Схема подключения и принцип действия проходного двухклавишного выключателя и контактора

Разновидности исполнения

В зависимости от особенностей помещения и условий эксплуатации, различают следующие конструктивные модификации выключателей:

наружные;
внутренние;
модульные;
влагозащищенные.

наружные;
внутренние;
модульные;
влагозащищенные.

Сообщества › Сделай Сам › Блог › Подключение двойного проходного выключателя.

Сделал запись в личном блоге, думаю и здесь не помешает.
Возникла у меня проблема с таким вот, вроде бы, не сложным делом.
Казалось бы, что может быть проще? Тем более, если гугл тебя не забанил. Есть много хороших статей по этому поводу. Одной из них я и воспользовался, когда прокладывал провода. Вот этой: Подключение проходного выключателя Ну или ее клоном, не важно. Главное то, что я использовал вот эту схему:

У меня это выглядит в виде 3-х двужильных проводов подходящих к каждому выключателю, которые я назвал (подписал) “перемычка 1”, “перемычка 2” и “свет коридор 1 (и 2 во втором выключателе)”.

Ремонт у меня делается долго, так что спустя пару лет я купил два выключателя El-bi, фиг его знает, что это, но внутри стоит клеймо ABB ))))
На выключателях вменяемой маркировки клемм не было. Поэтому просто подключил все, как на схеме выше.
Результат — выбило автомат и залип один из выключателей. Т.е. совсем не то, чего хотелось бы…
Ну хоть убедился в том, что автоматы работают.
В общем, на тот момент я забросил это дело, до покупки нового выключателя. Купил. И, о чудо! На выключателе (новом) есть вот такая наклеечка на уголочке корпуса:

Ну надо же! Схемку приложили! Но что я вижу? Вижу, что схема подключения этих выключателей явно не соответствует с той, по которой я все подключал.
Начинаю гуглить дальше. Нахожу такую статью: Cхема подключения двухклавишного проходного выключателя

Да, выключатели почти такие же, как и у меня. Маркирую свои для наглядности:

Ну и вроде бы как надо подключать по этой схеме:

Но беда в том, что по этой схеме мне надо подвести к одному выключателю фазу на 1 и 2 контакты (средние), а со второго забрать ее соответственно с 1 и 2 контакта и пустить на лампочки.
А я имею около каждого выключателя фазу и “забор” на одну из лампочек. Переделывать проводку мне проблематично.
В общем, после долгих мозгований, родилась у меня вот такая схема подключения:

Т.е. суть в том, что в одном выключателе я подаю фазу на контакт 1 (речь о средних контактах), а забираю ее с того же 1-го контакта на во втором выключателе. А на вторую лампочку фазу подаю на контакт 2 второго выключателя и забираю ее со 2-го же контакта в первом выключателе.
Надеюсь, что тому, кто столкнется с похожей проблемой будет понятно.

P.S. Запись сделал больше для себя, что бы не забыть.ю что да как. Но буду рад, если она кому-нибудь поможет решить проблему.

Да, по второй схеме, приведенной мною, именно 5-ю и можно обойтись на первом, только с перемычкой…

Выбор выпрямительных диодов

При приобретении устройства необходимо руководствоваться такими параметрами:

значениями вольт-амперной характеристики максимально обратного и пикового тока;
максимально допустимым обратным и прямым напряжением;
средней силой выпрямленного тока;
материалом прибора и типом монтажа.

В зависимости от физических характеристик на корпус устройства наносится соответствующее обозначение. Каталог с маркировкой выпрямительных диодов представлен в специализированном справочнике. Необходимо знать, что маркировка импортных аналогов отличается от отечественных.

Также стоит обратить внимание на то, что выпрямительные схемы отличаются по количеству фаз:

Однофазные. Широко применяются для бытовых электроприборов. Существуют диоды автомобильные и для электродуговой сварки.
Многофазные. Незаменимы для промышленного оборудования, общественного и специального транспорта.

Также стоит обратить внимание на то, что выпрямительные схемы отличаются по количеству фаз:

Технология изготовления и конструкция

Конструкция выпрямительных диодов представляет собой одну пластину кристалла полупроводника, в объеме которой созданы две области разной проводимости, поэтому такие диоды называют плоскостными. Технология изготовления таких диодов заключается в следующем. На поверхность кристалла полупроводника с электропроводностью n-типа расплавляют алюминий, индий или бор, а на поверхность кристалла с электропроводностью p-типа расплавляют фосфор.

Под действием высокой температуры эти вещества крепко сплавляются с кристаллом полупроводника. При этом атомы этих веществ проникают (диффундируют) в толщу кристалла, образуя в нем область с преобладанием электронной или дырочной электропроводностью. Таким образом получается полупроводниковый прибор с двумя областями различного типа электропроводности — а между ними p-n переход. Большинство распространенных плоскостных кремниевых и германиевых диодов изготавливают именно таким способом.

Для защиты от внешних воздействий и обеспечения надежного теплоотвода кристалл с p-n переходом монтируют в корпусе.
Диоды малой мощности изготавливают в пластмассовом корпусе с гибкими внешними выводами, диоды средней мощности – в металлостеклянном корпусе с жесткими внешними выводами, а диоды большой мощности – в металлостеклянном или металлокерамическом корпусе, т.е. со стеклянным или керамическим изолятором.

Технология изготовления и конструкция выпрямительных диодов.

Технология изготовления таких диодов заключается в следующем:
на поверхность кристалла полупроводника с электропроводностью n-типа расплавляют алюминий, индий или бор, а на поверхность кристалла с электропроводностью p-типа расплавляют фосфор.

Под действием высокой температуры эти вещества крепко сплавляются с кристаллом полупроводника. При этом атомы этих веществ проникают (диффундируют) в толщу кристалла, образуя в нем область с преобладанием электронной или дырочной электропроводностью. Таким образом получается полупроводниковый прибор с двумя областями различного типа электропроводности — а между ними p-n переход. Большинство распространенных плоскостных кремниевых и германиевых диодов изготавливают именно таким способом.

