допустимого значения Imax во избежание перегрева полупроводниковой структуры и выхода его из строя.

Существенной особенностью стабилитрона является зависимость его напряжения стабилизации от температуры. В сильно легированных полупроводниках вероятность туннельного пробоя с увеличением температуры возрастает. Поэтому напряжение стабилизации у таких стабилитронов при нагревании уменьшается, т.е. они имеют отрицательный температурный коэффициент напряжения стабилизации (ТКН)

В слабо легированных полупроводниках при увеличении температуры уменьшается длина свободного пробега носителей, что приводит к увеличению порогового значения напряжения, при котором начинается лавинный пробой. Такие стабилитроны имеют положительный ТКН. (рис.24).

Для устранения этого недостатка

(19)

(δ - изменение прямого падения напряжения на диоде при нагревании от Т1 до Т2.), то можно почти полностью компенсировать температурную погрешность стабилитрона . (Рис.25).

Рис.25.

30

Стабисторы.

Стабилизацию постоянного напряжения можно так же получить при использовании диода, включенного в прямом направлении, используя для этой цепи крутой участок прямой ветви вольт-амперной характеристики

(рис.26).

При изменении прямого тока в диапазоне Ι от Imin до Ιmax падение напряжения будет изменяться в относительно небольшом диапазоне U .

Кремниевые диоды, предназначенные для этой цели, называют стабисторами. Для изготовления стабисторов используется кремний с большой концентрацией примесей, что необходимо для получения меньшего сопротивления и меньшей температурной зависимости прямой ветви вольтамперной характеристики. По сравнению со стабилитронами стабисторы имеют меньшее напряжение стабилизации (десятые доли вольта).

Выпрямительные диоды.

В выпрямительных диодах используются вентильные свойства р-п - перехода для выпрямления переменного тока. Выпрямлением называется процесс преобразования переменного тока в постоянный. Выпрямительные диоды должны иметь возможно меньшую величину обратного тока, что определяется концентрацией неосновных носителей или, в конечном счете, степенью очистки исходного полупроводникового материала. Типовая вольт-амперная характеристика

выпрямительного диода описывается уравнением (13) и имеет вид, изображенный на рис.27.

По вольт-амперной характеристике выпрямительного диода можно определить следующие основные параметры, влияющие на его работу:

1. Номинальный прямой ток. В силовых диодах прямой ток часто называют анодным током, так как он направлен от анода к катоду, а все, что имеет отношение к анодной цепи, обычно обозначают индексом “а”. Iаном. - среднее значение анодного тока, проходящего через открытый диод и обеспечивающего допустимый его нагрев при номинальных условиях охлаждения.

31

2. Номинальное прямое падение напряжения U ном. - среднее значение падения напряжения на диоде при протекании номинального прямого тока. Этот параметр является очень важным для обеспечения параллельной работы нескольких диодов в одной электрической цепи.

3.Напряжение отсечки UО, определяемое точкой пересечения линейного участка прямой ветви вольт-амперной характеристики с осью напряжений.

4.Напряжение пробоя Un — обратное напряжение на диоде, соответствующее началу участка пробоя на вольт-амперной характеристике, когда она претерпевает излом в сторону резкого увеличения обратного тока.

5.Номинальное обратное напряжение Uобр.ном - рабочее обратное напряжение на диоде; его значение для отечественных приборов составляет 0,5

Un. Этот параметр используется для обеспечения последовательного включения нескольких диодов в одну электрическую цепь.

6. Номинальное значение обратного тока I обр.ном — величина обратного тока диода при приложении к нему номинального обратного напряжения.

7. Статическое сопротивление диода:

где:

Iа — величина анодного тока диода (его прямого тока);

U — падение напряжения на диоде при протекании тока Iа . Статическое сопротивление диода представляет собой его сопротивле-

ние постоянному току.

