Обратный ток. Что такое возвратный ток?

текущий – (Continuous) current carrying capacity amperage (US): Максимальное значение электрического тока, который может непрерывно протекать через проводник, устройство или аппарат при определенных условиях без превышения заданного значения их… … Глоссарий нормативной терминологии

ОБРАТНЫЙ ТОК

Обратный ток – это электрический ток, протекающий в полупроводниковых приборах через p-переход при подаче на него обратного напряжения.

Большая политехническая энциклопедия. – М.: Мир и образование. Рязанцев В. Д. . 2011 .

Смотреть что такое “RETURN current” в других словарях

текущий – (continuous) load current amperage (US): максимальное значение электрического тока, который может непрерывно протекать при заданных условиях через проводник, устройство или аппарат, не превышая заданного значения их…..

ток обратного электрода вакуумного устройства – Обратный электродный ток Ток, протекающий от данного электрода, исключая катод, через межэлектродное пространство в электровакуумном аппарате. [ГОСТ 13820 77] Электровакуумный аппарат Синонимы темы обратный электродный ток … Записная книжка технического переводчика

обратный ток коллектор-эмиттер – Начальный ток коллектор-эмиттер Коллекторный ток закрытого транзистора Ток в цепи коллектор-эмиттер при заданном обратном напряжении коллектор-эмиттер. ICEO, ICEO; с замкнутыми контактами ICEO, ICEO; с замкнутыми контактами ….

Обратный ток тиристора – Обратный ток тиристора, протекающий во время обратной регенерации. Обозначение Ivos,rs Irr [ГОСТ 20332 84] Полупроводниковые приборы EN обратный ток FR courant de recouvrement inverse … Руководство технического переводчика

РЕЖИМ ВОЗВРАТА – Ток, текущий обратно к источнику. Железнодорожный технический словарь. М.: Издательство Государственной транспортной железной дороги. N. N. Васильев, О. Н. Исаджакян, Н. O. Рогиньский, Я. Б. Смолинский, В. А. Сокович, Т. С. Хачатуров…. … Железнодорожный технический словарь

Обратный ток управляющего импульса тиристора – Ток управляющего импульса тиристора, соответствующий управляющему напряжению обратного импульса тиристора. Обозначение Iu,r,i ИРГМ [ГОСТ 20332 84] Темы полупроводниковых приборов EN пиковый обратный ток затвора FR courant inverse de pointe de… … руководство технического переводчика

Постоянный ток управления инверсным тиристором – Постоянный ток управления тиристором, соответствующий постоянному напряжению управления тиристором. Обозначение Iu,r IRG [ГОСТ 20332 84] Полупроводниковые приборы EN затвор инверсный непрерывный ток (DC) FR courant инверсный… … руководство технического переводчика

базовый обратный ток – Ток в выходной цепи с базовым резистором при заданном обратном напряжении коллектор-эмиттер и эмиттер-база. Обозначение IBEH IBEX [ГОСТ 20003 74] Тематика Полупроводниковые приборы EN Базовый ток отсечки DE Базисный эмиттер Reststrom FR courant résiduel de la base … Справочник для технического переводчика

обратный ток диода – Ток, протекающий через диод под действием обратного напряжения. [ГОСТ 25529 82] Полупроводниковые приборы Темы … Руководство технического переводчика

обратный ток коллектора – Ток, протекающий через коллекторный переход при заданном обратном напряжении коллектор-база и открытом контакте эмиттера. Обозначение ИКБО МКБО [ГОСТ 20003 74] Тематика Полупроводниковые приборы EN Ток отсечки коллектора DE Коллекторный реостат (bei offenem … Руководство технического переводчика

Обратный ток диода – это ток, протекающий через диод, к которому приложено постоянное напряжение, равное наибольшему обратному напряжению. Отрицательный полюс источника напряжения подключен к положительному полюсу диода. [10]

Большая энциклопедия нефти и газа

Обратный ток диода / 0, если утечка мала, почти не зависит от напряжения на p- / g-переходе, но сильно зависит от температуры. При достижении напряжения пробоя обратный ток быстро возрастает из-за лавинного пробоя или пробоя Зенера. Если прибор не предназначен специально для работы в области пробоя (например, стабилитрон или инвертирующий диод), то после лавинного пробоя произойдет тепловой пробой, и диод погибнет. Обратите внимание, что иногда тепловой пробой развивается раньше всех остальных. [2]

Обратный ток диода увеличивается при увеличении обратного напряжения. Основными причинами различия между реальными и идеальными характеристиками диода являются ток тепловой генерации в объеме и на поверхности спая, а также ток утечки на поверхности спая. В германиевых диодах при комнатной температуре ток термогенерации мал, а обратный ток близок к току насыщения. В кремниевых диодах при комнатной температуре термогенерируемый ток является основной составляющей обратного тока. [3]

Обратный ток диода еще сильнее зависит от температуры корпуса и имеет положительный коэффициент. Так, при повышении температуры на каждые 10C обратный ток германиевых диодов увеличивается в 2 раза, а кремниевых – в 2-5 раз [4].

Обратный ток диода увеличивается, когда p-n-переход освещен. Этот эффект можно использовать для фотометрических измерений. Для этого в корпусе фотодиода делается прозрачное окно. На рис. 10.5 показана принципиальная схема фотодиода, на рис. 10.6 – его принципиальная схема, а на рис. 10.7 – семейство характеристик. Фотодиоды характеризуются током короткого замыкания, пропорциональным интенсивности освещения, поэтому, в отличие от фоторезисторов, фотодиод можно использовать без дополнительного источника питания. Чувствительность фотодиода обычно составляет около 0 1 мкА/лк. Когда к фотодиоду прикладывается блокирующее напряжение, фототок практически не изменяется. Этот режим работы фотодиода предпочтителен, когда требуется высокая скорость работы, поскольку внутренняя емкость p-p-e перехода уменьшается при увеличении блокирующего напряжения. [6]

Обратный ток диода измеряется с помощью IT-микроамперметра. Выходное сопротивление генератора постоянного напряжения должно быть достаточно малым, поскольку выходное напряжение ГН не должно изменяться более чем на 1% при изменении значения /opr от нуля до максимального (для тестируемого диода) значения. Вольтметр подключается перед измерителем тока и его защитой BZ. Поэтому падение напряжения на токоизмерительном приборе и токоведущих частях в защитной цепи не должно превышать 2% от установленного значения обратного напряжения. Если генератор напряжения питается от сети, пульсации на его выходе не должны превышать 1 % выходного напряжения. [7]

Обратный ток диода измеряется при постоянном обратном напряжении. Напряжение питания может быть как постоянным, так и переменным. [9]

Обратный диодный ток – это ток, протекающий через диод, к которому приложено постоянное напряжение, равное наибольшему обратному напряжению. Отрицательный полюс источника напряжения подключен к положительному полюсу диода. [10]

Обратный ток диода измеряется с помощью осциллографа. Сигнал, пропорциональный току диода, снимается с небольшого резистора R и подается на вход вертикального усилителя осциллографа. Замыкание и размыкание переключателя / Ci позволяет изучить процессы, происходящие в диоде, когда внешнее сопротивление в цепи диода мало и велико, соответственно. [12]

Обратный ток диода 1обр при 50 не превышает 0 3 ма. [13]

Обратный ток диода – это значение амплитуды тока, протекающего через диод в обратном направлении при подаче на диод переменного напряжения, измеренное с помощью пикметра или осциллографа. [14]

Вычислите обратный ток диода при 350 К, если при 300 К он равен 10 мкА, а Vd7500 К. [15]

d =

Обратный ток

Если внешнее напряжение приложено плюс к области n и минус к области p, то оно совпадает с направлением внутреннего поля, т.е. к переходу прикладывается полная разность потенциалов: j_к+U_{ob .}.

По мере увеличения электрического поля на переходе дрейфовый ток становится больше диффузионного. Результирующий ток называется обратным током; он сопровождается переносом неосновных носителей: дырок из области n и электронов из области p. Перенос этих миноритарных носителей через переход называется добыча. Ток, возникающий в результате экстракции, мал, поскольку он генерируется неосновными носителями, находящимися на расстоянии диффузионной длины от границ перехода. При увеличении обратного напряжения обратный ток сначала увеличивается, а затем достигает насыщения и почти перестает зависеть от напряжения.

Под воздействием обратного напряжения толщина перехода увеличивается

d =

В то же время увеличивается его сопротивление.

Таким образом, p-n-переход имеет нелинейную проводимость: в прямом направлении она намного больше, чем в обратном. Это свойство p-n-перехода широко используется в полупроводниковой электронике.

В случае короткого замыкания в катене токи во много раз больше, как и обратные токи. Если короткое замыкание не отключается вовремя защитными устройствами на подстанциях, эти высокие обратные токи могут подвергнуть опасности людей, транспортные средства и системы на пути обратного тока и привести к разрушению систем тягового тока. Отсутствие защитного заземления и обратных проводников (например, из-за неправильного выполнения этапов строительства, разрушения или кражи) даже представляет прямую опасность для людей.

Текущее направление

Тяговое электроснабжение на электрифицированных железных дорогах работает по двухпроводному принципу, при котором имеется только один питающий и один обратный провод для электрического тока. Направление тока определяется в зависимости от источника питания: нагрузки питаются от сети так, как если бы это был ток для нагрузок. После локального преобразования энергии ток возвращается в сеть.