Для защиты от внешних воздействий и обеспечения надежного теплоотвода кристалл с p-n переходом монтируют в корпусе.
Диоды малой мощности изготавливают в пластмассовом корпусе с гибкими внешними выводами, диоды средней мощности – в металлостеклянном корпусе с жесткими внешними выводами, а диоды большой мощности – в металлостеклянном или металлокерамическом корпусе, т.е. со стеклянным или керамическим изолятором. Пример выпрямительных диодов германиевого (малой мощности) и кремниевого (средней мощности) показан на рисунке ниже.

Кристаллы кремния или германия (3) с p-n переходом (4) припаиваются к кристаллодержателю (2), являющемуся одновременно основанием корпуса. К кристаллодержателю приваривается корпус (7) со стеклянным изолятором (6), через который проходит вывод одного из электродов (5).

Маломощные диоды, обладающие относительно малыми габаритами и весом, имеют гибкие выводы (1) с помощью которых они монтируются в схемах.
У диодов средней мощности и мощных, рассчитанных на значительные токи, выводы (1) значительно мощнее. Нижняя часть таких диодов представляет собой массивное теплоотводящее основание с винтом и плоской внешней поверхностью, предназначенное для обеспечения надежного теплового контакта с внешним теплоотводом (радиатором).

Но таким напряжением можно питать лишь маломощную нагрузку, питающуюся от сети переменного тока и не предъявляющую к питанию особых требований, например, лампу накаливания.
Напряжение через лампу будет проходить только во время положительных полуволн (импульсов), поэтому лампа будет слабо мерцать с частотой 50 Гц. Однако, за счет тепловой инертности нить не будет успевать остывать в промежутках между импульсами, и поэтому мерцание будет слабо заметным.

Диоды справочник

Все эти компоненты различаются по назначению, применяемым материалам, типам р-n переходов, конструктивному исполнению, мощности и прочим признакам и характеристикам. Широкое распространение получили выпрямительные, импульсные диоды, варикапы, диоды Шотки, тринисторы, светодиоды, и тиристоры. Рассмотрим их основные технические характеристики и общие свойства, хотя у каждого типа из этих полупроводниковых компонентов много и своих сугубо индивидуальных параметров.

Это электронные приборы с одним p-n переходом обладающие односторонней проводимостью и предназначенные для преобразования переменного напряжения в постоянное. Частота выпрямляемого напряжения как правила не более 20 кГц. К выпрямительным диодам относятся также и диоды Шотки.

Основные параметры выпрямительных диодов малой мощности при нормальной температуре приведены в таблице 1 выпрямительных диодов средней мощности в таблице 2 и выпрямительных диодов большой мощности в таблице 3

Разновидностью выпрямительных диодов являются лавинные диоды. Эти приборы на обратной ветви ВАХ имеют лавинную характеристику подобную стабилитронам. Наличие лавинной характеристики позволяет применять их в качестве элементов защиты цепей от импульсных перенапряжений, в том числе непосредственно в схеме выпрямителей.

В последнем случае выпрямители на этих диодах надежно работают в условиях коммутационных перенапряжений, возникающих в индуктивных цепях в момент включения, выключения сети питания или нагрузки. Основные параметры лавинных диодов при нормальной температуре окружающей среды приведены в таблице 4

Выпрямительные столбы справочник

Для выпрямления напряжения свыше нескольких киловольт разработаны выпрямительные столбы, которые представляют собой совокупность выпрямительных диодов, соединенных последовательно и собранных в единую конструкцию с двумя выводами. Эти приборы характеризуются теми же параметрами, что и выпрямительные диоды. Основные параметры выпрямительных столбов при нормальной температуре окружающей среды приведены в таблице 5

Для уменьшения габаритных размеров выпрямителей и удобства их монтажа выпускаются выпрямительные блоки (сборки), имеющие два, четыре или более диода, электрически не зависимые или соединенные в виде моста и собранных в одном корпусе. Основные параметры выпрямительных блоков и сборок при нормальной температуре окружающей среды приведены в таблице 6

Диоды импульсные отличаются от выпрямительных малым временем обратного восстановления, или большой величиной импульсного тока. Диоды этой группы могут быть использованы в выпрямителях на высокой частоте, например, в качестве детектора или модуляторах, преобразователях, формирователях импульсов, ограничителях и других импульсных устройствах смотри справочные таблицы 7 и 8

Диодные матрицы и сборки предназначены для использования в многоступенчатых диодно-резистивных логических устройствах, выполняющих операции И, ИЛИ, диодных функциональных дешифраторах, различных коммутаторах тока и других импульсных устройствах. Их основные параметры вы можете просмотреть в справочник таблице 9

Тунельные диоды выполняют функции активных элементов (приборов, способных усили-шать сигнал по мощности) электронных схем усилителей, генераторов, переключателей преимущественно СВЧ диапазонов. Туннельные диоды обладают большим быстродействием, малыми габаритными размерами и массой, устойчивы к радиации, надежно работают в широком интервале температур, энергоэкономичны

Основные параметры туннельных и обращенных диодов при нормальной температуре окружающей среды приведены в таблице 10

Стабилитроны – их принцип действие основан на электрическом (лавинном или туннельном) пробое p-n-перехода, при котором происходит резкое увеличение обратного тока, а обратное напряжение изменяется очень мало. Это свойство использовано для стабилизации напряжения в электрических цепях.В связи с тем что лавинный пробой характерен для диодов, изготовленных на основе полупроводника с большой шириной запрещенной зоны, исходным материалом для стабилитронов служит кремний. Кроме этого, кремний обладает малым тепловым током и устойчивыми характеристиками в широком диапазоне температур. Для работы в стабилитронах используют пологий участок ВАХ обратного тока дисда, в пределах которого резкие изменения обратного тока сопровождаются весьма малыми изменениями обратного напряжения.