Кроме рассмотренной системы статических параметров в работе диодов важную роль играет система динамических параметров:

1. Динамическое (дифференциальное) сопротивление Rдин. :

где: ΔΙa — приращение прямого тока диода;

Ua — приращение падения напряжения на диоде при изменении его

прямого тока на ΔΙa .

Динамическое сопротивление играет важную роль и в рассмотрении процессов при обратном включении диода, например, в стабилитронах. Там динамическое сопротивление определяется через приращение обратного тока и обратного напряжения.

32

2. Скорость нарастания прямого тока di/dt. Этот параметр является очень важным при включении силовых диодов в цепи, где возможно очень быстрое нарастание прямого тока (например, в цепях, имеющих емкостный характер). Если ток через диод не превышает допустимого значения, но имеет очень крутой фронт нарастания, то в полупроводниковом кристалле возможно возникновение явления, называемого шнурованием тока, когда ток в первый момент времени из-за неоднородностей в р-п- переходе сосредоточится в узкой области р-п-перехода, имеющей наименьшее сопротивление, образуя так называемый “шнур”. Плотность тока в “шнуре” может оказаться недопустимо большой, что приведет к проплавлению полупроводниковой структуры и выходу прибора из строя. Поэтому для силовых диодов этот параметр часто нормируется в паспортных данных с указанием его предельного значения.

пасной величины t/ (рис.28).

3. Скорость нарастания обратного напряжения du/dt. Если фронт нарастания обратного напряжения на силовом диоде будет очень крутой (это характерно для цепей с индуктивным характером), то импульс обратного тока диода с учётом собственной ёмкости p-n-перехода Сб будет равен

dUc

где: dt - скорость нарастания обратного напряжения.

Даже при сравнительно небольшой величине ёмкости Сб импульс тока может представлять собой опасность для полупроводниковой структуры, если второй сомножитель в выражении (22) будет доста-

почке, не принося вреда самому диоду.

4.К числу динамических параметров относится и величина собст-

венной ёмкости p-n-перехода силового диода Сб.

В настоящее время на практике преимущественно применяется система так называемых предельных параметров, основными из которых являются:

1.Предельный ток Iп. Это максимально допустимое среднее за период значение прямого тока, длительно протекающего через прибор. Обычно силовые диоды используются совместно с определенным типом охладителя. Это может быть либо массивная металлическая пластина, интенсивно отводящая тепло, выделяющееся в диоде при протекании тока, либо специальная конструкция радиатора, имеющего большую площадь теплоотвода, либо специальный охладитель, имеющий внутри рубашку жидкостного охлаждения, по которой циркулирует вода. Поэтому в информационных материалах приводятся значения предельных токов с учетом влияния охлаждения (скорость и расход охлаждающего воздуха или жидкости).

2.Ток рабочей перегрузки Iр.пер.. Это ток диода, длительное протекание которого вызвало бы превышение максимально допустимой температуры полупроводниковой структуры, но ограниченный по времени так, что превышение этой температуры не происходит.

3.Ударный ток Iудар. Это максимально допустимая амплитуда одиночного импульса тока синусоидальной формы длительностью 10 мс при заданных условиях работы прибора, что соответствует половине периода тока частотой 50 Гц.

4.Повторяющееся напряжение Uповт. Это максимально допустимое мгновенное значение напряжения, периодически прикладываемого к диоду в обратном направлении. Повторяющееся напряжение характеризуется классом прибора, указывающим его в сотнях вольт и дающимся в паспортных данных.

5.Неповторяющееся напряжение Uнеп. – максимальное допустимое мгновенное значение любого неповторяющегося напряжения, прикладываемого к диоду в обратном направлении.

6.Максимальное обратное напряжение Uп – напряжение, соответствующее началу процесса лавинообразования в приборе (напряжение пробоя).

Большинство указанных параметров обычно приводится в техническом паспорте на прибор, а более подробно информация о параметрах, характеристиках и эксплуатационных свойствах – в технических условиях на прибор.

