Что представляет собой селеновый выпрямитель: устройство и применение

Селеновые выпрямители широко используются для преобразования переменного тока в постоянный. Уникальные свойства селеновых диодов позволяют применять их в самых разных областях: от бытовой техники до космических аппаратов.

История создания селеновых выпрямителей

Первые диоды на основе селена обладали невысокими показателями надежности и стабильности. С течением времени конструкция селеновых выпрямителей совершенствовалась, повышались их технические характеристики.

До 1950-х годов селеновые выпрямители доминировали на рынке по сравнению с германиевыми и кремниевыми аналогами. Они обладали целым рядом преимуществ:

• высокая мощность
• способность работать в жестких условиях
• относительная дешевизна

Однако в дальнейшем кремниевые диоды вытеснили селеновые выпрямители в большинстве областей за счет более высоких технических показателей.

Принцип работы селенового диода

Селеновый выпрямитель состоит из металлической пластины, на которую нанесен полупроводниковый слой селена толщиной около 50-60 микрон. Сверху на селеновый слой напыляется сплав олова, кадмия и висмута, образующий второй электрод.

При вступлении в реакцию (диффузия) селена и кадмия образуется тонкий слой селенида кадмия с электронной (n-тип) проводимостью. На границе между селеном селенидом кадмия образуется p-n-переход.

Такой переход обеспечивает одностороннюю электропроводность - ток может протекать только в прямом направлении, а в обратном встречает высокое сопротивление. Именно это свойство используется для выпрямления переменного тока в постоянный.

Если к селеновому диоду приложено прямое напряжение, электроны и дырки инжектируются в p- и n- области соответственно. p-n переход смещается в прямом направлении, его сопротивление падает, и возникает электрический ток.

При подаче же обратного напряжения p-n переход смещается в запирающем направлении, его сопротивление резко возрастает, и обратный ток практически отсутствует.

Таким образом, переменный ток, проходя через селеновый диод, преобразуется в пульсирующий выпрямленный ток одного направления.

Виды и модификации селеновых выпрямителей

Существует несколько разновидностей селеновых выпрямителей, отличающихся конструкцией и техническими характеристиками:

1. Однофазные и трехфазные выпрямители
2. Селеновые столбики высокого напряжения
3. Силовые диоды большой мощности
4. Специальные радиационно-стойкие выпрямители

Однофазные выпрямители преобразуют однофазный переменный ток в пульсирующий постоянный и состоят из одного или нескольких последовательно соединенных селеновых элементов.

В трехфазных выпрямителях используется трехфазная мостовая схема на основе селеновых диодов. Такая конструкция обеспечивает более равномерный выпрямленный ток по сравнению с однофазными аналогами.

Для выпрямления более высоких напряжений применяются селеновые столбики - последовательно соединенные стопки диодных пластин. Например, выпрямитель 15ГЕ1440У-С способен работать при напряжении до 40 кВ.

Силовые селеновые диоды

Для промышленных установок большой мощности применяются специальные силовые селеновые выпрямители. Они способны выдерживать токи в сотни ампер и могут работать в самых жестких условиях эксплуатации.

Например, выпрямитель марки 140ГЖ24ЯУ рассчитан на ток до 500 А. Такие мощные диоды используются в высоковольтном электрооборудовании подстанций, на электровозах и в других сферах.

Области применения

Благодаря уникальному комплексу положительных качеств селеновые выпрямители нашли широкое применение в различных областях:

• промышленные высоковольтные установки
• электровозы и тепловозы
• авиационная и ракетно-космическая отрасль
• военная аппаратура
• бытовая радиоэлектронная техника

Селеновый выпрямитель в ракетно-космической технике

Подключение селеновых диодов к бортовой электросети космических аппаратов и ракет позволяет преобразовывать постоянный ток от химических источников в переменный для питания различных приборов и механизмов.

Высокая радиационная стойкость делает селеновые выпрямители незаменимыми в условиях космического пространства, где воздействие жесткого излучения разрушает кремниевые диоды.

Эксплуатация селеновых выпрямителей

Для надежной работы селеновых диодов необходимо соблюдать определенные правила их подключения, эксплуатации и технического обслуживания.

В частности, требуется контролировать температурный режим (максимум +75°С), предохранять от коротких замыканий, периодически формовать выпрямители.

Перспективы развития

Несмотря на активное вытеснение кремниевыми диодами, селеновые выпрямители не утратили актуальности в целом ряде высокотехнологичных отраслей. Они сохраняют значительный потенциал для дальнейшего применения и совершенствования.