Диод как выбрать

Диод как выбрать

Выпрямители: Особенности выбора выпрямительных диодов

При выборе диодов выпрямителя необходимо учитывать целый набор факторов, определяемых: принципиальной схемой выпрямителя, частотой и величиной входного переменного напряжения, величинами напряжения и тока нагрузки, условиями эксплуатации (температура, влажность, устойчивость входного напряжения и т.п.), характером нагрузки (емкостная, индуктивная), наличием коммутационных перегрузок в цепи нагрузки, параметрами применяемого трансформатора и т.д.

В первую очередь необходимо рассчитать значение максимального обратного напряжения, прикладываемого к силовым диодам при работе выпрямителя выбранного типа, а также оценить среднее значение протекающего через них прямого тока (это можно сделать по приближенным формулам, приводимым в таб. 3.4-1). Полученные таким образом значения необходимо откорректировать в зависимости от характера нагрузки.

Таб. 3.4-1. Режимы работы диодов в различных выпрямителях

При наличии активно-емкостной нагрузки (а это чаще всего именно так) амплитудное и действующее значения тока силовых диодов могут существенно превышать его расчетное среднее значение. Так, например, при допустимом уровне пульсаций на выходе порядка 0,1% в однофазном мостовом выпрямителе с емкостным фильтром амплитудное значение тока выпрямительных диодов может достигать ( <15>cdot I_<пр ср max>) . В целях исключения перегрузки диодов по величине действующего и амплитудного значений токов и их перегрева, необходимо ужесточить требования к максимальному прямому среднему току ((I_<пр ср max>)) применяемых диодов. Практически, для однополупериодного выпрямителя используется коэффициент 2,2, а для двухполупериодного 1,1 (т.е. используемые диоды должны иметь значение (I_<пр ср max>) как минимум в 1,1 раза большее, чем это следует из значений, полученных по формулам из таб. 3.4-1).

Величина максимально допустимого повторяющегося обратного напряжения ((U_<обр и п max>)) используемых диодов также подвержена влиянию нагрузки (характер этого влияния может быть вычислен по формулам, приводимым далее). Во избежание ее превышения в начальный момент времени после включения выпрямителя и во время его работы (в т.ч. и на холостом ходу), силовые диоды должны выбираться с некоторым запасом и по этому параметру.

Опираясь на найденные значения (I_<пр ср max>) и (U_<обр и п max>) (не забывая также о предполагаемой частоте входного переменного напряжения), по таблицам справочных данных производят предварительный выбор силовых диодов. Немаловажное значение для характеристик выпрямителя имеет тип выбранных выпрямительных диодов. Напомним, что в качестве выпрямительных могут использоваться кремниевые, германиевые или арсенид-галлиевые диоды с (p)‑(n)‑переходом (в т.ч. лавинные диоды), а также кремниевые или арсенид-галлиевые диоды с переходом Шоттки.

Германиевые выпрямительные диоды довольно широко использовались 10..20 лет назад. В настоящее время они практически полностью вытеснены более совершенными кремниевыми и арсенид-галиевыми приборами. И только в некоторых довольно редких случаях немногие положительные свойства германиевых диодов могут обусловить их применение в выпрямителях. Основными свойствами германиевых диодов с (p)-(n)-переходом являются:

  • низкое прямое падение напряжения (на германиевом диоде при максимально допустимом прямом токе падение напряжения приблизительно в два раза меньше, чем на аналогичном кремниевом диоде), что является существенным, но, к сожалению, единственным преимуществом перед кремниевыми выпрямительными диодами;
  • существование явно выраженного тока насыщения при обратном включении диода;
  • значительно большая величина обратного тока по сравнению с аналогичными кремниевыми диодами;
  • пробивное напряжение уменьшается с ростом температуры (большие обратные токи германиевых диодов являются причиной теплового характера их пробоя), а значение этого напряжения меньше пробивных напряжений кремниевых диодов.
  • верхний предел диапазона рабочих температур германиевых диодов составляет приблизительно 75 °C, что значительно ниже по сравнению с тем же параметром кремниевых диодов.

