≡× MENY

• Girkasse
• Motor
• Motor
• Væsker
• Girkasse

Hvordan fungerer en likeretterdiode? Likeretterdioder, diodebroer og deres bruksområder. Grunnleggende enhetsparametere

Selv om alle dioder er likerettere, brukes begrepet vanligvis om enheter beregnet på å levere strøm, for å skille dem fra elementer som brukes for små signalkretser. Høyeffekt likeretterdioden brukes til å likerette vekselstrøm med lav forsyningsfrekvens på 50Hz når høy effekt sendes ut under belastning.

Diodeegenskaper

Hovedoppgaven til dioden er konvertering av vekselspenning til likespenning gjennom bruk i likeretterbroer. Dette gjør at elektrisitet flyter i bare én retning, og holder strømforsyningen i gang.

Driftsprinsippet til en likeretterdiode er ikke vanskelig å forstå. Elementet består av en struktur kalt et pn-kryss. P-type-siden kalles anode og n-type-siden kalles katoden. Strøm føres fra anoden til katoden, mens strømning i motsatt retning er nesten fullstendig forhindret. Dette fenomenet kalles retting. Den konverterer vekselstrøm til ensrettet strøm. Denne typen enheter kan håndtere høyere elektrisitet enn vanlige dioder, og det er derfor de kalles høy effekt. Evnen til å lede store mengder strøm kan klassifiseres som deres hovedtrekk.

I dag Silisiumdioder brukes oftest. Sammenlignet med elementer laget av germanium, har de en større tilkoblingsflate. Fordi germanium har lav motstand mot varme, er de fleste halvledere laget av silisium. Enheter laget av germanium har en betydelig lavere tillatt reversspenning og overgangstemperatur. Den eneste fordelen en germaniumdiode har fremfor silisium er den lavere spenningsverdien når den opererer i forspenning (VF (IO) = 0,3 ÷ 0,5 V for germanium og 0,7 ÷ 1,4 V for silisium).

Typer og tekniske parametere for likerettere

I dag finnes det mange forskjellige typer rettetang. De er vanligvis klassifisert i henhold til:

De vanligste typene er 1 A, 1,5 A, 3 A, 5 A og 6 A. Det finnes også standardapparater med en maksimal gjennomsnittlig likerettet strøm på opptil 400 A. Fremspenning kan variere fra 1,1 mV til 1,3 kV.

preget av følgende tillatte grenser:

Et eksempel på et høyytelseselement er 2x30A Dual High Current Rectifier Diode, som er best egnet for basestasjoner, sveisere, AC/DC-strømforsyninger og industrielle applikasjoner.

Søknadsverdi

Som den enkleste halvlederkomponenten har denne typen diode et bredt spekter av bruksområder i moderne elektroniske systemer. Ulike elektroniske og elektriske kretser bruker denne komponenten som en viktig enhet for å oppnå ønsket resultat. Anvendelsesområdet for likeretterbroer og dioder er omfattende. Her er noen slike eksempler:

• snu vekselstrøm til likespenning;
• isolering av signaler fra strømforsyningen;
• spenningsreferanse;
• kontroll av signalstørrelse;
• blande signaler;
• deteksjonssignaler;
• belysning systemer;
• lasere.

Strøm likeretterdioder er en viktig komponent i strømforsyninger. De brukes til å regulere strøm i datamaskiner og biler, og kan også brukes i batteriladere og datamaskinstrømforsyninger.

I tillegg brukes de ofte til andre formål (for eksempel i detektoren av radiomottakere for radiomodulasjon). Schottky barrierediodevarianten er spesielt verdsatt i digital elektronikk. Driftstemperaturområdet fra -40 til +175 °C gjør at disse enhetene kan brukes under alle forhold.

Halvlederdioder og deres egenskaper

En diode er en halvlederenhet som består av en - overgang og har to terminaler: anode og katode. Halvlederdioder er svært mange, og en av hovedklassifiseringsfunksjonene er deres formål, som er forbundet med bruken av et visst fenomen i - overgang.

