Выпрямительные диоды: предназначение, технические характеристики
Предыдущая статья Следующая статья
12.07.2022Основное применение выпрямительных диодов вытекает из их названия — преобразование переменного тока в постоянный. Причем предназначены полупроводниковые приборы этого типа в основном для питающих силовых цепей. Они часто используются во многих узлах электрооборудования, а также в приборах электромеханики, автоматики, элементов освещения.
Основные параметры выпрямительных диодов
Электротехнические характеристики выпрямительных диодов определяются по значениям параметров, которые имеют определенные свойства:
- Максимальное обратное напряжение диода — значение разности потенциала на приборе, превышение которого может привести к электрическому (а впоследствии, возможно, к тепловому) пробою.
- Прямое напряжение диода — величина, при которой возможна нормальная эксплуатация изделия для заданного значения тока.
- Максимальный постоянно действующий ток — значение, при котором не происходит перегрева прибора.
- Максимальный импульсный ток — наибольшее значение тока в импульсе (при определенных параметрах импульса) при котором не происходит разрушения p-n-перехода полупроводникового прибора.
- Дифференциальное сопротивление диода — определяется по зависимости значения тока от действующего напряжения на диоде;
- Мощность, рассеиваемая на диоде — допустимое значение падения мощности на приборе, при котором не происходит его перегрева. Для приборов, имеющих крепление к теплоотводу, указывается значение для эксплуатации диода с теплоотводом, определенной площади, и без него.
При использовании выпрямительных диодов в генераторах учитывается такой параметр, как рабочая частота, измеряемая в кГц. Также в устройствах с преобразованием частоты сетевого питающего напряжения (50 Гц, 60 Гц и др.) следует учитывать частотные характеристики диода, рассчитанные на максимальное значение частоты преобразования.
Особенности применения выпрямительных диодов
В зависимости от среды в которой будет использоваться выпрямительный диод выбирают устройство с требуемым типом корпуса. Материал, применяемый в качестве основы устройства, обладает эксплуатационными свойствами:
- металл — наилучший теплоотвод, но требует дополнительной изоляции;
- стекло, керамика — высокие изоляционные и антикоррозийные качества, но ограничена ударопрочность;
- пластик — высокопрочный эластичный материал с хорошими изоляционными свойствами, но имеет слабую теплоотдачу.
Для производства полупроводниковых диодов с качественными параметрами используются инновационные технологии, также высокоочищенные полупроводники и драгоценные материалы. Эти ресурсы являются залогом качества продукции, которое подтверждается соответствующими сертификатами. Компания «ЗУМ-СМД» давно сотрудничает только с проверенными брендами.
Широкая область применения выпрямительных диодов во многих приборах обусловлена необходимостью преобразования питающего напряжения с переменного в постоянное.
Возврат к списку
Обратная связь
Похожие статьи
Выпрямительные диоды; Школа для электриков: Электротехника и электроника
На границе между двумя полупроводниками образуется слой, свободный от подвижных носителей заряда (из-за рекомбинации) и обладающий высоким электрическим сопротивлением – так называемый блокирующий слой. Этот слой определяет разность потенциалов на границе раздела (потенциальный барьер).
Содержание
Выпрямительные диоды
Диод – это двухэлектродный полупроводниковый прибор с одним p-n-переходом и однонаправленным токоведущим элементом. Существует множество различных типов диодов – выпрямительные диоды, импульсные диоды, туннельные диоды, диоды с обратным смещением, сверхвысокочастотные диоды, а также стабилизаторы, варакторы, фотодиоды, светодиоды и т.
Работа выпрямительного диода объясняется свойствами электрического p-n-перехода.
Вблизи границы двух полупроводников образуется слой без подвижных носителей заряда (из-за рекомбинации) и с высоким электрическим сопротивлением – так называемый блокирующий слой. Этот слой определяет разность потенциалов на переходе (потенциальный барьер).
Если к p-n-переходу приложить внешнее напряжение, создающее электрическое поле в противоположном направлении, толщина этого слоя уменьшится, и при напряжении 0,4 – 0,6 В барьерный слой исчезнет, а ток значительно увеличится (такой ток называется постоянным).
При приложении внешнего напряжения другой полярности барьерный слой увеличится, сопротивление p-n-перехода возрастет, и ток, обусловленный движением электрически незаземленных носителей, будет мал даже при относительно высоком напряжении.
Ток проводимости в диоде создается основными носителями, а обратный ток – неосновными носителями. Положительный (прямой) ток диода течет в направлении от анода к катоду.
На рисунке 1 показано графическое представление (УГО) и характеристики выпрямительных диодов (их идеальные и реальные вольт-амперные характеристики). Кажущийся обвал вольт-амперной характеристики диода (ВАХ) в начальной точке обусловлен разным масштабом тока и напряжения в первом и третьем квадрантах графика. Два вывода диода, анод А и катод К, не обозначены в КСО и показаны на рисунке для пояснения.
Вольт-амперные характеристики реального диода указывают на область электрического пробоя, где ток быстро возрастает при небольшом увеличении обратного напряжения.
Электрический пробой – явление обратимое. Диод не теряет своих свойств после возвращения в рабочий диапазон. Если обратный ток превышает определенное значение, электрический пробой переходит в необратимый тепловой пробой, и устройство выходит из строя.
Рисунок 1: Полупроводниковый выпрямительный диод: а – условное графическое изображение, б – идеальная вольт-амперная характеристика, в – реальная вольт-амперная характеристика
Промышленность производит в основном германиевые (Ge) и кремниевые (Si) диоды.
Кремниевые диоды имеют низкие обратные токи, более высокие рабочие температуры (150 – 200 °C по сравнению с 80 – 100 °C), выдерживают высокие обратные напряжения и плотности тока (60 – 80 А/см2 по сравнению с 20 – 40 А/см2). Кроме того, кремний является распространенным элементом (в отличие от германиевых диодов, которые относятся к редкоземельным элементам).
Преимуществом германиевых диодов является малое падение напряжения при протекании постоянного тока (0,3 – 0,6 В против 0,8 – 1,2 В). Кроме этих полупроводниковых материалов, арсенид галлия GaAs используется в микроволновых схемах.
