Dioda je jedna od vrsta uređaja dizajniranih na bazi poluvodiča. Ima jedan pn spoj, kao i anodne i katodne terminale. U većini slučajeva dizajniran je za modulaciju, ispravljanje, konverziju i druge radnje s dolaznim električnim signalima.

Princip rada:

1. Struja djeluje na katodu, grijač počinje svijetliti, a elektroda počinje emitirati elektrone.
2. Između dve elektrode nastaje električno polje.
3. Ako anoda ima pozitivan potencijal, tada počinje privlačiti elektrone k sebi, a rezultirajuće polje je katalizator ovog procesa. U tom slučaju se stvara emisiona struja.
4. Između elektroda formira se negativan prostorni naboj koji može ometati kretanje elektrona. To se događa ako je anodni potencijal preslab. U tom slučaju neki od elektrona nisu u stanju da savladaju utjecaj negativnog naboja i počinju se kretati u suprotnom smjeru, vraćajući se ponovo na katodu.
5. Svi elektroni, koji je stigao do anode i nije se vratio na katodu, određuju parametre katodne struje. Stoga ovaj pokazatelj direktno ovisi o pozitivnom anodnom potencijalu.
6. Protok svih elektrona, koji su mogli doći do anode, naziva se anodna struja, čiji indikatori u diodi uvijek odgovaraju parametrima katodne struje. Ponekad oba indikatora mogu biti nula; to se dešava u situacijama kada anoda ima negativan naboj. U ovom slučaju, polje koje nastaje između elektroda ne ubrzava čestice, već ih, naprotiv, usporava i vraća na katodu. Dioda u ovom slučaju ostaje u zaključanom stanju, što dovodi do otvorenog kruga.

Iako su ove greške rijetke, morate imati na umu da su to sve mogućnosti, kao i dioda koja se prekida i ne radi kada se kroz nju prođe velika struja. Također treba imati na umu da je dioda napravljena od materijala koji se lako lome. Jedina stvar koja ih drži zajedno je tijelo diode.

Ako se tijelo diode proširi, veza se otvara. Takođe: Kako radi kondenzator. Na ovim stranicama naći ćete mnogo korisnog materijala o "elektronici općenito". Pri ovom malom pozitivnom naponu, praktički nema prednje struje. Sa pozitivnim naponom na njegovim terminalima, kažemo da je dioda nagnuta naprijed. Dioda je nagnuta prema naprijed kada je njen napon bilo gdje na pozitivnoj strani napona izvora.

Uređaj

U nastavku slijedi opis strukture diode, proučavanje ovih informacija je neophodno za dalje razumijevanje principa rada ovih elemenata:

Kažemo da je dioda obrnuta. U obrnutom smjeru struja je vrlo blizu nuli, uvijek blago negativna, ispod ose napona. Postoji mali dio struje koji teče kada je dioda obrnuto prednapeta. To nazivamo reverznom strujom zasićenja. U većini situacija ovo je dovoljno blizu nuli da se može zanemariti.

U nekim slučajevima, reverzna struja zasićenja postaje važna i date joj ime koje loše zvuči: struja curenja. Obrnuta dioda ne može trajati vječno. Tokom kvara, struja naglo raste i postaje vrlo visoka u negativnom smjeru.

1. Okvir je vakuumski cilindar koji može biti napravljen od stakla, metala ili izdržljive keramike.
2. Unutar cilindra postoje 2 elektrode. Prva je zagrijana katoda, koja je dizajnirana da osigura proces emisije elektrona. Najjednostavnija katoda u dizajnu je filament malog promjera, koji se zagrijava tijekom rada, ali danas su indirektno zagrijane elektrode češće. Oni su cilindri napravljeni od metala i imaju poseban aktivni sloj sposoban da emituje elektrone.
3. Unutar katode indirektna toplota Postoji specifičan element - žica koja svijetli pod utjecajem električne struje, zove se grijač.
4. Druga elektroda je anoda, potrebno je prihvatiti elektrone koje je otpustila katoda. Da biste to učinili, mora imati potencijal koji je pozitivan u odnosu na drugu elektrodu. U većini slučajeva, anoda je također cilindrična.
5. Obe elektrode Vakuumski uređaji su potpuno identični emiteru i bazi poluvodičkih elemenata.
6. Za izradu diodnog kristala Najčešće se koristi silicijum ili germanijum. Jedan od njegovih dijelova je p-tipa električno provodljiv i ima nedostatak elektrona, koji se formira umjetnom metodom. Suprotna strana kristala također ima provodljivost, ali je n-tipa i ima višak elektrona. Postoji granica između dva regiona, koja se naziva p-n spoj.

Takve karakteristike unutrašnje strukture daju diodama njihovo glavno svojstvo - sposobnost provođenja električne struje samo u jednom smjeru.