Dioder designet for å konvertere vekselstrøm til likestrøm kalles utbedring. D For dem er den viktigste ventileffekten (et stort forhold mellom foroverstrøm og revers), men det er ingen strenge krav til tids- og frekvensegenskaper. De er designet for betydelige strømmer og har et stort område - overgang. I ekte dioder brukes som regel asymmetriske dioder. - overganger. I slike overganger har en av regionene i krystallen (regionen med en høyere konsentrasjon av majoritetsbærere) vanligvis ganske lav resistivitet, og den andre er høy-resistivitet. Området med lav motstand er den dominerende kilden til mobile ladningsbærere, og strømmen gjennom dioden når krysset er direkte slått på, bestemmes nesten fullstendig av flyten til dens majoritetsbærere. Derfor kalles lavmotstandsområdet til diodehalvlederkrystallen emitteren. Forskjellen i konsentrasjonen til hovedladningsbærerne påvirker også plasseringen - overgang ved grensen til regioner med forskjellige typer elektrisk ledningsevne. På grunn av den høyere bærerkonsentrasjonen i lavresistivitetsområdet (som nevnt ovenfor), bredden - det er mindre overgang i den enn i den med høy resistivitet. Hvis forskjellen i konsentrasjonen av hovedbærerne er stor, da - Overgangen vil være lokalisert nesten utelukkende i høyresistivitetsregionen, som kalles basen.

Strøm-spenningsegenskaper til ekte dioder og - overganger er nær hverandre, men ikke identiske (Figur 1.6). Forskjeller observeres både på for- og bakgrenene. Dette forklares av det faktum at når man analyserer prosesser i et kryss, blir verken dimensjonene til krystallen og krysset, eller motstanden til halvlederlagene ved siden av krysset tatt i betraktning. Tilstedeværelsen i halvlederkrystallen av et høymotstandsbaseområde, som er preget av motstand, fører til et ekstra spenningsfall, som et resultat av at diodens direkte gren passerer lavere enn i krysset. Den omvendte grenen av diodens strømspenningskarakteristikk er lavere enn den til et ideelt kryss, fordi Lekkasjestrømmen langs overflaten av krystallen legges til metningsstrømmen.

Figur 1.6 - Symbol for diode (a);

strøm-spenningsegenskaper (v):

1 - ideell - overgang, 2 – ekte diode

Dioder kan være laget av germanium eller silisium; deres strømspenningsegenskaper har betydelige forskjeller (Figur 1.7)

Figur 1.7 - Strømspenningsegenskaper for germanium (1),

silisium (2) dioder

Forskyvningen av den fremre grenen til karakteristikken til venstre skyldes forskjellen i størrelsen på den potensielle barrieren, og posisjonen til den motsatte grenen bestemmes av forskjellen i konsentrasjonene av minoritetsbærere, som avhenger av båndgapet av halvlederen.

Typen strøm-spenningskarakteristikk avhenger av temperaturen til halvlederkrystallen (Figur 1.8).

Figur 1.8 - Avhengighet av typen strøm-spenningskarakteristikk til dioden på temperatur

Når temperaturen øker, avtar spenningsfallet forover over dioden ved en konstant foroverstrøm. Foroverspenningen endres med 2,1 mV med en temperaturendring på 1ºC.

Reversstrømmen øker med økende temperatur to ganger når temperaturen endres med 10 ºC for germaniumdioder og tre ganger for silisiumdioder, men det bør tas i betraktning at reversstrømmen til silisiumdioder er tre størrelsesordener mindre enn for silisiumdioder. germanium dioder.

For tiden er silisium likeretterdioder mest brukt, som har følgende fordeler:

Mange ganger mindre (sammenlignet med germanium) reversstrømmer ved samme spenning; høy verdi av tillatt reversspenning, som når 1000...1500 V, mens den for germaniumdioder er i området 100...400 W;

Ytelsen til silisiumdioder opprettholdes ved temperaturer fra -60 til +150 °С, germanium - bare fra -60 til +85 °C (ved temperaturer over 85 °C øker termisk generasjon i germanium kraftig, noe som øker reversstrømmen og kan føre til at dioden mister ventilegenskapene).

I likeretterenheter med lav spenning og høye strømmer er det imidlertid mer lønnsomt å bruke germaniumdioder, siden deres motstand i foroverretningen er 1,5...2 ganger mindre enn for silisiumdioder ved samme belastningsstrøm, noe som reduserer kraften som forsvinner inne i dioden.

Hovedparametre for likeretterdioder:

maksimal tillatt reversspenning diode - verdien av spenningen påført i motsatt retning som dioden kan tåle i lang tid uten å påvirke ytelsen;

gjennomsnittlig likerettet strøm diode - gjennomsnittsverdien av den likerettede strømmen som strømmer gjennom dioden over perioden;

pulserende likestrøm diode - toppverdi av gjeldende puls ved en gitt maksimal varighet, driftssyklus og pulsform;

gjennomsnittlig reversstrøm diode - gjennomsnittsverdien av reversstrømmen over perioden;

gjennomsnittlig fremoverspenning diode ved en gitt gjennomsnittsverdi av fremstrøm;

gjennomsnittlig effekttap diode - gjennomsnittlig effekt over en periode som forsvinner av en diode når strømmen flyter i forover- og bakoverretninger;

differensiell motstand diode - forholdet mellom foroverspenningsøkningen på dioden og den lille strømøkningen som forårsaket det.

