Выпрямительные диоды служат для выпрямления переменного тока низкой частоты. В основе выпрямительных свойств этих диодов лежит принцип односторонней проводимости электронно-дырочных р-и-переходов.
Универсальные диоды используют в различной радиоэлектронной аппаратуре в качестве выпрямителей переменного тока высбКйх
и низких частот, умножителей и преобразователей частоты, детекторов больших и малых с7итналов и т. д.
Диапазон рабочих токов и напряжений выпрямительных и универсальных диодов очень широк, поэтому они выпускаются как с точечным (рис. 35,а), так и плоскостным (рис. 35,6) р-n-переходом в структуре полупроводника с площадями от десятых долей квадратного миллиметра до нескольких квадратных сантиметров. Обычно в универсальных диодах используются переходы с малыми площадями и емкостями, но с относительно высокими значениями прямых токов и обратных напряжений. Этим требованиям удовлетворяют точечные, микросплавные плоскостные и мезапланарные диоды. Характеристики и параметры универсальных диодов те же, что и у выпрямительных диодов.
Вольтамперная характеристика (ВАХ) выпрямительных диодов выражает зависимость тока, проходящего через диод, от значения и полярности приложенного к нему постоянного напряжения (рис. 36). Прямая ветвь характеристики Iпр=ф(UПр) показывает зависимость .тока через диод при прямой пропускной полярности приложенного напряжения. Сила прямрго тока (участок О А) экспоненциально зависит от приложенного к диоду прямого напряжения и может достигать больших значений при малом (порядка 0,3 — 1 В) падении напряжения на диоде.
Рис. 35. Устройство диодов:
с — точечного, б — плоскостного; 1 — тоководы, 2 — корпус, 3 — монокристалл, 4 — изолятор
Рис. 36. Вольтампецная характеристика выпрямительных диодов
Обратная ветвь характеристики Iобр=ф(Uобр) соответствует непроводящему направлению тока через диод при обратной полярности приложенного к диоду напряжения.
Обратный ток (участок. ОД) незначительно зависит от приложенного обратного напряжения. При относительно большом обратном напряжении (точка В на характеристике) наступает электрический пробой р-n-перехода, при котором быстро увеличивается обратный ток, что может привести к тепловому пробою и повреждению диода. При повышении температуры возрастут тепловой ток и ток генерации носителей зарядов в переходе, что приведет к увеличению прямого и обратного токов и смещению характеристик диода.
Свойства и взаимозаменяемость диодов оценивают по их параметрам. К основным параметрам относят токи и напряжения, связанные с ВАХ (см. рис. 36).
Диоды применяют в цепях как переменного, так и постоянного тока. Поэтому для оценки свойств диодов наряду с параметрами на постоянном токе пользуются дифференциальными параметрами, характеризующими их работу на переменном токе.
Выпрямленный (прямой) ток Iпр представляет собой ток (среднее значение за период), проходящий через диод, при котором обеспечивается его надежная и длительная работа. Сила этого тока ограничивается разогревом или максимальной мощностью Рмакс. Превышение прямого тока ведет к тепловому пробою и повреждению диода.
Прямое падение напряжения UПр.Ср — среднее значение за период на диоде при прохождении через него допустимого прямого тока.
Допустимое обратное напряжение U0бр — среднее значение за период, при котором обеспечивается надежная и длительная работа диода. Превышение обратного напряжения приводит к пробою и выходу диодов из строя. При повышении температуры значения об-ратного напряжения и прямого тока снижаются.
Обратный ток Iобр — среднее значение за период обратного тока при допустимом Uобр. Чем меньше обратный ток, тем лучше Выпрямительные свойства диода. Повышение температуры на каждые 10 °С приводит к увеличению обратного тока у германиевых « кремниевых диодов, в 1,5 — 2 раза и более.
Максимальная постоянная, или средняя за период мощность Pмакс, рассеиваемая диодом, при которой диод может длительно работать, не изменяя своих параметров.
Эта мощность складывается из суммы произведений токов и напряжений при прямом и обратном смещениях перехода, т. е. за положительный и отрицательный полупериоды переменного тока.
Для приборов большой мощности, работающих с хорошим теплоотводом, Pмакс=(Tп.макс — Тк)/Rпк.
Для приборов малой мощности, работающих без теплоотвода,
Pмакс = (Tп.макс — Т с) /Rп.с.
