Как найти выпрямительный диод

Выпрямительные диоды и их параметры

Выпрямительные диоды являются составной частью таких устройств, как детекторы, умножители, выпрямители и т.п. Выпрямительные диоды производятся с плоскостным точечным переходом, площадь которого зависит от номинального выпрямленного за полупериод электрического тока. Вольтамперная характеристика (пример) полупроводникового диода изображена на рисунке ниже.

Прямая ветвь характеристики демонстрирует связь протекающего через диод тока и падения напряжения на нем. Обратная ветвь характеристики отражает поведение диода в случае подачи на него напряжения обратной полярности, ток через переход очень мал и почти никак не зависит от величины напряжения приложенного к диоду, до тех пор, пока не будет достигнут предел, в результате которого произойдет пробой перехода (диод выйдет из строя).

К основным параметрам выпрямительных диодов относятся:

1. Максимальное обратное напряжение диода.
2. Средний ток диода.
3. Максимальный импульсный ток диода – единичный импульс и повторяющиеся импульсы.
4. Средний обратный ток диода.
5. Среднее прямое напряжение диода.
6. Дифференциальное сопротивление диода.
7. Средняя рассеиваемая мощность диода.

Максимальное обратное напряжение диода является основным параметром выпрямительного диода. Его можно определить опытным путем. Для этого к диоду прилагают напряжение в обратном направлении и измеряют максимальное его значение, которое он может выдержать. Так же оно может быть рассчитано следующим образом:

«Определение параметров выпрямительных диодов. Определение параметров биполярных транзисторов» 👇

$Uо.обр = 1,045*Ucр$

Средний ток диода представляет собой среднюю за период величину выпрямленного постоянного тока, который протекает через p-n-переход. Диодом должно проводиться половина общего тока, поэтому его среднее значение рассчитывается по формуле:

$Iср = I/2$

Максимальный импульсный тока представляет собой пиковое значение тока, которое он способен выдерживать определенное время. Данный параметр указывается в технической документации и задается на заводе-изготовителе. Средний обратный ток демонстрирует средний за период ток через переход в обратном направлении. Данный параметр определяется экспериментально, измеряется при помощи специальных приборов, а его значение невелико и может составлять максимум единицы миллиампер.

Среднее прямое напряжение диода — это напряжение, которое прикладывается к переходу при прохождении через него тока, допустимого согласно технической документации, оно определяется посредством измерения специальными приборами. Дифференциальным сопротивлением диода выражается отношение приращения напряжения на переходе к вызвавшему данное приращение приращению тока через переход, таким образом формула для его расчета имеет следующий вид:

$Rдиф = dU/dI$

Средняя рассеиваемая мощность диода представляет собой среднюю за период мощность, которая рассеивается корпусом диода, когда через него протекает ток в обоих направлениях. Этот параметр зависит от конструкции корпуса измеряется специальными приборами, при необходимости (так как указан в технической документации).

Определение параметров биполярных транзисторов

Биполярные транзисторы используются в разнообразных электронных устройствах для того, чтобы усилить и генерировать электрические колебания, а также, как коммутирующий элемент, например, в схемах транзисторно-транзисторной логики.

На практике часто пользуются вторичными параметрами транзисторов, которые характеризуют его, как четырехполюсник – прибор с двумя входными и выходными зажимами. Вторичные параметры связывают между собой входные и выходные переменные токи и напряжения. Линейные четырехполюсники характеризуются двумя уравнениями, которые связывают токи и напряжения на выходе и входе. Всего можно составить шесть пар таких уравнений, определяющих шесть систем параметров. Самое широкое распространение получила система h-параметров. Такая система, позволяет определить входное напряжение U1 и выходной ток I2 по известным I1 и U2.

$U1 = f1(I1, U2) $ или $Uвх = f1(Iвх, Uвых)$

$I2 = I2 (I1, U2)*Iвых = f2(Iвх, Uвых)$

Формулы для расчета параметров биполярных транзисторов зависят от схемы включения, которая может быть с общим эмиттером, коллектором или базой. В общем случае формула для расчета коэффициента усиления по электрическому току выглядит следующим образом:

$к = Iвых/Iвх$

При включении транзистора по схеме с общей базой формула для расчета коэффициента усиления по току будет иметь вид:

$k = Ik/Iэ$

где: Ik – электрический ток коллектора; Iэ – электрический ток эмиттера.

