Робота напівпровідникових випрямних діодів заснована на властивості p - n переходу пропускати струм тільки в одному напрямку. Випрямні діоди в основному виготовляються на основі мінералів германію та кремнію.
Напівпровідниковий діод нелінійний елемент.
Він має дві гілки на вольтамперної характеристиці: робота діода при проходженні електричного струму через діод в прямому і зворотному напрямку.
ПЕРША ветвь- це робота діода в прямому напрямку.
Напруга U пр змінюється від 0 до 1,5 вольта.
На цій гілці виділяються три ділянки:
1) при зростанні напруги Uпр (точки 0 - 1) струм змінюється незначно (майже лінійна ділянка).
2) нелінійний ділянку (точки 1 - 2) робочу ділянку, використовується для випрямлення струму, а так само в пристроях для перетворення частот.
3) при незначному збільшенні напруги Uпр (точки 2-3) струм діода різко збільшується.
Це явище використовується в схемах стабілізації струму - напруги.
ДРУГА гілка - робота діода в «замкненому» стані.
На діод подано зворотна напруга Uобр. Під дією зворотної напруги виникає бар'єрний (запірний) шар, товщиною близько? 10? ^ (- 4) мм. що не пропускає електричний струм. Зворотний струм діода Iобр дуже малий.
При перевищенні максимально допустимого робочої напруги, зворотний струм діода збільшується. Починається зворотній електричний пробій, p - n перехід починає поступово розігріватися.
Якщо в цей момент зменшити зворотна напруга, зворотний струм зменшиться до допустимої величини і пробою не відбудеться.
При перевищенні температури діода понад допустимої величини (для германію +75 град. Для кремнію +150 град.), Настає незворотний тепловий пробій. Діод виходить з ладу.
Основні електричні параметри, що характеризують напівпровідниковий діод.
Напруга і струм в прямому напрямі;
Uпр - Постійне пряме напруга. обумовлене постійним прямим струмом Inp.
У діодів однакової потужності, при одному і тому ж максимальному прямому струмі Іпр. через германієвий і кремнієвий діоди, падіння напруги на p - n перехід:
- для германію Uпр = 0,3 - 0,7 вольта,
- для кремнію Uпр = 1,0 - 1,5 вольта.
Inp - Середній прямий струм - середнє за період значення прямого струму.
Допустимий прямий струм зменшується зі збільшенням температури і частоти проходження струму.
У потужних діодах прямий струм може досягати 100 ампер і більше.
Електрична потужність розсіюється на кремнієвому діоді в режимі максимального прямого струму, в 1,5 - 2,0 рази вище, ніж на германієвих.
Щоб не перевищити максимально допустиму робочу температуру діода, при якій може статися тепловий пробій, діод ставлять на радіатор.
У випрямних пристроях на низькі напруги і великі струми вигідніше застосовувати германієві діоди.
Напруга і струм в зворотному напрямку.
Uобр - Максимально допустимий постійне зворотне напруга - це напруга, протягом тривалого часу витримує діодом без небезпечного теплового пробою.
Максимальна зворотна напруга Uобр. в залежності від типу діода, може бути величиною:
- у германієвого діода, до 100 - 400 вольт;
- у кремнієвого діода до 1000 - 1500 вольт.
Iобр - Зворотний струм через дио д, п ри максимальному зворотному напрузі. дуже малий і становить для германію близько 1 милі ампера, для кремнію близько 1 мікро ампера.
Робоча частота.
fmax - Максимально допустима частота - найбільша частота напруги, що підводиться, при яких забезпечується надійна робота діода.
Робоча частота випрямних діодів зазвичай не перевищує 1 кілогерцах.
У потужних перетворювачів частоти, застосовуються спеціальні діоди на робочі частоти до 100 кілогерц.
Рекомендується використовувати діоди при робочих напругах і токах не вище 80% від їх робочих значень, зазначених в інструкції до застосування.