Типы диодов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Типы диодов

1. Параметры и характеристики диодов. Классификация диодов

Полупроводниковым диодом называют прибор, который имеет 2 вывода и содержит один (или несколько) p-n-переходов.

Все полупроводниковые диоды можно разделить на 2 группы: выпрямительные и специальные. Выпрямительные диоды предназначены для выпрямления переменного тока. В зависимости от частоты и формы переменного напряжения они делятся на высокочастотные, низкочастотные и импульсные. Специальные типы полупроводниковых диодов используют различные свойства p-n-переходов; явление пробоя, барьерную емкость, наличие участков с отрицательным сопротивлением и др.

Основные статические параметры:

1) прямое падение напряжения U_пр при заданном прямом токе I_пр

2) постоянный I_обр при заданном U_обр

Основные динамические параметры:

1) I_вып.ср. - ср. за период значение выпрямленного I

2) U_пр.ср - ср. зн-ние прям. падения U при I_пр.ср

3) I_обр.ср - ср. зн-ние обрат-го I при заданном зн-нии U_обр.

4) U_обр.ср. - ср. зн-ние за период U_обр.

5) f_гр. - граничная частота, где I_вып. VD-да до уст-ого уровня.

2. Физические закономерности, положенные в основу работы диодов

Образование электронно-дырочного перехода. Ввиду неравномерной концентрации на границе раздела p и n полупроводника возникает диффузионный ток, за счёт которого электроны из n-области переходят в p-область, а на их месте остаются некомпенсированные заряды положительных ионов донорной примеси. Электроны, приходящие в p-область, рекомбинируют с дырками, и возникают некомпенсированные заряды отрицательных ионов акцепторной примеси. Ширина p-n перехода - десятые доли микрона. На границе раздела возникает внутреннее электрическое поле p-n перехода, которое будет тормозящим для основных носителей заряда и будет их отбрасывать от границы раздела.

Для неосновных носителей заряда поле будет ускоряющим и будет переносить их в область, где они будут основными. Максимум напряжённости электрического поля - на границе раздела.

3. Однополупериодная схема выпрямления

Для питания электронных устройств требуется энергия постоянного тока. Преобразование переменного тока в постоянный осуществляется в выпрямителе.

,

-постоянная составляющая (среднее значение нагрузки)

-пульсация

, /

-эффективное, действующее напряжение

, , , где =-коэффициент схемы

4. Двухполупериодная (двухпульсная) нулевая схема выпрямления

Устройство, предназначенное для преобразования переменного тока в постоянный ток, называется выпрямителем. Необходимость выпрямления тока на практике возникает: в электроприводе постоянного тока, системах возбуждения машин, химической промышленности, системах управления и регулирования, электротяге, при передаче электроэнергии постоянным током на дальние расстояния и т.д.

Наиболее часто в выпрямителях применяются полупроводниковые диоды. Принцип выпрямления переменного напряжения основан на нелинейной ВАХ полупроводникового диода, у которого сопротивление в прямом и обратном включении p-n-перехода сильно отличаются.

Схема выпрямления с выводом от средней точки трансформатора

Пунктиром показано напряжение на входе второго диода. Как видно из графиков, во время первого полупериода первый диод открыт и на нагрузке создается падение напряжения. Во время второго полупериода первый диод закрывается, поскольку оказывается включенным в обратном направлении, а второй, наоборот, открывается и на нагрузке снова выделяется положительная полуволна. На схеме плюсиками и минусами обозначено действие полуволн переменного тока. Частота пульсаций двуполупериодного выпрямителя вдвое больше, что является его достоинством.

5. Двухполупериодная мостовая схема выпрямления

Поочередно отпираются диоды VD1-VD2 и VD3-VD4.

0<t<T/2: диоды VD1-VD2 открыты при полуволне u₂ положительной полярности. Диоды VD1-VD2 обеспечивают связь вторичной обмотки трансформатора с нагрузкой, создавая в ней напряжение u_d той же величины и полярности, что и напряжение u₂.

T/2<t<T: под воздействием отрицательной полуволны u₂ открыты диоды VD3-VD4, которые подключают напряжение u₂ к нагрузке с той же полярностью, что и на интервале 0<t<T/2.

6. Экономичная схема двуполярного питания

диод физический двуполярный

Эта схема позволяет расщеплять напряжение питания (получать на выходе одинаковые напряжения положительной и отрицательной полярности). Эта схема эффективна, так как в каждом полупериоде входного сигнала используются обе половины вторичной обмотки.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Если ток мал, то можно использовать другую схему:

7. Умножители напряжения

Умножитель напряжения состоит из включенных определенным образом диодов и конденсаторов и представляет собой преобразователь напряжения переменного тока низковольтного источника в высокое напряжение постоянного тока.

Принцип его работы понятен из рис. 1, на котором приведена схема однополупериодного умножителя. Рассмотрим происходящие в нем процессы поэтапно. Во время действия отрицательного полупериода напряжения конденсатор С1 заряжается через открытый диод VD1 до амплитудного значения приложенного напряжения Uа. Когда к входу умножителя приложено напряжение положительного полупериода, конденсатор С2 через открытый диод VD2 заряжается до напряжения 2Uа. Во время следующего этапа - отрицательного полупериода - через диод VD3 до напряжения 2Uа заряжается конденсатор С3. И, наконец, при очередном положительном полупериоде до напряжения 2Uа заряжается конденсатор С4. Очевидно, что запуск умножителя происходит за несколько периодов переменного напряжения. Постоянное выходное напряжение складывается из напряжений на последовательно включенных и постоянно подзаряжаемых конденсаторах С2 и С4 и составляет 4Uа.

8. Способы сглаживания выпрямленного напряжения (фильтрация)

Напряжение на выходе любого выпрямителя всегда пульсирующее и содержит постоянную и переменную составляющую напряжения. Для сглаживания пульсаций применяют сглаживающие фильтры (СФ) - устройства, предназначенные для подавления пульсаций выпрямленного напряжения до уровня, при котором происходит нормальная работа потребителя. СФ бывают активные и пассивные. Простейшим СФ является конденсатор, включаемый параллельно нагрузке. Также можно подключить катушку индуктивности, но уже последовательно с нагрузкой. А можно комбинировать.

Форма выходного напряжения однополупериодного выпрямителя

Пример выпрямителя с простейшим сглаживающим фильтром

Форма выходного напряжения выпрямителя со сглаживающим фильтром

Итак, на выходе выпрямителя образуется пульсирующее напряжение. Допустим конденсатор разряжен. При подаче напряжения на конденсатор он начинает заряжаться - короткий отрезок на рисунке. Достигнув максимального значения, амплитуда выходного напряжения выпрямителя начинает уменьшаться до нуля. Соответственно, заряженный до максимального значения конденсатор начинает разряжаться через нагрузку - длинный отрезок. При следующем нарастании амплитуды процесс повторяется. Чем больше емкость, тем меньше пульсации.

Чаще емкостной и индуктивный фильтр комбинируют и получают так называемый LC-фильтр.

Простейший транзисторный фильтр

На коллектор транзистора VT поступает напряжение с выпрямителя с большой амплитудой пульсаций. Цепь базы питается через интегрирующую цепь RC. Эта цепочка сглаживает пульсации на базе транзистора. В принципе, эту цепь можно представить, как RC-фильтр. Чем больше постоянная времени ф = RC, тем меньше пульсации напряжения на базе транзистора.

9. Амплитудный диодный дискриминатор

Устройство, автоматически выделяющее электрические сигналы, амплитуда которых превышает определённое (пороговое) значение величины. А. д. широко применяют в телеуправлении и телеметрии, при выделении полезного сигнала из шумов, при исследовании случайных процессов с помощью амплитудных анализаторов. В А. д. используют электронные схемы или приборы, имеющие амплитудную характеристику с резко выраженной нелинейностью (изломом). Такими характеристиками обладают диоды (особенно электровакуумные), некоторые приёмно-усилительные лампы и специальные электронные спусковые схемы. Наиболее распространена в А. д. диодная схема с использованием излома характеристики анодного тока. В зависимости от запирающего напряжения, которое в такой схеме равно порогу дискриминации, через диод проходят только сигналы с амплитудой, превышающей запирающее напряжение. Точность такого А. д. в основном определяется стабильностью диодной характеристики. Для надёжной работы с сигналами малой амплитуды применяют предварительное усиление, а для исследования наносекундных импульсов производят дополнительное формирование сигналов с помощью специальных схем. Спусковые схемы в качестве А. д. позволяют получить на выходе импульсы, амплитуда и длительность которых не зависят от формы входного сигнала.

Размещено на Allbest.ru