硅整流元件的派生元件

交流电变换为直流电称为整流。实现整流的装置就叫整流器。整流器中单方向导电的器件称整流元件。硅整流元件又称硅整流管，它是一种主要由硅单晶制成的，具有整流特性的二极半导体器件。而一种在工频50赫条件下，对反向浪涌功率没有特殊要求的硅整流元件称为普通硅整流元件（国产ZP型硅整流元件见本刊1977年第3期）。

在生产斗争和科学实验范围内，人类总是不断发展的，自然界也总是不断发展的，永远不会停止在一个水平上。近年来，人们从应用的角度不断提出许多新的要求，进而出现了一些新型的硅整流元件，它们的工作原理基本上同普通硅整流元件类似，象它的“兄弟姐妹”一样，构成硅整流元件的“家庭”，下面简单介绍一下硅整流元件“家庭”中的几个成员。

在硅整流元件空载情况下，反向施加不连续的具有一定宽度的高压大电流方脉冲，其电压峰值与电流峰值的乘积称为反向浪涌功率。雪崩硅整流元件是利用半导体P—N结雪崩效应制作的硅整流元件，并由此而得名。它突出的特点就是具有可承受较大反向浪涌功率的能力。10安雪崩硅整流元件，其反向浪涌功率大于10千瓦（脉冲宽度10微秒）。此外，它的反向雪崩击穿电压随着P—N结温度的升高而增高，提高了元件的可靠性。图1（a）为普通硅整流元件特性曲线图，图1（b）即为雪崩硅整流元件特性曲线图。目前，雪崩硅整流元件作为整流元件或过电压保护元件已应用于电力牵引、电化学、通信和直流电源等方面，使这些成套装置线路简化、重量减轻、体积缩小、造价降低，而且节约能耗和运行安全可靠。雪崩硅整流元件的型号命名为ZB型，Z表示整流特性，B表示雪崩型。它的外形及特性（除反向浪涌功率）与普通硅整流元件相同。

当普通硅整流元件应用于较高频率时，整流效率低，波形变坏甚至烧毁。为了提高元件的使用频率和改善“换向”特性，制造出了适于较高频率使用的快速硅整流元件。硅整流元件在正向导通时，内部积存有大量过剩载流子，当元件从正向转换为反向（简称“换向”）后，这些载流子在电场作用下作漂移运动，因此在换向开始的瞬间有一个较大的反向电流。经过一段时间消除了过剩电荷后，反向电流降到元件的反向漏电流值，恢复了反向阻断能力，这段时间称为反向恢复时间，它与正向电流、正向电流下降率和少数载流子寿命有关。快速硅整流元件的反向恢复时间一般在毫微秒～几微秒之间。由于快速硅整流元件反向恢复时间很短，因此有人又称之为快恢复硅整流管。快速硅整流元件主要用于频率要求较高、反向恢复时间较短的场合，如中频电源、彩色电视接收机等。它的型号命名为ZK型，Z表示整流特性，K表示快速型。

为适应某些特殊环境而制造了一种高温硅整流元件。其主要特点是在较高的环境温度下仍具有良好的整流特性，工作结温高，可达180～200℃甚至更高。如有一种额定电流70安、电压为100～600伏的高温硅整流元件，它的工作结温可达250℃。目前，高温硅整流元件电流一般不很大（几十安）电压亦较低（几百伏），它主要用于汽车、船舶、坦克等环境温度比较高的场合。

近几年发展起来的硅整流汽车发电机比旧式直流发电机有许多优点：1．低速充电性能好，容量足；2．重量轻、体积小、结构简单，保养维护方便，使用寿命长；3．防干扰能力强。汽车发电机硅整流元件就是为汽车发电机配套专用的硅整流元件，从外形上可分压入形（镶入形）和焊接形两种，见图2（a）、（b）。额定电流有6安、10安、15安等系列，工作电压有60伏、100伏两级。为便于组成三相桥式整流电路，元件的极性可分为两种，引线一端为阳极（或阴极），管壳一端则为阴极（或阳极）。极性标志有的在管壳上打印硅整流元件的图形符号，有的在引线端子上漆有红点标志阳极。压入形元件管壳制有滚花，是采用压配方式安装在汽车整流发电机中，不另装散热器。其允许温升根据汽车发电机中的环境温度和冷却条件来确定，通常应为140℃（额定结温）减去环境温度的差值即为允许的温升。元件在压入发电机机壳时，在滚花处涂以少量凡士林油，慢慢压入，切忌敲打。在使用时，电池极性接反或接线错误时，易损坏元件和调节器触头，须注意。

高压硅堆是高压硅整流堆的简称，它是由高压硅整流元件按一定条件串联后，封装于塑料或陶瓷外壳之中，见图3。高压硅堆由于具有耐高压、整流效率高、体积小、重量轻、寿命长、机械强度高、性能稳定可靠等优点，应用范围日益扩大，特别适用于军事装备和各种高压直流装置，如雷达、舰艇、飞机及加速器、X线发生器、高频加热、静电集尘、电子轰击炉、广播与通信高压直流电源等。硅堆制造方法大体有两种：一种是用低压（如1200伏）硅整流元件组装成小硅堆（10～30千伏），再由小硅堆组成大硅堆（30～300千伏）；另一种是用单个高压硅整流元件（4～6千伏）直接组成硅堆（15～300千伏）。高压硅堆有2CL系列和2DL系列。电流从几毫安～几安，电压从1～300千伏。近年来为适用于发射机、电视机等高压电源需要又出现了高频高压硅堆，最高工作频率可达100千赫，电流30～100毫安，电压15～50千伏。高压硅堆在使用中要采取过电流保护和过电压保护。过电流保护主要有快速熔断器保护、快速过流继电器保护和可控硅过流截止保护等方法；过电压保护主要有阻容吸收、硒堆吸收和避雷器吸收等方法。

它是由硅整流元件组成单相或三相桥式整流电路，全部封装在一个外壳中，并附有交流输入端子和直流输出端子（有正、负极之分）。多采用塑料封装，外形见图4。由于硅整流桥是根据单个硅整流元件的伏安特性进行挑选配对组合而成，因此整流特性稳定。安装时只要根据外壳上的标志，分别把引出线焊在整机的相应位置上即可，既省工时又易接线，而所占整机面积也大大减少。桥组输入峰值电压几十～几千伏，输出电流几百毫安～几十安。它主要用于电子仪器和自动化装置中，如计算机、雷达、示波器、超声波发生器、半导体收音机等。

随着电子技术的发展，硅整流元件的派生元件制造必然会有更快的进展和开拓出更广阔的应用领域，可以说硅整流元件的派生元件前途似锦。（张国忠）