Существенным недостатком германиевых диодов является то, что они плохо выдерживают даже кратковременные импульсные перегрузки по обратному напряжению. Определяется это механизмом пробоя германиевых диодов — тепловым пробоем, происходящим при шнуровании тока с выделением большой удельной мощности в месте пробоя.

Кремниевые выпрямительные диоды с (p)-(n)-переходом — это наиболее распространенный в настоящее время вид диодов, применяемых во всех классах выпрямителей (однако они постепенно вытесняются более эффективными диодами с переходом Шоттки). Их основные свойства:

  • максимально допустимые прямые токи кремниевых диодов различных типов составляют 0,1. 1600 А, падение напряжения на диодах при этих токах не превышает обычно 1,5 В;
  • с увеличением температуры прямое падение напряжения уменьшается;
  • обратная ветвь ВАХ кремниевых диодов не имеет ярко выраженного участка насыщения;
  • пробой кремниевых диодов имеет лавинный характер, поэтому пробивное напряжение с увеличением температуры увеличивается (для некоторых типов кремниевых диодов при комнатной температуре пробивное напряжение может составлять 1500. 2000 В);
  • диапазон рабочих температур для кремниевых выпрямительных диодов ограничен значениями –60. +125 °C.

Лавинный характер пробоя кремниевых диодов позволил создать такие приборы, которые безболезненно переносят многократные перегрузки по обратному напряжению — лавинные диоды. Если условия эксплуатации разрабатываемого выпрямителя очень тяжелы с точки зрения стабильности питающего напряжения или тока нагрузки (что возможно при коммутации различных емкостей и индуктивностей в цепях нагрузки), то применение лавинных диодов становится практически неизбежным. Они обеспечивают гашение кратковременных импульсов высокого напряжения, проникающих в выпрямитель из внешних цепей. Альтернативой использованию лавинных диодов может быть добавление в выпрямитель стабилитрона или ограничителя напряжения (см. раздел “Диоды в ограничителях напряжения”).

Выпрямительные диоды, изготовленные из материала с большой шириной запрещенной зоны, обладают существенными преимуществами в свойствах и параметрах. С этой точки зрения, относительно недавно появившиеся выпрямительные диоды с (p)-(n)-переходом из арсенида галлия являются очень перспективными приборами. Параметры выпускаемых арсенид-галлиевых выпрямительных диодов пока еще далеки от теоретически возможных (например, для диодов типа АД112 максимально допустимый прямой ток равен всего 300 мА, а максимально допустимое обратное напряжение — 50 В), поэтому очевидно, что новые приборы такого типа будут значительно превосходить своих предшественников.

Читать еще:  Кресло массажное для дома как выбрать

К основным свойствам арсенид-галлиевых приборов следует отнести:

  • значительный диапазон рабочих температур (до 250 °C);
  • лучшие частотные свойства (арсенид-галлиевые диоды могут работать в качестве выпрямителей малой мощности до частоты 1 МГц и выше);
  • повышенное (более 3 В) падение напряжения при прямом смещении.

Выпрямительные диоды с барьером Шоттки — наиболее перспективный вид полупроводниковых выпрямительных диодов. Они могут изготавливаться из кремния или арсенида галлия. Очевидно, что по мере совершенствования и удешевления технологии изготовления диоды с барьером Шоттки будут все более вытеснять выпрямительные диоды с (p)-(n)-переходом. Основными свойствами выпрямительных диодов Шоттки являются:

  • малое падение напряжения при прямом смещении (около 0,6 В);
  • большая максимально допустимая плотность тока, что связано как с меньшим падением напряжения на диоде, так и с особенностями его конструкции, обуславливающими хороший отвод тепла от выпрямляющего перехода;
  • способность выдерживать значительные перегрузки по току по сравнению с аналогичными диодами с (p)-(n)-переходом;
  • кремниевые и особенно арсенид-галлиевые диоды Шоттки имеют пока относительно маленькие значения пробивных напряжений (20. 70 В), но по мере совершенствования технологии их изготовления этот недостаток постепенно устраняется.

Как подобрать диод и чем они отличаются?

Типы диодов

По своим типам подразделяют на:

  • Полупроводниковые. Приборы с 1 электрическим выпрямляющим переходом и 2 выводами, в нем применяется определенное свойство перехода. В свою очередь, полупроводники разделяют на выпрямительные устройства большой, средней и малой мощности, импульсные и полупроводниковые стабилитроны.
  • Выпрямительные с небольшой мощностью. Сюда определяют приборы с прямым током до 300 мА. Выпрямительный допустимый ток определяет среднее значение при показателе 50 Гц. Показатель обратного максимального напряжения – до 1200 В.
  • Выпрямительные со средней мощностью. Со средним значением тока 300 мА – 10 мА. Больший ток тут возможен при помощи увеличения размеров кристаллов на переходе. В большей части кремниевые диоды. Небольшой обратный ток.
  • Силовые. Работают в диапазоне от 10 А и больше. Показатель обратного напряжения составляет значение 6000 В и меньше. Изготовлены они, как правило, из кремниевого материала.

Функции диодов

Полупроводники выполняют ряд функций, которые зависят от используемого типа прибора.

Диодные мосты. Это соединенные между собой 4,6,12 диодов. Их основная функция – это выпрямительная, лучше всего применять для автомобильного генератора, потому что использование такого типа мостов способно уменьшить габариты используемого прибора, а заодно и увеличить его надежность. При последовательном одностороннем соединении повышается минимальный показатель напряжения, нужного для того, чтобы открыть весь мост.

Диодный детектор. Это – часть конструкции большинства бытовых приборов, как, например, приемников и телевизоров. Обеспечена защита от неправильной полярности, перегрузки, ключа от пробоя электрической силой, которая может появиться в процессе самоиндукции. Для того, чтобы защитить схемы от перегрузки, используют цепочку, которая состоит из нескольких диодов. Они подключены к шинам питания в обратном порядке. Вход с защитой подключают, как правило, на середину указанной цепочки.

Во время обычной работы схем, диоды находятся в закрытом положении, но если они уловили, что потенциал на входе превысил допустимые показатели, то происходит активизирование защитного элемента. По причине этого допустимые потенциальные показатели ограничиваются по формату питающего допустимого напряжения вместе с прямыми падениями показателя напряжения на защитных приборах.

Диодные переключатели применяют для того, чтобы произвести коммутирование сигналов на высоких частотах. Управляют всем этим с помощью электрического постоянного тока, подачи сигнала управления, разделения высокой частоты, это происходит из-за индуктивности и конденсаторов.

Диодная искрозащита. Шунто-диодные барьеры в ней применяются для того, чтобы гарантировать безопасность, ограничив напряжение на нужной заданной электроцепи.

Также вместе с этим используют токоограничивающие резисторы, которые нужны для того, чтобы ограничить показатель электротока, проходящего по сети, и увеличить параметры защиты.

Применение диодов по типам

Зависимо от сферы применения, полупроводниковые приборы подразделяют на такие типы: выпрямительные, универсальные, сверхвысокочастотные, импульсные. Также – вирикапы, стабилитроны, обращенные тоннельные, фотодиоды, генераторы шумов, светоизлучающие, магнитодиоды. Купить диоды вы сможете на нашем сайте, для этого вам всего лишь нужно ознакомиться с предложенным каталогом, выбрать и заказать именно то, что нужно. Наши менеджеры любезно предоставят вам детальную консультацию для того, чтобы ваша покупка была максимально удачной и полезной.

Полупроводники применяют в электронике, для выпрямления тока, для подключения к источникам с переменными токами, еще – в качестве защиты при неверном подключении, для приема сигнала.

Вывод

Таким образом, анализируя все вышесказанное, можно сделать следующие выводы. Выбирая диод, нужно ориентироваться на выдвигаемые к нему требования. Независимо от того, для чего именно подбирается устройство, при выборе нужно обратить внимание на основные характеристики, на допустимое максимальное значение прямых токов с обратным напряжением. Если импульсный показатель прямых токов средней величины значительно превышен, то нужно именно его и учитывать, особенно – для полупроводникового диода.

Если нужно выпрямить токи на большой частоте, то нужно ориентироваться на быстрое действие прибора, у полупроводникового точечного устройства собственная емкость ниже, чем у плоскостного. По причине этого они выпрямляют ток на высокой частоте. К тому же – маломощные. Аналогичны с небольшой разницей диоды Шоттки.