Hovedformålet med likeretterdioder er spenningskonvertering. Men dette er ikke det eneste bruksområdet for disse halvlederelementene. De er installert i bryter- og kontrollkretser, brukt i kaskadegeneratorer, etc. Begynnende radioamatører vil være interessert i å lære hvordan disse halvlederelementene er strukturert, så vel som deres driftsprinsipp. La oss starte med de generelle egenskapene.

Enhets- og designfunksjoner

Det viktigste strukturelle elementet er en halvleder. Dette er en wafer av silisium eller germaniumkrystall, som har to områder med p- og n-ledningsevne. På grunn av denne designfunksjonen kalles den plan.

Ved fremstilling av en halvleder behandles krystallen som følger: for å oppnå en p-type overflate behandles den med smeltet fosfor, og for en p-type overflate behandles den med bor, indium eller aluminium. Under varmebehandling skjer diffusjon av disse materialene og krystallen. Som et resultat dannes et område med et p-n-kryss mellom to overflater med forskjellige elektriske ledningsevner. Halvlederen oppnådd på denne måten er installert i huset. Dette beskytter krystallen mot ytre påvirkninger og fremmer varmespredning.

Betegnelser:

• A – katodeutgang.
• B – krystallholder (sveiset til kroppen).
• C – n-type krystall.
• D – p-type krystall.
• E – ledning som fører til anodeterminalen.
• F – isolator.
• G – kropp.
• H – anodeutgang.

Som allerede nevnt brukes silisium- eller germaniumkrystaller som grunnlag for p-n-krysset. De førstnevnte brukes mye oftere, dette skyldes det faktum at i germaniumelementer er reversstrømmene mye høyere, noe som betydelig begrenser den tillatte reversspenningen (den overstiger ikke 400 V). Mens for silisiumhalvledere kan denne karakteristikken nå opptil 1500 V.

I tillegg har germaniumelementer et mye smalere driftstemperaturområde, det varierer fra -60 °C til 85 °C. Når den øvre temperaturterskelen overskrides, øker reversstrømmen kraftig, noe som påvirker enhetens effektivitet negativt. For silisiumhalvledere er den øvre terskelen ca. 125°C-150°C.

Effektklassifisering

Kraften til elementene bestemmes av maksimalt tillatt likestrøm. I samsvar med denne egenskapen er følgende klassifisering tatt i bruk:

Liste over hovedkjennetegn

Nedenfor er en tabell som beskriver hovedparametrene til likeretterdioder. Disse egenskapene kan hentes fra databladet (teknisk beskrivelse av elementet). Som regel henvender de fleste radioamatører seg til denne informasjonen i tilfeller der elementet angitt i diagrammet ikke er tilgjengelig, noe som krever å finne en passende analog for det.

Merk at i de fleste tilfeller, hvis du trenger å finne en analog til en bestemt diode, vil de første fem parametrene fra tabellen være ganske tilstrekkelige. I dette tilfellet er det tilrådelig å ta hensyn til driftstemperaturområdet til elementet og frekvensen.

Prinsipp for operasjon

Den enkleste måten å forklare prinsippet for drift av likeretterdioder er med et eksempel. For å gjøre dette simulerer vi kretsen til en enkel halvbølgelikeretter (se 1 i fig. 6), der kraften kommer fra en vekselstrømkilde med spenning U IN (graf 2) og går gjennom VD til lasten R.

Ris. 6. Driftsprinsipp for en en-diode likeretter

Under den positive halvsyklusen er dioden i åpen stilling og sender strøm gjennom den til lasten. Når svingen på den negative halvsyklusen kommer, er enheten låst og det tilføres ingen strøm til lasten. Det vil si at det er en slags avskjæring av den negative halvbølgen (faktisk er dette ikke helt sant, siden det under denne prosessen alltid er en omvendt strøm, dens verdi bestemmes av I arr.-karakteristikken).

Som et resultat, som man kan se av graf (3), mottar vi ved utgangen pulser som består av positive halvsykluser, det vil si likestrøm. Dette er prinsippet for drift av likerettede halvlederelementer.

