И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 16
Текст из файла (страница 16)
быстрее, происходит заряд барьерной емкости. Иначе говоря, емкостное сопротивление с повышением частоты уменьшается и обратный ток соответственно увеличивается. Рассасывание зарядов, образованных инжектированными носителями, также происходит быстрее, и от этого импульс обратного тока также возрастает. На низкой частоте импульс обратного тока весьма мал и его длительность во много раз меньше полупериода. А на некоторой высокой частоте импульс обратного тока может иметь примерно такую же амплитуду, как импульс прямого тока, и длится он в течение всего полупериода. Если площадь импульсов прямого и обратного тока будет одинакова, то постоянная составляюшая (среднее значение) тока станет равной нулю, т.
е. выпрямление прекратится. Практически диоды рекомендуется применять для выпрямленна только до такой предельной высокой частоты, при .которой постоянная составляющая выпрямленного тока снижается не более чем на 30% по сравнению с ее значением на низкой частоте. При повышении температуры сопротивления Як, и тт„р диодов уменьшаются, но это обычйо мало влияет на выпрямление, Дело в том, что прямой ток определяется сопротивлением нагрузки Я„, которое обычно во много раз больше тт„р, а й,ср даже у нагретого диода еще достаточно велико по сравнению с Я„, и поэтому обратный ток остается малым по сравнению с прямым. Работа диодов в низкочастотных выпрямляющих устройствах характеризуется несколькими параметрами, К ним относится средние за период значения прямого тока 1„, „ и соответствующего ему падения напряжения на диоде (Укр,р, обратного напряжения У,~р „ и соответствуюгцего ему обратного тока 1„, „.
Ток 1„,„ часто называют выпрямленным током, и весьма 49 важными являются максимальные допустимые (предельные) значения обратного напряжения У,ар„а„, прямого (или выпрямленного) тока 1„р „„и температуры корпуса г„ар,„, а также максимальная рабочая частота 1' „„.
3.6. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ И ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ При выпрямлении более высоких напряжений приходится соединять диоды последовательно, с тем чтобы обратное напряжение на каждом диоде не превышало предельного. Но вследствие разброса обратных сопротивлений у различных экземпляров диодов одного и того же типа ' на отдельных диодах обратное напряжение может оказаться выше предельного, что повлечет пробой диодов.
Поясним это примером. Пусть в некотором выпрямителе амплитуда обратного напряжения составляет 1000 В и применены диоды с Уавр,„,„ — †4 В. Очевидно, что необходимо соединить последовательно не менее трех диодов. Предположим, что обратные сопротивления диодов К -р! = — Карр! — 1 МОм и ххарр! = 3 МОМ. Обратное напряжение распределяется пропорционально обратным сопротивле- НИЯЫ, И ПеэтОМУ ПОЛУ'!ИТСЯ Уабр!— =(1,~, =200 В и У„,!=600 В. На третьем диоде (кстати говоря, он является лучшим, так как у него наибольшее Я„рр) обратное напряжение выше предельного, н он может быть пробит. Если это произойдет, то напряжение 1000 В распределится между оставшимися диодами и на каждом из них будет 500 В.
Ясно, что любой из этих диодов может пробиться, после чего все обратное напряжение 1000 В будет приложено к одному диоду, который его не выдержит. Такой последовательный пробой диодов иногда происходит за доли секунды. Для того чтобы обратное напряже- ' Иногда обратные сопротивления у однотипных диодов могут отличаться друг от друга даже в десятки раз. 50 21! р(х р(з Рнс. 3.!3. Последовательное соединение ано- дов ние распределялось равномерно между диодами независимо от их обратных сопротивлений, применяют шунтирование диодов резисторами (рис.
3.13). Сопротивления К,„резисторов должны быть одинаковы и значительно меньше наименьшего из обратных сопротивлений диодов. Но вместе с тем Я,„не должно бьггь слишком малым, чтобы чрезмерно не возрос ток при обратном напряжении, т. е. чтобы не ухудшилось выпрямление. Для рассмотренного примера можно взять резисторы с сопротивлением 100 кОм. Тогда при обратном напряжении сопро"гивление каждого участка цепи, состоящего из диода и шунтирующего резистора, будет несколько меньше 100 кОм и общее обратное напряжение разделится между этими участками примерно на три равные части. На каждом участке это напряжение окажется меньше 400 В и диоды будут работать надежно. Обычно шунтирующие резисторы имеют сопротивление от нескольких десятков до нескольких сотен килоом.
Параллельное соединение диодов применяют в том случае, когда нужно получить прямой ток, больший предельного тока одного диода. Но если диоды одного типа просто соединить параллельно, то вследствие неодинаковости вольт-амперных характеристик они окажутся различно нагруженными и в некоторых ток будет больше предельного. Различие в прямом токе у однотипных диодов может составлять десятки процентов. Для примера на рис.
3.!4, и показаны характеристики прямого тока двух диодов одного н того же типа, у которых 1ар„ — — 0,2 А. Пусть от этих диодов требуется получить прямой ток 0,4 А. Если их соединить параллельно, то при токе 0,2 А на первом диоде напряжение равно 0,4 В (кривая 1). А на втором а) А а3 0>2 О( а 0,1 а,г ау 0,» 0,5 в Рис.
3.14. Параллельное соединение диодов диоле при таком же напряжении ток будет лишь 0,05 А (кривая 2). Таким образом, общий ток составит 0,25 А, а не 0,4 А. Увеличивать напряжение на диодах нельзя, так как в первом диоде ток станет больше предельного. Из характеристик видно, что для получения во втором диоде тока 0,2 А надо илгеть на нем напряжение 0,5 В, т.е, на 0,1 В больше, чем на первом диоде. Поэтому, чтобы установить правильный режим работы диодов, надо подвести к ним напряжение 0,5 В, но последовательно с первым диодом включить уравнительный резистор (рис.
3.14, б) — с целью поглощения излишнего для первого диода напряжения 0,1 В. Ясно, что сопротивление этого резистора Я„=0,1:0,2=0,5 Ом. При наличии такого резистора оба диода будут нагружены одинаково током в 0,2 А. Практически редко включают параллельно больше трех диодов. Уравнительные резисторы с сопротивлением в десятые доли ома или единицы ом обычно подбирают экспериментально до получения в рабочем режиме одинаковых токов в диодах. Иногда включают уравнительные резисторы с сопротивлением, в несколько раз большим, чем прямое сопротивление диодов, для того чтобы ток в каждом диоде определялся главным образом сопротивлением >гг Но в этом случае происходит дополнительное падение напряжения на Яп превышающее в несколько раз прямое напряжение диодов, и КПД, конечно, снижается. Если нежелательно включать уравнительные резисторы, то надо подобрать диоды с примерно одинаковыми характеристиками. Однако рекомендуется по возможности не прибегать к параллельному соединению диодов.
3.7. ИМПУЛЪСНЫЙ РЕЖИМ Во многих современных радиоэлектронных устройствах полупроводниковые диоды часто работают в импульсном режиме при длительности импульсов, равной единицам или долям микросекунды. Рассмотрим особенности этого режима на примере, когда диод соединен последовательно с нагрузкой, сопротивление которой )1„ во много раз больше прямого сопротивления диода ()(„ ~ й,р). Пусть такая цепь находится под действием импульсного напряжения, которое состоит из короткого импульса прямого напряжения (положительного импульса), отпирающего диод, и более длительного импульса обратного напряжения (отрицательного импульса), надежно запирающего диод до прихода следующего положительного импульса. Импульсы напряжения имеют прямоугольную форму (рис.
3.15, а). График тока, а следовательно, и пропорционального ему напряжения на )1„ показан для этого случая на рнс. 3.15, б. При прямом напряжении ток в цепи а) Рис. 3.15. Импульсный режим работы диода 51 определяется сопротивлением Я„. Хотя прямое сопротивление диода нелинейно, но оно почти не влияет на ток, так как во много раз меньше Я„. Поэтому импульсы прямого тока почти не искажены. Некоторые сравнительно небольшие искажения могут наблюдаться только при очень коротких (длительностью в доли микросекунды) импульсах.
При перемене полярности напряжения, т.е. при подаче обратного напряжения, диод запирается не сразу, а в течение некоторого времени проходит импульс обратного тока (рис. 3.15,б), значительно превосходящий по амплитуде обратный ток в установившемся режиме 1,ер,.
Причины возникновения импульса обратного тока такие же, как и при работе диода на высоких частотах (см. З.э). Главная причина — это разряд диффузионной емкости, т.е. рассасывание зарядов, образованных подвижными носителями в и- и р-областях. Поскольку концентрации примесей в этих областях обычно, весьма различны, то практически импульс обратного тока создается рассасываннем заряда, накопленного в базе, т.е. в области с относительно малой проводимостью. Например, если и-область является змиттером, а р-область — базой, то при прямом токе можно пренебречь потоком дырок из р-области в и-область и рассматривать только поток электронов из и- области в р-область.
Этот диффузионный поток через переход вызывает накопление электронов в р-области, так как они не могут сразу рекомбинировать с дырками или дойти до вывода от р-области. При перемене полярности напряжения накопленный в базе заряд начинает двигаться в обратном направлении и возникает импульс обратного тока.
Чем больше был прямой ток, тем больше электронов накапливалось в базе и тем сильнее импульс обратного тока. Двигаясь от базы обратно в эмиттер, электроны частично рекомбинируют с дырками, а частично проходят через и-область до металлического вывода от этой области. Исчезновение (рассасывание) заряда, накопленного в базе, длится некоторое время. К концу рассасывания обратный ток достигает своего установившегося, весьма малого, значения ),ер, Иначе можно сказать, что обратное сопротивление диода Я,ер сначала оказывается сравнительно небольшим, а затем постепенно возрастает до своего нормального установившегося значения.
Время т, от момента возникновения обратного тока до момента, когда он принимает установившееся значение, называют временем восстановления обрарииого соирориивяеиия. Это время— важный параметр диодов, предназначенных для импульсной работы. У таких диодов т, не превышает десятых долей микросекунды. Чем оно меньше, тем лучше: тогда диод быстрее запирается. Вторая причина возникновения импульса обратного тока — заряд емкости диода под действием обратного напряжения. Зарядный ток этой емкости складывается с током рассасывания заряда, и в результате получается суммарный импульс обратного тока, который тем больше, чем больше емкость диода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
