Gutdver.ru

Отделка и ремонт
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Выпрямительные диоды: предназначение, особенности, принцип работы, технические характеристики, параметры, применение, устройство

Выпрямительные диоды: предназначение, особенности, принцип работы, технические характеристики, параметры, применение, устройство

shadow

Выпрямительные диоды: предназначение, особенности, принцип работы, технические характеристики, параметры, применение, устройство

Выпрямительные диоды

Основное предназначение выпрямительных диодов состоит в изменении характера переменного тока для последующего превращения его в постоянный. Данные радиокомпоненты находят применение в цепях согласования и развязки, умножителях напряжения и других устройствах без жёстких требований по частотным характеристикам сигналов. Чаще всего эти элементы используются для выпрямления переменного тока промышленной частоты 50 Гц.

Данные радиокомпоненты входят в состав выпрямителей переменного тока и блоков питания. Правда, в этом случае обычно используются не дискретные выпрямительные диоды, а так называемый диодный мост. Самый простой мост состоит из четырёх диодов. С его выхода снимается практически идеальный постоянный ток, который нуждается лишь в незначительной коррекции, для чего используются цепи, состоящие из резисторов и конденсаторов.

Основными электрическими параметрами выпрямительных диодов являются следующие:
  1. Максимальное постоянное обратное напряжение;
  2. Максимальное импульсное обратное напряжение;
  3. Максимальный прямой ток;
  4. Максимальный импульсный прямой ток;
  5. Постоянное прямое напряжение;
  6. Общая емкость диода;
  7. Обратный ток диода при предельном обратном напряжении;
  8. Рабочая частота диода;
  9. Рассеиваемая мощность на диоде.

Особенности выпрямительного диода

диоды

Главная отличительная особенность диодов этого типа состоит в том, что в их конструкции используются так называемые плоскостные p-n-переходы, обеспечивающие нормальные условия для протекания прямого тока. Однако подобные переходные зоны обладают значительной ёмкостью, которая ограничивает рабочую частоту радиокомпонентов.

Поскольку выпрямительные диоды оперируют достаточно высокими мощностями, важную роль при их эксплуатации играет такое явление, как пробой. Принципиально его можно описать следующим образом. При росте обратного напряжения выше некоей пороговой величины в полупроводниках начинают протекать физико-химические процессы, приводящие к появлению обратной проводимости. Такой диод начинает беспрепятственно пропускать электрический ток в обоих направлениях, то есть перестаёт исполнять свою ключевую функцию.

Существует несколько видов пробоя – лавинный, туннельный, тепловой. Их концептуальное различие заключается в возможности восстановления диода после пробоя. Если после лавинного и туннельного радиодеталь при некоторых условиях может восстановиться и продолжать нормально работать, то тепловой пробой почти гарантированно приводит к фатальному выходу диода из строя.

Исполнение выпрямительных диодов

Для изготовления данных радиокомпонентов используются два полупроводника – кремний и германий. Кремниевые элементы выгоднее в функциональном отношении, так как их обратный ток гораздо меньше того же параметра германиевых изделий. Кроме того, выпрямительные диоды на основе кремния не так критичны в отношении нагрева, как германиевые, поэтому могут работать при более высокой температуре. Однако с этим связан существенный минус кремниевых элементов – если они пробиваются обратным напряжением, то пробой носит тепловой характер. Это означает, что пробитый диод из кремния почти всегда приходится заменять новым.

В большинстве случаев выпрямительные диоды заключаются в мощные металлические корпуса, которые обеспечивают не только механическую прочность изделий, но и нормальное теплоотведение. Выпрямительные диоды в сравнении с другими типами крупнее. Особенно большими являются высоковольтные устройства, рассчитанные на оперирование большими мощностями. Такие диоды используются на электрических подстанциях и прочих объектах электроэнергетической отрасли.

На какой ток и напряжение должен быть рассчитан диодный мост или диоды для выпрямителя.

Начну с того, что напомню, что диоды являются полупроводниками. Они имеют прямое и обратное включение. При прямом своем включении на них подается постоянное напряжение такой же полярности, то есть к плюсу диода (аноду) подключается плюс питания, ну, а на минус диода (катоду) подключается минус питания. В этом случае полупроводник будет пропускать через себя ток, он будет открыт. При этом на нем образуется некоторое падение напряжения около 0,3-1,2 вольта.