• Горизонтальные проводники это линия питания и контактная линия.
  • Силовые провода являются проводами для секций контактных линий.
  • Контактные линии
    • Воздушные линии (междугородние, региональные, компании или шахты),
    • Кондукторные рельсы (на S, U или шахтных путях).

    Такое направленное наблюдение используется как для железных дорог постоянного, так и переменного тока, независимо от физической полярности электрического напряжения и физического направления протекания тока.

    Рисунок VD.4 – Диаграмма ограничения амплитуды сигнала

    Определение и типы диодов

    В самом простом смысле диод можно понимать как активный электрический элемент, который проводит ток только в одном направлении. Как клапан в гидравлике. Существует несколько типов диодов, которые отличаются как физическим принципом работы, так и материалом, из которого они изготовлены. В самом общем виде они делятся на полупроводниковые и вакуумные. Таким образом, диоды могут быть:

    – Вакуумные диоды (они же кенотроны);

    – Основаны на p-n-переходе между полупроводниками разного типа проводимости: диодами из кремния (Si) и карбида кремния (SiC);

    – на основе перехода Шоттки между металлом и полупроводником.

    Вакуумные диоды используются редко, за исключением специальных применений, таких как высоковольтная и высокочастотная техника. Наиболее распространенными диодами являются кремниевые диоды и диоды Шоттки.

    Помимо физической природы, диоды классифицируются по их функциональности:

    – Выпрямительные диоды, обычно используемые для выпрямления низкочастотного (50 Гц) сетевого напряжения. Как правило, это кремниевые недорогие диоды. Они размещаются как непосредственно на входе бестрансформаторных импульсных источников питания, так и после трансформатора в трансформаторных источниках питания.

    – Быстродействующие кремниевые диоды – используются в импульсных источниках питания при высоких обратных напряжениях (100-1000 В). Они характеризуются коротким временем восстановления ретроградной проводимости – менее 200 нс. В рамках этого класса они имеют условную подклассификацию Fast (500-150 нс), UltraFast (70-50 нс), HyperFast (35-20 нс).

    – Кремниевые импульсные диоды – используются в функциональных (не силовых) цепях. Типичным примером является диод 1N4148; они характеризуются низким рабочим током (миллиамперы) и высокой скоростью (время обратного восстановления 1N4148 – 4 нс).

    – Высоковольтные диоды – представляют собой последовательное соединение нескольких (5-20 штук) кремниевых диодных кристаллов в одном корпусе. Максимальное обратное напряжение находится в диапазоне десятков киловольт, а ток обычно небольшой и не превышает 1 ампера. Они используются во многих специальных приложениях. Скоростные характеристики этих диодов обычно низкие.

    Диоды Шоттки могут использоваться отдельно как функциональные (сигнальные) диоды и как силовые диоды. Они отличаются высокой скоростью работы, низким падением напряжения (0,3-0,5 В) по сравнению с кремниевыми диодами (1-1,2 В). Недостатками являются относительно низкое обратное напряжение (20-100 В), чувствительность к перенапряжению и значительный обратный ток. Диоды Шоттки часто используются в качестве выпрямительных диодов в высокочастотных инверторах с низким выходным напряжением.

    Чисто ВЧ-приложения, такие как СВЧ-диоды, варакторы, смесительные диоды и т.д., здесь не рассматриваются, поскольку это выходит за рамки данной статьи.

    Условное обозначение диода показано на рисунке VD.1

    Рисунок VD.1 – Идентификация диода с p-n переходом и диода Шоттки

    Электрод, к которому течет ток, называется анодом, а электрод, от которого течет ток, называется катодом. Исторические названия связаны с вакуумными диодами, в которых электроны испускались с катода нити накала и принимались анодом. Символически диод представляет направление, в котором течет ток.

    Функциональное применение диодов

    – Выпрямление переменного тока в выпрямителях (включая усилители напряжения)

    – Защита от перенапряжения в цепях ограничения уровня и снабберах;

    – Пиковые детекторы на основе операционного усилителя;

    – в низковольтных регуляторах (используется прямое падение напряжения);

    – в схемах с переключающими конденсаторами, включая схемы усилителей мощности;

    – схемы, выполняющие операции логического ИЛИ (рисунок VD.3 ).

    Некоторые примеры диодов показаны ниже.

    Рисунок VD.2 – Схема полуволнового выпрямителя

    Рисунок VD.3 – Схематическое представление логической операции ИЛИ

    – Схемы ограничения амплитуды сигнала (рисунок VD.4).

    Рисунок VD.4 – Схема ограничения амплитуды сигнала

    Характеристики диода

    Основной характеристикой диода является его I-V кривая – зависимость между током на выходе диода и напряжением на нем. Он не является линейным и фактически имеет экспоненциальный характер.

    Форма I-V кривой диода (рисунок VD.5) зависит от температуры: при нагревании падение напряжения проводимости уменьшается, а обратный ток увеличивается, в то время как напряжение пробоя уменьшается.

    

    Рисунок VD.5: Форма вольт-токовой характеристики диода

    Из характеристики напряжение-ток следуют ее производные:

    – прямое падение напряжения на диоде V_F (при заданном токе и температуре)

    – Обратный ток утечки I_RM (при заданном обратном напряжении и температуре);

    – максимальное обратное напряжение В_R (при заданной температуре).

    Площадь P-n-перехода, размер кристалла, конструкция теплоотвода определяют мощностные характеристики диода:

    – максимальный постоянный рабочий ток;

    – максимальный импульсный ток (при заданной длительности импульса)

    – Максимальная выходная мощность (рассеиваемая мощность);

    – Тепловое сопротивление корпуса.

    Динамическими характеристиками диода, определяющими его работу, являются:

    – время регенерации, когда напряжение быстро меняется спереди назад;

    На рисунках VD.6 – VD.8 показаны экспериментально измеренные значения IAC распространенных типов диодов (для сравнения показаны IAC кремниевых диодов и диодов Шоттки).

    

    Рисунок VD.6 – Экспериментально измеренные вольтамперные характеристики кремниевого диода 1N4148

    

    Рисунок VD.7 – Экспериментально измеренные вольтамперометрические характеристики кремниевого диода FR157

    

    Рисунок VD.8 Экспериментально измеренные вольтамперометрические характеристики диода Шоттки 1N5819

    Основные параметры реальных диодов

    Пиковое повторяющееся обратное напряжение В_RRM– Максимальное импульсное обратное напряжение на диод.

    2. максимальное рабочее пиковое обратное напряжение В_RWM – Максимальное значение рабочего пикового обратного напряжения, приложенного к диоду.

    3. Максимальное блокирующее напряжение постоянного тока В_R – Максимальное значение постоянного напряжения, приложенного к диоду. При превышении этого напряжения возникает неисправность. Соответствует началу отказа на обратной стороне VAC.

    Примечание: На практике все перечисленные типы напряжений равны между собой, и при проектировании схем необходимо следить за тем, чтобы напряжение на диоде не превышало этого значения.

    Максимальное среднеквадратичное обратное напряжение (RMS) В_R(RMS) – это максимальное значение среднеквадратичного напряжения в цепи переменного тока, превышение которого приведет к выходу диода из строя. Технически, это синусоидальное переменное напряжение.

    5. средний выпрямленный выходной ток I_O – Максимальный эффективный ток, протекающий через диод в установившемся режиме.

    6. повторяющийся пиковый прямой ток (FRM) I_FRM – Максимальная амплитуда импульсного периодического тока, протекающего через кристалл диода. Обычно указывается длительность импульса и частота повторения.

    7. (Невоспроизводимый пиковый прямой импульсный ток) I (Невоспроизводимый пиковый прямой импульсный ток)_FSM – максимальная амплитуда непериодического импульсного тока, протекающего через кристалл диода. Обычно указывается длительность импульса.

    8 Напряжение прямого хода В_FM – Падение напряжения на диоде в состоянии прямого смещения. Обычно указывается при определенном выходном токе.

    9. пиковый обратный ток I_RM – Максимальный обратный ток, протекающий через диод. Указано при максимальном обратном напряжении на диоде и при заданном значении температуры.

    10. типичная емкость спая C_j – Паразитная емкость p-n-перехода диода. Емкость p-n-перехода диода сильно зависит от приложенного обратного напряжения, поэтому, как правило, помимо среднего значения, приводится также емкость в зависимости от обратного напряжения. 11.

    Тепловое сопротивление кристалла воздуху (Типичное тепловое сопротивление спая окружающей среде) R_θJA – Тепловое сопротивление между кристаллом диода (p-n-переходом) и окружающим воздухом. Зависит от типа корпуса.

    12. максимальная рабочая температура (максимальная температура блокирующего напряжения постоянного тока) T_A – Максимальная рабочая температура, при которой поддерживается заданное значение максимального обратного напряжения.

    13 Максимальная рассеиваемая мощность (полная рассеиваемая мощность) P_tot – Максимальная мощность, рассеиваемая корпусом диода.

    14. Максимальная энергия, поглощенная кристаллом без плавления (Номинал для плавления) I 2 t – квадрат максимального импульсного тока через диод, умноженный на его длительность. Это коэффициент, измеряемый в А 2 с (амперы в квадрате в секунду), который используется при выборе схем защиты от перегрузки (предохранителей).

    15 Время восстановления, t_rr – Время, необходимое для перехода диода в закрытое состояние (обратная проводимость) после приложения обратного напряжения.

    Максимальный ток и мощность диода

    режим постоянного тока

    Полупроводниковый диод является нелинейным элементом, мощность, излучаемая диодом, равна произведению напряжения на диоде V_ВД и протекающий через него ток I_ВД:

    

    Для практических расчетов, V_ВД это падение напряжения при номинальном токе, которое можно взять из технических характеристик. Поскольку напряжение на диоде составляет порядка 1,0-1,5 В (для кремниевого диода, для диода Шоттки меньше) и незначительно изменяется с увеличением тока, в качестве первого приближения можно предположить, что мощность, рассеиваемая на диоде, прямо пропорциональна току, протекающему через него:

    

    Это существенно отличает нелинейный диод от линейного резистора, мощность которого пропорциональна квадрату тока. Максимальный постоянный ток, протекающий через диод, указан в технических характеристиках. Этот ток определяет максимальное значение тепловой мощности, рассеиваемой кристаллом диода.

    Приведенная формула описывает потери в кристалле диода при прямом смещении, т.е. когда через диод протекает постоянный ток. Потери при обратном смещении, то есть при обратном токе, обычно пренебрежимо малы, но в некоторых случаях их необходимо учитывать (об этом ниже).

    Работа с импульсным током

    Импульсный ток, протекающий через диод, может во много раз превышать максимальное значение для постоянного тока. В режиме импульсного тока на первый план выходит максимальная рассеиваемая энергия кристалла диода, определяющая пределы импульсных нагрузок, при которых еще не происходит теплового разрушения кристалла. В справочниках обычно приводятся номограммы произведения длительности импульса тока на его величину.

    Динамические характеристики диода. Восстановление обратной проводимости. Резистивная емкость диода

    Быстродействие диода, или способность быстро восстанавливать обратную проводимость, является важной характеристикой для диодов, работающих в условиях быстрого изменения полярности приложенного к диоду напряжения – в высокочастотных выпрямителях, схемах быстрого усиления мощности, детекторных схемах и многих других.

    На рисунке VD.9 показана одна типичная схема с диодом и полупроводниковым переключателем. Эта схема описывает режим восстановления жесткой обратной проводимости диода. На примере этой схемы мы объясним процесс восстановления обратной проводимости диода [EE33D – Power Electronic Circuits ссылка], [2 причины, почему мягкое восстановление Trr важно в высоковольтных диодах ссылка], [Understanding Diode Reverse Recovery and its Effect on Switching Losses. Питер Хааф, Джон Харпер. Семинар Fairchild Power 2007]. Временные диаграммы токов и напряжений, описывающие процессы в представленной цепи, показаны на рисунке VD.10.

    Рисунок VD.9: Принципиальная схема диода для объяснения эффекта обратного восстановления

    

    Рисунок VD.10: Временные диаграммы напряжений и токов в цепи для объяснения процесса обратного восстановления диода

    Для упрощенного понимания процессов выключения диода мы предполагаем, что индуктивность L в цепи достаточно велика, чтобы фактически играть роль источника тока. В начальный момент времени полупроводниковый переключатель замкнут, и ток катушки полностью замыкается диодом. Когда управляющий импульс подается на затвор транзистора и он превышает определенное пороговое напряжение, ток, протекающий через переключатель I_SWначиная с момента времени t_{переключатель}. Ток, протекающий через диод I_Dпостепенно уменьшается, так как индуктивный ток начинает частично “стекать” через размыкающий выключатель. В определенный момент (начало временного интервала t_A), когда ток индуктора полностью закрыт ключом (I_L = I_SW) ток, протекающий через диод, меняет направление. В первой половине импульса обратного тока (период t_A) емкость p-n-перехода разряжается, и напряжение на диоде некоторое время остается положительным, а обратный ток достигает максимума. Затем обратный ток через диод начинает уменьшаться (период t_B) и обратное напряжение увеличивается до напряжения источника V_{DC .}.

    Практически важной характеристикой является форма кривой обратного тока во время восстановления обратной проводимости (рис. VD.10). Кривая определяет время восстановления и “мягкость восстановления”. Кривая обратного тока имеет два характерных периода:

    – период t_A – время от начала импульса обратного тока (прохождения через ноль) до максимального значения обратного тока I_{RRM .} . Это соответствует разряду зарядов, накопленных в так называемой области обеднения p-n-перехода.

    – период t_B – время между моментом, соответствующим максимальному обратному току I_RRM и момент, когда ток уменьшается на 25% от достигнутого максимального значения.

    Время восстановления (время восстановления) t_RR определяется на основе формы сигнала обратного тока (рисунок VD.10) как время между пересечением током нулевого знака (начало обратного тока) и моментом, когда обратный ток уменьшается на 25% от достигнутого максимального значения. Время восстановления – это интуитивно понятный параметр, который описывает время, необходимое диоду для восстановления своих непроводящих свойств. Время восстановления обратной проводимости t_RR равна сумме времени t_A и t_B:

    

    Максимальное значение обратного тока I_R связана с продолжительностью периода t_A и скорость затухания тока:

    

    Фактор “мягкости” (SF) – это критерий, определяющий скорость прорыва обратного тока. Если прерывание питания слишком резкое, оно может вызвать нежелательные перенапряжения из-за паразитных индуктивностей в цепях. Этот эффект иногда используется в генераторах импульсов на основе специализированных диодов SOS. В качестве критерия мягкости используется так называемый “коэффициент мягкости” SF, который определяется как отношение длин периодов t_B к_A :

    

    Для обычных диодов t_A значительно выше, чем t_B и наоборот для импульсных мягких диодов t_Bнамного больше, чем t_A. Коэффициент “мягкости” SF может быть определен из спецификации диода на основе представленных осциллограмм времени восстановления обратной проводимости. В общем, для сверхбыстрых импульсных диодов характерное значение SF равно 1, для обычных диодов значение SF может составлять 0,2-0,6.

    Плата за обратное восстановление Q_RR – это обратный заряд, который должен пройти через переход диода, чтобы перейти из состояния проводимости в закрытое состояние. Обратный заряд является фундаментальным параметром диода, определяющим его динамические характеристики. Из формы импульса обратного тока следует, что этот заряд равен:

    

    Следовательно, максимальный ток определяется из соотношения:

    

    Приравнивая выражения для I_R получаем:

    

    Преобразуя это выражение, получаем:

    

    Принимая во внимание, что t_A и t_B связаны между собой “коэффициентом мягкости” SF:

    

    

    Следовательно, мы выражаем t_A:

    

    

    Отсюда мы получаем практически применимые коэффициенты:

    – Для расчета времени возврата электропроводности t_RR :

    

    – и рассчитать максимальное значение обратного тока I_RRM :

    

    Используя представленные выражения, были рассчитаны динамические характеристики диода.

    Резистивная емкость диода – собственное значение емкости p-n-перехода в обратном (закрытом) состоянии. В дополнение к описанному выше процессу инерционного “переключения”, диод, при подаче на него обратного напряжения, обладает собственной стоп-емкостью, зависящей от напряжения, что также важно учитывать при расчете динамических режимов. Емкость пропорциональна площади p-n-перехода, что на практике означает, что более мощные диоды с большим номинальным током будут иметь более высокое значение емкости. В действительности емкость не является постоянной и сильно зависит от приложенного напряжения.

    Расчет тепловых потерь при переключении диодов

    Когда проводимость восстанавливается, к диоду прикладывается обратное напряжение и импульс тока длиной t_rev. При этом в кристалле диода высвобождается определенное количество энергии:

    

    Общее количество выделяемого тепла пропорционально частоте импульсов f.

    

    Основное высвобождение энергии происходит в момент времени t_B когда напряжение на диоде значительно превышает прямое падение напряжения (как в период t_A). Предполагая линейную форму затухания тока и обратного нарастания напряжения, получаем:

    Выражение для напряжения на диоде будет:

    

    Выражение для тока, протекающего через диод, будет иметь вид::

    

    Выражение для мощности, рассеиваемой на диоде, будет::

    

    Умножая V_ВД(t) и I_ВД(t), мы получаем:

    

    Упрощая, мы получаем выражение для мощности динамических потерь P_{VD_trans}“при переключении”:

    

    V_DC – обратное напряжение, (напряжение питания)

    f – рабочая частота;

    I_RRM – максимальное значение обратного тока, рассчитываемое по формуле:

    

    здесь: Q_RR Заряд обратного восстановления – скорость затухания тока di/dt, представленная в спецификациях, определяется характеристиками схемы, а “коэффициент мягкости” SF может быть определен из спецификации диода на основе представленных осциллограмм времени обратного восстановления. Обычно для импульсных диодов значение характеристики SF равно 1.

    t_B – время между точкой, соответствующей максимальному обратному току I_RRM и точка, в которой ток уменьшается на 25% от достигнутого максимального значения. Принимая во внимание соотношение t_A и t_B на “мягкий фактор” SF мы получаем:

    

    Следовательно, t_B можно рассчитать, используя соотношение:

    

    Учитывая, что в большинстве случаев SF≈1, то в первом приближении t_B можно определить как:

    

    Объединим в окончательном выражении для мощности динамические потери диода P_{VD_trans} “при переключении”:

    

    Давайте упростим эти отношения:

    

    Полученное таким образом выражение для динамической потери мощности P_{VD_trans} “при включении” имеет вид:

    

    Q_RR – плата за обратное восстановление;

    V_DC – обратное напряжение, (напряжение питания);

    f – рабочая частота;

    SF – коэффициент мягкости диода (в первом приближении может быть принят равным 1).

    В некоторых случаях в спецификации не указывается значение заряда обратного восстановления Q_RRно вместо этого дает следующие результаты:

    – зависимость тока восстановления обратной проводимости от I_RRM на текущую скорость распада di/dt;

    – зависимость времени восстановления обратной проводимости t_RR как функция текущей скорости распада di/dt.

    В этом случае динамическая мощность потерь P_{VD_trans} рассчитывается в соответствии с соотношением:

    

    V_DC – обратное напряжение, (напряжение питания)

    I_RRM(di/dt) – ток обратной проводимости от I_RRM при заданной скорости распада di/dt;

    t_RR(di/dt) – время восстановления ретроградной проводимости t_RR для заданной скорости распада di/dt.

    SF – SF – это “коэффициент мягкости” диода (в первом приближении может быть принят равным 1);

    f – рабочая частота.

    Обратная ветвь CVC – напряжение пробоя, обратный ток

    По мере увеличения обратного напряжения, приложенного к диоду, обратный ток также монотонно увеличивается. Для каждого диода существует обратное напряжение, при достижении которого обратный ток быстро увеличивается, а напряжение на диоде быстро уменьшается. При таком пороговом напряжении происходит отказ диода – в большинстве случаев это необратимое изменение внутренней структуры диода, сопровождающееся нарушением целостности p-n-перехода. Следствием отказа является выход из строя диода. Исключением являются лавинные диоды, где отказ обратим.

    Обратный ток увеличивается с ростом температуры, а напряжение пробоя также уменьшается с ростом температуры.

    Для кремниевых диодов, работающих при нормальной температуре, тепловой мощностью, генерируемой приложенным обратным напряжением, можно пренебречь. Однако в более жестких температурных условиях и при высоких обратных напряжениях эта мощность может быть значительной, сравнимой с потерей мощности в состоянии проводимости.

    Для диодов Шоттки обратный ток гораздо выше, чем для кремниевых диодов, и должен быть включен во все расчеты.

    Мощность, рассеиваемая на диоде при обратном смещении, равна произведению напряжения, приложенного к диоду V_{VD_rev} и поток обратного смещения через диод I_{VD_rev}:

    

    – для диода MUR1100E при 100°C ток обратного смещения составляет около 600 мкА, если к диоду приложено напряжение обратного смещения 800 В, излучаемая тепловая мощность равна 0,48 Вт!

    – Диод серии US1 имеет максимальный обратный ток 150 мкА (при 100 °C), а при обратном напряжении 1000 В тепловая мощность составляет 0,15 Вт.

    Важно то, что здесь действует принцип положительной обратной связи: при повышении температуры увеличивается высвобождаемая мощность, что, в свою очередь, приводит к повышению температуры.

    Таким образом, тепловой режим диода, работающего в условиях тока переменной полярности, состоит из мощности, выделяемой при протекании тока вперед, мощности, выделяемой в диоде при изменении направления тока, и мощности, выделяемой при протекании тока назад:

    

    P_{VD_total} – полная мощность, рассеиваемая диодом;

    P_{VD_stat+} – мощность, рассеиваемая при протекании постоянного тока;

    P_{VD_stat-} – мощность, рассеиваемая при обратном протекании тока;

    P_{VD_trans} – мощность, рассеиваемая на диоде из-за переходных процессов.

    Последовательное и параллельное соединение диодов

    Серийное соединение

    Диоды, соединенные последовательно, увеличивают максимальное обратное напряжение V_R (Рисунок VD.11). Обратите внимание, что это увеличивает прямое падение напряжения на диодной сборке.

    Рисунок VD.11 – Диоды, соединенные последовательно для увеличения максимального обратного напряжения

    Когда к сборке прикладывается обратное напряжение, падение напряжения на диодах распределяется в соответствии с формой обратной волны каждого диода. Из-за разброса характеристик может случиться так, что на некоторых диодах сборки напряжение будет выше максимального, и один из диодов сборки выйдет из строя. Тогда общее приложенное напряжение будет распределено между оставшимися диодами, и напряжение на каждом диоде увеличится. Это с большой вероятностью приведет к постепенному выгоранию всех диодов в сборке. Для повышения надежности используются компенсационные резисторы, сопротивление которых подбирается таким образом, чтобы ток через резистор в 2-5 раз превышал максимальный ток утечки диода:

    

    V_R – максимальное постоянное напряжение, приложенное к диоду.

    I_RM – максимальный обратный ток, протекающий через диод. В расчетах необходимо учитывать ток при температуре, соответствующей рабочей температуре диода.

    Рисунок VD.12 – Последовательное соединение диодов с резисторами для компенсации обратного падения напряжения на диодах

    Параллельное подключение

    Параллельное подключение диодов может использоваться для диодов с положительным (например, на основе карбида кремния SiC) или небольшим отрицательным температурным коэффициентом выше 2 мВ/К, но с тепловой связью (размещение их на одном теплоотводе). Это делается для выравнивания токов, протекающих через диоды. На практике при параллельном соединении двух кремниевых диодов или диодов Шоттки максимальный рабочий ток не удваивается, а увеличивается на 50-70%. Это происходит из-за разницы в волновых формах диодов, так что один диод нагружен максимально, а другой “помогает”. Физика этого эффекта объясняется наличием положительной обратной связи: если через один диод протекает чуть больший ток, чем через другой, диод нагревается сильнее. Когда кремниевые диоды нагреваются, CVC изменяется таким образом, что ток увеличивается при постоянном приложенном напряжении. Это приводит к еще большему увеличению доли общего тока через этот диод. Эту положительную обратную связь можно уменьшить, используя тепловую связь между диодами, т.е. поместив их на один охлаждающий радиатор. В этом случае диод “опережения тока” будет нагревать диод “задержки” и увеличивать долю тока, протекающего через него. В общем, практичным является параллельное соединение только диодов в одной цепи в одном корпусе.

    Рисунок VD.13 – Параллельное соединение диодов для увеличения максимального рабочего тока

    Синяя толстая линия – характеристики германиевого (Ge) диода, а черная тонкая линия – характеристики кремниевого (Si) диода. Единицы измерения для осей тока и напряжения не показаны на рисунке, поскольку они зависят от конкретной марки диода.

    3.3 Импульсные диоды

    Импульсные диоды имеют короткий переходный процесс и предназначены для использования в импульсных цепях. Они отличаются от выпрямительных диодов низкой емкостьюp – n -перехода (доли пикофарад) и ряд параметров, определяющих переходную характеристику диода. Уменьшение емкости достигается за счет уменьшения площадиp – n -зона, поэтому их допустимая рассеиваемая мощность мала (3050 мВт).

    Рассмотрим воздействие на электрическую цепь, состоящую из диода ВД и резисторR (рис. 3.3) переменного импульсного напряженияU w. (Рис. 3.4,а ). Напряжение на входе цепи в момент времениt = 0 приобретает положительное значениеU m . Из-за инерционности процесса диффузии ток в диоде появляется не сразу, а увеличивается со временемt ост . В этот моментt = t 1 схема достигает стационарного состояния, в котором ток диода

    ,

    анапряжение на диодеU д =U апрель .

    На стороне t = t 2 напряжениеU вход изменяет свою поляризацию. Однако заряды, накопленные на границеp – n – Заряды, накопленные на переходе, удерживают диод открытым в течение некоторого времени, но направление тока в диоде меняется на противоположное. В принципе, в течение некоторого времениt диссипация зарядов на границеp – n – (т.е. разряд эквивалентной емкости). По истечении времени диссипацииt начинается процесс выключения диода, т.е. восстановление его блокирующих свойств.

    До времени t 3 напряжение на диоде становится равным нулю, а затем принимает противоположное значение. Процесс восстановления блокирующих свойств диода длится до тех пор, покаt 4 . В это время ток через диод становится равным нулю, а напряжение на диоде достигает -.U m . Поэтому времяt по возрастанию можно отсчитывать в обратном направлении от переходаU д через ноль, пока ток диода не достигнет нуля.

    Рассмотрение процессов включения и выключения выпрямительного диода показывает, что диод не является идеальным вентилем, а при определенных условиях имеет обратную проводимость. Эти эффекты особенно ярко проявляются при высоких частотах входного напряжения и в случае импульсных сигналов. В связи с этой особенностью работы импульсных диодов, в их технической документации, помимо параметров, характеризующих нормальный режим выпрямления, приводятся дополнительные параметры, характеризующие переходный процесс:

    максимальное прямое импульсное напряжение –U диафрагма i max ;

    максимально допустимый прямой импульсный ток –I пр и max ;

    время нарастания (t установить ) – это интервал времени с момента подачи импульса прямого напряжения на диод до достижения в диоде заданного значения прямого тока;

    время восстановления обратное сопротивление диода (t поднимается ).

• Диоды Шоттки – устройство, типы, характеристики и применение; Школа электротехники: электротехника и электроника.
• Полупроводниковые диоды.
• Биполярные транзисторы.
• Основные параметры выпрямительных диодов; Школа для инженеров-электриков: Электротехника и электроника.
• Принцип работы транзисторов Мосфета.
• Шаговые двигатели: свойства и практические схемы управления. Часть 2.
• Как работает транзистор.