2.2. Краткие теоретические сведения о выпрямительных диодах

Основным элементом полупроводниковых приборов является p-n - переход.

Разность потенциалов _к в переходе обусловлена градиентом концентрации носителей заряда, ее называют контактной разностью потенциалов:

где К - постоянная Больцмана; e - заряд электрона; Т -температура; Р_р и Р_n - концентрация дырок в р- и n - областях соответственно.

Обычно контактная разность потенциалов имеет несколько десятых долей вольта.

Статическая вольт-амперная характеристика диода определяется соотношением

где I₀ - обратный ток насыщения;

U - напряжение на р-n – переходе; — температурный потенциал; m=2 – коэффициент для кремниевых диодов.

Дифференциальное сопротивление диода

.

Допустимое обратное напряжение на диоде составляет :

U_{обр.макс} =(0.5…0.8) U_{пробоя .}

К основным параметрам выпрямительных диодов относят:

- среднее прямое напряжение U_пр;

- средний обратный ток I_обр;

- максимально допустимое обратное напряжение U_{обр.макс};

- максимально допустимый выпрямленный ток I_{ср.макс} .

Диоды выбираются по величине прямого тока I_{ср.макс} и обратному напряжению U_{обр.макс} .

Пример 2.1.

Рассчитать простейшую схему выпрямителя без сглаживающего фильтра для выпрямления синусоидального напряжения с действующим значением U = 700 В, используя диоды типа КД105Б. Определить минимальную величину сопротивления нагрузки R_н.

Рисунок 2.1-Последовательное соединение диодов

Решение

Определим амплитудное значение синусоидального напряжения:

Это напряжение в простейшей схеме выпрямления будет обратным. Так как U_{обр.макс} у диодов КД105Б составляет 400 В, то для выпрямления необходимо применить цепочку последовательно соединенных диодов. Но из-за больших разбросов обратных сопротивлений диодов их необходимо шунтировать резисторами.

Необходимое число диодов n определим по формуле

где К_н = 0.5…0.8 - коэффициент нагрузки по напряжению,

.

Принимаем n =4.

Значение сопротивлений шунтирующих резисторов определим по формуле

.

где U_m - учитывает 10%-ный разброс сопротивлений применяемых резисторов; I_{обр.макс} =100 мкА - обратный ток диода КД105Б.

.

Принимаем R_ш = 1.7 МОм.

Определяем минимальное сопротивление нагрузки :

.

где U_н.ср = 0.45U - среднее значение выпрямленного напряжения простейшего выпрямителя; I_{доп.макс} = 0,3 А - максимально допустимый (средний) прямой ток диода КД105Б.

.

Пример 2.2.

Составить и рассчитать выпрямительную цепь, позволяющую получить выпрямленный ток I_выпр = 400 мА, если используются диоды КД105А.

Решение

Так как требуемый выпрямленный ток превышает максимально допустимое значение тока одного диода (I_{доп.макс}=300 мА), то необходимо несколько диодов соединить параллельно. Ввиду возможного разброса прямых сопротивлений диодов, для выравнивания токов необходимо последовательно с диодами включать добавочные резисторы.

Требуемое число диодов определяют по формуле

где К = 0.5 … 0.8 - коэффициент нагрузки по току.

Принимаем n = 3.

Значения сопротивлений добавочных резисторов найдем по формуле

где U_пр.ср = 1 В - постоянное прямое напряжение; 1.1I_выпр - 10%-ный разброс параметров резисторов.

Принимаем R_доб = 5 Ом.

Схема включения диодов показана на рис.2.2.

Рисунок 2.2 – Параллельное включение диодов