В случае, когда биполярный транзистор включен по схеме с общим эмиттером, коэффициент усиления по электрическому току можно рассчитать по формуле:

$к = Ik/Iб = Ik /(Iэ-Ik)$

где Iб – электрический ток базы транзистора.

При включении транзистора по схеме с общим коллектором формула имеет следующий вид:

$к = Iэ/Iб = Iэ/(Iэ-Ik)$

От схемы включения также зависит формула расчета входного сопротивления:

В общем виде:

$Rвх = Uвх/Iвх$

С общей базой:

$Rвх = Uэб/Iэ$

С общим эмиттером:

$Rвх = Uбэ/Iб$

С общим коллектором:

$Rвх = (Uбэ+Uкэ) / Iб$

где: Uэб – напряжение база-эмиттер; Uкэ – напряжение коллектор – эмиттер

Определение основных параметров биполярных транзисторов трудоемкий процесс, зависящий от многих факторов – схемы включения, технических характеристик, указанных в соответствующей документации и т. д.

Как работает диод

Основа работы диода заключается в разной проводимости двух полупроводников (в этой статье речь только о них), соединенных вместе.

Полупроводник типа n пропускает электроны, а p-типа – дырки. Если полярность диода соблюдена, то есть на n-тип подается минус, а на p-тип – плюс, то на каждый тип подается прямое напряжение и диод открыт. Если знаки питания поменять местами, то есть подать обратное напряжение, то диод будет закрыт. Почему такое происходит?

В месте соединения двух полупроводников разной проводимостью образуется небольшая область смещения. Это когда электроны с n-типа частично переходят в область p-типа. В этом месте нет свободных электронов и дырок. Во время подключения прямого напряжения недостаток электронов и дырок восполняется источником питания, то есть закрытая для перехода носителей заряда зона почти исчезает.

Электроны, под действием электродвижущей силы, действующей в источнике питания, перепрыгивая из дырки в дырку, проходят участок p-типа и попадают на проводник.

Что будет, если поменять полярность питания: к участку n-типа подключить плюс, а к p-типа – минус? В этом случае электроны на участке n-типа отодвинутся к источнику питания, расширяя закрытую зону, тем самым увеличив внутреннее сопротивление диода. В этом случае диод будет закрыт.

Конечно, если повысить напряжение на диоде, то электроны смогут проскочить насыщенную область и через диод пойдет ток. Некоторые диоды работают именно в таком режиме, их называют стабилитронами.

Но выпрямительные диоды не «любят» такие условия и могут выйти из строя. Да и для стабилитронов оговаривается не только обратное напряжение, но и ток, при котором они могут работать. Если превысить указанные значения, то может произойти необратимый процесс – тепловой пробой и прибор выйдет из строя.

Катод и анод: где плюс и минус

Хотя у прибора всего два вывода необходимо знать, как определить полярность диода, чтобы не поставить его в обратном направлении? У диода имеется:

• анод;
• катод.

Слово, переведенное с греческого как анод, может означать вверх или от него. Вакуумные диоды на схемах изображаются в виде вытянутого круга, вверху которого располагается анод в виде перевернутой буквы «Т». Катод располагается внизу и обозначается горизонтальной круглой скобкой с отводом.

Электроны отрываются от катода и летят вверх, в сторону анода. Попадая на анод, они выходят во внешнюю цепь «от него». В этом случае анод должен быть подключен к положительному полюсу источника питания, а катод – к отрицательному. Про диод говорят, что он открыт и пропускает ток через себя. Когда полярность меняется, то есть на анод подается отрицательное напряжение, а на катод положительное – диод закрывается.

В полупроводниковых диодах анодом называется вывод от полупроводника p-типа, а катодом – вывод от полупроводника n-типа. В остальном принцип работы остается тем же самым.

Способы определения полярности диодов

Чтобы определить полярность диода, существует несколько способов:

• с помощью маркировки на корпусе;
• практическим путем;
• используя прибор;
• по таблицам и справочникам.

