Выпрямительные диоды

Выпрямление – это преобразование переменного тока в постоянный. А т. к. полупроводниковые диоды хорошо проводят ток в прямом направлении и плохо проводят в обратном, то основным назначением большинства полупроводниковых диодов является выпрямление переменного тока.

Нарисуем простейшую схему для выпрямления переменного тока. В ней последовательно соединены генератор переменной э.д.с. (e), которым обычно служит трансформатор, диод VD и нагрузочный резистор R_н. Такая схема называется однополупериодной (рисунок 1.25).

~

+

-

e

b

a

VD

R_н

Рисунок 1.25 – Однополупериодная схема выпрямления

Работа этой схемы происходит так. Генератор (или трансформатор) вырабатывает синусоидальный сигнал e = E_m sin wt. Во время одного полупериода, когда потенциал точки a положительный, и точки b отрицательный, через диод проходит прямой ток, создающий на R_н-падение напряжения UR. В течение следующего полупериода, когда потенциал точки b положительный, а точки a отрицательный, диод закрыт, тока практически нет. Т. е. мы получаем ток в виде импульсов, длящихся полпериода и разделенных промежутками также в полпериода (рисунок 1.26). Этот ток называют выпрямленным током, и он создает на R_н выпрямленное напряжение (U_R = iR_н). Полезной частью такого напряжения является его среднее значение U_ср.

U_ср

i

i

U_R

i, U_R

I_max

t

e

E_m

Рисунок 1.26 – Временная диаграмма U_вх и U_R

Основные параметры:

• U_пр и соответствующий ему I_пр.ср., который называют выпрямленным током;

• U_обр и соответствующий ему I_обр;

• max допустимое обратное напряжение U_обр.max и max допустимый прямой выпрямленный ток I_пр.ср.

Стабилитроны

Стабилитроны – это плоскостные диоды, изготовленные из S_i с большой концентрацией примеси. ВАХ диода в области электрического пробоя имеет участок, который может быть использован для стабилизации напряжения. На этом участке обратной ветви ВАХ при изменении тока в широких пределах, напряжение практически не меняется (рисунок 1.27).

0

5В

U_ст

10В

U_обр

I_обр

I_max

I_min

20mA

5mA

Рисунок 1.27 – ВАХ стабилитрона

Стабилитроны называют еще опорными диодами, т. к. полученное от них стабильное напряжение иногда используется в качестве эталонного (например, в стабилизаторах напряжения).

Простейшая схема включения стабилитрона показана на рисунке 1.28.

Нагрузка R_н включена параллельно стабилитрону. Поэтому в режиме стабилизации, когда напряжение на стабилитроне остается почти постоянным, такое же напряжение будет и на нагрузке.

+

-

E

U_ст

R_н

R_огр

Рисунок 1.28 – Схема включения стабилитрона

Если напряжение Е будет изменяться в ту или другую сторону, то будет изменяться ток стабилитрона, по напряжению на нем и на нагрузке останется постоянным. Все изменения напряжения источника питания Е почти полностью поглощаются ограничительным резистором.

Т. е. стабилизация осуществляется при соблюдении условия ∆Е ≤ (I_{max ст.} – I_{min ст.}) R_огр.

Основные параметры:

• напряжение стабилизации U_ст;

• диапазон изменения тока стабилизации (I_max – I_min);

• P_max – max допустимая мощность;

• дифференциальное сопротивление R_д = ∆U / ∆i чем меньше R_д, тем лучше стабилизация;

• температурный коэффициент напряжения стабилизации ТКН = ∆U_ст / (U_ст ∆T);

• коэффициент стабилизации, К_ст = , который показывает, во сколько раз относительное изменения напряжения на выходе схемы меньше, чем относительное изменение напряжения на входе.