Если не имеет значения кпд и не нужен обратный ток, лучше выбрать электровакуумное устройство, выпрямляющее при небольшом напряжении.

Читать еще:  Как выбрать сетевую карту для компьютера

Выпрямители: Особенности выбора выпрямительных диодов

При выборе диодов выпрямителя необходимо учитывать целый набор факторов, определяемых: принципиальной схемой выпрямителя, частотой и величиной входного переменного напряжения, величинами напряжения и тока нагрузки, условиями эксплуатации (температура, влажность, устойчивость входного напряжения и т.п.), характером нагрузки (емкостная, индуктивная), наличием коммутационных перегрузок в цепи нагрузки, параметрами применяемого трансформатора и т.д.

В первую очередь необходимо рассчитать значение максимального обратного напряжения, прикладываемого к силовым диодам при работе выпрямителя выбранного типа, а также оценить среднее значение протекающего через них прямого тока (это можно сделать по приближенным формулам, приводимым в таб. 3.4-1). Полученные таким образом значения необходимо откорректировать в зависимости от характера нагрузки.

Таб. 3.4-1. Режимы работы диодов в различных выпрямителях

При наличии активно-емкостной нагрузки (а это чаще всего именно так) амплитудное и действующее значения тока силовых диодов могут существенно превышать его расчетное среднее значение. Так, например, при допустимом уровне пульсаций на выходе порядка 0,1% в однофазном мостовом выпрямителе с емкостным фильтром амплитудное значение тока выпрямительных диодов может достигать ( <15>cdot I_<пр ср max>) . В целях исключения перегрузки диодов по величине действующего и амплитудного значений токов и их перегрева, необходимо ужесточить требования к максимальному прямому среднему току ((I_<пр ср max>)) применяемых диодов. Практически, для однополупериодного выпрямителя используется коэффициент 2,2, а для двухполупериодного 1,1 (т.е. используемые диоды должны иметь значение (I_<пр ср max>) как минимум в 1,1 раза большее, чем это следует из значений, полученных по формулам из таб. 3.4-1).

Величина максимально допустимого повторяющегося обратного напряжения ((U_<обр и п max>)) используемых диодов также подвержена влиянию нагрузки (характер этого влияния может быть вычислен по формулам, приводимым далее). Во избежание ее превышения в начальный момент времени после включения выпрямителя и во время его работы (в т.ч. и на холостом ходу), силовые диоды должны выбираться с некоторым запасом и по этому параметру.

Опираясь на найденные значения (I_<пр ср max>) и (U_<обр и п max>) (не забывая также о предполагаемой частоте входного переменного напряжения), по таблицам справочных данных производят предварительный выбор силовых диодов. Немаловажное значение для характеристик выпрямителя имеет тип выбранных выпрямительных диодов. Напомним, что в качестве выпрямительных могут использоваться кремниевые, германиевые или арсенид-галлиевые диоды с (p)‑(n)‑переходом (в т.ч. лавинные диоды), а также кремниевые или арсенид-галлиевые диоды с переходом Шоттки.

Германиевые выпрямительные диоды довольно широко использовались 10..20 лет назад. В настоящее время они практически полностью вытеснены более совершенными кремниевыми и арсенид-галиевыми приборами. И только в некоторых довольно редких случаях немногие положительные свойства германиевых диодов могут обусловить их применение в выпрямителях. Основными свойствами германиевых диодов с (p)-(n)-переходом являются:

  • низкое прямое падение напряжения (на германиевом диоде при максимально допустимом прямом токе падение напряжения приблизительно в два раза меньше, чем на аналогичном кремниевом диоде), что является существенным, но, к сожалению, единственным преимуществом перед кремниевыми выпрямительными диодами;
  • существование явно выраженного тока насыщения при обратном включении диода;
  • значительно большая величина обратного тока по сравнению с аналогичными кремниевыми диодами;
  • пробивное напряжение уменьшается с ростом температуры (большие обратные токи германиевых диодов являются причиной теплового характера их пробоя), а значение этого напряжения меньше пробивных напряжений кремниевых диодов.
  • верхний предел диапазона рабочих температур германиевых диодов составляет приблизительно 75 °C, что значительно ниже по сравнению с тем же параметром кремниевых диодов.

