Что такое диодный выпрямитель?

Что такое диодный выпрямитель?

Диодный выпрямитель — это полупроводниковый прибор, который выпрямляет переменный ток коммерческого источника питания в силовой цепи для получения пульсирующего тока.

По сравнению с обычными малосигнальными диодами выпрямительные диоды характеризуются большим размером, высокой токовой способностью, высоким выдерживаемым напряжением и прочной конструкцией. Биполярные трубки, которые являются вакуумными трубками, также называются диодами и когда-то широко использовались в качестве выпрямителей, но поскольку теперь они ограничены специальными приложениями, эта статья ограничивается полупроводниковыми элементами.

Применение диодных выпрямителей

Диодные выпрямители всегда используются в выпрямительных схемах источников питания, которые вырабатывают постоянный ток из коммерческих источников питания. В схемах, которые выпрямляют высокочастотный переменный ток, таких как импульсные регуляторы, используются быстровосстанавливающиеся диоды с коротким временем обратного восстановления и барьерные диоды Шоттки с малыми потерями, которые также считаются типом выпрямительного диода.

Принцип диодных выпрямителей

В диодном выпрямителе сторона вывода P-типа называется анодом, а сторона вывода N-типа называется катодом, и вблизи PN-перехода электроны N-типа и дырки P-типа нейтрализуют друг друга, создавая обедненный слой. Когда между анодом и катодом подается прямое напряжение, дырки инжектируются в область P-типа, а электроны в область N-типа, тем самым сужая обедненный слой и позволяя току течь из P-типа в N-тип.

При подаче обратного напряжения электроны инжектируются в область P-типа, а дырки — в область N-типа, в результате чего обедненный слой расширяется и ток не течет. Это указывает на то, что в диоде ток течет только в направлении от P-типа к N-типу. Из вышесказанного следует, что при подаче переменного напряжения от анода к катоду диода ток течет только в прямом направлении, а в обратном направлении ток не течет. Это принцип выпрямления.

Выпрямительный диод сам по себе является однополупериодным выпрямителем, и ток выводится только в течение половины цикла переменного тока. С другой стороны, мостовое соединение с использованием четырех диодов приводит к двухполупериодному выпрямлению, которое имеет преимущество в обеспечении большого тока и уменьшении пульсации, поэтому обычно используются диоды, соединенные мостом.

Типы диодных выпрямителей

Существует три основных типа диодных выпрямителей:

1. Кремниевые диоды

Это один из наиболее распространенных диодов с pn-переходом. Термин диодный выпрямитель обычно относится к кремниевому диоду. Когда-то использовались германиевые диоды, но сейчас они используются редко из-за их плохой термостойкости и трудностей с проведением больших токов.

2. Первый восстановительный диод

Ловушка для носителей создается в области полупроводника N-типа диода с PN-переходом путем диффузии тяжелых металлов или облучения электронным пучком для захвата носителей во время переключения. Время обратного восстановления может быть улучшено до 1/100–1/1000 от времени обычного диода, но есть недостаток в виде большего прямого напряжения.

Диоды с быстрым восстановлением используются в импульсных источниках питания, требующих высокоскоростной работы, поскольку диоды с коротким временем обратного восстановления имеют преимущество.

3. Диод с барьером Шоттки

Эти диоды используют «эффект Шоттки», вызванный соединением металла и полупроводника. Эффект Шоттки создает барьер (барьер Шоттки), который препятствует току, если не приложено определенное напряжение, и это используется для достижения выпрямления. Поскольку прямое напряжение становится небольшим, потери из-за диода становятся небольшими, но недостатком является то, что выдерживаемое напряжение низкое.

Другая информация о диодных выпрямителях

Как использовать диодные выпрямители

Существует две процедуры преобразования коммерческой мощности в постоянный ток, и для каждой из них есть подходящий диодный выпрямитель. Одна из них заключается в подключении диодного выпрямителя непосредственно к коммерческой линии электроснабжения для извлечения импульсного тока с пиковым значением около 140 В (в Японии), его преобразовании в постоянный ток с помощью сглаживающей схемы, а затем преобразовании его в требуемое напряжение с помощью импульсного регулятора или чего-то подобного.

В этом методе питание всего устройства концентрируется в наборе выпрямительных диодов, поэтому обычно используются диоды с большим током/высоким напряжением. С другой стороны, при методе преобразования напряжения от коммерческого источника питания до почти желаемого напряжения с помощью трансформатора и последующего подключения диодного выпрямителя к выходу трансформатора для преобразования напряжения в постоянный ток характеристики выдерживаемого напряжения снижаются, а ток становится выше, поскольку обрабатываемое напряжение ниже.

Устройства с низким прямым напряжением, такие как диоды с барьером Шоттки, имеют преимущество, особенно потому, что потери из-за прямого напряжения диода влияют на энергоэффективность.