Читайте так же:
Как рассчитать допустимый ток по сечению кабеля

Прямое и обратное включение диода в электрическую цепь

С увеличением подаваемого напряжения расти будет только сила тока, проходящего через диод. Напряжение при прямом включении будет оставаться практически неизменным (его изменение можно считать крайне незначительным). При обратном включении диода на его плюс (анод) подается уже минус питания, а на минус диода (катод) подается плюс питания. При таком варианте подключения диод находится в закрытом состоянии, он не пропускает через себя ток. На нем будет оседать все то напряжение, что подается от источника питания.

На какой максимальный прямой ток и обратное напряжение должен быть рассчитан диодный мостНу, а теперь ближе к нашей теме, на какой именно ток и напряжение должен быть рассчитан диодный мост или диоды для него. Каждый тип диодов, мостов имеет свои максимальные значения тока при прямом включении и максимальные обратные напряжения. То есть, это те значения, не превышая которые полупроводник будет гарантированно работать в своем нормальном режиме. Вероятность его пробоя и последующего выхода из строя минимальна. Если же действующие значения прямого тока и обратного напряжения будут больше максимально допустимых, то скорей всего диод еще будет продолжать работать, но вероятность его поломки очень сильно возрастает. Достаточно будет незначительного всплеска или перепада тока или напряжения, чтобы вывести полупроводник из строя. Хотя тут нужно учитывать, что более качественные компоненты могут выдержать такую перегрузку, чего не скажешь о дешевых копиях и подделках.

Какой запас по току и по напряжению делать для диодов и мостовПо нормальному при покупке диодов и диодных мостов, выпрямителей нужно чтобы был минимум 25% запас, как по прямому току, так и по обратному напряжению. А поскольку пользы от запаса будет больше, чем затраты по деньгам, то лучше этот самый запас основных характеристик полупроводников делать 50% или даже 100%. В этом случае вы точно будете знать, что ваш диод, диодный мост вполне справиться не только с действующим током и напряжением, а и без особых перегрузок выдерживает случайные всплески, скачки электроэнергии. Иными словами говоря. Ваш блок питания рассчитан на максимальный ток до 3 А. Значит в этот БП нужно поставить диоды на мост с максимальным током 4-6 А. Также и с обратным напряжением. И старайтесь приобретать именно качественные элементы, от хороших фирм производителей, поскольку они более надежны в своей работе.

максимальная температура для диодов и выпрямительных мостовТакже стоит брать во внимание тот факт, что существует два вида пробоя диодов и диодных мостов, это тепловой и электрический. Тепловой пробой случается по причине чрезмерного перегрева полупроводника. Большинство полупроводников сделаны из кремния, у которого критическая температура лежит в пределах 150-180 °C. То есть, при этих значениях кремний просто начинает безвозвратно разрушаться. Максимально допустимым значением, при котором кремниевые полупроводники могут нормально работать это температуры до 60-80 °C. Причем это еще связано и с тем, что при увеличении температуры на полупроводнике его рабочие характеристики ухудшаются, что также стоит учитывать. Нагрев полупроводников вызывает именно протекание больших токов. Величина напряжения косвенно может влиять на количество тепловыделения. Для снижения температуры, когда диодам и выпрямительным мостам приходится работать с большими токами, используют дополнительные охлаждающие радиаторы. В особых случаях даже ставятся вентиляторы, для охлаждения имеющегося радиатора.

Читайте так же:
Как соединить провода светодиодной ленты между собой

Электрический пробой диода, моста из-за высокого напряженияЭлектрический пробой происходит из-за чрезмерного обратного напряжения, что возникает при обратном включении полупроводника. То есть, если тепловой пробой возникает из-за большого тока, то электрический пробой возникает из-за большого напряжения. В некоторых случаях полупроводник восстанавливает свою работоспособность после снятия с него питания и повторного включения схемы. Но при значительных повреждениях полупроводник может уже не работать. Он либо становиться полным диэлектриком либо полным проводником. В этом случае вернуть работоспособность схемы поможет только полная замена пробитых полупроводников.

