Полупроводниковые диоды являются хорошими ограничителями напряжений. Если приложенное напряжение Uпр меньше обратного пробивного напряжения диода Uобр, то его динамическое сопротивление составляет десятки мегаом.
В этом случае диод закрыт и практически является изолятором. При пробое диода его динамическое сопротивление резко снижается до десятков омов (диод открыт). Открытие диода сопровождается соответствующим возрастанием обратного тока и, если его не ограничить, то, возможно, диод будет разрушен. Поэтому последовательно с диодом следует включать токоограничительное сопротивление, значение которого зависит от типа диода (не более 10—30 Ом). В некоторых случаях в качестве ограничительного сопротивления целесообразно использовать •отдельные элементы защитного прибора (индуктивности, резисторы, емкости). Открытый диод шунтирует входное сопротивление защищаемого прибора. При этом опасное напряжение на его входных зажимах не превышает пробивное обратное напряжение диода.
В электрических целях с низким уровнем передачи для ограничения опасного напряжения следует использовать прямую проводимость диода. Если напряжение, приложенное в прямом направлении диода, меньше 0,3—0,4 В, то его динамическое сопротивление составляет несколько килоом (диод закрыт). С увеличением напряжения (более 0,7—0,8 В) оно снижается, т. е. диод открывается. Хотя в этом случае динамическое сопротивление изменяется менее резко, чем при включении диода в обратном направлении, напряжение ограничивается до десятых долей вольта.
В обратном и прямом направлениях время открытия (срабатывания) диода измеряется миллимикросекундами (10-9с).
Таблица 3
Электрические параметры кремниевых стабилитронов
Стабилитрон | Напряжение стабилизации,В | Максимальный допустимый ток, мА | Максимальная мощность рас сеяния, Вт | Дифференциальное сопротивление, Ом | Емкость перехода при напряжении смещения, равном нулю, пФ | |
при токе, мА | Значение | |||||
2С133А—2С168А | 3—7,5 | 81—45 | 0,3 | 10 | 65—46 | 1000—700 |
Д808-Д813 | 7—14 | 33—20 | 0,28 | 5 | 6-18 | 400—320 |
Д814А—Д814Д | 7—14 | 40—24 | 0,34 | 5 | 11 | 440—290 |
Д815А—Д815Ж | 5,5—18 | 1400—450 | 8 | 500 | 0,6—3 | — |
Д816А—Д816В | 22—33 | 230—150 | 5 | 150 | 3—10 | — |
Таблица 4
Максимальные значения импульсных токов кремниевых стабилитронов
Для защитных целей предпочтительнее кремниевые стабилитроны (КС), имеющие крутые обратные характеристики и относительно высокую пропускную способность по току. Электрические характеристики КС приведены в табл. 3, значения разрушающего тока для некоторых типов КС — в табл. 4.
Учитывая, что волны. поперечных перенапряжений могут иметь разные полярности, для двустороннего ограничения перенапряжений следует, как правило·, использовать обратные проводимости диодов. В этом случае два КС следует включать последовательно противоположными полюсами (навстречу друг другу по проводимости) (рис. 15,а).
Для одностороннего ограничения перенапряжений целесообразно применять один диод. Чтобы он открывался в обоих направлениях одинаково (симметрично), на него следует подать отрицательное напряжение смещения, примерно равное половине значения его обратного пробивного напряжения (рис. 15,б).
В схемах защиты транзисторных усилителей целесообразно использовать прямую проводимость КС, включаемых противоположными полюсами параллельно друг другу и составляющими двухполярный (биполярный) блок (рис. 15, в). При превышении амплитудой напряжения сигналов 0,7 В следует включать два двухполярных блока последовательно (рис. 15, г).
В многоканальных системах связи необходимо применять мостовую схему с пятью (рис. 15, д) или четырьмя высокочастотными диодами и одним КС, включенным в диагональ моста (рис. 15, е). Следует заметить, что последняя схема является унифицированной, ее применяют для защиты усилителей всех типов в аппаратуру разделения каналов до 20 МГц. В этой схеме защиты использованы высокочастотные диоды Д233, имеющие емкость менее 15 пФ и выдерживающие большие импульсные токи.
Рис. 15. Схемы включения защитных диодов