Diodu maksimālā apgrieztā sprieguma noteikšana. Rektifikācijas strāva

bezmaksas tiešsaistes bibliotēka "KnigaGo.ru"

Http://knigago.ru

I. Pusvadītāju diodu parametru aprēķins

Taisngriežu diodes ir paredzētas zemfrekvences maiņstrāvas (parasti mazāk nekā 50 kHz) izlīdzināšanai. Kā taisngrieži tiek izmantotas plakanas diodes, kas lielā kontakta laukuma dēļ pieļauj lielu izlīdzinātu strāvu. Diodes strāvas sprieguma raksturojums izsaka caur diodi plūstošās strāvas atkarību no tam piemērotā sprieguma vērtības un polaritātes (1.1. Attēls). Pirmajā kvadrantā izvietotā atzare atbilst strāvas virzienam uz priekšu (caurlaidspēja), bet trešajā - pretējā strāvas virzienā.

Jo stāvāks un tuvāk vertikālajai asij tiešais atzars un tuvāk horizontālajam atgriešanās atzaram, jo labākas ir diodes iztaisnošanas īpašības. Ar pietiekami lielu reverso spriegumu pie diodes notiek sadalījums, t.i. reversā strāva strauji paaugstinās. Diodes kā elementa ar vienpusēju vadītspēju normāla darbība ir iespējama tikai režīmos, kad reversais spriegums nepārsniedz sadalīšanās spriegumu.

Diodes strāvas ir atkarīgas no temperatūras (sk. 1.1. Attēlu). Ja caur diodi plūst nemainīga strāva, tad mainoties temperatūrai, sprieguma kritums diodē mainās aptuveni par 2 mV / ° C. Palielinoties temperatūrai, reversā strāva divkāršojas germānijam un 2,5 reizes silīcija diodēm par katrām 10 ° C. Sadalīšanās spriegums samazinās, paaugstinoties temperatūrai.

Augstfrekvences diodes ir universālas ierīces: strāvu izlīdzināšanai plašā frekvenču diapazonā (līdz vairākiem simtiem MHz), modulācijai, noteikšanai un citām nelineārām transformācijām. Punktu diodes galvenokārt izmanto kā augstas frekvences. Augstfrekvences diodēm ir tādas pašas īpašības kā taisngriežiem, taču to darbības frekvences diapazons ir daudz plašāks.

Galvenie iestatījumi:

Unp- pastāvīgs spriegums uz priekšu pie noteiktas pastāvīgas straumes;

Uobr- pastāvīgs reversais spriegums, kas diodei tiek lietots pretējā virzienā;

Ipp- tiešā tiešā strāva, kas plūst caur diode uz priekšu;

Iobr- pastāvīga reversā strāva, kas caur diodi plūst pretējā virzienā ar noteiktu reverso spriegumu;

Unp.obr- apgrieztā sprieguma vērtība, kas izraisa diodes krustojuma sadalījumu;

Inp.cp- vidējā priekšējā strāva, vidējā diodes straumes vērtība periodā;

Ivp sr- vidējā taisngrieža strāva, vidējā labotās strāvas vērtība, kas periodiski plūst caur diode (ņemot vērā reverso strāvu);

Iobr.cp- vidējā reversā strāva, reversās strāvas vidējā vērtība periodā;

Rpr- uz priekšu izkliedētā jauda, jaudas vērtība, ko izkliedē diode, kad straume virzās uz priekšu;

Pcr ir vidējā diodes izkliedētā jauda, vidējā diodes izkliedētās jaudas periodā, kad plūst uz priekšu un atpakaļgaitā esošā strāva;

Rdif- diferenciālā diodes pretestība, neliela pieauguma diodes spriegumam attiecība pret nelielu strāvas pieaugumu tajā noteiktā režīmā

(1.1)

Rnp.d... - diodes pretestība pret tiešo strāvu, diodes pretestības vērtība, kas iegūta kā tiešā sprieguma dalīšanas diodē un attiecīgās priekšējās strāvas koeficients

Robr.d- diodes reversā pretestība; diodes pretestības vērtība, kas iegūta kā pastāvīgā reversā sprieguma dalīšanas diodē un attiecīgās nemainīgās reversās strāvas koeficients

(1.3)

Maksimāli pieļaujamie parametri nosaka darbības apstākļu robežas, pie kuriem diode var darboties ar noteiktu varbūtību noteiktā kalpošanas laikā. Tie ietver: maksimālo pieļaujamo līdzstrāvas reverso spriegumu Uobr.max; maksimālā pieļaujamā straume uz priekšu Ipr.max, maksimāli pieļaujamā vidējā straume uz priekšu Sv.maks, maksimāli pieļaujamā vidējā izlīdzinātā strāva T.i. vid. Maks, maksimāli pieļaujamā vidējā diodes jaudas izkliede Rcr.max.

Norādītie parametri ir norādīti atsauces literatūrā. Turklāt tos var noteikt eksperimentāli un pēc voltamperu īpašībām.

Mēs atrodam diferenciālo pretestību kā pieskares slīpuma leņķa kotangentu, kas novilkts pie I - V raksturlieluma taisnā atzara punktā Ipr= 12 mA ( Rdiff ~ ctg Θ ~)

(1.4)

Diodes pretestība uz priekšu tiek atrasta kā pastāvīgā sprieguma attiecība visā diodē Upr= 0,6 V atbilstošajai līdzstrāvai Ipr= 12mA uz I - V raksturlieluma tiešā atzara.

(1.5)

Mēs to redzam Rdif < Rpr.d... Turklāt ņemiet vērā, ka šo parametru vērtības ir atkarīgas no norādītā režīma. Piemēram, par to pašu diode plkst Ipp= 4mA

(1.6) , (1.7)

Aprēķiniet Robr.d diodei GD107 plkst Uobr= 20 V un salīdzina ar aprēķināto vērtību Rpr.d... GD107 raksturlieluma I - V reversā atzarojumā (sk. 1.2. Attēlu) mēs atrodam: Iobr= 75μA pie Uobr= 20V. Tādējādi

(1.8)

Mēs to redzam Robrs>>Rpr.d, kas norāda diodes vienpusējo vadītspēju. Secinājumu par vienpusēju vadītspēju var izdarīt arī tieši, analizējot I - V raksturlielumu: straume uz priekšu Ipp~ mA plkst Upr <1B, в то время как Iobp~ desmitiem μA pie Uobr ~ desmiti volti, t.i. uz priekšu esošā strāva simtiem vai tūkstošiem reižu pārsniedz reverso

(1.9)

Zenera diodes un stabilizatori ir paredzēti, lai stabilizētu sprieguma līmeni, mainoties strāvai, kas plūst caur diodi. Zenera diodēm darba sadaļa ir strāvas-sprieguma raksturlieluma elektriskais sadalījums reverso spriegumu reģionā (1.3. Att.).

Šajā sadaļā spriegums pāri diodei paliek praktiski nemainīgs, ievērojami mainoties strāvai, kas plūst caur diode. Līdzīga īpašība ir sakausējuma diodēm, kuru pamatne ir izgatavota no zemas pretestības (ļoti leģēta) materiāla. Šajā gadījumā tiek izveidots šaurs p-n-krustojums, kas rada apstākļus elektriskās sabrukšanas rašanās gadījumiem ar salīdzinoši zemu reverso spriegumu (vienības - desmitiem voltu). Proti, šie spriegumi ir nepieciešami daudzu tranzistoru ierīču darbināšanai. Ģermānija diodēs elektriskā sadalīšanās ātri pārvēršas termiskā, tāpēc silīcija diodes tiek izmantotas kā zenera diodes, kas ir izturīgākas pret termisko sadalījumu. Stabilizatoriem strāvas sprieguma raksturlieluma taisna sadaļa kalpo kā darba ņēmējs (1.4. Attēls). Divpusējām (abpusēja anoda) zenera diodēm ir divi pretēji savienoti p-n savienojumi, no kuriem katrs ir galvenais pretējās polaritātes nodrošināšanai.

Galvenie iestatījumi:

Ust- stabilizācijas spriegums, spriegums visā zenera diodē, kad nominālā strāva plūst;

∆Un. Nom- nominālā stabilizācijas sprieguma izplatība, Zenera diodes sprieguma novirze no nominālvērtības;

Rdif.st- zenera diodes diferenciālā pretestība, stabilizācijas sprieguma pieauguma attiecība uz zenera diodi un mazo strāvas pieaugumu, kas to izraisīja noteiktā frekvenču diapazonā;

α CT ir stabilizācijas sprieguma temperatūras koeficients, stabilizācijas sprieguma relatīvo izmaiņu attiecība pret absolūtām apkārtējās temperatūras izmaiņām pie nemainīgas stabilizācijas strāvas.

Maksimāli pieļaujamie parametri. Tie ietver: maksimālo Ist.max, minimums Ist.min stabilizācijas strāvas, maksimāli pieļaujamā straume Imax, maksimāli pieļaujamā jaudas izkliede Pmax.

Vienkāršākā pusvadītāja sprieguma regulatora darbības princips (1.5. Att.) Pamatojas uz zenera diodes strāvas-sprieguma raksturlielumu nelinearitātes izmantošanu (sk. 1.3. Att.) .Vienkāršākais pusvadītāju stabilizators ir sprieguma dalītājs, kas sastāv no ierobežojošais rezistors Rogr un silīcija Zenera diode VD. Slodze Rn ir savienota ar zenera diode,

Šajā gadījumā slodzes spriegums ir vienāds ar spriegumu visā zenera diodē

U R N = U VD = U ST(1.10)

un ieejas spriegums tiek sadalīts starp Rogr un VD

U IN = U R OGR + U ST(1.11)

Pašreizējais caur Rogr saskaņā ar pirmo Kirhofa likumu ir vienāds ar slodzes strāvu un zenera diode summu

I R OGR = I ST + I N (1.12)

Daudzums Rogr ir izvēlēts tā, lai strāva caur zenera diode būtu vienāda ar nominālo, t.i. atbilda darba zonas vidum.

I ST.NOM = (I ST.MIN + I ST.MAX) / 2 (1.13)

Sveiki, dārgie vietnes sesaga.ru lasītāji. Raksta pirmajā daļā mēs noskaidrojām, kas ir pusvadītājs un kā tajā rodas strāva. Šodien mēs turpināsim iesākto tēmu un runāsim par pusvadītāju diodu darbības principu.

Diods ir pusvadītāju ierīce ar vienu pn savienojumu, kurai ir divi vadi (anods un katods), un tā ir paredzēta elektrisko signālu izlīdzināšanai, noteikšanai, stabilizēšanai, modulēšanai, ierobežošanai un pārveidošanai.

Saskaņā ar to funkcionālo mērķi diodes tiek sadalītas taisngriežu, universālajās, impulsu, mikroviļņu diodēs, zeneru diodēs, varikapās, komutācijās, tuneļa diodēs utt.

Teorētiski mēs zinām, ka diode iet caur strāvu vienā virzienā, bet ne citā. Bet kā un kā viņš to dara, daudzi cilvēki to nezina un nesaprot.

Diodi var shematiski attēlot kā kristālu, kas sastāv no diviem pusvadītājiem (reģioniem). Vienam kristāla reģionam ir p tipa vadītspēja, bet otram - n veida vadītspēja.

