Выпрямительные диоды

Выпрямительные диоды, как следует из названия, предназначены для выпрямления переменного тока. Условное обозначение и структура выпрямительных диодов показаны на рис. 3.2. Диод имеет два вывода: анод (А) и катод (К).

Основные справочные параметры выпрямительных диодов:

- допустимый выпрямленный ток I_{пр ср} (среднее значение прямого тока);

-прямое падение напряжения U_{пр ≈} ∆U_пр при номинальном значении прямого тока;

- максимально допустимое обратное напряжение U_{обр max};

- обратный ток I_обр при заданном значении температуры кристалла.

Выпрямительные диоды можно условно разделить на выпрямительные диоды малой, средней и большой мощности. К выпрямительным диодам малой мощности относятся диоды с допустимым выпрямленным током до 300 мА. Такие диоды выпускаются на максимальные напряжения от десятков вольт до 1200 В. На более высокие напряжения выпускаются выпрямительные столбы, содержащие последовательно соединенные диоды. Обратные токи не превышают 300 мкА для германиевых и 10 мкА для кремниевых диодов. По частотным свойствам диоды этого типа подразделяют на низкочастотные (до 400 Гц) и высокочастотные (10-20 кГц).

Конструкция и вольт-амперные характеристики сплавного германиевого диода Д7Ж (I_{a ср доп} =300 мА, U_{обр max} = 700 В) показаны на рис. 3.3.

К выпрямительным диодам средней мощности относятся диоды, допустимое среднее значение прямого тока которых лежит в диапазоне 300 мА- 10 А.

Больший прямой ток этих диодов по сравнению с маломощными достигается увеличением рабочей площади p-n-перехода.

Диоды средней мощности выпускаются преимущественно кремниевыми, поэтому обратный ток у них достаточно мал (несколько десятков микроампер) при сравнительно большой площади p-n-перехода.

Теплота, выделяемая в кристалле от протекания прямого и обратного токов в диодах средней мощности, уже не может быть рассеяна корпусом прибора. Для улучшения условий теплоотвода применяют дополнительные охладители-радиаторы. Для крепления на радиатор корпус диода имеет стержень с винтовой нарезкой. Диоды с плоским основанием крепят (прижимают) к радиатору с помощью фланцевого соединения. Пример возможной конструкции выпрямительных диодов средней мощности показан на рис. 3.4.

К выпрямительным диодам большой мощности (силовым диодам, вентилям) относятся диоды на токи от 10 А и выше (рис. 3.5). Отечественная промышленность выпускает силовые диоды на токи 10, 16, 25, 40 и т.д. до 1000 А и обратные напряжения до 3500 В. Силовые вентили имеют градацию по частоте и охватывают частотный диапазон до десятков килогерц.

Работа силовых вентилей при больших токах и высоких обратных напряжениях связана с выделением большой мощности в p-n-переходе. Поэтому предусматриваются методы эффективного отвода теплоты, выделяемой в p-n-переходе. В установках с мощными вентилями применяют воздушное и жидкостное охлаждение. При воздушном охлаждении отвод теплоты производится с помощью радиатора и проходящего вдоль его ребер потока воздуха. При этом охлаждение может быть естественным или принудительным, когда используется принудительный обдув радиатора с помощью вентилятора. При жидкостном охлаждении в радиатор по специальным каналам пропускается теплоотводящая жидкость, например, вода, антифриз, трансформаторное масло, синтетические диэлектрические жидкости.

Предельные характеристики для выпрямительных диодов на сегодня составляют 10 кВ / 8 кА. Совершенно очевидно, что выпрямительные диоды будут за­нимать существенную часть в большинстве силовых электрон­ных систем также и в будущем. И хотя это достаточно прорабо­танный класс приборов силовой электроники, их развитие непрерывно продолжается.