Usměrňovací diody: vlastnosti, účel a princip činnosti

Usměrňovací diody se často používají k přeměně střídavého proudu na stejnosměrný proud. Jejich náročnost souvisí s jednoduchostí zapojení, principem činnosti (usměrnění proudu, tlumení pulzů) a dalšími vlastnostmi. Diody jsou instalovány v napájecích zdrojích, kaskádových generátorech, násobičích napětí, usměrňovačích a dalších zařízeních.

Podívejme se na klasifikaci usměrňovacích diod, jejich princip fungování, výrobní nuance během výroby a také proč jsou potřebné a co dělají.

Dělení podle indikátorů výkonu

V závislosti na maximálním přípustném dopředném proudu se diody dělí na následující typy:

• Nízký proud (proud do 0,3 A). Jedná se o malé diody v plastovém pouzdře.
• Střední výkon (od 0,3 A do 10 A). Dioda je uzavřena v kovovém pouzdře a opatřena pevnými vývody. Katoda má závit pro fixaci.
• Výkon (proud nad 10 A). Vypadají jako tablet nebo špendlík. Tělo je vyrobeno z materiálů kov-sklo a keramika.

Vnější rozdíly umožňují rychle najít požadovanou diodu. Různé materiály pouzdra zároveň poskytují lepší proudovou vodivost.

Zařízení s usměrňovací diodou

Základem konstrukce je deska (polovodič), která je vyrobena z křemíku nebo germania. Není možné říci, který materiál je lepší, protože každý má svou vlastní oblast použití.

Germaniové diody jsou tedy považovány za nízkoenergetické, protože napěťový offset je 0,3 V. U křemíkových prvků je indikátor vyšší – 0,7 V. Současně se také liší provozní teplota: pro křemík – od -60 ° C do + 120-150 ° C, pro germanium – až + 85 ° C.

Na desce se získají oblasti vodivosti pn: p – při ošetření fosforem, n – při vystavení bóru, hliníku, indiu. To způsobuje difúzi částic materiálu, různé úrovně elektrické vodivosti a v důsledku toho zajišťuje odvod tepla.

symboly

Podle GOST 2.730-73 ESKD je označení jakéhokoli typu diody standardní, ale označení se liší. Proto lze typ zařízení pochopit pouze ze symbolů na schématu.

Grafický symbol diody:

1. Kreslí malý úsek rovné čáry.
2. Na něm je umístěn rovnostranný trojúhelník, jehož jeden roh je umístěn na přímce.
3. Kolmo na čáru, dotýkající se úhlu, který se dotýká čáry, je umístěna čára (v závislosti na typu může mít jiný vzor).

Směr trojúhelníku se volí s ohledem na umístění anody (trojúhelník, „plus“) a katody (čára, „mínus“).

Základní parametry usměrňovacích diod

Při výběru diod zohledněte parametry, které mohou mít významný vliv na chod celého elektrického obvodu. Zejména:

• přípustný rozdíl potenciálů při „usměrňování“ proudu tak, aby zařízení zůstalo funkční a nedošlo k selhání;
• hodnota zpětného napětí;
• průměrné ukazatele pro „narovnání“.

Je docela snadné pochopit, jaký druh diody máte před sebou: musíte si přečíst označení na samotném těle zařízení. Bude obsahovat všechny informace.

Vezměte prosím na vědomí, že označení usměrňovacích diod se liší na domácích a dovážených zařízeních. Prostudujte si tedy příručky.

Informace o značení diod ruské výroby:

• lобр — stejnosměrný zpětný proud;
• lпр.max — maximální přípustný stejnosměrný proud;
• Uобр.max — maximální přípustné zpětné napětí;
• Upr — přímé konstantní napětí;
• Pmax je maximální přípustný výkon rozptýlený na diodě;
• Uобр — konstantní zpětné napětí;
• lpr.cf. — stejnosměrný proud zprůměrovaný za období;
• lпр.ср.max — maximální přípustný průměrný dopředný proud;
• lобр.ср. — zpětný proud, který je zprůměrován za období;
• lвп.ср.max — maximální přípustný průměrný usměrněný proud.

Obvykle prvních pět charakteristik stačí k výměně diody, která selhala. V některých případech je nutné dodatečně znát provozní teplotu a frekvenci.

