4.1. Выпрямительные диоды

Выпрямительные низкочастотные диоды. Основное свойство диодов –односторонняя проводимость– позволяет решать многочисленные задачи, в том числе преобразование переменных напряжений (токов) в постоянные напряжения (токи), осуществляемоевыпрямителями в источниках питания. Используемые в этих целях диоды называютвыпрямительными. Выпрямительные полупроводниковые диоды составляют большой класс приборов. Наибольшее использование в радиоэлектронной аппаратуре нашли кремниевые диоды, германиевые диоды и диоды с барьером Шотки. Основой последних является выпрямляющий контакт металл-полупроводник.

Рабочий участок ВАХ и условные обозначения на схемах выпрямительного диода и диода с барьером Шотки показаны на рис. 7. Основными статическими параметраминизкочастотных выпрямительных диодов является прямое падение напряженияU_ПРпри заданном прямом токеI_ПРи постоянный обратный токI_ОБРпри заданном обратном напряженииU_ОБР. К основнымдинамическим параметрамотносятся средние за период значения: выпрямленного тока, прямого падения напряжения, обратного тока, обратного напряжения и граничная частота, на которой выпрямленный ток диода уменьшается до установленного уровня. Параметрами эксплуатационных режимов являются максимальные значения прямого токаI_{ПР.МАКС}, обратного напряженияU_{ОБР.МАКС}, мощности, рассеиваемой диодомP _МАКС, и др.

Рис. 7. Выпрямительный диод:

а) рабочий участок ВАХ;

б) условное обозначение на схемах;

в) условное обозначение на схемах диодов с барьером Шотки;

г) соединение диодов по мостовой схеме;

д) последовательное соединение диодов

Наряду с одиночными выпрямительными диодами промышленностью выпускаются выпрямительные блоки, в которых диоды имеют различные схемы соединений. Наиболее часто встречаются соединения диодов по мостовой схеме (рис. 7в) и по схеме удвоения напряжения (рис. 7г).

Работу простейшего выпрямителя иллюстрирует схема, приведенная на рис. 8а. Переменное напряжение, действующее в цепи с диодом VD, полуволной одного знака включает диод в прямом направлении. В этом случае его сопротивление мало. Через него и сопротивление нагрузкиR_н течёт ток, создавая падение напряжения, заряжающее конденсаторС. Полуволна напряжения другого знака включает диод в обратном направлении. В этом случае существенно возросшее сопротивление диода препятствует протеканию тока от источника напряжения. Заряженный ранее конденсаторСначинает разряжаться через сопротивление нагрузкиR_н. Полярность напряжения на нагрузке сохраняется, а величина постепенно убывает. С приходом очередной полуволны всё повторяется. Такой выпрямитель, названныйоднополупериодным, широко используют в маломощных источниках питания и в радиоприемниках в качестве амплитудного детектора – устройства, выделяющего из переменного напряжения с изменяющейся амплитудой зависимость амплитуды от времени.

Рис. 8. Однополупериодный выпрямитель:

а) схема выпрямителя;

б) графики U_ВХ(t) и U_ВЫХ(t)

На рис. 9а и рис. 9б приведены схемы двухполупериодныхвыпрямителей. Рис. 9в и рис. 9г иллюстрируют схемы выпрямителей с удвоением и умножением напряжений.

Рис. 9. Схемы выпрямителей:

а) двухполупериодного с нулевым выводом;

б) двухполупериодного мостового;

в) с удвоением напряжения;

г) с умножением напряжения

Выпрямительные высокочастотные диоды. Эти диоды предназначены для нелинейного преобразования сигналов с частотой до сотен и тысяч мегагерц. В радиоэлектронных устройствах они широко используются в схемах детекторов и преобразователей частоты высокочастотных сигналов, в схемах ограничителей и коммутации сигналов и других многочисленных приложениях. Во всех перечисленных применениях сигнал преобразуется за счет нелинейности ВАХ диода. Выпрямительные высокочастотные диоды универсальны по применению и могут выполнять все функции, перечисленные выше. Высокочастотные свойства диодов достигаются их конструктивно-технологическими особенностями, снижающими емкость перехода, сопротивленияp- иn-областей, а также время жизни неосновных носителей.

Рабочий участок ВАХ, условное обозначение на схемах и статические параметры высокочастотного выпрямительного диода те же, что и у низкочастотных выпрямительных диодов. Основным динамическим параметром является граничная рабочая частота.

Импульсные диоды. Эти диоды в основном предназначены для работы в быстродействующих импульсных схемах. Как и высокочастотные выпрямительные диоды, они имеют ряд конструктивно-технологических особенностей, снижающих барьерную емкость и накопленный заряд носителей в переходе.

Рабочий участок ВАХ, условное обозначение на схемах и статические параметры импульсного диода те же, что и у выпрямительных диодов. К характерным импульсным параметрам диодов относят емкость диода между его выводами при заданном обратном напряжении, время установления прямого и обратного сопротивлений и др.