Полупроводниковые диоды в силу технологии их изготовления делятся на два класса: точечные и площадные диоды.
Точечный диод формируется из Si или Ge пластины n-типа площадью 0,5-1,5 мм2 и стальной иглы, которая образует p-n-переход в месте контакта. Благодаря малой площади поверхности разъем имеет низкую емкость и поэтому может работать в высокочастотных цепях. Однако ток, протекающий через спай, не должен быть большим (обычно менее 100 мА).
Планарный диод состоит из двух соединенных между собой пластин Si или Ge с различной проводимостью. Большая площадь контакта приводит к большой емкости спая и относительно низкой рабочей частоте, но ток может быть высоким (до 6000 A).
Основными параметрами выпрямительных диодов являются:
- максимально допустимый прямой ток Iпр.макс,
- максимально допустимое обратное напряжение Uобр.макс,
- максимально допустимая частота fmax.
Выпрямительные диоды делятся в соответствии с первым параметром на диоды:
- Диоды малой мощности, постоянный ток до 300 мА,
- Диоды средней мощности, прямой ток 300 мА – 10 А,
- High-power – силовые диоды, максимальный ток проводимости которых зависит от класса и составляет 10, 16, 25, 40 – 1600 А.
Импульсные диоды используются в системах малой мощности с импульсным характером приложенного напряжения. Характерным требованием является малое время перехода из закрытого состояния в открытое и обратно (типичное время 0,1 – 100 мкс).
УГО импульсных диодов такое же, как и у выпрямительных диодов.
Рисунок 2: Переходные процессы в импульсных диодах: a – зависимость тока при изменении обратного напряжения, b – зависимость напряжения при прохождении через диод импульса обратного тока
Специфическими параметрами импульсных диодов являются:
- время восстановления Твосст
- это интервал времени между моментом изменения напряжения на диоде с переменного на обратное и моментом уменьшения обратного тока до заданного значения (рис. 2, а),
- Время нарастания Tust – это промежуток времени между началом протекания тока проводимости через диод и моментом, когда напряжение на диоде достигает установившегося значения 1,2 (рис. 2, б),
- максимальный ток восстановления Iобр.имп.макс, равный наибольшему значению обратного тока через диод после переключения напряжения с прямого на обратное (рис. 2,а).
Обратные диоды изготавливаются с более высокой концентрацией примесей в p- и n-областях, чем обычные выпрямительные диоды.
Такие диоды имеют низкое сопротивление при протекании тока в обратном соединении (рис. 3) и относительно высокое сопротивление при прямом соединении. Поэтому они находят применение для выпрямления небольших сигналов с амплитудой напряжения в несколько десятых долей вольта.
Рис. 3. Схема диода и форма волны инвертированного диода
Диоды Шоттки изготавливаются с использованием перехода металл-полупроводник. В них используются низкоомные подложки из n-кремния (или карбида кремния) с высокоомной эпитаксиальной тонкой пленкой того же полупроводника (рис. 4).
На поверхность эпитаксиального слоя наносится металлический электрод, который обеспечивает выпрямление, но не вводит неосновные носители в базовую область (обычно золото). Благодаря этому в этих диодах не происходят такие медленные процессы, как накопление и рассеивание небазовых носителей в базе. Поэтому инерция диодов Шоттки невелика. Она определяется величиной барьерной емкости контактов выпрямителя (от 1 до 20 пФ).
Кроме того, диоды Шоттки имеют гораздо меньшее последовательное сопротивление, чем выпрямительные диоды, поскольку металлический слой имеет низкое сопротивление по сравнению с любым, даже сильно легированным полупроводником. Это позволяет использовать диоды Шоттки для выпрямления больших токов (десятки ампер). Они обычно используются в импульсных источниках вторичного электропитания для выпрямления высокочастотных напряжений (до нескольких МГц).
Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ею в социальных сетях. Это очень поможет в развитии нашего сайта!
С точки зрения применения диоды изготавливаются из германиевых (Gr) или кремниевых (Si) элементов. В статье будут описаны все особенности, технические параметры устройства этих радиоэлементов. Кроме того, читатель найдет познавательные видеоролики и интересные материалы из научных статей на эту тему.
Технология производства и дизайн
Выпрямительные диоды состоят из одной пластины полупроводникового кристалла, в объеме которой образуются две области различной проводимости, поэтому такие диоды называют планарными.
Процесс изготовления таких диодов заключается в следующем. Алюминий, индий или бор расплавляются на поверхности полупроводникового кристалла n-типа, а фосфор расплавляется на поверхности полупроводникового кристалла p-типа.
При высоких температурах эти вещества прочно соединяются с кристаллом полупроводника. Атомы этих веществ проникают (диффундируют) в кристалл и образуют область преобладающей электронной или дырочной проводимости. Это создает полупроводниковое устройство с двумя областями различной проводимости – и p-n-переходом между ними. Большинство популярных планарных кремниевых и германиевых диодов изготавливаются именно таким образом.
Для защиты от внешних воздействий и обеспечения надежного отвода тепла кристалл с p-n-переходом устанавливается в корпус.
Диоды малой мощности изготавливаются в пластмассовом корпусе с гибкими внешними проводниками, диоды средней мощности – в стеклянно-металлическом корпусе с жесткими внешними проводниками, а диоды высокой мощности – в стеклянно-металлическом или металлокерамическом корпусе, т.
е. со стеклянным или керамическим изолятором.
Вольт-амперные (ВАХ) характеристики диода.
Диод имеет два контакта (электрода) – анод и катод. Анод подключен к p-слою, а катод – к n-слою. Когда на анод подается плюс, а на катод – минус (прямое подключение диода), диод проводит ток. Если к аноду приложена отрицательная полярность, а к катоду – положительная (обратное подключение диода), ток через диод протекать не будет. Поэтому, когда переменное напряжение подается на вход выпрямительного диода, через него проходит только одна полуволна.
Вольт-амперная характеристика (ВАХ) диода.
Вольт-амперная характеристика диода показана на рисунке I. В первом квадранте находится прямая ветвь характеристики, которая описывает состояние высокой проводимости диода, когда к нему приложено постоянное напряжение, линеаризованное односторонней линейной функцией
где: u – напряжение на диоде при протекании тока i; U0 – пороговое напряжение; Rд – динамическое сопротивление.
