В ыпрямительные диоды

Выпрямительные диоды являются одним из наиболее распространенных типов полупроводниковых диодов. Они предназначены для преобразования перемен­ного тока в постоянный. Для выпрямительных диодов характерно небольшое сопротивление в проводящем состоянии, позволяющее пропускать большие токи. В подавляющем большинстве случаев они работают на частоте 50 Гц, верхняя граница рабочих частот, как правило, не превышает 20 кГц.

Для изготовления выпрямительных диодов обычно используют кремний, имеющий более высокую допустимую температуру и более низкую цену по сравнению с германием. Однако в мощных низковольтных выпрямителях предпочтительнее германиевые диоды, поскольку они имеют меньшее прямое напряжение, чем кремниевые. В ряде случаев в мощных выпрямителях применяют диоды Шотки, в которых используется выпрямляющий контакт металла с полупроводником. Их изготавливают на основе кремния; благодаря меньшему прямому напряжению (0,3В вместо 0,7В у обычных кремниевых диодов) диоды Шотки обеспе­чивают более высокий коэффициент полезного действия, особенно в низковольтных выпрямителях.

Основными параметрами, характеризующими свойства выпрямительных диодов, являются:

• средний выпрямленный ток I_пр.ср — среднее за период значение прямого тока;

• среднее прямое напряжение U_пр.ср при заданном значении среднего прямого тока;

• максимально допустимое обратное напряжение U_обр.max ~ значение обратного напряжения, которое диод способен выдержать в течение длительного времени;

• средний обратный ток диода I_обр.ср — среднее за период значение обратного тока.

По величине выпрямленного тока выпрямительные диоды делят на три группы:

• маломощные (на ток до 1 А);

• средней мощности (на ток от 1 до 10 А);

• мощные (на ток свыше 10 А).

Помимо дискретных выпрямительных диодов в радиоэлектронной аппаратуре находят применение выпрямительные блоки, конструктивно представляющие собой завершенное устройство, состоящее из нескольких выпрямительных диодов, соединенных по определенной схеме. В высоковольтных выпрямителях находят применение выпрямительные столбы, в которых выпрямительные диоды соединены последовательно.

Основные отличия ВАХ и параметров германиевых и кремниевых выпрямительных плоскостных диодов заключаются в следующем:

1. Прямое напряжение на германиевом диоде при максимально допустимом прямом токе приблизительно в два раза меньше, чем на кремниевом диоде. Это вызвано меньшей высотой потенциального барьера германиевого р-п-перехода является существенным, но, к сожалению, единственным преимуществом перед кремниевыми выпрямительными диодами.

2. Существование тока насыщения при обратном включении германиевого диода, что вызвано механизмом образования обратного тока — процессом экстракции неосновных носителей заряда из прилегающих к р-п-переходу областей.

3. Значительно большая плотность обратного тока в германиевых диодах, так как при прочих равных условиях концентрация неосновных носителей заряда в германии больше на несколько порядков, чем в кремнии.

4. Большие обратные токи через германиевые диоды, в результате чего пробой германиевых диодов имеет тепловой характер. Это связано с тем, что неосновные носители в германии образуются в результате тепловой генерации. Поэтому пробивное напряжение германиевых диодов уменьшается с увеличением температуры, а значения этого напряжения меньше пробивных напряжений кремниевых диодов.

5. Верхний предел диапазона рабочих температур германиевых диодов составляет приблизительно 75°С, что значительно, ниже по сравнению с тем же параметром кремниевых диодов.

6. Существенной особенностью германиевых диодов и их недо­статком является то, что они плохо выдерживают даже очень кратковременные импульсные перегрузки при обратном направлении для р-п-перехода. Определяется это механизмом пробоя германиевых диодов — тепловым пробоем, происходящим при шнуровании тока с выделением большой удельной мощности в месте пробоя.

Все перечисленные особенности германиевых и кремниевых выпрямительных диодов в итоге связаны с различием ширины запрещенной зоны, а также с различным механизмом образования неосновных носителей заряда в Ge и Si.