Legg merke til at pulsspenningen ved utgangen til en slik likeretter kun er egnet for å drive støysvake belastninger, et eksempel kan være en lader for et lommelyktsyrebatteri. I praksis brukes denne ordningen kun av kinesiske produsenter for å redusere kostnadene for produktene deres så mye som mulig. Faktisk er enkelheten i designet dens eneste stang.

Ulempene med en en-diode likeretter inkluderer:

• Lavt effektivitetsnivå, siden negative halvsykluser avbrytes, overstiger ikke enhetens effektivitet 50%.
• Utgangsspenningen er omtrent halvparten av inngangen.
• Høyt støynivå, som manifesterer seg i form av en karakteristisk summing ved frekvensen til forsyningsnettverket. Årsaken er asymmetrisk demagnetisering av nedtrappingstransformatoren (faktisk er det derfor det er bedre for slike kretser å bruke en dempingskondensator, som også har sine negative sider).

Merk at disse ulempene kan reduseres noe, for å gjøre dette er det nok å lage et enkelt filter basert på en høykapasitets elektrolytt (1 i fig. 7).

Ris. 7. Selv et enkelt filter kan redusere krusning betydelig

Driftsprinsippet til et slikt filter er ganske enkelt. Elektrolytten lades under den positive halvsyklusen og utlades når den negative halvsyklusen oppstår. Kapasitansen må være tilstrekkelig til å opprettholde spenningen over lasten. I dette tilfellet vil pulsene jevnes noe ut, omtrent som vist i graf (2).

Løsningen ovenfor vil forbedre situasjonen noe, men ikke mye; hvis du for eksempel driver aktive datamaskinhøyttalere fra en slik halvbølgelikeretter, vil en karakteristisk bakgrunn høres i dem. For å fikse problemet vil det være nødvendig med en mer radikal løsning, nemlig en diodebro. La oss se på driftsprinsippet til denne kretsen.

Design og prinsipp for drift av en diodebro

Den vesentlige forskjellen mellom en slik krets (fra en halvbølgekrets) er at spenningen tilføres lasten i hver halvsyklus. Kretsskjemaet for tilkobling av halvlederlikeretterelementer er vist nedenfor.

Som det fremgår av figuren ovenfor, bruker kretsen fire halvlederlikeretterelementer, som er koblet på en slik måte at bare to av dem fungerer i løpet av hver halvsyklus. La oss beskrive i detalj hvordan prosessen skjer:

• Kretsen mottar en vekselspenning Uin (2 i fig. 8). I løpet av den positive halvsyklusen dannes følgende krets: VD4 – R – VD2. Følgelig er VD1 og VD3 i låst posisjon.
• Når sekvensen til den negative halvsyklusen oppstår, på grunn av at polariteten endres, dannes en krets: VD1 – R – VD3. På dette tidspunktet er VD4 og VD2 låst.
• Den neste perioden gjentas syklusen.

Som det fremgår av resultatet (graf 3), er begge halvsyklusene involvert i prosessen og uansett hvordan inngangsspenningen endres, flyter den gjennom lasten i én retning. Dette prinsippet for drift av en likeretter kalles fullbølge. Fordelene er åpenbare, vi lister dem opp:

• Siden begge halvsyklusene er involvert i arbeidet, øker effektiviteten betydelig (nesten to ganger).
• Rippling ved utgangen av brokretsen dobler også frekvensen (sammenlignet med en halvbølgeløsning).
• Som det fremgår av graf (3), synker nivået av fall mellom pulser, så det vil være mye lettere for filteret å jevne dem ut.
• Spenningen ved likeretterutgangen er omtrent den samme som ved inngangen.

Interferens fra brokretsen er ubetydelig, og blir enda mindre ved bruk av en filterelektrolytisk kapasitans. Takket være dette kan denne løsningen brukes i strømforsyninger for nesten alle amatørradiodesigner, inkludert de som bruker sensitiv elektronikk.

Vær oppmerksom på at det slett ikke er nødvendig å bruke fire likeretterhalvlederelementer; det er nok å ta en ferdigmontert montering i en plastkasse.

Denne saken har fire pinner, to for inngangen og samme nummer for utgangen. Benene som AC-spenningen er koblet til er merket med et "~"-tegn eller bokstavene "AC". Ved utgangen er det positive benet merket med symbolet "+", henholdsvis det negative benet er merket med "-".

På et skjematisk diagram er en slik sammenstilling vanligvis betegnet i form av en rombe, med en grafisk visning av en diode plassert inni.