Параметры стабилитронов и стабисторов малой мощности приведены в таблице 11, стабилитронов и стабисторов большой мощности – в таблице 12, стабилитронов прецизионных – в таблице 13

Параметры ограничителей напряжения приведены в таблице 14

Варикапы — это полупроводниковые диоды с электрически управляемой барьерной емкостью перехода. Изменение емкости достигается изменением обратного напряжения. Как и в других диодах, сопротивление базы варикапа должно быть малым. Одновременно для увеличения значения пробивного напряжения желательно большое удельное сопротивление слоев базы, прилегающих к переходу. Исходя из этого основная часть базы — подложка — выполняется низкоомной, а слой базы, прилегающий к переходу, — высокоомным. Варикапы характеризуются следующими основными параметрами. Общая емкость варикапа СБ — это емкость, включающая барьерную емкость и емкость корпуса, т. е. емкость, измеренная между выводами варикапа при заданном (номинальном) обратном напряжении.

Светодиод — это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение. Он состоит из одного или нескольких кристаллов, размещенных в корпусе с контактными выводами и оптической системы (линзы), формирующей световой поток. Длина волны излучения кристалла (цвет) зависит от

Диоды излучающие ИК диапазона это такие же светодиоды только излучающие свет в ИК диапазоне

Лазерные диоды Это простейший лазер полупроводникового типа, основа конструкции которого типовой p-n переход. Принцип работы лазерного прибора базируется на том, что после того, как в элемент инжектируются свободные носители заряда в зоне p-n — перехода образуется инверсия населенностей.

Отличительной особенностью Диода Шоттки можно считать очень низкое падение напряжения при прямом включении. В этих полупроводниковых устройствах в роли потенциального барьера используется переход металл-полупроводник, а не p-n переход. Из данных справочника можно сказать, что параметр допутимого обратного напряжения диодов Шоттки от 1200 вольт или выше, например этому соответствуют справочные характеристики CSD05120 и его аналоги, на практике они используются в низковольтных цепях при обратном напряжении до нескольких десятков вольт.

Полупроводниковый ограничитель напряжения – это диод, который работает на обратной ветви ВАХ с лавинным пробоем. Применяется в защитных целях от перенапряжения цепей интегральных и гибридных схем, радиоэлектронных элементов и т.п. С помощью ограничителей напряжения можно защитить входные и выходные схемы различных узлов электронной техники от воздействия кратковременных перенапряжений.

Радиолюбительская справочная подборка на тиристоры, симисторы и динисторы наиболее часто используемые в любительских схемах электроники

Информация в справочнике представлена в формате оригинальных пдф-файлов, и для удобства скачивания разбита в подборки в соответствии с английским алфавитом

В справочнике даются общие сведения об отечественных полупроводниковых диодах, а именно о, выпрямительных, диодных матрицах, стабилитронах и стабисторов, варикапов, излучающих и свервысоких полупроводниковых приборах. А также повествуется о их классификации и системе условных обозначений. Условно – графичиские обозначения приводятся в соответствии с ГОСТ 2.730-73, а термины и буквеные обозначения параметров в соответствии с ГОСТ 25529-82. Дается немного информации о применение ограничителей напряжения и правила при монтаже диодов. В приложение имеются габаритные чертежи корпусов и алфавитно цифровой указатель для навигации

В этот справочник-сборник собраны широко распространенные и наиболее часто применяемые в радиолюбительской практике оптопары и оптроны. В данном информационном пособии можно очень быстро найти нужную информацию на тот или иной радиокомпонент, что может быть очень полезно при написании дипломной работы, да и не только.

Эта база данных не что иное как электронный справочник по полупроводниковым приборам включающий в себя мосты и сборки, да имногие радиокомпоненты тоже.

В справочнике более 65000 радиоэлементов. Присутствует информация от всех ведущих производителей по состоянию на декабрь 2016 года. В справочнике реализованы следующие функции:

В справочной таблицах применены следующие условные обозначения:

U_{обр.макс.}	–	максимально-допустимое постоянное обратное напряжение диода;
U_{обр.и.макс.}	–	максимально-допустимое импульсное обратное напряжение диода;
I_{пр.макс.}	–	максимальный средний прямой ток за период;
I_{пр.и.макс.}	–	максимальный импульсный прямой ток за период;
I_прг.	–	ток перегрузки выпрямительного диода;
f_макс.	–	максимально-допустимая частота переключения диода;
f_раб.	–	рабочая частота переключения диода;
U_пр при I_пр	–	постоянное прямое напряжения диода при токе I_пр;
I_обр.	–	постоянный обратный ток диода;
Т_к.макс.	–	максимально-допустимая температура корпуса диода.
Т_п.макс.	–	максимально-допустимая температура перехода диода.

Полупроводниковыми диодами называют однопереходные (с одним электрическим переходом) электропреобразовательные приборы с двумя внешними токоотводами. В качестве электрического .перехода может служить электронно-дырочный переход, контакт металл — полупроводник или гетеропереход. На рисунке схематически показано устройство диода с электронно-дырочным переходом 1, разделяющим р-м п-области (2 и 3) с различным типом электропроводимости.

Кристалл 3 снабжают внешними токоотводами 4 и помещают в металлический, стеклянный, керамический или пластмассовый корпус 5, защищающий полупроводник от внешних воздействий (атмосферных, механических и т. д.). Обычно полупроводниковые диоды имеют несимметричные электронно-дырочные переходы. Одна область полупроводника (с более высокой концентрацией примесей) служит эмиттером, а другая (с более низкой концентрацией)—базой. При прямом подключении внешнего напряжения к диоду инжекция неосновных носителей заряда в основном происходит из сильнолегированной области эмиттера в слаболегированную область базы.

