Силовые диоды отечественные

Конструкция силового диода

Данные детали производятся в разных вариантах исполнения. Точечные устройства собираются из пластинки малых габаритов (до 1,5 мм2 площади) германия или кремния и иголки из стали, требуемой для формирования p-n-перехода в месте соприкосновения (электроток через него чаще бывает малым – менее 100 миллиампер). Данные изделия обладают скромными значениями емкости и мощности, из-за чего применяются для электроцепей с высокими частотами. Есть и плоскостные изделия, отличающиеся большими размерами контактного перехода в силу конструкции – в ней задействована пара пластинок с разными значениями электропроводности. Через такие детали может проходить значительный ток, порой до 6 килоампер.

Конструкцию, создающую p-n-переход, размещают в корпусе устройства, предохраняющем ее от воздействия внешней среды и создающем отведение тепловой энергии. Изделия с малой мощностью размещают в корпусе из пластмассы с гнущимися внешними выводами, средней и высокой – в металлостеклянном. Некоторые мощные диоды имеют металлокерамическое исполнение. На корпусе указывается маркировка, при этом импортные детали и варикапы российского производства имеют различные символьные системы. У иностранных изделий чаще используется маркировка из нескольких разноцветных полос (значения цветов указываются в прилагаемой документации), у российских – цифро-буквенная.

Таблица основных параметров

Основными параметрами выпрямительных диодов являются:

– максимально допустимый средний прямой ток IF(AV)
– максимально допустимое обратное напряжение URRM
– максимально допустимая частота fmax

Принцип работы

Проще всего объяснить принцип действия выпрямительных диодов на примере. Для этого смоделируем схему простого однополупериодного выпрямителя (см. 1 на рис. 6), в котором питание поступает от источника переменного тока с напряжением UIN (график 2) и идет через VD на нагрузку R.

Рис. 6. Принцип работы однодиодного выпрямителя

Во время положительного полупериода, диод находится в открытом положении и пропускает через себя ток на нагрузку. Когда приходит очередь отрицательного полупериода, устройство запирается, и питание на нагрузку не поступает. То есть происходит как бы отсечение отрицательной полуволны (на самом деле это не совсем верно, поскольку при данном процессе всегда имеется обратный ток, его величина определяется характеристикой Iобр).

В результате, как видно из графика (3), на выходе мы получаем импульсы, состоящие из положительных полупериодов, то есть, постоянный ток. В этом и заключается принцип работы выпрямительных полупроводниковых элементов.

Заметим, что импульсное напряжение, на выходе такого выпрямителя подходить только для питания малошумных нагрузок, примером может служить зарядное устройство для кислотного аккумулятора фонарика. На практике такую схему используют разве что китайские производители, с целью максимального удешевления своей продукции. Собственно, простота конструкции является единственным ее полюсом.

К числу недостатков однодиодного выпрямителя можно отнести:

• Низкий уровень КПД, поскольку отсекаются отрицательные полупериоды, эффективность устройства не превышает 50%.
• Напряжение на выходе примерно вдвое меньше, чем на входе.
• Высокий уровень шума, что проявляется в виде характерного гула с частотой питающей сети. Его причина – несимметричное размагничивание понижающего трансформатора (собственно именно поэтому для таких схем лучше использовать гасящий конденсатор, что также имеет свои отрицательные стороны).

Заметим, что эти недостатки можно несколько уменьшить, для этого достаточно сделать простой фильтр на базе высокоемкостного электролита (1 на рис. 7).

Рис. 7. Даже простой фильтр позволяет существенно снизить пульсации

Принцип работы такого фильтра довольно простой. Электролит заряжается во время положительного полупериода и разряжается, когда наступает черед отрицательного. Емкость при этом должна быть достаточной для поддержания напряжения на нагрузке. В этом случае импульсы несколько сгладятся, примерно так, как продемонстрировано на графике (2).

Приведенное решение несколько улучшит ситуацию, но ненамного, если запитать от такого однополупериодного выпрямителя, например, активные колонки компьютера, в них будет слышаться характерный фон. Для устранения проблемы потребуются более радикальное решение, а именно диодный мост. Рассмотрим принцип работы этой схемы.

Как классифицируются

Справочник по выпрямительным диодам может быть составлен по ряду критериев. Если отталкиваться от наибольшей величины прямого электротока, можно выделить категории деталей с малым значением мощности (предназначены для работы с током до 300 миллиампер), средним (от 300 мА до 10 А) и выпрямительные диоды большой мощности (более 10 А). Мощные диоды с кремниевыми компонентами обладают значительно меньшим значением обратного тока, по сравнению с деталями из германия. Это позволяет добиться больших значений возможного обратного напряжения в полупроводниковых элементах, превышающего 1,5 киловольт (у германиевых изделий оно довольно малое – не более 400 вольт).