Spørsmålet om det er bedre å bruke en sammenstilling eller individuelle dioder kan ikke besvares entydig. Det er ingen forskjell i funksjonalitet mellom dem. Men sammenstillingen er mer kompakt. På den annen side, hvis det mislykkes, vil bare en fullstendig erstatning hjelpe. Hvis det i dette tilfellet brukes individuelle elementer, er det nok å erstatte den mislykkede likeretterdioden.

Kjent selv for ikke-spesialister, en likeretterdiode er en spesiell type halvlederbasert enhet som brukes til å oppnå konstante spenninger fra innledende potensialer med variable parametere. Produkter i denne klassen tilhører to-elektrodeenheter med enveis ledningsevne, noe som sikrer deres rettingseffekt (se bildet nedenfor).

Diodelikerettere bygget på grunnlag av disse elementene er mye brukt både i elektroteknikk og i moderne elektroniske produkter. Oftest brukes likeretterdioder som enkle enkeltporter eller som en del av mer komplekse brokretser.

Rettingsprinsipp

Enhver likeretterenhet har to terminaler eller elektroder, kalt anode og katode. Hver av dem er koblet til plater med tilsvarende ledningsevne som danner halvlederkrysset (anoden er med "p" laget, og katoden er med "n" laget). I øyeblikkene når et pluss tilføres til anoden til dioden, og et minus tilføres katoden (i tilfelle av den såkalte "direkte" tilkoblingen), sender enheten strøm mens den er i åpen tilstand.

Hvis polariteten til den innkommende spenningen endrer fortegn (omvendt innkobling av dioden), i henhold til dens strømspenningskarakteristikk, flyter ingen strøm gjennom halvlederkrysset. Som et resultat av enhetens enveisledningsevne dannes et pulserende strømsignal ved utgangen (det er vist på bildet nedenfor).

I henhold til denne kretsen, etter dioden VD, går det likerettede signalet Un til lasten R (uten filtrering foreløpig), hvor det brukes til det tiltenkte formålet.

Merk! Hvis en vekselspenning med en viss amplitude U påføres inngangen til en likeretterenhet, vil strømmen gjennom den og belastningen R flyte bare i én retning.

Som et resultat av likeretting vil det oppstå en serie positive halvbølger ved lasten, som deretter tilføres elektrolytiske kondensatorer for filtrering. Først etter å ha jevnet ut krusningene gjennom kondensatorer vil det være mulig å snakke om den endelig utrettede spenningen.

Strømspenningskarakteristikk (CVC)

Strømspenningskarakteristikken til enheten som vurderes her, er presentert i figuren nedenfor.

Den viser at i første kvadrant av koordinataksene (øverst til høyre) er det en direkte gren av avhengigheten til strømmen Ipr av spenningen Upr som tilføres likeretteren. Ved sin form indikerer den den lave motstanden til dioden med en positiv polaritet av potensialet påført polene (lineær del med en skråning nær 45 grader).

I tredje kvadrant (nederst til venstre) er dens omvendte gren, dens horisontale posisjon indikerer en høy motstand i pn-krysset.

I denne kvadranten har spenningen Urev ved polene til dioden en negativ polaritet, som et resultat av at strømmen Irev gjennom det omvendte forspente krysset er nær null.

Teori om p-n-krysskontroll

Det elektroniske p-n-krysset som ligger til grunn for ethvert diodeelement er et dobbelt lag av områder mettet og utarmet for elektroner (hull), som er plassert fra hverandre i en avstand av størrelsesordenen til et atom.

Hvis du påfører en spenning med direkte polaritet på en slik diode (pluss til anoden og minus til katoden), begynner elektroner fra laget som er mettet med dem å intensivt diffundere inn i området der det er færre av dem, og akselererer av det påførte positivt potensial. Som et resultat av dette øker ledningsevnen til laget kraftig (motstanden faller), og strømmen begynner å strømme i foroverretningen. Det samme skjer med hull.

I tilfelle når en spenning med motsatt polaritet påføres det samme elementet (potensialene ved anoden og katoden endrer fortegn), begynner hull og elektroner å bevege seg bort fra krysset. Samtidig dannes en potensiell barriere ved grensen, som ikke tillater ladningsbærere å trenge inn fra et område til et annet (se bildet nedenfor).

På grunn av denne effekten er krysset i en tilstand med redusert ledningsevne (høy motstand), der dioden ikke leder strøm. Fra et energisynspunkt kommer begge tilfellene diskutert over til å overvinne den elektroniske barrieren som er kunstig opprettet ved krysset mellom halvledere med to konduktiviteter.

