Москатов Е.А. Источники питания (2011) (1096749), страница 8
Текст из файла (страница 8)
° ()обр — обратное напряжение, приложенное к диоду (размерность — воль- ты). Обратное напряжение указывают двух типов: постоянное и импульсное. 2.1. диоды, стаеилитроиы, стабисторы, ~тиояй 29 Постоянное обратное напряжение обычно немного меньше импульсного. Максимальное обратное напряжение диода ограничено электрическим пробоем р-л-перехода. Электрический пробой обратим, т.е. после уменьшения обратного напряжения свойства диода восстановятся.
Электрический пробой начинает развиваться не в глубине полупроводника, а на его поверхности. Для увеличения максимального обратного напряжения диодов со стороны поверхности полупроводниковой структуры на границу слоя проводимости р- или и-типа вводят диэлектрический материал, в качестве которого, например, используют стекло. Диэлектрический материал проникает сквозь полупроводниковые слои в подложку, окантовывая рабочую область кристалла диода и повышая напряжение электрического пробоя. Если кристалл полупроводника разогреется сверх максимально допустимой температуры, то электрический пробой перейдет в тепловой, который необратим.
При одинаковых размерах кристаллов полупроводников и при прочих равных условиях германиевые диоды обладают меньшим обратным напряжением, чем кремниевые. Важным параметром диодов является быстродействие. Чем оно выше, тем меньше инерционность, и тем на более высоких частотах может работать диод. Инерционность связана со временем рассасывания носителей заряда и с емкостью диода. Степень инерционности отражает длительность времени обратного восстановления. Время обратного восстановления — это промежуток времени, в течение которого прекращается протекание обратного тока в связи с рекомбинацией электронов и дырок в р-п-переходе. Частота тока через диоды сетевых однофазных мостовых выпрямителей составляет удвоенную частоту питающей сети, т.е.
2 50 Гц или 2 60 Гц. Для нормального функционирования таких выпрямителей достаточно использовать низкочастотные диоды. Через диоды в импульсных источниках питания могут течь токи высокой частоты, обычно достигающей несколько сотен килогерц и даже выше. Для того чтобы на таких частотах р-и-переходы сохранили свойство односторонней проводимости, необходимо использовать быстродействующие диоды с длительностью обратного восстановления от 75 нс до 200 нс и менее.
Чем больше носителей заряда будут участвовать в рекомбинации и чем меньше будет время обратного восстановления, тем больше будет величина обратного тока. Резкое увеличение обратного тока вызывает появление существенных высокочастотных помех, спектр излучения которых может простираться до нескольких десятков мегагерц.
Если устройство чувствительно к наводкам, то, возможно, будет недостаточно выбирать диоды только по времени обратного восстановления, а потребуется использовать диоды с минимальным обратным током или придется зашунтировать диод демпфирующей КС-цепью (150, с. 1661. Уменьшив число носителей заряда, рекомбинирующих в течение времени обратного восстановления, можно снизить обратный ток. Рассмотренный выше способ изготовления диодов не применяют в производстве мощных ультрабыстрых высоковольтных диодов, а для снижения инерционности между полупроводником и-типа и областью р-тнпа выращивают слой собственного полупроводника кремния, получая диод структуры р-1-п. Собственным лолупроводникодт называют химически чистый полупроводник без примесей, однако во время производства р-1-и-диодов в собственный полупроводник все-таки вводят малое количество примеси и-типа [150, с.
164]. 30 Компоненты источников питания Диоды структуры р-пчт отличаются высоким быстродействием, однако из-за введения кремниевой прослойки сопротивление диода в прямом включении выше, чем у диодов с р-п-переходом, следовательно, несколько больше падение напряжения в прямом включении. Отдельные современные полупроводниковые диоды, выпускаемые промышленностью, допускают обратное напряжение до 30 кВ и прямой ток до нескольких тысяч ампер, однако диоды с такими параметрами чрезвычайно дороги. Чем лучше параметры диодов, тем выше их стоимость, поэтому следует выбирать диод для конкретного устройства в соответствии с решаемой задачей.
Если в цепь необходимо включить диод, который характеризуется меньшим максимальным прямым током, чем ток, текущий в цепи, то можно включить несколько однотипных диодов параллельно, соединив последовательно с каждым из них по резистору. Схема включения диодов в параллель с использованием выравнивающих токи резисторов показана на рис. 2.3. 'тт'01 1х1 1 Рис. 2.3. Схема параллельното включения диодов Внутренние сопротивления диодов различны от экземпляра к экземпляру. Если соединить диоды параллельно без резисторов, то токи через диоды будут сильно различаться.
