Выпрямительные диоды

Выпрямительный диод – полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный. В зависимости от исходного полупроводникового материала выпрямительные диоды подразделяются на германиевые и кремниевые. Последние получили наибольшее распространение, поскольку имеют во много раз меньшие обратные токи и бóльшие обратные напряжения. Допустимый диапазон рабочих температур для германиевых диодов составляет -60 ÷ +70 ⁰С, для кремниевых – -60 ÷ +150 ⁰С. Германиевые диоды целесообразно применять при низких напряжениях, так как при одинаковых токах падение напряжения на германиевом диоде, включенном в обратном направлении, меньше, чем на кремниевом.

Для силовых (большой мощности) выпрямительных диодов проблематичным является отвод тепла, поэтому для эффективного охлаждения разрабатывают специальные конструкции таких диодов и методы охлаждения (воздушное, жидкостное и т.д.).

Технические характеристики выпрямительных диодов

1. Прямое напряжение при заданном прямом токе.

2. Обратный ток при заданном обратном напряжении.

3. Максимально допустимый прямой ток .

4. Максимально допустимое обратное напряжение .

Параллельное и последовательное соединение выпрямительных диодов

В ряде практических случаев применяют групповое включение выпрямительных диодов. Для получения более высокого обратного напряжения применяют последовательное соединение диодов. При этом через диоды протекает одинаковый обратный ток , однако из-за неидентичности обратных ветвей ВАХ диодов обратное напряжение будет распределено между ними неравномерно (рис. 5,а), что может привести к пробою. Для устранения неравномерного распределения обратного напряжения между диодами их шунтируют сопротивлениями кОм (рис. 5,б).

Рис. 5. Последовательное соединение диодов: а – обратные ветви их ВАХ; б – выравнивание обратных напряжений

Для увеличения прямого тока применяют параллельное включение диодов. При этом из-за неидентичности прямых ветвей ВАХ диодов токи в параллельных ветвях будут распределены неравномерно, что может привести к перегреву (рис. 6, а). Для выравнивания токов в каждую ветвь последовательно с диодом включают добавочное сопротивление величиной от единиц до десятков Ом (рис. 6,б).

Рис. 6. Параллельное соединение диодов: а – прямые ветви их ВАХ; б – выравнивание токов

Для выравнивания токов в параллельные ветви могут быть включены и дроссели.

Полупроводниковые стабилитроны

Стабилитрон – полупроводниковый диод, напряжение на котором в области обратимого электрического пробоя слабо зависит от тока и который служит для стабилизации напряжения. ВАХ стабилитрона приведена на рис. 7. На ВАХ стабилитрона имеется участок со слабой зависимостью напряжения от проходящего тока (участок аб), т.е. в области пробоя напряжение на стабилитроне остается практически неизменным при больших изменениях тока. В качестве исходного материала при изготовлении стабилитронов используют кремний, что связано с необходимостью получения малых значений (точкаа на рис. 7). На рис. 8 приведена схема простейшего стабилизатора напряжения параметрического типа на одном стабилитроне.

Рис. 7. ВАХ и условное обозначение стабилитрона	Рис. 8. Простейший параметрический стабилизатор

При увеличении входного напряжения возрастает ток в цепи. Избыточное входное напряжение падает на резисторе, а напряжениена сопротивлении нагрузки, равное напряжению стабилизации, практически не изменяется (нагрузка подключена параллельно стабилитрону, поэтому). При изменении сопротивленияи неизменном входном напряжении ток, проходящий через сопротивление, остается постоянным, но меняется распределение токов между стабилитроном и нагрузкой, а напряжениепо-прежнему сохраняется неизменным.

Напряжение стабилизации стабилитронов лежит в пределах 1 ÷ 1000 В и зависит от толщины запирающего слоя p-n-перехода. Стабилитроны допускают последовательное включение, при этом общее напряжение стабилизации равно сумме напряжений стабилитронов: . Параллельное соединение стабилитронов недопустимо, так как из всех параллельно соединенных стабилитронов ток будет только в одном, имеющем наименьшее напряжение стабилизации. Конструктивное исполнение стабилитронов аналогично выпрямительным диодам.

Стабилизацию напряжения можно также получить с помощью диода, включенного в прямом направлении. Кремниевые диоды с высокой концентрацией примеси в области базы, предназначенные для этой цели, называют стабисторами. Отличительной особенностью стабисторов по сравнению со стабилитронами является мéньшее напряжение стабилизации (0,3 ÷ 1 В).