Síla stejnosměrného proudu může způsobit přehřátí diod, proto se ve výkonných zařízeních používají diodové můstky. Jedná se o zařízení, která se skládají z n-tého počtu usměrňovačů. Jsou umístěny v samostatném krytu a je zajištěno dodatečné chlazení. Na tuto hodnotu je třeba dávat velký pozor, jinak můžete spálit destičku uvnitř diody.

Důležitá je také velikost zpětného napětí. Prudké změny napětí mohou spálit krystal v diodě. Nejodolnější vůči přepětí jsou křemíkové modely zařízení.

Princip činnosti

Můžete hodiny mluvit o krystalech, přechodech uvnitř diodových zařízení, ale nemáte ponětí, jak fungují. Podívejme se proto na princip činnosti usměrňovacích diod.

Zjednodušeně řečeno, dioda je nádoba bez vzduchu, ve které jsou ve vzájemné vzdálenosti umístěny dvě elektrody s různou elektrickou vodivostí. Na jedné straně do nich vstupuje střídavý proud a na druhé vychází stejnosměrný proud. V tomto případě dioda propouští pouze „pozitivní“ vlny a „negativní“ odřízne na vstupu.

Pro ilustraci si představte činnost čerpadla, které pumpuje kolo: vzduch vstupuje do komory kola a nemůže vystupovat zpět. Totéž platí s diodou: proud (vzduch) vstupuje do diody (komory) a může vycházet pouze v opačném směru.

Malý únik prochází tam a zpět, ale nepočítá se: nemá žádný účinek.

Pokud dojde k poruše vsuvky (diody), dojde k poruše. A pokud vypustíte vzduch sami (stisknete bradavku), pak se jedná o řízený průraz.

Ve většině případů se v zařízeních používají diodové můstky, protože umožňují kompenzovat nedostatky jednodiodového usměrňovače, jako jsou:

• nízká účinnost (asi 50%) – dochází v důsledku odříznutí záporných proudových impulsů;
• ztráta napětí je téměř poloviční;
• brum a šum, které vznikají v důsledku přenosu různých frekvencí impulsů v napájecí síti.

Instalace čtyř diod kompenzuje tyto nedostatky, protože umožňuje průchod proudu v každé půlperiodě.

K čemu slouží usměrňovací dioda?

Rozsah použití usměrňovacích diod je poměrně široký. Používají se:

• v nelineárním zpracování analogových signálů;
• ve stabilizovaných zdrojích energie;
• ve spínacích prvcích;
• v omezovačích signálu;
• v LED diodách.

Diody jsou nezbytné jak v jednoduchých zařízeních, jako jsou baterky, tak ve složitých zařízeních, jako jsou LED televizory.

Kromě toho mohou být obvody, které se vytvářejí při instalaci diod, jednofázové (pro domácí spotřebiče, automobily) a vícefázové (pro průmyslová a speciální zařízení, dopravu).

Vlastnosti výroby usměrňovacích diod

Při výrobě se používají polovodiče z křemíku a germania, které se liší funkčním vztahem mezi velikostí zpětného proudu a ohřevem. Křemíkové modely jsou tedy odolnější vůči vysokým hodnotám propustného proudu, zatímco germaniové modely jsou odolnější vůči hodnotám zpětného proudu.

Pro vytvoření pn přechodu je deska vystavena vysokým teplotám, aby se roztavil hliník, bór a fosfor a vytvořila se oblast s vodivostí otvorů. Díky tomu jsou elektrody odfiltrovány. Pro ochranu před vnějšími vlivy je deska umístěna v pouzdře. Vývody jsou vyrobeny buď ohebné, aby bylo snazší zapájet prvky do elektrických obvodů pod různými úhly, nebo pevné pro spolehlivou fixaci při vysokém výkonu zařízení.

Usměrňovací diody mají jednu zvláštnost: jsou větší než jiné typy diodových zařízení. To je patrné zejména u vysokonapěťových modelů.

Diodové prvky jsou široce používány v různých typech elektrických zařízení. Při jejich výběru je třeba věnovat pozornost fyzikálním vlastnostem usměrňovacích diod a specifikaci zařízení. Pro pohodlí můžete použít hotové diodové můstky se čtyřmi diodami pro snížení rušení, poklesu účinnosti a napětí.

Můžete si vybrat požadovaný model od společnosti “RadioElement”. V případě potřeby požádejte naše zaměstnance o technickou radu.