Rectifier diode - paglalarawan, mga parameter at katangian. Prinsipyo ng pagpapatakbo, mga katangian at uri ng mga rectifier diode Mga pangunahing parameter ng isang rectifier diode

Semiconductor diode — Ito ay isang semiconductor device na may isang p-n junction at dalawang electrodes. Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang semiconductor diode ay batay sa p-n phenomenon paglipat, kaya para sa karagdagang pag-aaral ng anumang mga aparatong semiconductor kailangan mong malaman kung paano ito gumagana.

Rectifier diode (tinatawag ding balbula) ay isang uri ng semiconductor diode na nagsisilbing convert AC sa permanente.

Ang diode ay may dalawang terminal (electrodes) anode at cathode. Ang anode ay konektado sa p layer, ang katod sa n layer. Kapag ang isang plus ay inilapat sa anode at isang minus sa anode (direktang koneksyon ng diode), ang diode ay pumasa sa kasalukuyang. Kung ang isang minus ay inilapat sa anode at isang plus sa katod (reverse na koneksyon ng diode), walang magiging kasalukuyang sa pamamagitan ng diode, ito ay makikita mula sa mga katangian ng volt-ampere ng diode. Samakatuwid, kapag ang isang alternating boltahe ay ibinibigay sa input ng rectifier diode, isang kalahating alon lamang ang dumadaan dito.

Katangian ng kasalukuyang boltahe (katangian ng volt-ampere) ng diode.

Ang kasalukuyang-boltahe na katangian ng diode ay ipinapakita sa Fig. I. 2. Ang unang kuwadrante ay nagpapakita ng direktang sangay ng katangian, na naglalarawan sa estado ng mataas na kondaktibiti ng diode na may pasulong na boltahe na inilapat dito, na kung saan ay linearized ng isang piecewise linear function

u = U 0 +R D i

kung saan: u ang boltahe sa balbula kapag pumasa ang kasalukuyang i; U 0 - boltahe ng threshold; R d - dynamic na pagtutol.

Sa ikatlong kuwadrante mayroong isang reverse branch ng kasalukuyang-boltahe na katangian, na naglalarawan sa estado ng mababang kondaktibiti kapag ang isang reverse boltahe ay inilapat sa diode. Sa isang estado ng mababang kondaktibiti, halos walang kasalukuyang dumadaloy sa istruktura ng semiconductor. Gayunpaman, ito ay totoo lamang hanggang sa isang tiyak na reverse boltahe na halaga. Sa reverse boltahe, kapag ang lakas ng electric field ay p-n junction umabot sa humigit-kumulang 10 s V/cm, ang patlang na ito ay maaaring magbigay sa mga mobile charge carrier - mga electron at butas, na patuloy na lumilitaw sa buong volume ng istraktura ng semiconductor bilang resulta ng thermal generation - kinetic energy na sapat upang ionize ang neutral na mga atomo ng silikon. Ang mga nagresultang butas at conduction electron, naman, ay pinabilis electric field p-n junctions at nag-ionize din ng neutral na mga atomo ng silikon. Sa kasong ito, ang isang pagtaas ng tulad ng avalanche sa reverse current ay nangyayari, i.e. e. pagkasira ng avalanche.

Ang boltahe kung saan ang isang matalim na pagtaas sa reverse kasalukuyang nangyayari ay tinatawag na breakdown voltage U 3 .

Mayroong maraming mga aparato na nilikha para sa layunin ng pag-convert ng electric current, at ang pagwawasto ng mga diode ay isa sa mga ito.

Rectifier diode – converter ng alternating current sa direct current. Ito ay isang uri ng semiconductor. Malawakang ginagamit ito dahil sa pangunahing katangian nito - ang paglipat ng electric current nang mahigpit sa isang direksyon.

Prinsipyo ng pagpapatakbo

Ang kinakailangang epekto sa panahon ng pagpapatakbo ng aparato ay nilikha mga tampok ng p-n paglipat. Binubuo sila sa katotohanan na ang isang layer ay itinayo malapit sa kantong ng dalawang semiconductors, na kung saan ay nailalarawan sa pamamagitan ng dalawang puntos: mataas na pagtutol at ang kawalan ng mga carrier ng singil. Dagdag pa, kapag ang barrier layer na ito ay nalantad sa alternating boltahe mula sa labas, ang kapal nito ay bumababa at pagkatapos ay nawawala. Ang kasalukuyang tumataas sa panahong ito ay ang direktang agos na dumadaan mula sa anode patungo sa katod. Kung ang polarity ng panlabas na alternating boltahe ay nagbabago, ang blocking layer ay magiging mas malaki at ang resistensya ay hindi maaaring hindi tumaas.

