Специальные типы полупроводниковых диодов

Германиевые Кремниевые

01% I_nom 50А 0.02% I_nom (10-100)А

0.01%.I_nom 100А 0.01% I_nom 200А

Для выпрямления малых напряжений высокой частоты используются диоды с барьером Шотки (ДШ). В этих вместо р-n –переходов используется контакт металличкской поверхности с полупроводником. В местах контакта возникают обедненные носителями заряда слои полупроводника, которые называются запорными. Такие диоды отличаются от обычных следующими параметрами:

· более низкое прямое падение напряжения,

· более низкое обратное напряжение,

· более высокий ток утечки,

· отсутствие заряда обратного восстановления.

К специальным полупроводниковым диодам относятся приборы, в которых используются особые свойства р-п-переходов: управляемая полупроводниковая емкость – варикапы, лавинообразный пробой – стабилитроны, тунельный эффект- тунельные и обращенные диоды, фотоэффект – фотодиоды, светодиоды, многослойные диоды – динисторы, двухбазовые диоды.

Варикапы – это полупроводниковый диод у которого используется барьерная емкость р-п-перехода. Эта емкость зависит от приложенного к диоду обратного напряжения и с увеличением его уменьшается

Рис. 1.5.

а. Схематичное изображение б Зависимость емкости в. Схема замещения

варикапа варикапа от напряжения варикапа

Стабилитроны – это полупроводниковые диоды, работающие в режиме лавиннообразного пробоя. При обратном смещении полупроводникового диода возикает электрический лавиннообразный пробой р-п- перехода.

Рис.. 1.6

а. Схематичное б.Линеаризованная в. Схема замещения

изображение стабилитрона характеристика

Тунельные диоды. Тунельный эффект заключается в тунельном прохождении тока через р-п- переход. Ток начинает проходить через переход при напряжении, значительно меньшем контактной разности потенциалов.

Рис. 1.7.

а. Схематическое б. Вольт-амперная в. Схема замещения

изображение тунельного характеристика диода

диода

Обращенные диоды, являются вырожденными тунельными диодами.

Обращенные диоды применяются на сверхвысоких частотах очень малых напряжений. Однако при использовании таких диодов необходимо поменять местами анод и катод, так как меняются местами области выпрямления.

Светоизлучающие диоды преобразуют электрическую энергию в световое излучение за счет рекомбинации электронов и дырок.

Фотодиод представляет собой диод с открытым р-п-переходом.

Рис.. 1.8.

а. Вольт-амперна я б. Схематическое изображение

характеристика фотодиода фотодиода

Классификационная схема и определение параметров диодов.

Паспортные данные о допустимых нагрузках вентилей по току и напряжению обычно относятся к однополупериодной схеме выпрямления.

Цепь включается под действием переменного синусоидального напряжения. В течение отрицательного полупериода вентиль заперт, и через него проходит незначительный ток, которым в данном случае можно пренебречь. В начале положительного полупериода, когда напряжение превысит пороговое, вентиль становится проводящим. При относительно больших значениях амплитуды напряжения можно пороговым значением напряжения пренебречь. Тогда за начало проводимости вентиля принимаем момент перехода напряжения через нуль. При длительности прохождении тока, равной одному полупериоду, т.е. углу π, среднее значение тока необходимо определять за весь период

Рис..1.9

. Среднее значение тока вычисляется по формуле.

I_d= ѕіпωtdωt= =

Кроме величины выпрямленного тока, необходимо, при определении потерь в вентиле в проводящем состоянии, знать действующее значение тока.

Его можно вычислить:

I=

I_m=3,14I_d

I=1,57I_d

Важным показателем является U_обр при выборе диода. По приведенной схеме (рис.19.) оно будет наибольшим, ибо определяется отрицательной полуволной напряжения. Однако в паспорте вентиля есть сведения, относящиеся к прямоугольной форме тока. Такая форма тока возникает в одполупериодной схеме выпрямления при добавлении в схему сглаживающего дросселя и второго шунтирующего вентиля рис.1.10.

При L→ ∞ в нагрузке протекает сглаженный ток. При положительной полуволне напряжения ток проходит через Д ₁, а при отрицательной полуволне через Д ₂. В установившемся режиме напряжение на L будет равно разности напряжений U₄₂ на сопротивлении нагрузки и U₃₂ на участке с последовательным соединением R, L.

При чем в положительную полуволну напряжение возрастает, а при отрицательной полуволне напряжение уменьшается. Ток, протекающий через вентиль равен среднему току нагрузки.

Рис.1.10

Особый случай включения вентиля в однофазной схеме выпрямления будет при емкостной нагрузке рис.. 1.11. Это важно при определении обратного напряжения.

В такой схеме емкость служит для формирования кривой напряжения, а сопротивление для ограничения величины тока включения. В течение первой половины положительной полуволны конденсатор заряжается импульсом тока, проходящим через вентиль.

Рис..1.11.

Затем конденсатор разряжается на нагрузочное сопротивление, и напряжение убывает по экспоненте. Обратное напряжение на вентиле показано пунктиром. При отсутствии тока через R₁ будем иметь напряжение на вентиле U₃₄=U₁₂-U ₂₄, которое как видно из

графика будет при отрицательном напряжении питания больше амплитудного напряжения питания. При бесконечно большой емкости падение на нем будет мало и таким образом U _обр будет равно 2U₁₂. Поэтому при емкостной нагрузке U₁₂ должно быть снижено на половину.

Однако для получения определенных свойств возможно различное соединение диодов.

Возможно, параллельное соединение диодов, на что следует при этом обращать внимание? Необходимо выравнивать прямые ветви вольтамперных характеристик диодов. Это можно выполнять при помощи индуктивности.

Рис..1.12. Паралельное соединение диодов.

Поскольку индуктивность расположена на одном сердечнике, то ЭДС самоиндукции в одной ветви способствует протеканию тока, а в другой препятствует.

Возможно, что Uобр.доп. меньше, чем прилагаемое напряжение. В этом случае необходимо последовательное соединение, при этом необходимо обращать внимание на обратные ветви вольтамперных характеристик.

Рис..1.13. Последовательное соединение диодов

Шунтирование RC дает возможность выравнивать обратные ветви.R₀-статический режим,C ₀-динамический режим

Дата добавления: 2015-05-06