Виктор Егель
Двухтактные Импульсные Блоки Питания
Двухтактные ИБП
style="display:inline-block;width:728px;height:90px"
data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"
data-ad-slot="2660907582">
♥ Наибольшее распространение получили двухтактные источники вторичного электропитания, хотя и имеют более сложную электрическую схему по сравнению с однотактными. Они позволяют получать на выходе значительно большую выходную мощность при высоком КПД.
Схемы двухтактных преобразователей-инверторов имеют три вида включения ключевых транзисторов и первичной обмотки выходного трансформатора: полумостовая, мостовая и с первичной обмоткой имеющей отвод от середины.
♥ Полумостовая схема построения ключевого каскада.
Ее особенностью является включение первичной обмотки выходного трансформатора в среднюю точку емкостного делителя С1 — С2.
♥ Амплитуда импульсов напряжения на переходах транзисторов эмиттер-коллектор Т1 и Т2 не превышает Uпит величины питающего напряжения. Это позволяет использовать транзисторы с максимальным напряжением Uэк до 400 вольт.
В то же время напряжение на первичной обмотке трансформатора Т2 не превышает значения Uпит/2, потому, что снимается с делителя С1 — С2 (Uпит/2).
Управляющее напряжение противоположной полярности подается на базы ключевых транзисторов Т1 и Т2 через трансформатор Тр1.
♥ В мостовом преобразователе емкостной делитель (С1 и С2) заменен транзисторами Т3 и Т4. Транзисторы в каждом полупериоде открываются попарно по диагонали (Т1, Т4) и (Т2, Т3).
Напряжение на переходах Uэк закрытых транзисторов не превышает напряжения питания Uпит. Но напряжение на первичной обмотке трансформатора Тр3 увеличится и будет равно величине Uпит, что повышает КПД преобразователя. Ток же через первичную обмотку трансформатора Тр3 при той же мощности, по сравнению с полумостовой схемой, будет меньше.
Из за сложности в наладке цепей управления транзисторов Т1 – Т4, мостовая схема включения применяется редко.
♥ Схема инвертора с так называемым пушпульным выходом наиболее предпочтительна в мощных преобразователях-инверторах. Отличительной особенностью в данной схеме является то, что первичная обмотка выходного трансформатора Тр2 имеет вывод от середины. За каждый полупериод напряжения поочередно работает один транзистор и одна полуобмотка трансформатора.
♥ Данная схема отличается наибольшим КПД, низким уровнем пульсаций и слабым излучением помех. Достигается это за счет уменьшения тока в первичной обмотке и уменьшения рассеиваемой мощности в ключевых транзисторах.
Амплитуда напряжения импульсов в половине первичной обмотки Тр2 возрастает до значения Uпит, а напряжение Uэк на каждом транзисторе достигает значения 2 Uпит (ЭДС самоиндукции + Uпит).
Необходимо использовать транзисторы с высоким значением Uкэmах, равным 600 – 700 вольт.
Средний ток через каждый транзистор равен половине тока потребления от питающей сети.
Обратная связь по току или по напряжению.
♥ Особенностью двухтактных схем с самовозбуждением является наличие обратной связи (ОС) с выхода на вход, по току или по напряжению.
♥ В схеме обратной связи по току обмотка связи w3 трансформатора Тр1 включена последовательно с первичной обмоткой w1 выходного трансформатора Тр2. Чем больше нагрузка на выходе инвертора, тем больше ток в первичной обмотке Тр2, тем больше обратная связь и больше базовый ток транзисторов Т1 и Т2.
Если нагрузка меньше минимально допустимой, ток обратной связи в обмотке w3 трансформатора Тр1 недостаточен для управления транзисторами и генерация переменного напряжения срывается.
Иными словами, при пропадании нагрузки — генератор не работает.
♥ В схеме обратной связи по напряжению обмотка обратной связи w3 трансформатора Тр2 соединена через резистор R с обмоткой связи w3 трансформатора Тр1. По этой цепи осуществляется обратная связь с выходного трансформатора на вход управляющего трансформатора Тр1 и далее в базовые цепи транзисторов Т1 и Т2.
♥ Обратная связь по напряжению слабо зависит от нагрузки. Если же на выходе будет очень большая нагрузка (короткое замыкание), напряжение на обмотке w3 трансформатора Тр2 снижается и может наступить такой момент, когда напряжение на базовых обмотках w1 и w2 трансформатора Тр1 будет недостаточно для управления транзисторами. Генератор перестанет работать .
При определенных обстоятельствах это явление может быть использовано как защита от короткого замыкания на выходе.
♥ На практике широко применяются обе схемы с обратной связью ОС как по току, так и по напряжению.
Двухтактная схема инвертора с ОС по напряжению
♥ Для примера, рассмотрим работу наиболее распространенной схемы преобразователя-инвертора – полумостовой схемы.
Схема состоит из нескольких независимых блоков:
- — выпрямительный блок – преобразует переменное напряжение 220 вольт 50 Гц в постоянное напряжение 310 вольт;
- — устройство запускающих импульсов – вырабатывает короткие импульсы напряжения для запуска автогенератора;
- — генератор переменного напряжения – преобразует постоянное напряжение 310 вольт в переменное напряжение прямоугольной формы высокой частоты 20 – 100 КГц;
- — выпрямитель – преобразует переменное напряжение 20 -100 КГц в постоянное напряжение.
♥ Сразу после включения питания 220 вольт начинает работать устройство запускающих импульсов, представляющий из себя генератор пилообразного напряжения (R2, С2, Д7). От него запускающие импульсы поступают на базу транзистора Т2. Происходит запуск автогенератора.
♥ Ключевые транзисторы открываются поочередно и в первичной обмотке выходного трансформатора Тр2, включенной в диагональ моста (Т1,Т2 – С3,С4), образуется переменное напряжение прямоугольной формы.
С вторичной обмотки трансформатора Тр2 снимается выходное напряжение, выпрямляется диодами Д9 — Д12 (двухполупериодное выпрямление) и сглаживается конденсатором С5.
На выходе получается постоянное напряжение заданной величины.