Система обозначения диодов.

В соответствии с ГОСТ 10862-64 в обозначении диодов содержатся цифровые и буквенные элементы, в которых заключен большой объём информации.

34

Первый элемент – буква или цифра характеризует исходный полупроводниковый материал: Г или 1 – германий; К или 2 – кремний; А или 3 – арсенид галлия. Обозначения с цифрой присваиваются приборам, которые могут работать при более высоких температурах.

Второй элемент – буква, обозначающая тип диода: Д – выпрямительные и преобразовательные; В – варикапы; А – сверхвысокочастотные диоды; И – туннельные диоды; С – стабилитроны и т.д.

Третий элемент – число – назначение диода и его электрические свойства (расшифровывается с помощью таблиц). Так, например, обозначение от 101 до 199 – выпрямительные диоды со средним значением прямого тока до 0.3А; от 201 до 299 - со средним значением прямого тока от 0.3А до 10А; от

301 до 399 – свыше 10А.

Вобозначении стабилитронов третий элемент – цифра – значение мощности, четвертый и пятый – числа от 01 до 99 – напряжение стабилизации, шестой элемент – буква – показывает номер группы в технологическом типе.

Вобозначении силовых диодов согласно ГОСТ 10662-73 в обозначении типа прибора присутствуют следующие элементы: буква В, обозначающая вентиль; для лавинных диодов добавляется буква Л (ВЛ); для вентилей с водяным охлаждением добавляется ещё буква В (ВВ или ВЛВ); затем приводится цифра, обозначающая конструктивное исполнение прибора; число, обозначающее предельный ток в амперах; число, указывающее класс прибора (повторяющееся обратное напряжение в сотнях вольт); далее иногда указывают прямое падение напряжения в вольтах.

Последовательное и параллельное соединение силовых диодов.

Так, при последовательном соединении диодов (рис. 31) обратный ток обоих диодов iобр. будет одинаков. Из-за различия обратных ветвей вольтам-

35

перных характеристик при этом токе обратные напряжения на диодах Д1 и Д2 будут различные: U1 и U2. И, хотя в сумме они равны обратному напряжению

в схеме Uобр.= U1 + U2, но поскольку они не равны между собой, может возникнуть опасность пробоя одного из них, в данном случае Д1, если U1 >

мых ветвей вольтамперных характеристик, токи диодов различны: i1 и i2. Но

тивления которых должна быть больше сопротивления диодов в прямом направлении. Тогда величины токов i1 и i2 будут, в основном, определяться сопротивлениями Rв и, следовательно, будут приближаться друг к другу. Однако, такой способ выравнивания может быть реализован только в маломощных цепях, так как потери мощности на этих резисторах могут быть существенными. Для выравнивания токов при параллельном соединении мощных

36

диодов используют так называемые индуктивные делители тока, в которых активное сопротивление выравнивающих резисторов заменяется индуктивным сопротивлением. Некоторые варианты индуктивных делителей тока предоставлены на рис.35.

Принцип действия индуктивного делителя на рис.35а аналогичен уже рассмотренному, но вместо активных выравнивающих сопротивлений используются индуктивные (линейные дроссели L). В схеме на рис.35б эти же дроссели выполнены магнитосвязанными (на одном сердечнике), а в схеме на рис.35в используются реакторы, имеющие первичные и вторичные обмотки. Принцип действия этого делителя основан на том, что магнитодвижущие силы первичных и вторичных обмоток реакторов должны быть уравновешанны между собой. Поскольку через вторичные обмотки протекает один и тот же ток (обмотки включены последовательно), то токи первичных обмоток, а, следовательно, и токи диодов будут тоже одинаковы. Если возникает разбаланс токов диодов, то возникает неурвновешанный магнитный поток, который наведёт в первичных обмотках Э.Д.С., которая будет направлена навстречу току перегруженного диода и уменьшит этот ток, а в цепи недогруженного диода возникнет Э.Д.С., стремящаяся увеличить ток этого диода, в результате чего произойдёт выравнивание токов. Индуктивные делители подобного типа эффективны при выравнивании токов в переходных режимах или когда через диоды протекают пульсирующие токи, периодически изменяющиеся по величине от максимального значения до нуля. Если же через диоды будет длительно протекать постоянный ток, то произойдет насыщение магнитной системы индуктивного делителя, и выравнивание токов прекратится. Для равномерного распределения постоянного тока между параллельно включенными диодами обычно производят подбор диодов по прямому падению напряжения.

