Диодно разсейване на мощността
Характеристики на диоди, дизайн и характеристики на приложението
Характеристики на диоди, дизайн и характеристики на приложението
Диодна характеристика ток-напрежение
Характеристиката ток-напрежение (CVC) на полупроводников диод е показана на фигура 1.
Тук на една фигура са показани IV характеристиките на германиеви (сини) и силициеви (черни) диоди. Лесно е да се види, че характеристиките са много сходни. На координатните оси няма числа, тъй като те могат да се различават значително за различните типове диоди: мощен диод може да премине преден ток от няколко десетки ампера, докато с ниска мощност е само няколко десетки или стотици милиампера.
Има голямо разнообразие от диоди от различни модели и всички те могат да имат различни цели, въпреки че основната им задача, основното свойство еда осигурят еднопосочна проводимост на тока. Именно това свойство прави възможно използването на диоди в токоизправители и детекторни устройства. Трябва да се отбележи обаче, че германиеви диоди, както и транзистори, вече не се използват.
Фигура 1. Характеристика ток-напрежение на диод
VAC преден клон
В първия квадрант на координатната система има директен клон на характеристиката, когато диодът е в пряка връзка, положителният извод на източника на ток е свързан към анода, съответно отрицателният извод е свързан към катода.
С нарастването на напрежението в права посока Upr нараства и токът в права посока Ir. Но докато това увеличение е незначително, линията на графиката елеко покачване, напрежението нараства много по-бързо от тока. С други думи, въпреки факта, че диодът е свързан в права посока, през него не протича ток, диодът е практически заключен.
Когато се достигне определено ниво на напрежение, на характеристиката се появява прекъсване: напрежението практически не се променя и токът нараства бързо. Това напрежение се наричадиректен спад на напрежението върху диода, обозначен на характеристиката като Ud. За повечето съвременни диоди това напрежение е в диапазона от 0,5 ... 1V.
Фигурата показва, че за германиев диод, предното напрежение е малко по-малко (0,3 ... 0,4 V), отколкото за силициев (0,7 ... 1,1 V). Ако постоянният ток през диода се умножи по предното напрежение, тогава резултатът няма да бъде нищо повече от мощността, разсейвана на диода Pd \u003d Ud * I.
Ако тази мощност бъде превишена спрямо допустимата, тогава може да настъпи прегряване и разрушаване на p-n прехода. Ето защо справочниците ограничаватмаксималния постоянен ток, а не мощността (приема се, че напрежението в права посока е известно). За да се премахне излишната топлина, мощни диоди са инсталирани на радиатори - радиатори.
Разсейване на диодна мощност
Горното е обяснено на фигура 2, която показва включването на товар, в този случай електрическа крушка, през диод.
Фигура 2. Включване на товара през диода
Представете си, че номиналното напрежение на батерията и електрическата крушка е 4,5 V. При това включване 1V ще падне на диода, след което само 3,5V ще достигне до електрическата крушка. Разбира се, никой няма да сглоби на практика такава схема, това е само за да илюстрира как и какво влияе напрежението в посока напред на диода.
Да приемем, че електрическата крушка е ограничила тока във веригата до точно 1А. Това е за по-лесно изчисление. Освен това няма да приемемВнимание е, че електрическата крушка е нелинеен елемент и не се подчинява на закона на Ом (съпротивлението на спиралата зависи от температурата).
Лесно е да се изчисли, че при такива напрежения и токове мощността се разсейва на диода P \u003d Ud * I или 1V * 1A \u003d 1W. В същото време мощността при натоварване е само 3,5V * 1A = 3,5W. Оказва се, че повече от 28 процента от енергията се губи, повече от една четвърт.
Ако постоянният ток през диода е 10 ... 20A, тогава до 20 W мощност ще бъде безполезно консумирана! Тази мощност има малък поялник. В описания случай такъв поялник ще бъде диод.
Диоди на Шотки
Съвсем очевидно е, че можете да се отървете от такива загуби, ако намалите директния спад на напрежението върху диода Ud. Такива диоди се наричат диоди на Шотки на името на изобретателя на немския физик Валтер Шотки. Вместо p-n преход те използват преход метал-полупроводник. Тези диоди имат спад на напрежението от 0,2…0,4 V, което значително намалява мощността, разсейвана от диода.
Може би единственият недостатък на диодите на Шотки е ниското обратно напрежение - само няколко десетки волта. Максималната стойност на обратното напрежение от 250V има индустриален дизайн MBR40250 и неговите аналози. Почти всички захранвания на съвременното електронно оборудване имат диодни токоизправители на Шотки.
VAC обратен клон
Като един от недостатъците трябва да се счита, че дори когато диодът е включен в обратна посока, през него все още протича обратен ток, тъй като в природата няма идеални изолатори. В зависимост от модела на диода може да варира от наноампера до единици микроампера.
Заедно с обратния ток на диода се отделя известна мощност, числено равна на произведението на обратния ток иобратно напрежение. Ако тази мощност бъде превишена, тогава е възможно разрушаване на p-n прехода, диодът се превръща в обикновен резистор или дори в проводник. На обратния клон на CVC тази точка съответства на завой надолу в характеристиката.
Обикновено в справочниците не се посочва мощност, а някакво максимално допустимо обратно напрежение. Приблизително същото като ограничението на тока напред, което беше споменато малко по-горе.
Всъщност често именно тези два параметъра, а именно прав ток и обратно напрежение, са определящите фактори при избора на конкретен диод. Това е за случая, когато диодът е предназначен да работи при ниска честота, например токоизправител на напрежение с честота на промишлена мрежа от 50 ... 60 Hz.