- Устройство и характеристики на дизайна
- Класификация на мощността
- Списък на основните характеристики
- Принцип на действие
- Устройство и принцип на работа на диодния мост
Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!
Основната цел на изправителните диоди е преобразуване на напрежението. Но това не е единственото поле на приложение на тези полупроводникови елементи. Те се инсталират в комутационните и контролните вериги, използвани в каскадни генератори и др. Начинаещите ще бъдат заинтересовани да научат как са подредени тези полупроводникови елементи, както и техния принцип на работа. Да започнем с общите характеристики.
Устройство и характеристики на дизайна
Основният структурен елемент е полупроводник. Това е кристална пластина от силиций или германий, която има две зони на провеждане p и n. Поради тази конструктивна характеристика, тя се нарича равнинна.
При производството на полупроводник кристалът се обработва по следния начин: за получаване на р-тип повърхност, той се обработва с разтопен фосфор и р-тип се обработва с бор, индий или алуминий. По време на процеса на топлинна обработка, тези материали и кристалът дифузират. Резултатът е област с pn-преход между две повърхности с различна електрическа проводимост. Така полученият полупроводник се монтира в кутията. Това осигурява защитата на кристала от външни фактори и допринася за поглъщането на топлина.
Легенда:
- А - изходен катод.
- B - държач на кристал (заварен към тялото).
- С е кристал от n-тип.
- D е кристален тип p.
- E - проводник, водещ към изхода на анода.
- F - изолатор.
- G - тяло.
- Н - аноден щифт.
Както вече споменахме, като основа на pn-прехода се използват силициеви или германиеви кристали. Първите се използват много по-често, това се дължи на факта, че в германиеви елементи стойността на обратните токове е много по-висока, което значително ограничава допустимото обратно напрежение (не надвишава 400 V). Докато в силициевите полупроводници, тази характеристика може да достигне до 1500 V.
Освен това, за германиевите елементи, работният температурен диапазон е много по-тесен, варира от -60 ° C до 85 ° C. Ако горният температурен праг е надвишен, обратният ток рязко се увеличава, което се отразява отрицателно на ефективността на устройството. Силициевите полупроводници имат горна граница от около 125 ° C - 150 ° C.
Класификация на мощността
Мощността на елементите се определя от максимално допустимия постоянен ток. В съответствие с тази характеристика се приема следната класификация:
- Нискотокови диоди, които се използват в електрически вериги с ток не повече от 0, 3 А. Случаят с такива устройства, като правило, е направен от пластмаса. Отличителните им характеристики са леки и малки размери.
Диоди с ниска мощност - Устройствата, предназначени за средна мощност, могат да работят с ток в диапазона 0.3-10 А. Тези елементи, в по-голямата си част, са изработени от метален корпус и са оборудвани с твърди проводници. На един от тях, а именно на катода, има нишка, която ви позволява сигурно фиксиране на диода върху радиатора, използван за разсейване на топлината.
Диод за токоизправител със средна мощност - Захранващите полупроводникови елементи са проектирани за постоянен ток по-голям от 10 A. Такива устройства се произвеждат в металокерамични или металослойни щифтове (А на фиг. 4) или тип таблетка (В).
Фиг. 4. Високомощни изправителни диоди
Списък на основните характеристики
По-долу е дадена таблица, описваща основните параметри на изправителните диоди. Тези характеристики могат да бъдат получени от листа с данни (техническо описание на елемента). По правило мнозинството радиолюбители се позовават на тази информация в случаите, когато елементът, посочен в схемата, не е наличен, което изисква намирането на подходящ за него аналог.
Имайте предвид, че в повечето случаи, ако е необходимо да се намери аналог на определен диод, първите пет параметъра от таблицата ще бъдат напълно достатъчни. Желателно е да се вземе предвид обхватът на работната температура на елемента и честотата.
Принцип на действие
Най-лесният начин да се обясни принципът на действие на изправителните диоди е пример. За да направим това, ние симулираме проста полу-вълнова верига (виж 1 на фиг. 6), в която захранването се подава от източник на променлив ток с напрежение U IN (графика 2) и преминава през VD към товара R.
По време на половин половин цикъл диодът е в отворено положение и преминава през себе си към товара. Когато е обрат на отрицателния половин цикъл, устройството се заключва и към товара не се подава захранване. Това означава, че отрицателната полу вълна се отрязва (всъщност това не е съвсем вярно, тъй като в този процес винаги има обратен ток, неговата стойност се определя от характеристиката I arr ).
В резултат на това, както се вижда от графиката (3), на изхода се получават импулси, състоящи се от положителни полупериоди, т.е. постоянен ток. Това е принципът на работа на изправителните полупроводникови елементи.
Имайте предвид, че импулсното напрежение на изхода на такъв токоизправител е подходящо само за захранване на ниски шумови натоварвания, например зарядно за фенерче с киселинна батерия. На практика такава схема се използва с изключение на китайските производители, за да се максимизират разходите за техните продукти. Всъщност простотата на дизайна е единственият му полюс.
Недостатъците на еднодиодния токоизправител включват:
- Ниска степен на ефективност, тъй като отрицателните полупериоди са прекъснати, ефективността на устройството не надвишава 50%.
- Напрежението на изхода е около половината от това на входа.
- Високо ниво на шума, което се проявява под формата на характерно бръмчене с честотата на захранващата мрежа. Неговата причина е асиметричното размагнитване на понижаващия се трансформатор (всъщност е по-добре да се използва охлаждащ кондензатор за такива вериги, който също има своите отрицателни страни).
Имайте предвид, че тези недостатъци могат да бъдат намалени донякъде, за това е достатъчно да се направи прост филтър на базата на електролит с голям капацитет (1 на фиг. 7).
Принципът на работа на този филтър е доста прост. Електролитът се зарежда по време на положителния полупериод и се разрежда, когато завойът е отрицателен. Капацитетът в този случай трябва да бъде достатъчен за поддържане на напрежението на товара. В този случай импулсите ще бъдат изгладени до известна степен, както е показано на графиката (2).
Горното решение донякъде ще подобри ситуацията, но не много, ако се захранва от такъв еднополовен вълнообразен токоизправител, например активните говорители на компютъра, те ще имат характерен фон. За решаването на проблема е необходимо по-радикално решение, а именно диоден мост. Обмислете принципа на действие на тази схема.
Устройство и принцип на работа на диодния мост
Съществената разлика между такава схема (от половин вълна) е, че напрежението, приложено към товара, се прилага за всеки полупериод. Схемата за включване на полупроводникови токоизправителни елементи е показана по-долу.
Както може да се види от фигурата, в схемата участват четири полупроводникови изправителни елемента, които са свързани по такъв начин, че само два от тях работят през всеки полупериод. Нека напишем подробно как се процедира:
- На веригата се подава променливо напрежение Uin (2 на фиг. 8). По време на положителния половин цикъл се образува следната верига: VD4 - R - VD2. Съответно, VD1 и VD3 са в заключено положение.
- Когато настъпи последователността на отрицателния полу-цикъл, поради факта, че се сменя полярността, се образува верига: VD1 - R - VD3. По това време VD4 и VD2 са заключени.
- За следващия период цикълът се повтаря.
Както може да се види от резултата (графика 3), двата полупериода са включени в процеса и без значение как се променя входното напрежение, той отива в една посока през товара. Този принцип на работа на токоизправителя се нарича пълна вълна. Неговите предимства са очевидни, ние ги изброяваме:
- Тъй като двата полупериода са включени в работата, ефективността е значително повишена (почти два пъти).
- Вълните на изхода на мостовата верига също удвояват честотата (в сравнение с полу-вълновото решение).
- Както може да се види от графиката (3), нивото на спадове намалява между импулсите, съответно, ще бъде много по-лесно за филтъра да ги изглади.
- Величината на напрежението на изхода на токоизправителя е приблизително същата като тази на входа.
Интерференцията от мостовата верига е незначителна и става още по-малка, когато се използва електролитен филтриращ капацитет. Поради това такова решение може да се използва в блокове за захранване, на практика, за всякакви любителски радио структури, включително тези, които използват чувствителна електроника.
Забележете, че изобщо не е необходимо да се използват четири изправящи полупроводникови елемента, достатъчно е да се вземе готовия комплект в пластмасова кутия.
Този случай има четири изхода, два на входа и еднакви на изхода. Краката, към които е свързано променливото напрежение, са маркирани с букви “~” или “AC”. На изхода положителният крак е маркиран съответно със символа “+”, отрицателен като “-”.
На схематична диаграма такова устройство обикновено се обозначава като ромб, с графичен дисплей на диод, разположен вътре.
Въпросът, че е по-добре да се използва монтажът или отделните диоди, не може да се отговори еднозначно. По отношение на функционалността между тях няма разлика. Но монтажът е по-компактен. От друга страна, ако не успее, ще помогне само пълната подмяна. Ако в този случай се използват отделни елементи, достатъчно е да се замени неуспешен диод на токоизправителя.