Существенным недостатком германиевых диодов является то, что они плохо выдерживают даже кратковременные импульсные перегрузки по обратному напряжению. Определяется это механизмом пробоя германиевых диодов — тепловым пробоем, происходящим при шнуровании тока с выделением большой удельной мощности в месте пробоя.

Кремниевые выпрямительные диоды с (p)-(n)-переходом — это наиболее распространенный в настоящее время вид диодов, применяемых во всех классах выпрямителей (однако они постепенно вытесняются более эффективными диодами с переходом Шоттки). Их основные свойства:

  • максимально допустимые прямые токи кремниевых диодов различных типов составляют 0,1. 1600 А, падение напряжения на диодах при этих токах не превышает обычно 1,5 В;
  • с увеличением температуры прямое падение напряжения уменьшается;
  • обратная ветвь ВАХ кремниевых диодов не имеет ярко выраженного участка насыщения;
  • пробой кремниевых диодов имеет лавинный характер, поэтому пробивное напряжение с увеличением температуры увеличивается (для некоторых типов кремниевых диодов при комнатной температуре пробивное напряжение может составлять 1500. 2000 В);
  • диапазон рабочих температур для кремниевых выпрямительных диодов ограничен значениями –60. +125 °C.

Лавинный характер пробоя кремниевых диодов позволил создать такие приборы, которые безболезненно переносят многократные перегрузки по обратному напряжению — лавинные диоды. Если условия эксплуатации разрабатываемого выпрямителя очень тяжелы с точки зрения стабильности питающего напряжения или тока нагрузки (что возможно при коммутации различных емкостей и индуктивностей в цепях нагрузки), то применение лавинных диодов становится практически неизбежным. Они обеспечивают гашение кратковременных импульсов высокого напряжения, проникающих в выпрямитель из внешних цепей. Альтернативой использованию лавинных диодов может быть добавление в выпрямитель стабилитрона или ограничителя напряжения (см. раздел “Диоды в ограничителях напряжения”).

Выпрямительные диоды, изготовленные из материала с большой шириной запрещенной зоны, обладают существенными преимуществами в свойствах и параметрах. С этой точки зрения, относительно недавно появившиеся выпрямительные диоды с (p)-(n)-переходом из арсенида галлия являются очень перспективными приборами. Параметры выпускаемых арсенид-галлиевых выпрямительных диодов пока еще далеки от теоретически возможных (например, для диодов типа АД112 максимально допустимый прямой ток равен всего 300 мА, а максимально допустимое обратное напряжение — 50 В), поэтому очевидно, что новые приборы такого типа будут значительно превосходить своих предшественников.

Читать еще:  Как выбрать шлейку для кошки

К основным свойствам арсенид-галлиевых приборов следует отнести:

  • значительный диапазон рабочих температур (до 250 °C);
  • лучшие частотные свойства (арсенид-галлиевые диоды могут работать в качестве выпрямителей малой мощности до частоты 1 МГц и выше);
  • повышенное (более 3 В) падение напряжения при прямом смещении.

Выпрямительные диоды с барьером Шоттки — наиболее перспективный вид полупроводниковых выпрямительных диодов. Они могут изготавливаться из кремния или арсенида галлия. Очевидно, что по мере совершенствования и удешевления технологии изготовления диоды с барьером Шоттки будут все более вытеснять выпрямительные диоды с (p)-(n)-переходом. Основными свойствами выпрямительных диодов Шоттки являются:

  • малое падение напряжения при прямом смещении (около 0,6 В);
  • большая максимально допустимая плотность тока, что связано как с меньшим падением напряжения на диоде, так и с особенностями его конструкции, обуславливающими хороший отвод тепла от выпрямляющего перехода;
  • способность выдерживать значительные перегрузки по току по сравнению с аналогичными диодами с (p)-(n)-переходом;
  • кремниевые и особенно арсенид-галлиевые диоды Шоттки имеют пока относительно маленькие значения пробивных напряжений (20. 70 В), но по мере совершенствования технологии их изготовления этот недостаток постепенно устраняется.

Какие светодиоды выбрать? Сравнение моделей

Ассортимент светодиодной продукции приятно удивляет своей широтой и в наше время способен решить любую задачу в сфере освещения. Главное в этом вопросе – правильно подойти к выбору типа светодиодов, поскольку различные модели существенно отличаются друг от друга по характеристикам.

Чуть ниже мы расскажем о классификации светодиодов, для каких целей они используются, и какие особенности следует о них знать. Эта информация поможет вам определиться с подбором светодиодов. Если же главной характеристикой для вас является яркость свечения, рекомендуем обратить внимание на график в конце статьи, там марки светодиодов распределены исходя из этого показателя.

1) Обычные DIP светодиоды

Это самая распространённая и одна из наиболее старых технологий. Светодиод представляет собой 2 металлические ножки, прозрачный пластиковый корпус с небольшой линзой внутри. Светодиоды такого типа очень просты в монтаже и эксплуатации, практически не излучают тепла, имеют удобную форму, малое энергопотребление и высокую степень защиты от окружающих воздействий. Чаще всего бывают диаметром 3мм и 5мм.

Где используются: Подсветка дверных ручек авто, приборной панели, вело тюнинг, моддинг компьютеров, самодельные фонарики и во множестве других областей.

2) SMD светодиоды

Аббревиатура SMD (surfacemounteddevice) переводится, как «прибор, монтируемый на поверхность». Другими словами эти светодиоды, в отличие от описанных ранее, являются плоскими и не имеют ножек. Подача тока осуществляется на клеммы, находящиеся с обратной стороны светодиода. Благодаря этой конструктивной особенности, SMD светодиоды при установке не нуждаются в сверлении отверстий, занимают меньше места, лучше отводят тепло и имеют ряд других положительных качеств.

Где используются: Практически везде (включая автотюнинг и интерьерное освещение) т.к. обладают высокими показателями яркости, светоотдачи и в то же время имеют малые габариты, благодаря чему могут быть установлены в тех местах, куда обычные светодиоды разместить невозможно.

3) COB-технология (Мощные светодиоды)

Аббревиатура COB расшифровывается, как Chip-On-Board — чип на плате. Эта технология предполагает размещение световых кристаллов на теплоотводящей поверхности, благодаря чему тепло рассеивается максимально быстро. Такие светодиоды являются высокомощными (1-3 Ватт) и особенно яркими.

Где используются: Светодиоды данного типа идеальны в тюнниге, поскольку только они могут дать необходимое для головной оптики ослепительно-яркое точечное свечение. В передних, задних фарах, поворотниках и других приборах данные светодиоды сморятся безупречно.
Процесс подключения таких светодиодов несколько отличается от других моделей. Он подробно описан в статье «Подключение мощных светодиодов».

4) Прожекторные светодиоды.

Самые мощные и самые яркие светодиоды. Их мощность колеблется в диапазоне 10-100 Ватт и позволяет осветить от небольшой комнаты до просторного зала. Изредка такие светодиоды могут быть использованы в тюнинге в качестве альтернативы ксенону. Часто применяются для изготовления самодельных прожекторов.

Такие светодиоды требуют ещё более внимательного подключения, в том числе установки небольшого радиатора с обратной стороны. Подключаются по тому же принципу, как и COB светодиоды.

5) РГБ светодиоды

Данный класс светодиодов отличается возможностью управления цветом свечения. Другими словами, в зависимости от того, на какую ножку подан ток и какие его характеристики, вы можете получить красный, зелёный, синий или любые другие цвета.

6) Светодиодная лента

Крайне популярный элемент освещения. Причина популярности кроется в том, что данная лента удобна в эксплуатации. Её можно резать обычными ножницами. Притом, вне зависимости от того, какую длину ленты вы используете 5см или 500см она будет работать от одного и того же напряжения (чаще всего 12 Вольт). Другими словами, данная технология избавляет от необходимости пользоваться драйверами, рассчитывать сопротивление и т.д.

Благодаря высокой яркости и энергоэффективности светодиодная лента незаменима в ряде областей, таких как подсветка потолка и подсветка днища.

Однако данный источник света уступает светодиодам в тех областях, где необходим индивидуальный дизайн (например, сделать красивую доработку фар светодиодами).

Другими словами, светодиодная лента – это удобный линейный источник света. В тех областях, где требуется не линейное освещение, лента чаще всего неприменима.

Ссылка на основную публикацию