Применение полупроводниковых диодов.

При рассмотрении вопросов применения полупроводниковых диодов ограничимся применением стабилитронов и силовых выпрямительных диодов.

37

Как уже отмечалось выше, применение стабилитронов связано с особенностью обратной вет-

пряжения Uвх. от нуля пропорционально возрастает напряжение на нагрузке Uвых. Когда входное напряжение достигнет напряжения пробоя стабилитрона, он открывается, и в его цепи появляется ток iст. Дальнейшее увеличение входного напряжения приведёт лишь к увеличению тока стабилитрона, а напряжение на нём, а, следовательно, и напряжение на нагрузке Uвых. будет теперь оставаться почти неизменным, а разница между входным напряжением и выходным будет падать на балластном сопротивлении Rб. На рис.37 представлены: вольт-амперная характеристика стабилитрона (Ст), вольт-амперная характеристика сопротивления нагрузки (RН), их результирующая вольтамперная характеристика (RН+Ст), вольт-амперная характеристика балластного сопротивления (Rб) и, наконец, суммарная вольт-амперная характеристика всего устройства. Поскольку максимальное значение тока стабилитрона ограничено его допустимым нагревом на уровне Iст.max, то максимальное значение входного напряжения ограничено величиной UВХ.max. Минимальное значение входного напряжения, очевидно, ограничено напряжением пробоя стабилитрона UП. Тогда за номинальное значение входного напряжения UВХ. ном. следует принять середину участка между UВХ.max и UВХ.min. По вольтамперной характеристике находим, соответственно, UВЫХ.max и UВЫХ.min, а середина между ними соответствует UВЫХ.НОМ. Очевидно, что при отклонении входного напряжения на UВХ, выходное напряжение изменится на значительно меньшую величину UВЫХ., т.е. имеет место стабилизация напряжения. Качество стабилизатора напряжения оценивается коэффициентом стабилизации КСТ:

38

метрического стабилизатора в основном определяется соотношением сопротивления балластного резистора Rб и сопротивления нагрузки RН.

Силовые выпрямительные диоды нашли широкое применение в устройствах, преобразующих электрическую энергию переменного тока в энергию постоянного тока и называемых выпрямителями.

Простейшей схемой выпрямителя является однофазная однополупериодная схема (рис.38). Она представляет собой силовой трансформатор Тр, первичная обмотка которого включена в питающую сеть переменного тока, а вторичная обмотка через силовой диод включена на сопротивление нагрузки Rd. Отметим, что в силовой преобразовательной технике силовые диоды принято называть вентилями. В этом названии подчёркивается, что в таких устройствах используются, в основном, вентильные свойства полупроводникового диода, т.е. его способность пропускать ток только в одном направлении. Далее отметим, что все параметры, относящиеся к цепи постоянного то-

питающей сети.

