För impulskällor Dioder med optimerad självkapacitans och den tid som krävs för att det omvända motståndet ska återhämta sig är mest lämpliga. Att uppnå den erforderliga indikatorn för den första parametern sker med en minskning av längden och bredd p-n- övergång, detta påverkar följaktligen minskningen av den tillåtna effektförlusten.
Värdet på barriärkapacitansen för en diod av pulstyp är i de flesta fall mindre än 1 pF. Livslängden för minoritetsbärare överstiger inte 4 ns. För dioder av denna typ karakteristisk är förmågan att sända pulser med en varaktighet på högst en mikrosekund vid strömmar med en bred amplitud. Vanliga dioder fungerar antingen inte alls med UPS:en, eller så överhettas de och försämrar kraftigt sina parametrar, så speciella högfrekventa element behövs - de är också "snabba dioder". Följande är deras huvudtyper, namn och egenskaper som är tillräckliga för amatörradioövningar.
Huvudsyftet med likriktardioder är spänningsomvandling. Men detta är inte den enda omfattningen av dessa halvledarelement. De är installerade i omkopplings- och styrkretsar, används i kaskadgeneratorer, etc. Det kommer att vara intressant för nybörjare radioamatörer att lära sig hur dessa halvledarelement är arrangerade, såväl som deras funktionsprincip. Låt oss börja med de allmänna egenskaperna.
Det huvudsakliga strukturella elementet är en halvledare. Detta är en platta av en kisel- eller germaniumkristall, som har två områden med p- och n-konduktivitet. På grund av denna designfunktion kallades den plan.
Vid tillverkning av en halvledare bearbetas kristallen enligt följande: för att erhålla en yta av p-typ behandlas den med smält fosfor och en yta av p-typ behandlas med bor, indium eller aluminium. Under värmebehandling sker diffusion av dessa material och kristallen. Som ett resultat bildas ett område med en p-n-övergång mellan två ytor med olika elektrisk ledningsförmåga. Halvledaren som erhålls på detta sätt är installerad i huset. Detta ger skydd av kristallen från yttre påverkan och främjar värmeavledning.
Beteckningar:
Som redan nämnts, som baser p-növergångs-, kisel- eller germaniumkristaller används. De förra används mycket oftare, detta beror på det faktum att i germaniumceller är värdet av omvända strömmar mycket högre, vilket avsevärt begränsar den tillåtna omvända spänningen (den överstiger inte 400 V). Medan för kiselhalvledare kan denna egenskap nå upp till 1500 V.
Dessutom har germaniumceller ett mycket snävare driftstemperaturområde, det varierar från -60°C till 85°C. När den övre temperaturtröskeln överskrids, Omvänd ström, vilket negativt påverkar enhetens effektivitet. Kiselhalvledare har en övre tröskel på cirka 125°C-150°C.
Kraften hos elementen bestäms av den maximalt tillåtna framåtströmmen. I enlighet med denna egenskap antas följande klassificering:
Nedan finns en tabell som beskriver huvudparametrarna för likriktardioder. Dessa egenskaper kan erhållas från databladet ( teknisk beskrivning element). Som regel vänder sig de flesta radioamatörer till denna information i fall där elementet som anges i diagrammet inte är tillgängligt, vilket kräver att man hittar en lämplig analog för det.
Observera att i de flesta fall, om du behöver hitta en analog till en viss diod, kommer de första fem parametrarna från tabellen att räcka. I detta fall är det önskvärt att ta hänsyn till elementets driftstemperaturområde och frekvensen.
Det enklaste sättet att förklara principen för drift av likriktardioder är med ett exempel. För att göra detta simulerar vi en krets av en enkel halvvågslikriktare (se 1 i fig. 6), där ström tillförs från en källa växelström med spänning U IN (graf 2) och går genom VD till lasten R.
Ris. 6. Funktionsprincipen för en enda diodlikriktare Under den positiva halvcykeln är dioden i öppet läge och för ström genom sig själv till lasten. När vändningen av den negativa halvcykeln kommer, är enheten låst och ström tillförs inte lasten. Det vill säga, det är som om den negativa halvvågen är avskuren (i själva verket är detta inte helt sant, eftersom det i denna process alltid finns en omvänd ström, dess värde bestäms av karakteristiken I arr).
Som ett resultat, som kan ses av graf (3), får vi vid utgången pulser som består av positiva halvcykler, det vill säga likström. Detta är principen för drift av likriktarhalvledarelement.
Lägg märke till att impulsspänning, utgången från en sådan likriktare är endast lämplig för att leverera lågbruslaster, ett exempel är Laddare för ett batteri för sur ficklampa. I praktiken används endast detta schema kinesiska tillverkare för att maximera kostnaden för sina produkter. Egentligen är designens enkelhet dess enda pol.
Nackdelarna med en enda diodlikriktare inkluderar:
Observera att dessa brister kan reduceras något, för detta räcker det att göra ett enkelt filter baserat på en högkapacitetselektrolyt (1 i fig. 7).
Ris. 7. Även ett enkelt filter kan minska rippeln avsevärt Funktionsprincipen för ett sådant filter är ganska enkel. Elektrolyten laddas under den positiva halvcykeln och laddas ur när den är den negativa halvcykeln. I detta fall måste kapacitansen vara tillräcklig för att upprätthålla spänningen på lasten. I detta fall kommer impulserna att jämnas ut något, ungefär som visas i grafen (2).
Ovanstående lösning kommer att förbättra situationen något, men inte mycket, om den drivs från en sådan halvvågslikriktare, till exempel, aktiva högtalare dator kommer de att höra en karakteristisk bakgrund. För att åtgärda problemet kommer en mer radikal lösning att krävas, nämligen en diodbrygga. Tänk på funktionsprincipen för denna krets.
Den väsentliga skillnaden mellan en sådan krets (från en enkel halvvåg) är att spänningen appliceras på lasten i varje halvcykel. Omkopplingskretsen för halvledarlikriktarelement visas nedan.
Som framgår av figuren ovan innefattar kretsen fyra halvledarlikriktarelement, som är anslutna på ett sådant sätt att endast två av dem fungerar under varje halvcykel. Låt oss beskriva i detalj hur processen går till:
Som framgår av resultatet (graf 3) är båda halvcyklerna inblandade i processen och oavsett hur inspänningen ändras går den genom lasten i en riktning. Denna princip för drift av likriktaren kallas fullvåg. Dess fördelar är uppenbara, vi listar dem:
Störningar från bryggkretsen är försumbara och blir ännu mindre när man använder en filtrerande elektrolyttank. På grund av detta kan en sådan lösning användas i strömförsörjning för nästan alla amatörradiodesigner, inklusive de som använder känslig elektronik.
Observera att det inte alls är nödvändigt att använda fyra likriktare. halvledarelement, det räcker att ta den färdiga monteringen i ett plastfodral.
Ett sådant paket har fyra utgångar, två för input och samma nummer för output. Benen som AC-spänningen är ansluten till är markerade med ett "~"-tecken eller bokstäverna "AC". Vid utgången är det positiva benet markerat med en "+"-symbol, respektive det negativa benet är märkt med ett "-".
På kretsschema en sådan sammansättning betecknas vanligtvis som en romb, med placerad inuti grafisk display diod.
Frågan om vad som är bättre att använda monteringen eller enskilda dioder kan inte besvaras entydigt. Det är ingen skillnad i funktionalitet mellan dem. Men monteringen är mer kompakt. Å andra sidan, om det misslyckas, hjälper bara en komplett ersättning. Om i detta fall separata element används räcker det att byta ut den misslyckade likriktardioden.
Även om alla dioder är likriktare, används termen vanligtvis för enheter som är utformade för att leverera ström för att skilja dem från element som används för små signalkretsar. Högeffektslikriktardioden används för att likrikta AC med en låg matningsfrekvens på 50Hz, med hög effekt som utstrålas under belastning.
Diodens huvuduppgift är AC till DC konvertering genom applicering i likriktarbryggor. Detta tillåter elektricitet att flöda i endast en riktning, vilket håller strömförsörjningen igång.
Principen för driften av en likriktardiod är lätt att förstå. Dess element består av en struktur som kallas en pn-övergång. Sidan av p-typ kallas anoden och sidan av n-typen kallas katoden. Strömmen leds från anoden till katoden, samtidigt som den nästan helt förhindrar dess flöde i motsatt riktning. Detta fenomen kallas uträtning. Den omvandlar växelström till enkelriktad. Enheter av den här typen klarar högre el än vanliga dioder, varför de kallas hög effekt. Förmågan att leda en hög mängd ström kan klassificeras som deras huvudfunktion.
I dag mest använda kiseldioder. Jämfört med element från germanium har de en stor bindningsyta. Eftersom germanium har ett lågt motstånd mot värme, är de flesta halvledare gjorda av kisel. Enheter gjorda av germanium kännetecknas av en betydligt lägre tillåten omvänd spänning och korsningstemperatur. Den enda fördelen som en germaniumdiod har jämfört med kisel är det lägre spänningsvärdet vid drift i framåtförspänning (VF (IO) = 0,3 ÷ 0,5 V för germanium och 0,7 ÷ 1,4 V för kisel).
Idag finns det många olika typer av likriktare. De klassificeras vanligtvis enligt:
De vanligaste typerna är 1 A, 1,5 A, 3 A, 5 A och 6 A. Det finns även standardenheter med en maximal medellikriktad ström upp till 400 A. Framspänningen kan variera från 1,1 mV till 1,3 kV.
kännetecknas av följande tillåtna gränser:
Ett exempel på en högpresterande cell är en 2x30A dubbel högströmslikriktardiod, som är bäst lämpad för basstationer, svetsare, AC/DC-nätaggregat och industriella applikationer.
Som den enklaste halvledarkomponenten har denna typ av diod ett brett spektrum av tillämpningar i moderna elektroniska system. Olika elektroniska och elektriska kretsar använd denna komponent som viktig enhet för att få önskat resultat. Omfattningen av likriktarbryggor och dioder är omfattande. Här är några exempel:
Kraftfulla likriktardioder är en viktig komponent i strömförsörjning. De används för att reglera el i datorer och bilar, och kan även användas i laddare för batterier Och datorkällor näring.
Dessutom används de ofta för andra ändamål (till exempel i detektorn för radiomottagare för radiomodulering). Varianten av Schottky-barriärdioden är särskilt uppskattad inom digital elektronik. Drifttemperaturintervallet från -40 till +175 °C gör att dessa enheter kan användas under alla förhållanden.
Huvudsyftet med likriktardioder är spänningsomvandling. Men detta är inte den enda omfattningen av dessa halvledarelement. De är installerade i omkopplings- och styrkretsar, används i kaskadgeneratorer, etc. Det kommer att vara intressant för nybörjare radioamatörer att lära sig hur dessa halvledarelement är arrangerade, såväl som deras funktionsprincip. Låt oss börja med de allmänna egenskaperna.
Det huvudsakliga strukturella elementet är en halvledare. Detta är en platta av en kisel- eller germaniumkristall, som har två områden med p- och n-konduktivitet. På grund av denna designfunktion kallades den plan.
Vid tillverkning av en halvledare bearbetas kristallen enligt följande: för att erhålla en yta av p-typ behandlas den med smält fosfor och en yta av p-typ behandlas med bor, indium eller aluminium. Under värmebehandling sker diffusion av dessa material och kristallen. Som ett resultat bildas ett område med en p-n-övergång mellan två ytor med olika elektrisk ledningsförmåga. Halvledaren som erhålls på detta sätt är installerad i huset. Detta ger skydd av kristallen från yttre påverkan och främjar värmeavledning.
Beteckningar:
Som redan nämnts, som grund p-n övergång kisel- eller germaniumkristaller används. De förra används mycket oftare, detta beror på det faktum att i germaniumceller är värdet av omvända strömmar mycket högre, vilket avsevärt begränsar den tillåtna omvända spänningen (den överstiger inte 400 V). Medan för kiselhalvledare kan denna egenskap nå upp till 1500 V.
Dessutom har germaniumceller ett mycket snävare driftstemperaturområde, det varierar från -60°C till 85°C. När den övre temperaturtröskeln överskrids ökar den omvända strömmen kraftigt, vilket negativt påverkar enhetens effektivitet. Kiselhalvledare har en övre tröskel på cirka 125°C-150°C.
Kraften hos elementen bestäms av den maximalt tillåtna framåtströmmen. I enlighet med denna egenskap antas följande klassificering:
Nedan finns en tabell som beskriver huvudparametrarna för likriktardioder. Dessa egenskaper kan erhållas från databladet (teknisk beskrivning av elementet). Som regel vänder sig de flesta radioamatörer till denna information i fall där elementet som anges i diagrammet inte är tillgängligt, vilket kräver att man hittar en lämplig analog för det.
Observera att i de flesta fall, om du behöver hitta en analog till en viss diod, kommer de första fem parametrarna från tabellen att räcka. I detta fall är det önskvärt att ta hänsyn till elementets driftstemperaturområde och frekvensen.
Det enklaste sättet att förklara principen för drift av likriktardioder är med ett exempel. För att göra detta simulerar vi en krets av en enkel halvvågslikriktare (se 1 i fig. 6), i vilken ström tillförs från en växelströmskälla med spänning U IN (graf 2) och går genom VD till lasten R .
Ris. 6. Funktionsprincipen för en enda diodlikriktare Under den positiva halvcykeln är dioden i öppet läge och för ström genom sig själv till lasten. När vändningen av den negativa halvcykeln kommer, är enheten låst och ström tillförs inte lasten. Det vill säga, det är som om den negativa halvvågen är avskuren (i själva verket är detta inte helt sant, eftersom det i denna process alltid finns en omvänd ström, dess värde bestäms av karakteristiken I arr).
Som ett resultat, som kan ses av graf (3), får vi vid utgången pulser som består av positiva halvcykler, det vill säga likström. Detta är principen för drift av likriktarhalvledarelement.
Observera att den pulsade spänningen vid utgången av en sådan likriktare endast är lämplig för att driva lågbrusbelastningar, ett exempel är en laddare för ett batteri för en sur ficklampa. I praktiken används ett sådant system endast av kinesiska tillverkare, för att göra deras produkter så billiga som möjligt. Egentligen är designens enkelhet dess enda pol.
Nackdelarna med en enda diodlikriktare inkluderar:
Observera att dessa brister kan reduceras något, för detta räcker det att göra ett enkelt filter baserat på en högkapacitetselektrolyt (1 i fig. 7).
Ris. 7. Även ett enkelt filter kan minska rippeln avsevärt Funktionsprincipen för ett sådant filter är ganska enkel. Elektrolyten laddas under den positiva halvcykeln och laddas ur när den är den negativa halvcykeln. I detta fall måste kapacitansen vara tillräcklig för att upprätthålla spänningen på lasten. I detta fall kommer impulserna att jämnas ut något, ungefär som visas i grafen (2).
Ovanstående lösning kommer att förbättra situationen något, men inte mycket, om de drivs av en sådan halvvågslikriktare, till exempel aktiva datorhögtalare, kommer de att höra en karakteristisk bakgrund. För att åtgärda problemet kommer en mer radikal lösning att krävas, nämligen en diodbrygga. Tänk på funktionsprincipen för denna krets.
Den väsentliga skillnaden mellan en sådan krets (från en enkel halvvåg) är att spänningen appliceras på lasten i varje halvcykel. Omkopplingskretsen för halvledarlikriktarelement visas nedan.
Som framgår av figuren ovan innefattar kretsen fyra halvledarlikriktarelement, som är anslutna på ett sådant sätt att endast två av dem fungerar under varje halvcykel. Låt oss beskriva i detalj hur processen går till:
Som framgår av resultatet (graf 3) är båda halvcyklerna inblandade i processen och oavsett hur inspänningen ändras går den genom lasten i en riktning. Denna princip för drift av likriktaren kallas fullvåg. Dess fördelar är uppenbara, vi listar dem:
Störningar från bryggkretsen är försumbara och blir ännu mindre när man använder en filtrerande elektrolyttank. På grund av detta kan en sådan lösning användas i strömförsörjning för nästan alla amatörradiodesigner, inklusive de som använder känslig elektronik.
Observera att det inte alls är nödvändigt att använda fyra likriktande halvledarelement, det räcker med att ta en färdig montering i ett plastfodral.
Ett sådant paket har fyra utgångar, två för input och samma nummer för output. Benen som AC-spänningen är ansluten till är markerade med ett "~"-tecken eller bokstäverna "AC". Vid utgången är det positiva benet markerat med en "+"-symbol, respektive det negativa benet är märkt med ett "-".
På kretsschemat är en sådan enhet vanligtvis betecknad som en romb, med en grafisk visning av dioden placerad inuti.
Frågan om vad som är bättre att använda monteringen eller enskilda dioder kan inte besvaras entydigt. Det är ingen skillnad i funktionalitet mellan dem. Men monteringen är mer kompakt. Å andra sidan, om det misslyckas, hjälper bara en komplett ersättning. Om i detta fall separata element används räcker det att byta ut den misslyckade likriktardioden.
