Mert impulzusforrások A legalkalmasabbak az optimalizált önkapacitással és a fordított ellenállás helyreállításához szükséges idővel rendelkező diódák. Az első paraméterhez szükséges mutató elérése a hossz csökkenésével és szélesség p-n- átmenet, ez ennek megfelelően befolyásolja a megengedett teljesítmény disszipáció csökkenését.
Az impulzus típusú dióda gátkapacitásának értéke a legtöbb esetben kevesebb, mint 1 pF. A kisebbségi hordozók élettartama nem haladja meg a 4 ns-t. Diódákhoz ebből a típusból jellemzője az a képesség, hogy széles amplitúdójú áramokon legfeljebb egy mikroszekundum időtartamú impulzusokat továbbítanak. A közönséges diódák vagy egyáltalán nem működnek az UPS-sel, vagy túlmelegednek és erősen lerontják a paramétereiket, ezért speciális nagyfrekvenciás elemekre van szükség - ezek is "gyorsdiódák". Az alábbiakban felsoroljuk a rádióamatőr gyakorláshoz elegendő fő típusukat, elnevezésüket és jellemzőiket.
Az egyenirányító diódák fő célja a feszültségátalakítás. De nem ez az egyetlen hatóköre ezeknek a félvezető elemeknek. Kapcsoló- és vezérlőáramkörökbe vannak beépítve, kaszkádgenerátorokban stb. A kezdő rádióamatőrök számára érdekes lesz megtanulni, hogyan vannak elrendezve ezek a félvezető elemek, valamint működési elvük. Kezdjük az általános jellemzőkkel.
A fő szerkezeti elem egy félvezető. Ez egy szilícium- vagy germániumkristály lemez, amelynek két p és n vezetőképességű régiója van. Emiatt a tervezési tulajdonsága miatt planárisnak nevezték.
A félvezető gyártása során a kristályt a következőképpen dolgozzák fel: p-típusú felület eléréséhez olvadt foszforral, p-típusú felületét bórral, indiummal vagy alumíniummal kezelik. A hőkezelés során ezen anyagok és a kristály diffúziója következik be. Ennek eredményeként két eltérő elektromos vezetőképességű felület között p-n átmenettel rendelkező tartomány jön létre. Az így kapott félvezető a házba kerül beépítésre. Ez megvédi a kristályt a külső hatásoktól, és elősegíti a hőelvezetést.
Megnevezések:
Mint már említettük, mint alapok p-nátmenet, szilícium vagy germánium kristályokat használnak. Az előbbieket sokkal gyakrabban használják, ennek oka az a tény, hogy a germánium cellákban a fordított áramok értéke sokkal magasabb, ami jelentősen korlátozza a megengedett fordított feszültséget (nem haladja meg a 400 V-ot). Míg a szilícium félvezetők esetében ez a jellemző elérheti az 1500 V-ot is.
Ráadásul a germánium cellák működési hőmérséklete sokkal szűkebb, -60°C és 85°C között változik. A felső hőmérsékleti küszöb túllépése esetén a fordított áram, ami negatívan befolyásolja a készülék hatékonyságát. A szilícium félvezetők felső küszöbértéke körülbelül 125°C-150°C.
Az elemek teljesítményét a megengedett legnagyobb egyenáram határozza meg. Ennek a jellemzőnek megfelelően a következő osztályozást fogadják el:
Az alábbiakban egy táblázat található, amely leírja az egyenirányító diódák fő paramétereit. Ezek a jellemzők az adatlapon találhatók ( technikai leírás elem). A legtöbb rádióamatőr általában akkor fordul ehhez az információhoz, ha az ábrán feltüntetett elem nem áll rendelkezésre, amihez megfelelő analógot kell találni.
Vegye figyelembe, hogy a legtöbb esetben, ha meg kell találnia egy adott dióda analógját, a táblázat első öt paramétere elegendő. Ebben az esetben kívánatos figyelembe venni az elem üzemi hőmérsékleti tartományát és a frekvenciát.
Az egyenirányító diódák működési elvét legegyszerűbben egy példával lehet elmagyarázni. Ehhez szimulálunk egy egyszerű félhullámú egyenirányító áramkörét (lásd a 6. ábrán az 1-et), amelyben a tápellátás egy forrásból történik. váltakozó áram U IN feszültséggel (2. grafikon), és VD-n keresztül megy az R terheléshez.
Rizs. 6. Az egydiódás egyenirányító működési elve A pozitív félperiódus alatt a dióda nyitott helyzetben van és áramot vezet át magán a terhelés felé. Amikor elérkezik a negatív félciklus fordulata, a készülék le van zárva, és a terhelés nem kap áramot. Azaz olyan, mintha a negatív félhullám megszakadna (sőt, ez nem teljesen igaz, hiszen ebben a folyamatban mindig van fordított áram, értékét az I arr karakterisztika határozza meg).
Ennek eredményeként a (3) grafikonon látható, hogy a kimeneten pozitív félciklusokból álló impulzusokat, azaz egyenáramot kapunk. Ez az egyenirányító félvezető elemek működési elve.
vegye észre, az impulzusfeszültség, egy ilyen egyenirányító kimenete csak alacsony zajszintű terhelések ellátására alkalmas, erre példa Töltő savas zseblámpa akkumulátorhoz. A gyakorlatban csak ezt a sémát használják kínai gyártók termékeik költségének maximalizálása érdekében. Valójában a kialakítás egyszerűsége az egyetlen pólus.
Az egydiódás egyenirányító hátrányai a következők:
Megjegyzendő, hogy ezek a hiányosságok valamelyest csökkenthetők, ehhez elegendő egy egyszerű, nagy kapacitású elektrolit alapú szűrőt készíteni (1. a 7. ábrán).
Rizs. 7. Még egy egyszerű szűrő is jelentősen csökkentheti a hullámzást Az ilyen szűrő működési elve meglehetősen egyszerű. Az elektrolit feltöltődik a pozitív félciklus alatt, és kisüt, amikor az a negatív félciklus. Ebben az esetben a kapacitásnak elegendőnek kell lennie a feszültség fenntartásához a terhelésen. Ebben az esetben az impulzusok némileg kisimulnak, körülbelül a (2) grafikonon látható módon.
A fenti megoldás valamelyest, de nem sokat javít a helyzeten, ha például egy ilyen félhullámú egyenirányítóról táplálják aktív hangszórók számítógépre, jellegzetes hátteret fognak hallani. A probléma megoldásához radikálisabb megoldásra lesz szükség, nevezetesen egy diódahídra. Fontolja meg ennek a rendszernek a működési elvét.
A lényegi különbség egy ilyen áramkör között (egy félhullámtól) az, hogy a feszültség minden félciklusban a terhelésre kerül. A félvezető egyenirányító elemek kapcsolóáramköre az alábbiakban látható.
Amint az a fenti ábrán látható, az áramkör négy félvezető egyenirányító elemet foglal magában, amelyek úgy vannak összekapcsolva, hogy minden félciklusban csak kettő működik. Írjuk le részletesen, hogyan zajlik a folyamat:
Amint az eredményből (3. grafikon) látható, mindkét félciklus részt vesz a folyamatban, és bárhogyan is változik a bemeneti feszültség, az egy irányba halad át a terhelésen. Az egyenirányító ezt a működési elvét teljes hullámnak nevezik. Előnyei nyilvánvalóak, felsoroljuk őket:
A hídáramkörből származó interferencia elhanyagolható, és még kisebb lesz, ha szűrő elektrolittartályt használunk. Emiatt egy ilyen megoldás szinte minden rádióamatőr kialakítás tápegységében használható, beleértve az érzékeny elektronikát használóakat is.
Vegye figyelembe, hogy egyáltalán nem szükséges négy egyenirányítót használni. félvezető elem, elég a kész összeállítást műanyag tokba vinni.
Egy ilyen csomagnak négy kimenete van, kettő a bemenet és ugyanannyi a kimenet. Azok a lábak, amelyekre a váltakozó feszültség csatlakozik, "~" jellel vagy "AC" betűkkel vannak jelölve. A kimeneten a pozitív láb egy „+” jellel, a negatív láb „-” jellel van jelölve.
Tovább kördiagramm egy ilyen szerelvényt általában rombuszként jelölnek, és belül helyezkedik el grafikus kijelző dióda.
Arra a kérdésre, hogy mi a jobb az összeállítás vagy az egyes diódák használata, nem lehet egyértelműen megválaszolni. Funkcionalitásban nincs különbség köztük. De az összeállítás kompaktabb. Viszont ha nem sikerül, akkor csak a teljes csere segít. Ha ebben az esetben külön elemeket használnak, elegendő a meghibásodott egyenirányító dióda cseréje.
Bár minden dióda egyenirányító, ezt a kifejezést általában olyan eszközökre alkalmazzák, amelyek tápellátást biztosítanak, hogy megkülönböztessék őket a kis jeláramkörökhöz használt elemektől. A nagy teljesítményű egyenirányító dióda az AC egyenirányítására szolgál alacsony, 50 Hz-es tápfrekvenciával, terhelés közben nagy teljesítmény mellett.
A dióda fő feladata az AC-DC átalakítás egyenirányító hidakban történő alkalmazás révén. Ez lehetővé teszi, hogy az elektromos áram csak egy irányba áramoljon, és az áramellátás folyamatosan működjön.
Az egyenirányító dióda működési elve könnyen érthető. Eleme egy pn átmenetnek nevezett szerkezetből áll. A p-típusú oldalt anódnak, az n-típusú oldalt katódnak nevezzük. Az áram az anódról a katódra kerül, miközben szinte teljesen megakadályozza annak ellenkező irányú áramlását. Ezt a jelenséget egyenesedésnek nevezik. A váltakozó áramot egyirányúvá alakítja. Az ilyen típusú eszközök nagyobb áramot képesek kezelni, mint a hagyományos diódák, ezért nevezik őket nagy teljesítménynek. Fő jellemzőik közé sorolható a nagy mennyiségű áram vezetésének képessége.
Ma leggyakrabban használt szilícium diódák. A germánium elemekkel összehasonlítva nagy kötési felülettel rendelkeznek. Mivel a germánium alacsony hőállósággal rendelkezik, a legtöbb félvezető szilíciumból készül. A germániumból készült eszközöket lényegesen alacsonyabb megengedett fordított feszültség és csatlakozási hőmérséklet jellemzi. A germánium diódák egyetlen előnye a szilíciummal szemben az alacsonyabb feszültségérték, ha előrefeszítéssel működik (VF (IO) = 0,3 ÷ 0,5 V germánium és 0,7 ÷ 1,4 V szilícium esetén).
Ma sokféle egyenirányító létezik. Általában a következők szerint osztályozzák őket:
A leggyakoribb típusok az 1 A, 1,5 A, 3 A, 5 A és 6 A. Vannak olyan szabványos egységek is, amelyek maximális átlagos egyenirányított árama 400 A-ig terjedhet. Az előremenő feszültség 1,1 mV és 1,3 kV között változhat.
a következő megengedett határértékek jellemzik:
A nagy teljesítményű cellákra példa a 2x30A-es kettős nagyáramú egyenirányító dióda, amely a legalkalmasabb bázisállomások, hegesztők, AC/DC tápegységek és ipari alkalmazások.
Mint a legegyszerűbb félvezető alkatrész, az ilyen típusú diódák széles körben alkalmazhatók a modern korban elektronikus rendszerek. Különféle elektronikus és elektromos áramkörök használja ezt a komponenst fontos eszköz a kívánt eredmény eléréséhez. Az egyenirányító hidak és diódák hatóköre széles. Íme néhány példa:
Az erős egyenirányító diódák a tápegységek létfontosságú elemei. Számítógépek és autók elektromos áramának szabályozására szolgálnak, és töltőkészülékekben is használhatók akkumulátorokÉs számítógépes források táplálás.
Ezenkívül gyakran más célokra is használják (például rádiómodulációs rádióvevők detektoraiban). A Schottky sorompódióda változatát különösen nagyra értékelik a digitális elektronikában. A -40 és +175 °C közötti üzemi hőmérséklet-tartomány lehetővé teszi ezeknek az eszközöknek a használatát bármilyen körülmények között.
Az egyenirányító diódák fő célja a feszültségátalakítás. De nem ez az egyetlen hatóköre ezeknek a félvezető elemeknek. Kapcsoló- és vezérlőáramkörökbe vannak beépítve, kaszkádgenerátorokban stb. A kezdő rádióamatőrök számára érdekes lesz megtanulni, hogyan vannak elrendezve ezek a félvezető elemek, valamint működési elvük. Kezdjük az általános jellemzőkkel.
A fő szerkezeti elem egy félvezető. Ez egy szilícium- vagy germániumkristály lemez, amelynek két p és n vezetőképességű régiója van. Emiatt a tervezési tulajdonsága miatt planárisnak nevezték.
A félvezető gyártása során a kristályt a következőképpen dolgozzák fel: p-típusú felület eléréséhez olvadt foszforral, p-típusú felületét bórral, indiummal vagy alumíniummal kezelik. A hőkezelés során ezen anyagok és a kristály diffúziója következik be. Ennek eredményeként két eltérő elektromos vezetőképességű felület között p-n átmenettel rendelkező tartomány jön létre. Az így kapott félvezető a házba kerül beépítésre. Ez megvédi a kristályt a külső hatásoktól, és elősegíti a hőelvezetést.
Megnevezések:
Mint már említettük, alapként p-n átmenet szilícium vagy germánium kristályokat használnak. Az előbbieket sokkal gyakrabban használják, ez annak a ténynek köszönhető, hogy a germánium cellákban a fordított áramok értéke sokkal magasabb, ami jelentősen korlátozza a megengedett fordított feszültséget (nem haladja meg a 400 V-ot). Míg a szilícium félvezetők esetében ez a jellemző elérheti az 1500 V-ot is.
Ráadásul a germánium cellák működési hőmérséklete sokkal szűkebb, -60°C és 85°C között változik. A felső hőmérsékleti küszöb túllépése esetén a fordított áram élesen megnő, ami negatívan befolyásolja az eszköz hatékonyságát. A szilícium félvezetők felső küszöbértéke körülbelül 125°C-150°C.
Az elemek teljesítményét a megengedett legnagyobb egyenáram határozza meg. Ennek a jellemzőnek megfelelően a következő osztályozást fogadják el:
Az alábbiakban egy táblázat található, amely leírja az egyenirányító diódák fő paramétereit. Ezek a jellemzők az adatlapon (az elem műszaki leírása) érhetők el. A legtöbb rádióamatőr általában akkor fordul ehhez az információhoz, ha a diagramon feltüntetett elem nem érhető el, amihez megfelelő analógot kell találni.
Vegye figyelembe, hogy a legtöbb esetben, ha meg kell találnia egy adott dióda analógját, a táblázat első öt paramétere elegendő. Ebben az esetben kívánatos figyelembe venni az elem üzemi hőmérsékleti tartományát és a frekvenciát.
Az egyenirányító diódák működési elvét legegyszerűbben egy példával lehet elmagyarázni. Ehhez szimulálunk egy egyszerű félhullámú egyenirányító áramkörét (lásd a 6. ábrán az 1-et), amelyben a tápellátást U IN feszültségű váltakozó áramú forrásból tápláljuk (2. grafikon), és VD-n keresztül az R terhelésig jut. .
Rizs. 6. Az egydiódás egyenirányító működési elve A pozitív félperiódus alatt a dióda nyitott helyzetben van és áramot vezet át magán a terhelés felé. Amikor elérkezik a negatív félciklus fordulata, a készülék le van zárva, és a terhelés nem kap áramot. Azaz olyan, mintha a negatív félhullám megszakadna (sőt, ez nem teljesen igaz, hiszen ebben a folyamatban mindig van fordított áram, értékét az I arr karakterisztika határozza meg).
Ennek eredményeként a (3) grafikonon látható, hogy a kimeneten pozitív félciklusokból álló impulzusokat, azaz egyenáramot kapunk. Ez az egyenirányító félvezető elemek működési elve.
Vegye figyelembe, hogy az ilyen egyenirányító kimenetén lévő impulzusfeszültség csak alacsony zajszintű terhelések táplálására alkalmas, például egy savas zseblámpa akkumulátorának töltője. A gyakorlatban ezt a rendszert csak a kínai gyártók alkalmazzák, hogy termékeiket a lehető legolcsóbbak legyenek. Valójában a kialakítás egyszerűsége az egyetlen pólus.
Az egydiódás egyenirányító hátrányai a következők:
Megjegyzendő, hogy ezek a hiányosságok valamelyest csökkenthetők, ehhez elegendő egy egyszerű, nagy kapacitású elektrolit alapú szűrőt készíteni (1. a 7. ábrán).
Rizs. 7. Még egy egyszerű szűrő is jelentősen csökkentheti a hullámzást Az ilyen szűrő működési elve meglehetősen egyszerű. Az elektrolit feltöltődik a pozitív félciklus alatt, és kisüt, amikor az a negatív félciklus. Ebben az esetben a kapacitásnak elegendőnek kell lennie a feszültség fenntartásához a terhelésen. Ebben az esetben az impulzusok némileg kisimulnak, körülbelül a (2) grafikonon látható módon.
A fenti megoldás valamelyest javít a helyzeten, de nem sokat, ha egy ilyen félhullámú egyenirányítóval, például aktív számítógépes hangszórókkal táplálják, jellegzetes hátteret fognak hallani. A probléma megoldásához radikálisabb megoldásra lesz szükség, nevezetesen egy diódahídra. Fontolja meg ennek a rendszernek a működési elvét.
A lényegi különbség egy ilyen áramkör között (egy félhullámtól) az, hogy a feszültség minden félciklusban a terhelésre kerül. A félvezető egyenirányító elemek kapcsolóáramköre az alábbiakban látható.
Amint az a fenti ábrán látható, az áramkör négy félvezető egyenirányító elemet foglal magában, amelyek úgy vannak összekapcsolva, hogy minden félciklusban csak kettő működik. Írjuk le részletesen, hogyan zajlik a folyamat:
Amint az eredményből (3. grafikon) látható, mindkét félciklus részt vesz a folyamatban, és bárhogyan is változik a bemeneti feszültség, az egy irányba halad át a terhelésen. Az egyenirányító ezt a működési elvét teljes hullámnak nevezik. Előnyei nyilvánvalóak, felsoroljuk őket:
A hídáramkörből származó interferencia elhanyagolható, és még kisebb lesz, ha szűrő elektrolittartályt használunk. Emiatt egy ilyen megoldás szinte minden rádióamatőr kialakítás tápegységében használható, beleértve az érzékeny elektronikát használóakat is.
Vegye figyelembe, hogy egyáltalán nem szükséges négy egyenirányító félvezető elemet használni, elegendő egy kész szerelvényt műanyag tokban venni.
Egy ilyen csomagnak négy kimenete van, kettő a bemenet és ugyanannyi a kimenet. Azok a lábak, amelyekre a váltakozó feszültség csatlakozik, "~" jellel vagy "AC" betűkkel vannak jelölve. A kimeneten a pozitív láb egy „+” jellel, a negatív láb „-” jellel van jelölve.
A kapcsolási rajzon az ilyen szerelvényt általában rombuszként jelölik, benne a dióda grafikus megjelenítésével.
Arra a kérdésre, hogy mi a jobb az összeállítás vagy az egyes diódák használata, nem lehet egyértelműen megválaszolni. Funkcionalitásban nincs különbség köztük. De az összeállítás kompaktabb. Viszont ha nem sikerül, akkor csak a teljes csere segít. Ha ebben az esetben külön elemeket használnak, elegendő a meghibásodott egyenirányító dióda cseréje.