♥ Трансформатор Т1 используется для передачи импульсов обратной связи от выходного трансформатора Тр2 на базы ключевых транзисторов Т1 и Т2.
♥ Двухтактная схема ИБП имеет ряд преимуществ перед однотактной схемой:
- — ферритовый сердечник выходного трансформатора Тр2 работает с активным перемагничиванием (наиболее полно используется магнитный сердечник по мощности);
- — напряжение коллектор – эмиттер Uэк на каждом транзисторе не превышает напряжение источника постоянного тока в 310 вольт;
- — при изменении тока нагрузки от I = 0 до Imax, выходное напряжение изменяется незначительно;
- — выбросы высокого напряжения в первичной обмотке трансформатора Тр2 очень малы, соответственно меньше уровень излучаемых помех.
♥ И еще одно замечание в пользу двухтактной схемы!!
Сравним работу двухтактного и однотактного автогенераторов с одинаковой нагрузкой.
♥ Каждый ключевой транзистор Т1 и Т2 за один такт работы генератора используется всего половину времени (одну полуволну), вторую половину такта «отдыхает». То есть вся вырабатываемая мощность генератора, делится пополам между обоими транзисторами и передача энергии в нагрузку идет непрерывно (то от одного транзистора, то от другого), во время всего такта. Транзисторы работают в щадящем режиме.
♥ В однотактном же генераторе накопление энергии в ферритовом сердечнике происходит во время половины такта, во второй половине такта идет ее отдача в нагрузку.
style="display:inline-block;width:728px;height:90px"
data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"
data-ad-slot="2660907582">
Однотактные схемы ИБП
Однотактные схемы ИБП
style="display:inline-block;width:728px;height:90px"
data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"
data-ad-slot="4696043989">
♥ Однотактная схема ИБП, это преобразователь переменного напряжения сети (или постоянного напряжения аккумуляторной батареи) одной величины, в переменное, а затем выпрямленное, постоянное напряжение другой величины.
Такое название схема получила потому, что содержит один ключевой элемент и один рабочий такт (когда транзистор открыт) по накоплению магнитной энергии в ферритовом сердечнике трансформатора. Перемагничивание сердечника происходит пассивно (когда транзистор закрыт), без участия ключевого транзистора.
♥ Простая схема однотактного генератора с самовозбуждением изображена на рисунке.
Она состоит из выпрямителя (Д1-Д4) с конденсатором фильтра С1, генератора ВЧ напряжения на транзисторе Т и ферритовом трансформаторе Тр, выпрямителя вторичного напряжения Д7 с сглаживающим конденсатором С6.
♥ Само преобразование напряжения происходит на ферритовом трансформаторе Тр. Выходное напряжение преобразователя зависит от соотношения витков в первичной и вторичной обмоток.
Схема такого автогенератора применяется в простых и маломощных импульсных источниках питания, мощностью до 10 — 50 ватт.
♥ Однотактные ИБП могут быть с «обратным» и «прямым» включением выпрямительного диода во вторичной цепи. Ферритовый трансформатор выполняет функции индуктивного накопителя энергии.
♥ В простом однотактном, автогенераторном преобразователе напряжения с «обратным» включением выпрямительного диода (на рисунке), процесс накопления индуктивной энергии в трансформаторе и передача этой энергии в нагрузку разнесены во времени. При обратном включении выпрямительного диода на выходе схемы – передача энергии из первичной цепи во вторичную идет во время , когда транзистор закрыт.
♥ Рассмотрим работу схемы автогенератора ИБП с "обратным" включением диода.
Каждый период автоколебания состоит из двух интервалов времени:
Т = tн + tи где:
tн – время накопления магнитной энергии (транзистор открыт);
tи – время передачи индуктивной энергии, накопленной в ферритовом сердечнике, в нагрузку (транзистор закрыт).
♥ При включении питающего напряжения U, через входную цепь транзистора, протекает ток смещения, определяемый сопротивлением резистора базового смещения R2 (эпюра 1).
Транзистор приоткрывается, в результате чего течет ток коллектора через первичную обмотку трансформатора w1 (эпюра 2).
♥ Начинается этап накопления энергии в индуктивности трансформатора. Появляется наведенный ток в базовой обмотке wб, который поддерживает и увеличивает ток базы, а соответственно и ток коллектора транзисторного ключа. В это время ток во вторичной обмотке протекает через конденсатор С5.
♥ При достижении тока насыщения в цепи коллектора транзистора Т — прекращается нарастание магнитной энергии в сердечнике.
Магнитная энергия сердечника начинает убывать. На всех обмотках трансформатора Тр возникает ЭДС самоиндукции в обратной полярности от предыдущего значения.
Напряжение на базовой обмотке меняет полярность. На базе относительно эмиттера появляется минус, транзистор закрывается.
♥ Напряжение на обмотке w2 также меняет полярность. Начинается передача накопленной в ферритовом сердечнике индуктивной энергии во вторичную обмотку трансформатора. Открывается диод Д7, через него проходит ток заряда конденсатора С6 и ток в нагрузку (эпюра 3).
В период паузы (транзистор открыт, диод Д7 закрыт), напряжение на выходе поддерживается за счет разряда конденсатора С6 (эпюра 4).
♥ В момент, когда транзистор закрыт, начинается перезаряд конденсатора С4 (по цепочке: + питания, R2, С4, R5, базовая обмотка, — питания) и потенциал базы транзистора постепенно возрастает, по экспоненциальному закону до тех пор, пока не откроется переход эмиттер – база транзистора и в цепи потечет ток коллектора транзистора.
Процесс накопления и передачи магнитной энергии из первичной цепи во вторичную цепь повторяется.
В данной схеме при закрывании транзистора на его выводах Э – К, из за напряжения самоиндукции в первичной обмотке трансформатора, возникает высокое напряжение. Особенно значительно напряжение Uэк при холостом ходе (в момент закрывания транзистора).
♥ Применяют различные способы снижения выбросов напряжения на коллекторе транзистора:
— включаются RC цепочки параллельно первичной обмотке трансформатора (это С2, R3, Д5 и С3, R4),
— конденсатор C5 в цепи вторичной обмотки и другие технические решения.