Ang kasalukuyang-boltahe na katangian ng rectifier diode (volt-ampere na katangian) ay nagbibigay din ng ideya ng mga detalye ng pagpapatakbo ng rectifier at hindi linear. Ganito ang hitsura: mayroong dalawang sangay - pasulong at pabalik. Ang una ay sumasalamin sa pinakamataas na kondaktibiti ng semiconductor kapag naganap ang direktang potensyal na pagkakaiba. Ang pangalawa ay nagpapahiwatig ng halaga ng mababang kondaktibiti sa isang kabaligtaran na potensyal na pagkakaiba.

Ang kasalukuyang-boltahe na mga katangian ng rectifier ay direktang proporsyonal sa temperatura, na may pagtaas kung saan bumababa ang potensyal na pagkakaiba. Agos ng kuryente ay hindi dadaan sa aparato sa kaso ng mababang kondaktibiti, ngunit ang isang avalanche breakdown ay nangyayari kung ang reverse boltahe ay tumaas sa isang tiyak na antas.

Gamit ang isang pagpupulong

Kapag nagpapatakbo ng isang semiconductor diode rectifier, kalahati lamang ng mga alternating current wave ang kapaki-pakinabang, at higit sa kalahati ng input boltahe ay samakatuwid ay hindi na mababawi.

Upang mapabuti ang kalidad ng conversion ng alternating current sa direktang kasalukuyang, ginagamit ang isang pagpupulong ng apat na aparato - isang tulay ng diode. Naiiba ito nang mabuti dahil pumasa ito sa kasalukuyang sa bawat kalahating cycle. Ang mga tulay ng diode ay ginawa sa anyo ng isang kit na nakapaloob sa isang plastic case.

Schematic diagram ng isang diode bridge

Pisikal at teknikal na mga parameter

Ang pangunahing mga parameter ng rectifier diodes ay batay sa mga sumusunod na halaga:

• ang maximum na pinahihintulutang halaga ng potensyal na pagkakaiba kapag itinatama ang kasalukuyang, kung saan ang aparato ay hindi mabibigo;
• ang pinakamataas na average na rectified kasalukuyang;
• ang pinakamataas na halaga ng reverse boltahe.

Ang industriya ay gumagawa ng mga rectifier na may iba't ibang pisikal na katangian. Alinsunod dito, mayroon ang mga device iba't ibang hugis at paraan ng pag-install. Nahahati sila sa tatlong grupo:

1. Mataas na kapangyarihan rectifier diodes. Nailalarawan ng throughput yu ay kasalukuyang hanggang 400 A at mataas ang boltahe. Ang mga high-voltage rectifier diode ay ginawa sa dalawang uri ng mga pakete - pin, kung saan ang kaso ay selyadong at salamin, at tablet, kung saan ang kaso ay gawa sa ceramic.
2. Katamtamang kapangyarihan rectifier diodes. Mayroon silang kapasidad mula 300 mA hanggang 10A.
3. Mababang kapangyarihan rectifier diodes. Ang maximum na pinahihintulutang kasalukuyang halaga ay hanggang sa 300 mA.

Pagpili ng rectifier diodes

Kapag bumibili ng device, dapat kang magabayan ng mga sumusunod na parameter:

• mga halaga ng kasalukuyang-boltahe na katangian ng maximum na reverse at peak current;
• maximum na pinahihintulutang reverse at forward boltahe;
• average na rectified kasalukuyang lakas;
• materyal ng aparato at uri ng pag-install.

Depende sa mga pisikal na katangian, ang isang kaukulang pagtatalaga ay inilalapat sa katawan ng aparato. Ang isang katalogo na may mga marka ng rectifier diodes ay ipinakita sa isang dalubhasang sanggunian na libro. Kailangan mong malaman na ang pag-label ng mga na-import na analogue ay naiiba sa mga domestic.

Ito rin ay nagkakahalaga ng pagbibigay pansin sa katotohanan na ang mga rectifier circuit ay naiiba sa bilang ng mga phase:

1. Single-phase. Malawakang ginagamit para sa mga kagamitang elektrikal sa bahay. May mga diode para sa mga sasakyan at para sa electric arc welding.
2. Multiphase. Kailangang-kailangan para sa pang-industriya na kagamitan, pampubliko at espesyal na transportasyon.