Количество неосновных носите лей, проходящих в противоположном направлении, значительно меньше инжекции из эмиттера. В зависимости от соотношения линейных размеров перехода и характеристической длины различают плоскостные и точечные диоды. Плоскостным считают диод, у которого линейные размеры, определяющие площадь перехода, значительно больше характеристической длины.

Характеристической длиной в справочнике для диодов является наименьшая из двух величин — толщина базы и диффузионная длина неосновных носителей в базе. Они определяют свойства и характеристики диодов. К точечным относят диоды с линейными размерами перехода, меньшими характеристической длины. Переход на границе раздела областей с различным типом проводимости обладает свойствами выпрямления (односторонней проводимости) тока; нелинейностью вольт-амперной характеристики; явлением туннелирования носителей заряда сквозь потенциальный барьер как при обратном, так и прямом смещении; явлением ударной ионизации атомов полупроводника при относительно больших для перехода напряжениях; барьерной емкостью и др. Эти свойства перехода используют для создания различных видов полупроводниковых диодов.

По диапазону частот, в котором диоды могут работать, их подразделяют на низкочастотные (НЧ) и высокочастотные (ВЧ). По назначению НЧ диоды подразделяют на выпрямительные, стабилизирующие, импульсные, а ВЧ диоды — на детекторные, смесительные, модулярные, параметрические, переключательные и т. д. Иногда в особую группу выделяют диоды, отличающиеся основными физическими процессами: туннельные, лавинно-пролетные, фото-, светодиоды и др.

По материалу основного кристалла полупроводника различают германиевые, кремниевые, арсенид-галлиевые и другие диоды. Для обозначения полупроводниковых диодов в справочнике используют шести и семизначный буквенно-цифровой код (например, КД215А, 2ДС523Г).

Первый элемент — буква (для приборов широкого применения) или цифра (для приборов, используемых в устройстве специального назначения) —указывает материал, на основе которого изготовлен прибор: Г или 1 — германий; К или 2 — кремний и его соединения; А или 3 — соединения галлия (например, арсенид галлия); И или 4 — соединения индия (например, фосфид индия).

Второй элемент — буква,указывающая подкласс или группу приборов: Д — выпрямительные, импульсные диоды; Ц — выпрямительные столбы и блоки; В — варикапы; И — импульсные туннельные диоды; А — СВЧ диоды; С — стабилитроны.

Третий элемент — цифра — определяет один из основных признаков, характеризующих прибор (например, назначение или принцип действия).

Четвертый, пятый и шестой элементы — трехзначное число, обозначающее порядковый номер разработки технологического типа прибора.

Седьмой элемент — буква — условно определяет классификацию по параметрам приборов, изготовленных по единой технологии. Пример обозначения: 2ДС523Г — набор кремниевых импульсных приборов для устройств специального назначения с временем установления обратного сопротивления от 150 до 500 не; номер разработки 23, группа Г. Приборы разработки до 1973 г в справочниках. имеют трех и четырех элементную системы обозначений.

Основные параметры выпрямительных диодов

постоянное прямое напряжение на диоде при заданном значении прямого тока через диод

постоянный прямой ток

величина обратного тока при заданном значении обратного напряжения

максимальное обратное напряжение

рабочий диапазон температур

максимальная частота, на которой еще не происходит ухудшение основных параметров

тепловое сопротивление переход-корпус, переход-среда

максимальная емкость диода

внутреннее или диф-ное сопротивление диода в рабочей точке

сопротивление постоянного тока

коэффициент выпрямления

Основные параметры стабилитрона:

Фотодиоды

Предназначены для преобразования световой энергии в электрический сигнал. По принципу работы аналогичны солнечным батареям.

Какие бывают выпрямители?

Ещё в начале ХХ века имел место очень принципиальный спор между корифеями электротехники. Какой ток выгоднее передавать потребителю на большие расстояния: постоянный или переменный? Научный спор выиграли сторонники передачи переменного тока по проводам высоковольтных линий от подстанции к потребителю. Эта система принята во всём мире и успешно эксплуатируется до сих пор.

Но большинство электронной техники и не только бытовой, но и промышленной питается постоянными напряжениями и это привело к созданию целой отрасли электрики – преобразование (выпрямление) переменного тока. После того как электронная лампа была забыта, главным элементом любого выпрямителя стал полупроводниковый диод.

Схемотехника выпрямителей весьма обширна, но самым простым является однополупериодный выпрямитель.

Они бывают двух схемных решений: выпрямитель со средней точкой и мостовая схема, известная, как схема Гретца. Выпрямитель со средней точкой требует более сложного в исполнении силового трансформатора, хотя диодов там используется в два раза меньше чем в мостовой схеме. К недостаткам двухполупериодного выпрямителя со средней точкой можно отнести то, что для получения одинакового напряжения, число витков во вторичной обмотке трансформатора должно быть в два раза больше, чем при использовании мостовой схемы. А это уже не совсем экономично с точки зрения расходования медного провода.

Теория управления p-n переходом

Заложенный в основу любого диодного элемента электронный p-n переход представляет собой двойной слой из насыщенных и обедненных электронами (дырками) областей, которые располагаются одна от другой на удалении порядка размера атома.

Если подать на такой диод напряжение прямой полярности (плюс – на анод, а минус – на катод), электроны из насыщенного ими слоя начинают усиленно диффундировать в область, где их меньше, разгоняясь приложенным положительным потенциалом. В результате этого проводимость слоя резко увеличивается (его сопротивление падает), и ток начинает протекать в прямом направлении. То же самое происходит и с дырками.

В случае, когда к этому же элементу прикладывается напряжение противоположной полярности (потенциалы на аноде и катоде меняются своими знаками), дырки и электроны начинают удаляться от перехода. При этом на его границе образуется потенциальный барьер, не позволяющий носителям зарядов проникать из одной области в другую (смотрите фото ниже).

Вследствие этого эффекта переход находится в состоянии пониженной проводимости (высокого сопротивления), при котором диод не проводит ток. С энергетической точки зрения, оба рассмотренных выше случая сводятся к преодолению электронного барьера, искусственно создаваемого на стыке полупроводников двух проводимостей.

Дополнительная информация. В качестве полупроводников используются известные элементы таблицы Менделеева с явно выраженным полуметаллическим эффектом (индий, германий, кремний и другие).

Из этих материалов и формируются описанные выше p-n переходы, которые при изготовлении размещаются в корпусе готового к применению изделия – диода.

Величина коммутируемой мощности;
Частота переключений;
Вид используемого при изготовлении p-n перехода полупроводника.

Статьи по электроремонту и электромонтажу

Справочник электрика
- Бытовые электроприборы
- Библиотека электрика
- Инструмент электрика
- Квалификационные характеристики
- Книги электрика
- Полезные советы электрику
- Электричество для чайников
Справочник электромонтажника
- КИП и А
- Полезная информация
- Полезные советы
- Пусконаладочные работы
Основы электротехники
- Провода и кабели
- Программа профессионального обучения
- Ремонт в доме
- Экономия электроэнергии
- Учёт электроэнергии
- Электрика на производстве
Ремонт электрооборудования
- Трансформаторы и электрические машины
- Уроки электротехники
- Электрические аппараты
- Эксплуатация электрооборудования
Электромонтажные работы
- Электрические схемы
- Электрические измерения
- Электрическое освещение
- Электробезопасность
- Электроснабжение
- Электротехнические материалы
- Электротехнические устройства
- Электротехнологические установки

– малой мощности, прямой ток до 300 мА,

2. Суть диода, конструкция

Основу мощного силового диода составляет пластина монокристалла кремния, в которой сформирован p-n-переход, обладающий односторонней электропроводимостью.

Для защиты хрупкой пластины от тепловых и механических напряжений, её припаивают серебряным припоем с обеих сторон к дискам из вольфрама или молибдена толщиной до 3 мм, которые выполняют роль термокомпенсаторов.

Выпрямительный элемент диода монтируется в герметичном корпусе штыревой или таблеточной конструкции.

Диод штыревой малогабаритный	Диод штыревой с гибким выводом	Диод таблеточный

– максимально допустимый средний прямой ток I_F(AV)
– максимально допустимое обратное напряжение U_RRM
– максимально допустимая частота f_max

Ликбез КО. Лекция №1 Схемы выпрямления электрического тока.

Схемы выпрямления электрического тока.
Выпрямитель электрического тока – электронная схема, предназначенная для преобразования переменного электрического тока в постоянный (однополярный) электрический ток.

В полупроводниковой аппаратуре выпрямители исполняются на полупроводниковых диодах. В более старой и высоковольтной аппаратуре выпрямители исполняются на электровакуумных приборах – кенотронах. Раньше широко использовались – селеновые выпрямители.

Для начала вспомним, что собой представляет переменный электрический ток. Это гармонический сигнал, меняющий свою амплитуду и полярность по синусоидальному закону.

В переменном электрическом токе можно условно выделить положительные и отрицательные полупериоды. Всё то, что больше нулевого значения относится к положительным полупериодам (положительная полуволна – красным цветом), а всё, что меньше (ниже) нулевого значения – к отрицательным полупериодам (отрицательная полуволна – синим цветом).

Выпрямитель, в зависимости от его конструкции «отсекает», или «переворачивает» одну из полуволн переменного тока, делая направление тока односторонним.

Схемы построения выпрямителей сетевого напряжения можно поделить на однофазные и трёхфазные, однополупериодные и двухполупериодные.

Для удобства мы будем считать, что выпрямляемый переменный электрический ток поступает с вторичной обмотки трансформатора. Это соответствует истине и потому, что даже электрический ток в домашние розетки квартир домов приходит с трансформатора понижающей подстанции. Кроме того, поскольку сила тока – величина, напрямую зависящая от нагрузки, то при рассмотрении схем выпрямления мы будем оперировать не понятием силы тока, а понятием – напряжение, амплитуда которого напрямую не зависит от нагрузки.

На рисунке изображена схема и временная диаграмма выпрямления переменного тока однофазным однополупериодным выпрямителем.

Из рисунка видно, что диод отсекает отрицательную полуволну. Если мы перевернём диод, поменяв его выводы – анод и катод местами, то на выходе окажется, что отсечена не отрицательная, а положительная полуволна.

Среднее значение напряжения на выходе однополупериодного выпрямителя соответствует значению:
Uср = Umax / π = 0,318 Umax

где: π – константа равная 3,14.
Однополупериодные выпрямители используются в качестве выпрямителей сетевого напряжения в схемах, потребляющих слабый ток, а также в качестве выпрямителей импульсных источников питания. Они абсолютно не годятся в качестве выпрямителей сетевого напряжения синусоидальной формы для устройств, потребляющих большой ток.

Наиболее распространёнными являются однофазные двухполупериодные выпрямители. Существуют две схемы таких выпрямителей – мостовая схема и балансная.

Рассмотрим мостовую схему однофазного двухполупериодного выпрямителя и его работу.

Если ток вторичной обмотки трансформатора течёт по направлению от точки «А» к точке «В», то далее от точки «В» ток течёт через диод VD3 (диод VD1 его не пропускает), нагрузку Rн, диод VD2 и возвращается в обмотку трансформатора через точку «А». Когда направление тока вторичной обмотки трансформатора меняется на противоположное, то вышедший из точки «А», ток течёт через диод VD4, нагрузку Rн, диод VD1 и возвращается в обмотку трансформатора через точку «В».

Таким образом, практически отсутствует промежуток времени, когда напряжение на выходе выпрямителя равно нулю.

Рассмотрим балансную схему однофазного двухполупериодного выпрямителя.

