Полупроводниковые материалы

.

Электростанции вырабатывают переменный ток. Однако для большинства современных электронных устройств необходима энергия постоянного тока. Для преобразования переменного тока в постоянный применяют выпрямители, в которых используют приборы с вентильными свойствами, т. е. односторонней проводимостью. Для построения схем выпрямления можно использовать электровакуумные, ионные магнитные и полупроводниковые приборы. В настоящее время наибольшее распространение получили. выпрямители на полупроводниковых приборах, поскольку полупроводниковые выпрямители просты, обладают высоким КПД, имеют длительный срок службы.


Выпрямитель – это устройство, преобразующее переменный ток в постоянный или пульсирующий. Выпрямители классифицируются по следующим признакам:
• по количеству фаз (однофазные и трёхфазные);
• по виду выпрямительных элементов (вакуумные, полупроводниковые, магнитные и т. д.);
• неуправляемые и управляемые;
• по способу включения выпрямительных элементов (мостовые и с нулевой точкой);
• по виду нагрузки (она может быть активной, активно-ёмкостной, активно-индуктивной).
Для изготовления полупроводниковых приборов используют полупроводники. Полупроводники по электропроводимости занимают промежуточное место между проводниками и изоляторами. Для полупроводников характерно наличие двух типов проводимости: электронной, или п-проводимости, за счёт свободных электронов; дырочной, или р-проводимости, за счёт валентных электронов (дырок). Введение определённых примесей позволяет получать полупроводники п– или р-типа. Если полупроводник имеет две зоны с различными типами проводимости, то на их границе образуется п-р-переход, обладающий односторонней проводимостью электрического тока. При подключении положительного полюса источника тока к зоне с проводимостью р-типа, а отрицательного – к зоне с проводимостью п-типа дырки будут отталкиваться положительным потенциалом источника тока, а электроны – отрицательным. В результате этого они движутся навстречу друг другу, частично рекомбинируя в зоне перехода, а затем притягиваются к электродам источника питания, обеспечивая прохождение электрического тока через выпрямительный полупроводниковый диод, преобразующий переменный ток в постоянный.

 

В идеальном кристалле ток создаётся равным количеством электронов и дырок. Такой тип проводимости называют собственной проводимостью полупроводников. При повышении температуры (или освещённости) собственная проводимость проводников увеличивается.
В полупроводниковых диодах следует различать сопротивление диода в прямом направлении RОпр, которое относительно мало, и сопротивление диода в обратном направлении RОобр, которое относительно велико, но не равно бесконечности.
Для полупроводникового диода установились следующие понятия, характеризующие его свойства: прямой ток (Iпр) – это ток, протекающий через диод в прямом направлении; выпрямленный ток – это среднее значение выпрямленного тока или постоянная составляющая пульсирующего тока; обратный ток (Iобр) – это ток, протекающий через диод, когда к диоду приложено обратное напряжение. Выпрямительный диод представляет собой прибор с одним р-п переходом и двумя выводами. Вывод, к которому течёт ток из внешней электрической цепи при прямом включении диода (вывод из зоны типа р), называют анодным; вывод, от которого прямой ток направляется во внешнюю цепь (вывод из зоны типа п), именуют катодом.
Промышленностью выпускается большой ассортимент германиевых и кремниевых диодов. Кремниевые диоды могут работать при более высоких температурах, чем германиевые (+125 °C и выше); они имеют более высокое обратное напряжение и меньшие обратные токи. Недостатком их является несколько большее сопротивление при включении в прямом направлении, а следовательно, большие падения напряжения и потери мощности.
В зависимости от конструктивного исполнения р-п перехода различают два типа германиевых кремниевых диодов: плоскостной и точечный.
У плоскостных диодов выпрямляющими свойствами обладает поверхность раздела двух областей полупроводника с электронной и дырочной проводимостями. Плоскостные диоды имеют б`ольшую площадь р-п перехода, вследствие чего допускают большие токи и обратные напряжения. Они имеют так же меньшее падение напряжения в прямом направлении, точечные диоды.
Плоскостные и точечные диоды различают в зависимости от соотношения линейных размеров выпрямляющего электрического перехода и характеристической длины. Такой длиной для диода является наименьшая по значению из двух величин, определяющая свойства и характеристики диода: диффузионная длина неосновных носителей заряда в базе или толщина базы.
Точечным называют диод, у которого линейные размеры, определяющие площадь выпрямляющего электрического перехода, значительно меньше характеристической длины.

Благодаря малой площади р-п перехода точечные диоды имеют незначительную ёмкость. Поэтому их применяют для выпрямления токов высокой частоты (главным образом в радиоаппаратуре и автоматике).
Плоскостным называют диод, у которого линейные размеры, определяющие площадь выпрямляющего электрического перехода, значительно больше характеристической длины.

 

Выпускаемые промышленностью диоды классифицируются по назначению, мощности, частоте и другим свойствам. Диоды, рассчитанные на сравнительно небольшие токи (до 10 А), маркируют буквой Д и соответствующим номером. Полупроводниковые диоды, рассчитанные на б`ольшие токи (до 2 000А), часто называют силовыми вентилями (неуправляемыми) и маркируют буквой В (вентиль).
Эксплуатационные свойства выпрямительных диодов характеризуют их параметры, приводимые в справочной литературе.
Наиболее полное представление о работе полупроводниковых диодов при стационарном режиме даёт вольт-амперная характеристика, т. е. графическая зависимость тока, проходящего через диод, от приложенного к нему напряжения.
Номинальные значения токов и напряжений определяются ветвями вольт-амперной характеристики диода: Uпр – постоянное прямое напряжение диода при заданном постоянном токе Iпр; Iобр – постоянный обратный ток диода, протекающий через диод в обратном направлении при заданном обратном напряжении Uпр.

С помощью выпрямителей получают пульсирующий ток, направление которого не меняется, а меняется величина. Для того, чтобы сгладить пульсации тока, последовательно с диодом включают дроссель (катушка с сердечником), а параллельно – конденсаторы большой ёмкости. Дроссель и конденсаторы представляют собой фильтр, который сглаживает пульсацию тока. На выходе выпрямителя получают постоянный ток по величине и направлению.
Для выпрямления переменного тока используют три вида выпрямителей: однополупериодный, двухполупериодный со средней точкой (рис. 28, б) и двухполупериодный по мостовой схеме.

рматором работает на различную нагрузку – активную, активно-индуктивную и активно-ёмкостную. Характер нагрузки определяет форму выпрямленного напряжения на ней и соотношение выпрямленных и переменных напряжений и токов. Мощность этих однофазных выпрямителей обычно небольшая – от десятков до нескольких сотен ватт.
Для выпрямления трёхфазного тока применяют нулевые и мостовые схемы.

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментарии закрыты.