♥ Существенным недостатком однотактной схемы питания является большое напряжение самоиндукции, наводимое в первичной обмотке трансформатора, превосходящее входное напряжение питания Eп в 2-4 раза.
В таких схемах нужны транзисторы, имеющие высокое рабочее напряжение коллектор – эмиттер, равное 700-1000 вольт.
Выходное напряжение Uн на нагрузке, определяется коэффициентом заполнения импульсов (соотношением времени открытого и закрытого состояния ключевого транзистора Т1).
Также используется система широтно-импульсного управления (ШИМ) в цепи базы транзистора.
♥ Особенность работы преобразователя с «прямым» включением выпрямительного диода во вторичной цепи, заключается в том, что передача энергии из первичной цепи во вторичную цепь передается в то время, когда транзистор открыт. Когда ключевой транзистор Т1 открыт, через первичную обмотку трансформатора протекает ток, который наводит переменное напряжение во вторичной обмотке.
Электрическая энергия идет в нагрузку и одновременно заряжает конденсатор С6. Затем, когда транзистор закрывается, конденсатор С6 отдает накопленную энергию в нагрузку.
♥ При закрывании транзистора на элементах схемы возникают перенапряжения, особенно значительные при малых токах нагрузки. Для исключения возможного пробоя транзистора и диода, применяют включение блокировочных конденсаторов в первичной (С3, R4) и вторичной (С5) обмотках трансформатора.
Из-за большого напряжения самоиндукции возможен пробой между витками первичной обмотки трансформатора.
Схемы автогенераторов с «прямым и обратным» включением выпрямительного диода во вторичной обмотке похожи, за исключением некоторых особенностей схемы.
Плюсы и минусы однотактной схемы генератора с самовозбуждением.
Плюсы:
— один ключевой транзистор в схеме,
— схема проще, чем двухтактная.
Минусы:
— намагничивание ферритового сердечника происходит только в одной полярности (пассивное размагничивание) вследствие чего не полностью используется магнитная индукция сердечника. Необходим немагнитный зазор в ферритовом сердечнике.
— при среднем токе потребления от сети, ток через ключевой транзистор больше в n-раз и потому необходимо выбирать транзистор с заведомо большим максимальным током.
— выбирается транзистор с Uкэ = 3 Uпит.
— возникают большие перенапряжения на элементах схемы.
— необходимо применять специальные меры защиты от перенапряжения в первичной обмотке трансформатора.
На практике в основном применяется схема автогенератора с «обратным» включением выпрямительного диода.
style="display:inline-block;width:728px;height:90px"
data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"
data-ad-slot="4696043989">
Импульсные источники электропитания — инверторы
Импульсные источники электропитания — инверторы.
style="display:inline-block;width:728px;height:90px"
data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"
data-ad-slot="2660907582">
♥ Импульсные источники вторичного электропитания нашли широкое распространение в бытовой и промышленной аппаратуре. Импульсные источники электропитания вырабатывают постоянные и переменные напряжения, необходимые для электропитания блоков аппаратуры , путем ключевого преобразования выпрямленного сетевого напряжения 220 вольт и 50 герц.
♥ Преимущество ИБП по сравнению с традиционным трансформаторным источником питания обеспечивается заменой силового трансформатора, работающего на частоте промышленной сети 50 герц, малогабаритным импульсным трансформатором, работающим на частотах 16 – 40 килогерц, а также использованием импульсных методов стабилизации вторичных напряжений взамен компенсационных. Это приводит к снижению веса и габаритов изделия в 2-3 раза и повышению КПД источника до 80 — 90 %, а значит, дополнительно экономит электрическую энергию.
♥ Ключевые каскады преобразователя напряжения строятся по однотактной и двухтактной схемам.
В старых транзисторных телевизорах, в силу их специфического схемного построения, использовались однотактные ИБП.
Однотактные ИБП используются также в устройствах малой мощности до 50 ватт и более.
Наглядным примером являются различные зарядные устройства для питания мобильных телефонов, ноутбуков и много другого. Они нашли широкое распространение из-за простоты изготовления, малых размеров и высокой надежности.
♥ На рисунке изображена плата зарядного устройства от мобильного телефона. Она преобразует переменное напряжение 110 – 220 вольт в постоянное напряжение 5 вольт.
Увеличение мощности однотактных ИБП оказывается неэффективным из-за роста габаритных размеров и массы импульсного трансформатора (в сравнении с двухтактной схемой) и повышенных требований к ключевому транзистору (высокие напряжение и ток).
Двухтактные ИБП применяются при мощностях от нескольких ватт до сотен ватт, ввиду их простоты и экономичности.
♥ Пример использования двухтактного преобразователя:
Энергосберегающие лампы мощностью 20 ватт.
Мощные компьютерные блоки питания
Однотактная схема ИБП
♥ Однотактная схема ИБП представляет из себя преобразователь переменного напряжения сети (или постоянного напряжения аккумуляторной батареи) одной величины, в постоянное (выпрямленное) напряжение другой величины.
Генератор ВЧ напряжения, частотой 20 – 100 килогерц, может быть с самовозбуждением (автогенератор) или с внешним возбуждением (дополнительный генератор).
В маломощных (до10 ватт) и простых ИБП в основном применяется самовозбуждающийся автогенераторный преобразователь.
♥ Смотрите схему простого однотактного, с самовозбуждением, импульсного источника питания.
♥ Однотактная схема ИБП состоит из выпрямителя (Д1 – Д4) со сглаживающим конденсатором С1. В нем напряжение сети 220 вольт преобразуется в постоянное напряжение 310 вольт. Затем с помощью генератора импульсного напряжения (транзистор Т, трансформатор Тр), вырабатываются импульсы прямоугольной формы. С вторичной обмотки прямоугольные импульсы поступают на выпрямитель (Д6) со сглаживающим конденсатором (С5), получается постоянное напряжение.
Само преобразование напряжения происходит на ферритовом трансформаторе. Выходное напряжение зависит от соотношения витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора.
♥ Существенным недостатком однотактной схемы преобразователя является большое напряжение самоиндукции, наводимое в первичной обмотке трансформатора, превосходящее входное напряжение питания Eп в 2-4 раза. В таких схемах нужны транзисторы, имеющие максимальное напряжение коллектор — эмиттер равное 700-1000 вольт.
Применяют различные способы снижения выбросов напряжения на коллекторе транзистора:
— включаются RC цепочки (С2, R3) параллельно первичной обмотке трансформатора и конденсатор C4 в цепи вторичной обмотки.
— при использовании дополнительных устройств стабилизации выходного напряжения, например широтно – импульсной модуляции (ШИМ), возможна работа однотактного ИБП при изменении подключаемой нагрузки в широких пределах (от Р=0 до Pmax) при неизменном выходном напряжении.
Применяются и другие технические приемы защиты ключевого транзистора от перенапряжения.
Плюсы и минусы однотактной схемы ИБП.
Плюсы:
— один ключевой транзистор в схеме,
— схема проще, чем двухтактная.
Минусы:
— намагничивание ферритового сердечника происходит только в одной полярности, (пассивное размагничивание сердечника), вследствие чего не полностью используется магнитная индукция сердечника. Не полностью используется ферритовый сердечник по мощности. Необходим зазор в магнитном сердечнике.
— при среднем токе потребления от сети, ток через транзистор больше в n-раз (зависит от скважности импульсов) и потому необходимо выбирать транзистор с заведомо большим максимальным током.
— возникают большие перенапряжения на элементах схемы, достигающие 700 – 1000 вольт.
— необходимо применять специальные меры защиты от перенапряжения на элементах схемы.
Двухтактная схема ИБП
♥ Двухтактная автогенераторная схема ИБП состоит из выпрямителя входного переменного напряжения 220 вольт, устройства запуска генератора, генератора прямоугольных импульсов и выпрямителя выходного напряжения с конденсатором фильтра.
На рисунке изображена простая наиболее распространенная двухтактная схема автогенераторного, импульсного преобразователя – инвертора, полумостовая схема.
По сравнению со схемой однотактного автогенератора, двухтактный автогенератор имеет более сложную схему.
Добавляется:
— устройство автоматического запуска генератора импульсов;
— еще один ключевой транзистор;
— дополнительный трансформатор Тр1, для управления ключевыми транзисторами;
— два конденсатора полумоста (С3, С4);
— два диода (Д5, Д8) для защиты транзисторов от пробоя.
♥ Двухтактная схема ИБП имеет ряд преимуществ перед однотактной схемой:
— ферритовый сердечник выходного трансформатора Тр2 работает с активным перемагничиванием (наиболее полно используется магнитный сердечник по мощности);
— напряжение коллектор – эмиттер Uэк на каждом транзисторе не превышает напряжение источника питания 310 вольт;
— при изменении тока нагрузки от I = 0 до Imax, выходное напряжение изменяется незначительно;
— выбросы высокого напряжения в первичной обмотке очень малы, соответственно меньше уровень излучаемых помех
♥ Несмотря на повышенную сложность двухтактная схема, в сравнении с однотактной, проще в настройке и эксплуатации.
style="display:inline-block;width:728px;height:90px"
data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"
data-ad-slot="2660907582">
Тиристор в цепи переменного тока. Импульсно — фазовый метод
Тиристор в цепи переменного тока. Импульсно — фазовый метод.
style="display:inline-block;width:728px;height:90px"
data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"
data-ad-slot="1544101189">
♠ Система управления тиристорами в цепях переменного и пульсирующего тока использует, синхронизированную с сетью, бесконечную серию управляющих импульсов и осуществляет сдвиг фазы фронтов управляющих импульсов относительно перехода напряжения сети через ноль.
Сформированный специальным устройством управляющий импульс подается на переход управляющий электрод – катод тиристора, которым и подключает электрическую сеть в нагрузку.
Разберем работу такой системы на примере регулятора температуры жала электрического паяльника мощностью до 100 ватт и напряжением 220 вольт. Схема этого устройства изображена на рис 1.
♠ Регулятор температуры электрического паяльника в сети переменного тока 220 вольт, состоит из диодного мостика на КЦ405А, тиристора КУ202Н, стабилитрона , узла формирования импульсов управления.
С помощью мостика переменное напряжение превращается в пульсирующее напряжение (Umax = 310 B) положительной полярности (точка Т1).
Узел формирования состоит :
— стабилитрон, формирует за каждый полупериод трапецевидное напряжение (точка Т2);
— временная зарядно-разрядная цепочка R2, R3, C;
— аналог динистора Тр1, Тр2.
С резистора R4 снимается напряжение импульса для запуска тиристора (точка 4).
На графиках (рис 2) показан процесс формирования напряжений в точках Т1 – Т5 при изменении переменного резистора R2 от нуля до максимума.
Через резистор R1 пульсирующее напряжение сети поступает на стабилитрон КС510.
На стабилитроне формируется напряжение трапецевидной формы величиной 10 вольт (точка Т2). Оно определяет начало и конец участка регулирования.
♠ Параметры временной цепочки (R2, R3, C) подобраны так, чтобы за время одного полупериода конденсатор С успел зарядиться полностью.
С началом перехода напряжения сети Uc через ноль, с появлением трапецеидального напряжения, начинает расти напряжение на конденсаторе С. При достижении напряжения на конденсаторе Uк = 10 вольт, пробивается аналог тиристора (Тр1, Тр2). Конденсатор С через аналог разряжается на резистор R4 и, включенный параллельно ему, переход Уэ – К тиристора (точка Т3) и включает тиристор.
Тиристор КУ202 пропускает основной ток нагрузи по цепи: сеть – КЦ405 – спираль паяльника – анод – катод тиристора – КЦ405 – предохранитель — сеть.
Резисторы R5 — R6 служат для устойчивой работы устройства.
♠ Запуск управляющего узла автоматически синхронизирован с напряжением Uc сети.
Стабилитрон может быть Д814В,Г,Д. или КС510,КС210 на напряжение 9 – 12 вольт.
Переменный резистор R2 – 47 — 56 Ком мощностью не менее 0,5 ватт.