Schottky diode

Ang isang espesyal na posisyon ay inookupahan ng Schottky diode. Ito ay naimbento kaugnay ng lumalaking pangangailangan sa pagbuo ng industriya ng radio electronics. Ang pangunahing pagkakaiba nito mula sa iba pang mga diode ay ang disenyo nito ay may kasamang metal-semiconductor na tulad p-n alternatibo paglipat. Alinsunod dito, ang Schottky diode ay may sariling, natatanging katangian, na hindi maaaring ipagmalaki ng mga silicon rectifier diode. Ilan sa kanila:

• operational renewability ng charge dahil sa mababang halaga nito;
• pinakamababang pagbaba ng boltahe sa junction kapag direktang konektado;
• Malaki ang leakage current.

Kapag gumagawa ng Schottky diode, ginagamit ang mga materyales tulad ng silicon at gallium arsenide, ngunit minsan ginagamit din ang germanium. Ang mga katangian ng mga materyales ay bahagyang naiiba, ngunit sa anumang kaso, ang maximum na pinahihintulutang reverse boltahe para sa isang Schottky rectifier ay hindi hihigit sa 1200 V.

Sa kaibahan sa lahat ng mga pakinabang, ang disenyo ng ganitong uri ay mayroon ding mga disadvantages. Halimbawa, sa isang pagpupulong ng tulay, tiyak na hindi nakikita ng device ang labis na reverse current. Ang paglabag sa kundisyon ay humahantong sa pagkasira ng rectifier. Gayundin, ang isang maliit na boltahe drop ay nangyayari sa isang mababang boltahe ng tungkol sa 60-70 V. Kung ang halaga ay lumampas sa tagapagpahiwatig na ito, pagkatapos ay ang aparato ay nagiging isang ordinaryong rectifier.

Ito ay nagkakahalaga ng noting na ang mga pakinabang ng isang malakas na Schottky rectifier diode ay makabuluhang lumampas sa mga disadvantages.

Zener diode

Upang patatagin ang boltahe, isang espesyal na aparato ang ginagamit na maaaring gumana sa breakdown mode - isang zener diode, ang dayuhang pangalan kung saan ay "Zener diode". Ginagawa ng device ang function nito sa pamamagitan ng pagpapatakbo sa breakdown mode sa reverse bias voltage. Ang kasalukuyang pagtaas sa sandali ng pagkasira sa parehong oras, ang halaga ng kaugalian ay bumaba sa isang minimum, bilang isang resulta kung saan ang boltahe ay matatag at sumasaklaw sa isang medyo seryosong hanay ng mga reverse currents.

Praktikal na paggamit ng rectifier diode

Dahil sa hindi mapipigilan na pag-unlad ng siyentipiko at teknolohikal na pag-unlad, ang paggamit ng mga rectifier ay nakaapekto sa lahat ng larangan ng aktibidad ng tao. Ang mga power rectifier diode ay ginagamit sa mga sumusunod na bahagi at mekanismo:

• sa mga power supply ng mga pangunahing makina mga sasakyan(lupa, hangin at tubig), mga makina at kagamitang pang-industriya, mga drilling rig;
• kumpleto sa diode bridge para sa mga welding machine;
• sa pagwawasto ng mga instalasyon para sa galvanic bath na ginagamit para sa paggawa ng mga non-ferrous na metal o paglalagay ng protective coating sa isang bahagi o produkto;
• sa pagwawasto ng mga instalasyon para sa paglilinis ng tubig at hangin, mga filter ng iba't ibang uri;
• para sa pagpapadala ng kuryente sa malalayong distansya sa pamamagitan ng mataas na boltahe na linya paghahatid ng kuryente

SA araw-araw na buhay Ang mga rectifier ay ginagamit sa iba't ibang mga circuit ng transistor. Ang mga aparatong mababa ang kapangyarihan ay pangunahing ginagamit, kapwa sa anyo ng isang half-wave rectifier at sa anyo ng isang diode bridge. Halimbawa, ang mga diode ng generator rectifier unit ay kilala sa mga mahilig sa kotse.

Ang semiconductor diode ay isang semiconductor device na may isang p-n junction at dalawang terminal.

Ayon sa kanilang functional na layunin, sila ay nakikilala:

1) Rectifier diodes.

2) Zener diodes.

3) Pulse at high-frequency na mga diode.

4) Tunnel diodes.

5) Varicaps.

Mga diode ng rectifier idinisenyo upang itama ang alternating current na may dalas na 50 Hz sa direktang kasalukuyang. Ang pangunahing pag-aari ng paglipat ng electron-hole ay ginagamit - one-way conductivity.

Binubuo ito ng isang p-n junction sa isang selyadong pabahay na may dalawang terminal. Ang terminal ng positibong rehiyon ay tinatawag na anode, ang terminal ng negatibong rehiyon ay tinatawag na katod.

Ipinapakita ng Figure 19 ang istraktura ng isang rectifying diode.

Figure 19 – Rectifier diode structure

Diode sa mga de-koryenteng diagram itinalaga alinsunod sa Figure 20.