Также величину максимального тока и обратного напряжения имеющегося диода или диодного моста можно увеличить путем добавления дополнительных полупроводников. То есть, если мы параллельно диоду или мосту припаять еще один такой же диод или мост, то их максимальные токи суммируются. Мы получим увеличенное значение максимального прямого тока, что способны выдержать эти полупроводники, работая вместе. Чтобы увеличить обратное напряжение, то диоды нужно в мосте уже спаивать последовательно, с тем же направлением, что и у имеющегося полупроводника. После такого соединения обратные напряжения также суммируются. При таких параллельных и последовательных соединениях полупроводников нужно чтобы компоненты были одинакового типа.

Почему светодиод имеет максимальное напряжение?

Имеет ли значение напряжение питания при питании простой светодиодной цепи (источник питания постоянного тока, светодиод, резистор), если используется правильно рассчитанное значение резистора, ограничивающего ток?

Другими словами, есть ли / может быть что-то не так по своей сути, питая светодиод 12 В или 24 В, если я использовал правильный резистор, знал прямое напряжение светодиода, знал максимальный ток и вычислял его, используя что-то вроде этого , когда я мог бы питать один и тот же светодиод с напряжением 3,5 В, зная те же переменные и используя тот же веб-сайт?

Я предполагаю, что здесь есть предел максимальной величины напряжения, которое будет использоваться для светодиода . когда я смотрю на диаграмму электрических характеристик для CREE XP-G, например, он показывает ток как функцию напряжения, с напряжение начинается примерно с 2,5 В при 0 мА, максимально до 3,25 В при 1500 мА (максимальный ток, на который рассчитан светодиод, как описано в таблице характеристик в том же документе.

После 3,25 В график показывает ток, довольно быстро приближающийся к бесконечности.

Я предполагаю, что это связано с моим вопросом, мне просто любопытно, как все это связано. Я уверен, что это все основные законные вещи Ома, я просто признателен за разъяснение математики на работе.

По сути, нет ограничений на напряжение, которое вы используете для питания цепи, которая управляет диодом. Диод заботится только о том, что диод может видеть, и он не может видеть падение напряжения на токоограничивающем резисторе.

Читайте так же:
Испытание силовых кабелей током высокого напряжения

Тем не менее, в какой-то момент вы будете заботиться о том, чтобы мощность рассеивалась на резисторе, то есть I 2 R , Если вы хотите, чтобы ток был постоянным в случае роста требуемого падения напряжения, то R в конечном итоге станет большим и рассеет слишком много энергии. Мощность, которую может рассеивать осевые свинцовые резисторы мельницы, составляет 1/4 Вт. Для тока 20 мА, что означает ограничение мощности на резисторе до 1/4 Вт, вы не можете превышать 625 Ом, что означает, что вы можете максимально пропустить 12,5 Вольт на нем, и вы находитесь на пределе при напряжении питания около 14,5 В для красного светодиода. Это хуже для небольших корпусных SMD-резисторов, которые часто составляют 1/8 Вт или менее. Если вам нужно больше падения напряжения, вам придется перейти на резистор с более высокой номинальной мощностью, который может стать как физически большим, так и более дорогим.

Что касается того, почему фактическое напряжение на светодиоде не меняется слишком резко при правильном выборе токоограничивающего резистора, один из удобных способов взглянуть на это — метод «линии нагрузки». С http://i.stack.imgur.com/1cUKU.png (Изображение из общественного достояния из Викимедиа):

введите описание изображения здесь

V D = 0 V D D / R V D = V D D V D D менее чем резко не сместит эту точку настолько сильно, насколько вы думаете, это может быть связано с окончательным падением напряжения на диоде из-за того, насколько крутой становится диодная кривая.

Назначение последовательного резистора — регулировать ток через светодиод. Прямое напряжение светодиода входит в расчет токоограничивающего резистора.

Нет ничего принципиально неправильного в использовании более высокого напряжения, если вы подбираете резистор ограничения тока в соответствии с напряжением. В то же время вы будете больше рассеивать мощность на токоограничивающем сопротивлении. Итак, вам понадобится резистор с достаточной номинальной мощностью.