Конденсатор С – 0,15 — 0,22 мкФ, не более.
Резистор R1 – желательно набрать из трех резисторов по 8,2 Ком, двух ваттных, чтобы не сильно нагревались.
Транзисторы Тр1, Тр2 – пары КТ814А, КТ815А; КТ503А, КТ502А и др.
♠ Если регулируемая мощность не превысит 100 ватт, можно использовать тиристор без радиатора. Если мощность нагрузки больше 100 ватт необходим радиатор площадью 10 – 20 см.кв.
♠ В данном импульсно – фазовом методе импульс запуска для тиристора вырабатывается в пределах всего полупериода.
Т.е. происходит регулировка мощности почти от ноля до 100%, при регулировании фазового угла от а=0 до а=180 градусов.
На графиках в точке №5 показаны формы напряжений на нагрузке при выборочных фазовых углах: а = 160, а = 116, а = 85, а = 18 градусов.
При значении а = 160 градусов, тиристор закрыт почти во все время прохождения полупериода сетевого напряжения (мощность в нагрузке очень мала).
При значении а = 18 градусов, тиристор открыт почти во все время действия полупериода (мощность в нагрузке равна почти 100%).
В графиках в точке №4 во время открытия тиристора, вместе с появлением запускающего импульса, добавляется падение напряжения на открытом тиристоре (Uп на графике в точке №4).
Все показанные эпюры напряжений в точках Т1 — Т5, относительно точки Т6, можно посмотреть на осциллографе.
style="display:inline-block;width:728px;height:90px"
data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"
data-ad-slot="1544101189">
Тиристор в цепи переменного тока. Фазовый метод
Тиристор в цепи переменного тока. Фазовый метод.
style="display:inline-block;width:728px;height:90px"
data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"
data-ad-slot="7451033986">
♦ Известно, что электрический ток в бытовой и промышленной сети изменяется по синусоидальному закону. Форма переменного электрического тока частотой 50 герц, представлена на рис 1 а).
За один период, цикл, напряжение меняет свое значение: 0 → (+Umax) → 0 → (-Umax) → 0.
Если представить себе простейший генератор переменного тока (рис 1 б) с одной парой полюсов, где получение синусоидального переменного тока определяет поворот рамки ротора за один оборот, то каждое положение ротора в определенное время периода соответствует определенной величине выходного напряжения.
Или, каждому значению величины синусоидального напряжения за период, соответствует определенный угол α поворота рамки. Фазовый угол α, это угол, определяющий значение периодически изменяющейся величины в данный момент времени.
В момент фазового угла:
- α = 0° напряжения U = 0;
- α = 90° напряжение U = +Umax;
- α=180° напряжение U = 0;
- α = 270° напряжение U = — Umax;
- α = 360° напряжение U = 0.
♦ Регулировка напряжения с помощью тиристора в цепях переменного тока как раз и использует эти особенности синусоидального переменного тока.
Как упоминалось ранее в статье «Что такое динистор и тиристор?» : тиристор, это полупроводниковый прибор, работающий по закону управляемого электрического вентиля. Он имеет два устойчивых состояния. В определенных условиях может иметь проводящее состояние (открыт) и непроводящее состояние (закрыт).
♦ Тиристор имеет катод, анод и управляющий электрод. С помощью управляющего электрода можно изменять электрическое состояние тиристора, то есть изменять электрические параметры вентиля.
Тиристор может пропускать электрический ток только в одном направлении - от анода к катоду (симистор пропускает ток в обоих направлениях).
Поэтому, для работы тиристора, переменный ток необходимо преобразовать (выпрямить с помощью диодного мостика) в пульсирующее напряжение положительной полярности с переходом напряжения через ноль, как на Рис 2.
♦ Способ управления тиристором сводится к тому, чтобы в момент времени t (во время действия полупериода Uс) через переход Уэ – К, прошел ток включения Iвкл тиристора.
С этого момента через тиристор идет основной ток катод — анод, до следующего перехода полупериода через ноль, когда тиристор закроется.
Ток включения Iвкл тиристора можно получить разными способами.
1. За счет тока протекающего через: +U – R1 – R2 – Уэ – K – -U (на схеме рис 3).
2. От отдельного узла формирования управляющих импульсов и подаче их между управляющим электродом и катодом.
♦ В первом случае ток управляющего электрода протекает через переход Уэ – К, постепенно увеличивается (нарастая вместе с напряжением Uс), пока не достигнет величины Iвкл. Тиристор откроется.
Такой способ управления тиристором называется фазовым методом.
♦ Во втором случае сформированный в специальном устройстве, короткий импульс в нужный момент времени подается на переход Уэ – К, от которого тиристор открывается.
Такой способ управления тиристором называется импульсно – фазовым методом.
В обоих случаях ток, управляющий включением тиристора, должен быть синхронизирован с началом перехода сетевого напряжения Uс через ноль.
Действие управляющего электрода сводится к управлению моментом включения тиристора.
Фазовый метод управления тиристором.
♦ Попробуем на простом примере тиристорного регулятора освещения (схема на рис.3) разобрать особенности работы тиристора в цепи переменного тока.
После выпрямительного мостика напряжение представляет собой пульсирующее напряжение, изменяющееся в виде:
0→ (+Umax) → 0 → (+Umax) → 0, как на рис.2
♦ Начало управления тиристором сводится к следующему.
При возрастании напряжения сети Uс, от момента перехода напряжения через ноль, в цепи управляющего электрода появляется ток управления Iуп по цепи:
+U – R1 – R2 – Уэ – К – -U.
С ростом напряжения Uс растет и ток управления Iуп (управляющий электрод — катод).
При достижении тока управляющего электрода величины Iвкл, тиристор включается (открывается) и замыкает точки +U и –U на схеме.
Падение напряжения на открытом тиристоре (анод — катод) составляет 1,5 – 2,0 вольта. Ток управляющего электрода упадет почти до нуля, а тиристор останется в проводящем состоянии до момента, когда напряжение Uс сети не упадет до нуля.
С действием нового полупериода напряжения сети, все повторится сначала.
♦ В цепи протекает только ток нагрузки, то есть ток через лампочку Л1 по цепи:
Uс – предохранитель – диодный мост – анод — катод тиристора – диодный мост – лампочка Л1 — Uс.
Лампочка будет загораться с каждым полупериодом сетевого напряжения и тухнуть при переходе напряжения через ноль.
Проведем небольшие вычисления для примера рис.3. Используем данные элементов как на схеме.
По справочнику для тиристора КУ202Н ток включения Iвкл = 100 мА. В реальности же он намного меньше и составляет 10 – 20 мА, в зависимости от экземпляра.
Возьмем для примера Iвкл = 10 мА.
Управление моментом включения (регулировка яркости) происходит путем изменения величины переменного сопротивления резистора R1. Для разных значений резистора R1, будут разные напряжения пробоя тиристора. При этом момент включения тиристора будет меняться в пределах:
1. R1 = 0, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (0 + 2 = 20 вольт.
2. R1 = 14,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (13 + 2) = 150 вольт.
3. R1 = 19,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (18 + 2) = 200 вольт.
4. R1 = 29,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (28 + 2) = 300 вольт.
5. R1 = 30,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (308 + 2) = 310 вольт.
Фазовый угол α изменяется в пределах от а = 10, до а = 90 градусов.
Примерный результат этих вычислений приведен на рис. 4.
♦ Заштрихованная часть синусоиды соответствует выделяемой мощности на нагрузке.
Регулировка мощности фазовым методом, возможна только в узком диапазоне угла управления от a = 10°, до а = 90°.
То есть, в пределах от 90% до 50% мощности выделяемой на нагрузке.
Начало регулирования от фазового угла а = 10 градусов объясняется тем, что в момент времени t=0 – t=1, ток в цепи управляющего электрода еще не достиг значения Iвкл (Uс не достигло величины 20 вольт).
Все эти условия выполнимы в случае, если в схеме нет конденсатора С.
Если поставить конденсатор С (в схеме рис 2), диапазон регулирования напряжения (фазового угла) сместится вправо как на рис.5.
Это объясняется тем, что в первое время (t=0 – t=1), весь ток идет на зарядку конденсатора С, напряжение между Уэ и К тиристора равно нулю и он не может включится.
Как только конденсатор зарядится, ток пойдет через управляющий электрод – катод, тиристор включится.
Угол регулирования зависит от емкости конденсатора и сдвигается примерно от а = 30 до а = 120 градусов (при емкости конденсатора 50 мкФ).
Мощность нагрузки будет изменяться приблизительно от 80% до 30%.
Разумеется, все приведенные расчеты весьма приблизительны, но общие рассуждения верны.
Все выше приведенные эпюры напряжений, в разные временные значения, хорошо просматривались на экране осциллографа.
У кого есть осциллограф, можно посмотреть самому
style="display:inline-block;width:728px;height:90px"
data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"
data-ad-slot="7451033986">
Что такое динистор и тиристор?
Что такое динистор и тиристор?
♦ Тиристор – полупроводниковый прибор на основе монокристалла полупроводника с многослойной структурой типа p –n –p – n обладает свойствами управляемого электрического вентиля. В качестве полупроводника обычно применяют кремний.
Обычно тиристор имеет три вывода: два из них (катод и анод) контактируют с крайними областями монокристалла, а третий вывод – управляющий. Такой управляемый тиристор называется иногда триодным, или тринистором.
Неуправляемый тиристор, имеющий всего два вывода (анод — катод), называется диодным тиристором или динистором.
Четырехслойная структура тиристора изображена на рис 1.
На рисунке 2 — его транзисторный аналог.
♦ Вольт-амперная характеристика, ВАХ динистора, имеет вид на рисунке 3.
Устойчивое состояние (точка D на ВАХ) достигается в результате перехода транзисторов тиристора в режим насыщения. Падение напряжения на открытом динисторе — тиристоре составляет около 1,5 – 2,0 вольта.
Если на анод подать положительное напряжение относительно катода, то крайние электронно-дырочные переходы П1 и П3 оказываются смещенными в прямом направлении, а центральный переход П2 в обратном.
С увеличением анодного напряжения Uа, ток через динистор сначала растет медленно (участок А — В на ВАХ). Сопротивление перехода П2 , в этом режиме еще велико, это соответствует запертому состоянию динистора.
При некотором значении напряжения (участок В — С на ВАХ). называемым напряжением переключения Uпер (напряжение лавинного пробоя перехода П2), динистор переходит в проводящее состояние.
В цепи устанавливается ток (участок D – E на ВАХ), определяемый сопротивлением внешней цепи Rн и величиной приложенного напряжения U (рис 2).
Напряжение пробоя динистора, в зависимости от экземпляра, изменяется в широких пределах и имеет значения порядка десятков и сотен вольт.
На вольт – амперной характеристике, ВАХ (рис 3.), обозначены участки:
- А – В участок в прямом включении, здесь динистор заперт и приложенное к его выводам напряжение меньше, чем необходимо для возникновения лавинного пробоя;
- В – С участок пробоя коллекторного перехода;
- C — D участок отрицательного сопротивления;
— D — E участок открытого состояния динистора (динистор включен).
Динистор имеет два устойчивых состояния:
— заперт (А – В)
— открыт (D — E)
В участке A – D – E явно просматривается кривая ВАХ диода.
♦ Тиристор имеющий три электрода – анод, катод и управляющий электрод – называется тринистором или просто тиристором. Четырех слойная структура типа p – n – p – n является единой для тиристора – динистора. Просто, у динистора отсутствует дополнительный вывод управляющего электрода.
При подаче тока в цепь управляющего электрода, тиристор переключается в открытое состояние при меньших значениях напряжения переключения Uпер.
Если каким-то образом уменьшать ток, проходящий через динистор — тиристор, то при некотором его значении (точка D на ВАХ) тиристор закроется.Минимальный ток, при котором тиристор — динистор переходит из открытого в закрытое состояние (при токе управляющего электрода Iу =0) называется током удержания Iуд.
