Послідовне і паралельне з'єднання

При випрямленні більш високих напружень доводиться з'єднувати діоди послідовно, з тим щоб зворотна напруга на кожному діоді не перевищувала граничного значення. Але внаслідок розкиду зворотних опорів у різних зразках діодів одного і того ж типу на окремих діодах зворотна напруга може виявитися вищою за граничну, що може спричинити пробій діодів. Пояснимо це прикладом.

Нехай в деякому випрямлячі амплітуда зворотної напруги становить
1000 В і застосовані діоди з
U_{зв макс} = 400 В. очевидно, що необхідно з'єднати послідовно не менше трьох діодів. Припустимо, що зворотні опори діодів
R_{зв 1} = R_{зв 2} =1 МОм, а R_{зв 3}= 3 MOM.

Зворотна напруга розподіляється пропорційно зворотним опорам, і тому вийде U_{зв 1} = U_{зв 2} = 200 В, а U_{зв 3} = 600 В. На третьому діоді (до речі, він є найкращим, оскільки у нього найбільше значення R_зв) зворотна напруга вища за граничну, і він може пробитися. Якщо це станеться, то напруга 1000 В розподілиться між діодами, що залишилися і на кожному з них буде 500 В. Ясно, що будь-який з цих діодів може пробитися, після чого вся зворотна напруга 1000 В буде прикладена до одного діода, який його не витримає. Такий послідовний пробій діодів іноді відбувається за долі секунди.

Для того щоб зворотна напруга розподілялося рівномірно між діодами незалежно від їх зворотних опорів, застосовують шунтування діодів резисторами (рис.3.13). Опори R_ш резисторів повинні бути однакові і значно менше найменшого із зворотних опорів діодів. Але разом з тим R_ш не повинен бути дуже малим, щоб понадміру не зріс струм при зворотній напрузі, тобто щоб не погіршилося випрямлення. Для розглянутого прикладу можна взяти резистори з опором 100 ком. Тоді при зворотній напрузі опір кожної ділянки кола, що складається з діода і шунтуючого резистора, буде трохи менше 100 ком і загальна зворотна напруга розділиться між цими ділянками приблизно на три рівні частини. На кожній ділянці ця напруга виявиться меншою за 400 В і діоди будуть працювати надійно. Звичайно шунтуючі резистори мають опір від декількох десятків до декількох сотень кілоом.

Паралельне з'єднання діодів застосовують в тому випадку, коли необхідно отримати прямий струм, більший за значення граничного струму одного діода. Але якщо діоди одного типу просто з'єднати паралельно, то внаслідок неоднаковості вольт-амперних характеристик вони виявляться не однаково навантаженими, а в деяких струм буде більшим граничного. Відмінність у прямому струмі у однотипних діодів може складати десятки відсотків.

Для прикладу на рис.3.14, показані характеристики прямого струму двох діодів одного і того ж типу, у яких
I_{пр mах} = 0,2 А. Нехай від цих діодів потрібно отримати прямий струм 0,4 А. Якщо їх з'єднати паралельно, то при струмі 0,2 А на першому діоді напруга буде складати 0,4 В (крива 1). А на другому діоді при такому ж значенні напруги струм буде лише 0,05 А (крива 2). Таким чином, загальний струм становитиме 0,25 А, а не 0,4 А. Збільшувати напруги на діодах не можна, оскільки в першому діоді струм стане більшим граничного значення.

З характеристик видно, що для отримання у другому діоді струму 0,2 А треба мати на ньому напругу 0,5 В, тобто на 0,1 В більше, ніж на першому діоді. Тому, щоб встановити правильний режим роботи діодів, треба підвести до них напруги 0,5 В, але послідовно з першим діодом ввімкнути вирівнюючий резистор (рис. 3.14.б) з метою поглинання зайвої для першого діода напруги 0,1 В. Ясно, що опір цього резистора R_В = 0,1 В / 0,2 А = 0,5 Ом. При наявності такого резистора обидва діоди будуть навантажені однаково струмом в 0,2 А.

Практично рідко вмикають паралельно більше трьох діодів. Вирівнювальні резистори з опором в десяті долі ома або одиниці ом звичайно підбирають експериментально до отримання в робочому режимі однакових струмів у діодах. Іноді вмикають вирівнювальні резистори з опором, в декілька разів більшим, ніж прямий опір діодів, для того щоб струм у кожному діоді визначався головним чином опором R_В. Але в цьому випадку відбувається додаткове падіння напруги на R_В, що перевищує в декілька разів пряму напругу діодів, і ККД, звичайно, знижується. Якщо небажано вмикати вирівнювальні резистори, то треба підібрати діоди з приблизно однаковими характеристиками. Однак рекомендується по можливості не вдаватися до паралельного з'єднання діодів.