Attēlā caurumi, kas dominē p tipa reģionā, parasti tiek attēloti sarkanos apļos, un n tipa reģionā dominējošie elektroni ir parādīti zilā krāsā. Šīs divas zonas ir diode anoda un katoda elektrodi:

Anods ir pozitīvs diodes elektrods, kurā galvenie lādiņu nesēji ir caurumi.

Katods ir negatīvs diodes elektrods, kurā elektroni ir galvenie lādiņu nesēji.

Uz reģionu ārējām virsmām tiek uzlikti kontaktmetāla slāņi, uz kuriem tiek pielodēti diode elektrodu vadu vadi. Šāda ierīce var būt tikai vienā no diviem stāvokļiem:

1. atvērts - kad tas labi vada strāvu; 2. Slēgts - kad tas slikti vada strāvu.

Tiešs diodes savienojums. Līdzstrāva.

Ja pastāvīgs sprieguma avots ir pievienots diodes elektrodiem: anoda spailei "plus" un katoda izejai "mīnus", diode būs atvērtā stāvoklī un caur to plūsīs strāva, vērtība no kuriem būs atkarīgs no pielietotā sprieguma un diode īpašībām.

Ar šo savienojuma polaritāti elektroni no n-veida reģiona steigsies pret caurumiem p-veida reģionā, un caurumi no p-veida reģiona virzīsies uz elektroniem n-veida reģionā. Saskarē starp reģioniem, ko dēvē par elektronu caurumu vai p-n savienojumu, tie satiksies, kur notiek to savstarpējā absorbcija vai rekombinācija.

Piemēram. Galvenie n-veida reģiona lādiņu nesēji, elektroni, pārvarot p-n krustojumu, nonāk p-veida cauruma reģionā, kurā tie kļūst par mazākumu. Kļūstot par mazākumu, elektronus absorbēs lielākā daļa nesēju caurumu rajonā - caurumi. Tādā pašā veidā caurumi, iekrītot n-veida elektroniskajā reģionā, kļūst par mazākuma nesējiem šajā reģionā, un tos absorbēs arī vairākuma nesēji - elektroni.

Diodes kontakts, kas savienots ar pastāvīgā sprieguma avota negatīvo polu, n tipa reģionam izdos gandrīz neierobežotu elektronu skaitu, papildinot elektronu samazināšanos šajā reģionā. Un kontakts, kas savienots ar sprieguma avota pozitīvo polu, spēj pieņemt tādu pašu elektronu skaitu no p tipa reģiona, kā rezultātā tiek atjaunota urbumu koncentrācija p tipa reģionā. Tādējādi p-n krustojuma vadītspēja kļūs liela, un pretestība strāvai būs maza, tas nozīmē, ka caur diode plūst strāva, ko sauc par diodes priekšējo strāvu Ipr.

Reversā diodes ieslēgšana. Reversā strāva.

Mainīsim pastāvīgā sprieguma avota polaritāti - diode būs noslēgtā stāvoklī.

Šajā gadījumā n tipa reģiona elektroni virzīsies uz enerģijas avota pozitīvo polu, attālinoties no pn krustojuma, un p-veida reģiona caurumi arī attālināsies no pn krustojuma, pārejot uz negatīvo strāvas avota stabs. Tā rezultātā reģionu robeža it kā paplašināsies, veidojot caurumos un elektronos noplicinātu zonu, kas nodrošinās lielu pretestību strāvai.

Bet, tā kā mazākuma lādiņu nesēji atrodas katrā no diodes reģioniem, tad starp reģioniem joprojām notiks neliela elektronu un caurumu apmaiņa. Tāpēc strāva caur diodi plūst daudzkārt mazāka nekā priekšējā strāva, un šo strāvu sauc par diodes reverso strāvu (Iobr). Parasti praksē pn krustojuma pretējā strāva tiek atstāta novārtā, un no tā tiek secināts, ka pn krustojumam ir tikai vienpusēja vadītspēja.

Diodes spriegums uz priekšu un atpakaļ.

Spriegumu, pie kura diods atveras un caur to plūst uz priekšu vērsta strāva, sauc par tiešo (Upr), savukārt apgrieztās polaritātes spriegumu, pie kura diods aizveras un pretējā strāva plūst, - par reverso (Urev).

Ar spriegumu uz priekšu (Upr) diodes pretestība nepārsniedz vairākus desmitus omu, bet ar reverso spriegumu (Urev) pretestība palielinās līdz vairākiem desmitiem, simtiem un pat tūkstošiem kilogramu omu. To nav grūti pārbaudīt, ja izmērāt diodes reverso pretestību ar ommetru.

Diodes p-n savienojuma pretestība nav nemainīga un ir atkarīga no priekšējā sprieguma (Upr), kas tiek piegādāts diodei. Jo lielāks ir šis spriegums, jo mazāka pretestība ir p-n krustojumam, jo lielāka ir priekšējā strāva Ipr caur diode. Slēgtā stāvoklī gandrīz viss spriegums pazeminās visā diodē, tādēļ pretējā strāva, kas iet caur to, ir maza, un p-n savienojuma pretestība ir liela.

Piemēram. Ja ieslēdzat diodi maiņstrāvas ķēdē, tad anodā tas atvērsies ar pozitīviem pusperiodiem, brīvi pārejot uz priekšu (Ipr) un aizveroties ar negatīviem pusperiodiem anodā, gandrīz nenododot strāvu pretējs virziens - reversā strāva (Irev). Šīs diodes īpašības tiek izmantotas, lai pārveidotu maiņstrāvu līdzstrāvā, un šādas diodes sauc par taisngriežu diodēm.

Pusvadītāju diodes strāvas sprieguma raksturlielums.

Strāvas, kas iet caur p-n krustojumu, atkarība no tam piemērotā sprieguma lieluma un polaritātes tiek attēlota kā līkne, ko sauc par diodes strāvas sprieguma raksturlielumu.

Zemāk redzamais grafiks parāda šādu līkni. Vertikālā ass augšējā daļā parāda straumes vērtības (Irev), bet apakšējā daļā - reverso strāvu (Irev). Horizontālā ass labajā pusē parāda priekšējā sprieguma Upr vērtības , un kreisajā daļā - reversais spriegums (Urev).

Strāvas sprieguma raksturlielums it kā sastāv no divām zarām: priekšējā atzars augšējā labajā daļā atbilst uz priekšu (caurlaidei) esošajai strāvai caur diodi un reversā atzarojums apakšējā kreisajā daļā, kas atbilst reversā (slēgta) strāva caur diode.

Priekšējā atzarojums iet strauji uz augšu, nospiežot pret vertikālo asi, un raksturo strauju straumes pieaugumu caur diodi ar priekšu vērsta sprieguma pieaugumu; reversā filiāle iet gandrīz paralēli horizontālajai asij un raksturo lēno augšanu. reversā strāva. Jo stāvāks priekšējais atzars ir vertikālajai asij un tuvāk horizontālajam atgriešanās atzaram, jo labākas ir diodes iztaisnošanas īpašības. Nelielas apgrieztās strāvas klātbūtne ir diodu trūkums. No strāvas-sprieguma raksturlīknes var redzēt, ka diodes uz priekšu virzītā strāva (Ipr) ir simtiem reižu lielāka nekā reversā strāva (Irev).

Palielinoties spriegumam uz priekšu pāri p-n pārejai, strāva vispirms palielinās lēnām, un pēc tam sākas straujas strāvas pieauguma sadaļa. Tas ir saistīts ar faktu, ka germānija diode atveras un sāk vadīt strāvu pie 0,1 - 0,2 V sprieguma uz priekšu un silīcija diode pie 0,5 - 0,6 V.

Piemēram. Ja spriegums uz priekšu Upr = 0,5 V, priekšējā strāva Ipr ir 50mA (punkts "a" grafikā), un jau ar spriegumu Upr = 1V strāva palielinās līdz 150mA (punkts "b" grafikā).

Bet šāds strāvas pieaugums izraisa pusvadītāja molekulas sildīšanu. Un, ja izdalītā siltuma daudzums ir lielāks nekā dabiski no kristāla noņemtais vai ar īpašu dzesēšanas ierīču (radiatoru) palīdzību, tad vadītāja molekulā var notikt neatgriezeniskas izmaiņas līdz kristāla režģa iznīcināšanai. Tāpēc p-n krustojuma priekšējā strāva ir ierobežota līdz līmenim, kas izslēdz pusvadītāju struktūras pārkaršanu. Lai to izdarītu, izmantojiet ierobežojošo rezistoru virknē ar diode.

Pusvadītāju diodēm priekšējais spriegums Upr pie visām darba strāvām nepārsniedz: germānijam - 1 V; silīcijam - 1,5 V.

Palielinoties reversā spriegumam (Urev), kas tiek piemērots p-n krustojumam, strāva nedaudz palielinās, par ko liecina strāvas sprieguma raksturlieluma reversais atzars. Paņemsim diodi ar parametriem: Urev max = 100V, Iobr max = 0,5 mA, kur:

Urev max - maksimālais nemainīgais reversais spriegums, V; Irev max - maksimālā apgrieztā strāva, μA.

Pakāpeniski palielinot reverso spriegumu līdz 100V, var redzēt, cik nenozīmīgi aug reversā strāva (grafikā punkts "b"). Bet, palielinoties spriegumam, pārsniedzot maksimālo, kam paredzēts diodes pn krustojums, notiek strauja pretējās strāvas (punktētās līnijas) palielināšanās, pusvadītāja kristāls tiek uzkarsēts un rezultātā tiek sadalīts notiek pn krustojums.

P-n krustojuma sadalījumi.

P-n krustojuma sadalījums ir straujas reversās strāvas pieauguma parādība, kad reversais spriegums sasniedz noteiktu kritisko vērtību. Izšķir pn krustojuma elektrisko un termisko sadalījumu. Savukārt elektriskais sadalījums ir sadalīts tuneļa un lavīnas sadalījumā.

Elektriskais sadalījums.

Elektriskais sadalījums notiek spēcīga elektriskā lauka iedarbības rezultātā pn krustojumā. Šāds sadalījums ir atgriezenisks, tas ir, tas nesabojā krustojumu, un, samazinoties pretējam spriegumam, tiek saglabātas diodes īpašības. Piemēram. Šajā režīmā darbojas zenera diodes - diodes, kas paredzētas sprieguma stabilizēšanai.

Tuneļa sadalījums.

Tuneļu sadalījums notiek tuneļa efekta parādības rezultātā, kas izpaužas faktā, ka ar spēcīgu elektrisko lauku, kas darbojas maza biezuma pn krustojumā, daži elektroni iekļūst (noplūst) caur pāreju no p tipa reģiona uz n tipa reģionu, nemainot to enerģiju ... Plāni p-n savienojumi ir iespējami tikai ar lielu piemaisījumu koncentrāciju pusvadītāju molekulā.

Atkarībā no diodes jaudas un mērķa elektrona-cauruma savienojuma biezums var svārstīties no 100 nm (nanometri) līdz 1 mikronam (mikrometrs).

Tuneļu sadalījumu raksturo strauja reversās strāvas paaugstināšanās ar nenozīmīgu reverso spriegumu - parasti vairākiem voltiem. Tuneļa diodes darbojas, pamatojoties uz šo efektu.