Кстати, производители оставляют за собой право использовать тот или иной метод, поэтому самым надежным будет ознакомление с технической документацией. Однако этот способ пока оставим и разберем самый простой.

Как узнать полярность диода по маркировке

Обычно производители дают подсказку, делая маркировку полярности диода. На крупных приборах могут быть проставлены значки диода – треугольник, упирающийся вершиной в короткий отрезок.

Вывод со стороны основания треугольника является анодом, он должен быть подключен к плюсу питания. Другой вывод, расположенный со стороны вершины треугольника с отрезком, будет катодом. К нему, соответственно, нужно будет подключить минус питания.

Если это выпрямительный диод, то он ставится в схему с переменным током. В этом случае на его аноде будет отрицательное напряжение, а на катоде — положительное. Помним, что электроны движутся относительно цепи питания от анода к катоду, а знак диода показывает направление движение дырок.

Это вызывает у новичков путаницу. Дело в том, что когда только начинали познавать электрический ток, считали, что заряд имеет положительный знак, значит, ток идет от положительно заряженного электрода к отрицательному.

Позднее разобрались, что основными носителями заряда являются электроны, а они имеют знак «—», но чтобы не переделывать схемы, которых к тому времени набралось немалое количество, оставили все как есть.

В большинстве случаев не имеет значения, каким способом переносится заряд.

Что касается мелких деталей, то на их корпусе со стороны вывода катода рисуется круговая полоска или ставится точка. На прямоугольных диодах обозначение полярности диода осуществляется полоской, которая может быть нарисована только на одной стороне прибора.

Как определить полярность диода мультиметром или тестером

Иногда бывает из-за старения или долгого хранения маркировка стирается и невозможно на вид определить, где анод, а где катод.

Совет. Не будет лишним даже новые диоды проверять на полярность. Это поможет сохранить полярность диода, даже если на заводе произошла ошибка с маркировкой.

Проверить полярность можно с помощью мультиметра. В новых конструкциях часто встречается режим проверки диода. Отыскать его можно с помощью значка диода, нарисованного на панели прибора.

Прежде чем приступать к измерениям, проверяют правильность подключения щупов: черный должен быть подключен к земле или общему проводу – это будет минус. Красный подключают к другому зажиму, возле него должно быть нарисовано несколько символов. По красному проводу будет идти «плюс» питания.

Включают прибор, устанавливают галетный переключатель на знак проверки диода. Щупами касаются двух выводов диода. Если слышен звуковой сигнал или прибор показывает небольшое сопротивление, значит, диод находится в открытом состоянии.

Это означает, что красный провод с положительным питанием подключен к аноду, а черный к катоду. Если звукового сигнала нет, а прибор показывает большое сопротивление, значит, диод закрыт. В этом случае на анод подается отрицательное напряжение (черный провод), а на катод положительное (красный провод).

Внимание! Некоторые диоды имеют малое обратное сопротивление, как правило, это мощные диоды. Поэтому чтобы определить полярность диода, нужно опираться на показания прибора. В том случае, когда сопротивление минимальное, это указывает на открытое состояние диода, в противном случае он закрыт. Если прямое и обратное сопротивления равны или бесконечно большие, это говорит о неисправности прибора.

При отсутствии режима проверки диода пользуются режимом проверки сопротивления. В этом случае показания снимаются только визуально.

С помощью источника питания (батарейки)

При отсутствии прибора можно воспользоваться источником постоянного тока с небольшим напряжением. Обычно это батарейка. Собирают следующую схему:

• источник питания;
• диод;
• лампочка, рассчитанная на напряжение немного меньше выбранного питания;
• переменный резистор с небольшим сопротивлением, зависит от напряжения питания и составляет от десятков Ом до 1 кОм.

Вместо лампочки можно выбрать светодиод, но это для тех, кто имеет опыт в таких проверках.

Собирают схему с помощью проводов. Лампочку удобнее использовать в патроне. К диоду и резистору провода припаивают, причем к резистору припаивают один провод к одному крайнему выводу, вторым замыкают средний и другой крайний вывод.

При пайке маломощных диодов, выполненных в небольшом стеклянном или пластиковом корпусе, необходимо пользоваться теплоотводом. В качестве теплоотвода могут подойти небольшие плоскогубцы, круглогубцы и подобные инструменты. Кто может работать паяльником, обходятся без теплоотвода.

Провода к источнику питания прижимают пальцами одной руки, второй рукой вращают ручку резистора.

Первоначально резистор устанавливают в положение, соответствующее максимальному сопротивлению. Постепенно уменьшая сопротивление, добиваются появления накала на нити лампочки. Если этого не происходит, меняют провода на источнике питания.

При появлении накала источник питания отключают, предварительно отмечая, к какому выводу диода поступает положительное питание, это и будет анодом.

Осторожно! Таким способом можно проверять мощные диоды, способные выдерживать большой прямой ток. Маломощные диоды можно проверять с помощью светодиодов или, лучше всего, с помощью прибора.

По технической документации

К сожалению, по внешнему виду некоторые диоды похожи на стабилитроны, работающие в обратном направлении. Чтобы не ошибиться с полярностью диода на схеме, необходимо удостовериться с помощью справочников, таблиц или прилагаемых к партии поясняющих документов.

В любом случае прежде чем устанавливать диод на схему, необходимо точно определить полярность диода.

Одним из электронных устройств, широко использующихся в различных схемах, является выпрямительный диод, с помощью которого переменный ток преобразуется в постоянный. Его конструкция создана в виде двухэлектродного прибора с односторонней электрической проводимостью. Выпрямление переменного тока происходит на переходах металл-полупроводник и полупроводник-металл. Точно такой же эффект достигается в электронно-дырочных переходах некоторых кристаллов – германия, кремния, селена. Эти кристаллы во многих случаях используются в качестве основных элементов приборов.

Принцип работы выпрямительного диода

Выпрямительные диоды применение нашли в различных электронных, радиотехнических и электрических устройствах. С их помощью осуществляется замыкание и размыкание цепей, детектирование и коммутация импульсов и электрических сигналов, а также другие аналогичные преобразования.

Каждый диод оборудуется двумя выводами, то есть электродами – анодом и катодом. Анод соединяется с р-слоем, а катод – с n-слоем. В случае прямого включения диода на анод поступает плюс, а на катод – минус. В результате, через диод начинает проходить электрический ток.

Если же подачу тока выполнить наоборот – к аноду подать минус, а к катоду – плюс получится так называемое обратное включение диода. В этом случае течения тока уже не будет, на что указывает вольтамперная характеристика выпрямительного диода. Поэтому при поступлении на вход переменного напряжения, через диод будет проходить только одна полуволна.

Представленный рисунок наглядно отражает вольтамперную характеристику диода. Ее прямая ветвь расположена в первом квадранте графика. Она описывает диод в состоянии высокой проводимости, когда к нему приложено прямое напряжение. Данная ветвь выражается в виде кусочно-линейной функции u = U + R_Д x i, в которой u представляет собой напряжением на вентиле во время прохождения тока i. Соответственно, U и R_Д являются пороговым напряжением и динамическим сопротивлением.

Третий квадрант содержит обратную ветвь вольтамперной характеристики, указывающей на низкую проводимость при обратном напряжении, приложенном к диоду. В этом состоянии течение тока через полупроводниковую структуру практически отсутствует.

Данное положение будет правильным лишь до определенного значения обратного напряжения. В этом случае напряженность электрического поля в области p-n-перехода может достичь уровня 105 В/см. Такое поле сообщает электронам и дыркам – подвижным носителям заряда, кинетическую энергию, способную вызвать ионизацию нейтральных атомов кремния.

Стандартная структура выпрямительного диода предполагает наличие дырок и электронов проводимости, постоянно возникающих под действием термической генерации по всему объему структуры проводника. В дальнейшем происходит их ускорение под действием электрического поля p-n-перехода. То есть электроны и дырки также участвуют в ионизации нейтральных атомов кремния. В этом случае обратный ток нарастает лавинообразно, возникают так называемые лавинные пробои. Напряжение, при котором резко повышается обратный ток, обозначается на рисунке в виде напряжения пробоя U3.

Основные параметры выпрямительных диодов

Определяя параметры выпрямительных элементов, следует учитывать следующие факторы:

• Разница потенциалов, максимально допустимая при выпрямлении тока, когда устройство еще не может выйти из строя.
• Максимальное значение среднего выпрямленного тока.
• Максимальный показатель обратного напряжения.

Выпрямительные устройства выпускаются различной формы и могут монтироваться разными способами.

В соответствии с физическими характеристиками, они разделяются на следующие группы:

• Выпрямительные диоды большой мощности, пропускная способность которых составляет до 400 А. Они относятся к категории высоковольтных и выпускаются в двух видах корпусов. Штыревой корпус изготавливается из стекла, а таблеточный – из керамики.
• Выпрямительные диоды средней мощности с пропускной способностью от 300 мА до 10 А.
• Маломощные выпрямительные диоды с максимально допустимым значением тока до 300 мА.

Выбирая то или иное устройство, необходимо учитывать вольтамперные характеристики обратного и пикового максимальных токов, максимально допустимое прямое и обратное напряжение, среднюю силу выпрямленного тока, а также материал изделия и тип его монтажа. Все основные свойства выпрямительного диода и его параметры наносятся на корпус в виде условных обозначений. Маркировка элементов указывается в специальных справочниках и каталогах, ускоряя и облегчая их выбор.

Схемы с использованием выпрямительных диодов отличаются количеством фаз:

• Однофазные нашли широкое применение в бытовых электроприборах, автомобилях и аппаратуре для электродуговой сварки.
• Многофазные используются в промышленном оборудовании, специальном и общественном транспорте.

В зависимости от используемого материала, выпрямительные диоды и схемы с диодами могут быть германиевыми или кремниевыми. Чаще всего применяется последний вариант, благодаря физическим свойствам кремния. Данные диоды обладают значительно меньшей величиной обратных токов при одном и том же напряжении, поэтому допустимое обратное напряжение имеет очень высокую величину, в пределах 1000-1500 вольт.

Для сравнения, у германиевых диодов эта величина составляет 100-400 В. Кремниевые диоды сохраняют работоспособность в температурном диапазоне от — 60 до + 150 градусов, а германиевые – только в пределах от — 60 до + 850С. Электронно-дырочные пары при температуре, превышающей это значение, образуются с большой скоростью, что приводит к резкому увеличению обратного тока и снижению эффективности работы выпрямителя.

Схема включения выпрямительного диода

Простейший выпрямитель работает по следующей схеме. На вход подается переменное напряжение сети с положительными и отрицательными полупериодами, окрашенными соответственно в красный и синий цвета. На выходе подключается обычная нагрузка RH, а выпрямляющим элементом будет диод VD.

Когда на анод поступают положительные полупериоды напряжения, происходит открытие диода. В этот период через диод и нагрузку, запитанную от выпрямителя, будет протекать прямой ток диода Iпр. На графике, расположенном справа, эта волна обозначена красным цветом.

При поступлении на анод отрицательных полупериодов напряжения, наступает закрытие диода, и во всей цепи начинается течение незначительного обратного тока. В данном случае отрицательная полуволна переменного тока отсекается диодом. Эту отсеченную полуволну обозначает синяя прерывистая линия. На схеме условное обозначение выпрямительного диода такое же, как обычно, только поверх значка проставляются символы VD.

В результате, через нагрузку, подключенную через диод к сети, будет протекать уже не переменный, а пульсирующий ток одного направления. Фактически, это и есть выпрямленный переменный ток. Однако такое напряжение подходит лишь для нагрузок малой мощности, запитанных от сети переменного тока. Это могут быть лампы накаливания, которым не требуются особые условия питания. В этом случае напряжение будет проходить через лампу лишь во время импульсов – положительных волн. Наблюдается слабое мерцание лампы с частотой 50 Гц.

При подключении питания с таким же напряжением к приемнику или усилителю мощности, в громкоговорителе или колонках, будет слышен гул с низкой тональностью, частотой 50 Гц, известный как фон переменного тока. В этих случаях аппаратура начинает «фонить». Причиной такого состояния считается пульсирующий ток, проходящий через нагрузку и создающий в ней пульсирующее напряжение. Именно оно и создает фон.

