1.7. Работа диодов с нагрузкой
В практических схемах в цепь диодов включается нагрузка – резистор RН. Режим работы диода с нагрузкой называется рабочим режимом.
Рис. 9
Расчеты рабочего
режима заключается в определении тока
I
в цепи и напряжения на диоде UД
по известным Е, RН
и ВАХ диода. Так как не удается получить
явное решение уравнения Кирхгофа E
= IRН
+ UД,
где I
= f(UД),
расчет выполняется графически. Для RН
соблюдается закон Ома:
(1)
с другой стороны из ВАХ диода следует I = f(UД). (2)
Система из двух уравнений (1) и (2) решается графически (рис. 9). В координатах I-U изображает ВАХ диода и график функции (1) (при I = 0; U = E – точка A; при UД = 0; I = E/RН точка Б).
Уравнение (1) определяет линию нагрузки диода. Координаты точки пересечения графиков I*, U* дают искомое решение задачи расчета рабочего режима, т.е. ток в цепи I = I* и напряжение на диоде UД = U*.
1.8. Выпрямительные диоды
Выпрямительный диод – полупроводниковый диод, предназначенный для выпрямления напряжения переменного тока.
Выпрямительные диоды используют в качестве вентилей – элементов с односторонней проводимостью. Основное их применение выпрямление токов с частотой до единиц кГц.
Простейшая схема однополупериодного выпрямления и процессы формирования выходного напряжения показаны на рис. 10.
Рис. 10
Во время положительной полуволны напряжения e(t) через нагрузку RНпротекает импульс прямого тока с амплитудой Im.
При воздействии отрицательной полуволны напряжения e(t) через диод протекает малый обратный ток Iобр.
Таким образом, через нагрузку протекает пульсирующий ток, в виде импульсов, длящихся пол периода и разделенных промежутком также в половину периода.
В более сложных двухполупериодных выпрямителях энергия источника e(t) используется более рационально. Схема такого выпрямителя представлена на рис. 11.
Рис. 11
В результате через RН при воздействии каждого полупериода напряжения e(t) протекает импульс тока одной полярности. Это позволяет достичь большего значения среднего выпрямленного тока IСР (рис. 12).
Рис. 12
В качестве параметров выпрямительных диодов в справочниках приводятся параметры UПР, при фиксированном токе IПР, а также предельные параметры Iпрmax, Uобрmax.
Амплитуда выпрямляемого напряжения Um ограничена Uобрmax. При необходимости выпрямления более высоких напряжений применяют последовательное соединение диодов (рис. 13).
Рис. 13
Однако, вследствие разброса обратного сопротивления диодов, падение напряжения на диодах распределяется не равномерно, что может привести к последовательному пробою всех диодов цепи. Для выравнивания напряжений диоды шунтируют одинаковыми сопротивлениями RШ Rобрmin. На практике RШ 100кОм.
Для повышения максимального прямого тока иногда применяют параллельное соединение диодов (рис. 14). При этом также вследствие разброса характеристик наблюдается неравномерное распределение токов.
Рис. 14
Для выравнивания токов последовательно с диодами подключают резисторы R сопротивление не более 1 Ом. Добавочные сопротивления определяются подбором.