Выпрямительные диоды

Выпрямительные диоды служат для преобразования переменного тока в пульсирующий ток одного направления и используются в источниках питания радиоэлектронной аппаратуры. Изготовление германиевых диодов начинается с вплавления индия в исходную полупроводниковую пластину германия n-типа. В свою очередь исходная пластина полупроводника припаивается к стальному кристаллодержателю для маломощных диодов или к медному основанию в мощных выпрямительных диодах. Типичная конструкция маломощного сплавного диода изображена на рис. 2.3.

Основой конструкции является коваровый корпус, приваренный к кристаллодержателю. Корпус изолирован от внешнего вывода стеклянным проходным изолятором. Внутренний вывод имеет специальный изгиб для того, чтобы уменьшить механические напряжения при изменении температуры. Внешняя поверхность стеклянного изолятора покрывается светонепроницаемым лаком для предотвращения попадания света внутрь прибора, что может вызвать генерацию пар электрон-дырка и увеличить обратный ток p-n-перехода.

Воль-тамперная характеристика германиевого диода при различных температурах окружающей среды изображена на рис. 2.4.

Видно, что с ростом температуры в значительной степени увеличивается обратный ток диода, что обусловлено ростом концентрации неосновных носителей, а величина пробивного напряжения уменьшается. Основным видом пробоя является тепловой пробой. Верхним диапазоном рабочих температур считают температуру около +75 °С, когда выпрямительные свойства значительно ухудшаются, а нижним пределом является температура около – 60 °С. При низкой температуре проявляются различия в температурных коэффициентах линейного расширения полупроводниковых материалов (германия и индия), что может вызвать растрескивание полупроводниковой структуры. С ростом температуры прямая ветвь вольтамперной характеристики становится более крутой, а падение напряжения уменьшается. Германиевые диоды различного назначения имеют величину выпрямленного тока от 0,3 до IOOO A, прямое падение напряжения не превышает 0,5 В, а допустимое обратное напряжение не более 400 В. Недостатком германиевых диодов является их необратимый пробой даже при кратковременных импульсных перегрузках. Примерами германиевых выпрями­тельных диодов являются ГД105А, ВГ-10, ВГ-50, ГВВ-200.

Для получения p - n - переходов кремниевых диодов осуществляют вплавление алюминия в кристалл кремния n-типа или же сплав золота с сурьмой в кремний p-типа. Для получения переходов используют также диффузионные методы.

Конструкции ряда маломощных кремниевых диодов практически не отличаются от конструкций маломощных германиевых диодов, рассмотренных выше. Кристаллы же мощных выпрямительных диодов монтируются в массивном корпусе, который имеет стержень с резьбой для крепления диода на радиаторе. Конструкция такого типа выпрямительного диода показана на рис. 2.5. Вольт-амперная характеристика выпрямительного кремниевого диода приведена на рис. 2.6.

Рис. 2.6

Прямая ветвь слабо изменяется в довольно значительном интервале температур: с ростом температуры она идет несколько круче, а падение напряжения в прямом направлении уменьшается. Для кремниевых диодов характерен лавинный пробой, что сказывается на увеличении обратного пробивного напряжения с ростом температуры. По сравнению с германиевыми диодами прямое падение напряжения примерно в 1,5–2 раза выше, что является их недостатком. Однако кремниевые диоды позволяют получать выпрямленные токи примерно в 2 раза большие, величина пробивного напряжения может достигать 2500 В, а верхний предел рабочей температуры доходит до +125 °С. Кроме того, кремниевые диоды имеют величину обратного тока на несколько порядков меньшую, чем германиевые.

К маломощным кремниевым выпрямительным диодам относятся диоды КД226Б, 2Д213А, к мощным – BK-10, ВК-50, ВКД-200, ВКДВ-350.

Основные параметры выпрямительных диодов:

1.Постоянное прямое напряжение на диоде при заданном значении прямого тока через диод.

2.Постоянный прямой ток.

3.Величина обратного тока при заданном значении обратного напря­жения.

4.Максимальное обратное напряжение.

5.Рабочий диапазон температур.

6.Максимальная частота, на которой еще не происходит ухудшение основных параметров.

7.Тепловое сопротивление переход-корпус и переход-среда.

8.Максимальная емкость диода.

9.Внутреннее, или дифференциальное, сопротивление диода в рабочей точке R_∂ = ∂U/∂I

10.Сопротивление постоянному току R₀ = U/I.

11.Коэффициент выпрямления K_B = I_ПР / I_ОБР = R_ОБР / R_ПР.