8717

100

a)

Е

+-

Подключим к диоду внешний источник питания ЭДС (Е), как показано на рис. 7.2, а. Такое включение диода называется «прямым», при этом

источник ЭДС обусловит электрическое поле E CT (стороннее), направ-

ленное против внутреннего поля E Д.Э.С. .

Если E CT ≈ E Д.Э.С. , то через диод идет незначительный ток; если E CT > E Д.Э.С. , то «запирающий» слой пробивается, и через диод лавинообразно увеличивается ток. Диод находится в проводящем состоянии.

Подключим к диоду внешний источник питания ЭДС Е, как показано на рис. 7.2, б. Такое включение диода называется «обратным» и электриче-

ское поле E CT совпадает с внутренним полем E Д.Э.С. , что эквивалентно расширению запирающего слоя. Диод находится в непроводящем (запертом) состоянии и через него идет незначительный ток – ток «утечки» (IУТ).

Свойства диода односторонней (униполярной) проводимости в зависимости от полярности и величины приложенного напряжения используется для преобразования (выпрямления) переменного тока в постоянный.

Под вольтамперной характеристикой понимается зависимость тока I диода от величины и полярности приложенного напряжения I = f (U ) (рис.

7.3).

На вольтамперной характеристике I = f (U ) различают две области:

∙наибольшее обратное напряжение, U обр. max ;

∙наибольший обратный ток, Iобр. (ток утечки);

∙максимальная мощность Pmax (Вт), наибольшая мощность преобразования переменного тока в постоянный.

7.4. Выпрямители

Выпрямитель – это статическое устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения в постоянное.

Структурная схема выпрямителя показана на рис. 7.4

Tp ВГ Сф нагрузка

Рис. 7.4

103

Ucp, B

Ucpxx

где U cpxx – напряжение холостого хода выпрямителя;

RT и RB – сопротивления обмотки трансформатора и диода;

n– количество диодов в вентильной группе.

7.5.Схемы выпрямления

При выпрямлении переменного тока в зависимости от числа фаз сети, питающей выпрямитель, и характера нагрузки, а также требований, предъявляемых к выпрямленному току и напряжению, диоды могут быть соединены по различным схемам.

При выпрямлении однофазного переменного тока используются как одно и двухполупериодные однотактные схемы, так и двухполупериодные двухтактные схемы.

Однотактными выпрямителями являются такие, в которых ток во вторичной обмотке трансформатора в процессе выпрямления протекает только в одном направлении, в двухтактных выпрямителях – в обоих направлениях.

Аналогичным образом подразделяются схемы выпрямления трехфазного тока.

106

∙клемма «а», диод VD1, клемма «+», сопротивление нагрузки RН, клемма «минус», диод VD3, клемма «b» (рис. 7.9, б).

При отрицательной полуволне II, когда на клемме «b» – «+», а на клемме «а» – « минус», положительное направление тока через диоды будет следующим:

∙ клемма «b», диод VD2, клемма «плюс», сопротивление RН, клемма «минус», диод VD4, клемма «а» (рис. 7.9, б).

При этом происходит изменение фазы отрицательной полуволны II и она преобразуется в положительную полуволну II’. Это происходит за счет «мостового» включения диодов.

С учетом выражений (7.1 ÷ 7.5) схема характеризуется следующими параметрами:

5.η1 = 2 ; 3

6.U обр = U1m .

Рис. 7.9

107

Схема обладает достаточно качественными выходными параметрами

ишироко используется для питания различных устройств.

7.5.3.Схема однотактного трёхфазного однополупериодного

выпрямления

Схема представлена на рис. 7.10.

_

Uвых +

RH

Рис. 7.10

Схема состоит из согласующего трансформатора Т, вторичная обмотка которого соединена в «звезду» с выведенным «нулем» , трех вентилей VD1÷VD3 , включенных в каждую фазу, и сопротивления нагрузки RН.

Работа схемы аналогична работе однофазной (рис. 7.6), т.е. каждый диод находится в проводящем состоянии только при положительной полуволне в данной фазе. А так как фазы три и угол между ними равен 1200, то выпрямленное напряжение будет складываться из положительных полуволн всех трех фаз (рис. 7.11).

Uвых(B)

UСР

С учетом выражений (7.1 ÷ 7.5) схема характеризуется следующими параметрами:

1. U = 33 ×U1m ;

cp π

108

5.η1 = 1 ; 4

6.U обр = 3 ×U1m .

Схема находит широкое применение для питания электродвигателей постоянного тока, в гальванотехнике и при дуговой сварке.

7.6. Транзистор (полупроводниковый триод)

Триод – это трехслойная структура р-n-р- или n-p-n-проводимости, устройство и обозначения на электрических схемах показаны на рис. 7.12.

Рассмотрим устройство триода р-n-р проводимости. Он состоит из эмиттера, предназначенного для инжекции зарядов (дырок) и имеет небольшие размеры. Средняя часть триода – база – обладает n- проводимостью (электронной) и предназначена для регулирования потока (тока) инжектированных зарядов (дырок). База имеет незначительную толщину (рис. 7.12, а).

Инжектированные эмиттером заряды через базу поступают в третий слой – коллектор, т.е. собирателя носителей зарядов, который изготовляется существенно большего размера по сравнению с эмиттером.

Между эмиттером и базой находится эмиттерный переход П1 (рис. 7.12, б), включенный в прямом (проводящем) направлении, а между базой и коллектором – коллекторный переход П2, включенный в обратном направлении.

С помощью тока в цепи эмиттера в триоде осуществляется управление током в цепи коллектора. Обе цепи должны иметь соответствующие источники электроэнергии (рис. 7.13), источник с меньшей ЭДС ЕЭ в цепи эмиттера и источник со значительно большей ЭДС ЕК в цепи коллектора.