В третьем квадранте находится обратная ветвь вольт-амперной характеристики, описывающая состояние низкой проводимости при подаче на диод обратного напряжения. В состоянии низкой проводимости через полупроводниковую структуру практически не протекает ток. Однако это верно только до определенного значения обратного напряжения. При обратном напряжении, когда напряженность электрического поля в p-n-переходе достигает величины около 10 с В/см, это поле может придать движущимся носителям заряда – электронам и дыркам, которые постоянно образуются по всей полупроводниковой структуре в результате тепловой генерации, – кинетическую энергию, достаточную для ионизации нейтральных атомов кремния. Образующиеся дырки и электроны проводимости, в свою очередь, ускоряются электрическим полем p-n-перехода и ионизируют нейтральные атомы кремния. Это вызывает лавинообразное нарастание обратного тока, или лавинный пробой.
Напряжение, при котором происходит резкое увеличение обратного тока, называется напряжением пробоя U3.
Фонд Викимедиа . 2010 .
Примечания
- Радиотехника
- Полупроводниковые диоды
- Электричество
Фонд Викимедиа . 2010 .
Полезная страница
Смотреть что такое “Выпрямительный диод” в других словарях
выпрямительный диод – [Я.Н.Лугинский, М.С.Феси Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо-русский словарь по электротехнике и энергетике, Москва, 1999] выпрямительный диод [намерение] Темы электротехника, основные понятия EN выпрямительный диод универсальный диод … Руководство технического переводчика
ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЙ ДИОД – (или выпрямитель), компонент цепи оборудования, преобразующий переменный ток в постоянный. Обычно это полупроводниковый диод, имеющий высокое сопротивление для тока, протекающего в одном направлении, и низкое сопротивление для тока, протекающего в противоположном направлении…..
выпрямительный диод – lygintuvinis diodas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl.
rectifier diode vok. Gleichrichrichterdiode, f rus. выпрямительный диод, m pranc. redresseuse diode, f … Fizikos terminų žodynas
лавинный выпрямительный диод – Выпрямительный полупроводниковый диод с заданной характеристикой минимального напряжения пробоя, предназначенный для рассеивания мощности в диапазоне пробоя вольтамперной характеристики в течение ограниченной длительности импульса. [ГОСТ 15133… … Руководство технического переводчика
полупроводниковый выпрямительный диод – puslaidininkinis lygintuvinis diodas statusas T sritis automika atitikmenys: angl. semiconductor rectifier diode vok. Halbleiter Gleichrichterdiode, f rus. полупроводниковый выпрямительный диод, m pranc. полупроводниковый диод обратной связи … Автоматический терминал žodynas
Силовой полупроводниковый выпрямительный диод – Я.Н.Лугиньский, М.С.Феси-Жылинская, Ю.С.Кабиров. Англо-русский словарь по электротехнике и энергетике, Москва, 1999] Темы по электротехнике, основные понятия EN силовой полупроводниковый выпрямительный диод … Руководство технического переводчика
силовой полупроводниковый выпрямительный диод – Выпрямительный диод Полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока, включая монтажные и охлаждающие устройства, если он составляет с ними единое целое.
[ГОСТ 15133 77] Полупроводниковые приборы Синонимы … … Руководство технического переводчика
Диод – У этого термина существуют и другие значения, см. Диод (значение). Четыре диода и диодный мост. Диод (от греч. … Википедия
Диод (электронная лампа) – Диод – это электронная лампа с двумя электродами (катодом и анодом). Тип диода. Используется в детекторах (амплитудных или частотных) и в выпрямителях. Высоковольтный вариант кенотрона. Содержание 1 История 2 Устройство 3 … Википедия
Полупроводниковый выпрямительный диод с управляемым лавинным пробоем – Выпрямительный полупроводниковый диод с определенными максимальной и минимальной характеристиками напряжения пробоя, предназначенный для устойчивой работы в области пробоя обратной ветви вольтамперной характеристики. [GOST 15133 77]….
Когда отрицательная полуволна напряжения достигает анода, диод закрывается, и по цепи начинает течь небольшой обратный ток. В этом случае отрицательная полуволна переменного тока отсекается диодом.
Эта отсекающая полуволна отмечена синей пунктирной линией. На схеме обозначение выпрямительного диода такое же, как обычно, только над ним помещены символы VD.
Основные параметры выпрямительных диодов
При определении параметров компонентов выпрямителя необходимо учитывать следующие факторы:
- максимально допустимый выпрямленный ток, когда устройство еще не способно выйти из строя.
- Максимальное значение среднего выпрямленного тока.
- Максимальное значение обратного напряжения.
Выпрямители выпускаются в различных формах и могут быть установлены различными способами.
По своим физическим характеристикам они делятся на следующие группы:
- Мощные выпрямительные диоды с емкостью до 400 А. Они относятся к категории высоковольтных и выпускаются в двух типах корпусов. Корпус стержня изготовлен из стекла, а корпус гранул – из керамики.
- Выпрямительные диоды средней мощности с полосой пропускания от 300 мА до 10 А.
- Выпрямительные диоды малой мощности с максимальной допустимой силой тока до 300 мА.
При выборе конкретного прибора важно учитывать вольтамперометрические характеристики обратного тока и максимального пикового тока, максимально допустимое прямое напряжение, средний выпрямленный ток, а также материал изделия и способ крепления. Все основные свойства выпрямительного диода и его параметры обозначены на корпусе в виде символа. Обозначение компонентов приведено в специальных справочниках и каталогах, что ускоряет и облегчает их выбор.
Схемы с использованием выпрямительных диодов отличаются количеством фаз:
- Однофазные широко используются в бытовой технике, автомобилях и оборудовании для электродуговой сварки.
- Многофазные используются в промышленном оборудовании, специальной технике и общественном транспорте.
В зависимости от используемого материала выпрямительные диоды и диодные схемы могут быть германиевыми или кремниевыми. Последний вариант наиболее часто используется из-за физических свойств кремния. Эти диоды имеют гораздо меньшие обратные токи при том же напряжении, поэтому допустимое обратное напряжение очень велико, порядка 1000-1500 В.