Figure 20 - Larawan ng isang diode sa mga electrical circuit

Ang graph ng relasyon sa pagitan ng kasalukuyang at boltahe ay tinatawag na kasalukuyang-boltahe na katangian (volt-ampere na katangian). Ang rectifier diode ay may nonlinear current-voltage na katangian.

Ang katangian para sa direktang koneksyon ng diode sa una ay may makabuluhang nonlinearity, dahil Habang tumataas ang pasulong na boltahe, unti-unting tumataas ang paglaban ng layer ng hadlang. Sa isang tiyak na boltahe, ang barrier layer ay halos nawawala at pagkatapos ang katangian ay nagiging halos linear.

Kapag naka-on muli, tumataas nang husto ang kasalukuyang. Nangyayari ito dahil sa isang matalim na pagtaas sa potensyal na hadlang sa pn junction, ang diffusion current ay bumababa nang husto, at ang drift current ay tumataas. Gayunpaman, sa isang karagdagang pagtaas sa reverse boltahe, ang pagtaas sa kasalukuyang ay hindi gaanong mahalaga.

Ipinapakita ng Figure 21 ang kasalukuyang-boltahe na katangian ng rectifier diode.

Figure 21 - I-V na mga katangian ng rectifying diode

Ang mga parameter ng rectifier diodes ay isang halaga na nagpapakilala sa pinakamahalagang katangian ng device.

Mayroong: static at limiting parameters.

Static: Tinutukoy ng mga static na katangian (tingnan ang Larawan 22).

Figure 22 - Mga karagdagang constructions para sa pagtukoy ng mga static na parameter ng rectifier diode

1. Slope ng kasalukuyang boltahe na katangian:

S = DI/DU, mA/V

kung saan DI - kasalukuyang pagtaas;

DU - pagtaas ng boltahe.

Ang slope ng kasalukuyang-boltahe na katangian ay nagpapakita kung gaano karaming milliamps ang kasalukuyang magbabago kapag ang boltahe ay tumaas ng 1 bolta.

2. Panloob na paglaban ng diode sa alternating current.

Ri = DU/DI, Ohm

3. Diode resistance sa direktang kasalukuyang.

R 0 = U / I, Ohm

Limitahan ang mga parameter ng mode:

Ang paglampas sa mga ito ay humahantong sa pagkabigo ng device. Isinasaalang-alang ang mga parameter na ito, ang isang de-koryenteng circuit ay itinayo.

1. I PR.ADOP - pinahihintulutang halaga ng pasulong na kasalukuyang;

2. U REV.ADOP - pinahihintulutang halaga ng reverse boltahe;

3. P RASS - pinahihintulutang pagkawala ng kapangyarihan.

Ang pangunahing kawalan ng lahat ng mga aparatong semiconductor ay ang pagtitiwala ng kanilang mga parameter sa temperatura. Sa pagtaas ng temperatura, tumataas ang konsentrasyon ng mga carrier ng singil at tumataas ang kondaktibiti ng paglipat. Ang reverse current ay tumataas nang husto. Habang tumataas ang temperatura, nangyayari ang pagkasira ng kuryente nang mas maaga. Ipinapakita ng Figure 23 ang epekto ng temperatura sa katangian ng kasalukuyang boltahe.

Figure 23 - Epekto ng temperatura sa kasalukuyang-boltahe na katangian ng diode

Batay sa isang rectifier diode, maaari kang bumuo ng isang simpleng half-wave rectifier circuit (tingnan ang Figure 24).

Figure 24 - Diagram ng isang simpleng rectifier

Ang circuit ay binubuo ng isang transpormer T, na nagsisilbi upang i-convert ang orihinal na boltahe sa isang boltahe ng kinakailangang halaga; Rectifier diode VD, na nagsisilbing ituwid ang alternating current, capacitor C, na nagsisilbing pakinisin ang mga ripples at i-load ang Rn.

Ang pangunahing layunin ng rectifier diodes ay boltahe conversion. Ngunit hindi lamang ito ang lugar ng aplikasyon para sa mga elementong ito ng semiconductor. Naka-install ang mga ito sa switching at control circuits, na ginagamit sa cascade generators, atbp. Ang mga nagsisimulang radio amateur ay magiging interesado sa pag-aaral kung paano ang mga elemento ng semiconductor na ito ay nakabalangkas, pati na rin ang kanilang prinsipyo sa pagpapatakbo. Magsimula tayo sa mga pangkalahatang katangian.

Mga tampok ng device at disenyo

Ang pangunahing elemento ng istruktura ay isang semiconductor. Isa itong wafer ng silicon o germanium crystal, na mayroong dalawang rehiyon ng p at n conductivity. Dahil sa tampok na disenyo na ito, tinawag itong planar.

