электрические приборы и машины
 
 
   
 
   
 
 
     
 
Главная / Электронные приборы / Выпрямители тока / Полупроводниковые вентили

Полупроводниковые вентили

Выпрямители на полупроводниковых приборах

Полупроводниковые вентили находят все большее применение в выпрямительных устройствах. Они просты по конструкции, не требуют особого ухода, отличаются механической прочностью, длительным сроком службы, высоким к. п. д., малогабаритны, не имеют накальных цепей. В практике преимущественно используются купроксные, селеновые, германиевые и кремниевые вентили.

Купроксные вентили представляют собой медную пластинку круглого или квадратного сечения, на одну плоскость которой нанесен слой закиси меди, обладающий дырочной проводимостью. В процессе термической обработки между слоем закиси меди и медью образуется промежуток толщиной порядка 10-3 см, обладающий электронной проводимостью.

Таким образом в вентиле создается р—n-переход, закись меди образует анод, а медная пластинка — катод. Прижимная свинцовая шайба обеспечивает надежный контакт; съем тока со стороны слоя типа n осуществляется через медную пластинку.

 

На рис. 115 показано устройство купроксного вентиля. Вольт-амперная характеристика его схожа с вольт-амперной характеристикой р—n-перехода.

Рис.  115.   Меднозакисный выпрямительный столб. 1 — радиаторная пластина; 2, 3, 4 — купроксный вентиль (2 — медная подложка); 3 — запорный слой; 4— закись меди); 5 — свинцовая шайба; 6 и 7 — второй и третий вентиль; 8 — изоляционная шайба; 9 —прижимная шайба; 10 — изоляционная втулка; 11 — прижимная гайка;  12 — болт.

Электрические свойства купроксного вентиля в сильной степени зависят от температуры и влажности окружающей среды. При температуре выше+50° C резко возрастает его проводимость в обратном направлении, а при низких температурах, порядка —20° С, — прямое сопротивление. Влага увеличивает собственную проводимость вентиля и вызывает его коррозию. Для защиты от влаги вентиль помещают в герметизированный экран, либо покрывают влагозащитной краской. Допустимое обратное напряжение на один купроксный вентиль не превышает 8—12 в, поэтому при включении в цепь с более высоким обратным напряжением используют последовательное соединение нескольких одиночных вентилей. При этом одиночные полупроводниковые вентили образуют купроксный выпрямительный столбик, допустимая плотность тока которого составляет примерно 40— 50 ма с квадратного сантиметра рабочей поверхности. При необходимости получения большего выпрямленного тока несколько вентилей или столбиков соединяют параллельно.

Недостатком купроксных вентилей является старение (ползучесть), которое заключается в том, что в течение 1500—2000 часов работы наблюдается увеличение прямого сопротивления вентиля на 30—50% по сравнению с первичным значением. Особенно интенсивным становится старение вентиля при работе его в условиях повышенных температур. Для стабилизации параметров вентилей их часто перед включением в схему подвергают искусственному старению. К. п. д. купроксных вентилей  порядка 60—75%.

Устройство селеновых вентилей (столбиков) имеет много общего с купроксными. Основанием вентиля является алюминиевая или стальная никелированная подложка круглого или прямоугольного сечения, покрытая слоем селена, обладающего дырочной проводимостью. На слой селена наносится катодный слой, представляющий собой сплав олова с кадмием.

Селеновые вентили, по сравнению с купроксными, имеют ряд особенностей и достоинств. Так, например, с увеличением температуры селенового вентиля возрастает прямой ток и уменьшается обратный; диапазон рабочих температур гораздо шире, чем у купроксного, и составляет —60°÷ + 75° С; коэффициент полезного действия достигает 80—90%; допустимое обратное напряжение равно 20—25 б, а при кратковременном действии возрастает в 2—3 раза. В отличие от купроксных вентилей, у которых пробой выводит вентиль из строя, селеновые вентили после местного пробоя автоматически восстанавливаются (в месте пробоя селен плавится, становится аморфным).

Основным недостатком селеновых вентилей является то, что сразу после изготовления или длительного хранения они имеют малое сопротивление обратному току. Поэтому такой вентиль нельзя сразу включать на нормально допустимое обратное напряжение, так как значительный обратный ток может вызвать тепловой пробой вентиля. Перед включением в схему вентиль надо подвергнуть формовке: в течение нескольких часов постепенно увеличивают Uобр до номинального, при этом обратный ток падает.

Вторым существенным недостатком селеновых вентилей является, как и у купроксных, их необратимое старение. Процесс старения также резко ускоряется с увеличением температуры.

Срок службы селеновых выпрямителей, при соблюдении правил их эксплуатации, составляет десятки тысяч часов, плотность тока такая же, как и у купроксных.

Широкое применение в качестве полупроводниковых выпрямителей находят плоскостные кремниевые диоды. Такие выпрямители работают при температурах от —60° до +75° С, обеспечивая выпрямленный ток до 300 ма; допустимое обратное напряжение достигает 350—400 в, внутреннее сопротивление их мало, к. п. д. очень высок (96—98%), срок службы составляет несколько тысяч часов, рабочие температуры могут доходить до 200° С. Благодаря указанным преимуществам полупроводниковые плоскостные диоды успешно вытесняют все остальные виды выпрямительных элементов из электронной  аппаратуры.

Если обратное напряжение окажется больше допустимого, которое может выдержать вентиль, используют последовательное включение двух или нескольких диодов. При этом их подбирают с одинаковыми значениями обратных токов. Однако обычно это трудно осуществить, так как у разных диодов обратные токи различны. Поэтому диоды шунтируют сопротивлениями, благодаря которым обратные напряжения распределяются равномерно. Величина шунтирующего сопротивления, в зависимости от типа диода и температуры окружающей среды, может находиться в пределах от нескольких килоом до нескольких десятков и даже сотен килоом.

Если выбранный диод не может обеспечить требуемой величины выпрямленного тока, то прибегают к параллельному подключению вентилей. При этом необходимо, чтобы диоды -обладали одинаковыми вольт-амперными характеристиками по прямому току. Так как практически это не всегда удается, то последовательно с диодом, имеющим большую крутизну вольт-амперной характеристики, включают уравнивающее сопротивление порядка десятых долей ома. Следует учесть, что включение шунтирующих и уравнивающих сопротивлений вызывает дополнительные потери энергии.

 
 
     
 
Copyright © 2012 Электродвигатели и трансформаторы
электрические приборы и машины
Rambler's Top100
Создание сайта Вебцентр