По своей сути это два однополупериодных выпрямителя, подключенных параллельно в противофазе, при этом начало второй обмотки соединено с концом первой вторичной обмотки. Если в мостовой схеме во время действия обоих полупериодов сетевого напряжения используется одна вторичная обмотка трансформатора, то в балансной схеме две вторичных обмотки (2 и 3) используются поочерёдно.

Среднее значение напряжения на выходе двухполупериодного выпрямителя соответствует значению:
Uср = 2*Umax / π = 0,636 Umax

где: π – константа равная 3,14.
Представляет интерес сочетание мостовой и балансной схемы выпрямления, в результате которого, получается двухполярный мостовой выпрямитель, у которого один провод является общим для двух выходных напряжений (для первого выходного напряжения, он отрицательный, а для второго – положительный):

Трёхфазные выпрямители

Трёхфазные выпрямители обладают лучшей характеристикой выпрямления переменного тока – меньшим коэффициентом пульсаций выходного напряжения по сравнению с однофазными выпрямителями. Связано это с тем, что в трёхфазном электрическом токе синусоиды разных фаз «перекрывают» друг друга. После выпрямления такого напряжения, сложения амплитуд различных фаз не происходит, а выделяется максимальная амплитуда из значений всех трёх фаз входного напряжения.

На следующем рисунке представлена схема трёхфазного однополупериодного выпрямителя и его выходное напряжение (красным цветом), образованное на «вершинах» трёхфазного напряжения.

За счёт «перекрытия» фаз напряжения, выходное напряжение трёхфазного однополупериодного выпрямителя имеет меньшую глубину пульсации. Вторичные обмотки трансформатора могут быть использованы только по схеме подключения «звезда», с «нулевым» выводом от трансформатора.

На следующем рисунке представлена схема трёхфазного двухполупериодного мостового выпрямителя (схема Ларионова) и его выходное напряжение (красным цветом).

За счёт использования положительной и перевернутой отрицательной полуволны трёхфазного напряжения, выходное напряжение (выделено красным цветом), образованное на вершинах синусоид, имеет самую маленькую глубину пульсаций выходного напряжения по сравнению со всеми остальными схемами выпрямления. Вторичные обмотки трансформатора могут быть использованы как по схеме подключения «звезда», без «нулевого» вывода от трансформатора, так и «треугольник».
При конструировании блоков питания для выбора выпрямительных диодов используют следующие параметры, которые всегда указаны в справочниках:

– максимальное обратное напряжение диода – Uобр ;

– максимальный ток диода – Imax ;

– прямое падение напряжения на диоде – Uпр .

Необходимо выбирать все эти перечисленные параметры с запасом, для исключения выхода диодов из строя.

Максимальное обратное напряжение диода Uобр должно быть в два раза больше реального выходного напряжения трансформатора. В противном случае возможен обратный пробой p-n, который может привести к выходу из строя не только диодов выпрямителя, но и других элементов схем питания и нагрузки.

Значение максимального тока Imax выбираемых диодов должно превышать реальный ток выпрямителя в 1,5 – 2 раза. Невыполнение этого условия, также приводит к выходу из строя сначала диодов, а потом других элементов схем.

Прямое падение напряжения на диоде – Uпр, это то напряжение, которое падает на кристалле p-n перехода диода. Если по пути прохождения тока стоят два диода, значит это падение происходит на двух p-n переходах. Другими словами, напряжение, подаваемое на вход выпрямителя, на выходе уменьшается на значение падения напряжения.

Схемы выпрямителей предназначены для преобразования переменного – изменяющего полярность напряжения в однополярное – не изменяющее полярность. Но этого недостаточно для превращения переменного напряжения в постоянное. Для того, чтобы оно преобразовалось в постоянное необходимо применение сглаживающих фильтров питания, устраняющих резкие перепады выходного напряжения от нуля до максимального значения.

Полупроводниковые диоды

Основой полупроводникового диода является р— n -переход, определяющий его свойства, характеристики и параметры. В зависимости от конструктивных особенностей р— n -перехода и диода в целом полупроводниковые диоды изготовляются как в дискретном, так и в интегральном исполнении. По своему назначению полупроводниковые диоды подразделяются на выпрямительные (как разновидность выпрямительных – силовые), импульсные, высокочастотные и сверхвысокочастотные, стабилитроны, трехслойные переключающие, туннельные, варикапы, фото- и светодиоды. Условные графические обозначения диодов показаны на рис. 1.10.

Рис. 1.10 Условные графические обозначения: а – выпрямительные и универсальные;
б – стабилитроны; в – двухсторонний стабилитрон; г – туннельный диод;
д – обращенные диоды; е – варикап; ж – фотодиодов; з – светодиод

В зависимости от исходного полупроводникового материала диоды подразделяются на германиевые и кремниевые. Туннельные диоды изготовляются также на основе арсенида галия GaAs и антимонида индия InSb . Германиевые диоды работают при температурах не выше +80 °С, а кремниевые – до +140 °С.

По конструктивно-технологическому признаку диоды делятся на плоскостные и точечные. Наиболее распространены плоскостные сплавные диоды, применение которых затруднительно лишь на повышенных частотах. Преимуществом точечных диодов является низкое значение емкости p- n -перехода, дающая возможность их работы на высоких сверхвысоких частотах.

Выпрямительные диоды предназначены для выпрямления переменного тока низкой частоты (50-100 000 Гц). В настоящее время широко применяются кремниевые выпрямительные диоды с р— n -переходом плоскостного типа, имеющие во много раз меньшие обратные токи и большие обратные напряжения по сравнению с германиевыми.

Основным элементом выпрямительного диода является полупроводниковая пластинка, в которой методом сплавления или диффузии сформован р—n-переход. Кремниевый р— n -переход образуется при сплавлении исходного кристалла кремния n-типа с бором или алюминием. Для защиты от внешних воздействий, а также для обеспечения хорошего теплоотвода полупроводниковая пластинка с р— n -переходом и двумя внешними выводами от слоев p и n заключается в корпус

Выпрямительные диоды подразделяются на диоды малой (I_{пр. ср} 10 А) мощности. Для повышения допустимого обратного напряжения выпускаются высоковольтные столбы, в которых несколько диодов включены последовательно. Кроме того, производством серийно выпускаются выпрямительные блоки, которые содержат как последовательно, так и параллельно (для повышения прямого тока) соединенные диоды.

Рис. 1.11 Конструкция (а) и вольтамперная характеристика (б) точечного диода

Высокочастотные диоды являются приборами универсального назначения. Они могут работать в выпрямителях переменного тока широкого диапазона частот (до нескольких сотен мегагерц), а также в модуляторах, детекторах и других нелинейных преобразователях электрических сигналов. Высокочастотные диоды содержат, как правило, точечный р— n -переход и поэтому называются точечными. Конструкция типичного представителя точечных диодов (Д106А) показана на рис. 1.11, а, а его вольтамперная характеристика – на рис. 1.11, б.

Прямая ветвь вольтамперной характеристики не отличается от соответствующей ветви характеристики плоскостного диода, чего нельзя сказать при сравнении обратных ветвей. Поскольку площадь р— n -перехода мала, то обратный ток невелик, однако участок насыщения практически не выражен и за счет токов утечки и термогенерации обратный ток равномерно возрастает. Значения постоянных прямых токов точечных диодов не превышают десятков миллиампер, а значения допустимых обратных напряжений 100 В. Малая величина статической емкости С_д между выводами точечных диодов (малая площадь перехода) позволяет использовать их в широком диапазоне частот. По частотным свойствам точечные диоды подразделяются на две подгруппы: ВЧ ( f _макс ? 300 МГц) и СВЧ ( f _мак_с ? 300 МГц). Помимо статической емкости С_д точечные диоды характеризуются теми же параметрами, что и выпрямительные.

Импульсные диоды являются разновидностью высокочастотных диодов и предназначены для использования в качестве ключевых элементов в быстродействующих импульсных схемах. Помимо высокочастотных свойств импульсные диоды должны обладать минимальной длительностью переходных процессов при включении и выключении. Изготовляются точечные и плоскостные диоды. Общая конструкция импульсных диодов, а также их вольтамперные характеристики практически такие же, как у высокочастотных.

Как и выпрямительные, импульсные диоды характеризуются статическими параметрами, а также параметрами предельного режима. Основными же являются импульсные параметры: С_д и t _восст – время восстановления запирающих свойств диода после снятия прямого напряжения.

Стабилитроны – это кремниевые плоскостные диоды, предназначенные для стабилизации уровня постоянного напряжения в схеме при изменении в некоторых пределах тока через диод. Это полупроводниковый диод, сконструированный для работы в режиме электрического пробоя. Как отмечалось в разд. 1.2, если обратное напряжение превышает значение U _{обр. пр}_, то происходит лавинный пробой р— n -перехода,

при котором обратный ток резко возрастает при почти неизменном обратном напряжении. Такой участок характеристики (участок аб, см. рис. 1.8, а) используют стабилитроны, нормальным включением которых в цепь источника постоянного напряжения является обратное (см. рис. 1.8, б). Если обратный ток через стабилитрон не превышает некоторого значения I _{ст. макс}, то состояние электрического пробоя не приводит к порче диода и может воспроизводиться в течение десятков и сотен тысяч часов. В качестве исходного материала при изготовлении стабилитронов используют кремний, поскольку обратные токи кремниевых р- n -переходов невелики, а следовательно, нет условий для саморазогрева полупроводника и теплового пробоя р— n -перехода.

К основным параметрам стабилитронов относится напряжение стабилизации
U _ст – напряжение на стабилитроне при указанном номинальном токе стабилизации I_ст_{. ном} (см. рис. 1.8, а). Помимо I_{ст. ном} указываются также минимальное I_{ст. мин} и максимальное I_{ст. макс} значения токов на участке стабилизации. Уровень напряжения стабилизации определяется величиной пробивного напряжения U _{обр. пр}_, зависящего, в свою очередь, от ширины р— n -перехода, а следовательно, степени легирования кремния примесью. Для получения низковольтных стабилитронов используется сильнолегированный кремний. Поэтому у стабилитронов с напряжением стабилизации u _вх приводит к увеличению тока через стабилитрон и сопротивление R . Избыток входного напряжения выделяется на R , а напряжение u _вых остается практически неизменным.

Варикапом называется специально сконструированный полупроводниковый диод, применяемый в качестве конденсатора переменной емкости. Значение емкости варикапа определяется емкостью его р— n -перехода и изменяется при изменении приложенного к переходу (диоду) напряжения.

Как было сказано выше (см. гл. 1.2), прямосмещенный р— n -переход характеризуется, в частности, диффузионной емкостью, а обратносмещенный – барьерной. В варикапах используется барьерная емкость (выражение 1.12), отличающаяся малым температурным коэффициентом, низким уровнем собственных шумов и слабой зависимостью от частоты. Следовательно, в рабочем режиме к

варикапу прикладывается запирающее внешнее напряжение. Поскольку толщина p — n -перехода зависит от величины приложенного внешнего напряжения U , то, изменяя последнее, можно регулировать значение ёмкости. Это используется, в частности, для настройки на нужный канал в телевизорах и радиоприёмниках.

Основными параметрами варикапов являются: номинальная емкость С_ном, определяемая при номинальном напряжений смещения ( U _ном = 4 В), максимальная С_мак_с и минимальная С_мин емкости соответственно при максимальном и минимальном напряжениях смещения (или коэффициент перекрытия по емкости К_с = С_макс/С_мин), добротность Q , а также U _{обр.макс}.

Фотодиод – полупроводниковый фотоэлектрический прибор с внутренним фото-эффектом, отображающим процесс преобразования световой энергии в электрическую. Внутренний фотоэффект заключается в том, что под действием энергии светового излучения в области p— n -перехода происходит ионизация атомов основного вещества и примеси, в результате чего генерируются пары носителей заряда – электрон и дырка. Во внешней цепи, присоединенной к р— n -переходу, возникает ток, вызванный движением этих носителей (фототок).

Фотодиоды могут работать в двух режимах: вентильном (фотогенераторном) и фотодиодном (фотопреобразовательном). В отличие от вентильного, фотодиодный режим предполагает наличие внешнего источника питания (смещения).

При контакте двух полупроводников n — и р-типов на их общей границе создается контактная разность потенциалов. При отсутствии светового потока и нагрузки диффузионная составляющая тока р— n -перехода, уравновешивается дрейфовой составляющей тока, поэтому общий ток через переход равен нулю.

При освещении полупроводника в области р— n -перехода генерируются дополнительные пары носителей заряда. Поле объемного заряда р— n -перехода «разделяет» эти пары: дырки дрейфуют в р-область, а электроны – в n -область, т. е. происходит перемещение дополнительно возникших неосновных носителей. В результате плотности дрейфовых составляющих токов, определяемые равенствами (1.8), (1.9), возрастают, а следовательно, дрейфовый ток получает некоторое приращение, называемое фототоком I _ф. При этом полный дрейфовый ток представляет собой, в соответствии с выражением (1.10), тепловой ток I _o , обусловленный неосновными носителями при отсутствии освещения. Поскольку в области полупроводника p-типа накапливаются избыточные носители с положительным зарядом, а в области полупроводника n -типа – с отрицательным зарядом, то между внешними электродами появляется разность потенциалов представляющая собой фотоЭДС Е_ф. Эта ЭДС уменьшает высоту потенциального барьера, вызывая тем самым увеличение диффузионной составляющей тока. ФотоЭДС не превышает значения, численно равного ширине запрещенной зоны полупроводника. Такой режим используется, в частности, в солнечных батареях.

Светодиоды (электролюминесцентные диоды) преобразуют энергию электрического поля в нетепловое оптическое излучение, называемое электролюминесценцией. Основой светодиода является р— n -переход, смещаемый внешним источником напряжения в проводящем направлении. При таком смещении электроны из n -области полупроводника инжектируют в р-область, где они являются неосновными носителями, а дырки – во встречном направлении. В последующем происходит рекомбинация избыточных неосновных носителей с электрическими зарядами противоположного знака. Рекомбинация электрона и дырки соответствует переходу электрона из энергетического уровня Е_е в энергетическое состояние уровня Е_у с меньшим запасом энергии.

В германии и кремнии ширина запрещенной зоны сравнительно невелика и поэ-тому выделяемая при рекомбинации энергия передается в основном кристаллической решетке в виде тепла. Рекомбинационные процессы в арсениде галлия ( GaAs ), фосфиде галлия ( GaP ), карбиде кремния ( SiC ), имеющих большую ширину запрещенной зоны (например, для GaAs A ? = 1,38 эВ), сопровождаются выделением энергии в виде квантов света, которые частично поглощаются объемом полупроводника, а частично излучаются в окружающее пространство. Поэтому внешний квантовый выход, фиксируемый зрительно, всегда меньше внутреннего.

Основными характеристиками светодиодов являются вольтамперная характеристика, а также зависимости мощности и яркости излучения от величины прямого тока. Мощность и яркость излучения во многом определяются конструкцией светодиода. Чем больший ток можно пропускать через диод при допустимом его нагреве, тем больше мощность и яркость излучения

К основным параметрам светодиода относятся мощность излучения Р, длина волны излучаемого света l и КПД. Длина световой волны, определяющая цвет свечения, зависит от разности энергий, между которыми осуществляется переход электронов.

Светодиоды применяются для индикации и вывода информации в микроэлектронных устройствах. Управляемые светодиоды (с подвижной границей светящегося поля) используются для замены стрелочных приборов как аналоги оптических индикаторов настройки радиоаппаратуры. Светодиоды с несколькими светящимися полями позволяют воспроизводить цифры от 0 до 9. Кроме того, светодиоды применяются как источники излучения в оптронах – приборах бурно развивающейся оптоэлектроники.

Туннельный диод – это полупроводниковый диод, в котором используется явление туннельного пробоя при включении в прямом направлении. Характерной особенностью туннельного диода является наличие на прямой ветви вольтамперной характеристики участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением.

Для примера на рис. 1.12 показана прямая ветвь вольтамперной характеристики германиевого туннельного усилительного диода 1И104А ( I _{пр.макс} = 1 мА – постоянный прямой ток, U _{обр.макс} = 20 мВ), предназначенного для усиления в диапазоне волн 2…10 см (это соответствует частоте более 1 ГГц).

Рис. 1.12 ВАХ туннельного диода

Общая емкость диода в точке минимума характеристики составляет 0,8…1,9 пФ. Туннельные диоды могут работать на очень высоких частотах – более 1 ГГц. Наличие участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением на вольтамперной характеристике обеспечивает возможность использования туннельных диодов в качестве усилительного элемента и в качестве основного элемента генераторов. В настоящее время туннельные диоды используются именно в этом качестве в области сверхвысоких частот.

Классификация полупроводниковых диодов по функциональному назначению: выпрямительные и специальные. Вольтамперная характеристика, основные параметры и допустимые режимы использования диодов, понятие пробоя тока. Свойства германиевых и кремниевых приборов.

посмотреть текст работы “Выпрямительные диоды. Основные характеристики, параметры ВАХ, основные схемы включения”

скачать работу “Выпрямительные диоды. Основные характеристики, параметры ВАХ, основные схемы включения” (реферат)

учебное пособие, добавлен 16.04.2015