Для сравнения, для германиевых диодов это значение составляет 100-400 В. Кремниевые диоды работают в диапазоне температур от -60°C до +150°C, а германиевые – только в диапазоне температур от -60°C до + 850°C. При температуре выше этого значения электронно-дырочные пары образуются с высокой скоростью, что приводит к быстрому увеличению обратного тока и снижению эффективности выпрямителя.
Настройка колебательного контура на резонансную частоту может быть выполнена двумя способами. Во-первых, путем изменения частоты переменного входного напряжения Uin. Во-вторых, путем изменения собственной частоты Wo, которая обусловлена индуктивностью и емкостью колебательного контура. Изменяя обратное напряжение Uop, можно регулировать емкость варактора и, следовательно, изменять резонансную частоту схемы. Конденсатор Cp является сепаратором. Это необходимо для предотвращения шунтирования варактора индуктивностью.
Полупроводниковые приборы – Диод
Каждый технически подкованный человек должен быть знаком с электроникой.
Подавляющее большинство современных электронных устройств изготовлено из полупроводниковых материалов. Поэтому в этой статье я хотел бы затронуть тему диодов. Конечно, без знания основных свойств полупроводников невозможно понять, как работает транзистор. Однако просто знать свойства полупроводников недостаточно. Это необходимо для понимания очень интересных и не всегда простых явлений.
Краткое руководство
Электродырочный переход (p-n-переход) – это переходный слой между двумя областями полупроводника с различной электропроводностью, в котором существует диффузионное электрическое поле.
Диоды – это полупроводниковые приборы на основе p-n-перехода. Полупроводниковые диоды основаны на ряде свойств, таких как асимметрия вольт-амперных характеристик, пробой электродного перехода, зависимость барьерной емкости от напряжения и др.
- Выпрямитель – вольт-амперная асимметрия
- Стабилитрон – неудача
- Varicap – барьерная емкость
- Импульс – переходный
Выпрямительные диоды
Выпрямительные диоды используются для преобразования сигналов переменного тока в постоянный.
Рассмотрим принцип работы полуволнового выпрямителя на основе полупроводниковых диодов.
Описание работы
Когда переменное напряжение подается от первичного источника, диод будет открыт на положительной полуволне и закрыт на отрицательной полуволне. В результате ток будет протекать через диод и резистор нагрузки на полуволне, а конденсатор будет заряжен почти до пикового значения. Когда напряжение во входной цепи падает, диод закрывается. Это приводит к тому, что сопротивление нагрузки разряжает конденсатор.
Недостатком этого решения является то, что напряжение выпрямителя сильно зависит от сопротивления нагрузки и имеет большую амплитуду пульсаций. Поэтому такие выпрямители используются только при больших нагрузках. Для генерации импульсов используются ограничители амплитуды, которые могут быть последовательными или параллельными. В последовательных диодных ограничителях диод подключается последовательно с сопротивлением нагрузки.
Варикапы
Варикап – это полупроводниковый диод, используемый в качестве электрически управляемого конденсатора.
Эти параметрические диоды работают в обратном направлении, от которого зависит барьерная емкость. Таким образом, варикапы – это конденсаторы с переменной емкостью, управляемые электрически, а не механически, путем изменения обратного напряжения.
Варикапы в основном используются для настройки колебательных контуров. Простейшая схема варикапа в колебательном контуре показана на рисунке.
Описание работы
Настройка колебательного контура на резонансную частоту может быть выполнена двумя способами. Во-первых, путем изменения частоты переменного входного напряжения Uin. Во-вторых, путем изменения собственной частоты Wo, которая обусловлена индуктивностью и емкостью колебательного контура. Изменяя величину обратного напряжения Uобр. можно регулировать емкость варактора и тем самым изменять резонансную частоту контура. Конденсатор Cp является сепаратором. Это необходимо для предотвращения шунтирования варактора индуктивностью.
Стабилитроны
Стабилитрон – это полупроводниковый диод, используемый для стабилизации напряжения.
Сечение, соответствующее электрическому пробою образца U. где напряжение лишь незначительно зависит от тока, является рабочим напряжением. При использовании регулятора постоянного напряжения он подключается параллельно нагрузке. Наиболее распространенный режим работы – когда напряжение источника нестабильно, а сопротивление нагрузки Rn постоянно. Для того чтобы установить и поддерживать правильный режим стабилизации в этом случае, сопротивление Rn должно иметь определенное значение. Для устранения температурного дрейфа используется последовательно соединенный диод. Такие диоды называются стабилитронами с температурной компенсацией.
Импульсные диоды
Импульсные диоды характеризуются коротким переходным периодом и предназначены для использования в качестве переключающих элементов. Существуют различные типы импульсных диодов: диоды из сплава, диоды с точечной мезой, диоды Шоттки.
Импульсные диоды широко используются в качестве переключающих элементов, т.е. устройств с двумя устойчивыми состояниями: “открыто”, когда сопротивление устройства низкое, и “закрыто”, когда оно высокое.
Когда диод используется в качестве переключателя, различные диодные и диодно-транзисторные схемы могут быть объединены для работы в цифровых устройствах.
- Полупроводниковые диоды.
- Основные параметры выпрямительных диодов; Школа для инженеров-электриков: Электротехника и электроника.
- Урок 33: Электрический ток в полупроводниках – Физика – 10 класс – Российская электронная школа.
- Обратный ток. Что такое возвратный ток?.
- Диоды Шоттки – устройство, типы, характеристики и применение; Школа электротехники: электротехника и электроника.
- Полупроводники – материал для подготовки к Единому государственному экзамену по физике.
- Электрический ток в полупроводниках.
Выпрямители и их применение
Обычный диод можно использовать для самых разных целей, включая выпрямители. Сигнал переменного тока может быть преобразован в постоянный, будь то ток или напряжение. В этом блоге объясняются основы выпрямителей, включая теорию работы, функциональные возможности, типы, принципиальные схемы и приложения.
