Точечные и плоскостные

Точечные — это маломощные вентили, которые используются только в измерительных приборах или в цепях управления.

Для получения значительных величин выпрямленного тока используются плоскостные германиевые вентили, у которых достаточно велика поверхность выпрямляющего контакта.

Устройство плоскостного германиевого вентиля ВГ-10 показано на рис. 2.5.

На медной пластине 1 расположен кристаллодержатель 2 с пластинкой кристаллического германия.

Поверх германия наплавлен индий 3, атомы которого диффундируют в германий, создавая слой примесного полупроводника.

Между слоями кристаллического германия и слоем примесного полупроводника образуется переход, обуславливающий выпрямляющее действие вентиля.

Поверх индия наплавляется токосъемная шайба 4, от которой отходит гибкий проводник 5, соединенный с выводом 6 (анодный вывод).

От пластины 1 отходит второй вывод 7 (катодный вывод).

Для защиты вентиля от влияния влаги, содержащейся в окружающей среде, применяется герметический корпус 8. Нижняя часть корпуса плотно закреплена в медной пластине, а верхняя часть несет изолятор 9, сквозь который проходит анодный вывод.

Верхний и нижний выводы выполнены в виде болтов, на которых закрепляются отходящие провода. Прямым направлением является направление от индия к германию.

J Германиевые вентили выгодно отличаются от селеновых тем, что имеют меньшие габариты и могут изготавливаться на обратные напряжения в несколько сот вольт, обладают очень малыми потерями (их КПД достигает 0,95÷0,98) и срок службы их исчисляется многими десятками тысяч часов.

L Недостатком германиевых вентилей является их чувствительность к перегрузке. В связи с этим принимаются конструктивные меры, обеспечивающие интенсивное охлаждение германиевых вентилей: естественное (посредством радиаторов) или искусственное (воздушное или водяное).

· Германиевые вентили чувствительны к повышенной температуре и повышенному обратному напряжению.

· Обратный ток у германиевого вентиля достигает всего нескольких миллиампер при нормальной величине обратного напряжения.

· С повышением последнего обратный ток резко возрастает и наступает пробой вентиля. Даже кратковременные перенапряжения могут вывести вентиль из строя.

· Повышение температуры также приводит к понижению пробивного напряжения. В связи с этим в условиях повышенных температур надо применять более низкие обратные напряжения.

· Не менее чувствительны германиевые вентили и к превышению величины допустимого выпрямленного тока.

· Превышение последнего может вызывать перегрев вентиля, в результате которого может наступить тепловой пробой его. Эти свойства германиевых вентилей нельзя упускать из виду при эксплуатации.

· Положительным свойством германиевых вентилей является то, что они не подвержены старению и расформовке, поэтому пока их срок службы не истек, они всегда готовы к работе.

· Срок службы их при нормальных условиях эксплуатации достигает нескольких десятков тысяч часов.

Германиевые вентили изготавливаются разной мощности.

Маломощные вентили типа Д7 (от Д7А до Д7Ж) выпускаются на средний ток нагрузки 0,1—0,3 А и обратные напряжения от 50 до 400 В.

Средние значения обратного тока составляют 0,3—0,5 мА, а прямое падение напряжения 0,3—0,5 В.

Вентили средней мощности(типа Д302—Д305) рассчитаны на ток от 1 до 10 А и на обратное напряжение от 200 до 50 В (чем больше прямой ток, тем меньше допустимое обратное напряжение); обратный ток находится в пределах 1—3 мА, а прямое падение напряжения составляет 0,25— 0,30 В. Размеры вентилей Д302—Д305 даны на рис. 2.6. Эти вентили имеют металлический корпус; для крепления на токоотводящем шасси у них предусмотрен винт. Рабочая температура лежит в пределах от —60 до +70°С.

Наибольшая масса вентиля — 16 г. Диаметр радиатора у ДЗОЗ — 60 мм, у Д305 — 150 мм.

У мощных германиевых вентилей (тип от ВГ-10-45 до ВГ-10-150), рассчитанных на среднее значение прямого тока 4 А, можно повысить снимаемый ток до 10 А при условии искусственного охлаждения. Вентили типа от ВГ-50-15 до ВГ-50-150, рассчитанные на ток нагрузки в 20 А, можно нагрузить до 50 А также при искусственном охлаждении. Последние числа (15, 45 и 150) в условном обозначении данных вентилей указывают величину предельно допустимого обратного напряжения.

Средние значения прямого падения напряжения сохраняются в узких пределах (0,25—0,39 В для ВГ-10 и 0,38—0,46 В для ВГ-50) при любых указанных для них нагрузках. У всех вентилей типа ВГ значение обратного тока одинаково и не превышает 4 мА.

è Кремниевые вентили

Кремниевые вентили изготавливаются из кремния очень высокой чистоты. Получение такого кремния задача достаточно трудная.

Для изготовления кремниевых полупроводниковых диодов обычно применяется кремний с добавлением примесей, например, бора или алюминия.

В количественном отношении эти примеси составляют примерно сотые доли процента.

Принципиально устройство кремниевого вентиля напоминает устройство германиевого, но вместо германия применяется пластинка чистого кристаллического кремния, на которую наплавляется, например, алюминий.

С другой стороны пластинку кремния покрывают токосъемным сплавом серебра с сурьмой, который обладает таким же коэффициентом теплового расширения, как кремний. Проводящим направлением является направление от алюминия к кремнию.

Прямое падение напряжения у кремниевых вентилей достигает величины 0,8+1,2 В, т. е. примерно в 2—2,5 раза больше, чем у германиевых вентилей. Обратный ток у кремниевых вентилей очень мал, а допустимые величины обратного напряжения значительно больше, чем у германиевых вентилей и достигают 600 В и более. Как и у всех полупроводниковых вентилей, обратное напряжение имеет свой допустимый предел, превышение которого может вызвать пробой вентиля. Обычно номинальное обратное напряжение в два раза меньше его критического значения.

J Достоинством кремниевых вентилей является их способность, переносить изменение окружающей температуры в достаточно широком диапазоне (от —40 до +140°С) при соответствующем снижении нагрузки, когда температура превышает +35°С.

Наличие кремниевых вентилей на повышенное обратное напряжение позволяет выпрямлять достаточно высокие напряжения без необходимости соединять несколько вентилей последовательно.

В связи с этим не только упрощается схема, но и повышается общий КПД. выпрямительной установки по сравнению с такой же выпрямительной установкой, но на германиевых вентилях.

Кремниевые вентили так же, как и германиевые, обладают малыми габаритами и работают при больших плотностях тока. Поэтому для их эффективного и надежного использования требуется обеспечение интенсивного охлаждения; при небольших нагрузках, это достигается применением радиаторов, а при больших — принудительным охлаждением.

Кремниевые вентили, как и германиевые, заключены в герметичный корпус, поэтому они хорошо защищены от влияния влажности окружающей среды. Они не боятся тряски, но подвержены старению и расформовке и очень чувствительны ко всякого рода перегрузкам (как по току, так и по напряжению), даже если эти перегрузки кратковременны.

В связи с этим они должны иметь, особо быстродействующую защиту.

На рис. 2.7 показан внешний вид нескольких типов кремниевых вентилей с указанием некоторых размеров.

Кремниевые вентили типа Д203—Д226 изготавливаются на токи от 0,1 до 10 А.

Рис. 2.7. Кремниевые вентили: а— маломощные диоды типа Д202—Д205; б—то же, типа Д226 и ДЙ26А; в— мощные вентили типа ВК-50 с радиатором; г— то же, типа ВК-200 1—вентиль; 2 —радиатор

Предельные обратные напряжения, которые допускают некоторые из них (главным образом те, что рассчитаны на малые токи нагрузки) достигают 500—600 В. При больших токах нагрузки предельные обратные напряжения не превышают 200 В. Среднее значение обратного тока у этого типа вентилей лежит в пределах 0,1—0,5 мА, а средняя величина прямого падения напряжения сохраняется на уровне 1 В.

Более мощные кремниевые вентили (тип ВК) изготавливаются на обратные напряжения от 50 до 400 В.

Полное обозначение вентиля складывается из букв и чисел:

ü ВК — вентиль кремниевый);

ü следующее за буквенным обозначением число (10; 25; 50 или 200) — это величина прямого тока в амперах;

ü второе число указывает класс вентиля по обратному напряжению;

ü четвертый знак — буква (А, Б или В) указывает, к какой группе по падению напряжения вентиль относится.

Например, обозначение вентиля ВК-25-4-В расшифровывается так: вентиль кремниевый, на выпрямленный ток 25 А, обратное напряжение 400 В, прямое падение напряжения (группа В) в пределах 0,61—0,7 В.