Материал: 1824

7.ЭЛЕКТРОНИКА

7.1.Полупроводниковые диоды

Вполупроводниковых диодах используются специфические явления, возникающие на границе двух полупроводников с разным типом проводимости: р и n (рис. 111).

ε

Рис. 111. Распределение носителей зарядов на границе двух полупроводников с разным типом проводимости при отсутствии приложенного напряжения

В полупроводнике n-типа основными носителями зарядов являются электроны, а в полупроводнике р-типа – дырки.

Вследствие разности концентраций свободных дырок и электронов по обе стороны от границы полупроводников при разомкнутой цепи источника энергии из полупроводника n-типа часть электронов диффундирует в полупроводник р-типа, а из полупроводника р-типа часть дырок диффундирует в полупроводник n-типа. В результате этого на границе полупроводников образуется слой из неподвижных отрицательных и положительных объемных зарядов, между которыми возникает электрическое поле напряженностью ε. При некотором значении напряженности электрического поля в p-n переходе диффузия через границу полностью прекращается, т.е. возникает запирающий слой.

Если к диоду приложить напряжение в прямом направлении (прямое напряжение), то под действием электрического поля напряженностью ε1, возникающего между электродами за счет действия внешнего источника напряжения, произойдет уменьшение напряженности электрического поля ε в области p-n перехода, что приведет к открыванию диода (рис. 112). При этом через диод будет протекать прямой ток, обусловленный основными носителями зарядов.

Если к диоду приложить напряжение в обратном направлении (обратное напряжение), то под действием электрического поля внешнего

допустимого значения, последовательно с диодом должно быть включено токоограничивающее сопротивление (или какая-то нагрузка). Падение напряжения на открытом диоде Uпр невелико и составляет обычно (0,5–1,5) В.

В зависимости от предельно допустимой частоты тока и напряжения различают низкочастотные, среднечастотные и высокочастотные диоды.

7.2. Выпрямители переменного тока

7.2.1. Основные понятия

Выпрямителем называют устройство с электрическими вентилями (диодами), предназначенное для преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока.

На базе выпрямителей построены схемы преобразователей напряжения для питания радиоэлектронной аппаратуры. Мощные выпрямители применяются в электроприводе для питания двигателей постоянного тока.

Классическая схема преобразователя переменного напряжения в постоянное (рис. 116) состоит из трансформатора Тр, вентилей В, сглаживающего фильтра СФ.

Рис. 116. Блок-схема преобразователя переменного напряжения в постоянное

Трансформатор (обычно понижающий) изменяет величину переменного напряжения до необходимой величины. Вентили (диоды) образуют выпрямительную схему, преобразующую переменное напряжение в пульсирующее (постоянной полярности, но переменной величины). Сглаживающий фильтр уменьшает пульсацию выпрямленного напряжения. Иногда трансформатор или сглаживающий фильтр в преобразователе напряжения может отсутствовать.

Пульсирующее напряжение на выходе выпрямителя имеет сложную форму. Его можно представить в виде суммы постоянной и переменной составляющих. Переменная составляющая содержит гармоники основной частоты и кратных ей частот (высшие гармоники).

Важными параметрами выпрямителя являются: постоянная составляющего выпрямленного напряжения U0, постоянная составляющего выпрямленного тока I0, коэффициент пульсаций, равный отношению

амплитуды переменной составляющей основной частоты выпрямленного напряжения к его постоянной составляющей

Варианты выпрямительных схем отличаются числом фаз переменного напряжения, схемой соединения вентилей, формой выпрямленного напряжения и другими особенностями.

7.2.2. Однополупериодный выпрямитель

Однополупериодный выпрямитель состоит из одного диода, включенного последовательно с нагрузкой (рис. 117).