В общем, ток диода увеличивается экспоненциально с напряжением:

где с — постоянная величина, зависящая от геометрии, легирования, температуры и т. д.

Это причина, по которой светодиод высокой мощности всегда должен работать от постоянного тока, а не от источника постоянного напряжения. Крошечные изменения к c (например, изменение температуры) или U вызвали бы массовое изменение тока.

Последовательный резистор работает, потому что его сопротивление обычно намного выше, чем дифференциальное сопротивление светодиода. С точки зрения светодиода источник напряжения плюс резистор ведет себя как источник тока.

имеет значение напряжение питания, если используется правильно рассчитанное значение резистора ограничения тока?

Нет. Диоды — это современные устройства. Они имеют падение напряжения, которое вы должны учитывать в своей цепи, но они управляются током, и если вы соответствующим образом ограничите ток и охладите диод, если это необходимо (для светодиодов высокой мощности), то ограничения по напряжению питания не будет. ,

Напряжение на самом светодиоде будет падением напряжения диода, которое будет немного зависеть от тока через диод, но в основном от состава диода. Подача слишком большого напряжения на клеммы диода (т.е. без ограничения тока) приведет к тому, что ток превысит предел диода и повредит светодиод.

Однако с соответствующим ограничением тока вы можете использовать источник питания на миллион вольт для питания светодиода. Хотя в этот момент вам придется проверить адекватную изоляцию между клеммами различных частей .

Читайте так же:
Выключатель света заднего хода вк403

Светодиод имеет «максимальное напряжение», потому что его сопротивление резко уменьшается — как и в любом другом диоде — так как его прямое напряжение увеличивается выше колена, и это увеличение напряжения на светодиоде связано с увеличением тока через него (из-за уменьшение его прямого сопротивления) увеличивает мощность, которую должен рассеивать светодиод, и, следовательно, его рабочую температуру. Затем, если ток через соединение светодиода поднимется выше его абсолютного максимального значения, его срок службы будет сокращен, и волшебный дым рано или поздно исчезнет.

В случае CREE XP-G, на который вы ссылались, я взял график Forward Voltage VS Forward current из таблицы данных и наложил его на график производного Forward Voltage VS Forward Resistance, как показано ниже. Скорее грубо, потому что я не делал никакой подгонки кривой, но легко увидеть огромное изменение прямого сопротивления для небольшого изменения прямого напряжения на 250 милливольт с 2,5 до 2,75 вольт.

введите описание изображения здесь

Из-за этой чрезвычайной чувствительности к напряжению и из-за того, что местоположение колена диода нельзя предсказать с большой уверенностью, светодиоды обычно не приводятся в действие источниками необработанного напряжения, а являются источниками постоянного тока или источников напряжения с ограничением тока, разработанными так, чтобы никогда не допустить продукта тока через светодиод и падение напряжения на светодиоде, чтобы превысить номинальную мощность светодиода.

Для мощных недорогих светодиодов, таких как XP-G, источник постоянного тока может быть использован с хорошим преимуществом, поскольку он будет поддерживать постоянный ток через светодиод независимо от изменений в Vf светодиода или входного напряжения постоянного тока. поставка. Чаще всего, однако, резистор используется последовательно с источником напряжения, чтобы ограничить ток через светодиод.

Значение резистора определяется путем вычитания указанного минимального значения Vf светодиода из максимального выходного напряжения источника, а затем деления этой разности на требуемый ток светодиода. Это сопротивление гарантирует, что «максимальное напряжение» светодиода никогда не будет превышено, и вы можете видеть, что нет предела (хорошо . ) разрешенному напряжению источника, так как резистор избавится от всего, в чем светодиод не нуждается ,

Я собираюсь покрыть пиковое обратное напряжение (иногда рассматривается как обратное напряжение) диода. PIV — это напряжение, при котором диодный переход начинает разрушаться при обратном смещении (т. Е. Напряжение обратное). Для большинства светодиодов это относительно низкий уровень (5 В типично — я сделал быстрый поиск и нашел 3 разных производителей, у всех было 5 В). В зависимости от источника питания это может не иметь значения (низковольтная батарея делает это относительно спорным вопросом). Другие источники питания, такие как преобразователи переменного / постоянного тока, могут иметь высокое напряжение с противоположной полярностью конструкции в течение короткого времени, когда источник или управляемые устройства, такие как реле, включаются и выключаются.
Поэтому любое приложение с источником питания более 5 В должно иметь обратную защиту для светодиода. Это может быть диод с обратным смещением через светодиод для простой защиты или других более продвинутых методов.