Данный недостаток частично устраняется путем параллельного подключения к нагрузке фильтрующего электролитического конденсатора Сф с большой емкостью. В течение положительных полупериодов он заряжается импульсными токами, а во время отрицательных – разряжается с помощью нагрузки RH. Большая емкость конденсатора позволяет поддерживать на нагрузке непрерывный ток в течение всех полупериодов – положительных и отрицательных. На графике такой ток представляет собой сплошную волнистую линию красного цвета.

Тем не менее, данный сглаженный ток все равно не обеспечивает нормальную работу, поскольку половина входного напряжения теряется при выпрямлении, когда задействуется только один полупериод. Этот недостаток компенсируют мощные выпрямительные диоды, собранные вместе в так называемый диодный мост. Данная схема состоит из четырех элементов, что позволяет пропускать ток в течение всех полупериодов. За счет этого преобразование переменного тока в постоянный происходит значительно эффективнее.

Здравствуйте уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Продолжаем знакомиться с полупроводниковыми диодами. В предыдущей части статьи мы с Вами разобрались с принципом работы диода, рассмотрели его вольт-амперную характеристику и выяснили, что такое пробой p-n перехода.
В этой части мы рассмотрим устройство и работу выпрямительных диодов.

Выпрямительный диод – это полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный. Однако, это далеко не полная область применения выпрямительных диодов: они широко используются в цепях управления и коммутации, в схемах умножения напряжения, во всех сильноточных цепях, где не предъявляется жестких требований к временным и частотным параметрам электрического сигнала.

Общие характеристики выпрямительных диодов.

В зависимости от значения максимально допустимого прямого тока выпрямительные диоды разделяются на диоды малой, средней и большой мощности:

малой мощности рассчитаны для выпрямления прямого тока до 300mA;
средней мощности – от 300mA до 10А;
большой мощности — более 10А.

По типу применяемого материала они делятся на германиевые и кремниевые, но, на сегодняшний день наибольшее применение получили кремниевые выпрямительные диоды ввиду своих физических свойств.

Кремниевые диоды, по сравнению с германиевыми, имеют во много раз меньшие обратные токи при одинаковом напряжении, что позволяет получать диоды с очень высокой величиной допустимого обратного напряжения, которое может достигать 1000 – 1500В, тогда как у германиевых диодов оно находится в пределах 100 – 400В.

Работоспособность кремниевых диодов сохраняется при температурах от -60 до +(125 — 150)º С, а германиевых – лишь от -60 до +(70 – 85)º С. Это связано с тем, что при температурах выше 85º С образование электронно-дырочных пар становится столь значительным, что происходит резкое увеличение обратного тока и эффективность работы выпрямителя падает.

Технология изготовления и конструкция выпрямительных диодов.

Конструкция выпрямительных диодов представляет собой одну пластину кристалла полупроводника, в объеме которой созданы две области разной проводимости, поэтому такие диоды называют плоскостными.

Технология изготовления таких диодов заключается в следующем:
на поверхность кристалла полупроводника с электропроводностью n-типа расплавляют алюминий, индий или бор, а на поверхность кристалла с электропроводностью p-типа расплавляют фосфор.

Под действием высокой температуры эти вещества крепко сплавляются с кристаллом полупроводника. При этом атомы этих веществ проникают (диффундируют) в толщу кристалла, образуя в нем область с преобладанием электронной или дырочной электропроводностью. Таким образом получается полупроводниковый прибор с двумя областями различного типа электропроводности — а между ними p-n переход. Большинство распространенных плоскостных кремниевых и германиевых диодов изготавливают именно таким способом.

Для защиты от внешних воздействий и обеспечения надежного теплоотвода кристалл с p-n переходом монтируют в корпусе.
Диоды малой мощности изготавливают в пластмассовом корпусе с гибкими внешними выводами, диоды средней мощности – в металлостеклянном корпусе с жесткими внешними выводами, а диоды большой мощности – в металлостеклянном или металлокерамическом корпусе, т.е. со стеклянным или керамическим изолятором. Пример выпрямительных диодов германиевого (малой мощности) и кремниевого (средней мощности) показан на рисунке ниже.

Кристаллы кремния или германия (3) с p-n переходом (4) припаиваются к кристаллодержателю (2), являющемуся одновременно основанием корпуса. К кристаллодержателю приваривается корпус (7) со стеклянным изолятором (6), через который проходит вывод одного из электродов (5).