Самый большой ток потечет через диод с минимальным прямым сопротивлением, и поэтому он первым сгорит от перегрузки по току, а последним выйдет из строя диод с наибольшим сопротивлением в прямом включении. Во избежание порчи компонентов, последовательно с диодами включают выравнивающие ток резисторы сопротивлением от 0,5 Ом для сильноточных цепей до 5 Ом для слаботочных цепей. Чем выше сопротивление выравнивающих резисторов, тем меньше различие в токах через диоды, но тем больше тепловыделение в резисторах и ниже КПД. Если в цепь необходимо включить диод, а приложенное к диоду обратное напряжение превосходит максимальное значение, то можно включить несколько однотипных диодов последовательно, зашунтировав каждый из них высокоомным резистором.
Схема последовательного включения диодов с использованием шунтирующих резисторов показана на рис, 2.4. Сопротивления диодов в обратном включении от экземпляра к экземпляру разнятся, поэтому, если бы параллельно диодам не были включены шунтирующие резисторы, то к диоду с самым большим обратным сопротивлением было бы приложено наибольшее обратное напряжение, и он был бы пробит. Благодаря шунтирующим резисторам пробой не развивается. Сопротивление шунтирующих резисторов должно быть обязательно меньше сопротивления диодов в обратном включе- 2лх Диоды, стабилитроны, стабисторы, Ггвпва 31 нии.
Обычно величина сопротивления, в зависимости от используемых диодов, лежит в диапазоне б8..470 кОм. г'х1 й2 1хЗ 1х4 Бобр-~ ~Бобр-~ ~-Бобр.~ ~-Бобр 4 4 4 4 Рис. 2.4. Схема последовательного вхлгочения диодов Промышленность выпускает диодные сборки с наборами однотипных диодов, обладающих прецизионными идентичными параметрами. При включении диодов таких сборок последовательно или параллельно шунтирующие или выравнивающие резисторы могут не понадобиться. Однако диоды этих сборок обычно рассчитаны на прямые токи до нескольких десятков миллиампер и обратные напряжения до нескольких десятков вольт, что исключает возможность их работы в цепях с большими прямыми токами и высокими напряжениями.
2.1.2. Стабилитроны и стабисторы Полупроводниковый стабилитрон — это плоскостной диод, предназначенный для стабилизации напряжения за счет электрического пробоя. Стабилитроны изготавливают следующим образом. В кристаллы кремния и-типа проводимости сплавным или диффузионно-сплавным методом вводят высокие концентрации акцепторных примесей, в качестве которых часто используют алюминий, получая, таким образом, электронно-дырочные р-и-переходы.
Затем кристаллы полупроводников заключают в герметичные стеклянные, пластиковые или металлические корпуса. Вольтамперная характеристика стабилитрона в прямом включении не отличается от вольтамперной характеристики обычного диода, что отражено на рис. 2.5, а вот вольтамперная характеристика стабилитрона в обратном включении имеет одну особенность: обратное напряжение при электрическом пробое практически неизменно в широком диапазоне токов, что позволяет использовать стабилитроны в качестве стабилизаторов напряжения.
Рассмотрим основные параметры стабилитронов: ° напряжение стабилизации 13ст — это падение напряжения на обратно вклю- ченном стабилитроне при протекании через него номинального тока 1ст; ° минимальный ток стабилизации — такой ток, при котором в р-и-переходе возникает электрический пробой; ° максимальный ток стабилизации — это такой предельный ток, при протекании которого электрический пробой не переходит в тепловой, и при котором мощность, рассеиваемая в стабилитроне, меньше максимально допустимой; ° максимальная мощность рассеивания — это такая предельная мощность, при которой электронно-дырочный р-и-переход стабилитрона не разрушается от перегрева; ° дифференциальное сопротивление — это отношение изменения напряжения стабилизации к изменению тока стабилизации: гдиф = Ласт / Ыст, причем 32 Компоненты источникое питания дифференциальное сопротивление составляет обычно от долей ома для низковольтных стабилитронов до тысяч ом для высоковольтных стабилитронов; ° температурный коэффициент стабилизации напряжения — это отношение изменения напряжения стабилизации к номинальному напряжению стабилизации и к флюктуации температуры окружающей среды: ТК~3 = б1/ст / (~3ст ЛТокр), Уо / 'С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