Tilleggsinformasjon. Velkjente elementer i det periodiske systemet med en uttalt semi-metallisk effekt (indium, germanium, silisium og andre) brukes som halvledere.

P-n-kryssene beskrevet ovenfor er dannet av disse materialene, som under produksjonen er plassert i huset til et bruksklart produkt - en diode.

Klassifisering og karakteristikker av dioder

Alle kjente typer likeretterdioder kjennetegnes vanligvis av følgende egenskaper:

• Mengden slått strøm;
• Bytte frekvens;
• Type halvleder som brukes til fremstilling av p-n-kryss.

I henhold til den første av disse egenskapene er dioder delt inn i laveffektsenheter, samt middels- og høyeffektprodukter. Denne inndelingen bestemmes av strømstyrken som p-n-overgangen til ventilelementet er i stand til å passere gjennom seg selv ved en fast spenning på elektrodene. I samsvar med denne funksjonen kan de elektroniske enhetene som vurderes her deles inn i følgende tre grupper:

• Laveffektdioder med en minimumsverdi av likerettet (eller likestrøm) - opptil 0,3 Ampere;
• Medium effekt enheter (fra 0,3 til 10 Ampere);
• Kraftige likeretterprodukter, verdiene til likestrøm som når verdier i størrelsesorden titalls og hundrevis av ampere.

I henhold til deres frekvensparametere er alle kjente typer dioder delt inn i enheter med lave, middels, høye og ultrahøye (mikrobølge) frekvenser.

Merk! De fleste likeretterdioder som brukes som ventiler i industri- og husholdningselektriske nettverk på 50 Hertz er klassifisert som lavfrekvente.

Basert på typen kryss som brukes i produksjonen av dioden, er de vanligvis delt inn i utdaterte germaniumprodukter og moderne silisiumlikerettere. I samsvar med den vurderte klassifiseringen av diodekomponenter introduseres deres egenskaper, som er representert av følgende driftsparametre:

• Maksimal likerettet (revers) spenning;
• Foroverspenning over det åpne diodeelementet (dets fall ved det forspente krysset);
• Tillatt verdi av foroverstrømmen passert gjennom dioden;
• Mengden tillatt reversstrøm;
• Maksimal effekt som spres av ventilen;
• Drifts- og maksimale overgangstemperaturer;
• Tillatt frekvens for det koplede signalet.

I tillegg til de angitte egenskapene, som regnes som hovedindikatorene for funksjonen til diodeelementer, er det også sekundære som er direkte relatert til de tidligere diskuterte parametrene. Disse inkluderer vanligvis egenskaper som hastigheten og kapasitansen til pn-krysset, så vel som dets differensielle og termiske motstand.

Tilleggsinformasjon. Disse parametrene er etterspurt ved utforming av komplekse elektroniske kretser, og som regel har de ikke en betydelig effekt på driften av enheten i likerettermodus.

La oss legge til dette at temperaturforholdene for diodeelementets drift vanligvis anses å være hovedparametrene. For den vanligste typen av disse produktene (silisiumdiode), varierer denne indikatoren vanligvis fra -50 til +130 grader. Ved utforming av elektronisk utstyr rettes mye oppmerksomhet mot temperaturen på selve enhetens kropp, hvis verdi avhenger av parameterne (type, kraft og produsent).

Bruksområder

Likretterelementer av ventiltype innen elektriske og elektroniske transformasjoner brukes vanligvis til følgende formål:

• Bytte (åpne og lukke driftskretser);
• Deteksjon og begrensning av signaler av ulike former og varighet;
• Direkte retting av vekselspenninger, sikrer stabile potensialnivåer.

I tillegg er en klassisk likeretterdiode laget av silisiummaterialer grunnlaget for å lage såkalte "bro"-kretser som inkluderer flere elementer samtidig (bildet nedenfor).

Med ankomsten av ventilsammenstillinger med fire dioder koblet i henhold til rygg-til-rygg-prinsippet, er selve likerettermodulene betydelig forenklet, samtidig som installasjonsteknologien er lettere.

På grunn av så bemerkelsesverdige egenskaper som lav pris, enkel design og pålitelighet i drift, er likeretterdioder basert på halvlederforbindelser mye brukt ikke bare i elektroniske og elektriske enheter, men også i et så fjernt felt som radioteknikk.

Tilleggsinformasjon. I radioenheter brukes disse elementene i høyfrekvente moduser, og gir retting, veksling og begrensning av mottatte over-the-air-signaler.

