II. Полупроводниковые диоды

1. Силовые диоды. Под силовыми диодами понимают диоды, использующие р-п-переход для выпрямления электрического тока. Обычно такие диоды используют сплавные или диффузионные р-п-переходы. Рассмотрим р-п-переход, на который подается переменный электрический сигнал (рис. 15). Так как , то в цепи нагрузки ток будет протекать в основном в одном направлении, причем чтобы получить действительно постоянный ток необходимо использовать специальные радиотехнические фильтры.

2. Стабилитроны. Область пробоя на ВАХ р-п-перехода может быть использована для создания специального типа полупроводниковых приборов – стабилитронов. Действительно, (рис. 16) в широком интервале значения токов напряжение меняется очень мало (), то есть происходит его стабилизация. В зависимости от механизма пробоя стабилитроны могут быть лавинными или туннельными, причем первые – это высоковольтные (100 В и выше), а вторые – это низковольтные (310 В).

Возможны и другие типы полупроводниковых диодов, один из них –

туннельный диод будет рассмотрен в работе 3.08.

III. Полупроводниковые выпрямители

Р-п-переход действует как выпрямитель тока. При включении через переход идет большой ток, а при обратном – значительно меньший. Выпрямительный элемент на основе р-п-перехода называется полупроводниковым диодом (рис. 12).

Рассмотрим две простейши схемы использования диода в качестве выпрямителя. На рис. 18 представлена схема однополупериодного выпрямителя. При положительной полуволне напряжение на выходе к контакту А приложен (+), а к В – (-). Диод (Д) включен в прямом направлении, так что через сопротивление R потечет ток i, и на выходе схемы появится напряжение ,повторяющее входное напряжение. При отрицательной полуволне входного напряжения к А приложен отрицательный потенциал, а к В – положительный. Диод становится включенным обратно, и ток через сопротивление практически равен нулю. Значит, и выходное напряжение равно нулю. Таким образом, на выходе образуется пульсирующее напряжение (рис. 18). Для сглаживания пульсаций используют различные фильтры. На рис. 18 представлен RC – фильтр. Если на такой фильтр подается пульсирующее напряжение, то во время увеличения напряжения конденсатор заряжается. Когда же наступает спад входного напряжения, параметры R и C подбирают такими, что разрядка конденсатора происходит медленно, и напряжение на выходе фильтра следует за напряжением разряжающегося конденсатора. Следующий импульс входного напряжения подзаряжает конденсатор и так далее. На выходе фильтра получится сглаженный профиль напряжения. Коэффициент пульсации входного напряжения определяется соотношением:

, (6)

где - постоянная составляющая напряжение (отсчитываемая по вольтметру). На рис. 20 представлена схема с двухполупериодным выпрямлением. Достоинством этой схемы является уменьшенное значение коэффициента пульсации выходного напряжения. Эту схему часто используют совместно сRC фильтром.