To īpašību dēļ tuneļa diodes tiek izmantotas pastiprinātājos, sinusoidālo relaksācijas svārstību ģeneratoros un komutācijas ierīcēs ar frekvenci līdz simtiem un tūkstošiem megahercu.

Lavīnu sadalījums.

Lavīnas sabrukums sastāv no tā, ka spēcīga elektriskā lauka ietekmē mazākuma lādiņu nesēji siltuma iedarbībā pn krustojumā tiek paātrināti tik daudz, ka tie var izsist vienu no tā valences elektroniem no atoma un pārnest uz vadīšanas joslu, tādējādi veidojot elektronu-caurumu pāri. Iegūtie lādiņu nesēji arī sāks paātrināties un sadurties ar citiem atomiem, veidojot nākamos elektronu-caurumu pārus. Process iegūst lavīnai līdzīgu raksturu, kas izraisa strauju reversās strāvas pieaugumu pie praktiski nemainīga sprieguma.

Diodes, kas izmanto lavīnas sabrukšanas efektu, tiek izmantotas jaudīgos taisngriežu blokos, ko izmanto metalurģijas un ķīmijas rūpniecībā, dzelzceļa transportā un citos elektrotehnikas izstrādājumos, kuros var rasties reversais spriegums, kas ir lielāks par pieļaujamo.

Termiskais sadalījums.

Termiskā sadalīšanās notiek pn krustojuma pārkaršanas rezultātā brīdī, kad caur to plūst liela strāva un ar nepietiekamu siltuma noņemšanu, kas nenodrošina krustojuma termiskā režīma stabilitāti.

Palielinoties reversā spriegumam (Urev), kas tiek piemērots p-n krustojumam, izkliedētā jauda krustojumā palielinās. Tas noved pie pusvadītāja pārejas un blakus esošo reģionu temperatūras paaugstināšanās, kristāla atomu vibrācijas palielinās, un valences elektronu saikne ar tiem vājinās. Varbūtība rodas elektronu pārejai uz vadīšanas joslu un papildu elektronu-caurumu pāru veidošanos. Sliktos siltuma pārneses apstākļos no p-n krustojuma notiek lavīnveida temperatūras paaugstināšanās, kas noved pie krustojuma iznīcināšanas.

Pabeigsim to, un nākamajā daļā mēs apsvērsim taisngriežu diodu struktūru un darbību, diode tiltu.

Avots:

1. Borisovs VG - jauns radioamatieris. 1985. gada 2. gads. Gorjunovs N.N. Nosov Yu.R. - Pusvadītāju diodes. Parametri, mērīšanas metodes. 1968. gads

sesaga.ru

Diodes, diodes straumes, diodes reversā sprieguma pamatparametri

Galvenie diodu parametri ir diodes (Ipr) straume uz priekšu un diode maksimālais reversais spriegums (Urev). Tieši viņiem ir jāzina, vai uzdevums ir izstrādāt jaunu strāvas padeves taisngriezi.

Diodes priekšu strāva

Diodes straumi uz priekšu var viegli aprēķināt, ja ir zināma kopējā strāva, ko piesaistīs jaunā PSU slodze. Tad, lai nodrošinātu uzticamību, jums nedaudz jāpaaugstina šī vērtība, un jūs saņemat strāvu, kurai jums jāizvēlas taisngrieža diode. Piemēram, barošanas avotam jāspēj izturēt 800 mA. Tāpēc mēs izvēlamies diodi, kurā diodes priekšējā strāva ir 1A.

Diodes reversais spriegums

Diodes maksimālais reversais spriegums ir parametrs, kas atkarīgs ne tikai no maiņstrāvas sprieguma vērtības pie ieejas, bet arī no taisngrieža veida. Lai izskaidrotu šo apgalvojumu, ņemiet vērā šādus skaitļus. Tie parāda visas galvenās taisngrieža shēmas.

Att. viens

Kā mēs teicām iepriekš, spriegums taisngrieža izejā (pāri kondensatoram) ir vienāds ar transformatora sekundārā tinuma efektīvo spriegumu, kas reizināts ar √2. Pusviļņu taisngriezī (1. attēls), kad spriegumam pie diodes anoda ir pozitīvs potenciāls attiecībā pret zemi, filtra kondensatoru uzlādē līdz spriegumam, kas pārsniedz taisngrieža ieejas faktisko spriegumu ar 1,4 reizes. Nākamajā puscikla laikā spriegums pie diodes anoda ir negatīvs attiecībā pret zemi un sasniedz amplitūdas vērtību, un katodā tas ir pozitīvs attiecībā pret zemi un tam ir tāda pati vērtība. Šajā puscikla laikā diodei tiek piemērots pretējs spriegums, ko iegūst transformatora tinuma un uzlādētā filtra kondensatora sērijveida savienojuma dēļ. Tie. diodes reversajam spriegumam jābūt ne mazākam par transformatora sekundārā dubultās amplitūdas spriegumu vai 2,8 reizes lielākam par tā faktisko vērtību. Aprēķinot šādus taisngriežus, jāizvēlas diodes, kuru maksimālais apgrieztais spriegums ir 3 reizes lielāks par mainīgā sprieguma faktisko vērtību.

Att. 2

2. attēlā parādīts pilna viļņa taisngriezis ar izejas centra punktu. Tajā, tāpat kā iepriekšējā, diodes jāizvēlas ar reverso spriegumu, kas 3 reizes pārsniedz ievades faktisko vērtību.

Att. 3

Situācija ir pilna viļņu tilta taisngrieža gadījumā. Kā redzat zīm. 3 katrā divciklā divreiz spriegums tiek iedarbināts uz divām nevadošām, sērijveidā savienotām diodēm.

katod-anod.ru

Diodes darbības princips un mērķis

Diods ir pusvadītāju bāzes ierīces veids. Tam ir viena p-n pāreja, kā arī anoda un katoda spailes. Vairumā gadījumu tas ir paredzēts modulēšanai, labošanai, pārveidošanai un citām darbībām ar ienākošajiem elektriskajiem signāliem.

Darbības princips:

Katodā darbojas elektriskā strāva, sildītājs sāk spīdēt, un elektrods izstaro elektronus.
Starp abiem elektrodiem rodas elektriskais lauks.
Ja anodam ir pozitīvs potenciāls, tad tas sāk piesaistīt sev elektronus, un iegūtais lauks ir šī procesa katalizators. Šajā gadījumā notiek emisijas strāvas veidošanās.
Starp elektrodiem veidojas negatīvs kosmosa lādiņš, kas var traucēt elektronu kustību. Tas notiek, ja anoda potenciāls ir pārāk vājš. Šajā gadījumā elektronu daļas nespēj pārvarēt negatīvā lādiņa iedarbību, un tās sāk kustēties pretējā virzienā, atkal atgriežoties pie katoda.
Visi elektroni, kas sasnieguši anodu un nav atgriezušies katodā, nosaka katoda strāvas parametrus. Tāpēc šis rādītājs ir tieši atkarīgs no pozitīvā anoda potenciāla.
Visu elektronu plūsmu, kas varētu nokļūt anodā, sauc par anoda strāvu, kuras indikatori diodē vienmēr atbilst katoda strāvas parametriem. Dažreiz abi rādītāji var būt nulle, tas notiek situācijās, kad anodam ir negatīvs lādiņš. Šajā gadījumā starp elektrodiem radītais lauks nepaātrina daļiņas, bet, gluži pretēji, tās palēnina un atgriež katodā. Diods šajā gadījumā paliek noslēgtā stāvoklī, kas noved pie ķēdes atvēršanas.

Ierīce

Zemāk ir detalizēts diodes ierīces apraksts. Šīs informācijas izpēte ir nepieciešama, lai vēl vairāk izprastu šo elementu darbības principus:

Korpuss ir vakuuma cilindrs, ko var izgatavot no stikla, metāla vai izturīgiem keramikas materiāliem.
Balona iekšpusē ir 2 elektrodi. Pirmais ir apsildāms katods, kas paredzēts elektronu emisijas procesa nodrošināšanai. Katods, kas pēc konstrukcijas ir visvienkāršākais, ir kvēldiega pavediens ar nelielu diametru, kas darbības laikā tiek uzkarsēts, taču mūsdienās biežāk tiek izmantoti netieši sildāmi elektrodi. Tie ir cilindri, kas izgatavoti no metāla, un tiem ir īpašs aktīvs slānis, kas spēj izstarot elektronus.
Netieši uzkarsētā katoda iekšpusē ir īpašs elements - vads, kas tiek uzkarsēts elektriskās strāvas ietekmē, to sauc par sildītāju.
Otrais elektrods ir anods, un tas ir nepieciešams, lai uztvertu elektronus, kurus atbrīvojis katods. Lai to izdarītu, tam jābūt pozitīvam potenciālam attiecībā pret otro elektrodu. Vairumā gadījumu anods ir arī cilindrisks.
Abi vakuuma ierīču elektrodi ir pilnīgi identiski pusvadītāju tipa elementu izstarotājam un pamatnei.
Diodu kristālu ražošanai visbiežāk izmanto silīciju vai germāniju. Viena no tās daļām ir elektrovadītspējīga p tipā un tai trūkst elektronu, kas veidojas ar mākslīgu metodi. Kristāla pretējā pusē ir arī n-veida vadītspēja un tajā ir elektronu pārpalikums. Starp abiem apgabaliem ir robeža, ko sauc par p-n krustojumu.

Šādas iekšējās ierīces iezīmes dod diodēm galveno īpašību - spēju vadīt elektrisko strāvu tikai vienā virzienā.

Pieraksts

Tālāk ir norādītas galvenās diodu izmantošanas jomas, kuru piemērs kļūst skaidrs:

Diodu tilti ir 4, 6 vai 12 diodes, kas savienotas viena ar otru, to skaits ir atkarīgs no ķēdes veida, kas var būt vienfāzes, trīsfāzu pustilts vai trīsfāzu pilnas tilts. Viņi veic taisngriežu funkcijas, šī opcija visbiežāk tiek izmantota automobiļu ģeneratoros, jo šādu tiltu ieviešana, kā arī suku-kolektoru mezglu izmantošana kopā ar tiem ļāva ievērojami samazināt šīs ierīces izmērus un palielināt tā uzticamības pakāpi. Ja savienojums tiek veikts virknē un vienā virzienā, tad tas palielina minimālos sprieguma indikatorus, kas būs nepieciešami, lai atbloķētu visu diodes tiltu.
Diodu detektorus iegūst, apvienojot šīs ierīces ar kondensatoriem. Tas ir nepieciešams, lai varētu izolēt zemfrekvences modulāciju no dažādiem modulētiem signāliem, ieskaitot radio signāla moduļa moduli. Šādi detektori ir daļa no daudzu mājsaimniecības patērētāju, piemēram, televizoru vai radio, dizaina.
Nodrošinot patērētāju aizsardzību pret nepareizu polaritāti, ieslēdzot ķēdes ieejas no pārslodzēm vai pārslēgšanās no sadalīšanās ar elektromotora spēku, kas rodas pašindukcijā, kas rodas, kad induktīvā slodze tiek atvienota. Lai nodrošinātu ķēžu drošību no radītajām pārslodzēm, tiek izmantota ķēde, kas sastāv no vairākām diodēm, kuras ir savienotas ar piegādes kopnēm pretējā virzienā. Šajā gadījumā ieeja, kurai tiek nodrošināta aizsardzība, ir jāpievieno šīs ķēdes vidum. Ķēdes normālas darbības laikā visas diodes atrodas slēgtā stāvoklī, bet, ja tās ir konstatējušas, ka ieejas potenciāls ir pārsniedzis pieļaujamās sprieguma robežas, tiek aktivizēts viens no aizsardzības elementiem. Rezultātā šis pieļaujamais potenciāls ir ierobežots pieļaujamā barošanas sprieguma robežās papildus tiešajam sprieguma kritumam visā aizsargierīcē.
Diodes slēdžus izmanto, lai pārslēgtu augstfrekvences signālus. Šādas sistēmas vadība tiek veikta, izmantojot tiešo elektrisko strāvu, augstas frekvences atdalīšanu un vadības signāla padevi, kas notiek, pateicoties induktoriem un kondensatoriem.
Diodes dzirksteļu aizsardzības izveide. Tiek izmantoti šunta diode barjeras, kas nodrošina drošību, ierobežojot spriegumu attiecīgajā elektriskajā ķēdē. Kopā ar tiem tiek izmantoti strāvu ierobežojošie rezistori, kas nepieciešami, lai ierobežotu elektriskās strāvas rādītājus, kas iet caur tīklu, un palielinātu aizsardzības pakāpi.