Kapag gumagawa ng isang semiconductor, ang kristal ay pinoproseso tulad ng sumusunod: upang makakuha ng isang p-type na ibabaw, ito ay ginagamot ng tinunaw na posporus, at para sa isang p-type na ibabaw, ito ay ginagamot sa boron, indium o aluminyo. Sa panahon ng paggamot sa init, ang pagsasabog ng mga materyales na ito at ang kristal ay nangyayari. Bilang resulta, ang isang rehiyon na may p-n junction ay nabuo sa pagitan ng dalawang ibabaw na may iba't ibang mga electrical conductivity. Ang semiconductor na nakuha sa ganitong paraan ay naka-install sa pabahay. Pinoprotektahan nito ang kristal mula sa mga panlabas na impluwensya at nagtataguyod ng pagwawaldas ng init.

Mga pagtatalaga:

• A - output ng katod.
• B – lalagyan ng kristal (welded sa katawan).
• C - n-type na kristal.
• D - kristal na uri ng p.
• E – wire na humahantong sa anode terminal.
• F – insulator.
• G – katawan.
• H - output ng anode.

Gaya ng nabanggit na, bilang batayan р-n junction ginagamit ang mga silikon o germanium na kristal. Ang dating ay ginagamit nang mas madalas, ito ay dahil sa ang katunayan na sa mga elemento ng germanium ang mga reverse currents ay mas mataas, na makabuluhang nililimitahan ang pinahihintulutang reverse boltahe (hindi ito lalampas sa 400 V). Habang para sa silicon semiconductors, ang katangiang ito ay maaaring umabot ng hanggang 1500 V.

Bilang karagdagan, ang mga elemento ng germanium ay may mas makitid na hanay ng temperatura ng pagpapatakbo, nag-iiba ito mula -60°C hanggang 85°C. Kapag nalampasan ang pinakamataas na threshold ng temperatura, ang reverse current ay tumataas nang husto, na negatibong nakakaapekto sa kahusayan ng device. Para sa silicon semiconductors, ang itaas na threshold ay humigit-kumulang 125°C-150°C.

Pag-uuri ng kapangyarihan

Ang kapangyarihan ng mga elemento ay tinutukoy ng pinakamataas na pinahihintulutang direktang kasalukuyang. Alinsunod sa katangiang ito, ang sumusunod na pag-uuri ay pinagtibay:

Listahan ng mga pangunahing katangian

Nasa ibaba ang isang talahanayan na naglalarawan sa mga pangunahing parameter ng rectifier diodes. Ang mga katangiang ito ay maaaring makuha mula sa datasheet ( teknikal na paglalarawan elemento). Bilang isang patakaran, karamihan sa mga radio amateurs ay bumaling sa impormasyong ito sa mga kaso kung saan ang elemento na ipinahiwatig sa diagram ay hindi magagamit, na nangangailangan ng paghahanap ng angkop na analogue para dito.

Tandaan na sa karamihan ng mga kaso, kung kailangan mong makahanap ng isang analogue ng isang partikular na diode, ang unang limang mga parameter mula sa talahanayan ay magiging sapat. Sa kasong ito, ipinapayong isaalang-alang ang saklaw ng operating temperatura ng elemento at dalas.

Prinsipyo ng pagpapatakbo

Ang pinakamadaling paraan upang ipaliwanag ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng rectifier diodes ay may isang halimbawa. Upang gawin ito, ginagaya namin ang circuit ng isang simpleng half-wave rectifier (tingnan ang 1 sa Fig. 6), kung saan ang kapangyarihan ay nagmumula sa isang alternating current source na may boltahe U IN (graph 2) at dumadaan sa VD sa load R.

kanin. 6. Prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang single-diode rectifier

Sa panahon ng positibong kalahating ikot, ang diode ay nasa bukas na posisyon at ipinapasa ang kasalukuyang sa pamamagitan nito sa pagkarga. Kapag ang pagliko ng negatibong kalahating ikot ay dumating, ang aparato ay naka-lock at walang kapangyarihan na ibinibigay sa pagkarga. Iyon ay, mayroong isang uri ng pagputol ng negatibong kalahating alon (sa katunayan, hindi ito ganap na totoo, dahil sa prosesong ito ay palaging may reverse current, ang halaga nito ay tinutukoy ng I arr. na katangian).

Bilang resulta, tulad ng makikita mula sa graph (3), sa output ay tumatanggap kami ng mga pulso na binubuo ng mga positibong kalahating siklo, iyon ay, D.C.. Ito ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng pagwawasto ng mga elemento ng semiconductor.

