Usměrňovací diody. Účel, vlastnosti, druhy

Hlavním účelem polovodičových diod je usměrnění střídavého proudu. Pro jiné účely existují diody, o kterých si povíme později.

Diody jsou tedy doslova dvouelektrodové součástky. Elektrody mají názvy: anoda a katoda. Typický grafém diody doplněný grafickými vysvětlivkami je na obrázku 2.1.

Pokud je na diodu přivedeno propustné napětí (tj. anoda má kladný potenciál vzhledem ke katodě), pak se říká, že dioda je otevřená a protéká jí propustný proud. Pokud je na diodu přivedeno zpětné napětí (katoda má kladný potenciál vzhledem k anodě), pak je dioda uzavřena a v tomto režimu protéká malý zpětný proud.

<strong>Hlavní technické vlastnosti usměrňovacích diod</strong>

Ve srovnání s dříve diskutovanými pasivními součástkami má dioda složitější chování v elektrickém obvodu. Toto chování je popsáno proudově-napěťovou charakteristikou diody. Uvažujme charakteristiku proud-napětí, která platí pro nízkopříkonové diody (zobrazeno na obrázku 2.2).

Z obrázku vidíme, že vlastnosti diody jsou daleko od našich předběžných představ o diodě jako ideálním spínači.

Při otevřeném stavu (pravá oblast osy X) se na diodu uvolní malé napětí, které nepřesahuje několik stovek milivoltů a nelineárně závisí na proudu procházejícím diodou. Proud otevřenou diodou musí být omezen na přijatelné hodnoty.

Když je na diodu přivedeno zpětné napětí, protéká jí proud menší než 1 μA a lavinovitě se zvyšuje na hodnoty několika desítek voltů. Tento lavinový nárůst zpětného proudu se nazývá tepelný průraz, stav, kdy dioda selže – „vyhoří“.

Usměrňovací diody se tedy obvykle vybírají podle dvou hlavních charakteristik: mezní hodnoty propustného proudu a mezní hodnoty zpětného napětí.

Při výpočtech je důležitý také úbytek napětí v propustném směru na diodě. Toto napětí se může u různých typů diod lišit o několik stovek milivoltů.

Takže například, když jsou všechny ostatní věci stejné, germaniové diody (dnes se nevyrábějí) mají nižší propustné napětí ve srovnání s křemíkovými diodami o 400 milivoltů Moderní Schottkyho diody mají nízký úbytek napětí i při relativně vysokých proudech.

<strong>Možnosti designu</strong>

Možnosti návrhu diod jsou uvedeny na obrázku 2.3, tabulce 2.1.

Tabulka 2.1 – Tabulka charakteristik usměrňovací diody BAS70

Omezte stejnosměrný proud, mA

Mezní propustný proud, hodnota amplitudy, mA

Limitní zpětné napětí, V

Rozsah provozních teplot, ºС

<strong>Příklady aplikací usměrňovacích diod</strong>

Použití usměrňovacích diod k vytvoření redundantního napájení

Typický napájecí obvod redundantní zátěže je znázorněn na obrázku 2.4.

Obvod obsahuje hlavní zdroj energie ze sítě střídavého proudu (AC/DC měnič) a záložní baterii. Dvě opačně zapojené diody (VD1, VD2) zabraňují toku proudu z jednoho zdroje do druhého.

Konstrukční vada nastává, když je hlavní zdroj napájení vypnut a zátěž je napájena ze záložní baterie. Faktem je, že část energie spotřebované obvodem z baterie je rozptýlena na diodě. Čím větší je pokles napětí na diodě, tím větší jsou ztráty.

V našem příkladu jsme předpokládali, že Ud = 0,5 V a pak ztráty budou 10 % energie dodávané baterií:

těch. při Ud=0,5 V Rbat= (0,5+4,5)_*zatížení = 5_*Iload

V případě, že máme k dispozici proudově-napěťovou charakteristiku zvolené diody, můžeme hodnotu Ud získat graficky. K tomu stačí sestrojit zatěžovací vedení pro uvažovaný obvod:

Napětí potřebné pro výpočet získáme v místě průsečíku přímky E-I_*Charakteristiky R zátěže a proudového napětí diody na kombinovaném grafu (zobrazeno na obrázku 2.5).

Tento bod se obvykle nazývá pracovní bod zvoleného pracovního režimu diody.

Abychom byli spravedliví, poukážeme na to, že zde nezískáme velký zisk v přesnosti určení Ud, protože Proudově napěťová charakteristika je v technických popisech prezentována jako průměrná charakteristika s určitým rozptylem a kromě toho tato charakteristika silně závisí na okolní teplotě. Tento způsob stanovení Ud považujeme za pomocný a názornější. Využijeme ho i při popisu dalších nelineárních komponent.

