Випрямними зазвичай називають діоди, призначені для перетворення змінної напруги в постійне. Залежно від частоти і форми змінної напруги вони діляться на низькочастотні, високочастотні і імпульсні. Низькочастотні служать для випрямлення напруги промислової частоти (50 або 400 Гц). У високочастотних частота випрямляється напруги становить десятки кГц. Основою діода є звичайний p-n перехід. У площинних діодах p-n перехід має достатню площу для того, щоб забезпечити прямий струм. Для отримання великих зворотних (пробивних) напружень діод зазвичай виконується з високоомного матеріалу.
Основними параметрами, що характеризують випрямні діоди, є (малюнок 2.1):
· Падіння напруги Uпр на діоді при заданому значенні прямого струму Іпр (або навпаки) (Uпр »0,3 ... 0,7 В для германієвих і Uпр» 0,8 ... 1,2 В для кремнієвих діодів);
· Максимально допустимий постійне зворотне напруга діода Uобрmax,
· Зворотний струм Iобр при заданому зворотному напрузі Uобр (значення зворотного струму германієвих діодів на два-три порядки більше, ніж у кремнієвих);
· Діапазон частот, в якому можлива робота діода без істотного зниження випрямленої струму;
· Робочий діапазон температур (германієві діоди працюють в діапазоні
-60. + 70 ° С, кремнієві - в діапазоні -60. + 150 ° С, що пояснюється малими зворотними струмами кремнієвих діодів).
Мал. 2.1. До визначення параметрів випрямних діодів
На малюнку 2.2 приведена схема включення діода з навантаженням. При цьому напруга генератора UГ ділиться між опором навантаження і діодом:
Рис.2.2. Схема включення діода з навантаженням
Мал. 2.3. До визначення параметрів схеми включення діода з навантаженням
Очевидно, що струм, поточний в резисторі і діод повинен бути однаковим.
З огляду на, що UR = I # 8729; R. отримуємо
Вираз (2.2) є рівнянням навантажувальної прямої (рисунок 2.3). ВАХ діода (пряма гілка) має експонентний вигляд. Точка А на ВАХ, для якої виконується умова рівності струмів, називається робочою точкою. а величина - опором ланцюга по постійному струму.
Схема найпростішого випрямляча має вигляд відповідно до малюнком 2.4. Вона включає генератор змінного напруги, діод і послідовно включений з діодом навантажувальний резистор.
Осцилограми напруг і струмів наведені на малюнку 2.5.
При роботі зі змінним сигналом, вхідна напруга є UГ (t) (рисунок 2.5 а), а вихідний - UН (t). У проміжки часу, коли до діода докладено пряме напруга (позитивний напівперіод), його опір виявляється невеликим і форма струму в ланцюзі буде повторювати форму вхідної напруги відповідно до малюнком 2.5, б і все вхідна напруга буде практично падати на резисторі (рисунок 2.5 б) . При негативному напівперіоді діод зміщений у зворотному напрямку, його опір досить велике, струм в ланцюзі практично стає рівним зворотному току діода, і велика частина вхідної напруги впаде на діоді (рисунок 2.5 в).
Мал. 2.4. Схема включення діода на змінному струмі а) і
Для того щоб з пульсуючого напруги виділити постійну складову, в схему випрямлення паралельно резистору включають конденсатор (на малюнку 2.4 зображений пунктиром). Тоді вихідна напруга при позитивному напівперіоді стане визначатися напругою на ємності навантаження CН і конденсатор при цьому буде заряджатися струмом діода, а при негативному напівперіоді - відповідно розряджатися (рисунок 2.5 г, крива 1 - при відсутності конденсатора, криві 2 і 3 зі збільшенням номіналу ємності відповідно ). Величини CН і RН підбирають таким чином, щоб вихідна напруга залишалося практично незмінним в часі.
Мал. 2.5. Епюри напруг і струмів
При протіканні великих прямих струмів Іпр на діоді виділяється відповідна потужність. Для відводу даної потужності і запобігання перегріву діод повинен мати великі розміри p-n- переходу, корпусу і висновків. Для поліпшення тепловідведення використовуються радіатори або різні способи примусового охолодження (повітряного або навіть рідинного).
Серед випрямних діодів слід особливо виділити діод з бар'єром Шотткі. Цей діод характеризується високою швидкодією і малим падінням напруги (U пр <0,6 В). К недостаткам диода следует отнести малое пробивное напряжение и большие обратные токи.
Випрямні діоди зазвичай підрозділяються на діоди малої, середньої та великої потужності, розраховані на випрямлений струм до 0,3 А, від 0,3 А до 10 А і понад 10 А відповідно.
Для роботи з високими напругами (понад 1000 В) призначені випрямні стовпи, що представляють собою послідовно з'єднані p-n-переходу, конструктивно об'єднані в одному корпусі. Випускаються також випрямні матриці і блоки, які мають в одному корпусі по чотири або вісім діодів, з'єднані по мостовій схемі випрямляча і мають