
- •2.2 Полупроводниковые диоды
- •2.2.1 Классификация и система обозначений полупроводниковых диодов.
- •2.2.2 Устройство полупроводниковых диодов.
- •2.2.3.1 Высокочастотные выпрямительные диоды
- •2.2.3.2 Арсенидгаливые выпрямительные диоды
- •2.2.3.2 Выпрямление переменного тока с помощью выпрямительных диодов.
- •2.2.4 Импульсные диоды
- •2.2.5 Стабилитроны
- •2.2.6 Стабисторы
- •2.2.7 Варикапы
- •2.2.8 Туннельные диоды
- •2.2.9 Полупроводниковые диоды для свч
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 АIIIВV— 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 Rн 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 Rн падение напряжения UR. В течение следующего полупериода напряжение является обратным, тока практически нет и UR = 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 Rн 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