Диоды импульсные 3Д713А – Ж, 3Д713А1 – Ж1

Арсенидогаллиевые мезаэпитаксиальные импульсные диоды с барьером Шоттки типов 3Д713А – Ж, 3Д713А1 – Ж1 в металлокерамическом корпусе КД-4А предназначены для работы в импульсных, переключательных и выпрямительных схемах на частотах до 1 ГГц аппаратуры специального назначения. По заказу потребителя диоды могут поставляться комплектами (до 10 шт. в комплекте) с разбросом постоянного прямого напряжения между диодами в комплекте не более 0,05 В при токе 0,5 или 1 А. По техническим характеристикам диоды 3Д713 заменяют диоды 2Д805, 2Д237, 2Д708А, 2Д708Б.

Читайте так же:
Монтаж накладного выключателя света

Электрические параметры и характеристики при Т = (25 ± 10) °С

Cд— общая емкость диода (при Uобр = 5 В), не более, пФ
Uпр— постоянное прямое напряжение диода при прямом токе 1 А, В
Iобр— постоянный обратный ток, мкА
Uобр max— максимально допустимое постоянное обратное напряжение, В
Uобр и max— максимально допустимое импульсное обратное напряжение, В
Тип диодаCд,
не более
Uпр,
не более
Iобр (Uобр),
не более
Uобр max
(Uобр и max)
3Д713А, А1201,35 (225 В)225
3Д713Б, Б1201,25 (200 В200
3Д713В, В1251,25 (175 В)175
3Д713Г, Г1301,15 (150 В)150
3Д713Д, Д1351,15 (125 В)125
3Д713Е, Е1201,45 (225 В)225
3Д713Ж, Ж1201,45 (200 В)200

По заказу потребителя возможна поставка изделий с индексом «ОСМ».

Предельно допустимые параметры

Максимально допустимый импульсный прямой ток диода при длительности импульса менее 40 мкс и скважности более 50 равен 15 А.

Максимально допустимый импульсный прямой ток диода при длительности импульса не более 10 мкс и скважности не менее 10 равен 5 А.

Максимально допустимый постоянный прямой (или средний прямой) ток диода 1 А.

Максимально допустимый повторяющийся импульсный прямой ток диода при длительности импульса менее 10 мс равен 3 А.

Предельно допустимое значение частоты при выпрямлении напряжения синусоидальной формы или формы меандра 1 ГГц.

Технические требования

Максимальная температура диодов при эксплуатации не более 125 °С. Минимальная температура диодов при эксплуатации минус 60 °С. Допускаются изменения температуры среды от минус 60 до плюс 125 °С. Максимально допустимая температура кристалла 150 °С.

Минимальная наработка в режимах и условиях, допускаемых ТУ, 80000 ч.

Минимальная наработка в облегченных режимах (при Iпр = 0,75 А и Uобр = 0,8 Uобр max) 120000 ч.

Изготовитель гарантирует время обратного восстановления диодов не более 100 пс.

Указания по эксплуатации

Способы соединения (монтажа) диодов 3Д713 с элементами аппаратуры – пайка (в том числе групповая), другие соединения при сохранении целостности конструкции. Применяемый припой при пайке – ПОС 61, ПОС 40 и другой неактивный. Температура припоя при лужении и пайке не более 265 °С.

Расстояние от корпуса до начала изгиба выводов не менее 3 мм. Допускается изгиб выводов рядом с корпусом, но инструмент должен обеспечивать отсутствие натяжения и неподвижность вывода относительно корпуса, при этом радиус изгиба выводов должен быть не менее 0,3 мм.

При монтаже диодов допускается пайка непосредственно к кристаллодержателю диода, при этом допускается обрезка вывода около корпуса.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector