Випрямний діод – види, принцип роботи та застосування

Існує чимало пристроїв, створених з метою перетворення електричного струму, і випрямні діоди – одні з них.

Випрямний діод – перетворювач струму змінного в постійний. Є одним з видів напівпровідників. Широке застосування отримав завдяки основній характеристиці – переведення електричного струму строго в одному напрямку.

Принцип дії

Необхідний ефект при роботі пристрою створюють особливості p-n переходу. Полягають в тому, що поруч з переходом двох напівпровідників вбудовується шар, який характеризується двома моментами: великим опором і відсутністю носіїв заряду. Далі при впливі на даний замикаючий шар змінної напруги ззовні товщина його зменшується і згодом зникає. Зростаючий під час цього ток і є прямим струмом, який проходить від анода до катода. У разі зміни полярності зовнішнього змінної напруги замикає шар буде більше, і опір неминуче зросте.

ВАХ випрямного діода (вольт-амперна характеристика) також дає уявлення про специфіку роботи випрямляча і є нелінійної. Виглядає наступним чином: існує дві гілки – пряма і зворотна. Перша відображає найбільшу провідність напівпровідника при виникненні прямий різниці потенціалів. Друга вказує на значення низької провідності при зворотному різниці потенціалів.

Вольт-амперні характеристики випрямляча прямо пропорційні температурі, з підвищенням якої різниця потенціалів скорочується. Електричний струм не пройде через пристрій в разі низької провідності, але лавинний пробій відбувається в разі збільшеного до певного рівня зворотної напруги.

Використання збірки

При експлуатації випрямного напівпровідникового діода користь витягується тільки з половини хвиль змінного струму, відповідно, безповоротно втрачається більше половини вхідної напруги.

З метою поліпшити якість перетворення змінного струму в постійний використовується збірка з чотирьох пристроїв – діодний міст. Вигідно відрізняється тим, що пропускає струм на протязі кожного напівперіоду. Діодні мости виробляють у вигляді комплекту, укладеного в пластиковий корпус.

Фізико-технічні параметри

Основні параметри випрямних діодів базуються на таких значеннях:

  • максимально допустимому значенні різниці потенціалів при випрямленні струму, при якому пристрій не вийде з ладу;
  • найбільшому середньому випрямленном струмі;
  • найбільшому значенні зворотної напруги.

Випрямлячі промисловість випускає з різними фізичними характеристиками. Відповідно, пристрої мають різну форму і спосіб монтажу. Поділяються при цьому на три групи:

  1. Випрямні діоди великої потужності. Характеризуються пропускною спроможністю струму до 400 А і є високовольтними. Високовольтні випрямні діоди виробляються в корпусах двох видів -штиревом, де корпус герметичний і скляний, і таблетковому, де корпус з кераміки.
  2. Випрямні діоди середньої потужності. Мають пропускної здатність від 300 мА до 10А.
  3. Випрямні діоди малої потужності. Максимально допустиме значення струму – до 300 мА.

Вибір випрямних діодів

При придбанні пристрою необхідно керуватися такими параметрами:

  • значеннями вольт-амперної характеристики максимально зворотного і пікового струму;
  • максимально допустимим зворотним і прямим напругою;
  • середньою силою випрямленого струму;
  • матеріалом приладу і типом монтажу.

Залежно від фізичних характеристик на корпус пристрою наноситься відповідне позначення. Каталог з маркуванням випрямних діодів представлений в спеціалізованому довіднику. Необхідно знати, що маркування імпортних аналогів відрізняється від вітчизняних.

Також варто звернути увагу на те, що випрямні схеми відрізняються за кількістю фаз:

  1. Однофазні. Широко застосовуються для побутових електроприладів. Існують діоди автомобільні і для зварки.
  2. Багатофазні. Незамінні для промислового обладнання, громадського і спеціального транспорту.

діод Шотткі

Окрему позицію займає діод Шотткі. Винайшли його в зв’язку зі зростаючими потребами в галузі, що розвивається радіоелектроніки. Основна відмінність його від інших діодів полягає в тому, що в його конструкцію закладено метал-напівпровідник як альтернатива p-n переходу. Відповідно, діод Шотткі володіє своїми, унікальними властивостями, якими не можуть похвалитися кремнієві випрямні діоди. Деякі з них:

  • оперативна возобновляемость заряду завдяки його низькому значенню;
  • мінімальне падіння напруги на переході при прямому включенні;
  • струм витоку володіє великим значенням.

При виготовленні діода Шотткі застосовують такі матеріали, як кремній і арсенід галію, але іноді застосовується і германій. Властивості матеріалів трохи відрізняються, але в будь-якому випадку, максимально допустимий зворотна напруга для випрямляча Шотткі становить не більше 1200 V.

На противагу всім достоїнств конструкція даного виду має і мінуси. Наприклад, в збірці моста пристрій категорично не сприймає перевищення зворотного струму. Порушення умови призводить до поломки випрямляча. Також мале падіння напруги відбувається при невисокому напрузі близько 60-70 V. Якщо значення перевищує цей показник, то пристрій перетворюється в звичайний випрямляч.

Варто відзначити, що гідності діода потужного випрямного Шотткі значно перевищують недоліки.

Діод-стабілітрон

Для стабілізації напруги використовують спеціальне пристосування, здатне працювати в режимі пробою, – стабілітрон, закордонне назва якого «діод Зенера». Виконує свою функцію пристрій, працюючи в режимі пробою при напрузі зворотного зсуву. Зростання сили струму відбувається в момент пробою, одночасно опускається до мінімуму диференціальне значення, внаслідок чого напруга стабільне і охоплює досить серйозний діапазон зворотних струмів.

Практичне використання випрямного діода

У зв’язку з нестримним розвитком науково-технічного прогресу застосування випрямлячів торкнулося всі сфери життєдіяльності людини. Діоди силові випрямні експлуатуються в таких вузлах і механізмах:

  • в блоках харчування головних двигунів транспортних засобів (наземних, повітряних і водних), промислових верстатів і техніки, бурових установок;
  • в комплектації діодного моста для зварювальних апаратів;
  • в випрямних установках для гальванічних ванн, використовуваних для отримання кольорових металів або нанесення захисного покриття на деталь або виріб;
  • в випрямних установках для очищення води і повітря, фільтрах різного роду;
  • для передачі електроенергії на далекі відстані за допомогою високовольтної лінії електропередач.

У повсякденному житті випрямлячі використовують в різних транзисторних схемах. Застосовують в основному малопотужні пристрої як у вигляді однополупериодного випрямляча, так і вигляді діодного моста. Наприклад, діоди випрямного блоку генератора добре відомі автолюбителям.