6. Послідовне з’єднання напівпровідникових діодів

Послідовне з’єднання напівпровідникових діодів призначене для збільшення сумарної допустимої оберненої напруги. Під час послідовного з’єднання через діоди протікає одинаковий зворотній струм, однак в силу неіндентичності зворотніх віток вольтамперних характеристик відбувається нерівномірний розподіл результуючої оберненої напруги.

Рис. 5. Розподіл оберненої напруги між послідовно увімкненими діодами до та після уведення шунтуючих опорів

Перевершення оберненої напруги хоча б на одному із діодів може привести до виходу з ладу всіх інших. Для вирівнювання обернених напруг послідовно увімкнених діодів паралельно до них вмикають шунтуючі резистори. Опір шунтуючих резисторів вибирають таким чином, щоб струм, який протікає через них, був на порядок вище оберненого струму, що протікає через діоди.

Необхідна кількість послідовно увімкнених діодів n

n=U_в / (kU_{в ном}),

де k = 0,5…0,8 – коефіцієнт завантаження за оберненною напругою; U_в – сумарна зворотна напруга; U_{в ном} – номінальна зворотна напруга вибраного типу діода.

Значення опору шунтуючого резистора R_ш

R_ш= U_{в ном} / (5…10)I_{в ном},

де I_{в ном} – номінальний зворотній струм вибраного типу діода.

7. Типи діодів.

Промисловістю випускаються германієві та кремнієві діоди.

Переваги кремнієвих діодів: малі зворотні струми, можливість використання більш високих температур навколишнього довкілля і більш високих обернених напруг, більш допустимі густини прямих струмів (60..80 А/см² проти 20…40 А/см² у германієвих)

Переваги германієвих діодів: малий спад напруги під час протікання прямого струму (ΔU_{a ном} = 0,3…0,6 В проти 0,8…1,2 В у кремнієвих).

За призначенням напівпровідникові діоди поділяють на діоди малої, середньої і великої потужності, імпульсні діоди і напівпровідникові стабілітрони.

Діоди малої потужності: Іа  300 мА; Ів  30 мкА у германієвих і

Ів  10 мкА у кремнієвих.

Діоди середньої потужності: Іа = 300 мА….10 А (використовуються з радіаторами).

Діоди великої потужності: Іа 10 А (10, 16, 25, 40…..1200 А); U_{в ном} до 3500 В. Оходження обов’язкове примусове водяне або повітряне.

8. Кремнієвий стабілітрон

Кремнієвий стабілітрон це напівпровідниковий діод, який володіє спеціфічною зворотньою віткою вольтамперної характеристики.

Рис. 6. Зворотня вітка вольтамперної характеристики кремнієвого стабілітрона

В кремнієвих стабілітронах використовується властивість значної зміни зворотнього струму І_в (в даному випадку струму стабілізації) та незначної зміни зворотньої напруги U_ст під час електричного пробою.

Головні параметри кремнієвих стабілітронів:

а) U_ст – напруга стабілізації, яка рівна напрузі електричного пробою. Випускаються стабілітрони з U_ст=3…180 В; І_{ст макс}= 2 мА…1,5 А.

б) Динамічний опір, який характеризує нахил робочої ділянки вольтамперної характеристики стабілітрона

r_д =ΔU_ст/ ΔI_ст .

r_д= 18…300 Ом; r_д= 1…30 Ом - для найбільш низьковольтних.

в) Температурний коефіцієнт нестабільності (ТКН). Він визначає зміну напруги стабілізації U_ст в % під час зміни температури на один градус. ТКН може бути позитивним або негативним. ТКН = (0,0005…0,2), % / 1º.

7. Схема увімкнення стабілітрона

Рис. 7. Схема увімкнення стабілітрона

На рис. 7 наведена схема стабілізатора напруги. Анодом стабілітрон під’єднаний до негативного полюса джерела живлення з метою використання саме зворотньої вітки вольтамперної характеристики стабілітрона. Схема передбачає обов’язково наявність баластного резистора R_б . Стабілітрон під’єднаний паралельно до навантаження. Згідно законів електротехніки струм у вузлі та напруга на навантаженні відповідно визначаються з рівнянь

І=І_ст+І_н ; U_н=E – R_б (I_ст +I_н).

Стабілізація напруги на навантаженні відбувається наступним чином. Якщо струм навантаження збільшується І_н↑, то це призводить бодай до найменшого зменшення напруги навантаження U_н↓. Зменшення напруги на навантаженні U_н зменшить струм стабілітрона І_ст↓ (див. вольтамперну характеристику стабілітрона). Сума струмів І_н↑+І_ст↓ залишиться практично незмінною, що згідно з наведеним рівнянням зберігає незмінною напругу на навантаженні.