Випрямні діоди Параметри випрямних діодів
Випрямні діоди характеризуються статичними (\(U_\), \(I_\)), динамічними (\(I_\), \(U_\), \(I_\), \(U_\), \(f_р\), \(R_д\), \(C_д\)) та гранично допустимими параметрами (\(I_\), \(P_\), \(U_\), \(U_\), \(T_\), \(I_ \)). Для випрямних діодів велике значення має характер навантаження (активна, ємнісна або індуктивна), що впливає на форму і значення струму, що протікає, тобто. визначальний режим роботи діода.
Зворотна напруга (\(U_\), \(U_\), \(U_\)). Величина \(U_\) відповідає максимально допустимому постійному зворотному напрузі, при якому діод може експлуатуватися протягом усього терміну служби. \(U_\) — максимально допустима імпульсна напруга, що повторюється. При безперервно прикладеному змінному імпульсному напрузі \(U_\) гарантується довготривала працездатність діода, наприклад, у випрямлячі. Значення імпульсної зворотної напруги, що не повторюється (\(U_\)) визначає перевантажувальну здатність діода по напрузі. Перехідна напруга, що не повторюється, обумовлюється зазвичай зовнішньою причиною, і передбачається, що її дія зникає повністю до появи наступної перехідної напруги. У документації деякі типи выпрямительных діодів встановлено лише одне з перелічених допустимих значень напруг: \(U_\) чи \(U_\). При цьому слід мати на увазі, що при встановленні норми тільки на \(U_\) допускається робота діода і при \(U_\), що дорівнює \(U_\), а при встановленні норми тільки на \(U_\) постійну робочу напругу слід знижувати на 30. 40% порівняно з (U_), наприклад, при роботі діода в резервованих джерелах живлення постійного струму. Кожне з наведених значень напруги встановлюється, як правило, для всього діапазонуробочих температур.
Прямий струм (\(I_\), \(I_\)). Для прямого струму, залежно від умов експлуатації діодів, може нормуватися кілька його значень. Максимально допустимий постійний прямий струм (\(I_\)) в основному наводиться для діодів малої потужності. Зазвичай поряд з \(I_\) або замість нього вказується максимально допустимий середній струм (\(I_\)), важливий при застосуванні діодів у випрямлячах. Слід мати на увазі, що наведені в технічній документації середні значення струмів випрямлювальних діодів відповідають їх роботі на активне навантаження при куті провідності струму (beta = >). Значення цього струму гарантується на підставі випробувань, що проводяться на підприємствах-виробниках, протягом заданого часу в зазначеному режимі. У цьому випадку максимальне амплітудне значення струму становить \(3,14 \cdot I_\), а його чинне значення - \(1,57 \cdot I_\).
При роботі діодів у випрямлячах на активно-ємнісне навантаження амплітудне та діюче значення струму можуть значно перевищувати їхнє нормоване значення при активному навантаженні, оскільки кут провідності в цьому випадку може зменшуватися (рис. 2.3-2). Так, наприклад, при допустимому коефіцієнті пульсацій на виході випрямляча 0,1% максимальне амплітудне значення струму випрямляючих діодів (\(I_\)) може досягати \(15 \cdot I_\), а діюче значення - \(3,5 \cdot I_\), хоча середнє його значення залишатиметься рівним \(I_\). Тому при розробці радіоелектронної апаратури з метою виключення перевантаження діодів за величиною діючого та амплітудного значень струмів та їх перегріву при роботі на активно-ємнісне навантаження значення середнього струму через кожен діод слід знижувати не менше ніж у 2,2 рази порівняно із заданим у технічній документації значенням \(I_\)діод. Практично, для однонапівперіодного випрямляча і випрямляча з подвоєнням напруги кожен діод необхідно вибирати на струм \(I_ \ge \cdot I_\), а для двонапівперіодного випрямляча, відповідно, на \(I_ \ge \cdot I_\), де \(I_ \) - Максимальне значення струму навантаження випрямляча.
Мал. 2.3-2. Діаграми напруг і струмів однофазного двонапівперіодного випрямляча при активно-ємнісному навантаженні
Допустима величина середнього прямого струму залежить також від температури корпусу або навколишнього середовища та частоти повторення імпульсів. Як приклад на рис. 2.3‑3 показано залежність від температури, але в рис. 2.3-8 - від частоти.
Мал. 2.3-3. Залежність прямого середнього струму випрямляючих діодів від температури
Струм перевантаження та ударний струм (\(I_\), \(I_\)). Під час розробки випрямлячів слід враховувати струм навантаження діодів. Існуючі діоди нормуються наступними параметрами по струму навантаження: \(I_\) - максимально допустимий струм навантаження і \(I_\) - ударний струм. Струм перевантаження важливий для початкового включення діодів випрямляча на ємнісне навантаження, коли ємність фільтра випрямляча не заряджена (рис. 2.3-4).
Мал. 2.3-4. Струм перевантаження діодів у момент включення випрямляча на активне ємнісне навантаження
Максимальний струм навантаження приблизно може бути розрахований за формулою: \(\newcommand[2]I_ \approx \cdot \slfrac> < \left( R_\cdot n + R_ + r_ \right)> \), де \(U_ \) - напруга вторинної обмотки трансформатора, \(R_\) - опір первинної обмотки трансформатора, \(R_\) - опір вторинної обмотки трансформатора, \(n\) - коефіцієнт трансформації (для понижуючого трансформатора він менше одиниці), \(r_ \) - Динамічний опір діода.
Максимально допустимийударний струм в основному вказується для силових діодів як значення струму короткого (аварійного) замикання навантаження і служить для вибору пристроїв захисту діодів, наприклад, за допомогою запобіжників плавких. При цьому оцінка захищеності діодів визначається захисним показником \( \huge \normalsize _ \operatornamet> \). У всіх випадках показник захищеності діода повинен бути більшим за аналогічний показник пристрою захисту. Зазвичай вплив струму (I_) допускається лише обмежена кількість разів, на відміну від (I_), число імпульсів перевантаження якого не нормується. Допустимі значення \(I_\) і \(I_\) залежать від тривалості імпульсу навантаження (\(t_\)) і температури (рис. 2.3-5, 2.3-6, 2.3-7).
Мал. 2.3-5. Залежність допустимої амплітуди струму перевантаження від температури корпусу
Мал. 2.3-6. Залежність допустимої амплітуди струму перевантаження від тривалості імпульсу
Мал. 2.3-7. Залежність допустимої амплітуди ударного струму від тривалості імпульсу за різної температури перехода
Гранична робоча частота (\(f_р\)). При підвищенні частоти прикладеної напруги вище граничного для конкретного діода значення \(f_р\), яке носить назву граничної робочої частоти, властивості діода, що випрямляють, погіршуються, значення випрямленого струму зменшується (падає еквівалентний опір \(p\)-\(n\)-переходу ), втрати у діоді збільшуються і він значно розігрівається. Таким чином, із підвищенням частоти максимально допустимий середній прямий струм зменшується. На рис. 2.3-8 показана типова залежність середнього прямого струму випрямного діода від частоти напруги.
Мал. 2.3-8. Залежність максимально допустимого прямого середнього струму від частоти
У таб. 2.3‑1 наведено повний перелікспеціальних параметрів випрямляючих діодів Крім описаних вище величин цей список включає також деякі характеристики потужності, що розсіюється, в різних режимах роботи діода, деякі струмові характеристики та ін.
Таб. 2.3-1. Спеціальні параметри діодів випрямлення