Маломощные диоды, обладающие относительно малыми габаритами и весом, имеют гибкие выводы (1) с помощью которых они монтируются в схемах.
У диодов средней мощности и мощных, рассчитанных на значительные токи, выводы (1) значительно мощнее. Нижняя часть таких диодов представляет собой массивное теплоотводящее основание с винтом и плоской внешней поверхностью, предназначенное для обеспечения надежного теплового контакта с внешним теплоотводом (радиатором).

Электрические параметры выпрямительных диодов.

У каждого типа диодов есть свои рабочие и предельно допустимые параметры, согласно которым их выбирают для работы в той или иной схеме:

Iобр – постоянный обратный ток, мкА;
Uпр – постоянное прямое напряжение, В;
Iпр max – максимально допустимый прямой ток, А;
Uобр max – максимально допустимое обратное напряжение, В;
Р max – максимально допустимая мощность, рассеиваемая на диоде;
Рабочая частота, кГц;
Рабочая температура, С.

Здесь приведены далеко не все параметры диодов, но, как правило, если надо найти замену, то этих параметров хватает.

Схема простого выпрямителя переменного тока на одном диоде.

Разберем схему работы простейшего выпрямителя, которая изображена на рисунке:

На вход выпрямителя подадим сетевое переменное напряжение, в котором положительные полупериоды выделены красным цветом, а отрицательные – синим. К выходу выпрямителя подключим нагрузку (Rн), а функцию выпрямляющего элемента будет выполнять диод (VD).

При положительных полупериодах напряжения, поступающих на анод диода диод открывается. В эти моменты времени через диод, а значит, и через нагрузку (Rн), питающуюся от выпрямителя, течет прямой ток диода Iпр (на правом графике волна полупериода показана красным цветом).

При отрицательных полупериодах напряжения, поступающих на анод диода диод закрывается, и во всей цепи будет протекать незначительный обратный ток диода (Iобр). Здесь, диод как бы отсекает отрицательную полуволну переменного тока (на правом графике такая полуволна показана синей пунктирной линией).

В итоге получается, что через нагрузку (Rн), подключенную к сети через диод (VD), течет уже не переменный, поскольку этот ток протекает только в положительные полупериоды, а пульсирующий ток – ток одного направления. Это и есть выпрямление переменного тока.

Но таким напряжением можно питать лишь маломощную нагрузку, питающуюся от сети переменного тока и не предъявляющую к питанию особых требований, например, лампу накаливания.
Напряжение через лампу будет проходить только во время положительных полуволн (импульсов), поэтому лампа будет слабо мерцать с частотой 50 Гц. Однако, за счет тепловой инертности нить не будет успевать остывать в промежутках между импульсами, и поэтому мерцание будет слабо заметным.

Если же запитать таким напряжением приемник или усилитель мощности, то в громкоговорителе или колонках мы будем слышать гул низкого тона с частотой 50 Гц, называемый фоном переменного тока. Это будет происходить потому, что пульсирующий ток, проходя через нагрузку, создает в ней пульсирующее напряжение, которое и является источником фона.

Этот недостаток можно частично устранить, если параллельно нагрузке подключить фильтрующий электролитический конденсатор (Cф) большой емкости.

Заряжаясь импульсами тока во время положительных полупериодов, конденсатор (Cф) во время отрицательных полупериодов разряжается через нагрузку (Rн). Если конденсатор будет достаточно большой емкости, то за время между импульсами тока он не будет успевать полностью разряжаться, а значит, на нагрузке (Rн) будет непрерывно поддерживаться ток как во время положительных, так и во время отрицательных полупериодов. Ток, поддерживаемый за счет зарядки конденсатора, показан на правом графике сплошной волнистой красной линией.

Но и таким, несколько сглаженным током тоже нельзя питать приемник или усилитель потому, что они будут «фонить», так как уровень пульсаций (Uпульс) пока еще очень ощутим.
В выпрямителе, с работой которого мы познакомились, полезно используется энергия только половины волн переменного тока, поэтому на нем теряется больше половины входного напряжения и потому такое выпрямление переменного тока называют однополупериодным, а выпрямители – однополупериодными выпрямителями. Эти недостатки устранены в выпрямителях с использованием диодного моста.

