Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Силовая электроника. Система условных обозначений диодов



 

2.1.1 Принцип действия и классификация диодов

Основу диодов составляет двухслойная монокристаллическая полупроводниковая структура с электронно-дырочным переходом или контакт металл-полупроводник. Принцип действия Диодов определяется свойством односторонней проводимости p-n перехода. Полупроводниковая структура с p-n переходом конструктивно оформляется в виде узла выпрямительного элемента, который помещается в герметичный корпус с выводами анода и катода. Полупроводниковые диоды выполняются на токи от нескольких миллиампер до килоампер прямого тока (обратное напряжение 5 кВ и выше).

 

Рис 2.1 Условное обозначение диода на схемах

 

Диоды малой и средней мощности ( ) делятся на точечные и бескорпусные; силовые диоды ( ) делятся на штыревые и таблеточные (Таблица 2).

По назначению диоды подразделяются на выпрямительные, импульсные и специальные. Выпрямительные которые предназначены для выпрямления переменного тока. К ним относятся в основном силовые диоды. Силовые диоды по нагрузочной способности в области пробоя обратной ветви ВАХ подразделяются на простые выпрямленные и лавинные с контролируемым пробоем (стабилитроны).

По назначению диоды подразделяются на выпрямительные, импульсные и специальные. Выпрямительные которые предназначены для выпрямления переменного тока. К ним относятся в основном силовые диоды. Силовые диоды по нагрузочной способности в области пробоя обратной ветви ВАХ подразделяются на простые выпрямленные и лавинные с контролируемым пробоем (стабилитроны).

 

Таблица 2

     
    Признак классификации       Наименование диода
     
  Площадь диода   Плоский Точечный
    Полупроводниковый материал     Германиевый Кремниевый Арсенид галлиевый
     
  Назначение   Выпрямительный Импульсный Сверхвысокочастотный Стабилитрон Варикап и т.д.
  Принцип действия   Туннельный Диод Шотки Излучающий Фотодиод Диод Ганна Лавинно-пролётный
           

 

 

По назначению диоды подразделяются на выпрямительные, импульсные и специальные. Выпрямительные которые предназначены для выпрямления переменного тока. К ним относятся в основном силовые диоды. Силовые диоды по нагрузочной способности в области пробоя обратной ветви ВАХ подразделяются на простые выпрямленные и лавинные с контролируемым пробоем (стабилитроны).

В зависимости от времени обратного восстановления диоды делятся на: диоды с нормируемым временем восстановления и быстродействующие диоды с нормируемым временем восстановления (частотные).

Силовые диоды того или иного вида, подвида и модификации в зависимости от допускаемого тока подразделяются по типу, а диоды одного типа – на классы и допустимому обратному напряжению

Импульсные диоды применяются в маломощных цепях автоматики. Они отличаются малым временем переключения из закрытого состояния в открытое и обратного переключения и обладают хорошими частотными характеристиками.

К специальным диодам относят стабилитроны, фотодиоды, светодиоды, варикапы, туннельные диоды.

2.1.2 Параметры и обозначение силовых диодов

Параметры- это численные значения величин, определяющих характерные точки ВАХ и допустимые режимы.

Параметры силовых диодов:

1) повторяющееся импульсное обратное напряжение URRM– максимальное обратное напряжение, которое каждый период может прикладываться к диоду (рис. 2.2 б), которое примерно составляет 0, 7 напряжения пробоя UBR.В современных диодах оно достигает 10 кВ. URRMв сотнях вольт определяет класс выпрямительного диода. Например, если URRM= 5000 В, то диод 50 класса;

2) максимально допустимый средний прямой ток (предельный ток) IFAVm, определяемый в однофазной однополупериодной схеме выпрямления при синусоидальном токе частотой 50 Гц, угле проводимости 180° и заданной температуре кристалла или корпуса:

 

IFAVm = (2.1)

Здесь Um- амплитудное значение напряжения сети; Rd- активное сопротивление нагрузки; Im- амплитудное значение выпрямленного тока. Предельный ток IFAVmопределяет тип вентиля, в современных выпрямительных диодах он достигает 8 кА;

3) максимальный обратный ток IR(доли мкА - десятки мА);

4) импульсное прямое напряжение UFM- максимальное значение прямого напряжения, обусловленное максимально допустимым средним прямым током IFAVm(рис. 2.2 б). Оно составляет 1...3 В;

5) пороговое напряжение U0 (0, 5... 1, 5 В) и дифференциальное сопротивление rД (рис. 2.2 б - в).

6) время восстановления обратного сопротивления trr(рис. 2.3) – интервал времени, прошедший с момента прохождения тока через нуль (после изменения полярности приложенного напряжения) до момента, когда обратный ток достигнет заданного малого значения (доли нс - доли мкс для высокочастотных и 25... 100 мкс для низкочастотных);

7) заряд обратного восстановления Qrr- используется для определения мощности потерь обратного восстановления (десятки нК - десятки мкК).

Расшифровка буквенно-цифрового обозначения силовых диодов представлена на рисунке 2.2.

 

Рис.2.2 Обозначения силовых диодов

 

Разновидности силовых диодов

Диоды низкочастотные общего применения(на средние напряжения) на основе р-n-перехода с допустимыми напряжениями до 1 кВ выпускаются на токи до 8 кА. Время обратного восстановления диодов обычно находится в диапазоне 25... 100 мкс, что ограничивает их использование при частоте свыше 500 Гц. Их основное применение - неуправляемые выпрямители при промышленной частоте.

Диоды низкочастотные высоковольтные, основанные на процессах в р - i-nструктуре с допустимыми напряжениями до 10 кВ (i - слой собственногополупроводника). Слой собственного полупроводника, имеющий высокое сопротивление позволяет увеличить допустимое напряжение.

Диоды высокочастотные (быстровосстанавливающиеся)на средние напряжения на основе р-п-перехода, но дополнительно легированные золотом методом диффузии. Атомы золота создают рекомбинационные центры, обеспечивающие ускорение рекомбинации носителей заряда после прохождения тока. Время восстановления обратного сопротивления trr в них снижается в пределе до 100 нс. Предельный ток этих диодов 1 кА, допустимые напряжения достигают 1 кВ, а при некотором увеличении времени восстановления обратного сопротивления - 3 кВ.

Быстровосстанавливающиеся силовые диоды применяются в схемах преобразователей при частотах 2 - 20 кГц для шунтирования запираемых тиристоров и транзисторов и пропускания тока в обратном направлении.

Для высоковольтных преобразователей рекомендуется использовать специально разработанные ультрабыстрые диоды Hexfred, которые имеют величину обратного напряжения URRMдо 1200 В, время обратного восстановления trrдо 100 нс, прямое падение напряжения до 2, 0 В, максимально допустимый средний прямой ток IFAVm до 100 А и выше.

Диоды Шоттки- высокочастотные низковольтные диоды на основе перехода металл-полупроводник. Их особенностью является то, что прямой ток обусловлен движением только основных носителей - электронов. Таким образом, диоды Шоттки являются униполярными приборами с одним типом основных носителей. Отсутствие накопления неосновных носителей существенно уменьшает их инерционность. Время восстановления trrсоставляет обычно не более 0, 3 мкс, падение прямого напряжения UFM примерно 0, 3 - 0, 6 В. Значения обратных токов IRв этих диодах на 2 - 3 порядка выше, чем в диодах с р-п-переходом. Диапазон предельных обратных напряжений URRMобычно ограничивается 200 В, максимально допустимый средний прямой ток IFAVmдо 100 А. Диоды Шоттки применяются в схемах преобразователей при частотах 2 - 100 кГц для шунтирования полевых транзисторов и пропускания тока в обратном направлении.

Статические характеристики и схема замещения силового диода при низкой частоте

Выпрямительные диоды применяются в основном для построения выпрямителей в промышленных сетях переменного тока частотой 50 - 60 Гц.

Выпрямление основано на свойстве р-п-перехода, хорошо пропускать ток в одном направлении и почти не пропускать его в другом. Таким образом, выпрямительный диод представляет собой электронный ключ, управляемый приложенным к нему напряжением. При прямом напряжении ключ замкнут, при обратном - разомкнут. Такому электронному ключу соответствует вольтамперная характеристика (ВАХ) идеального диода (рисунок 2.3 а).

Однако в действительности диод не является идеальным, т.к. во включенном состоянии на нем падает прямое напряжение порядка 1 - 2 В, а в выключенном состоянии через диод протекает обратный ток, который мал. Поэтому ВАХ реального диода отличается от идеальной (рисунок 2.3 б).

 

Рисунок 2.3. Вольтамперные характеристики силового диода: идеальная (а), реальная (б), идеализированная (в) и его схема замещения (г)

 

При расчетах ВАХ аппроксимируются. Выделяют идеализированную ВАХ (рис. 2.3 в), которая позволяет учесть потери в проводящем состоянии, а для закрытого состояния диод считается идеальным (сопротивление равно бесконечности). Согласно идеализированной ВАХ модель диода в открытом состоянии описывается линейным уравнением

 

U = U0 + I · rД, (2.2)

 

где U0 - пороговое напряжение диода; rд = Δ U/Δ I- дифференциальное сопротивление диода во включенном состоянии.

На рисунке 2.3 г приведена схема замещения диода при низкой частоте, где VD- идеальный диод.

 


Поделиться:



Популярное:

  1. I. Понятие и система криминалистического исследования оружия, взрывных устройств, взрывчатых веществ и следов их применения.
  2. V1: Понятие, объект, предмет и система криминологии
  3. V7: Система линейных одновременных уравнений
  4. Автоматизированная система телемеханического управления (АСТМУ)
  5. Административная реформа и система органов исполнительно власти.
  6. Административное право - публичное право. Административное право как отрасль права и система правового регулирования государственного управления.
  7. Аксиологическое «Я» педагога как система ценностных ориентаций
  8. Антиноцицептивная система (АС)
  9. Антонио Менегетти. Система и личность
  10. Б. Подготовительные упражнения для систематической натаски.
  11. Байдаков А.Н. Организационно-экономический механизм управления аграрными производственными системами. Ставрополь: Агрус, 2003. 303 с.
  12. Балльно-рейтинговая буквенная система оценки знаний


Последнее изменение этой страницы: 2016-04-10; Просмотров: 1561; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.017 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь