Berezka7km.ru

Березка 7км
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

На какой ток и напряжение должен быть рассчитан диодный мост или диоды для выпрямителя

На какой ток и напряжение должен быть рассчитан диодный мост или диоды для выпрямителя.

Начну с того, что напомню, что диоды являются полупроводниками. Они имеют прямое и обратное включение. При прямом своем включении на них подается постоянное напряжение такой же полярности, то есть к плюсу диода (аноду) подключается плюс питания, ну, а на минус диода (катоду) подключается минус питания. В этом случае полупроводник будет пропускать через себя ток, он будет открыт. При этом на нем образуется некоторое падение напряжения около 0,3-1,2 вольта.

Прямое и обратное включение диода в электрическую цепь

С увеличением подаваемого напряжения расти будет только сила тока, проходящего через диод. Напряжение при прямом включении будет оставаться практически неизменным (его изменение можно считать крайне незначительным). При обратном включении диода на его плюс (анод) подается уже минус питания, а на минус диода (катод) подается плюс питания. При таком варианте подключения диод находится в закрытом состоянии, он не пропускает через себя ток. На нем будет оседать все то напряжение, что подается от источника питания.

На какой максимальный прямой ток и обратное напряжение должен быть рассчитан диодный мостНу, а теперь ближе к нашей теме, на какой именно ток и напряжение должен быть рассчитан диодный мост или диоды для него. Каждый тип диодов, мостов имеет свои максимальные значения тока при прямом включении и максимальные обратные напряжения. То есть, это те значения, не превышая которые полупроводник будет гарантированно работать в своем нормальном режиме. Вероятность его пробоя и последующего выхода из строя минимальна. Если же действующие значения прямого тока и обратного напряжения будут больше максимально допустимых, то скорей всего диод еще будет продолжать работать, но вероятность его поломки очень сильно возрастает. Достаточно будет незначительного всплеска или перепада тока или напряжения, чтобы вывести полупроводник из строя. Хотя тут нужно учитывать, что более качественные компоненты могут выдержать такую перегрузку, чего не скажешь о дешевых копиях и подделках.

Какой запас по току и по напряжению делать для диодов и мостовПо нормальному при покупке диодов и диодных мостов, выпрямителей нужно чтобы был минимум 25% запас, как по прямому току, так и по обратному напряжению. А поскольку пользы от запаса будет больше, чем затраты по деньгам, то лучше этот самый запас основных характеристик полупроводников делать 50% или даже 100%. В этом случае вы точно будете знать, что ваш диод, диодный мост вполне справиться не только с действующим током и напряжением, а и без особых перегрузок выдерживает случайные всплески, скачки электроэнергии. Иными словами говоря. Ваш блок питания рассчитан на максимальный ток до 3 А. Значит в этот БП нужно поставить диоды на мост с максимальным током 4-6 А. Также и с обратным напряжением. И старайтесь приобретать именно качественные элементы, от хороших фирм производителей, поскольку они более надежны в своей работе.

Читайте так же:
Тепловые батареи источник тока

максимальная температура для диодов и выпрямительных мостовТакже стоит брать во внимание тот факт, что существует два вида пробоя диодов и диодных мостов, это тепловой и электрический. Тепловой пробой случается по причине чрезмерного перегрева полупроводника. Большинство полупроводников сделаны из кремния, у которого критическая температура лежит в пределах 150-180 °C. То есть, при этих значениях кремний просто начинает безвозвратно разрушаться. Максимально допустимым значением, при котором кремниевые полупроводники могут нормально работать это температуры до 60-80 °C. Причем это еще связано и с тем, что при увеличении температуры на полупроводнике его рабочие характеристики ухудшаются, что также стоит учитывать. Нагрев полупроводников вызывает именно протекание больших токов. Величина напряжения косвенно может влиять на количество тепловыделения. Для снижения температуры, когда диодам и выпрямительным мостам приходится работать с большими токами, используют дополнительные охлаждающие радиаторы. В особых случаях даже ставятся вентиляторы, для охлаждения имеющегося радиатора.

Электрический пробой диода, моста из-за высокого напряженияЭлектрический пробой происходит из-за чрезмерного обратного напряжения, что возникает при обратном включении полупроводника. То есть, если тепловой пробой возникает из-за большого тока, то электрический пробой возникает из-за большого напряжения. В некоторых случаях полупроводник восстанавливает свою работоспособность после снятия с него питания и повторного включения схемы. Но при значительных повреждениях полупроводник может уже не работать. Он либо становиться полным диэлектриком либо полным проводником. В этом случае вернуть работоспособность схемы поможет только полная замена пробитых полупроводников.

Также величину максимального тока и обратного напряжения имеющегося диода или диодного моста можно увеличить путем добавления дополнительных полупроводников. То есть, если мы параллельно диоду или мосту припаять еще один такой же диод или мост, то их максимальные токи суммируются. Мы получим увеличенное значение максимального прямого тока, что способны выдержать эти полупроводники, работая вместе. Чтобы увеличить обратное напряжение, то диоды нужно в мосте уже спаивать последовательно, с тем же направлением, что и у имеющегося полупроводника. После такого соединения обратные напряжения также суммируются. При таких параллельных и последовательных соединениях полупроводников нужно чтобы компоненты были одинакового типа.

Какая мощность рассеивается на полупроводнике в виде тепла?

Простая, казалось бы, задача, связанная с расчётом мощности, выделяемой полупроводником в виде тепла, для некоторых на поверку может оказаться и не так уж и очевидной, как это виделось с первого взгляда.
Конечно, мозг опытного и высокоразвитого радиолюбителя возмутится подобной постановке вопроса, ибо совершит подобное незамысловатое действие до того, как его владелец доберётся до середины статьи. Однако, базируясь на немалом количестве писем в мой адрес по данной тематике, а также, для того, чтобы тупо избежать ряда неясностей и ошибок при оценке выделяемого тепла — всё ж таки подниму данную тему и продолжу:

Читайте так же:
Количество теплоты выделяемое проводником с током формула измерение

1. Тепловая мощность, выделяемая (рассеиваемая) на диоде.

Тут всё просто как ситцевые трусы! В соответствии с основными законами электротехники тепловая мощность, выделяемая полупроводником, равна Pt = Uд × Iд , где Uд — напряжение на выводах диода, возникающее при прохождении через него прямого рабочего тока, а Iд — это сам рабочий ток диода.
Принято считать, что величина падения напряжения на диоде составляет 0,6…0,8 В для кремниевых диодов и 0,3…0,4 В — для германиевых и диодов Шоттки. Однако, если внимательно посмотреть справочные характеристики выпрямительных диодов (а, как правило, именно они работают при существенных токах), то окажется, что при токах, близких к максимальным, падение напряжения на кремниевых диодах составляет 1…1,1 В, а на диодах Шоттки — 0,5. 0,6 В. Значения падений напряжений на светодиодах имеют довольно большой разброс (в зависимости от цвета) и составляют величины 1,5. 3 В. Именно эти значения и следует подставлять в формулу для расчёта выделяемой диодами тепловой мощности.

2. Тепловая мощность, выделяемая на выпрямительных мостах.

Тут всё рассчитывается точно так же, как и в предыдущем случае с диодами — Pt = Uпр × Iнагр , только в качестве Uпр подставляем значение падения прямого напряжения на мосте, а в качестве Iнагр — максимальный ток, протекающий через нагрузку.
Поскольку в диодных мостах используются силовые диоды с малым падением прямого напряжения, то параметр Uпр обычно составляет величину 1. 1,1 В (справочная характеристика).

3. Тепловая мощность, выделяемая на линейных стабилизаторах.

Данный тип стабилизаторов может быть выполнен как на дискретных элементах (когда основную часть тепла выделяет регулирующий транзистор), так и в виде интегральной микросхемы — в этом случае тепло рассеивается на всём корпусе элемента. Тепловая мощность, выделяемая транзистором или ИМС, равна Pt ≈ (Uвх — Uвых) × Iнагр

4. Тепловая мощность, выделяемая на импульсных (ключевых) стабилизаторах.

В импульсных стабилизаторах напряжения регулирующий элемент работает в ключевом режиме, то есть периодически открывается и закрывается, а поэтому по сравнению с линейным стабилизатором имеет значительно меньшие потери энергии на нагрев, а потому и более высокий показатель КПД. В данном случае тепловая мощность, выделяемая полупроводником, равна Pt ≈ Uоткр × Iнагр , где Uоткр — падение напряжения на полностью открытом управляющем ключевом элементе (Uкэ нас — для биполярного транзистора или Iнагр × Rоткр — для полевого).
Современные силовые полевые транзисторы за счёт очень низких величин сопротивлений сток-исток открытого канала (Rоткр) являются предпочтительными для использования в ключевых схемах. Значение Uоткр для них, как правило, не превышает величины 1В даже при очень высоких токах нагрузки.

Читайте так же:
Использование теплового действия электрического тока в устройстве теплиц инкубаторов

5. Тепловая мощность, выделяемая выходными каскадами транзисторных усилителей.

Этот пункт имеет массу нюансов и вызывает максимальное количество вопросов. Связано это, прежде всего, с многообразием классов режимов работы транзисторов в выходных каскадах усилителей. Все эти режимы мы подробно рассмотрели на странице (ссылка на страницу).
Самым простым методом, позволяющим определить примерную величину тепловой мощности, выделяемой выходным каскадом, является примитивное перемножение величины максимальной выходной мощности, отдаваемой в нагрузку, и значения КПД выходного каскада.
Для этого нам, естественным образом, надо понимать в каком классе у нас работает выходной каскад. Итак, вспоминаем.
1. Класс А однотактный: КПД — около 30%,
2. Класс А двухтактный: КПД 40. 45%,
3. Класс АВ двухтактный: КПД 60. 75% (зависит от тока покоя транзисторов и выходной мощности),
4. Класс В двухтактный: КПД — около 80%,
5. Класс С двухтактный: КПД 80. 90%,
3. Класс D: КПД 90. 95%.

Ну вот, а теперь можно подставить значения в формулу для расчёта выделяемой тепловой мощности:
Pt ≈ Pвых × (100 — КПД) / КПД и далее со спокойной совестью переходить на следующую страницу для расчёта площади радиатора.

Обратный ток.

Диодом называют полупроводниковый прибор с одним p-n переходом, который имеет два выхода (катод и анод), он предназначен для стабилизации, выпрямления, модуляции, детектирования, преобразования и ограничения электрических сигналов обратного тока.

В своем функциональном назначении диоды разделяют на импульсные, выпрямительные, универсальные, стабилитроны, СВЧ-диоды, туннельные, варикапы, переключающие диоды и т.п.

Обратный ток

В теории нам известно, что диод пропускает ток лишь в одну торону. Однако, не многим известно и понятно каким именно образом он это делает. Схематически диод можно себе представить в виде кристалла состоящего из 2-х областей (полупроводников). Одна из этих областей кристалла обладает проводимостью n-типа, а другая — проводимостью p-типа.

Обратный ток

На рисунке находятся дырки, преобладающие в области n-типа, которые изображено синими кругами, а электроны, преобладающие в области p-типа — красными. Две эти области являются электродами диода катодом и анодом:

Читайте так же:
Тепловой удар провода это

Катод – это отрицательный электрод диода, основными носителями заряда которого являются электроны.

Анод – это положительный электрод диода, основными носителями заряда которого являются дырки.

На внешних поверхностях областей нанесены контактные металлические слои, к которым припаяны проволочные выводы электродов диода. Прибор такого рода может находиться исключительно в одном из двух состояний:

1. Закрытое – это когда он плохо проводит ток;

2. Открытое – это когда он хорошо проводит ток.

Обратное включение диода. Обратный ток.

Диод окажется в закрытом состоянии, если применить полярность источника постоянного напряжения.

Обратное включение диода. Обратный ток.

В таком случае электроны из области n-типа начнут перемещение к положительному полюсу источника питания, отдаляясь от p-n перехода, и дырки, в области p-типа, тоже будут отдаляться от p-n перехода, перемещаясь к отрицательному полюсу источника питания. В конце концов граница областей расширится, отчего образуется зона объедененная электронами и дырками, которая будет оказывать огромное сопротивление току.

Однако, в каждой из областей диода присутствуют неосновные носители заряда, и небольшой обмен электронами и дырками между областями все же будет происходить. Поэтому через диод будет протекать во много раз меньший ток, чем прямой, и этот ток называют обратным током диода. На практике, как правило, обратным током p-n перехода пренебрегают, и отсюда получается, что p-n переход обладает лишь односторонней проводимостью.

Методические указания к практическим занятиям по дисциплине “Общая электротехника и электроника” , страница 7

, В.

22. Ток, текущий видеальном р-n переходе при большом обратном напряжении и 300К, равен 2*10 -7 А. Определить ток при прямом напряжении 0,1В.

так как при большом обратном напряжении протекает обратный ток насыщения.

При прямом напряжении 0,1В ток

.

23. Диод имеет обратный ток насыщения I = 10мкА. Напряжение, приложенное к диоду, равно 0,5 В. Найти отношение прямого тока к обратному при 300К.

Зависимость тока от напряжения

,где

I – обратный ток насыщения,

jТ – температурный потенциал, для 300К он равен 0,025В.

24. Германиевый полупроводниковый диод, имеющий обратный ток насыщения I = 25мкА, работает при прямом смещении 0,1В и 300К. Определить сопротивление диода постоянному и переменному току (дифференциальное).

Прямой ток диода

где jТ – температурный потенциал, для 300К он равен 0,025В.

Сопротивление диода постоянному току

Дифференциальное сопротивление получим дифференцированием исходного выражения.

или

С учётом того, что I >> I можно считать, что

тогда

в нашем случае это будет

Ом, то есть упрощенной формулой можно пользоваться для оценки дифференциального сопротивления прямосмещённого p-n перехода. На практике она чаще используется в следующем виде (для 300 К):

Читайте так же:
Сверхпроводники тепловое действие тока 1

где I берётся в мА, а результат получается в Омах.

Тогда Ом

Из анализа решений можно сделать также очень важный вывод:

сопротивление прямосмещённого p-n перехода переменному току значительно меньше, чем постоянному. Это явление очень часто используется на практике.

25. Для идеального p-n перехода определить

1). при каком напряжении обратный ток будет достигать 90% значения обратного тока насыщения при 300 К?

2). отношение тока при прямом напряжении 0,05 В к току при том же значении обратного напряжения.

1). При 300 К температурный потенциал В.

Из условия задачи обратный ток составит 0,9I.

или

В (60 мВ) (

2). отношение прямого тока к обратному при напряжениях 0,05 и -0,05 В:

, то есть примерно в 7 раз прямой ток больше обратного.

26. Видеальном p-n переходе обратный ток насыщения I = 10 -14 А при 300 К и I = 10 -9 А при 398 К (125 0 С). Определить напряжения на p-n переходе в обоих случаях, если прямой ток равен 1 мА.

Из уравнения вольт-амперной характеристики перехода

, или

, логарифмируя последнее выражение, получим

Для 300 К jТ = kT = 0,86*10 -4 *300 = 0,0258 В, а напряжение

Для 398 К jТ = kT = 0,86*10 -4 *398 = 0,0342 В и

Такая температурная зависимость характерна для Si диодов.

27. Определить во сколько раз увеличивается обратный ток насыщения сплавного p-n перехода, если

1). для Ge диода температура увеличивается от 20 0 С до 80 0 С

2). для Si диода температура увеличивается от 20 0 С до 150 0 С.

Зависимость обратного тока от температуры имеет вид:

где k1 – постоянная;

Езо = еUзо – ширина запрещённой зоны при 0 К;

— температурный потенциал;

Для Ge: h = 1; m = 2; Uзо = 0,785 В

Si: h = 2; m = 1,5; Uзо = 1,21 В.

Следовательно, для Ge обратный ток насыщения

При 80 0 С, или 353 К, имеем:

В

При 20 0 С, или 293 К, имеем:

В

отношение токов для Ge

то есть при повышении температуры с 20 0 С до 80 0 С ток в Ge диоде увеличивается почти в 300 раз.

При 150 0 С, или 433 К, имеем:

В

При 20 0 С или 293 К jТ = 0,0253 В и ток

то есть для Si диода при повышении температуры с 20 0 С до 80 0 С обратный ток насыщения увеличится почти в 3000 раз.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector