Силові діоди

Діод є одним з найбільш поширених елементів напівпровідників, який працює на основі p-n-переходу та залежить від зовнішнього електричного поля, тобто прикладеної напруги між зоною з p-провідністю та зоною з n-провідністю. Анод – електрод, який під’єднаний до області з p-провідністю, а катод —  електрод, що з’єднаний з областю n-провідності.

Якщо позитивну напругу прикласти до анода, а негативну до катода, це є пряма напруга. У зворотному випадку – зворотна напруга. При збільшенні прямої напруги Uпр від нуля до значення, рівного величині потенціального бар’єру, струм діода поступово зростає, зумовлений неосновними носіями заряду. Якщо значення Uпр ≥ Uвід, тоді потенціальний бар’єр зникає, вільні носії заряду переходять з однієї зони в іншу, й струм починає стрімко зростати. Значення напруги Uвід залежить від матеріалу напівпровідника й знаходиться в межах (0,4÷1,2) В. У цьому стані діод називають відкритим, через нього проходить електричний струм, а його опір знаходиться в межах від 0,2 Ом до 1 Ом, залежно від типу елемента. На практиці опір діода в стані провідності приймають рівним нулеві. Напівпровідний діод може бути в різних станах в залежності від напруги, що прикладається до нього. Якщо до діода прикласти напругу зворотної полярності, то ширина запірної області збільшується, вільні носії заряду не мають змоги переходити з однієї зони в іншу і струм через діод не проходить. У такому стані його електричний опір значно збільшується (≥ 103 Ом) і такий стан називають закритим.У закритому стані через пристрій проходить зворотний струм Ізв, який зумовлений тепловим дрейфом неосновних носіїв заряду, але його величина є значно меншою від прямого струму Іпр і може бути знехтувана.

Якщо зворотна напруга, що прикладається до діода, перевищує певне значення Uзв.доп, то відбувається пробивання р-п переходу, що призводить до наростання зворотного струму та перегрівання діода. У такому випадку може відбутися руйнування р-п переходу.

Напівпровідникові діоди використовуються переважно для випрямлення змінного струму в постійний та в інших схемах автоматики та керування. Промисловість випускає діоди зі струмом до 2500 А, а також для роботи у високочастотних та імпульсних схемах.

Процес перемикання (вимкнення) діода зображено на рисунку. Під час вимкнення струм зменшується лінійно завдяки індуктивності витоку, змінює напрямок і потім швидко спадає до нуля. Високе значення di/dt під час вимкнення обумовлено зворотною напругою (Urrm), яка вище, ніж прикладена зовні зворотна напруга (UR). Два важливі параметри діода — заряд відновлення Qrr і відповідний час відновлення trr.

Різновиди діодів

  • Діоди класифікуються як:
  • Пристрої повільного відновлення (випрямні).
  • Пристрої швидкого відновлення.
  • Діоди Шоткі (Schottky).

Випрямні діоди використовуються для перетворення змінного струму в пульсуючий струм однієї полярності в некерованих випрямлячах при частотах до 1 кГц. Діоди з швидким відновленням (fast recovery – fast-FRED і ultrafast-FRED) та діоди Шоткі (Schottky) є швидкодіючими діодами. Діоди Шоткі можуть бути зроблені з кремнію або карбіду кремнію (SiC) і відрізняються від діодів з р-n-переходом. Замість р-n-переходу в діодах Шоткі використовується контакт металевої поверхні з напівпровідником, що призводить до появи збіднених шарів напівпровідника, які називаються запірними. Діоди Шоткі мають більш низьке пряме падіння напруги UFM, більш низьку зворотну напругу URRM, більш високий струм витоку (зворотний струм) IR та майже повністю відсутній заряд зворотної напруги QR.

Різниця між тиристорами та діодами

Діод є двошаровим елементом, що має P- та N-кінці. У порівнянні з цим, тиристор є чотирьохшаровим напівпровідниковим приладом, створеним з матеріалів типу p та n шляхом заміщення. Оскільки у діоді два шари, у діода є одне перетинання, тоді як через 4 шари тиристор має три перетинання. Діоди можуть працювати навіть при низькій напрузі, тоді як тиристори не можуть працювати при такій напрузі. Вартість діода порівняно менша, ніж у тиристорів, оскільки для їхньої  роботи потрібно більше енергії. Тиристори можуть більш ефективно керувати потужністю порівняно з діодами.

Асортимент силових діодів

У нашому інтернет-магазині представлений широкий асортимент силових діодів для різних промислових застосувань:

Діод B200: потужний силовий прилад з напругою від 200 до 1600 В, здатний витримувати середній прямий струм до 270А
Діод Д132: низькочастотні штирьові діоди з діапазоном робочих напруг від 100 до 1600 В і здатністю до перетворення струмів до 80А.