Tandaan na boltahe ng salpok, ang output ng naturang rectifier ay angkop lamang para sa pagpapagana ng mga low-noise load, ang isang halimbawa ay charger para sa flashlight acid na baterya. Sa pagsasagawa, ang pamamaraan na ito ay ginagamit lamang ng mga tagagawa ng Tsino upang mabawasan ang halaga ng kanilang mga produkto hangga't maaari. Sa totoo lang, ang pagiging simple ng disenyo ay ang tanging poste nito.

Ang mga disadvantages ng isang single-diode rectifier ay kinabibilangan ng:

• Mababang antas ng kahusayan, dahil ang mga negatibong kalahating siklo ay pinutol, ang kahusayan ng aparato ay hindi lalampas sa 50%.
• Ang output boltahe ay humigit-kumulang kalahati ng input.
• Mataas na antas ng ingay, na nagpapakita ng sarili sa anyo ng isang katangian na ugong sa dalas ng network ng supply. Ang dahilan nito ay ang asymmetrical demagnetization ng step-down na transpormer (sa katunayan, ito ang dahilan kung bakit para sa mga naturang circuit ay mas mahusay na gumamit ng isang damping capacitor, na mayroon ding mga negatibong panig).

Tandaan na ang mga disadvantages na ito ay maaaring medyo nabawasan upang gawin ito, ito ay sapat na upang gumawa ng isang simpleng filter batay sa isang mataas na kapasidad na electrolyte (1 sa Fig. 7).

kanin. 7. Kahit na ang isang simpleng filter ay maaaring makabuluhang bawasan ang ripple

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng naturang filter ay medyo simple. Ang electrolyte ay sinisingil sa panahon ng positibong kalahating ikot at pinalabas kapag ang negatibong kalahating ikot ay nangyari. Ang kapasidad ay dapat sapat upang mapanatili ang boltahe sa buong load. Sa kasong ito, ang mga pulso ay medyo mapapawi, humigit-kumulang tulad ng ipinapakita sa graph (2).

Ang solusyon sa itaas ay medyo mapapabuti ang sitwasyon, ngunit hindi gaanong kung pinapagana mo, halimbawa, ang mga aktibong speaker ng computer mula sa naturang half-wave rectifier, isang katangian na background ang maririnig sa kanila. Upang ayusin ang problema, kakailanganin ang isang mas radikal na solusyon, katulad ng isang diode bridge. Tingnan natin ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng circuit na ito.

Disenyo at prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang diode bridge

Ang makabuluhang pagkakaiba sa pagitan ng naturang circuit (mula sa isang half-wave circuit) ay ang boltahe ay ibinibigay sa load sa bawat kalahating cycle. Ang circuit diagram para sa pagkonekta ng mga elemento ng semiconductor rectifier ay ipinapakita sa ibaba.

Tulad ng makikita mula sa figure sa itaas, ang circuit ay gumagamit ng apat na elemento ng semiconductor rectifier, na konektado sa paraang dalawa lamang sa kanila ang gumagana sa bawat kalahating cycle. Ilarawan natin nang detalyado kung paano nangyayari ang proseso:

• Ang circuit ay tumatanggap ng isang alternating boltahe Uin (2 sa Fig. 8). Sa panahon ng positibong kalahating ikot, ang sumusunod na circuit ay nabuo: VD4 - R - VD2. Alinsunod dito, ang VD1 at VD3 ay nasa naka-lock na posisyon.
• Kapag nangyari ang pagkakasunud-sunod ng negatibong kalahating siklo, dahil sa katotohanan na nagbabago ang polarity, nabuo ang isang circuit: VD1 - R - VD3. Sa oras na ito, naka-lock ang VD4 at VD2.
• Ang susunod na panahon ay umuulit ang cycle.

Tulad ng makikita mula sa resulta (graph 3), ang parehong mga kalahating siklo ay kasangkot sa proseso at kahit na paano nagbabago ang boltahe ng input, dumadaloy ito sa pagkarga sa isang direksyon. Ang prinsipyong ito ng pagpapatakbo ng isang rectifier ay tinatawag na full-wave. Ang mga pakinabang nito ay halata, inilista namin ang mga ito:

• Dahil ang parehong kalahating siklo ay kasangkot sa trabaho, ang kahusayan ay tumataas nang malaki (halos dalawang beses).
• Ang ripple sa output ng circuit ng tulay ay nagdodoble din sa dalas (kumpara sa isang solusyon sa kalahating alon).
• Gaya ng makikita mula sa graph (3), bumababa ang antas ng dips sa pagitan ng mga pulso, kaya mas magiging madali para sa filter na pakinisin ang mga ito.
• Ang boltahe sa output ng rectifier ay humigit-kumulang kapareho ng sa input.