39

Пусть на интервале (0 ÷ π) полярность Э.Д.С. е2 будет такой, как указано на рис.39а. Тогда к вентилю В эта Э.Д.С. будет приложена в прямом направлении, вентиль открыт, и по нагрузке протекает ток id:

ток протекает и по вторичной обмотке трансформатора (i2), и через вентиль В (iа). Будем считать вентиль В идеальным и пренебрежём падением напряжения на нём при протекании тока нагрузки, а так же пренебрежём обратным током вентиля, считая его исчезающе малым по сравнению с током нагрузки. Тогда падение напряжения на сопротивлении нагрузки будет равно:

В точке π полярность Э.Д.С. меняется на противоположную и становится такой, как указано в скобках на рис.38. По отношению к вентилю В эта полярность становится запирающей, и на интервале от π до 2π вентиль В за-

ряются. Таким образом, по нагрузке протекает однонаправленный пульсирующий ток только в течение одного полупериода, что предопределило и на-

звание этой схемы: однофазный однополупериодный выпрямитель. Постоян-

ная составляющая этого тока или его среднее значение за период повторяемости определяется по выражению:

Физический смысл этой величины – высота прямоугольника, построенного на периоде повторяемости тока id, и с площадью, равной площади половины синусоиды тока id. Аналогично находится и постоянная составляющая выпрямленного напряжения:

Коэффициент пропорциональности между выпрямленным напряжением Ed и переменным напряжением E2 называют коэффициентом схемы выпрямителя (KСХ). Для рассматриваемой схемы выпрямления КСХ = 0.45. Мощность, выделенная на нагрузке, Pd=EdId.

Важным параметром любой схемы выпрямления является пульсность (р) – количество пульсаций выпрямленного напряжения за один период напряжения питания. Пульсность данного выпрямителя, как следует из рис.39в

40

В2, сопротивление нагрузки Rd и вентиль В4, причём направление этого тока в нагрузке осталось прежним, и прежней осталось полярность падения напряжения Ud (рис.41в,г). Поскольку ток нагрузки протекает в одном и том же направлении в течение обоих полупериодов питающего напряжения, то этот выпрямитель, так же как и предыдущий, является двухполупериодным. Пульсность р этих схем выпрямления, как видно из рис.41в,г, равняется: р=2.

Параметры выпрямленного напряжения и тока в этой схеме, такие же, как и в предыдущей схеме выпрямления:

Параметры, по которым выбираются силовые вентили, в этих схемах так же одинаковы, за исключением максимального обратного напряжения:

А максимальное обратное напряжение, прикладываемое к вентилям в мостовой схеме, равно:

Простейшей схемой трёхфазного выпрямителя является трехфазная нулевая схема (рис.42а). Она включает в себя силовой трёхфазный трансформатор, первичные обмотки которого могут быть соединены как звездой, так и треугольником, а вторичные обмотки должны быть соединены только звездой, чтобы был вывод от нулевой точки. В цепь вторичной обмотки каждой фазы включаются вентили В1,В2,В3, которые могут образовывать либо катодную группу (с общим катодом), либо анодную группу (с общим анодом). Между нулевой точкой трансформатора и общей точкой вентилей включается сопротивление нагрузки Rd. На рис.40б изображены Э.Д.С. фаз a, b и c. В любой момент времени ток протекает по цепи того вентиля, который включён в фазу с наибольшим потенциалом. В точке Θ = 0 наибольший потенциал, как видно из рис.42б, в фазе а, поэтому на интервале от Θ = 0 до точки 1 открыт вентиль В1, и по нему через сопротивление нагрузки протекает ток (рис.42в), под действием Э.Д.С. е2а (рис.42б). Но как только открывается вентиль В2, вентиль В1, проводивший ток, закрывается, так как через открывшийся вентиль В2 будет прикладываться наибольший потенциал фазы

43

как именно в этих точках происходит переключение тока нагрузки с одного вентиля на другой. Из рис.42в, г, д, следует, что каждый вентиль проводит

ток в течение 13 части периода, а в течение 23 периода – закрыт. Ток нагруз-

ки (рис.42е) представляет собой сумму анодных токов всех трёх вентилей, а напряжение на нагрузке, т.е. выпрямленное напряжение Ud, представляет собой верхние участки синусоид e2a, e2b, e2c между точками 0 ÷1, 1 ÷2, 2 ÷3 и т.д.(на рис.42б выделено жирными линиями). Очевидно, что пульсность р в этой схеме выпрямителя равна р = 3. Постоянная составляющая выпрямленного напряжения может быть найдена по формуле:

подынтегральная функция представляет собой Э.Д.С. e2b. Коэффициент схемы этого выпрямителя равен, как следует из (36) Ксх

= 1.17.