I den siste delen av gjennomgangen bemerker vi at moderne likeretterdioder er representert av et stort utvalg av forskjellige typer og modeller, som er forskjellige både i design og deklarerte ytelsesegenskaper. Evnen til å håndtere disse elektroniske elementene på riktig måte kommer ned til å kjenne algoritmen for å velge en bestemt diodeprøve, med fokus på dataene gitt i referansemanualene.

Video

En av de elektroniske enhetene som er mye brukt i forskjellige kretser er likeretterdioden, ved hjelp av hvilken vekselstrøm omdannes til likestrøm. Designet er laget i form av en to-elektrode-enhet med enveis elektrisk ledningsevne. AC-likretting skjer ved metall-halvleder- og halvleder-metall-forbindelser. Nøyaktig den samme effekten oppnås i elektronhull-overganger av noen krystaller - germanium, silisium, selen. Disse krystallene brukes i mange tilfeller som hovedelementer i enheter.

Likeretterdioder brukes i ulike elektroniske, radio- og elektriske enheter. Med deres hjelp blir kretser lukket og åpnet, pulser og elektriske signaler oppdaget og byttet, så vel som andre lignende transformasjoner.

Driftsprinsipp for en likeretterdiode

Hver diode er utstyrt med to terminaler, det vil si elektroder - anode og katode. Anoden er koblet til p-laget, og katoden er koblet til n-laget. Ved direkte tilkobling av dioden går et pluss til anoden og et minus til katoden. Som et resultat begynner elektrisk strøm å strømme gjennom dioden.

Hvis strømforsyningen gjøres på motsatt måte - et minus påføres anoden, og et pluss påføres katoden, får du den såkalte omvendte vekslingen av dioden. I dette tilfellet vil det ikke være noen strømflyt, som indikert av strømspenningskarakteristikken til likeretterdioden. Derfor, når du ankommer inngangen, vil bare en halvbølge passere gjennom dioden.

Den presenterte figuren gjenspeiler tydelig strømspenningskarakteristikken til dioden. Dens direkte gren er plassert i første kvadrant av grafen. Den beskriver en diode i en tilstand med høy ledningsevne når en foroverspenning påføres den. Denne grenen uttrykkes som en stykkevis lineær funksjon u = U 0 + R D x i, der u representerer spenningen over ventilen under passering av strømmen i. Følgelig er U 0 og R D terskelspenningen og dynamisk motstand.

Den tredje kvadranten inneholder den omvendte grenen av strøm-spenningskarakteristikken, noe som indikerer lav ledningsevne når omvendt spenning påføres dioden. I denne tilstanden flyter det praktisk talt ingen strøm gjennom halvlederstrukturen.

Denne posisjonen vil bare være riktig opp til en viss omvendt spenningsverdi. I dette tilfellet kan den elektriske feltstyrken i området av pn-krysset nå et nivå på 105 V/cm. Et slikt felt gir kinetisk energi til elektroner og hull - mobile ladningsbærere - som kan forårsake ionisering av nøytrale silisiumatomer.

Standardstrukturen til en likeretterdiode antar tilstedeværelsen av hull og ledningselektroner, som konstant genereres under påvirkning av termisk generering gjennom hele volumet av lederstrukturen. Deretter akselereres de under påvirkning av det elektriske feltet til p-n-krysset. Det vil si at elektroner og hull også deltar i ioniseringen av nøytrale silisiumatomer. I dette tilfellet øker reversstrømmen som et snøskred, og det oppstår såkalte skredsammenbrudd. Spenningen som reversstrømmen øker kraftig ved er angitt i figuren som gjennomslagsspenningen U3.

Grunnleggende parametere for likeretterdioder

Når du bestemmer parametrene til likeretterelementer, bør følgende faktorer tas i betraktning:

• , det maksimalt tillatte når du retter opp strømmen, når enheten ennå ikke kan svikte.
• Maksimal verdi av gjennomsnittlig likerettet strøm.
• Maksimal reversspenning.

Rettingsanordninger finnes i ulike former og kan monteres på forskjellige måter.

I henhold til fysiske egenskaper er de delt inn i følgende grupper:

• Høyeffekt likeretterdioder, hvis gjennomstrømning er opptil 400 A. De tilhører høyspenningskategorien og er tilgjengelige i to typer tilfeller. Stifthuset er laget av glass, og nettbretthuset er laget av keramikk.
• Medium effekt likeretterdioder med en kapasitet fra 300 mA til 10 A.
• Laveffekt likeretterdioder med maksimal strømstyrke på opptil 300 mA.

