Выпрямительные модели с p-n-переходом работают при напряжениях до 1000 В и токах до 10 А. Их ставят в блоках питания, где требуется односторонняя проводимость. Кремниевые варианты выдерживают нагрев до +175°C, германиевые – до +85°C, но имеют меньшие потери при малых напряжениях.
Стабилитроны поддерживают постоянное напряжение в диапазоне 2–200 В. Например, BZX55-C5V1 фиксирует 5.1 В с точностью ±5%. Их применяют в защитных цепях и источниках опорного напряжения. Для импульсных схем подходят TVS-модели, которые срабатывают за наносекунды.
Светодиоды на основе арсенида галлия излучают в диапазоне 450–700 нм. Красные AlGaInP-структуры дают 620–750 нм с КПД до 40%. В УФ-диапазоне (260–400 нм) используют нитрид галлия, но их эффективность не превышает 15%.
В СВЧ-цепях применяют лавинно-пролётные варианты, генерирующие частоты до 300 ГГц. PIN-модели управляют мощностью сигнала в телекоммуникационных системах, вводя собственный слой между областями p- и n-типа.
Классификация и назначение
Выпрямительные: Работают с переменным током, преобразуя его в постоянный. Используются в блоках питания, зарядных устройствах. Максимальный ток – до 10 А, обратное напряжение – до 1000 В. Пример: 1N4007.
Стабилитроны: Поддерживают постоянное напряжение при изменении тока. Применяются в стабилизаторах, защитных схемах. Диапазон напряжений – от 2,4 В до 200 В. Популярные модели: BZX55, 1N4733.
Варикапы: Меняют ёмкость в зависимости от приложенного напряжения. Используются в перестраиваемых фильтрах, генераторах. Ёмкость варьируется от 10 пФ до 500 пФ. Пример: KV1236.
Светодиоды: Преобразуют электрический ток в свет. КПД выше 50%, срок службы – до 100 000 часов. Применяются в индикаторах, подсветке, осветительных приборах. Яркость зависит от материала: InGaN (синий, зелёный), AlGaInP (красный, жёлтый).
Лавинные: Работают при обратном пробое, защищая цепи от перенапряжений. Скорость срабатывания – менее 1 нс. Используются в высоковольтных схемах. Пример: P6KE.
Туннельные: Обладают отрицательным сопротивлением. Применяются в генераторах высокочастотных сигналов. Диапазон частот – до 100 ГГц. Модели: 1N3716, 1N3717.
Выпрямительные диоды: принцип работы и использование в блоках питания
Для преобразования переменного тока в постоянный в схемах питания применяют выпрямительные элементы с p-n переходом. Они пропускают ток только в одном направлении, отсекая обратную полуволну.
Как работает выпрямительный переход
- При прямом смещении (анод «+», катод «–») сопротивление падает до 0,5–1 Ом, ток свободно проходит.
- При обратном смещении (анод «–», катод «+») сопротивление достигает 1–100 МОм, ток блокируется.
- Пороговое напряжение для кремниевых моделей – 0,7 В, для германиевых – 0,3 В.
Где применяют
В блоках питания используют три схемы выпрямления:
- Однополупериодная – один переход, КПД 40–45%, подходит для маломощных устройств.
- Двухполупериодная со средней точкой – два элемента, КПД 60–70%, требует симметричной обмотки трансформатора.
- Мостовой выпрямитель – 4 перехода, КПД 80–90%, стандарт для сетевых адаптеров и компьютерных БП.
Примеры популярных моделей:
- 1N4007 – ток 1 А, обратное напряжение 1000 В;
- FR207 – быстрый восстановительный, 2 А, 1000 В;
- КД202 – советский аналог, 5 А, 600 В.
Для импульсных источников выбирайте элементы с временем восстановления менее 50 нс (например, UF4007). В высоковольтных схемах используйте последовательное включение с выравнивающими резисторами.
Стабилитроны и варикапы в схемах защиты и настройки частоты
Для стабилизации напряжения в цепях с колебаниями питания используйте стабилитроны с напряжением пробоя на 10-20% выше рабочего. Например, в схемах на 5 В подойдут модели на 5,6-6,2 В (1N4735A, BZX55C5V6).
В импульсных блоках питания применяйте двуханодные стабилитроны (BZX84C) для защиты MOSFET от выбросов. Порог срабатывания выбирайте на 30% выше максимального напряжения сток-исток.
Варикапы типа BBY40 меняют ёмкость от 2 до 40 пФ при изменении обратного напряжения 1-30 В. В контурах ЧМ-радиоприёмников это позволяет регулировать частоту без механических элементов.
В синтезаторах частот используйте пары варикапов (KV1236) с идентичными параметрами для симметричной подстройки. Разброс характеристик не должен превышать 5%.
Для защиты входов АЦП устанавливайте стабилитроны с временем срабатывания менее 1 нс (P6KE6.8CA) параллельно сигнальной линии. Рассеиваемая мощность – от 400 Вт в импульсе.
Выпрямительные модели: как выбрать и где использовать
Для преобразования переменного напряжения в постоянное в блоках питания подходят 1N400x (до 1 А) и 1N540x (до 3 А). Корпус DO-41 выдерживает нагрев до +175°C, а время восстановления обратного сопротивления – не более 50 нс.
В схемах с высокой частотой (свыше 20 кГц) применяйте FR-диоды: UF4007 снижает потери на 30% по сравнению с аналогами. При монтаже на радиатор соблюдайте полярность – ошибка приводит к пробою за 2-3 секунды при нагрузке от 5 А.
В импульсных преобразователях используйте модели с барьером Шоттки (SB560, SR5200). Их прямое падение напряжения – 0,3 В против 0,7 В у кремниевых вариантов. Ограничение: максимальное обратное напряжение редко превышает 100 В.