Діод Д143: надійні таблеткові діоди для перетворення струму до 1000А в діапазоні напруг від 400 до 3200 В, ідеально підходять для різноманітних промислових додатків.

Діод Д161: випрямні штирьові діоди загального призначення, розраховані на струми до 400А, що використовуються у схемах живлення та перетворювачах електроенергії.

Кожен тип діода відрізняється високою продуктивністю, надійністю та підходить для специфічних вимог різних електротехнічних систем.

Маркування

Приклад умовного позначення вітчизняного силового діода: тип Д-161-200-8, де: Д – випрямний діод; 161 – конструктивне виконання [6]; струм – І ПРСРМАХ>=200 А; напруга – UЗВМАХ = 8 ⋅ 100= 800 В. Приклад умовного позначення SCR тиристору: Т171-320-10-6, де Т – тиристор; 171 – конструктивне виконання; струм – 320 А; напруга – 10⋅100=1000 В; критична швидкість зростання напруги в закритому стані – 500 В/мкс (6-та група). URRM=1000 B, IT(AV)=320 A, ITSM=7 кA (за час 10 мс), IH=250 мА, UTM=1,6 В, diT/dt=80 А/мкс, duD/dt =500 В/мкс, UGM=3,5 В, IGM=200 мА, td=5 мкс, tq=250 мкс.

Як вибрати потрібний пристрій

Основні характеристики, за якими обирається діод: допустиме значення струму через діод (Іпр.доп), допустиме значення напруги, що прикладається до діода у зворотному напрямі (Uзв.доп) та значення зворотного струму (Ізв). Напівпровідникові стабілітрони —  це елементи, які використовують зворотну частину вольт-амперної характеристики для стабілізації напруги в пристроях стабілізації (рис. 3).

Якщо напруга на навантаженні дорівнює Uзв.доп, то напруга стабілітрона Uст практично не змінюється при зміні струму в широкому діапазоні. Цю властивість стабілітрона використовують для стабілізації напруги на навантаженні. У пристроях стабілізації стабілітрон підключається до зворотної напруги, тобто додатній потенціал кола подається на катод. Основними характеристиками стабілітрона є напруга стабілізації (Uст), мінімальний струм стабілізації (Іст.мін) та максимальний струм стабілізації (Іст.макс).

Важливим параметром для стабілітрона є також динамічний опір, який відображає зміну напруги стабілітрона при зміні струму. Сучасні стабілітрони виготовляються з напругою стабілізації в межах від 1 до 1000 В та максимальним струмом стабілізації 20 А. Для генераторів високої частоти та імпульсних перемикачів використовуються діоди з від’ємним динамічним опором на штриховій ділянці вольт-амперної характеристики які називаються тунельними діодами. Основними параметрами таких діодів є пікове значення струму Іпік та відношення пікового значення до мінімального (струму впадини) Іпік/Івпад. Фотодіоди та світлодіоди є напівпровідниковими елементами, що базуються на оптичних та електричних властивостях матеріалів. Фотодіоди (див. рис. 5а) генерують фото-ЕРС при опроміненні, яка залежить від напівпровідникового матеріалу і зазвичай становить між 0,5 та 0,87 В.

З іншого боку, світлодіоди генерують світло при прикладанні прямої напруги, використовуючи кванти світла відповідних напівпровідникових матеріалів, які знаходяться в видимому діапазоні (див. рис. 5б). Застосування цих елементів різноманітне – від автоматичних систем до сонячних батарей космічних кораблів. Крім того, на сьогоднішній день, окрім фотодіодів та світлодіодів, існують інші напівпровідникові елементи, такі як магнетодіоди, тензодіоди та варикапи, управління вольт-амперною характеристикою яких здійснюється з допомогою магнітного поля, тиску, деформації або ємності р-п переходу, відповідно.

Чому варто співпрацювати з Актив Електро Пром?

У нас вигідна ціна на силові напівпровідники та низьковольтну апаратуру. Наприклад, в наявності Автоматичний вимикач А3144, що ідеально підходить для комутації та захисту промислових електромереж зі струмами до 600 А. У нашому інтернет-магазині ви можете знайти діоди та тиристори з детальним описом кожної позиції в каталозі. Якщо у вас виникають будь-які труднощі з вибором, наші фахівці нададуть вам вичерпну консультацію. Ми працюємо по всій Україні та здійснюємо доставку Новою Поштою, САТ, Делівері та Укрпоштою. Звертайтеся до нас!