Диодный мост.

Диодный мост – это небольшая схема, составленная из 4-х диодов и предназначенная для преобразования переменного тока в постоянный. В отличие от однополупериодного выпрямителя, состоящего из одного диода и пропускающего ток только во время положительного полупериода, мостовая схема позволяет пропускать ток в течение каждого полупериода. Диодные мосты изготавливают в виде небольших сборок заключенных в пластмассовый корпус.

Из корпуса сборки выходят четыре вывода напротив которых расположены знаки «+», «—» или «~», указывающие, где у моста вход, а где выход. Но не обязательно диодные мосты можно встретить в виде такой сборки, их также собирают включением четырех диодов прямо на печатной плате, что очень удобно.

Например. Вышел из строя один из диодов моста, если будет стоять сборка, то ее смело выкидываем, а если мост будет собран из четырех диодов прямо на плате — меняем неисправный диод и все готово.

На принципиальных схемах диодный мост обозначают включением четырех диодов в мостовую схему, как показано в левой части нижнего рисунка: здесь, диоды являются как бы плечами выпрямительного моста.
Такое графическое обозначение моста можно встретить еще в старых журналах по радиотехнике. Однако, на сегодняшний день, в основном, диодный мост обозначают в виде ромба, внутри которого расположен значок диода, указывающий только на полярность выходного напряжения.

Теперь рассмотрим работу диодного моста на примере низковольтного выпрямителя. В таком выпрямителе, с использованием четырех диодов, во время каждой полуволны работают поочередно два диода противоположных плеч моста, включенных между собой последовательно, но встречно по отношению ко второй паре диодов.

Со вторичной обмотки трансформатора переменное напряжение поступает на вход диодного моста. Когда на верхнем (по схеме) выводе вторичной обмотки возникает положительный полупериод напряжения, ток идет через диод VD3, нагрузку Rн, диод VD2 и к нижнему выводу вторичной обмотки (см. график а). Диоды VD1 и VD4 в этот момент закрыты и через них ток не идет.

В течение другого полупериода переменного напряжения, когда плюс на нижнем (по схеме) выводе вторичной обмотки, ток идет через диод VD4, нагрузку Rн, диод VD1 и к верхнему выводу вторичной обмотки (см. график б). В этот момент диоды VD2 и VD3 закрыты и ток через себя не пропускают.

В результате мы видим, что меняются знаки напряжения на вторичной обмотке трансформатора, а через нагрузку выпрямителя идет ток одного направления (см. график в). В таком выпрямителе полезно используются оба полупериода переменного тока, поэтому подобные выпрямители называют двухполупериодными.

И в заключении отметим, что работа двухполупериодного выпрямителя по сравнению с однопериодным получается намного эффективней:

1. Удвоилась частота пульсаций выпрямленного тока;
2. Уменьшились провалы между импульсами, что облегчило задачу сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя;
3. Среднее значение напряжения постоянного тока примерно равно переменному напряжению, действующему во вторичной обмотке трансформатора.

А если такой выпрямитель дополнить фильтрующим электролитическим конденсатором, то им уже смело можно запитывать радиолюбительскую конструкцию.

Ну вот, мы с Вами практически и закончили изучать диоды. Конечно, в этих статьях дано далеко не все, а только основные понятия, но этих знаний Вам уже будет достаточно, чтобы собрать свою радиолюбительскую конструкцию для дома, в которой используются полупроводниковые диоды.

А в качестве дополнительной информации посмотрите видеоролик, в котором рассказывается, как проверить диодный мост мультиметром.

Удачи!

Источник:

1. Борисов В.Г — Юный радиолюбитель. 1985г.
2. Горюнов Н.Н., Носов Ю.Р — Полупроводниковые диоды. Параметры, методы измерений. 1968г.
3. Пасынков В.В., Чиркин Л.К — Полупроводниковые приборы: Учеб. для вузов по спец. «Полупроводники и диэлектрики» и «Полупроводниковые и микроэлектронные приборы» — 4-е изд. перераб. и доп. 1987г.