Постоянная составляющая выпрямленного тока находится, как

Максимальный анодный ток вентилей находится из выражения:

Среднее значение анодного тока каждого вентиля, т.е. его постоянная составляющая, определяется, как

так как каждый вентиль проводит ток только в течение 13 периода.

Обратное напряжение на вентиле, например, на В1, строится следующим образом (рис.42ж): обратное напряжение на вентиле есть разность между потенциалом анода вентиля и потенциалом катода. На интервале от 0 до точки 1 вентиль В1 открыт. Следовательно, пренебрегая малой величиной падения напряжения между анодом и катодом открытого вентиля, можно считать напряжение на нём равным нулю. В точке 1 вентиль В1 закрывается и, как уже было описано выше, напряжение на нём будет изменяться как ли-

45

нейное напряжение между фазой b и фазой c, приложенное к вентилюВ1 в запирающем направлении. В точке 2 открывается вентиль В3, а вентиль В2 закрывается; поэтому к катоду вентиля В1 через открывшийся вентиль В3 будет прикладываться потенциал фазы c – e2С, и вентиль В1 окажется уже под обратным напряжением между фазой c и фазой a (линейное напряжение ca). На рис.42б вертикальной штриховкой показано изменение обратного напряжения на вентиле В1. Из рис.42ж следует отметить, что максимально значение этого напряжения равно амплитуде линейного напряжения, которое, как известно, в 3 раз больше амплитуды фазного напряжения:

Особенностью этой схемы выпрямления является то, что токи, протекающие по обмоткам каждой фазы вторичной стороны трансформатора, являются однонаправленными из-за наличия в их цепи вентилей. Поэтому постоянная составляющая анодного тока каждого вентиля создаёт постоянный магнитный поток, подмагничивающий магнитопровод трансформатора. При большом токе нагрузки это может привести к насыщению магнитной системы и к выходу трансформатора из строя. Во избежание этого иногда вторичные обмотки трансформатора соединяют в «зигзаг» (рис.43). В этом случае вторичную обмотку каждой фазы трансформатора разделяют на две полови-

e′2a′ e′2a′ e′2a′

• • •

B1 B2 B3

Рис. 43 ны и включают таким образом, чтобы ток протекал по верхней половине и по

нижней половине обмотки каждой фазы в разные моменты времени, причём магнитные потоки верхней и нижней половины направлены навстречу друг

46

другу и, следовательно, постоянные магнитные потоки взаимно компенсируются.

Самой совершенной из простых схем выпрямления является 3-хфазная мостовая схема (схема Ларионова) (рис.44). Она состоит из трёхфазного силового трансформатора, обмотки которого и на первичной стороне и на вторичной могут быть соединены как звездой, так и треугольником. Вторичные обмотки подключены к трёхфазному мосту, состоящему из двух вентильных групп – катодной и анодной. Между точкой общих катодов и точкой общих анодов включено сопротивление нагрузки Rd. Как следует из рис.44б, в точке

Θ = 0 наибольший положительный потенциал будет в фазе a, а наибольший отрицательный – в фазе c. Поэтому на интервале от 0 до точки 1 по нагрузке протекает ток под действием разности потенциалов между фазой a и фазой c

