整流二極管

一種將交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔艿陌雽?dǎo)體器件。通常它包含一個(gè)PN結(jié)，有正極和負(fù)極兩個(gè)端子。二極管最重要的特性就是單方向?qū)щ娦?。在電路中，電流只能從二極管的正極流入，負(fù)極流出。

整流二極管(rectifier diode)一種用于將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷陌雽?dǎo)體器件。二極管最重要的特性就是單方向?qū)щ娦?。在電路中，電流只能從二極管的正極流入，負(fù)極流出。通常它包含一個(gè)PN結(jié)，有正極和負(fù)極兩個(gè)端子。其結(jié)構(gòu)如圖所示。P區(qū)的載流子是空穴，N區(qū)的載流子是電子，在P區(qū)和N區(qū)間形成一定的位壘。外加電壓使P區(qū)相對N區(qū)為正的電壓時(shí)，位壘降低，位壘兩側(cè)附近產(chǎn)生儲(chǔ)存載流子，能通過大電流，具有低的電壓降(典型值為0.7V)，稱為正向?qū)顟B(tài)。若加相反的電壓，使位壘增加，可承受高的反向電壓，流過很小的反向電流(稱反向漏電流)，稱為反向阻斷狀態(tài)。整流二極管具有明顯的單向?qū)щ娦?。整流二極管可用半導(dǎo)體鍺或硅等材料制造。硅整流二極管的擊穿電壓高，反向漏電流小，高溫性能良好。通常高壓大功率整流二極管都用高純單晶硅制造(摻雜較多時(shí)容易反向擊穿)。這種器件的結(jié)面積較大，能通過較大電流(可達(dá)上千安)，但工作頻率不高，一般在幾十千赫以下。整流二極管主要用于各種低頻半波整流電路，如需達(dá)到全波整流需連成整流橋使用。

(1)最大平均整流電流IF：指二極管長期工作時(shí)允許通過的最大正向平均電流。該電流由PN結(jié)的結(jié)面積和散熱條件決定。使用時(shí)應(yīng)注意通過二極管的平均電流不能大于此值，并要滿足散熱條件。例如1N4000系列二極管的IF為1A。

(2)最高反向工作電壓VR：指二極管兩端允許施加的最大反向電壓。若大于此值，則反向電流(IR)劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，從而引起反向擊穿。通常取反向擊穿電?VB)的一半作為(VR)。例如1N4001的VR為50V，1N4002-1n4006分別為100V、200V、400V、600V和800V，1N4007的VR為1000V

(3)最大反向電流IR：它是二極管在最高反向工作電壓下允許流過的反向電流，此參數(shù)反映了二極管單向?qū)щ娦阅艿暮脡?。因此這個(gè)電流值越小，表明二極管質(zhì)量越好。

(4)擊穿電壓VB：指二極管反向伏安特性曲線急劇彎曲點(diǎn)的電壓值。反向?yàn)檐浱匦詴r(shí)，則指給定反向漏電流條件下的電壓值。

(5)最高工作頻率fm：它是二極管在正常情況下的最高工作頻率。主要由PN結(jié)的結(jié)電容及擴(kuò)散電容決定，若工作頻率超過fm，則二極管的單向?qū)щ娦阅軐⒉荒芎芎玫伢w現(xiàn)。例如1N4000系列二極管的fm為3kHz。另有快恢復(fù)二極管用于頻率較高的交流電的整流，如開關(guān)電源中。

(6)反向恢復(fù)時(shí)間trr：指在規(guī)定的負(fù)載、正向電流及最大反向瞬態(tài)電壓下的反向恢復(fù)時(shí)間。

(7)零偏壓電容CO：指二極管兩端電壓為零時(shí)，擴(kuò)散電容及結(jié)電容的容量之和。值得注意的是，由于制造工藝的限制，即使同一型號的二極管其參數(shù)的離散性也很大。手冊中給出的參數(shù)往往是一個(gè)范圍，若測試條件改變，則相應(yīng)的參數(shù)也會(huì)發(fā)生變化，例如在25°C時(shí)測得1N5200系列硅塑封整流二極管的IR小于10uA，而在100°C時(shí)IR則變?yōu)樾∮?00uA。

損壞原因

(1)防雷、過電壓保護(hù)措施不力。整流裝置未設(shè)置防雷、過電壓保護(hù)裝置，即使設(shè)置了防雷、過電壓保護(hù)裝置，但其工作不可靠，因雷擊或過電壓而損壞整流管。