Diodes elektronikā mūsdienās tiek izmantotas ļoti plaši, jo patiesībā neviens mūsdienu elektronisko iekārtu veids nav pilnīgs bez šiem elementiem.

Tieša diodes pārslēgšana

Diodes pn krustojumu var ietekmēt spriegums, kas tiek piegādāts no ārējiem avotiem. Tādi indikatori kā lielums un polaritāte ietekmēs tā izturēšanos un caur to pārnesto elektrisko strāvu.

Zemāk mēs detalizēti apsveram iespēju, kurā plus ir savienots ar p tipa reģionu, un negatīvo polu ar n veida reģionu. Šajā gadījumā notiks tiešs savienojums:

Ārējā avota sprieguma ietekmē p-n-krustojumā veidosies elektriskais lauks, savukārt tā virziens būs pretējs attiecībā pret iekšējo difūzijas lauku.
Lauka spriegums ievērojami samazināsies, kas izraisīs strauju barjeras slāņa sašaurināšanos.
Šo procesu ietekmē ievērojams skaits elektronu varēs brīvi pāriet no p-reģiona uz n-reģionu, kā arī pretējā virzienā.
Dreifējošās strāvas indeksi šajā procesā paliek nemainīgi, jo tie tieši ir atkarīgi tikai no mazākuma uzlādēto nesēju skaita, kas atrodas pn savienojuma reģionā.
Elektroniem ir paaugstināts difūzijas līmenis, kas noved pie mazākuma nesēju injekcijas. Citiem vārdiem sakot, n-reģionā notiks urbumu skaita pieaugums, un p-reģionā tiks reģistrēta paaugstināta elektronu koncentrācija.
Līdzsvara trūkums un palielināts mazākuma nesēju skaits liek viņiem dziļi iekļūt pusvadītājā un sajaukt ar tā struktūru, kas galu galā noved pie tā elektroneitralitātes īpašību iznīcināšanas.
Tajā pašā laikā pusvadītājs spēj atjaunot savu neitrālo stāvokli, tas ir saistīts ar lādiņu saņemšanu no pievienota ārēja avota, kas veicina līdzstrāvas parādīšanos ārējā elektriskajā ķēdē.

Reversā diodes ieslēgšana

Tagad tiks apsvērts cits ieslēgšanas veids, kura laikā mainās ārējā avota, no kura tiek pārraidīts spriegums, polaritāte:

Galvenā atšķirība no tiešā savienojuma ir tā, ka ģenerētajam elektriskajam laukam būs virziens, kas pilnībā sakrīt ar iekšējā difūzijas lauka virzienu. Attiecīgi bloķējošais slānis vairs netiks sašaurināts, bet, gluži pretēji, paplašināsies.
Laukam, kas atrodas pn krustojumā, būs paātrinoša ietekme uz vairākiem mazākuma lādiņu nesējiem, tādēļ dreifēšanas strāvas rādītāji paliks nemainīgi. Tas noteiks iegūtās strāvas parametrus, kas iet caur pn krustojumu.
Pieaugot reversajam spriegumam, elektriskā strāva, kas plūst caur krustojumu, mēdz sasniegt maksimālo veiktspēju. Tam ir īpašs nosaukums - piesātinājuma strāva.
Saskaņā ar eksponenciālo likumu, pakāpeniski paaugstinot temperatūru, palielināsies arī piesātinājuma strāva.

Spriegums uz priekšu un atpakaļ

Spriegums, kas ietekmē diode, tiek sadalīts pēc diviem kritērijiem:

Uz priekšu vērsts spriegums ir tas, pie kura diods atveras un caur to sāk iet uz priekšu, kamēr ierīces pretestības indikatori ir ārkārtīgi zemi.
Reversais spriegums ir tāds, kam ir pretēja polaritāte, un tas nodrošina, ka diode izslēdzas un caur to plūst reversā strāva. Tajā pašā laikā ierīces pretestības rādītāji sāk strauji un ievērojami pieaugt.

P-n-krustojuma pretestība ir pastāvīgi mainīgs rādītājs, pirmkārt, to ietekmē tiešais spriegums, kas tiek piemērots tieši diodei. Ja spriegums palielinās, tad savienojuma pretestības indikatori proporcionāli samazināsies.

Tas noved pie straumes, kas iet caur diode, parametru palielināšanās. Kad šī ierīce ir aizvērta, uz to iedarbojas faktiski viss spriegums, šī iemesla dēļ reversās strāvas indikatori, kas iet caur diode, ir nenozīmīgi, un savienojuma pretestība tajā pašā laikā sasniedz maksimālos parametrus.

Diodes darbība un tās strāvas sprieguma raksturojums

Šo ierīču strāvas sprieguma raksturlielumu saprot kā izliektu līniju, kas parāda caur p-n krustojumu plūstošās elektriskās strāvas atkarību no uz to iedarbojošā sprieguma tilpuma un polaritātes.

Līdzīgu grafiku var raksturot šādi:

Vertikālā ass: augšējais laukums atbilst pašreizējās strāvas vērtībām, apakšējais - reversās strāvas parametriem.
Horizontālā ass: labajā pusē esošais laukums ir paredzēts sprieguma vērtībām uz priekšu; kreisā zona reversā sprieguma parametriem.
Strāvas sprieguma raksturlieluma priekšējais atzars atspoguļo elektrisko strāvu, kas iet caur diode. Tas ir vērsts uz augšu un iet vertikālās ass tuvumā, jo tas atspoguļo elektriskās strāvas pieaugumu uz priekšu, kas rodas, palielinoties attiecīgajam spriegumam.
Otrais (reversais) atzars atbilst un parāda slēgtas elektriskās strāvas stāvokli, kas arī plūst caur ierīci. Tās stāvoklis ir tāds, ka tas darbojas praktiski paralēli horizontālajai asij. Jo stāvāk šī filiāle tuvojas vertikālei, jo augstākas ir konkrētā diode iztaisnošanas iespējas.
Pēc grafika var novērot, ka pēc tam, kad ir palielinājies uz priekšu spriegums, kas plūst caur p-n-krustojumu, notiek lēns elektriskās strāvas indikatoru pieaugums. Tomēr pakāpeniski līkne sasniedz apgabalu, kurā ir pamanāms lēciens, pēc kura tā rādītāji paātrināti palielinās. Tas ir saistīts ar diodes atvēršanu un strāvas vadīšanu ar spriegumu uz priekšu. Ierīcēm, kas izgatavotas no germānija, tas notiek ar spriegumu no 0,1 V līdz 0,2 V (maksimālā vērtība 1 V), un silīcija šūnām nepieciešama lielāka vērtība no 0,5 V līdz 0,6 V (maksimālā vērtība 1,5 V).
Parādītais pašreizējo vērtību pieaugums var izraisīt pusvadītāju molekulu pārkaršanu. Ja siltuma atdalīšana, kas notiek dabisko procesu un radiatoru darba dēļ, ir mazāka par tā izdalīšanās līmeni, tad molekulu struktūra var tikt iznīcināta, un šis process jau būs neatgriezenisks. Šī iemesla dēļ ir jāierobežo priekšējās strāvas parametri, lai novērstu pusvadītāju materiāla pārkaršanu. Lai to izdarītu, ķēdei pievieno īpašus rezistorus, kas virknē ir savienoti ar diodēm.
Izpētot reverso atzarojumu, jūs varat redzēt, ka, ja pretējais spriegums, kas tiek piemērots p-n krustojumam, sāk palielināties, tad pašreizējo parametru pieaugums ir praktiski nemanāms. Tomēr gadījumos, kad spriegums sasniedz parametrus, kas pārsniedz pieļaujamās robežas, var rasties pēkšņs pretējās strāvas lēciens, kas pārkarsīs pusvadītāju un veicinās turpmāko pn savienojuma sadalījumu.

Pamata diodes darbības traucējumi

Dažreiz šāda veida ierīces nedarbojas, tas var būt saistīts ar šo elementu dabisko nolietojumu un novecošanu vai citu iemeslu dēļ.

Kopumā ir 3 galvenie bieži sastopamo kļūdu veidi:

Krustojuma sadalījums noved pie tā, ka diode, nevis pusvadītāju ierīce, pēc savas būtības kļūst par visizplatītāko vadītāju. Šajā stāvoklī tas zaudē savas pamatīpašības un sāk iet elektrisko strāvu pilnīgi jebkurā virzienā. Šādu sadalījumu var viegli noteikt, izmantojot parasto multimetru, kas sāk pīkstēt un uzrādīt zemu pretestības līmeni diodē.
Pārrāvuma gadījumā notiek pretējs process - ierīce parasti pārstāj pārraidīt elektrisko strāvu jebkurā virzienā, tas ir, būtībā tā kļūst par izolatoru. Pārtraukuma noteikšanas precizitātei ir jāizmanto testeri ar augstas kvalitātes un darbspējīgām zondēm, pretējā gadījumā viņi dažreiz var kļūdaini diagnosticēt šo darbības traucējumu. Leģēto pusvadītāju šķirnēs šāds sadalījums notiek ārkārtīgi reti.
Noplūde, kuras laikā tiek lauzta ierīces korpusa hermētiskums, kā rezultātā tā nevar pareizi darboties.

Pn krustojuma sadalījums

Šādi sadalījumi notiek situācijās, kad reversās elektriskās strāvas indikatori sāk pēkšņi un strauji pieaugt, tas ir saistīts ar faktu, ka atbilstošā tipa spriegums sasniedz nepieņemami augstas vērtības.

Parasti ir vairāki veidi:

Termiski sadalījumi, ko izraisa strauja temperatūras paaugstināšanās un sekojoša pārkaršana.
Elektriski bojājumi, kas rodas strāvas ietekmē uz krustojumu.