– линейного напряжения a-c. При этом ток протекает через вентиль В1 в катодной группе и вентиль В2 – в анодной. В точке 1 наибольшим положительным потенциалом станет потенциал фазы b, а наибольшим отрицательным останется потенциал фазы c. Поэтому в точке 1 откроется вентиль В3,а вентиль В1 закроется, так как окажется под обратным, запирающим напряжением между фазами a и b, и, следовательно, ток нагрузки будет протекать через вентили В3 и В2. Такое положение сохранится до точки 2, где наибольшим отрицательным потенциалом станет потенциал фазы a, и, следовательно, ток в анодной группе перейдёт на вентиль В4, связанный с фазой a, проводивший ток вентиль В2 закроется, так как окажется после открытия вентиля В4 под обратным, запирающим напряжением между фазами c и a. Аналогичные процессы повторятся в точках естественной коммутации 3, 4, 5 и т.д. Выпрямленное напряжение будет представлять собой верхние участки синусоид линейных напряжений (рис.44в). Среднее значение (постоянная составляющая) этого напряжения:

В трёхфазной мостовой схеме выпрямления ток во второй обмотке каждой фазы представляет собой знакопеременную функцию (на рис.44г изображён ток вторичной обмотки фазы a). Это происходит потому, что на участках проводимости вентилей В1 и В4, связанных с фазой a, ток обмотки протекает в разных направлениях, следовательно, этот ток не имеет постоянной составляющей, и в трансформаторе принципиально отсутствует постоянное подмагничивание в отличие от нулевой схемы выпрямления. Из рис.44г можно определить максимальный ток вентиля:

47

48

Среднее значение анодного тока каждого вентиля:

так как здесь, так же как и в предыдущей схеме, каждый вентиль проводит

ток в течение 13 периода.

Максимальное обратное напряжение на вентилях:

что следует из рис.44д, где построена кривая обратного напряжения на вентиле В1.

Существуют и более сложные схемы трёхфазных силовых выпрямителей, но они, как правило, строятся на базе уже рассмотренных выше схем.

ГЛАВА III Транзисторы.

рлярные транзисторы, выполненные с двумя

ставляет собой монокристалл полупроводника, в котором созданы три области с чередующимися типами электропроводности. На границах этих областей возникают электронно-дырочные переходы. От каждой области полупроводника сделаны токоотводы (омические контакты, не имеющие контактной разности потенциалов). Среднюю область транзистора, расположенную между электронно-дырочными переходами, называют базой. Примыкающие к базе области обычно делают неодинаковыми. Одну из областей делают так, чтобы из неё наиболее эффективно проходила инжекция носителей в базу, а другую

– так, чтобы p-n-переход между базой и этой областью наилучшим образом собирал инжектированные в базу носители, то есть осуществлял экстракцию носителей из базы.

49

Область транзистора, основным назначением которой является инжекция носителей в базу, называют эмиттером, а p-n-переход между базой и эмиттером – эмиттерным. Область транзистора, основным назначением которой является собирание, экстракция носителей из базы, называют коллектором, а p-n-переход между базой и коллектором – коллекторным (рис.45). На принципиальных схемах транзистор изображают символом, представленным на рис.46б. Стрелкой обозначают область эмиттера, причём, если чередование областей с различным типом проводимости такое, как на рис.46а, то такой транзистор называют транзистором p-n-p типа, стрелка эмиттера направлена внутрь. Если чередование областей другое (рис.47а), то транзистор называют n-p-n типа, и в его схематическом изображении стрелка эмиттера направлена наружу (рис.47б).

В обоих типах транзисторов физические процессы аналогичны, они различаются только типом инжектируюемых и собираемых носителей и имеют одинаково широкое применение.

Если на эмиттерном переходе напряжение прямое, и он инжектирует носители в базу, а на коллекторном переходе напряжение обратное, и он собирает носители из базы, то такое включение транзистора называют нор-

мальным.

Если же на коллекторном переходе напряжение прямое, и он инжектирует носители в базу, а на эмиттерном переходе напряжение обратное, и он осуществляет экстракцию носителей из базы, то такое включение транзистора называют инверсным.

При инверсном включении транзистора необходимо учитывать следующие особенности: