Диоды. Часть 2

Материал из РадиоВики - энциклопедии радио и электроники
Перейти к: навигация, поиск
Выкупить рекламный блок

А если диод включить в цепь с переменным током? Он будет открываться при положительных полупериодах на аноде, свободно пропуская ток одного направления — прямой ток Iпр, и закрываться при отрицательных полупериодах на аноде, почти не пропуская ток противоположного направления — обратный ток Iобр. Эти свойства диодов и используют в выпрямителях для преобразования переменного тока в постоянный.

Напряжение, при котором диод открывается и через него идет прямой ток, называют прямым (пишут Uпр) или пропускным, а напряжение обратной полярности, при котором диод закрывается и через него идет обратный ток, называют обратным (пишут Uобр) или непропускным. При прямом напряжении сопротивление хорошего диода не превышает нескольких десятков ом, при обратном же напряжении его сопротивление достигнет десятков, сотен килоом и даже мегаом. В этом нетрудно убедиться, если измерить сопротивления диода омметром.

Внутреннее сопротивление диода — величина непостоянная и зависит от прямого напряжения, приложенного к диоду: чем больше это напряжение, тем больше прямой ток через диод, тем меньше его пропускное сопротивление. Судить о сопротивлении диода можно по падению напряжения на нем и току через него. Так, например; если через диод идет прямой ток Iпр = 100 мА (0,1 А) и при этом на нем падает напряжение 1 В, то (по закону Ома) прямое сопротивление диода будет: R = U/I= 1/0,1 = 10 Ом.

При закрытом состоянии на диоде падает почти все прикладываемое к нему напряжение, обратный ток через него чрезвычайно мал, а сопротивление, следовательно, велико.

Зависимость тока через диод от значения и полярности приложенного к нему напряжения изображают в виде кривой, именуемой вольт-амперной характеристикой диода. Такую характеристику ты видишь на рис. 81. Здесь по вертикальной оси вверх отложены значения прямого тока Iпр, а вниз — значения обратного тока Iобр. По горизонтальной оси вправо обозначены величины прямого напряжения Uпр, влево — обратного напряжения Uoбp.

На таком графике различают прямую ветвь (в правой верхней части), соответствующую прямому току через диод, и обратную ветвь, соответствующую обратному току через диод. Из характеристики видно, что ток Iпр диода в сотни раз больше тока Iобр. Так, например, у диода, имеющего такую вольт-амперную характеристику, уже при прямом напряжении Uпр = 0,5 В ток Iпр равен 50 мА (точка а на характеристике), при Uпр = 1 В он возрастает до 150 мА (точка б на характеристике), а при обратном напряжении Uобр = 100 В обратный ток Iобр не превышает 0,5 мА (500 мкА). Подсчитай, во сколько раз при одном и том же прямом и обратном напряжении прямой ток больше обратного.

Рис. 81. Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода.

Прямая ветвь идет круто вверх, как бы прижимаясь к вертикальной оси. Она характеризует быстрый рост прямого тока через диод с увеличением прямого напряжения. Обратная же ветвь, как видишь, идет почти параллельно горизонтальной оси, характеризуя медленный рост обратного тока. Наличие заметного обратного тока — недостаток диодов.

Примерно такие вольт-амперные характеристики имеют все полупроводниковые диоды.

Рис. 82. Работа диода как преобразователя переменного тока в постоянный ток.

Работу диода как преобразователя переменного тока в ток постоянный иллюстрируют графики на рис. 82. При положительных полупериодах на аноде диод открывается. В эти моменты времени (t) через диод, а значит, и во всей цепи, в которую он включен, течет прямой ток Iпр. При отрицательных полупериодах на аноде диод закрывается и в цепи течет незначительный обратный ток диода Iобр. Диод как бы отсекает большую часть отрицательных полуволн переменного тока (на рис. 82 показано штриховыми линиями). И вот результат: в цепи, в которую включен диод, течет уже не переменный, а пульсирующий ток — ток одного направления, но изменяющийся по величине с частотой переменного тока. Это и есть выпрямление переменного тока. Таким образом, диод является прибором, обладающим резко выраженной односторонней проводимостью электрического тока. И если пренебречь малым обратным током (что и делают на практике), который у исправных диодов не превышает малые доли миллиампера, можно считать, что диод является односторонним проводником тока.

Прибор, на примере которого я рассказал тебе о работе и свойствах диода, состоял из двух пластинок полупроводников разной электропроводности, соединенных по плоскостям. Подобные диоды называют плоскостными.

В действительности же плоскостной диод представляет собой одну пластинку полупроводника, в объеме которой созданы две области разной электропроводности. Технология изготовления плоскостных диодов такова. На поверхности квадратной пластинки площадью 2 — 4 мм2 и толщиной в несколько долей миллиметра, вырезанной из кристалла полупроводника с электронной проводимостью, расплавляют маленький кусочек индия. Индий крепко сплавляется с пластинкой. При этом атомы индия проникают (диффундируют) в толщу пластинки, образуя в ней область с преобладанием дырочной проводимости (рис. 83, а). Получается полупроводниковый прибор с двумя областями различного типа проводимости, а между ними p-n переход. Контактами электродов диода служат капелька индия и металлический диск (или стержень) с выводными проводниками.

Рис. 83. Схематическое устройство (а) и внешний вид (б) некоторых плоскостных диодов.

Так устроены наиболее распространенные плоскостные германиевые и кремниевые диоды. Внешний вид некоторых диодов показан на рис. 83, б. Приборы заключены в цельнометаллические корпуса со стеклянными изоляторами, что позволяет использовать их для работы в условиях повышенной влажности. Диоды, рассчитанные на выпрямление значительных токов, имеют винты с гайками для крепления их на монтажных панелях или шасси.

Плоскостные диоды маркируются буквами и цифрами, например: Д226А, Д242. Буква Д в маркировке прибора означает «диод», цифры, следующие за нею,— заводской порядковый номер конструкции. Буквы, стоящие в конце обозначения диодов, указывают на разновидности групп приборов. Плоскостные диоды предназначены в основном для работы в выпрямителях переменного тока, их называют выпрямительными диодами.