(2)運(yùn)行條件惡劣。間接傳動(dòng)的發(fā)電機(jī)組，因轉(zhuǎn)速之比的計(jì)算不正確或兩皮帶盤直徑之比不符合轉(zhuǎn)速之比的要求，使發(fā)電機(jī)長期處于高轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，而整流管也就長期處于較高的電壓下工作，促使整流管加速老化，并被過早地?fù)舸p壞。

(3)運(yùn)行管理欠佳。值班運(yùn)行人員工作不負(fù)責(zé)任，對外界負(fù)荷的變化(特別是在深夜零點(diǎn)至第二天上午6點(diǎn)之間)不了解，或是當(dāng)外界發(fā)生了甩負(fù)荷故障，運(yùn)行人員沒有及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的操作處理，產(chǎn)生過電壓而將整流管擊穿損壞。

(4)設(shè)備安裝或制造質(zhì)量不過關(guān)。由于發(fā)電機(jī)組長期處于較大的振動(dòng)之中運(yùn)行，使整流管也處于這一振動(dòng)的外力干擾之下;同時(shí)由于發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速時(shí)高時(shí)低，使整流管承受的工作電壓也隨之忽高忽低地變化，這樣便大大地加速了整流管的老化、損壞。

(5)整流管規(guī)格型號不符。更換新整流管時(shí)錯(cuò)將工作參數(shù)不符合要求的管子換上或者接線錯(cuò)誤，造成整流管擊穿損壞。

(6)整流管安全裕量偏小。整流管的過電壓、過電流安全裕量偏小，使整流管承受不起發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路中發(fā)生的過電壓或過電流暫態(tài)過程峰值的襲擊而損壞。

整流堆還有一個(gè)名字叫做整流橋，它可以將交流電變成直流電。

交流電AC的波形是這樣的：

分析一：

但是由于整流橋是有四個(gè)二極管組成的，而二極管是有截止電壓(約0.7V)的，所以通過單獨(dú)的二極管出來的波形是：

二極管在[0，π]之間的導(dǎo)通角是t，小于π。

經(jīng)整流橋之后的電阻上的電壓波形為(輸出電壓明顯比交流電兩端電壓小，他們之間的關(guān)系(針對分析一圖來說)是U1=0.9U2，其中U1是經(jīng)整流橋堆后的輸出電壓，U2是AC的輸入電壓)：

分析二：

如果在負(fù)載上并聯(lián)一個(gè)電容時(shí)，負(fù)載和電容上的電壓變化一致：

為什么是這樣的呢?

因?yàn)殡娙菥哂谐浞烹姷淖饔茫梢詾樨?fù)載提供電壓。當(dāng)整流堆中的二極管導(dǎo)通時(shí)電容開始充電，等交流電壓過完峰值后低于0.7的截止電壓，電路就不通了，此時(shí)電容上的電壓達(dá)到峰值并停止充電，電容與負(fù)載形成閉合回路，電容開始為負(fù)載提供電壓以維持負(fù)載正常工作。當(dāng)在交流電的負(fù)半周期和正半周期工作是一樣的，故有上圖。

整流橋的二極管的反向耐壓應(yīng)該至少是負(fù)載電壓的二倍，因?yàn)楫?dāng)在交流電的負(fù)半周期工作時(shí)，二極管反向壓差是2*sqrt(2)*Uac，如果反向電壓過大，二極管將會(huì)永久性損壞，不能正常呈現(xiàn)二極管的特性。二極管的電流是負(fù)載電流的一半，因?yàn)樵谝粋€(gè)工作周期中，每只二極管僅僅工作了半個(gè)周期，也就是前半周期的電流是流過其中兩個(gè)二極管中提供的，后半期的電流是流過另兩個(gè)二極管電流提供的。

這是整流堆的datasheet，其中40代表是4安培，05，1，2，。..。..是指反向耐壓值。

有效電壓：如果在兩個(gè)電阻上分別接入一個(gè)交流電壓和一個(gè)直流電壓，在相同時(shí)間發(fā)熱量相同，也就是功率相等，則就把這個(gè)直流電壓等效為這個(gè)交流電壓的有效值。

surge current是浪涌電流，如果半個(gè)周期內(nèi)通過二極管的浪涌電流大于8.3ms，二極管將會(huì)被永久損壞。

二極管的伏安特性曲線，電阻是變化的。

從該圖中我們可以看出在100°以下，二極管上的電流基本不變，當(dāng)大于100°時(shí)，二極管承受的電流逐漸下降，故我們在設(shè)計(jì)二極管工作溫度時(shí)，盡可能在100°以下。