Важно! Диоды с кремнием отличаются также значительно лучшей переносимостью высоких температур, сохраняя работоспособность при показателях до 150 градусов Цельсия (для германия максимум составляет 80 градусов). Наименьшая температура эксплуатации для обоих типов изделий – -60 градусов.

По особенностям функционирования можно выделить следующие типы диодных устройств:

1. Импульсные – используются в маломощных электросхемах с соответствующей подачей напряжения. Основными их характеристиками являются наибольший электроток восстановления (это обратный ток, протекающий по устройству следом за переключением), время восстановления (по его прошествии происходит переход в режим обратного напряжения) и время установки (в этот период прямой электроток течет по диоду до того, как установится нужное напряжение).
2. Обращенные – отличаются тем, что прямое включение показывает значительно большие резистивные свойства, чем обратное. Применяют их с целью выпрямить сигналы с малой амплитудой (менее 100 вольт).
3. Изделия Шоттки – отличаются малым показателем инерционности. Особенность их устройства такова, что внутри диода не происходит накопления и рассасывания неосновных носителей. Поскольку их полупроводниковый слой имеет небольшую величину сопротивления, при последовательном подключении деталь обладает низкой резистивностью. Варикапы Шоттки хорошо подходят для использования на источниках питания импульсного типа, реализующих выпрямление напряжения с частотой более одного мегагерца. Они могут работать с электротоками большой силы – более 10 ампер.

Где находят применение диоды

Помимо собственно преобразования нестабильного тока в постоянную форму, диоды имеют ряд других вариантов использования. К числу типичных примеров таких компонентов относятся светодиоды, используемые в разных электротехнических приборах, фонарях, телевизорах. Варикапы также применяются в детекторных аппаратах, логарифмических усилителях и иных установках, работающих с нелинейной обработкой аналоговых сигналов. Здесь они выполняют преобразовательную функцию либо формируют некоторый параметр. При встречно-параллельном подключении пары элементов можно сформировать блок ограничения сигнала. С точки зрения функционального наполнения, серьезной разницы между сборкой и единичными диодными компонентами не наблюдается. Вышедший из строя элемент подлежит замене равноценным ему.

Силовые диодные компоненты заточены под трансформацию синусоидального тока в постоянный. Поскольку такая необходимость возникает часто, эти радиодетали используются в широком спектре приборов и схем. Разные варианты исполнения рассчитаны на эксплуатацию при различных показателях силы и частоты тока.

Расшифровка обозначений маркировки

ГОСТ 20859-79 устанавливает унифицированное обозначение силовых полупроводников из следующих элементов.

Первый элемент – буква, обозначающая вид полупроводникового прибора:

Д – диод выпрямительный.

Второй элемент – буква, определяющая функциональное назначение (свойства) прибора:

Л – лавинный диод;
Ч – быстровосстанавливающийся диод (время обратного восстановления < 5 мкс).

Третий элемент – номер модификации конструкции (цифра от 1 до 9).

Четвертый элемент – кодировка размера под ключ (для штыревых диодов) или кодировка диаметра корпуса (для таблеточных диодов):

Пятый элемент – конструктивное исполнение корпуса:

1 – штыревой с гибким выводом;
2 – штыревой с жестким выводом;
3 – таблеточный;
4 – под запрессовку;
5 – фланцевый.

Шестой элемент – максимально допустимый средний прямой тока IF(AV) в амперах.
Символ “х” – обозначает диод с обратной полярностью.

Седьмой элемент – класс по напряжению (URRM / 100).

Восьмой элемент – климатическое исполнение (У, УХЛ, Т) и категория размещения (2) по ГОСТ 15150-69.

Также в маркировке указывается символ полярности, месяц и год изготовления, знак предприятия-изготовителя.

Пример условного обозначения:

ДЛ161-200-12 УХЛ2 – диод лавинный первой модификации, размер шестигранника под ключ 32 мм, штыревой конструкции с гибким выводом, максимально допустимый средний ток 200А, прямой полярности, 12 класс (повторяющееся обратное напряжение 1200В), для умеренного и холодного климата.

Отечественные силовые диоды

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный. Их различают по нескольким характеристикам, одной из которых является сила тока. Так, диоды, которые работают с током свыше 10 А, считается силовыми.