Ang interference mula sa bridge circuit ay bale-wala, at nagiging mas mababa kapag gumagamit ng isang filter na electrolytic capacitance. Salamat sa ito, ang solusyon na ito ay maaaring gamitin sa mga power supply para sa halos anumang amateur na disenyo ng radyo, kabilang ang mga kung saan ginagamit ang mga sensitibong electronics.

Tandaan na hindi kinakailangan na gumamit ng apat na elemento ng pagwawasto ng semiconductor ay sapat na upang kumuha ng isang handa na pagpupulong sa isang plastic na kaso.

Ang case na ito ay may apat na pin, dalawa para sa input at parehong numero para sa output. Ang mga binti kung saan nakakonekta ang boltahe ng AC ay minarkahan ng "~" sign o ang mga titik na "AC". Sa output, ang positibong binti ay minarkahan ng simbolo na "+", ayon sa pagkakabanggit, ang negatibong binti ay minarkahan ng "-".

Naka-on diagram ng eskematiko Ang ganitong pagpupulong ay karaniwang itinalaga sa anyo ng isang brilyante, na may isang graphic na pagpapakita ng diode na matatagpuan sa loob.

Ang tanong kung ito ay mas mahusay na gumamit ng isang pagpupulong o indibidwal na mga diode ay hindi masasagot nang hindi malabo. Walang pagkakaiba sa pag-andar sa pagitan nila. Ngunit ang pagpupulong ay mas compact. Sa kabilang banda, kung ito ay nabigo, isang kumpletong kapalit lamang ang makakatulong. Kung sa kasong ito ang mga indibidwal na elemento ay ginagamit, ito ay sapat na upang palitan ang nabigong rectifier diode.

Semiconductor diodes at ang kanilang mga katangian

Ang diode ay isang semiconductor device na binubuo ng isa - transition at may dalawang terminal: anode at cathode. Ang mga diode ng semiconductor ay napakarami, at ang isa sa mga pangunahing tampok ng pag-uuri ay ang kanilang layunin, na nauugnay sa paggamit ng isang tiyak na kababalaghan sa - paglipat.

Ang mga diode na idinisenyo upang i-convert ang alternating current sa direktang kasalukuyang ay tinatawag pagwawasto. D Para sa kanila, ang pangunahing isa ay ang epekto ng balbula (isang malaking ratio ng pasulong na kasalukuyang sa reverse), ngunit walang mga mahigpit na kinakailangan para sa mga katangian ng oras at dalas. Idinisenyo ang mga ito para sa mga makabuluhang alon at may malaking lugar - paglipat. Sa mga tunay na diode, bilang panuntunan, ginagamit ang mga asymmetrical diode. - mga transition. Sa ganitong mga transition, ang isa sa mga rehiyon ng kristal (ang rehiyon na may mas mataas na konsentrasyon ng karamihan sa mga carrier) ay karaniwang medyo mababa ang resistivity, at ang isa ay mataas ang resistivity. Ang rehiyon na may mababang resistensya ay ang nangingibabaw na pinagmumulan ng mga mobile charge carrier, at ang kasalukuyang sa pamamagitan ng diode kapag ang junction ay direktang naka-on ay halos ganap na tinutukoy ng daloy ng karamihan sa mga carrier nito. Samakatuwid, ang low-resistance na rehiyon ng diode semiconductor crystal ay tinatawag na emitter. Ang pagkakaiba sa konsentrasyon ng mga pangunahing carrier ng singil ay nakakaapekto rin sa lokasyon - tumatawid sa hangganan ng mga rehiyon na may iba't ibang uri electrical conductivity. Dahil sa mas mataas na konsentrasyon ng carrier sa low-resistivity region (tulad ng nabanggit sa itaas), ang lapad - may mas kaunting transition dito kaysa sa high-resistivity. Kung ang pagkakaiba sa konsentrasyon ng mga pangunahing carrier ay malaki, kung gayon - Ang paglipat ay matatagpuan halos lahat sa rehiyon ng mataas na resistivity, na tinatawag na base.

