Импульсный режим работы диода

Схема однополупериодного выпрямителя

 

Среднее значение периодической функции f(t) за период Т определяется по формуле:

, если,то U_ср=0 (за период)

– для одной полуволны

– для двух полуволн

Если генератор е_г формирует синусоидальную ЭДС и его внутренним сопротивлением можно пренебречь, то в течение одного полупериода напряжение + → ─для диода является прямым и через него протекает ток, создающий на нагрузке R_н напряжение U_Rн. В течение другого полупериода напряжение ─ → + для диода будет обратным и ток через него будет отсутствовать (I_обр=I₀≈0).

На нагрузке создаётся напряжение, которое длится полпериода, а полпериода – отсутствует.

Такое выпрямление является однополупериодным, т.е. происходящее в течение одного полупериода.

Недостаток – не используется энергия отрицательной полуволны напряжения. Поэтому

Повышение эффективности выпрямления возможно при двухполупериодном выпрямлении, когда используется энергия обеих полуволн.

Такое выпрямление возможно получить двумя способами:

- с помощью мостовой схемы;

- с помощью трансформатора со средней точкой и двух однополупериодных выпрямителей.

 

 

Мостовая схема двухполупериодного выпрямителя

 

 

 

При подаче на вход мостовой схемы положительной полярности ток протекает по следующей цепи: +е_г – Д1 – +R_н – -R_н – Д4 – -е_г;

при отрицательной полярности следующая цепь: (+)е_г – Д2 – (+)R_н – (-)R_н – Д3 – (-)е_г.

В результате через нагрузку протекает ток в одном направлении при любой полярности на входе выпрямителя.

 

Другой вариант схемы двухполупериодного выпрямления может быть реализована с помощью специального трансформатора со средней точкой и двух диодов.

Недостаток схемы: наличие трансформатора и двойная амплитуда обратного напряжения на диодах.

;

;

Поскольку ,то .

 

В рассмотренных схемах выпрямителей к диодам, обычно, не предъявляются высокие требования по быстродействию, ёмкости p-n перехода и стабильности параметров.

Поэтому диоды, предназначенные для преобразования переменного тока невысокой частоты в постоянный называют выпрямительными.

 

 

Основные параметры выпрямительных диодов:

1.	Uобр.max	– максимально допустимое обратное напряжение, которое диод может выдержать в течение длительного времени (от десятков до тысяч вольт);
2.	Iср.пр	– средний выпрямленный ток (среднее значение выпрямленного тока за период) – от сотен мА до десятков А;
3.	Iимп	– импульсный прямой ток (пиковое значение тока при заданной длительности, скважности и форме импульса);
4.	Iобр.ср	– средний обратный ток (средний за период) – от долей мкА до единиц мА;
5.	Uпр.ср	– среднее прямое напряжение при заданном прямом токе (доли В);
6.	Рср	– средняя рассеиваемая мощность (за период), при протекании прямого и обратного токов;
7.	rдиф	– дифференциальное сопротивление диода (от единиц до сотен Ом);
8.	t°C	– максимальная температура корпуса.

 

Если полярность приложенного к диоду прямого напряжения скачком изменяется на обратную, в диоде происходит процесс переключения. На практике на диод действуют двухполярные импульсы напряжения, такой режим работы называют динамическим режимом. При прямом напряжении происходит включение диода, при обратном – выключение.

 

|U_пр| = |U_обр| >> U_Дпр

 

 

 

При t<0 переключатель (ключ Кл) находится в положении 1 в течение времени, достаточного для смещения диода Д в прямом направлении, при этом:

В момент времени t=0 переключатель (Кл) переходит в положение 2 и ток скачкообразно принимает новое значение:

При этом ток через диод течёт в обратном направлении.

Интервал 0→t₁ (t_расс) – уменьшение концентрации неосновных носителей в p- и n- областях до равновесной (I_обр практически не изменяется и определяется U_обр и r).

Интервал t₁→t₂ (t_спада) – уменьшение концентрации неосновных носителей в глубине p- и n- областей.

Интервал t₂→t₃ (t_зар) – заряд барьерной ёмкости и уменьшение I_обр до I_0.

При уменьшении r (r₁ < r), I_обр увеличивается и уменьшается время рассасывания (t_расс1 < t_расс).

t_вос – время восстановления, время в течение которого происходит полная ликвидация заряда, накопленного в базе.

, где τ_р - среднее время жизни избыточных носителей

Для сокращения t_вос применяют импульсные диоды, которые имеют малую длительность переходных процессов. Такие диоды предназначены для работы в импульсных цепях.

Они имеют малые ёмкости p-n переходов (доли пикофарад), что достигается за счёт уменьшения площади p-n перехода.

 

Основные параметры импульсных диодов:

1.	Cд	– общая ёмкость диода (от долей рF до единиц рF);
2.	Uпр.имп.max	– максимальное импульсное прямое напряжение;
3.	Iпр.имп.max	– максимально допустимый прямой импульсный ток;
4.	tуст.пр	– время установления прямого напряжения;
5.	tвос	– время восстановления обратного сопротивления диода, интервал времени с момента прохождения обратного тока через нуль(после смены полярности напряжения) до момента, когда Iобр ≤ 0,1Iпр. (tвос от долей нс до долей мкс) (иногда пс)