ВЫПРЯМИТЕЛЬ
Выпрямитель представляет собой полупроводниковый прибор с четырьмя выводами, позволяющий току течь в одном направлении. Выпрямительные диоды используются для преобразования переменного напряжения в постоянное и являются важным компонентом энергосистем.
Выпрямители могут работать при токах от нескольких мА до нескольких кА, а также при напряжении до нескольких кВ. Выпрямитель — это электрическое устройство, которое преобразует переменный ток в постоянный с помощью одного или нескольких диодов с PN-переходом. Выпрямители имеют широкий спектр применения, но чаще всего они используются в качестве компонентов источников питания постоянного тока и высоковольтных систем передачи электроэнергии постоянного тока.
Кремний используется для изготовления выпрямителей, и они способны проводить большие количества электрического тока. Выпрямители являются сердцем энергосистемы, предоставляя решения для каждого приложения.
Выпрямители изменяют ваш источник питания без необходимости переделывать каждый компонент. Выпрямители используются даже в наших зарядных устройствах для мобильных телефонов для преобразования переменного тока из наших домашних розеток в постоянный.
ТИПЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ
Выпрямители являются очень важными компонентами любой сетевой системы, но мы должны углубиться, чтобы понять различные типы. Различные выпрямители используются в зависимости от ситуации и системы, в которой они используются. Выпрямители обычно классифицируются в зависимости от их мощности. Выпрямители бывают разных форм и размеров. В зависимости от их входных/выходных характеристик существует много типов выпрямителей, таких как
- Однофазные выпрямители
- Трехфазные выпрямители
- Управляемые выпрямители
- Неуправляемые выпрямители
- Однополупериодные выпрямители
- Двухполупериодные выпрямители
- Мостовые выпрямители
Однофазный выпрямитель
Однофазные выпрямители имеют вход однофазного переменного тока.
Конструкция очень проста, используется только один, два или четыре диода (в зависимости от типа системы). Это означает, что однофазный выпрямитель производит меньшую мощность и имеет более низкий коэффициент использования трансформатора (TUF). Для преобразования однофазный выпрямитель использует вторичную обмотку однофазного трансформатора только с одной фазой, а диоды подключены к вторичной обмотке однофазного трансформатора. Это приводит к высокому коэффициенту пульсаций.
Выпрямитель можно классифицировать в зависимости от того, как он работает с различными типами входов. Твердотельные устройства используются в качестве основного преобразователя переменного тока в постоянный во всех однофазных выпрямителях. Поскольку на выход сильно влияет реактивное сопротивление подключенной нагрузки, однофазные неуправляемые однополупериодные выпрямители являются простейшей и, возможно, наиболее широко используемой схемой выпрямления для малых уровней мощности.
Некоторые распространенные примеры однофазных выпрямителей
Эти выпрямители доступны в небольших упаковках для печатных плат
| Выпрямитель | Входное напряжение | Выходной ток |
| BR1010 | 50-1000 В | 10А |
| BR68 | 50-1000 В | 6А |
| КБПК2510 | 50-1000 В | 25А |
| ДБ107 | 50-1000В | 1А |
| 2W10 | 50-1000 В | 1,5 А |
Трехфазный выпрямитель
Трехфазные выпрямители имеют вход трехфазного переменного тока. На каждую фазу вторичной обмотки трансформатора требуется три или шесть диодов, и они подключаются к каждой фазе вторичной обмотки трансформатора. Для снижения коэффициента пульсации вместо однофазных выпрямителей используются трехфазные выпрямители.
При использовании больших цепей трехфазные выпрямители предпочтительнее двухфазных. Это связано с тем, что они могут обеспечивать большую мощность и не нуждаются в дополнительных фильтрах для снижения коэффициента пульсаций. Трехфазные выпрямители более эффективны и имеют более высокие коэффициенты использования трансформатора.
Некоторые распространенные примеры трехфазного выпрямителя
| Выпрямитель | Входное напряжение | Выходной ток |
| МДС 100А | 100-1600 В | 100А |
| МДС 75А | 400-1600 В | 75А |
| МДС 100(8) | 1200-1600 В | 100А |
| МДС 150 | 400-1600 В | 150А |
| МДС 200 | 400-1600 В | 200А |
| SQL 50A | 100-1000 В | 50А |
| SQL 40A | 100-1600 В | 40А |
| SQL 60A | 100-1600 В | 60А |
| SQL 100A | 100-1600 В | 100А |
| SQL 150A | 100-1600 В | 150А |
| SQL 200A | 100-1600 В | 200А |
| SQL 250A | 100-1600 В | 250А |
Однофазные и трехфазные далее классифицируются как управляемый выпрямитель и неуправляемый выпрямитель.
Управляемый выпрямитель
Управляемый выпрямитель — это тип выпрямителя, выходное напряжение которого можно модифицировать или изменить. Мы используем твердотельные устройства с регулируемым током, такие как SCR, MOSFET и IGBT, чтобы превратить неуправляемый выпрямитель в управляемый. У нас есть полный контроль над тем, включаются или выключаются тиристоры в зависимости от применяемых стробирующих импульсов. Как правило, они предпочтительнее их неконтролируемых эквивалентов. Он может состоять из одного или нескольких SCR (кремниевых выпрямителей).
Диод с тремя выводами, часто известный как тиристор, представляет собой SCR. Входы управления анодом, катодом и затвором являются выводами. В результате вход затвора можно использовать для регулировки выходного напряжения. Тиристоры используются для управления выходом постоянного тока в управляемых выпрямительных цепях.
Неуправляемые выпрямители
Неуправляемый выпрямитель — это тип выпрямителя, напряжение которого нельзя контролировать.
Этим устройством нельзя управлять, так как оно работает только в том случае, если оно подключено в конфигурации с прямым смещением. Он не позволяет регулировать мощность в зависимости от требований нагрузки. В результате этот тип выпрямителя чаще всего встречается в стационарных или стабильных источниках питания. В этом типе выпрямителя просто используются диоды для создания постоянного выходного напряжения на основе входного переменного тока.
Управляемый выпрямитель и неуправляемый выпрямитель далее классифицируются как однополупериодный выпрямитель, двухполупериодный выпрямитель и мостовой выпрямитель.
Полупериодный выпрямитель
Большинству электрических устройств, таких как телевизоры, аудиосистемы и компьютеры, для правильной работы требуется электричество постоянного тока. Поскольку линейное напряжение является переменным, мы должны преобразовать его в постоянное выходное напряжение постоянного тока. Выпрямители — это цепи, которые преобразуют переменное напряжение (AC) в постоянное напряжение (DC).
Однополупериодный выпрямитель является самым основным из всех выпрямителей.
Когда на диод подается переменное напряжение, диод смещается в прямом направлении за счет положительного полупериода напряжения источника. В этой ситуации диод будет выглядеть как замкнутый переключатель, при этом положительный полупериод напряжения источника появляется на нагрузочном резисторе.
Диод смещен в обратном направлении во время отрицательного полупериода. В этой ситуации диод будет выглядеть как разомкнутый ключ, и на нагрузочный резистор не будет поступать напряжение. Диод проводит во время положительных полупериодов, но не во время отрицательных полупериодов в однополупериодном выпрямителе. Отрицательные полупериоды в результате отсекаются однополупериодным выпрямителем. Такие сигналы называются полуволновыми сигналами.
Двухполупериодный выпрямитель
Хотя двухполупериодный выпрямитель полезен в маломощных приложениях, таких как обнаружение сигналов и пиков, он редко используется для выпрямления мощности.
Двухполупериодный выпрямитель является наиболее часто используемым выпрямителем в области выпрямления электроэнергии. Двухполупериодный выпрямитель
сложнее однополупериодного, он имеет определенные преимущества. Он использует оба полупериода синусоиды для создания выходного напряжения постоянного тока, которое выше, чем у однополупериодного выпрямителя. Еще одним преимуществом является то, что выходной сигнал имеет меньше пульсаций, что упрощает создание плавного сигнала.
Двухполупериодный выпрямитель использует два диода, по одному на каждую половину периода, для выпрямления обоих полупериодов синусоиды. Также используется трансформатор со вторичной обмоткой с отводом от середины. Двухполупериодный выпрямитель похож на два однополупериодных выпрямителя. D1 смещен вперед, тогда как D2 смещен назад. В течение этого полупериода только верхняя половина вторичной обмотки трансформатора несет ток. В результате этого на нагрузочном резисторе создается положительное напряжение нагрузки.
В следующем полупериоде полярность источника питания меняется на противоположную. На этот раз D2 смещен в прямом направлении, а D1 — в обратном. Только половина вторичной обмотки трансформатора несет ток. Это приводит к положительному напряжению нагрузки на нагрузочном резисторе. В результате мы получаем двухполупериодный сигнал через нагрузку, поскольку выпрямленный ток нагрузки протекает в течение обоих полупериодов.
Мостовой выпрямитель
Существует более популярная конструкция двухполупериодного выпрямителя, построенная на основе мостовой конфигурации с четырьмя диодами. Преимущество этой конструкции по сравнению с вариантом с отводом от центра заключается в том, что для нее не требуется специальный трансформатор с отводом от середины, что значительно снижает его размер и стоимость. Кроме того, в этой конфигурации все вторичное напряжение используется в качестве входа выпрямителя. В результате мостовые выпрямители используются гораздо чаще, чем двухполупериодные выпрямители.
В мостовом выпрямителе используются четыре диода, соединенных по схеме «мост», для выпрямления обоих полупериодов синусоиды. Вторичная обмотка трансформатора подключена к одной стороне сети диодного моста, а нагрузка подключена к другой.
Один полупериод за раз, работа этой схемы может быть ясно понята. Диоды D1 и D2 проводят ток в течение положительного полупериода источника, а D3 и D4 смещены в обратном направлении. На нагрузочном резисторе создается положительное напряжение нагрузки. Полярность напряжения источника меняется на противоположную в следующем полупериоде. D3 и D4 теперь смещены вперед, тогда как D1 и D2 смещены назад. Как и прежде, это приводит к положительному напряжению нагрузки на нагрузочном резисторе. Напряжение нагрузки имеет ту же полярность, что и вход, и ток нагрузки течет в том же направлении, независимо от полярности входа.
Некоторые распространенные примеры мостового выпрямителя
Эти выпрямители доступны в небольших упаковках для печатных плат
| Выпрямитель | Входное напряжение | Выходной ток |
| BR68 | 1000 В | 6А |
| BR3510 | 1000 В | 35А |
| RS207 | 1000 В | 2А |
| В10М | 1000 В | 1,5 А |
| BR1010 | 1000 В | 10А |
| МБ10Ф | 200-1000 В | 800 мА |
| МБ10с | 50-1000 В | 0,5 А |
| КБПК2510 | 1000 В | 25А |
MB10F
MB10F представляет собой стеклянный пассивированный мостовой выпрямитель для поверхностного монтажа со встроенными диодами с низким падением напряжения 1,1 В и прямым непрерывным током 800 мА.
MB10F представляет собой мостовой выпрямительный диод в небольшом корпусе для поверхностного монтажа и обычно используется для однофазных приложений. Максимальное входное переменное напряжение этой ИС составляет 700 В, поэтому ее можно использовать для широкого спектра приложений. Максимальный постоянный ток, который может выдержать эта ИС, составляет 800 мА. Эта микросхема имеет обратное напряжение пробоя 1000 В и низкое прямое падение напряжения 1,1 В. Обладает высокой эффективностью и выдерживает импульсный ток до 30А.
BR1010
BR1010 — диодный мостовой выпрямитель, обычно используемый для однофазных приложений. Максимальное среднеквадратичное значение входного переменного напряжения этой микросхемы составляет 700 В. Максимальный постоянный ток, который может выдержать эта ИС, составляет 10 А. Эта микросхема имеет обратное напряжение пробоя 1000 В и низкое прямое падение напряжения 1,1 В. Модель
обладает высокой эффективностью и выдерживает высокий импульсный ток до 200 А.
BR68
BR68 представляет собой мостовой выпрямительный диод, обычно используемый для однофазных приложений. Максимальное среднеквадратичное значение входного переменного напряжения этой микросхемы составляет 560 В. Максимальный постоянный ток, который может выдержать эта ИС, составляет 6А. Эта микросхема имеет обратное напряжение пробоя 800 В и низкое прямое падение напряжения 1,0 В. Он обладает высокой эффективностью и выдерживает высокий импульсный ток 125А.