Strāvas sprieguma raksturlieluma diagramma ļauj vizuāli izpētīt šos procesus un atšķirību starp tiem.

Elektriskais sadalījums

Elektrisko bojājumu radītās sekas nav neatgriezeniskas, jo tās neizraisa paša kristāla iznīcināšanu. Tāpēc, pakāpeniski samazinoties spriegumam, ir iespējams atjaunot visas diodes īpašības un darbības parametrus.

Tajā pašā laikā šāda veida sadalījumi ir sadalīti divos veidos:

Tuneļa sadalījums notiek, kad augstspriegums iet caur šaurām krustojumiem, kas ļauj atsevišķiem elektroniem izlīst caur to. Parasti tie rodas, ja pusvadītāju molekulās ir liels skaits dažādu piemaisījumu. Šāda sadalījuma laikā pretējā strāva sāk strauji un strauji pieaugt, un atbilstošais spriegums ir zemā līmenī.
Lavīnu sadalījumu veidi ir iespējami spēcīgu lauku darbības dēļ, kas var paātrināt lādiņa nesējus līdz ierobežojošam līmenim, kā dēļ tie no atomiem izsit vairākus valences elektronus, kas pēc tam izlido vadošajā reģionā. Šai parādībai ir lavīnveidīgs raksturs, kuras dēļ šāda veida sabrukums saņēma šādu nosaukumu.

Termiskais sadalījums

Šāds sadalījums var notikt divu galveno iemeslu dēļ: nepietiekama siltuma noņemšana un pn krustojuma pārkaršana, kas rodas sakarā ar elektriskās strāvas plūsmu caur to ar pārāk lielu ātrumu.

Temperatūras režīma paaugstināšanās krustojumā un blakus esošajās teritorijās rada šādas sekas:

Atomu vibrāciju pieaugums, kas veido kristālu.
Elektronu trieciens vadošajā zonā.
Strauja temperatūras paaugstināšanās.
Kristāla struktūras iznīcināšana un deformācija.
Pilnīga visa radio komponenta kļūme un sabojāšanās.

slarkenergy.ru

Taisngrieža diode | Volt-info

1. attēls. Taisngrieža diode strāvas sprieguma raksturlielums.

Taisngrieža diodes volt-ampēru raksturojums

Attēlā pirmajā kvadrantā ir priekšējais atzars, trešajā - diodes raksturlieluma reversais atzars. Raksturlieluma priekšējā atzarojums tiek noņemts, virzoties uz priekšu vērstajam spriegumam, attiecīgi reversam pretējā sprieguma uz diodi. Spriegums uz priekšu pāri diodei ir spriegums, pie kura pie katoda veidojas lielāks elektriskais potenciāls attiecībā pret anodu un runājot zīmju valodā - pie katoda mīnus (-), pie anoda plus (+), kā parādīts 2. attēlā.

2. attēls. Diodes ar tiešu savienojumu raksturlieluma I - V izpētes shēma.

1. attēlā parādīti šādi nosacījumi:

Iр ir diode darbības strāva;

Uд - sprieguma kritums visā diodē;

Uо - diodes reversais spriegums;

Upr - sadalīšanās spriegums;

Es - noplūdes strāva vai diodes reversā strāva.

Raksturlielumu jēdzieni un apzīmējumi

Diodes darba strāva (Iр) ir tieša elektriskā strāva, kas ilgstoši iziet cauri diodei, pie kuras ierīce netiek pakļauta neatgriezeniskai termiskai iznīcināšanai, un tās īpašībās nav būtisku kvalitatīvu izmaiņu. Katalogos to var norādīt kā tiešo maksimālo strāvu. Sprieguma kritums diodē (Uд) ir spriegums pie diodes spailēm, kas rodas, kad caur to iet tiešā darba strāva. Atsauces grāmatās to var apzīmēt kā spriegumu uz priekšu pāri diodei.

Uz priekšu plūst strāva, kad diode tiek ieslēgta tieši.

Diodes reversais spriegums (Uo) - pieļaujamais reversais spriegums uz diodes, kas tam tiek uzlikts uz ilgu laiku, pie kura nenotiek neatgriezeniska tā p-n krustojuma iznīcināšana. Atsauces literatūrā to var saukt par maksimālo reverso spriegumu.

Sadalīšanās spriegums (Upr) ir reversais spriegums visā diodē, pie kura notiek neatgriezeniska p-n krustojuma elektriskā sabrukšana, kā rezultātā ierīce neizdodas.

Diodes reversā strāva jeb noplūdes strāva (Iу) - reversā strāva, kas ilgu laiku neizraisa neatgriezenisku diodes pn krustojuma iznīcināšanu (sadalījumu).

Izvēloties taisngrieža diodes, tās parasti vadās pēc iepriekš minētajām īpašībām.

Diodes darbība

P-n pārejas smalkumi, atsevišķa raksta tēma. Vienkāršosim uzdevumu un apsvērsim diodes darbību no vienpusējas vadīšanas pozīcijas. Tātad diode darbojas kā vadītājs, kad tas ir uz priekšu, un kā dielektrisks (izolators), kad tas atkal tiek ieslēgts. Apsveriet divas shēmas 3. attēlā.

3. attēls. Diodes reversā (a) un tiešā (b) ieslēgšana.

Attēlā redzamas divas vienas ķēdes versijas. 3. a) attēlā slēdžu S1 un S2 pozīcijas nodrošina diodes anoda elektrisko kontaktu ar mīnus barošanas avotu un katoda caur HL1 lampu ar plus. Kā mēs jau esam noteikuši, tā ir diodes reversā ieslēgšana. Šajā režīmā diode izturēsies kā elektriski izolējošs elements, elektriskā ķēde būs praktiski atvērta, lampa nedegs.

Mainot kontaktu S1 un S2 pozīciju, 3. (b) attēls, tiek nodrošināts VD1 diodes anoda elektriskais kontakts ar strāvas avota plusu, un katods caur spuldzi - ar mīnusu. Šajā gadījumā ir izpildīts diodes tiešas ieslēgšanas nosacījums, tas "atveras" un caur to plūst slodzes strāva (lampa), tāpat kā caur vadītāju.

Ja esat tikko sācis studēt elektroniku, iespējams, jūs nedaudz sajaucat ar 3. slēdža sarežģītību. Uzzīmējiet analoģiju saskaņā ar iepriekš minēto aprakstu, pamatojoties uz vienkāršotajām 4. attēla diagrammām. Šis uzdevums ļaus jums saprast un nedaudz orientējieties par elektrisko ķēžu konstruēšanas un nolasīšanas principu.

4. attēls. Diodes reversās un uz priekšu pārslēgšanas shēma (vienkāršota).

4. attēlā polaritātes izmaiņas diodes spailēs nodrošina, mainot diodes stāvokli (inversija).

Vienvirziena diode vadītspēja

5. attēls. Spriegumu diagrammas pirms un pēc taisngrieža diode.

Pieņemsim nosacīti, ka slēdža S2 elektriskais potenciāls vienmēr ir vienāds ar 0. Tad sprieguma starpība –US1-S2 un + US1-S2 tiks piegādāta diode anodam atkarībā no slēdžu S1 un S2 stāvokļa. Šāda taisnstūra maiņstrāvas sprieguma diagramma ir parādīta 5. attēlā (augšējā diagramma). Ar negatīvu sprieguma starpību pie diodes anoda tas ir bloķēts (darbojas kā izolācijas elements), savukārt strāva neplūst caur HL1 lampu un tā nedeg, un spuldze uz lampas ir praktiski nulle. Ar pozitīvu sprieguma starpību diode tiek atbloķēta (darbojas kā elektriskais vadītājs), un strāva plūst caur diodes-lampas sērijas ķēdi. Spuldzes spriegums palielinās līdz UHL1. Šis spriegums ir nedaudz mazāks par barošanas spriegumu, jo daļa sprieguma samazinās visā diode. Šī iemesla dēļ sprieguma starpību elektronikā un elektrotehnikā dažreiz sauc par "sprieguma kritumu". Tie. šajā gadījumā, ja lampa tiek uzskatīta par slodzi, tad pāri tai būs slodzes spriegums un diodei - sprieguma kritums.

Tādējādi negatīvās sprieguma starpības periodus diode it kā ignorē, nogriež un strāva caur slodzi plūst tikai pozitīvas sprieguma starpības periodos. Šo mainīgā sprieguma pārveidošanu par vienpolāru (pulsējošu vai nemainīgu) sauca par labošanu.

volt-info.ru

1. Pusvadītāju diodes, darbības princips, raksturlielumi:

PUSVADĪTĀJA DIODE - pusvadītāju ierīce ar diviem elektrodiem, kurai ir vienpusēja vadītspēja. Pusvadītāju diodēs ietilpst plaša ierīču grupa ar p-n-krustojumu, metāla-pusvadītāju kontaktu utt. Visizplatītākās ir elektrokonvertējošās pusvadītāju diodes. Kalpo elektrisko vibrāciju pārveidošanai un radīšanai. Viena no galvenajām mūsdienu elektroniskajām ierīcēm. Pusvadītāju diodes darbības princips: Pusvadītāju diodes darbības princips ir balstīts uz elektronu-caurumu savienojuma īpašībām, it īpaši uz strāvas-sprieguma raksturlieluma spēcīgu asimetriju attiecībā pret nulli. Tādējādi tiek izšķirta tiešā un reversā iekļaušana. Tiešā savienojumā diode ir ar mazu elektrisko pretestību un labi vada elektrisko strāvu. Pretējā gadījumā, ja spriegums ir mazāks par sadalīšanās spriegumu, pretestība ir ļoti augsta un strāva tiek bloķēta. Raksturojums:

2. Pusvadītāju diodes, pārslēgšana uz priekšu un atpakaļ, vasks:

Tiešā un reversā iekļaušana:

Kad pn krustojums tiek ieslēgts tieši, ārējais spriegums krustojumā rada lauku, kas ir pretējs iekšējā difūzijas laukam. Rezultātā iegūtā lauka intensitāte samazinās, ko papildina bloķējošā slāņa sašaurināšanās. Tā rezultātā liels skaits galveno lādiņu nesēju var difūzi pāriet uz kaimiņu reģionu (dreifēšanas strāva šajā gadījumā nemainās, jo tas ir atkarīgs no mazākuma nesēju skaita, kas parādās pie pārejas robežām), t.i. iegūtā strāva plūst cauri krustojumam, ko galvenokārt nosaka difūzijas komponents. Difūzijas strāva ir atkarīga no potenciālās barjeras augstuma un, samazinoties, pieaug eksponenciāli.

Palielināta lādiņu nesēju difūzija caur pāreju noved pie caurumu koncentrācijas palielināšanās n-veida reģionā un elektronu p-veida reģionā. Šo mazākuma nesēja koncentrācijas pieaugumu krustojumam piemērotā ārējā sprieguma ietekmē sauc par mazākuma nesēja iesmidzināšanu. Nesabalansētie mazākuma nesēji difundē dziļi pusvadītājā un pārkāpj tā elektroneitralitāti. Pusvadītāja neitrālā stāvokļa atjaunošana notiek, pateicoties lādiņu nesēju piegādei no ārēja avota. Tas ir iemesls strāvas rašanās ārējā ķēdē, ko sauc par tiešo.

Kad pn krustojums tiek ieslēgts pretējā virzienā, ārējais reversais spriegums rada elektrisko lauku, kas sakrīt virzienā ar difūzisko, kas noved pie potenciālās barjeras palielināšanās un bloķējošā slāņa platuma palielināšanās. Tas viss samazina vairākuma nesēju difūzijas strāvas. Mazākuma pārvadātājiem lauks pn krustojumā joprojām paātrinās, un tāpēc dreifēšanas strāva nemainās.

Tādējādi iegūtā strāva plūst cauri krustojumam, ko galvenokārt nosaka mazākuma nesēju dreifējošā strāva. Tā kā dreifējošo mazākuma nesēju skaits nav atkarīgs no pielietotā sprieguma (tas ietekmē tikai to ātrumu), tad, palielinoties pretējam spriegumam, strāva caur krustojumu tiecas uz ierobežojošo vērtību IS, ko sauc par piesātinājuma strāvu. Jo lielāka ir donora un akceptora piemaisījumu koncentrācija, jo zemāka ir piesātinājuma strāva, un, paaugstinoties temperatūrai, piesātinājuma strāva pieaug eksponenciāli.

Diagrammā parādīti I - V raksturlielumi diodes ieslēgšanai uz priekšu un atpakaļ. Viņi arī saka, ka strāvas sprieguma raksturlieluma virziens uz priekšu un atpakaļ. Tiešais atzars (Ipr un Upr) tiešā savienojuma laikā parāda diodes īpašības (tas ir, kad anodam tiek piemērots "plus"). Reversais atzars (Iobr un Uobr) parāda diodes īpašības, kad tas tiek atkal ieslēgts (tas ir, kad anodam tiek piemērots "mīnus").

Zila bieza līnija ir raksturīga germānija diodei (Ge), un melnā plānā līnija ir raksturīga silīcija (Si) diodei. Attēlā nav norādītas strāvas un sprieguma asu mērvienības, jo tās ir atkarīgas no konkrētā diodes zīmola.

Vispirms mēs definējam, tāpat kā jebkurai plaknes koordinātu sistēmai, četrus koordinātu leņķus (kvadrantus). Atgādināšu, ka tiek ņemts vērā pirmais kvadrants, kas atrodas augšējā labajā stūrī (tas ir, kur mums ir burti Ge un Si). Tālāk kvadrantus skaita pretēji pulksteņrādītāja virzienam.

Tātad II un IV kvadrāti ir tukši. Tas ir tāpēc, ka mēs varam ieslēgt diode tikai divos veidos - uz priekšu vai atpakaļ. Situācija nav iespējama, ja, piemēram, pret diodi plūst reversā strāva un tajā pašā laikā tā tiek ieslēgta virzienā uz priekšu, vai, citiem vārdiem sakot, nav iespējams vienlaikus piemērot gan "plus", gan "mīnus" uz vienu termināli. Precīzāk, tas ir iespējams, bet tad tas būs īssavienojums. Atliek apsvērt tikai divus gadījumus - tiešu diodes ieslēgšanu un diodes reverso ieslēgšanu.

Tiešās iekļaušanas grafiks ir uzzīmēts pirmajā kvadrantā. No tā var redzēt, ka jo lielāks ir spriegums, jo lielāka ir strāva. Turklāt līdz noteiktam punktam spriegums aug ātrāk nekā strāva. Bet tad notiek pārtraukums, un spriegums gandrīz nemainās, un strāva sāk pieaugt. Lielākajai daļai diodu šis pārtraukums notiek diapazonā no 0,5 ... 1 V. Tas ir šis spriegums, kā saka, "nokrīt" visā diodē. Šie 0,5 ... 1 V ir sprieguma kritums visā diodē. Lēnais strāvas pieaugums līdz spriegumam 0,5 ... 1V nozīmē, ka šajā sadaļā strāva caur diodi praktiski neiziet pat uz priekšu.

Reversās iesaistes grafiks ir uzzīmēts trešajā kvadrantā. No tā redzams, ka strāva ievērojamā posmā gandrīz nemainās un pēc tam palielinās kā lavīna. Ja jūs palielināsiet spriegumu, piemēram, līdz vairākiem simtiem voltu, tad šis augstspriegums "izlauzīsies" no diode, un strāva plūst caur diode. Šeit ir tikai "sadalījums" - tas ir neatgriezenisks process (diodēm). Tas ir, šāds "sadalījums" novedīs pie diodes izdegšanas un tas vai nu pilnībā pārtrauks strāvas padevi jebkurā virzienā, vai otrādi - tas virzīs strāvu visos virzienos.

Konkrētu diodu raksturlielumos vienmēr tiek norādīts maksimālais apgrieztais spriegums - tas ir, spriegums, kuru diode var izturēt bez "sadalīšanās", ieslēdzot pretējā virzienā. Tas jāņem vērā, izstrādājot ierīces, kurās tiek izmantotas diodes.

Salīdzinot silīcija un germānija diodes raksturlielumus, mēs varam secināt, ka uz priekšu un atpakaļgaitā esošās strāvas silīcija diodes pn krustojumos ir mazākas nekā germānija diodē (ar vienādām sprieguma vērtībām spailēs). Tas ir saistīts ar faktu, ka silīcijam ir plašāks joslu attālums, un elektronu pārejai no valences joslas uz vadīšanas joslu tiem jāpiešķir liela papildu enerģija.

studfiles.net

Maksimālo reverso spriegumu pāri diodēm nosaka pēc formulas

Urevs. maks. = 1.045

Daudzos praktiskos pielietojumos tiristoru pārveidotājus izmanto maiņstrāvas labošanai un slodzei pārnestās jaudas modulēšanai. Tajā pašā laikā mazas vadības strāvas ļauj kontrolēt lielas slodzes strāvas.

Vienkāršākā ar tirgu kontrolējamā tiristora taisngrieža piemērs ir parādīts attēlā. 7.10.

Att. 7.10. Tiristora taisngrieža ķēde

Att. 7.11. Ir parādītas laika diagrammas, kas izskaidro rektificētā sprieguma vidējās vērtības regulēšanas principu.

Att. 7.11. Tiristora taisngrieža darbības laika shēmas

Šajā ķēdē tiek pieņemts, ka ieejas spriegumu Uin regulējamam tiristoram veido, piemēram, pilna viļņu taisngriezis. Ja katra puscikla sākumā tiek izmantoti pietiekama amplitūdas vadības impulsi Uy (Uout diagrammas sadaļa o-a), izejas spriegums atkārtos pilna viļņu taisngrieža spriegumu. Ja mēs novirzīsim vadības impulsus katra puscikla vidū, tad impulsu ilgums izejā būs vienāds ar puscikla ceturtdaļu (b-c sadaļa). Turpmāka vadības impulsu pārvietošana novedīs pie izejas impulsu vidējās amplitūdas turpmākas samazināšanās (sadaļa d - e).

Tādējādi, piegādājot tiristoram vadības impulsus, kas ir fāzes nobīdīti attiecībā pret ieejas spriegumu, ir iespējams pārveidot sinusoidālo spriegumu (strāvu) par jebkura ilguma, amplitūdas un polaritātes impulsu secību, tas ir, efektīvo spriegumu (pašreizējo) vērtību var mainīt plašā diapazonā.

7.3. Filtru izlīdzināšana

Aplūkotās rektifikācijas shēmas ļauj iegūt vienpolāru pulsācijas spriegumu, kas ne vienmēr ir piemērots jaudas sarežģītām elektroniskām ierīcēm, jo lielu viļņu dēļ tās rada to darbības nestabilitāti.

Lai ievērojami samazinātu viļņošanos, tiek izmantoti izlīdzināšanas filtri. Vissvarīgākais izlīdzināšanas filtra parametrs ir izlīdzināšanas koeficients S, ko nosaka pēc formulas S = 1 / 2, kur 1 un 2 ir pulsācijas koeficienti attiecīgi filtra ieejā un izejā. Ripple koeficients parāda, cik reizes filtrs samazina pulsāciju. Praktiskajās ķēdēs pulsācijas koeficients filtra izejā var sasniegt 0,00003.

Galvenie filtru elementi ir reaktīvie elementi - kapacitāte un induktivitāte (droseles). Vispirms apsveriet vienkāršākā izlīdzināšanas filtra darbības principu, kura diagramma parādīta attēlā. 7.12.

Att. 7.12. Vienkāršākā izlīdzināšanas filtra shēma ar pusviļņu taisngriezi

Šajā ķēdē sprieguma izlīdzināšana pāri slodzei pēc pusviļņu diode taisngrieža VD tiek veikta, izmantojot kondensatoru C, kas savienots paralēli slodzei Rн.

Laika diagrammas, kas izskaidro šāda filtra darbību, ir parādītas attēlā. 7.13. Sadaļā t1 - t2 diode atveras ar ieejas spriegumu, un kondensators tiek uzlādēts. Kad ieejas spriegums sāk samazināties, diode tiek aizvērta ar kondensatoru Uc uzkrāto spriegumu (sekcija t1 - t2). Šajā intervālā ieejas sprieguma avots tiek atvienots no kondensatora un slodzes, un kondensators tiek izvadīts caur slodzes pretestību Rн.

Att. 7.13. Filtra ar pusviļņu taisngriezi laika shēmas

Ja kapacitāte ir pietiekami liela, kapacitātes izlāde caur Rn notiks ar lielu laika konstanti  = RnC, un tāpēc sprieguma samazināšanās pāri kondensatoram būs maza, un izlīdzināšanas efekts būs ievērojams. No otras puses, jo lielāka ir kapacitāte, jo īsāks ir segments t1 - t2, kura laikā diode ir atvērta un caur to plūst strāva i, palielinoties (pie noteiktas vidējās slodzes strāvas), samazinoties starpībai t2 - t1. Šis darbības režīms var izraisīt taisngrieža diode atteici, turklāt transformatoram tas ir diezgan grūti.

Izmantojot pilna viļņa taisngriežus, pulsācijas vērtība kapacitatīvā filtra izejā samazinās, jo laikā starp impulsu parādīšanos kondensators samazinās par mazāku vērtību, kas ir labi parādīts attēlā. 7.14.

Att. 7.14. Pilnviļņu taisngriežu viļņu izlīdzināšana

Lai aprēķinātu pulsācijas vērtību kapacitatīvā filtra izejā, mēs aptuveni aprēķināsim izejas sprieguma pulsāciju ar zāģa strāvas līkni, kā parādīts attēlā. 7.15.

Att. 7.15. Ripple sprieguma tuvināšana

Kondensatora lādiņa izmaiņas nosaka izteiksme

∆Q = ∆UC = I nT1,

kur T1 ir pulsācijas periods, In ir slodzes strāvas vidējā vērtība. Ņemot vērā, ka In = Isr / Rn, mēs iegūstam

Att. 7.15

šajā gadījumā pulsāciju dubulto amplitūdu nosaka izteiksme

Induktīvajiem filtriem ir arī izlīdzināšanas īpašības, un labākās izlīdzināšanas īpašības piemīt induktivitāti un kapacitāti saturošiem filtriem, kas savienoti, kā parādīts attēlā. 7.16.

Att. 7.16. Izlīdzinošais filtrs ar induktivitāti un kapacitāti

Šajā ķēdē kondensatora kapacitāte tiek izvēlēta tā, lai tā reaktivitāte būtu ievērojami zemāka par slodzes pretestību. Šāda filtra priekšrocība ir tā, ka tas samazina ieejas pulsāciju ∆U līdz vērtībai, kur ω ir pulsācijas frekvence.

Praksē tiek plaši izmantoti dažāda veida F-veida un U-veida filtri, kuru uzbūves iespējas ir parādītas attēlā. 7.17.

Pie zemas slodzes strāvas F formas taisngriezis, kas parādīts attēlā. 7.16.

Att. 7.17. Filtra opcijas

Kritiskākajās shēmās tiek izmantotas daudzlīmeņu filtrēšanas shēmas (7.17. Att. D).

Bieži droselis tiek aizstāts ar rezistoriem, kas nedaudz samazina filtrēšanas kvalitāti, bet ievērojami samazina filtru izmaksas (7.17. Att. B, c).

Taisngriežu ar filtru galvenā ārējā īpašība ir izejas sprieguma Uav vidējās vērtības (spriegums pāri slodzei) atkarība no izejas strāvas vidējās vērtības.

Apsvērtajās ķēdēs izejas strāvas pieaugums noved pie Uav samazināšanās sakarā ar sprieguma krituma pieaugumu transformatora tinumos, diodēs, barošanas vados, filtru elementos.

Ārējā raksturlieluma slīpumu noteiktā vidējā strāvā nosaka, izmantojot izejas pretestību Rout, ko nosaka pēc formulas:

Icr - komplekts. Jo mazāka ir Rout vērtība, jo mazāks izejas spriegums ir atkarīgs no izejas strāvas, jo labāka ir taisngrieža ķēde ar filtru. Att. 7.18. Attēlotas tipiskas Uav atkarības no Iav dažādām filtrēšanas iespējām.

Att. 7.18. Tipiskas Uav atkarības no Iav dažādām filtrēšanas shēmām

studfiles.net

Kas ir reversais spriegums? - renovācijas interjera izbūve

Reversais spriegums

Reversais spriegums ir enerģijas signāla veids, kas rodas, mainot elektriskās strāvas polaritāti. Šis spriegums bieži rodas, ja diodei tiek piemērota apgrieztā polaritāte, izraisot diode reakciju, darbojoties pretējā virzienā. Šī apgrieztā funkcija var arī radīt sadalījuma spriegumu diodē, jo tas bieži pārtrauc ķēdi, kurai tiek piemērots spriegums.

Apgrieztais spriegums rodas, ja avots, kas savieno enerģijas signālu ar ķēdi, tiek izmantots apgrieztā veidā. Tas nozīmē, ka pozitīvā svina avots ir savienots ar ķēdes iezemēto vai negatīvo vadītāju un otrādi. Šī sprieguma pārraide bieži nav paredzēta, jo lielākā daļa elektrisko ķēžu nespēj apstrādāt spriegumu.

Ja ķēdei vai diodei tiek piemērots minimālais spriegums, tas var izraisīt ķēdes vai diode darbību pretējā virzienā. Tas var izraisīt nepareizu reakcijas, piemēram, kārbas ventilatora motora, rotāciju. Šādos gadījumos elements turpinās darboties.

Kad ķēdei piemērotā sprieguma lielums ir pārāk liels, signālu uz saņemto ķēdi tomēr sauc par sadalīšanās spriegumu. Ja ievades signāls, kas tika mainīts pretēji, pārsniedz pieļaujamo spriegumu ķēdes uzturēšanai, ķēde var tikt bojāta ārpus tās pārējās lietošanas. Vieta, kurā ķēde ir bojāta, attiecas uz sadalījuma sprieguma vērtību. Šim sadalījuma spriegumam ir pāris citi nosaukumi, maksimālais reversais spriegums vai reversā sadalījuma spriegums.

Reversais spriegums var izraisīt sadalījuma spriegumu, kas ietekmē arī citu ķēdes komponentu darbību. Ārpus bojājošajām diodēm un reversās sprieguma ķēdes funkcijām tas var kļūt arī par maksimālo reverso spriegumu. Šādos gadījumos ķēde nevar saturēt ievades jaudas daudzumu no signāla, kas ir mainīts, un var radīt sadalījuma spriegumu starp izolatoriem.

Šis sadalījuma spriegums, kas var notikt starp ķēdes sastāvdaļām, var izraisīt sastāvdaļu vai izolatora vadu sabrukšanu. Tas var tos pārvērst signāla vadītājos un sabojāt ķēdi, pieliekot spriegumu dažādām ķēdes daļām, kurām to nevajadzētu saņemt, kā rezultātā visā ķēdē rodas nestabilitāte. Tas var izraisīt sprieguma lokus no vienas sastāvdaļas uz otru, kas var būt arī pietiekami jaudīgs, lai aizdedzinātu dažādus ķēdes komponentus un izraisītu ugunsgrēku.

TT sistēma elektroinstalācijās līdz 1000v

U arr. m cirvis = 1,045U vid.

Vairākās praktiskās lietās tiristoru pārveidotājus izmanto maiņstrāvas labošanai un slodzei pārnestās jaudas modulēšanai. Tajā pašā laikā mazas vadības strāvas ļauj kontrolēt lielas slodzes strāvas.

Vienkāršākā ar tirgu kontrolējamā tiristora taisngrieža piemērs ir parādīts attēlā. 7.10.

Att. 7.10. Tiristora taisngrieža ķēde

Att. 7.11. Ir parādītas laika diagrammas, kas izskaidro rektificētā sprieguma vidējās vērtības regulēšanas principu.

Att. 7.11. Tiristora taisngrieža darbības laika shēmas

Šajā ķēdē tiek pieņemts, ka ieejas spriegumu U in regulējamam tiristoram veido, piemēram, pilna viļņu taisngriezis. Ja katra puscikla sākumā tiek piemēroti pietiekama amplitūdas vadības impulsi U (U izejas diagrammas sadaļa o-a), izejas spriegums atkārtos pilna viļņu taisngrieža spriegumu. Ja mēs novirzīsim vadības impulsus uz katra puscikla vidu, tad impulsu ilgums izejā būs vienāds ar puscikla ceturtdaļu (b-c sadaļa). Turpmāka vadības impulsu pārvietošana novedīs pie izejas impulsu vidējās amplitūdas turpmākas samazināšanās (sadaļa d - e).

7.3. Filtru izlīdzināšana

Lai ievērojami samazinātu viļņošanos, tiek izmantoti izlīdzināšanas filtri. Vissvarīgākais izlīdzināšanas filtra parametrs ir izlīdzināšanas koeficients S, ko nosaka pēc formulas S =  1 /  2, kur  1 un  2 ir pulsācijas koeficienti attiecīgi filtra ieejā un izejā. Pulsācijas koeficients parāda, cik reizes filtrs samazina pulsāciju. Praktiskajās ķēdēs pulsācijas koeficients filtra izejā var sasniegt 0,00003.

Att. 7.12. Vienkāršākā izlīdzināšanas filtra shēma ar pusviļņu taisngriezi

Šajā ķēdē sprieguma izlīdzināšana pāri slodzei pēc pusviļņu diode taisngrieža VD tiek veikta, izmantojot kondensatoru C, kas savienots paralēli slodzei R n.

Laika diagrammas, kas izskaidro šāda filtra darbību, ir parādītas attēlā. 7.13. Sadaļā t1 - t2 diode atveras ar ieejas spriegumu, un kondensators tiek uzlādēts. Kad ieejas spriegums sāk samazināties, diodi aizver spriegums, kas uzkrāts uz kondensatora U c (sekcija t1 - t2). Šajā intervālā ieejas sprieguma avots tiek atvienots no kondensatora un slodzes, un kondensators tiek izvadīts caur slodzes pretestību R n.

Att. 7.13. Filtra ar pusviļņu taisngriezi laika shēmas

Ja kapacitāte ir pietiekami liela, kapacitātes izlāde caur R n notiks ar lielu laika konstanti  = R n C, un tāpēc sprieguma samazināšanās pāri kondensatoram būs maza, un izlīdzināšanas efekts būs ievērojams . No otras puses, jo lielāka ir kapacitāte, jo īsāks ir segments t1 - t2, kura laikā diode ir atvērta un caur to plūst strāva i , palielinoties (pie noteiktas vidējās slodzes strāvas), samazinoties starpībai t2 - t1. Šis darbības režīms var izraisīt taisngrieža diode atteici, turklāt transformatoram tas ir diezgan grūti.

Izmantojot pilna viļņu taisngriežus, pulsācijas vērtība kapacitatīvā filtra izejā samazinās, jo laika posmā starp impulsu parādīšanos kondensators samazinās par mazāku vērtību, kas ir labi parādīts attēlā. 7.14.

Att. 7.14. Pilna viļņu taisngriežu viļņu izlīdzināšana

Lai aprēķinātu pulsācijas lielumu kapacitatīvā filtra izejā, mēs aptuveni aprēķināsim izejas sprieguma pulsāciju ar zāģveida strāvas līkni, kā parādīts attēlā. 7.15.

Att. 7.15. Ripple sprieguma tuvināšana

Kondensatora lādiņa izmaiņas nosaka izteiksme

∆Q = ∆UC = I n T 1,

kur T 1 ir pulsācijas periods, I n ir slodzes strāvas vidējā vērtība. Ņemot vērā faktu, ka I n = Un av / R n, mēs iegūstam

Att. 7.15. No tā izriet

šajā gadījumā pulsāciju dubulto amplitūdu nosaka izteiksme

Att. 7.16. Izlīdzinošais filtrs ar induktivitāti un kapacitāti

Šajā ķēdē kondensatora kapacitāte tiek izvēlēta tā, lai tā reaktivitāte būtu ievērojami zemāka par slodzes pretestību. Šāda filtra priekšrocība ir tā, ka tas samazina ievades pulsāciju ∆U līdz vērtībai
, kur ω ir pulsācijas frekvence.

Praksē tiek plaši izmantoti dažāda veida F-veida un U-veida filtri, kuru konstrukcijas iespējas ir parādītas attēlā. 7.17.

Pie zemas slodzes strāvas F formas taisngriezis, kas parādīts attēlā. 7.16.

Att. 7.17. Filtra opcijas

Kritiskākajās shēmās tiek izmantotas daudzlīmeņu filtrēšanas shēmas (7.17. Att. D).

Bieži droselis tiek aizstāts ar rezistoriem, kas nedaudz samazina filtrēšanas kvalitāti, bet ievērojami samazina filtru izmaksas (7.17. Att. B, c).

Taisngriežu ar filtru galvenā ārējā īpašība ir izejas sprieguma U cf (spriegums pāri slodzei) vidējās vērtības atkarība no izejas strāvas vidējās vērtības.

Apsvērtajās ķēdēs izejas strāvas pieaugums noved pie U cf samazināšanās, pateicoties sprieguma krituma pieaugumam transformatora tinumos, diodēs, padeves vados, filtru elementos.