Если через управляющий электрод тиристора пропустить отпирающий ток, то тиристор перейдёт в открытое состояние. Включение транзисторного аналога тиристора (рис 2) можно осуществить по двум входам: между электродами (Э1 –Б1), либо между электродами (Э2 – Б2).
♦ Вольтамперная характеристика тиристора (Рис 4), похожа на вольтамперную характеристику динистора. 
Однако отпирание тиристора обычно происходит при существенно более низком напряжении, чем необходимо динистору. К раннему открыванию тиристора приводит протекание тока через управляющий электрод. Чем больше ток управляющего электрода от Iy1 до Iy4, тем при более низком напряжении Ua тринистор перейдёт в открытое состояние. Это отражено на вольтамперной характеристике тиристора.
♦ Тиристоры изготавливают на разные мощности: маломощные (ток 50 мА. – 100 мА), средней мощности (ток до 20 ампер) и большой мощности (токи 20 – 10000 ампер) и величины напряжения от нескольких вольт до 10 тысяч вольт.
♦ По назначению и принципу действия тиристоры делятся на: запираемые, быстродействующие, импульсные, симметричные и фототиристоры. Тиристор и динистор пропускают ток только в одном направлении – от анода к катоду.
♦ В настоящее время появились двунаправленные динисторы (пропускают ток в обоих направлениях) и двунаправленные тиристоры (симисторы).
Симистор имеет в своем составе как бы два тиристора, включенных встречно, с управлением от одного управляющего электрода.ВАХ (вольт — амперная характеристика) симистора представлена на рис 5.
Она имеет две одинаковые ветви. При положительном полупериоде сетевого напряжения действует правая ветвь, при отрицательном полупериоде – левая.
На управляющий электрод, относительно катода, также подается соответственно то положительное, то отрицательное управляющее напряжение. В схемах управления, симистор может заменить два тиристора.
♦ Динисторы применяют в регуляторах и переключателях, чувствительных к изменениям напряжений.
Наличие двух устойчивых состояний (включен — выключен), а также низкая мощность рассеяния тиристора, обусловили широкое использование их в различных устройствах.
Тиристоры применяются в регулируемых источниках питания, генераторах мощных импульсов, в линиях передачи энергии постоянного тока, в системах автоматического управления и т.д.
Внешний вид тиристора и его обозначение на схемах:
Симисторы нашли широкое применение в устройствах регулирования скорости вращения электродвигателей, в системах регулирования освещения, в электронагревателях, в преобразовательных установках.
Внешний вид симистора такой же как и у обычного тиристора.
Действующее значение синусоидального переменного напряжения – тока
Действующее значение синусоидального
переменного напряжения – тока.
style="display:inline-block;width:728px;height:90px"
data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"
data-ad-slot="1404500382">
♦Переменный электрический ток в нашей бытовой электросети представляет собой синусоиду, как на рисунке 1.
Напряжение меняет свою величину от 0 до + Umax и от 0 до — Umax . Полный цикл этих изменений называется периодом.
Период измеряется в секундах и обозначается буквой Т.
Количество периодов переменного тока за 1 секунду, есть частота f.
Частота переменного тока f измеряется в герцах .
f = 1 / T.
Например.
Частота в нашей электрической сети 50 Гц. Период этих колебаний будет равен:
T = 1 / f = 1 / 50 = 0,02 сек.
Наибольшее значение изменяющегося переменного напряжения – тока называется амплитудным значением или амплитудой.
Umax = Ua и Imax = Ia
За один период напряжение принимает эти значения два раза: + Ua и — Ua .
♦ Если подключить в цепь переменного напряжения какую-нибудь активную нагрузку, например паяльник, в цепи потечет переменный электрический ток, так же принимающий значения +Ia и — Ia, и повторяющий форму синусоиды.
На нагрузке выделяется электрическая мощность в виде тепла. Неважно какой ток течет в цепи — переменный или постоянный. Выделение тепла не зависит от направления тока в цепи.
Выделенное тепло будет равно той энергии, которую затрачивает электрический ток при прохождении по сопротивлению нагрузки.
Введено понятие действующего значения переменного напряжения Uд и тока Iд.
Действующее значение переменного тока — это такое значение величины постоянного тока, который проходя по сопротивлению нагрузки за тот же промежуток времени, выделит такое же количество тепла, что и переменный ток.
♦ Переменный ток оказывает такое же тепловое действие, как и постоянный ток, если амплитуда синусоидального переменного тока превышает величину постоянного тока в 1,41 раз.
Следовательно действующее (или эффективное) значение переменного тока будет равно:
Iд = Ia / 1,41 = 0,707 Ia. – действующее значение переменного тока
Uд = Ua / 1,41 = 0,707 Ua — действующее значение переменного напряжения
На все эти теоретические размышления можно посмотреть иначе!
♦Имеем синусоиду переменного напряжения длительностью в 1 период как на рисунке 1.
После выпрямительных диодов оно принимает вид как на рисунке 2.
Нижняя половинка синусоиды перевернута вверх, чтобы удобнее было представить процесс преобразования.
♦На рисунке приняты обозначения:
Um = Ua = 1 — амплитудное значение величины переменного напряжения. Значение Ua примем за единицу.
Из формулы приведенной выше Uд = 1 / 1,41 = 0,707 — действующее напряжение равно 0,707 от амплитудного значения Ua = 1.
Заштрихованная часть синусоиды обозначает затраченную на нагревание паяльника электрическую энергию. В промежутках между половинками синусоид ток по цепи не протекает, а следовательно и не выделяется электрическая мощность.
♦Проведем линию, обозначающую Uд = 0,707.
Она отсекает верхнюю часть половинок синусоид.
Если эти отсеченные вершинки синусоиды уложить в провалы между полупериодами, получится полностью заполненная площадь соответствующая значениям постоянного напряжения U и тока I.
Получается, что мощность синусоидального переменного тока с амплитудными значениями Ua и Ia равна мощности действующего значения Uд и Iд переменного тока и равна мощности постоянного тока со значениями U и I.
Одна и та же электрическая мощность, выраженная в трех видах.