Kasalukuyang-boltahe na mga katangian ng mga tunay na diode at - Ang mga transition ay malapit sa isa't isa, ngunit hindi magkapareho (Figure 1.6). Ang mga pagkakaiba ay sinusunod pareho sa pasulong at pabalik na mga sanga. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na kapag pinag-aaralan ang mga proseso sa isang junction, hindi isinasaalang-alang ang mga sukat ng kristal at ang junction, o ang paglaban ng mga layer ng semiconductor na katabi ng junction. Ang pagkakaroon ng isang high-resistance base na rehiyon sa semiconductor crystal, na kung saan ay nailalarawan sa pamamagitan ng paglaban, ay humahantong sa isang karagdagang pagbaba ng boltahe, bilang isang resulta kung saan ang direktang sangay ng diode ay pumasa nang mas mababa kaysa sa kantong. Ang reverse branch ng kasalukuyang-boltahe na katangian ng diode ay mas mababa kaysa sa isang perpektong junction, dahil Ang kasalukuyang pagtagas sa ibabaw ng kristal ay idinagdag sa kasalukuyang saturation.

Larawan 1.6 - Simbolo(mga) diode;

mga katangian ng kasalukuyang boltahe (v):

1 - perpekto - paglipat, 2 - tunay na diode

Ang mga diode ay maaaring gawin mula sa germanium o silikon; ang kanilang kasalukuyang-boltahe na mga katangian ay may makabuluhang pagkakaiba (Larawan 1.7)

Figure 1.7 - Mga katangian ng kasalukuyang boltahe ng germanium (1),

silikon (2) diodes

Ang paglipat ng pasulong na sangay ng katangian sa kaliwa ay dahil sa pagkakaiba sa magnitude ng potensyal na hadlang, at ang posisyon ng reverse branch ay tinutukoy ng pagkakaiba sa mga konsentrasyon ng mga carrier ng minorya, na nakasalalay sa agwat ng banda. ng semiconductor.

Ang uri ng kasalukuyang boltahe na katangian ay depende sa temperatura ng semiconductor crystal (Figure 1.8).

Figure 1.8 - Pag-asa ng uri ng kasalukuyang-boltahe na katangian ng diode sa temperatura

Habang tumataas ang temperatura, bumababa ang pasulong na pagbagsak ng boltahe sa diode sa pare-parehong pasulong na kasalukuyang. Ang pasulong na boltahe ay nagbabago ng 2.1 mV na may 1ºC na pagbabago sa temperatura.

Ang reverse current ay tumataas sa pagtaas ng temperatura ng dalawang beses kapag ang temperatura ay nagbabago ng 10ºC para sa germanium diodes at tatlong beses para sa silicon diodes, gayunpaman, dapat itong isaalang-alang na ang reverse current ng silicon diodes ay tatlong order ng magnitude na mas mababa kaysa sa germanium diodes.

Sa kasalukuyan, ang mga silicon rectifier diode ay pinaka-malawak na ginagamit, na may mga sumusunod na pakinabang:

Maraming beses na mas maliit (kumpara sa germanium) reverse currents sa parehong boltahe; mataas na halaga ng pinahihintulutang reverse boltahe, na umaabot sa 1000...1500 V, habang para sa germanium diodes ito ay nasa hanay na 100...400 W;

Ang pagganap ng mga diode ng silikon ay pinananatili sa mga temperatura mula -60 hanggang +150 °С, germanium - lamang mula -60 hanggang +85 °C (sa mga temperatura sa itaas 85 °C, ang thermal generation sa germanium ay tumataas nang husto, na nagpapataas ng reverse current, at maaaring humantong sa pagkawala ng mga katangian ng balbula ng diode).

Gayunpaman, sa mga rectifier device ng mababang boltahe at mataas na alon, mas kumikita ang paggamit ng germanium diodes, dahil ang kanilang paglaban sa pasulong na direksyon ay 1.5...2 beses na mas mababa kaysa sa silikon sa parehong kasalukuyang pagkarga, na binabawasan ang kapangyarihan. nawala sa loob ng diode.

Pangunahing mga parameter ng rectifier diodes:

maximum na pinahihintulutang reverse boltahe diode - ang halaga ng boltahe na inilapat sa reverse direksyon na ang diode ay maaaring tumagal ng mahabang panahon nang hindi naaapektuhan ang pagganap nito;

average rectified kasalukuyang diode - ang average na halaga ng rectified kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan ng diode sa panahon;

pulsed direktang kasalukuyang diode - peak value ng kasalukuyang pulso sa isang naibigay na maximum na tagal, duty cycle at hugis ng pulso;

average na reverse kasalukuyang diode - ang average na halaga ng reverse kasalukuyang sa panahon;

average na pasulong na boltahe diode sa isang naibigay na average na halaga ng pasulong na kasalukuyang;

average na pagwawaldas ng kuryente diode - average na kapangyarihan sa loob ng isang panahon na nawawala ng isang diode kapag ang kasalukuyang dumadaloy sa pasulong at pabalik na direksyon;

paglaban sa kaugalian diode - ang ratio ng pasulong na pagtaas ng boltahe sa diode sa maliit na pagtaas ng kasalukuyang sanhi nito.