DB107
DB107 представляет собой мостовой выпрямительный диод, обычно используемый для однофазных приложений. Максимальное среднеквадратичное значение входного переменного напряжения этой микросхемы составляет 700 В. Максимальный постоянный ток, который может выдержать эта ИС, составляет 1 А. Эта микросхема имеет обратное напряжение пробоя 1000 В и низкое прямое падение напряжения 1,1 В. Обладает высокой эффективностью и выдерживает импульсный ток до 50А.
KBPC2510
KBPC3510 представляет собой мостовой выпрямительный диод, обычно используемый для однофазных приложений.
Максимальное среднеквадратичное значение входного переменного напряжения этой микросхемы составляет 700 В. Максимальный постоянный ток, который может выдержать эта ИС, составляет 25 А. Эта микросхема имеет обратное напряжение пробоя 1000 В и низкое прямое падение напряжения 1,1 В. Обладает высокой эффективностью и выдерживает импульсный ток до 300А.
MB10s
MB10s — это мостовой выпрямитель, обычно используемый для однофазных приложений. Максимальное среднеквадратичное значение входного переменного напряжения этой микросхемы составляет 700 В. Максимальный постоянный ток, который может выдержать эта ИС, составляет 0,5 А. Эта микросхема имеет обратное напряжение пробоя 1000 В и низкое прямое падение напряжения 1 В. Обладает высокой эффективностью и выдерживает импульсный ток до 30А.
W10
W10 представляет собой мостовой выпрямительный диод, обычно используемый для однофазных приложений. Максимальное среднеквадратичное значение входного переменного напряжения этой микросхемы составляет 700 В.
Максимальный постоянный ток, который может выдержать эта ИС, составляет 1,5 А. Эта ИС имеет обратное напряжение пробоя 1000 В и низкое прямое падение напряжения. Обладает высокой эффективностью и выдерживает импульсный ток до 40А.
KBPC3510
KBPC3510 — диодный мостовой выпрямитель, обычно используемый для однофазных приложений. Максимальное среднеквадратичное значение входного переменного напряжения этой микросхемы составляет 700 В. Максимальный постоянный ток, который может выдержать эта ИС, составляет 35 А. Эта микросхема имеет обратное напряжение пробоя 1000 В и низкое прямое падение напряжения 1,0 В. Обладает высокой эффективностью и выдерживает импульсный ток до 400А.
ПРИМЕНЕНИЕ
Выпрямительные цепи являются наиболее часто используемыми цепями в электронике, поскольку практически каждое электронное устройство работает на постоянном токе, но постоянный ток не всегда доступен. Электрические розетки в наших домах предлагают переменный ток, но источники ограничены (переменный ток).
Выпрямитель идеально подходит для преобразования переменного тока в постоянный на предприятиях и дома. Выпрямители используются даже в наших зарядных устройствах для мобильных телефонов для преобразования переменного тока из наших домашних розеток в постоянный. Выпрямители бывают разных форм и размеров, каждый со своим набором приложений.
- Выпрямитель используется для питания приборов
Каждое электрооборудование, как известно, работает от источника постоянного тока. Использование выпрямителя в блоке питания помогает преобразовать переменный ток в постоянный. Мостовые выпрямители обычно используются в больших устройствах, которые должны преобразовывать высокое напряжение переменного тока в низкое напряжение постоянного тока. Эти типы выпрямителей используются в приложениях, требующих высокого напряжения.
- Используются с трансформаторами
Использование выпрямителя в сочетании с понижающим или повышающим трансформатором может помочь нам достичь желаемого напряжения постоянного тока.
Двигатель и светодиод, работающие от постоянного напряжения, питаются от двухполупериодных выпрямителей.
- Использование выпрямителя при пайке
Однополупериодный выпрямитель используется в цепях ручных инструментов, а также в репеллентах от комаров для подачи питания на провод дыма. Схемы мостового выпрямителя обычно используются при дуговой сварке для обеспечения стабильной и надежной мощности.
- Также используется в AM-радио
выход АМ-радио — звуковой сигнал, в качестве детектора используется однополупериодный выпрямитель. Поскольку ток слабее, он не имеет большого значения для более сложного выпрямителя.
- Использование выпрямителя в цепях
В цепях зажигания и цепях генерации импульсов используется однополупериодный выпрямитель.
Наконец, если вы хотите купить любой из диодов, вы можете нажать на их имена внизу.
BR1010
BR68
DB107
KBPC2510 9000 3
KBPC3510
MB10F
MB10s
W10
Принципиальная схема, смещение и его применение
Базовый полупроводник с наличием двух выводов, один из которых предпочтителен в качестве катода, а другой — в качестве анода.
Он состоит из двух разных материалов, называемых р-типом и n-типом. Обычно его называют диодом с p-n переходом. Поскольку он ориентирован на применение, его также называют выпрямительным диодом. Основное назначение этого диода с p-n переходом заключается в том, что он используется для преобразования приложенного переменного тока (AC) в постоянный ток (DC). Этот процесс преобразования называется исправлением. Его можно использовать в качестве базового модуля в блоке питания любых электронных устройств, где для питания устройства используется постоянный ток.
Выпрямительный диод представляет собой базовое полупроводниковое устройство, которое используется в различных приложениях, но одно из его применений включает преобразование мощности малых токов в большие токи, обычно называемое выпрямлением.
символ диода
Базового символа диода, состоящего из анода и катода, достаточно, чтобы представить его как диод. Настройка этого диода может быть выполнена таким образом, чтобы он стал ориентированным на применение.
В общих чертах он может работать как выпрямитель. Структура стрелки на приведенном выше изображении указывает на течение условного тока.
Работа схемы диода выпрямителя
Диод с двумя основными выводами, образованными легированием материала p-типа и n-типа на монокристалле, имеет некоторый встроенный потенциал. Если на диод подается некоторое внешнее напряжение, говорят, что диод смещен. Это смещение далее классифицируется как прямое и обратное в зависимости от приложения внешнего напряжения к соответствующим клеммам.
1). Несмещенный выпрямительный диод
- Устройство или компонент без какого-либо внешнего источника питания считается находящимся в беспристрастном режиме или состоянии.
- Когда рассматривается выпрямительный диод, он имеет некоторый встроенный потенциал, даже если в нем отсутствует внешнее питание.
- Поскольку в нем есть две перегородки, с одной стороны он имеет p-тип, а с другой стороны — материал n-типа. В нем существует понятие мажоритарных и миноритарных носителей. В n-типе под большинством носителей заряда будут находиться электроны, а под меньшинством дырки.
- Приходящие к p-типу дырки будут в большинстве, а электроны в меньшинстве. Следовательно, в n-типе большинство состоит из электронов, поэтому свободные электроны в нем имеют тенденцию двигаться в сторону p, и происходит процесс рекомбинации, приводящий к диффузии.
- Из-за этого неподвижные ионы осаждаются через соединение. Это отложение приводит к образованию обедненной области.
- Эта область также называется барьером. В котором существует некоторый барьерный потенциал, препятствующий дальнейшему перемещению носителей заряда с одной стороны на другую.
Несмещенный выпрямительный диод
(2) Прямо смещенный диод
Такое состояние диода может быть вызвано смещением. Если положительная сторона источника питания подключена к клемме p-типа диода, а отрицательная сторона источника питания подключена к клемме n-типа диода, возникает условие прямого смещения.
прямое смещение
- Когда положительное питание подается на p-тип, а отрицательное — на n-тип, основные носители имеют тенденцию отталкиваться друг от друга, поскольку полярность напряжения и заряда на основных носителях аналогична. Отсюда и происходит процесс дрейфа.
- Как только электроны n-типа начинают дрейфовать, возникает дрейфовый ток. Следовательно, в n-типе ток обусловлен электронами, а в p-типе — дырками. Таким образом, дрейфовый ток обусловлен дрейфом большинства носителей.
- Этот тип тока называется прямым током, и его направление будет от положительного вывода к отрицательному полюсу источника и противоположно направлению потока электронов.
(3) Диод обратного смещения
Если смещение сделано таким образом, что положительная сторона источника питания подключена к клемме n-типа диода, а отрицательная сторона источника питания подключена к клемме p-типа диода, это приводит к обратному смещению.
Обратное смещение
- Что касается подключений диода при обратном смещении, здесь нет очевидного прямого тока, за исключением обратного тока насыщения.
- Т.к. имеется обедненная область, но ее ширина имеет тенденцию к увеличению. Однако в основных несущих не наблюдается потока, но из-за эффекта неосновных несущих генерируется некоторый ток, называемый обратным током насыщения.
- Если обратный ток насыщения имеет тенденцию к увеличению в диоде, то наступает момент, когда ширина области обеднения полностью устраняется, что приводит к протеканию большого количества обратного тока в диоде, что приводит к пробою диода.
Области применения
Ниже перечислены некоторые области применения диода:
- Он используется в схеме выпрямителя в качестве основного блока выпрямления.
- Он используется в цепях фиксации и предназначен для работы в качестве переключателя уровня или для восстановления постоянного тока.
- Используется при разработке логических элементов для выполнения цифровых операций.
- Применяется в умножителях напряжения.
- Для обеспечения защиты солнечных панелей предпочтительно использовать другие типы диодов.
- При подавлении скачков напряжения применимы диоды.
- LASER также является одним из применений диода.
- Обнаружение и микширование сигналов также может осуществляться с помощью диода.
Давайте обсудим важное применение диода, который является выпрямителем. Эти выпрямители на основе используемых диодов подразделяются на различные типы.
Полупериодный диодный выпрямитель
В нем используется один диод, подключенный последовательно с нагрузкой и источником питания. Это базовый диодный выпрямитель, в котором для выпрямления использовался только один положительный или отрицательный цикл.
Для положительной половины цикла диод будет находиться в прямом смещении, то есть в проводящем режиме. Для отрицательной половины это будет обратное смещение, которое находится в стадии блокировки в соответствии со свойством диода.
Однако из-за этого произойдет потеря мощности. Этот тип схемы не подходит для практического применения, потому что его коэффициент пульсации будет высоким, что приведет к низкой эффективности схемы.
Однополупериодный выпрямитель
Двухполупериодный диодный выпрямитель
В этом типе выпрямителя во время выпрямления используется более одного диода. В однополупериодном выпрямителе происходит потеря мощности из-за использования только одного цикла, чтобы преодолеть эту проблему, разработан двухполупериодный выпрямитель. Он использует оба цикла для ректификации. Кроме того, он подразделяется на два типа
1). Отвод по центру
В этом трансформаторе с проводом во вторичной обмотке в центре он используется вместе с двумя диодами, за которыми следует резистивная нагрузка.
Двухполупериодный выпрямитель (с отводом от середины)
Для положительного цикла D1 проводит, а для отрицательного цикла D2 проводит. Тем не менее, оба цикла используются, а потери мощности сводятся к минимуму, а также коэффициент пульсаций за счет повышения эффективности схемы. Единственным недостатком является то, что используемый здесь трансформатор достаточно дорог.
2). Диодный мостовой выпрямитель
В качестве трансформатора с отводом от средней точки, удорожающего схему, разработан выпрямитель с четырьмя диодами, включенными по мостовой топологии.
Двухполупериодный выпрямитель (мост)
Как только цепь будет обеспечена достаточным питанием для положительной продолжительности цикла, D1 и D2 будут находиться в прямом смещении, и путь для протекания тока установлен. В то время как D3 и D4 останутся в состоянии обратного смещения.
Для отрицательной половины цикла D3 и D4 будут в режиме проводимости, тогда как D1 и D2 в заблокированном состоянии. Следовательно, в этом процессе используются оба цикла, что делает схему достаточно эффективной.
По сравнению с выпрямителем с отводом от средней точки, выпрямитель с диодным мостом дешевле. Он прост в анализе и состоит из минимального значения коэффициента пульсаций, обеспечивающего максимальную эффективность, сравнимую с эффективностью однополупериодного выпрямителя.
