Выпрямительные свойства диодов.

      Работа полупроводниковых выпрямительных диодов основана на свойстве p – n перехода пропускать ток только в одном направлении. Выпрямительные диоды в основном изготавливаются на основе минералов германия и кремния.
Полупроводниковый диод нелинейный элемент.
Он имеет две ветви на вольтамперной характеристике: работа диода при прохождении электрического тока через диод в прямом и обратном направлении.


 

   ПЕРВАЯ ветвь – это работа диода в прямом направлении.
Напряжение Uпр изменяется от 0 до 1,5 вольта.
На этой ветви выделяются три участка:
   1) при возрастании напряжения Uпр (точки 0 - 1) ток изменяется незначительно (почти линейный участок).
   2) нелинейный участок (точки 1 - 2) рабочий участок, используется для выпрямления тока, а так же в устройствах для преобразования частот.
   3) при незначительном увеличении напряжения Uпр (точки 2-3) ток диода резко увеличивается.
Это явление используется в схемах стабилизации тока – напряжения.

   ВТОРАЯ ветвь - работа диода в «запертом» состоянии.
   На диод подано обратное напряжение Uобр. Под действием обратного напряжения возникает барьерный (запорный) слой, толщиной около ?10?^(-4) мм., не пропускающий электрический ток. Обратный ток диода Iобр очень мал.
   При превышении максимально допустимого рабочего напряжения, обратный ток диода увеличивается. Начинается обратимый электрический пробой, p - n переход начинает постепенно разогреваться.
   Если в этот момент уменьшить обратное напряжение, обратный ток уменьшится до допустимой величины и пробоя не произойдет.
   При превышении температуры диода свыше допустимой величины ( для германия +75 град., для кремния +150 град.), наступает необратимый тепловой пробой. Диод выходит из строя.

Основные электрические параметры, характеризующие полупроводниковый диод.

     Напряжение и ток в прямом направлении;
  Uпр -  Постоянное прямое напряжение, обусловленное постоянным прямым током Inp.
   У диодов одинаковой мощности, при одном и том же максимальном прямом токе Iпр, через германиевый и кремниевый диоды, падение напряжения на p – n переходе:
  - для германия     Uпр = 0,3 – 0,7 вольта,
  - для кремния       Uпр = 1,0 – 1,5 вольта.
   Inp - Средний прямой ток   – среднее за период значение прямого тока.
Допустимый прямой ток уменьшается с увеличением температуры и частоты следования тока.
В мощных диодах прямой ток может достигать 100 ампер и более.
   Электрическая мощность рассеиваемая на кремниевом диоде в режиме максимального прямого тока, в 1,5 – 2,0 раза выше, чем на германиевом.
   Чтобы не превысить максимально допустимую рабочую температуру диода, при которой может произойти тепловой пробой, диод ставят на радиатор.
   В выпрямительных устройствах на низке напряжения и большие токи выгоднее применять германиевые диоды.

     Напряжение и ток в обратном направлении.
   Uобр - Максимально допустимое постоянное обратное напряжение - это напряжение, в течение длительного времени выдерживаемое диодом без опасного теплового пробоя.
   Максимальное обратное напряжение Uобр, в зависимости от типа диода, может быть величиной:
   - у германиевого диода, до 100 – 400 вольт;
   - у кремниевого диода до 1000 – 1500 вольт.
    Iобр - Обратный ток через диод, при максимальном обратном напряжении, очень мал и составляет для германия около 1 милиампера, для кремния около 1 микроампера.

     Рабочая частота.
   fmax - Максимально допустимая частота - наибольшая частота подводимого напряжения, при которых обеспечивается надежная работа диода.
Рабочая частота выпрямительных диодов обычно не превышает 1 килогерца.
В мощных преобразователях частоты, применяются специальные диоды на рабочие частоты до 100 килогерц.

   Рекомендуется использовать диоды при рабочих напряжениях и токах не выше 80% от их рабочих значений, указанных в инструкции к применению.
 

2012 г.   Виктор Егель