Полупроводниковые выпрямители

На рис. 213, б показана одна из конструкций плоско­стного германиевого диода. Два латунных ниппеля с вин­товой нарезкой запрессовы­ваются в пластмассу. Перед запрессовкой на один из нип­пелей напаивают кристалл, а сквозь отверстие в другом ниппеле пропускают провод­ник 3, припаянный к элек­троду, изготовленному из ин­дия. Другой конец проводни­ка запаивают на конце нип­пеля.

Германиевые диоды типа Д7Ж, применяемые в выпря­мителях,  выдерживают  обратное напряжение 400 в и пригодны для выпрямления тока 300 ма. Диоды типа Д7А выдерживают обратное напряжение 50 б и пропу­скают выпрямленный ток 300 ма.

Германиевые диоды обладают большой механической прочно­стью и при равной с селеновыми диодами мощности имеют в сотни раз меньшие размеры.

Наша промышленность выпускает кремниевые диоды. Они отли­чаются от германиевых не только материалом полупроводника, но и некоторыми преимуществами, а именно: более высокой предель­ной рабочей температурой (для германиевых диодов 70° С, для кремниевых до 150°С); обратный ток в кремниевом диоде при нор­мальной температуре в тысячу раз меньше, чем в германиевом; более высоким пробивным напряжением  (достигает сотни вольт).

Маркировка полупроводниковых диодов состоит из двух эле­ментов: первым является буква Д (диод), вторым — число, указы­вающее на применяемый материал и конструкцию диода. Так, например, диоды означают: Д1 — Д100 — германиевые точечные, Д101 — Д200— кремниевые точечные, Д201—Д300 — германиевые плоскостные, Д301 —Д400 — кремниевые плоскостные.

Выпрямительные столбы имеют обозначение Д1001 и выше.

§ 154. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

Для преобразования переменного тока в постоянный применяют полупроводниковые выпрямители.

На рис. 214, а приведена принципиальная схема однополупериодного выпрямления с применением полупро­водникового диода. К первич­ной обмотке трансформатора Тр подключен источник переменного тока. Последова­тельно со вторичной обмот­кой включены полупровод­никовый диод и приемник по­стоянного тока г. Через пер­вичную обмотку в течение одного полупериода протека­ет переменный ток в направ­лении от точки 1 к точке 2, в течение второго полуперио­да—в обратном направле­нии, т. е. от точки 2 к точке 1. Когда в точке 3 вторичной обмотки будет положитель­ный потенциал относительно точки 4, через диод и прием­ник r будет протекать ток в направлении, показанном — на схеме стрелкой (от « + » к «—»). В следующий полупе­риод, когда в точке 3 вторич­ной обмотки будет отрица­тельный потенциал относи­тельно точки 4, ток через приемник протекать не будет (поскольку диод обладает односторонней проводимо­стью). В следующие по­лупериоды процесс повто­рится.

Схема двухполупериодного выпрямления показана на рис. 214, б. К первичной обмотке трансформатора, Тр подключен источник переменного тока. В цепь вторичной обмотки включены два полу­проводниковых диода. К средней точке этой обмотки присоединена нагрузка.

Допустим, что в точке 3 вторичной обмотки в первый полупе­риод будет положительный потенциал относительно точки 5, а в точке 4 — отрицательный. Тогда ток пройдет через диод Д1, дрос­сель Др и приемник в точку 5 трансформатора. В это время диод Д2 тока не пропускает.

В течение второго полупериода потенциал на концах вторичной обмотки трансформатора изменится, в точке 3 будет отрицатель­ный потенциал, а в точке 4 — положительный. Ток пройдет через диод Д2, дроссель Др и приемник в точку 5. В это время диод Д1 тока пропускать не будет.

В следующие полупериоды процесс повторится. Таким образом, через приемник будет проходить ток в одном и том же направлении в течение каждого полупериода.

Двухполупериодное выпрямление часто осуществляется также по мостовой схеме, приведенной на рис. 214, в. В этой схеме общее напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора равно половине общего напряжения на зажимах вторичных обмоток (двух половин) обычной двухполупериодной схемы. В связи с этим на изготовление трансформатора для мостовой схемы затрачивается меньше материалов и он получается более легким и дешевым. Пер­вичная обмотка  I трансформатора Тр включена в сеть переменного тока. В цепь вторичной обмотки II включены четыре диода, а к точкам 5 и б присоединен приемник.

Допустим, что в точке 3 вторичной обмотки в первый полупе­риод потенциал положительный, а в точке 4 — отрицательный. Тог­да электрический ток пройдет от точки 3 через точку 7, диод Д2, точку 5, приемник (в направлении, указанном стрелкой), точку 6 и диод Д4 через точку 8 к точке 4 вторичной обмотки.

В течение второго полупериода полярность в точках.3 и 4 вто­ричной обмотки изменится: в точке 3 будет отрицательный потен­циал, а в точке 4 — положительный. Тогда ток пройдет от точки 4 через точку 8, диод Д1 точку 5, приемник (в том же направлении), точку 6, диод Д3 и через точку 7 к точке 3.

В каждый полупериод через приемник будет протекать ток в одном и том же направлении.

Мостовая схема выпрямления может быть собрана и без транс­форматора.

При изготовлении выпрямителя на полупроводниковых диодах необходимо иметь в виду, что полупроводниковый диод может от­дать номинальную силу выпрямленного тока только при использо­вании его в схеме однополупериодного выпрямления без сглажива­ющего фильтра, работающего на активную нагрузку.

При использовании диода в выпрямителе с фильтром, имеющем на входе конденсатор, нормальный режим работы диода обеспечивается при условии снижения выпрямленного тока в 2—2,5 раза по сравнению с номинальным. Это связано с тем, что диод длительнее загружен током.

§ 155. ТРАНЗИСТОРЫ

Транзисторы служат для тех же целей, что и ламповые триоды, т. е. для усиления и генерирования колебаний, но они по сравнению с электронными лампами обладают рядом преимуществ: очень большим сроком службы, малыми размерами, большой механиче­ской прочностью, отсутствием расхода энергии на накал, незначи­тельным собственным потреблением энергии.

Транзистор представляет собой пластинку из кремния или германия, состоящую из трех областей. Две крайние области всегда обладают одинаковым типом проводимости, а средняя — противоположной прово­димостью.

Транзисторы, у которых средняя область имеет электронную проводи­мость, сокращенно называются тран­зисторами типа р-n-р; транзисторы, у которых средняя область обладает дырочной проводимостью,— транзи­сторами типа n-р-n.

Физические процессы, происходя­щие в транзисторах двух типов, ана­логичны.

Рассмотрим работу плоскостного кремниевого транзистора типа n-р-n. Такой транзистор (рис. 215) содержит два электронно-дырочных перехода, отделяющих две крайние области с электронной проводимостью от средней области с дырочной проводимостью.

В условиях работы транзистора к левому слою прикладывается прямое постоянное напряжение, а к правому — обратное. Под действием электрического поля большая часть электронов из левой  

n-области, преодолевая р — n-переход, переходит в очень узкую среднюю р-область. Здесь большая часть электронов продолжает движение по направлению ко второму переходу. Приближаясь к нему, электроны попадают в электрическое поле, созданное внеш­ним положительным напряжением батареи Uк. Под влиянием этого поля электроны быстро втягиваются в правую n-область, что вызы­вает увеличение тока в цепи этой батареи, так как сильно снижает­ся сопротивление второго перехода.

При увеличении напряжения батареи  Uэ число электронов, дви­гающихся из левой области в среднюю, будет расти и, следователь­но, число электронов, переходящих из средней области в правую, также будет увеличиваться.

Каждая из трех областей транзистора имеет свое название: левая область, испускающая (эмиттирующая) электроны — носители за­рядов, называется эмиттером Э; правая область, собирающая носи­тели зарядов,— коллектором К, а средняя область — основанием или базой Б. В известной мере можно считать, что эмиттер по свое­му назначению подобен катоду, коллектор — аноду, а база — управ­ляющей сетке трехэлектродной лампы. Если в цепь эмиттера  включить

переменное напряжение Uс ( рис. 216), то оно будет складываться с напряжением батареи Uэ и изменять ток эмиттера. В результате этого че­рез левый эмиттерный переход будет протекать не постоянный, а пульси­рующий электрический ток.

Изменение силы тока в цепи эмиттера ΔIэ вызовет изменение тока в цепи коллектора ΔIк. Однако по­скольку не все электроны, испускае­мые эмиттером, достигают коллекто­ра, а небольшая часть из них рекомбинирует, т. е. заполняет некоторое количество дырок в средней об­ласти триода (базе), изменение силы тока в цепи коллектора ΔIк будет несколько меньше, чем в цепи эмиттера.