Введение
Металлический выпрямитель — это ранний тип полупроводникового выпрямителя, в котором в качестве полупроводника используется оксид меди, германий или селен. Они применялись в силовых устройствах для преобразования переменного тока в постоянный ток, например, в радиоприемниках и зарядных устройствах. Компания Westinghouse Electric была крупным производителем этих выпрямителей с конца 1920-х годов под торговой маркой Westector (в настоящее время используемой компанией Westinghouse Nuclear для обозначения устройства защиты от перегрузки по току). В некоторых странах термин "металлический выпрямитель" применяется ко всем подобным устройствам, в других — термин "металлический выпрямитель" обычно относится к типам на основе оксида меди, а "селеновый выпрямитель" — к типам на основе железа и селена.
Описание
Металлические выпрямители состоят из дисков, напоминающих шайбы, из разных металлов – меди (с оксидным слоем, обеспечивающим выпрямление), стали или алюминия, покрытых селеном. Диски часто разделены втулками-прокладками для обеспечения охлаждения.
Режим работы
Принцип работы металлического выпрямителя связан с современными полупроводниковыми выпрямителями (диодами Шоттки и p–n диодами), но несколько сложнее. И селен, и оксид меди являются полупроводниками, которые на практике легируются примесями в процессе производства. При нанесении на металлы можно было бы ожидать образования простого металл-полупроводникового перехода и ректификации, обусловленной барьером Шоттки. Однако это не всегда так: ученый С. Погански в 1940-х годах обнаружил, что лучшие селеновые выпрямители фактически представляют собой полупроводниковые переходы между селеном и тонким слоем селенида кадмия, образующимся из кадмиево-оловянного металлического покрытия в ходе обработки. В любом случае, результатом является образование обедненной области в полупроводнике со встроенным электрическим полем, которое и обеспечивает выпрямляющее действие.
Выступление
По сравнению с более поздними кремниевыми или германиевыми приборами, медные оксидные выпрямители, как правило, имели низкую эффективность, а максимальное обратное напряжение редко превышало несколько вольт. Для получения достаточного напряжения обратного пробоя требовалось использовать несколько выпрямительных дисков, соединенных последовательно – например, для зарядного устройства на 12 В часто использовалось 12 металлических выпрямителей. Селеновые выпрямители обычно были более эффективными, чем выпрямители на основе оксидов металлов, и могли работать с более высоким напряжением. Однако их изготовление требовало значительно большего мастерства.
Радиоприемники
Металлические выпрямители также использовались в качестве диодов-детекторов огибающей (АМ-демодуляторов) в радиоприемниках. WX6 Westector был типичным примером. Он имел размер и форму батарейки AAA, с резьбовыми выводами на каждом конце для подключения. Селеновые выпрямители когда-то широко использовались в качестве высоковольтных выпрямителей в радио- и телевизионных приемниках без трансформаторов, до появления более дешевых кремниевых диодов. Хотя они были достаточно эффективны в этом применении (по крайней мере, по сравнению с ламповыми выпрямителями), их внутреннее сопротивление имело тенденцию возрастать с течением времени. Помимо снижения доступного высокого напряжения, это приводило к их перегреву и появлению неприятного запаха из-за испарения селена.
Телевизоры и фотокопировальные машины
Специально разработанные селеновые выпрямители когда-то широко использовались в качестве высоковольтных выпрямителей в телевизорах и фотокопировальных аппаратах. Слой селена наносился на лист мягкой железной фольги, из которой вырезались тысячи крошечных дисков (обычно диаметром 2 мм), которые затем собирались в "стопки" внутри керамических трубок. Таким образом можно было создавать выпрямители, способные выдавать десятки тысяч вольт. Их внутреннее сопротивление было очень высоким, но для большинства применений, требующих высокого напряжения, достаточно было нескольких сотен микроампер, поэтому это обычно не представляло проблемы. С развитием недорогих высоковольтных кремниевых выпрямителей эта технология устарела.
Электролиз
Металлические выпрямители были заменены кремниевыми диодами в большинстве устройств, однако существуют определенные области применения, где замена металлических выпрямителей на кремниевые оказалась нецелесообразной. Это в основном относится к электролитическому осаждению, плавке алюминия и аналогичным промышленным применениям с высоким током и низким напряжением, где меньшее прямое падение напряжения на металлических выпрямителях важнее, чем их обратное пробивное напряжение.