2.2.3.2 Арсенидгаливые выпрямительные диоды

В настоящее время имеется значительное количество об­ластей техники, испытывающих потребность в полупроводни­ковых приборах повышенной (температура перехода более+200 °С) термостойкости. Напомним, что полупроводниковые приборы на кремнии имеют температуру перехода в пределах +100...+ 150 °С.

Наиболее освоенные в электронике полупроводниковые материалы, которые могли бы стать основой для разработки и выпуска полупроводниковых приборов повышенной термостой­кости, являются широк^зонные материалы семейства А^IIIВ^V— арсенида галлия.

Арсенидгаллиевые выпрямительные диоды, имеют одина­ковую с кремниевыми диодами коммутируемую мощность, от­личаются в несколько раз меньшими массогабаритными пока­зателями, так как позволяют работать из-за повышенной ши­рины запрещенной зоны при температурах перехода до +240... +280 °С. Столь высокие допустимые значения температуры перехода обеспечивают также выигрыш в массе радиоэлек­тронных устройств за счет уменьшения теплорассеивающих элементов.

Другим преимуществом арсенида галлия по сравнению с кремнием является значительно большая подвижность носите­лей заряда, что позволяет использовать арсенидгаллиевые диоды в диапазоне частот преобразования 100...500 кГц. Пе­реключая импульсные токи до 500 А с полным временем вклю­чения менее 10^-9 с. Это обстоятельство также приводит к уменьшению массо-габаритных показателей преобразователь­ных устройств при одновременном повышении их КПД.

В настоящее время промышленностью выпускаются ар­сенидгаллиевые диоды на импульсное обратное напряжение 100…600 В, средний прямой ток до 50 А, импульсное прямое напряжение до 2,5 В с временем обратного восстановления до 0,5 мкс.

На рисунке 2.20 показана конструкция арсенид-галиевых выпрямительных, быстро восстанавливающихся диодов 3Д4104-10, 3Д4104-10Х, 3Д4104-25, 3Д4104-25Х.

Диоды предназначены для применения в преобразователях электроэнергии постоянного и переменного токов, а так же для защиты цепей аппаратуры от импульсных электрических перегрузок по напряжению. Выпускаются металлическом корпусе под запрессовку. Тип прибора указывается на корпусе. Масса диодов не более 10г.

Рисунок 2.20 - Конструкция арсенид-галиевых выпрямительных, быстро восстанавливающихся диодов 3Д4104-10, 3Д4104-10Х, 3Д4104-25, 3Д4104-25Х

2.2.3.2 Выпрямление переменного тока с помощью выпрямительных диодов.

Выпрямление переменного тока — один из основных процессов в радио­электронике. В выпрямительном устройстве энергия переменного тока преобра­зуется в энергию постоянного тока. Любой выпрямитель является потреби­телем энергии переменного тока и гене­ратором постоянного тока.

Простейшая схема для выпрямления переменного тока показана на рисунке 2.21.

В ней последовательно соединены гене­ратор переменной ЭДС (е), диод VD и нагрузочный резистор R_н который можно включать также и в другой про­вод, как показано штрихами. Эта схема называется однополупериодной. Пра­вильнее бы "называть ее однофазной однотактной, так как генератор пере­менной ЭДС является однофазным и ток проходит через него только в одном направлении один раз за период (один такт за период). Другие, более сложные схемы для выпрямления (двухфазные, трехфазные, двухтактные и др.), как правило, представляют собой комбинацию нескольких однофазных однотактных схем.

В выпрямителях для питания РЭА генератором переменной ЭДС обычно служит силовой трансформатор, включенный в электрическую сеть (рисунок 2.21) вместо трансформатора иногда приме­ряется автотрансформатор. В некоторых случаях выпрямитель питается от сети без трансформатора. Роль нагрузочного резистора, т. е. потребителя энергии постоянного тока, в практических схемах. При выпрямлении токов высокой частоты, например, детекторных каскадах радиоприемни­ков генератором переменной ЭДС служит трансформатор высокой частоты или резонансный колебательный контур, а нагрузкой — резистор с большим сопротивлением.

Рисунок 2.21 - Схема выпрямителя с полупроводниковым диодом

Рисунок 2.22 - Принцип работы простейшего выпрямителя

Работа простейшего выпрямителя происходит следующим образом. Будем считать, что генератор даёт синусоидальную ЭДС и его внутренним сопротивлением можно пренебречь (если нельзя, то его учитывают обычным путем). В течение одного полупериода напряжение для диода является прямым и проходит ток, создающий на резисторе R_н падение напряжения U_R. В течение следующего полупериода напряжение является обратным, тока практически нет и U_R = 0. Таким образом, через диод, нагрузочный резистор и генератор проходит пульсирующий ток в виде импульсов, длящихся полпериода и разделенных промежутками также в полпе­риода. Этот ток называют выпрямленным током. Он создает на резисторе R_н выпрямленное напряжение.

При отрицательной полуволне подводимого напряжения тока практически нет и падение напряжения на резисторе Rн равно нулю. Все напряжение источ­ника приложено к диоду и является для него обратным напряжением. Таким об­разом, максимальное значение обратного напряжения равно амплитуде ЭДС источника.

Рисунок 2.23 - Постоянная и переменная составляющие выпрямленного напряжения