Plnovlnný usměrňovač

Běžným úkolem návrhu obvodu je vytvořit konstantní napětí ze střídavého napětí pro napájení elektronických obvodů. Tento problém lze řešit ve dvou stupních: usměrňovací stupeň a stupeň filtrace zdrojového napětí.

Použití celovlnného usměrňovače a kapacitního filtru ukazuje obrázek 2.6. Diagramy ukazují tok proudů v různých půlcyklech vstupního sinusového napětí a tvar výstupního napětí jak v nepřítomnosti, tak v přítomnosti kapacitního filtru (Cf).

Kondenzátor je, jak již víme, zásobník energie, dělá to při nárůstu půlvlny vstupního napětí a uvolňuje energii v intervalu mezi sousedními usměrněnými půlvlnami, kdy napětí klesne na nepřijatelnou hodnotu; k výpočtu. Tvar zpočátku pulzujícího napětí je poněkud vyhlazený, ale malé vlnění je vždy zachováno. Zvyšují se s rostoucím zatěžovacím proudem. Pro snížení pulsací je nutné zvýšit kapacitu Cf.

<strong>Měření charakteristik diod</strong>

Obvykle se v praxi řeší dva problémy: kontroluje se provozuschopnost diody (zda není porušen pn přechod) a měří se napětí na diodě při určité (typické) hodnotě proudu procházejícího.

Nejpohodlnějším způsobem, jak toho dosáhnout, je digitální multimetr: všechny moderní multimetry implementují jednoduchou funkci „měření propustného napětí diod“ („kontinuita diody“) (zobrazeno na obrázku 2.7).

V tomto případě se na displeji multimetru zobrazí hodnota napětí v propustném směru při určitém zkušebním proudu zabudovaném do obvodu multimetru.

Měření se provádí v následujícím pořadí: přepínač sektorového režimu multimetru se přesune do polohy „ “ a poté se při dodržení polarity připojí testovaná dioda na vstupy multimetru.

Poznámka – Zjednodušený obvod pro měření napětí v propustném směru bude zobrazen v části operační zesilovače.

• Вы здесь:
• Hlavní
• Výcvik
• Technické studie A&M
• Usměrňovací diody. Účel, vlastnosti, druhy

© 2025 Info KS – technické školení personálu na kompresorových stanicích přepravců plynu

Uzavřený kanál telegramů

Školicí kanál pro profesi TK Obráběč a směnový inženýr (EGO Engineer) od A do Z

✅Vše o konstrukci a provozu CS zařízení s GPA-C-16

✅Správný provoz a funkce

✅Mimořádné situace a způsoby, jak se z nich dostat

✅Ankety formou testů

✅ Schopnost klást otázky

Označení usměrňovací diody na schématu podle GOST 2.730-73 ESKD.

Konvenční grafické symboly v diagramech. Polovodičová zařízení.“ V příloze tohoto GOST jsou uvedeny rozměry v modulární mřížce. Vypadá to takto:

Existují různé možnosti pro označení diod.

Podle OST 11366.919-81 následující alfanumerické označení:

1) První písmeno nebo číslo označuje materiál:
· 1 (G) – germanium Ge
· 2 (K) – křemík Si
· 3 (A) – galium Ga
· 4 (já) – indium In

2) Druhé písmeno je podtřídou polovodičové součástky. V našem případě je to písmeno D.

3) Třetím číslem je funkčnost prvku v závislosti na třídě (diody, varikapy, zenerovy diody atd.).

Například pro usměrňovací diody (D):

101. 199 – nízkovýkonové diody s konstantní nebo průměrnou hodnotou propustného proudu menší než 0,3A.

201. 299 – diody středního výkonu s konstantním nebo průměrným propustným proudem od 0,3 do 10A.

Existují také vysoce výkonné diody s proudem vyšším než 10A. Odvod tepla pro diody s nízkým výkonem se provádí přes pouzdro, pro diody se středním a vysokým výkonem přes chladiče.

Do roku 1982 existovala jiná klasifikace:

• od 1 do 100 – pro bodové germaniové diody;
• od 101 do 200 – pro bodové křemíkové diody;
• od 201 do 300 – pro planární křemíkové diody;
• od 301 do 400 – pro planární germaniové diody;
• od 401 do 500 – pro směšování mikrovlnných detektorů;
• od 501 do 600 – pro násobící diody;
• od 601 do 700 – pro video detektory;
• od 701 do 749 – pro parametrické germaniové diody;
• od 750 do 800 – pro parametrické křemíkové diody;
• od 801 do 900 – pro zenerovy diody;
• od 901 do 950 – pro varikapy;
• od 951 do 1000 – pro tunelové diody;
• od 1001 do 1100 – pro rektifikační kolony;

JEDEC systém (USA)

• první číslice je počet pn přechodů (1 – dioda; 2 – tranzistor; 3 – tyristor);
• potom N (číslo typu) a sériové číslo;
• poté může být několik čísel o hodnocení a jednotlivých charakteristikách diody.

Podle tohoto systému se zařízení dělí na průmyslová a domácí. Zařízení pro domácnost jsou kódována dvěma písmeny a třemi čísly od 100 do 999. Průmyslová zařízení budou mít tři písmena a dvě čísla od 10 do 99. Pro diody:
1) První písmeno:
· A — germanium Ge
· B – křemík Si
· C – gallium Ga
· R – ostatní polovodiče
2) Druhé písmeno je písmeno A, označující nízkopříkonové spínací a univerzální diody.
3) Třetí písmeno odpovídá za příslušnost prvku do oblasti speciálního použití (průmysl, armáda). „Z“, „Y“, „X“ nebo „W“.
4) Čtvrté je 2, 3 nebo 4místné sériové číslo zařízení.
5) Doplňkový kód – u usměrňovacích diod udává maximální amplitudu zpětného napětí.

Systém JIS (Japonsko)

• První číslice je počet přechodů (0 – fototranzistor, fotodioda; 1 – dioda; 2 – tranzistor; 3 – tyristor);
• Dále písmeno S (semiconductors) – polovodič;
• Potom písmeno odpovědné za typ zařízení:
• A – RF tranzistory pnp;
• B – LF tranzistory pnp;
• С – VF tranzistory npn;
• D – nízkofrekvenční tranzistory npn;
• E – diody;
• F – tyristory;
• G – Gunnovy diody;
• H – unijunkční tranzistory;
• J – tranzistory s efektem pole s p-kanálem;
• K – tranzistory s efektem pole s n-kanálem;
• M – symetrické tyristory;
• Q – světelné diody;
• R – usměrňovací diody;
• S – diody s malým signálem;
• T – lavinové diody;
• V – varikapy, kolíkové diody, diody pro uchovávání náboje;
• Z – Zenerovy diody, stabilizátory, omezovače.

• Reg. číslo zařízení;
• Úprava zařízení;
• Dále může být index popisující speciální vlastnosti.

Princip činnosti usměrňovací diody

Polovodiče jsou svými elektrickými vlastnostmi někde mezi vodiči a dielektriky.

Jak se chová dioda při připojení vpřed a vzad.

Прямое направление – směr stejnosměrného proudu, ve kterém má dioda nejmenší odpor.

Opačný směr – směr stejnosměrného proudu, ve kterém má dioda největší odpor.

Uvažujme chování proudu v obvodu při přímém a zpětném připojení na střídavé a stejnosměrné napětí. Zpočátku budeme mít sinusovou vlnu, která se získá ze zdroje střídavého proudu.

S takovými způsoby připojení je polovina sinusovky, pozitivní nebo negativní, odříznuta. Výstupem je pulzující střídavý proud stejného znaménka (považujte jej za konstantní, jediný háček je v tom, že jej nikdo nepoužívá).

• anoda (pro přímé spojení připojíme na plus), základna trojúhelníku;
• katoda (připojit k mínus pro přímé připojení) hůl.

Uvažujme chování diody ve stejnosměrném obvodu. Na levém obrázku teče proud, prochází napětí – kontrolka svítí (černá) – jedná se o přímé spojení. Na pravém obrázku dioda neprochází dostatečný proud a napětí k rozsvícení žárovky – zpětné spínání.

I-V charakteristiky usměrňovacích diod (Ge, Si)

Proudově-napěťové charakteristiky (voltampérové ​​charakteristiky) diod jsou grafy propustných a zpětných proudů (Y) a napětí (X) při různých teplotách.

Když je aplikováno zpětné napětí, které překračuje prahovou hodnotu, velikost zpětného proudu se zvyšuje a dochází k rozpadu vrstvy pn. Stojí za to věnovat pozornost pořadí čísel podél os. Velikost zpětného proudu je řádově menší než dopředný proud. Hodnoty dopředného napětí jsou o řád nižší než zpětné napětí. Po dosažení prahové hodnoty propustného napětí se propustný proud začne lavinovitě zvyšovat.

Rozdíl mezi diodami je v tom, že zpětný proud křemíkových diod je menší než u germaniových diod. V důsledku vyššího proudu je proto u Ge diod průraz tepelného charakteru, zatímco u Si diod převažuje elektrický průraz. Výkon rozptýlený při stejných proudech je u germaniových diod menší.