Når du velger en bestemt enhet, er det nødvendig å ta hensyn til strømspenningsegenskapene til revers- og toppmaksstrømmene, maksimalt tillatt forover- og reversspenning, gjennomsnittsstyrken til den likerettede strømmen, samt materialet til produktet og typen installasjon. Alle hovedegenskapene til likeretterdioden og dens parametere er merket på huset i form av symboler. Merking av elementer er angitt i spesielle oppslagsverk og kataloger, noe som fremskynder og letter valg av dem.

Kretser som bruker likeretterdioder varierer i antall faser:

• Enfasede er mye brukt i elektriske husholdningsapparater, biler og utstyr for elektrisk lysbuesveising.
• Multiphase brukes i industrielt utstyr, spesial- og kollektivtransport.

Avhengig av materialet som brukes, kan likeretterdioder og diodekretser være germanium eller silisium. Det siste alternativet brukes oftest på grunn av de fysiske egenskapene til silisium. Disse diodene har en betydelig lavere reversstrøm ved samme spenning, så den tillatte reversspenningen er veldig høy, i området 1000-1500 volt.

Til sammenligning, for germaniumdioder er denne verdien 100-400 V. Silisiumdioder forblir operative i temperaturområdet fra - 60 til + 150 grader, og germaniumdioder - bare i området fra - 60 til + 850C. Ved temperaturer som overstiger denne verdien, dannes elektron-hullpar ved høy hastighet, noe som fører til en kraftig økning i omvendt strøm og en reduksjon i likeretterens effektivitet.

Likeretterdiodekoblingskrets

Den enkleste likeretteren fungerer i henhold til følgende skjema. Inngangen forsynes med vekselstrømspenning med positiv og negativ halvsyklus, farget henholdsvis rød og blå. En normal belastning RH er koblet til utgangen, og en diode VD vil være likeretterelementet.

Når positive halvsykluser av spenning påføres anoden, åpnes dioden. I løpet av denne perioden vil direkte diodestrøm Ipr flyte gjennom dioden og belastningen som drives fra likeretteren. På diagrammet til høyre er denne bølgen indikert i rødt.

Når negative halvsykluser av spenning påføres anoden, lukkes dioden, og en svak omvendt strøm begynner å flyte gjennom hele kretsen. I dette tilfellet blir den negative halvbølgen til vekselstrømmen kuttet av en diode. Denne avskjærte halvbølgen er indikert med en blå stiplet linje. I diagrammet er symbolet for likeretterdioden det samme som vanlig, kun symbolene VD er plassert på toppen av symbolet.

Som et resultat vil ikke lenger vekselstrøm, men en pulserende strøm i én retning flyte gjennom lasten koblet gjennom en diode til nettverket. Dette er faktisk likrettet vekselstrøm. Denne spenningen er imidlertid kun egnet for laveffektbelastninger drevet av vekselstrøm. Dette kan være glødelamper som ikke krever spesielle strømforhold. I dette tilfellet vil spenning passere gjennom lampen bare under pulser - positive bølger. Det er en liten flimring av lampen med en frekvens på 50 Hz.

Når den samme spenningen er koblet til en mottaker eller effektforsterker, vil en lavt 50 Hz-brum, kjent som AC-brum, høres i høyttaleren eller høyttalerne. I disse tilfellene begynner utstyret å "falne". Årsaken til denne tilstanden anses å være en pulserende strøm som går gjennom lasten og skaper en pulserende spenning i den. Det er dette som skaper bakgrunnen.

Denne ulempen elimineres delvis ved å koble en filterelektrolytisk kondensator Sf med stor kapasitet parallelt med lasten. Under positive halvsykluser lades den av strøm, og under negative halvsykluser lades den ut ved hjelp av RH-belastningen. Den store kapasitansen til kondensatoren lar deg opprettholde kontinuerlig strøm over belastningen under alle halvsykluser - positive og negative. På grafen er en slik strøm en solid bølget rød linje.

Imidlertid gir denne utjevnede strømmen fortsatt ikke normal drift, siden halvparten av inngangsspenningen går tapt under retting når bare en halvsyklus brukes. Denne ulempen kompenseres for av kraftige likeretterdioder satt sammen til en såkalt diodebro. Denne kretsen består av fire elementer, som lar strøm passere under alle halvsykluser. På grunn av dette er konverteringen av vekselstrøm til likestrøm mye mer effektiv.