Ārējā raksturlieluma slīpumu noteiktā vidējā strāvā nosaka, izmantojot izejas pretestību R out, ko nosaka pēc formulas:

I cр - dots. Jo mazāka R izejas vērtība, jo mazāks izejas spriegums ir atkarīgs no izejas strāvas, jo labāka ir taisngrieža ķēde ar filtru. Att. 7.18. Parāda dažādas U filtrēšanas tipiskās atkarības no I cf dažādām filtrēšanas iespējām.

Att. 7.18. Tipiskas U atkarības no I cf dažādām filtrēšanas shēmām

Diods ir pusvadītāju ierīce ar vienu pn savienojumu, kurai ir divas izejas (katods un anods), tā ir paredzēta elektrisko signālu stabilizēšanai, izlīdzināšanai, modulēšanai, noteikšanai, pārveidošanai un ierobežošanai reversā strāva.

Pēc funkcionālā mērķa diodes tiek iedalītas impulsu, taisngriežu, universālajās, zenera diodēs, mikroviļņu diodēs, tuneļa diodēs, varikapās, komutācijas diodēs utt.

Teorētiski mēs zinām, ka diode strāvu izlaiž tikai vienā virzienā. Tomēr ne daudzi cilvēki zina un saprot, kā viņš tieši to dara. Shematiski diodi var iedomāties kā kristālu, kas sastāv no 2 reģioniem (pusvadītājiem). Vienam no šiem kristāla reģioniem ir n tipa vadītspēja, bet otram - p tipa vadītspēja.

Attēlā redzamas caurumi, kas dominē n tipa reģionā, kuri ir parādīti zilos apļos, un elektroni, kas dominē p tipa reģionā, ir parādīti sarkanā krāsā. Šīs divas zonas ir katoda un anoda diode elektrodi:

Katods ir negatīvs diodes elektrods, kura galvenie lādiņu nesēji ir elektroni.

Anods ir pozitīvs diodes elektrods, kura galvenie lādiņu nesēji ir caurumi.

Uz reģionu ārējām virsmām tiek uzlikti kontakta metāla slāņi, uz kuriem tiek pielodēti diode elektrodu vadu vadi. Šāda veida ierīce var būt tikai vienā no diviem stāvokļiem:

1. Slēgts - tas ir tad, kad tas slikti vada strāvu;

2. Atvērts ir tad, kad tas labi vada strāvu.

Diods būs izslēgtā stāvoklī, ja tiks izmantota pastāvīga sprieguma avota polaritāte.

Šajā gadījumā elektroni no n-veida reģiona sāks virzīties uz strāvas avota pozitīvo polu, attālinoties no pn krustojuma, un p-veida reģiona caurumi arī attālināsies no pn krustojuma, pārvietojoties uz negatīvais stabs. Galu galā paplašināsies reģionu robeža, kas veido elektronu un caurumu apvienotu zonu, kas piedāvās milzīgu pretestību strāvai.

Tomēr katrā no diodu apgabaliem ir mazākuma lādiņu nesēji, un starp reģioniem joprojām notiks neliela elektronu un caurumu apmaiņa. Tāpēc caur diode plūst daudzas reizes mazāka strāva nekā līdzstrāva, un šo strāvu sauc reversās strāvas diode... Praksē parasti p-n krustojuma pretējā strāva tiek atstāta novārtā, un līdz ar to izrādās, ka p-n krustojumam ir tikai vienpusēja vadītspēja.

D jods- vienkāršākā ierīce krāšņajā pusvadītāju ierīču saimē. Ja mēs paņemam pusvadītāju plāksni, piemēram, germāniju, un tā kreisajā pusē ievadām akceptora piemaisījumu un labajā donorā, tad vienā pusē mēs iegūstam attiecīgi P tipa pusvadītāju otrā tipa N pusē. Kristāla vidū mēs iegūstam tā saukto P-N pāreja kā parādīts 1. attēlā.

Tajā pašā attēlā diagrammās parādīts parastais diodes grafiskais apzīmējums: katoda (negatīvā elektroda) izeja ir ļoti līdzīga zīmei "-". Šādi atcerēties ir vieglāk.

Kopumā šādam kristālam ir divas zonas ar dažādu vadītspēju, no kurām iziet divi vadi, tāpēc tika nosaukta iegūtā ierīce diode jo prefikss "di" nozīmē divus.

Šajā gadījumā diode izrādījās pusvadītājs, taču līdzīgas ierīces bija zināmas jau iepriekš: piemēram, elektronisko lampu laikmetā bija lampu diode, ko sauc par kenotronu. Tagad šādas diodes ir iegājušas vēsturē, lai gan skaņas "caurule" piekritēji uzskata, ka caurules pastiprinātājā pat anoda sprieguma taisngriezim vajadzētu būt caurulei!

1. attēls. Diodes struktūra un diode apzīmējums diagrammā

Pusvadītāju krustojumā ar P un N vadītspēju mēs iegūstam P-N krustojums, kas ir visu pusvadītāju ierīču pamatā. Bet atšķirībā no diodes, kurai ir tikai viena pāreja, tām ir divas P-N pārejas, un, piemēram, tās sastāv no četrām pārejām uzreiz.

P-N pāreja miera stāvoklī

Pat ja P-N krustojums, šajā gadījumā diode, nav nekur savienots, tā iekšienē joprojām notiek interesanti fiziski procesi, kas parādīti 2. attēlā.

2. attēls. Diods miera stāvoklī

N reģionā ir elektronu pārpalikums, tas nes negatīvu lādiņu, un P reģionā lādiņš ir pozitīvs. Šie lādiņi kopā veido elektrisko lauku. Tā kā pretēji lādiņi mēdz piesaistīt, elektroni no N zonas iekļūst pozitīvi uzlādētajā P zonā, aizpildot dažus caurumus. Šīs kustības rezultātā pusvadītāja iekšienē rodas strāva, kaut arī ļoti maza (nanoamperu vienības).

Šīs kustības rezultātā vielas blīvums P pusē palielinās, bet līdz noteiktai robežai. Daļiņām parasti ir tendence vienmērīgi izplatīties visā vielas tilpumā, tāpat kā smaržu smarža izplatās visā telpā (difūzija), tāpēc agri vai vēlu elektroni atgriežas N zonā.

Ja lielākajai daļai elektroenerģijas patērētāju strāvas virzienam nav nozīmes - gaisma ir ieslēgta, flīze sasilst, tad diodei strāvas virzienam ir milzīga loma. Diodes galvenā funkcija ir vadīt strāvu vienā virzienā. Tieši šo īpašību nodrošina P-N pāreja.

Ieslēdzot diode pretējā virzienā

Ja pusvadītāja diodei pievienojat strāvas padevi, kā parādīts 3. attēlā, strāva caur P-N krustojumu nepāriet.

3. attēls. Diodes reversais savienojums

Kā redzams attēlā, barošanas avota pozitīvais pols ir savienots ar Z apgabalu, bet negatīvais - ar P laukumu. Rezultātā elektroni no N reģiona steidzas uz avota pozitīvo polu. Savukārt pozitīvos lādiņus (caurumus) P reģionā piesaista enerģijas avota negatīvais pols. Tāpēc P-N krustojuma reģionā, kā redzams attēlā, veidojas tukšums, vienkārši nav ko vadīt strāvu, nav lādiņu nesēju.

Palielinoties strāvas avota spriegumam, elektronus un caurumus arvien vairāk piesaista akumulatora elektriskais lauks, savukārt P-N pārejas reģionā lādiņu nesēju ir arvien mazāk. Tāpēc reversajā savienojumā strāva neplūst caur diode. Šādos gadījumos ir ierasts to teikt pusvadītāja diode ir bloķēta pretēji spriegumam.

Vielas blīvuma palielināšanās akumulatora polu tuvumā noved pie difūzijas rašanās- vēlme pēc viendabīga vielas sadalījuma visā sējumā. Tas notiek, kad akumulators tiek atvienots.

Pusvadītāju diodes reversā strāva

Šeit ir pienācis laiks atgādināt par mazsvarīgajiem plašsaziņas līdzekļiem, kuri tika tradicionāli aizmirsti. Fakts ir tāds, ka pat slēgtā stāvoklī caur diode iet nenozīmīga strāva, ko sauc par reverso. Šis reversā strāva un to rada galvenie nesēji, kas var pārvietoties tāpat kā galvenie, tikai pretējā virzienā. Dabiski, ka šāda kustība notiek ar apgrieztu spriegumu. Apgrieztā strāva parasti ir maza, pateicoties mazajam mazākuma nesēju skaitam.

Pieaugot kristāla temperatūrai, mazākuma nesēju skaits palielinās, kas noved pie pretējās strāvas palielināšanās, kas var izraisīt P-N krustojuma iznīcināšanu. Tāpēc pusvadītāju ierīču - diodu, tranzistoru, mikroshēmu - darba temperatūra ir ierobežota. Lai novērstu pārkaršanu, uz siltuma izlietnēm tiek uzstādītas jaudīgas diodes un tranzistori - radiatori.

Diodes iekļaušana virzienā uz priekšu

Parādīts 4. attēlā.

4. attēls. Diodes tiešais savienojums

Tagad mainīsim avota ieslēgšanas polaritāti: savienojiet mīnusu ar N reģionu (katodu) un plus ar P reģionu (anodu). Ar šo iekļaušanu N reģionā elektroni tiks atbaidīti no akumulatora mīnus un virzīsies uz P-N krustojumu. P reģionā pozitīvi uzlādētie caurumi tiks atgrūsti no akumulatora pozitīvās spailes. Elektroni un caurumi steidzas viens pret otru.

P-N krustojuma tuvumā pulcējas uzlādētas daļiņas ar dažādu polaritāti, starp tām rodas elektriskais lauks. Tāpēc elektroni pārvar P-N pāreju un turpina pārvietoties pa P zonu.Šajā gadījumā daži no tiem rekombinējas ar caurumiem, bet lielākā daļa steidzas uz akumulatora plusu, pašreizējais Id izgāja cauri diode.

Šo strāvu sauc līdzstrāva... To ierobežo diodes tehniskie dati, kāda maksimālā vērtība. Ja šī vērtība tiek pārsniegta, pastāv diodes atteices risks. Tomēr jāatzīmē, ka attēlā redzamās straumes virziens sakrīt ar vispārpieņemto, reverso elektronu kustību.

Var arī teikt, ka ieslēgšanās virzienā uz priekšu diode elektriskā pretestība ir salīdzinoši maza. Izmantojot reverso savienojumu, šī pretestība būs daudz reižu lielāka, strāva neplūst caur pusvadītāja diode (nenozīmīga reversā strāva šeit netiek ņemta vērā). No visa iepriekš minētā mēs varam secināt, ka diode darbojas kā parasts mehāniskais vārsts: pagriezts vienā virzienā - ūdens plūst, pagriezies otrā - plūsma apstājās. Šim īpašumam tika nosaukts diode pusvadītāju vārsts.

Lai detalizēti izprastu visas pusvadītāju diode spējas un īpašības, jums vajadzētu iepazīties ar to volt - ampēra raksturlielums... Tā ir arī laba ideja uzzināt par dažādiem diode dizainiem un frekvences īpašībām, priekšrocībām un trūkumiem. Tas tiks apspriests nākamajā rakstā.