Максимальная температура перехода Гп.макс зависит от материала (ширины запрещенной зоны) полупроводника и степени его легирования, т. е. от удельного сопротивления области р-n-перехода — базы. Диапазон Гп.макс для германия лежит в пределах 80 — 110°С, а для кремния 150 — 220 °С.
Тепловое сопротивление Rп.к между переходом и корпусом определяется температурным перепадом между переходом Тп и корпусом Tк и средней выделяемой в переходе мощностью Ра
и составляет 1 — 3°С/Вт: Ra.K=(Ta
— TK)/Pa.
Тепловое сопротивление Rn c между переходом и окружающей средой зависит от температурного перепада между переходом Тп и окружающей средой Тс. Поскольку практически RПK<RK с, то Rn с определяется тепловым сопротивлением между корпусом прибора и окружающей средой- Rnc=(Ta — Tc)/Pn=Rn
K+RK c. Для обычных широко распространенных корпусов Ra c=0,2 — 0,4 °С/мВт.
Предельный режим использования диодов характеризуют максимально допустимое обратное напряжение UОбр макс, максимальный выпрямительный ток IПр макс (см. рис. 36) и максимальная температура перехода ТПмакс
С повышением частоты переменного напряжения, подводимого к диоду, ухудшаются его выпрямительные свойства. Поэтому для определения свойств выпрямительных диодов обычно оговаривается диапазон рабочих частот Дf или максимальная частота выпрямления fмакс На частотах, больших fмакс, не успевают скомпенсировать-ся накопленные за время прямого полупериода неосновные носители заряда в базе, поэтому при обратном полупериоде выпрямляемого напряжения переход некоторое время остается прямосмещенным (т е теряет свои выпрямительные свойства).
Это свойство прояв ляется тем значительнее, чем больше импульс прямого тока или выше частота подводимого переменного напряжения Кроме того, на высоких частотах начинает проявляться шунтирующее действие барьерной и диффузионной емкостей p-n-перехода, снижающих его выпрямительные свойства
При расчете режима выпрямителей используются статическое сопротивление постоянному току и дифференциальное сопротивление диодов переменному току
Дифференциальное сопротивление переменному току rдиф=dU/dI или rДиф=ДU/ДI определяет изменение тока через диод при изменении напряжения вблизи выбранной рабочей точки на характеристике диода. При прямом включении напряжения rдиф Пр=0,026/ /IПр и токе IПр>10 мА оно составляет несколько омов При подключении обратного напряжения rДИф обр велико (от десятков ки-лоомов до нескольких мегаомов).
Статическое сопротивление диода постоянному току гпрд = UПр/Iпр, rобр д = Uобр/Iобр В Области прямых токов rПр д>rдиф пр, а в области обратных r0бр д<rдифобр
Поскольку электрическое сопротивление p-n-перехода в прямом направлении меньше, чем в обратном, диод обладает односторонней проводимостью и используется для выпрямления переменного тока
Емкости диодов оказывают существенное влияние на их работу на высоких частотах и в импульсных режимах. В паспортных данных диодов обычно приводится общая емкость диода Сд, которая помимо барьерной и диффузионной включает емкость корпуса прибора Эту емкость измеряют между внешними токоотводами диода при заданных обратном напряжении смещения и частоте тока
Выпрямительные диоды. Кремниевые сплавные диоды Д226Б — Д226Д (рис. 37, а) выпускаются в металлическом сварном корпусе с гибкими выводами с граничной рабочей частотой 1 кГц, массой не более 2 г, с диапазоном рабочих температур от — 60 до 4-80°С и сроком службы не менее 5000 ч. Электрические параметры диодов приведены в табл 67.
Кремниевые сплавные диоды Д246 — Д248Б (рис 37, б) выпускаются в металлическом корпусе со стеклянными изоляторами и винтом для крепления, с граничной частотой 1 кГц, массой не более18 г, с диапазоном рабочих температур от — 55 до +1259С и сроком службы 1200 ч.
Электрические параметры диодов приведены в табл. 68.
Таблица 67
Параметры |
Типы диодов |
|||
Д226Б |
Д226В |
Д226Г |
Д226Д |
|
Амплитуда обратного напряжения, В, при температуре, °С: от — 60 до +50 |
400 |
300 |
200 |
100 |
80 |
300 |
200 |
150 |
70 |
Обратный ток, мкА (не более), при температуре, °С: |
|
|
|
|
20 и 60 |
100 |
|||
80 |
300 |
|||
Выпрямленный ток, мА (не более), при температуре, °С: от — 60 до +50 |
300 |
|||
80 |
200 |
|||
Прямое напряжение, В, при 20 и 80 °С |
Не более 1 |
Типы диодов |
||||||
Параметры |
Д246 |
Д246А |
Д246Б |
Д247 |
Д247Б |
Д248Б |
Амплитуда обратного напряжения, В |
400 |
400 |
400 |
500 |
500 |
600 |
Обратный ток, мА, при температуре 20, 100 и -55 °С |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
Выпрямленный ток, А, при температуре корпуса, °С: до 75 |
10 |
5 |
10 |
5 |
5 |
|
125 |
5 |
10 |
2 |
5 |
2 |
2 |
Прямое Напряжение, В |
1,2 |
1,0 |
1,5 |
1,2 |
1,5 |
1,5 |
Параметры |
Типы диодов |
|||
Д302 |
Д303 |
Д304 |
Д305 |
|
Амплитуда обратного напряжения, В, |
||||
при температуре, °С: |
||||
от 20 до — 60 |
200 |
150 |
100 |
50 |
при 50 |
120 |
120 |
100 |
50 |
при 70 |
50 |
-50 |
50 |
50 |
Обратный ток, мА, при температуре, °С: |
||||
20 |
0,8 |
1 |
2 |
2,5 |
50 |
1,5 |
2 |
5 |
10 |
70 |
3 |
4 |
10 |
20 |
Выпрямленный ток, А, при температу- |
||||
ре, °С: |
||||
от 20 до — 60 |
1 |
3 |
5 |
10 |
50 |
1 |
2,5 |
3 |
6,5 |
70 |
0,8 |
1,5 |
1,8 |
3 . |
Прямое напряжение, В, при 20 °С |
0,3 |
0,35 |
0,3 |
0,35 |
Параметры |
КД202А и КА202Б |
КД202В и КД202Г |
КД202Д и КД202Е |
КД202Ж и КД202И |
КД202К и КД202Л |
КД202М и КД202Н |
КД202Р и КД202С |
||||||
Амплитуда обратного напряжения, В |
50 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
||||||
Обратный ток, мА |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
||||||
Выпрямленный ток, A f |
5 и 3,5 |
5 и 3,5 |
5 и 3,5 |
5 и 3,5 |
5 и 3,5 |
5 и 3,5 |
5 и 3,5 |
||||||
Прямое напряжение, В, при прямом токе 10 А |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
||||||
Ток перегрузки. А, в течение 1,5 с при температуре корпуса 25 °С |
9 |
9 |
9 |
9 |
9 |
9 |
9 |
||||||
Параметры |
Типы диодов |
||||||||||||
КД203А |
КД203Б |
КД203В |
КД203Г |
КД203Д |
|||||||||
Амплитуда обратного напряжения, В, при температуре от — 55 до +100 °С |
600 |
800 |
800 |
1000 |
1000 |
||||||||
Обратный ток, мА, при максимальном обратном напряжении |
J,$ |
1,5 |
1,5 |
1,5 |
1,5 |
||||||||
Выпрямленный ток, А, при температуре корпуса, °С: |
|||||||||||||
от — 55 до +55 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
||||||||
100 |
10 |
5 |
10 |
5 |
10 |
||||||||
Прямое напряжение, В, при температуре и среднем прямом токе: |
|||||||||||||
25 и — 55 °С и 10 А |
1 |
||||||||||||
100 °С и 5 А |
1 |
||||||||||||
Постоянное обратное напряжение, В |
420 |
560 |
560 |
700 |
700 |
||||||||
Ток перегрузки, А, на частоте 50 Гц в течение времени: |
- |
||||||||||||
1,5 с при Uобр < Uобр макс |
Трехкратный |
||||||||||||
50 с при Uобр< <2Uобр макс |
Пятикратный |
||||||||||||
Параметры |
КД204А |
КД204Б |
КД204В |
||||||||||||
Постоянное и импульсное обратное напряжение, В, при температуре от — 55 до + 85°С |
400 |
200 |
50 |
||||||||||||
Обратный ток, мкА, при U0бр = Uобр.макс и температуре, °С: + 25 и — 55 |
150 |
.100 |
50 |
||||||||||||
85 |
2000 |
1000 |
500 |
||||||||||||
Постоянный прямой ток, А, диодов с радиатором 60x60 мм2 при температуре, °С: |
|||||||||||||||
от — 55 до +55 |
0,4 |
0,6 |
1,0 |
||||||||||||
85 |
0,2 |
0,25 |
0,4 |
||||||||||||
без радиатора при температуре, °С: от — 55 до +55 |
0,3 |
0,35 |
0,6 |
||||||||||||
85 |
0,15 |
0,175 |
0,2 |
||||||||||||
Постоянное прямое напряжение, В, при прямом токе 600 мА и температуре, °С: |
|||||||||||||||
25 и 85 |
1,4 |
1.4 |
1,4 |
||||||||||||
— 55 |
1,6 |
1,6 |
1,6 |
||||||||||||
|
Типы диодов |
||||||||||||||
Параметры |
КД205А |
КД205Б |
КД205В |
КД205Г |
КД205Д |
КД205Е |
КД205Ж |
КД205И |
КД205К |
КД205Л |
|||||
Выпрямленный |
500 |
500 |
500 |
500 |
500 |
300 |
500 |
300 |
700 |
700 |
|||||
ток, мА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Обратное по- |
500 |
400 |
300 |
200 |
100 |
500 |
600 |
700 |
100 |
200 |
|||||
стоянное на- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
пряжение, В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Параметры |
Типы диодов |
||
КД205А |
КД206Б |
КД205В |
|
Амплитуда обратного напряжения, |
400 |
500 |
600 |
В, любой формы и периодичности Постоянный обратный ток, мА, при температуре, °С: от +25 до — 60 |
0,7 |
0,7 |
0,7 |
- 125 |
1,5 |
1,5 |
1,5 |
Выпрямленный ток, А, при температуре корпуса, °С: от — 60 до +70 |
10 |
10 |
10 |
85 |
5 |
5 |
5 |
Постоянное прямое напряжение, В, при прямом токе, А: |
|
|
|
1 |
1,2 |
1,2 |
1,2 |
10 |
1,5 |
1,5 |
1,5 |
Импульсный прямой ток, А, при Тимп<10 МКС |
100 |
100 |
100 |
Импульсный перегрузочный обратный ток, А, при тЪмп=20 мкс |
5 |
3 |
1 |
Минимальное пробивное напряжение, В, при Iобр =2 мА |
500 |
600 |
720 |
Параметры |
Типы диодов |
||
КД209А |
КД209Б |
КД209В |
|
Постоянное или импульсное обратное напряжение, В |
400 |
600 |
800 |
Средний прямой ток, мА, при тем- пературе, °С: |
|
|
|
от — 60 до +55 |
700 |
700 |
500 |
85 |
700 |
500 |
300 |
Постоянный обратный ток, мкА, при Uобр = Uобр макс и температуре, °С: + 25 и — 60 |
100 |
100 |
100 |
85 |
300 |
300 |
300 |
Импульсный прямой ток, А, при |
15 |
15 |
15 |
Тимп<20 мкс с интервалом до |
|
|
|
5 мин |
|
|
|
Постоянное прямое напряжение, В, |
1 |
1 |
1 |
при Iпр = Iпр макс и температуре |
|
|
|
25 °С |
|
|
|
Таблица 76 |
||
Параметры |
Типы диодов |
|
ГД402А |
ГД402Б |
|
Обратное напряжение, В, любой формы и периодичности |
15 |
15 |
Обратный ток, мкА, при Uобр=10 В |
100 |
100 |
Прямой ток, мА, при температуре, °С: от — 55 до +25 |
25 |
25 |
60 |
20 |
20 |
Прямое напряжение, В, при Iпр=15 мА |
0,45 |
0,45 |
Импульсный прямой ток IПр и макс, мА, при Тимп — 10 МКС |
100 |
100 |
Дифференциальное сопротивление, Ом, при Iпр=15 мА и температуре 25 °С |
4,5 |
6 |
Емкость диода, пФ, при (Уобр
= 5 В |
0,8 |
0,5 |
Параметры |
Типы диодов |
||
ГД403А |
ГД403Б |
ГД403В |
|
Обратное напряжение, В |
5 |
5 |
5 |
Прямой тсцк, мА, при UПр =0,5 В |
5 |
5 |
5 |
Коэффициент передачи при температуре, °С |
0,33 — 0,47 |
0,4 — 0,56 |
0,47 — 0,66 |
— 25 |
0,18 — 0,26 |
0,22 — 0;35 |
0,26 — 0,045 |
Входное сопротивление, кОм, при температуре, °С: |
|
|
|
+ 25 |
15 — 30 |
11 — 24 |
8 — 20 |
— 25 |
22 — 37 |
18 — 31 |
15 — 27 |
Параметры |
Типы диодов |
|
КД407А |
КД409А |
|
Амплитуда обратного напряжения, В Обратный ток, мкА, при температуре, °Сз |
24 |
24 |
25 |
0, 5 |
0,5 |
100 |
10 |
10 |
Средний прямой ток, мА, при температуре, °С: от — 60 до +35 |
50 |
50 |
100 |
25 |
25 |
Наибольший импульсный прямой ток, мА, при Тимп<10 мкс, скважности более 10 и температуре, °С: от — 60 до +35 |
500 |
500 |
100 Дифференциальное сопротивление при IПр = 10 мА в диапазоне частот, МГц: f=50-100 |
250 |
250 1 |
f=50-300 |
1 |
— |
Емкость, пФ, при обратном напряжении, Вз 5 |
1 |
— |
15 , Индуктивность, нГн |
5 |
2 4 |
Мощность, Вт, при Rн = 75 Ом в диапазоне частот 50 — 300 МГц |
1 |
- |
Параметры |
Типы диодов |
|||
КД411А |
КД411Б |
КД411В |
КД411Г |
|
Постоянное обратное напряжение, В |
700 |
600 |
500 |
400 |
Обратный ток, . мкА, при температуре от +70 до — 40 °С |
0,7 |
0,7 |
0,7 |
0,7 |
Постоянное прямое напряжение, В, при прямом токе |
1,4 |
1,4 |
1,4 |
2 |
Постоянный прямой ток, А, при температуре от — 40 до + 70°С |
1 |
1 |
1 |
1 |
Прямой импульсный ток, А, при частоте следования импульсов и температуре: |
|
|
|
|
до 20 кГц и от — 40 до + 70°С |
5 |
5 |
— |
— |
до 500 Гц и рабочей |
10 |
10 |
10 |
10 |
Параметры |
Типы диодов |
||||
КШ06А |
КШ06Б |
КЦ106В |
КЦ106Г |
КЦ106Д |
|
Амллитуда обратного напряжения, кВ |
4 |
6 |
8 |
10 |
2 |
Обратный ток, мкА, при Uобр = |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
Средний выпрямленный ток, мА |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
Прямое напряжение, В, при Iпр=10 мА и 25 °С |
25 |
25 |
25 |
25 |
25 |
Импульсный прямой ток, А, при Тимп<50 МКС С интервалом 60 с |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
Параметры |
Типы столбов |
|||||
КЦ201А |
КЦ201Б |
КЦ201В |
КЦ201Г |
КЦ201Д |
КЦ201Е |
|
Импульсные (синусоидальные) напряжения, кВ, при f=50 Гц |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
15 |
Обратный ток, мкА |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
Средний выпрямленный ток, мА |
500 |
500 |
500 |
500 |
500 |
500 |
Прямое напряжение, В |
3 |
3 |
6 |
6 |
6 |
10 |
Общее тепловое сопротивление столбов, °С/Вт |
32 |
32 |
15 |
15 |
15 |
15 |
Параметры |
Типы диодов (блоков) |
||
КЦ401А |
КЦ401Б |
КЦ401Б (схема моста) |
|
(схема удвоения) |
|||
Постоянное обратное напряжение, В, при соединении диодов в мост или на каждое плечо при соединении по схеме удвоения |
500 |
500 |
500 |
Постоянный обратный ток, мкА |
100 |
100 |
100 |
Средний выпрямленный ток, мА: первого плеча |
400 |
200 |
250 |
второго плеча |
300 |
200 |
250 |
Постоянное прямое напряжение, В, на каждом плече при среднем прямом токе 250 мА |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
Параметры |
Типы блоков КЦ402 — КЦ405 |
|||||||
А |
в 1 |
в |
Г |
д |
в |
ж |
и |
|
Амплитуда обратного напряжения, В |
600 |
500 |
400 |
300 |
200 |
100 |
600 |
500 |
Средний выпрямленный ток, А, на частоте f<5 кГц. |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0,6, |
0,6 |