Выпрямительные диоды: характеристики, применение

Для преобразования переменного тока в постоянный часто используют выпрямительные диоды. Их востребованность связана с простотой подключения, принципом действия (выпрямление тока, гашение импульсов) и другими характеристиками. Диоды устанавливают в блоках питания, каскадных генераторах, умножителях напряжения, выпрямителях и других приборах.

Рассмотрим классификацию выпрямительных диодов, их принцип действия, производственные нюансы при изготовлении, а также зачем они нужны, что делают.

Деление по мощностным показателям

В зависимости от максимально допустимого прямого тока диоды делят на следующие виды:

• Слаботочные (ток до 0,3 А). Это небольшие диоды в пластмассовом корпусе.
• Средней мощности (от 0,3 А до 10 А). Диод заключают в металлический корпус и оснащают жесткими выводами. На катоде есть резьба для фиксации.
• Силовые (ток свыше 10 А). Выглядят как таблетка или штырь. Корпус изготавливают из металлостеклянных и керамических материалов.

Внешние различия позволяют быстро найти нужный диод. При этом разные материалы корпуса обеспечивают лучшую проводимость тока.

Устройство выпрямительных диодов

Основу конструкции составляет пластина (полупроводник), которую производят из кремния или германия. Какой материал лучше, сказать нельзя, так как у каждого своя сфера применения.

Так, германиевые диоды считаются маломощными, так как смещение напряжения составляет 0,3 В. У кремниевых элементов показатель выше — 0,7 В. При этом различается и рабочая температура: для кремниевых — от –60°С до +120–150°С, для германиевых — до +85°С.

На пластине получают области p-n-проводимости: p — при обработке фосфором, n — при воздействии бором, алюминием, индием. Это вызывает диффузию частиц материалов, различный уровень электропроводности и, как следствие, обеспечивает теплоотвод.

Условные обозначения

Согласно ГОСТ 2.730-73 ЕСКД, обозначение любого вида диода стандартное, но маркировка различается. Поэтому понять на схеме тип устройства можно только по символам.

Графическое обозначение диода:

1. Чертят небольшой отрезок прямой.
2. На ней располагают равносторонний треугольник, один угол которого размещают на прямой.
3. Перпендикулярно прямой, касаясь угла, который соприкасается с прямой, ставят черту (у нее в зависимости от типа может быть различный рисунок).

Направление треугольника выбирают с учетом расположения анода (треугольник, «плюс») и катода (черта, «минус»).

Основные параметры выпрямительных диодов

При выборе диодов учитывают параметры, которые могут оказать существенное влияние на работу всей электрической схемы. В частности:

• допустимую разницу потенциалов при «выпрямлении» тока, чтобы устройство сохранило работоспособность и не вышло из строя;
• значение обратного напряжения;
• средние показатели при «выпрямлении».

Понять, какой диод перед вами, достаточно просто: нужно прочесть маркировку на самом корпусе устройства. В ней будет вся информация.

Обратите внимание, что маркировка выпрямительных диодов отличается на устройствах отечественного производства и импортных. Поэтому изучайте справочники.

Информация по маркировке диодов российского производства:

• lобр — постоянный обратный ток;
• lпр.max — максимально допустимый постоянный прямой ток;
• Uобр.max — максимально допустимое обратное напряжение;
• Uпр — постоянное прямое напряжение;
• Pmax — максимально допустимая мощность, которая рассеивается на диоде;
• Uобр — постоянное обратное напряжение;
• lпр.ср. — прямой ток, который усреднен за период;
• lпр.ср.max — максимально допустимый средний прямой ток;
• lобр.ср. — обратный ток, который усреднен за период;
• lвп.ср.max — максимально допустимый средний выпрямленный ток.

Обычно для замены диода, который вышел из строя, достаточно первых пяти характеристик. В некоторых случаях нужно дополнительно знать рабочую температуру, частоту.

Принцип работы

Можно часами рассуждать о кристаллах, переходах внутри диодных устройств, но слабо представлять, как они работают. Поэтому рассмотрим принцип работы выпрямительных диодов.

Если совсем просто, то диод представляет собой емкость без воздуха, в которой на расстоянии друг от друга расположены два электрода с различной электропроводностью. С одной стороны в них входит переменный ток, а с другой — выходит прямой. При этом диод пропускает только «положительные» волны, а «отрицательные» отсекает на входе.

Для наглядности представьте работу насоса, который качает колесо: воздух заходит в камеру колеса, а обратно выйти не может. Так и с диодом: ток (воздух) заходит в диод (камеру) и может выйти только в другую сторону.

Если ниппель (диод) вышел из строя, то возникает пробой. А если самостоятельно выпускать воздух (нажимать на ниппель), то это управляемый пробой.

В большинстве же случае в устройствах используют диодные мосты, так как они позволяют компенсировать недостатки однодиодного выпрямителя, такие как:

• низкий КПД (около 50%) — возникает за счет отсечения отрицательных импульсов тока;
• потеря напряжения почти вдвое;
• гул и шум, которые появляются из-за передачи разной частоты импульсов питающей сети.

Установка четырех диодов компенсирует эти недостатки, так как позволяет пропускать ток в каждом полупериоде.

Для чего нужен выпрямительный диод

Сфера применения выпрямительных диодов достаточно обширна. Их используют:

• при нелинейной обработке сигналов аналогового типа;
• в стабилизированных источниках питания;
• в коммутирующих элементах;
• в ограничителях сигналов;
• в светодиодах.

Без диодов нельзя обойтись как в простых устройствах, например, фонариках, так и в сложных приборах, таких как LED-телевизоры.

При этом схемы, которые образуются при установке диодов, могут быть однофазными (для бытовых приборов, автомобилей) и многофазными (для промышленного и специального оборудования, транспорта).

Особенности изготовления выпрямительных диодов

При производстве применяют полупроводники из кремния и германия, которые отличаются функциональным соотношением по величине обратного тока и нагрева. Так, кремниевые модели более устойчивые к высоким показателям прямого тока, а германиевые — обратного.

Для создания p-n-перехода на пластину воздействуют высокими температурами, чтобы расплавить алюминий, бор, фосфор и получить область с дырочной проводимостью. За счет этого происходит отсеивание электродов. Для защиты от внешнего воздействия пластину помещают в корпус. Выводы делают или гибкими, чтобы было легче впаивать элементы в электрические схемы под различными углами, или жесткими — для надежной фиксации при высокой мощности устройства.

У выпрямительных диодов есть одна особенность: они крупнее других типов диодных устройств. Это особенно заметно на высоковольтных моделях.

Подобрать нужную модель вы можете в компании «РадиоЭлемент». При необходимости запросите у наших сотрудников техническую консультацию.

Другие материалы по теме

25.10.2017

Виды и классификация диодов

Диод – электронный прибор с двумя (иногда тремя) электродами, обладающий односторонней проводимостью. В этой статье вы найдёте подробную классификацию диодов по видам, характеристикам, материалам изготовления и сфере использования.

11.03.2019

Что такое диодный мост

Диодный мост – электрическое устройство, предназначенное выпрямления тока, то есть для преобразования переменного тока в постоянный.

17.12.2020

Диоды Шоттки: что это такое, чем отличается, как работает

Статья ответит на вопросы: что такое диоды Шоттки, как они устроены, плюсы и минусы данного вида диодов. Обозначение диодов на схемах. Сферы применения.

Анатолий Мельник

Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.