Выпрямительные диоды. Схемы замещения диода для прямого и обратного включения

8.3 Выпрямительные диоды

Предназначены для преобразования переменного тока в постоянный ток (ток одной полярности пропускают, а другой нет).

Свойства выпрямительных диодов характеризуются вольтамперной характеристикой и параметрами, которые приводятся в справочной литературе (рис.8.3.1).

Вольтамперная характеристика диода (ВАХ)  выражает зависимость между током I через   p–n  переход и приложенным к нему напряжением U:

(8.3.1)

где: I_ОБР – обратный ток не основных носителей заряда; e – заряд электрона (1,6·10^-19 Кл);    k – постоянная Больцмана (k = 8,6·10^-5 эВ/К = 1,38·10^-23 Дж/град); Т – температура (К).

Основные параметры выпрямительных диодов:

Это снижает плотность тока и количество выделяемого тепла. Выпрямительные диоды отличаются от остальных типов диодов большими  размерами  корпуса  и внешних выводов для улучшения отведения тепла.

    По величине выпрямленного тока различают диоды малой (I_ПР.MAX < 0,3А), средней (0,3 A < I_ПР.MAX >10 А) и большой (I_ПР.MAX >10A) мощности.

Прямое напряжение U_ПР – падение напряжения на диоде при прямом смещении и заданном токе I_ПР (U_ПР » 0.2...0,7 В для германиевых диодов и U_ПР ( 0,8...1,2 В для кремниевых в зависимости от типа диода). Соответствует контактной разности потенциалов на p–n переходе и величине напряжения, при которой начинается открывание диода. Падение напряжения  при прямом токе для идеального диода должно быть минимальным.

Максимально допустимая средняя рассеиваемая мощность P_MAX – мощность, рассеиваемая на диоде: P_MAX = I_ПР.MAX · U_ПР.

I_ОБР.MAX – обратный ток при максимально допустимом обратном напряжении U_ОБР. Соответствует току не основных носителей заряда и характеризует не идеальность диода.

У германиевых диодов I_ОБР.MAX больше, чем у кремниевых диодов.

C_D – емкость диода для заданного значения U_ОБР. При выпрямлении высокочастотного сигнала p–n  переход приобретает свойства емкости.

Рабочая частота F_{D MAX} – максимальная частота переменного тока, проходящего через диод, при которой амплитуда выпрямленного тока снижается в 1,41 раз. Определяется емкостью p–n  перехода. Выпрямительные диоды делятся на низкочастотные (до 1 кГц) и высокочастотные (до 100 кГц). В случае превышения этой частоты диоды теряют выпрямительные свойства.

T_П – диапазон температур p–n перехода при котором диод работоспособен (германиевые диоды: -60...+85° С, кремниевые: -60...+150° С).

Дифференциальное сопротивление (r_ДИФ) – это отношение малого приращения напряжения на диоде к вызвавшему его малому приращению тока.

  В настоящее время выпрямительные диоды изготавливают в основном из кремния и германия. Кремниевые диоды позволяют получать высокие обратные напряжения пробоя. Кроме этого, они оказываются работоспособными в большем интервале температур          (-60...+150º С), поскольку ширина запрещенной зоны в кремнии больше, чем в германии, а, следовательно, обратный ток меньше. Германиевые диоды работоспособны в меньшем интервале температур (-60...+85º C).

Однако германиевые диоды выгоднее применять при выпрямлении низких напряжений. Это объясняется тем, что, для германиевых диодов U_ПР (0,2...0,7 B) меньше, чем у кремниевых (0,8...1,2 В). Следовательно, меньше порог чувствительности к входному выпрямляемому напряжению, поскольку пока входное выпрямляемое напряжение не станет больше величины U_ПР, прямой ток через диод не пойдет. Также будет меньше мощность, рассеиваемая внутри германиевого диода.

Обозначение диода приведено на рис. 9.3.2, а. Анодом называется n–область, а катодом  p–область кристалла (в схемах не указываются).