P = Ua х Ia = Uд х Iд = U х I
♦ Электрические приборы для измерения переменного напряжения и тока отградуированы на отображение действующих значений Uд и Iд.
В нашей бытовой электросети действующее, эффективное, напряжение переменного тока Uд равно 220 вольт.
Максимальное, амплитудное значение напряжения в сети равно:
Um = Ua = Uд х 1,41 = 220 х 1,41 = 310,2 вольт.
Процесс поэтапного преобразования переменного напряжения в пульсирующее напряжение, а затем в постоянное напряжение, наблюдается в схемах выпрямителей.
style="display:inline-block;width:728px;height:90px"
data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"
data-ad-slot="1404500382">
Полупроводниковые диоды
Полупроводниковые диоды
style="display:inline-block;width:468px;height:60px"
data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"
data-ad-slot="6963635986">
♥ Полупроводники занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками. Наиболее широкое применение в полупроводниковой технике получили такие материалы, как германий, кремний, селен.
♥ У полупроводников электроны наружных атомных оболочек сильно связаны с ядром атома. Чтобы оторвать эти электроны от ядра нужно сообщить им извне определенную энергию. Под действием электрического поля они перемещаются в полупроводнике, создавая в нем электрический ток.
Электрическое сопротивление полупроводника зависит от температуры, освещенности, действия магнитного поля, инфракрасного излучения и др.
♥ Полупроводниковый прибор состоит из соединенных между собой полупроводниковых кристаллов с проводимостью p — n. В месте соприкосновения этих полупроводников образуется запорный слой, который может проводить электрический ток только в одном направлении.
♥ Полупроводниковые диоды представляют собой кристаллы полупроводника, имеющие электронную и дырочную проводимости. Вентильные свойства такого кристалла определяются возникновением запорного слоя. Запорный слой называется p — n переходом.
♥ Диоды, в основном, изготовляются из кристаллов кремния, германия. Кремниевые диоды выдерживают более высокие температуры и напряжения чем германиевые.
Полупроводниковый диод является основой различных электрических приборов.
♥ Наиболее часто встречающиеся электронные приборы, использующие полупроводниковый эффект, представлены ниже. 
— Вентиль – пропускает электрический ток в одном направлении и не пропускает в другом. Применяется в выпрямителях для получения постоянного тока из переменного тока.
— Варикап – используется запорный полупроводниковый слой в качестве электрической емкости (изменяя обратное напряжение можно менять емкость в пределах 1 – 500 пФ).
Применяется в качестве электронного переменного конденсатора в колебательных контурах радиоприемников.
— Стабилитрон — используется явление обратимого, электрического пробоя запорного слоя. При подаче на переход запирающего напряжения , больше определенной величины, приводит к резкому возрастанию обратного тока диода, пробою.
Применяется в устройствах стабилизации постоянного напряжения от 1 до 200 вольт.
— Фотодиод – под действием света меняет величину сопротивления p-n перехода).
Применяется в качестве датчика электромагнитного излучения. Диапазон работы от инфракрасного до ультрафиолетового света.
— Светодиод — при прохождении через диод прямого тока, излучает свет от инфракрасного до ультрафиолетового.
Применяется в качестве различных индикаторов, (вместо электрических лампочек), в устройствах управления и передачи данных в ИК лучах и др. В последнее время светодиоды активно используются в качестве экономичных источников электрического освещения.
— Динистор – неуправляемый переключающий диод. При превышении определенного обратного напряжения переходит в проводящее состояние.
Применяется в различных переключающих устройствах, в генераторах напряжения.
— Тиристор – управляемый переключающий диод, имеет управляющий электрод. То же, что и динистор, но с помощью управляющего электрода можно менять напряжение переключения тиристора. Имеет два устойчивых состояния. Включается импульсами тока управления, выключается либо подачей обратного напряжения , либо прерыванием тока в открытом состоянии.
Применяется в различных устройствах автоматики, в управляемых выпрямителях.
Кроме того, полупроводниковые свойства кремния и германия используются в других электронных приборах:
СВЧ – диоды, импульсные диоды, туннельные диоды, диоды Шотки, терморезисторы, варисторы, полупроводниковые лазеры и много еще чего.
Но об этом поговорим позже.
style="display:inline-block;width:468px;height:60px"
data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"
data-ad-slot="6963635986">
Устройство тиристора. Тиристорный регулятор
Устройство тиристора. Тиристорный регулятор.
Представляю вам свою очередную рассылку на тему:
Тиристоры ? Это очень непросто!
Рассылка состоит из 5 уроков:
1. Урок №1 — «Что такое тиристор и динистор»
2. Урок №2 — «Динистор и тиристор в цепях постоянного тока»
3. Урок №3 — "Тиристор в цепи переменного тока. Фазовый метод"
4. Урок №4 — «Тиристор в цепи переменного тока. Импульсно — фазовый метод»
5. Урок №5 — «Тиристорный регулятор в зарядном устройстве»
В этих уроках, в простой и удобной форме, излагаются основные сведения по полупроводниковым приборам: динисторам и тиристорам.
Что такое динистор и тиристор, выды тиристоров и их вольт — амперные характеристики, работа динисторов и тиристоров в цепях постоянного и переменного тока, транзисторные аналоги динистора и тиристора.
А так же: способы управления электрической мощностью переменного тока, фазовый и импульсно-фазовый методы.
Каждый теоретический материал подтверждается практическими примерами.
Приводятся действующие схемы: релаксационного генератора и фиксированной кнопки, реализованных на динисторе и его транзисторном аналоге; схема защиты от короткого замыкания в стабилизаторе напряжения и многое другое.
Особенно интересна для автолюбителей схема зарядного устройства для аккумулятора на 12 вольт на тиристорах.
Приводятся эпюры формы напряжения в рабочих точках действующих устройств управления переменным напряжением при фазовом и импульсно-фазовом методах.
Чтобы получить эти бесплатные уроки подпишитесь на рассылку, заполните форму подписки и нажмите кнопку «Подписаться».
Через некоторое время вы уже сможете начать изучение уроков.
Диоды выпрямительные
Диоды выпрямительные.
♥ 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.
Подписка