Zahvaljujući dvije elektrode, naziva se dioda. Tada se smatra da je dioda usmjerena naprijed. U ovom stanju, visina potencijalne barijere na spoju se smanjuje za iznos jednak specificiranom prednaponu prednapona. Pod pretpostavkom da će struja koja teče kroz diodu biti vrlo velika, dioda se može aproksimirati kao kratkospojni prekidač. U ovom stanju, vrijednost jednaka naponu obrnutog prednapona povećava visinu potencijalne barijere na spoju. Međutim, proces se ne može nastaviti beskonačno, tako da mala struja nastavlja teći u diodi, što se naziva reverzna struja zasićenja.

Svrha

Ispod su glavna područja primjene dioda, iz kojih postaje jasna njihova glavna svrha:

1. Diodni mostovi su 4, 6 ili 12 dioda spojenih jedna na drugu, njihov broj ovisi o vrsti kola, koje može biti jednofazno, trofazno polumostno ili trofazno punomostno. Oni obavljaju funkcije ispravljača, ova opcija se najčešće koristi, budući da je uvođenje takvih mostova, kao i upotreba četkicno-kolektorskih jedinica s njima, omogućilo značajno smanjenje veličine ovog uređaja i povećanje njegove pouzdanost. Ako je veza napravljena u seriji iu jednom smjeru, to povećava minimalni napon potreban za otključavanje cijelog diodnog mosta.
2. Diodni detektori dobijaju se kombinovanjem ovih uređaja sa kondenzatorima. Ovo je neophodno kako bi se mogla izolovati niskofrekventna modulacija od različitih moduliranih signala, uključujući i amplitudno moduliranu raznolikost radio signala. Takvi detektori su dio dizajna mnogih kućanskih aparata, poput televizora ili radija.
3. Osiguravanje zaštite potrošača od nepravilnog polariteta pri uključivanju ulaza kola od nastalih preopterećenja ili prekidača od kvara elektromotornom silom koja nastaje prilikom samoindukcije, a koja nastaje kada se induktivno opterećenje isključi. Kako bi se osigurala sigurnost krugova od preopterećenja koja se javljaju, koristi se lanac koji se sastoji od nekoliko dioda povezanih na sabirnice napajanja u obrnutom smjeru. U tom slučaju, ulaz na koji je obezbeđena zaštita mora biti povezan sa sredinom ovog lanca. Tokom normalnog rada kola, sve diode su u zatvorenom stanju, ali ako otkriju da je ulazni potencijal prešao granice dozvoljenog napona, aktivira se jedan od zaštitnih elemenata. Zbog toga je ovaj dozvoljeni potencijal ograničen unutar dozvoljenog napona napajanja u kombinaciji sa direktnim padom napona na zaštitnom uređaju.
4. Prekidači, kreirani na bazi dioda, koriste se za prebacivanje signala visokih frekvencija. Ovakvim sistemom se upravlja pomoću jednosmjerne električne struje, visokofrekventnog odvajanja i dovoda upravljačkog signala, koji se javlja zbog induktivnosti i kondenzatora.
5. Izrada diodne zaštite od varnica. Koriste se šant-diodne barijere koje pružaju sigurnost ograničavanjem napona u povezanom električnom kolu. U kombinaciji s njima koriste se otpornici za ograničavanje struje, koji su neophodni za ograničavanje električne struje koja prolazi kroz mrežu i povećanje stupnja zaštite.

Upotreba dioda u elektronici danas je vrlo raširena, jer gotovo nijedna moderna vrsta elektroničke opreme ne može bez ovih elemenata.

Ova struja je zanemarljiva; dioda se može aproksimirati kao prekidač otvoreno-zatvoreno. Strujno-naponske karakteristike diode objašnjene su sljedećim jednadžbama. Rice. - Stanje pomaka naprijed. Rice. - Uslov obrnutog pristrasnosti. Tablični prikaz različitih prednjih struja dobijenih za različite napone naprijed.

• Da biste dobili graf u inverznoj domeni, zamijenite voltmetar nanoampmetrom.
• Voltmetar ima manji otpor opterećenja u odnosu na diodu.
• Struja djeluje duž kratke dužine otpora.
• Uzmite grafički list i podijelite ga na 4 jednaka dijela.
• Označite ishodište u sredini grafikona.
• U ovom slučaju eksperiment ne prelazi očitanja diode.

Rezultati: učenici mogu.

Direktna diodna veza

Na p-n spoj diode može utjecati napon koji se dovodi iz vanjskih izvora. Indikatori kao što su veličina i polaritet će uticati na njegovo ponašanje i električnu struju koja se provodi kroz njega.

I-V karakteristike i ispravljačka dioda

Šta su trovalentne i petovalentne nečistoće? Trovalentne nečistoće koje formiraju p-tip: aluminijum, galijum, bor i indijum. . Obrnite polaritet napona i djeluje kao kratki spoj. Šta je jednačina diodne struje? Izraz dinamičkog otpora?

Šta se podrazumeva pod unutrašnjim poluprovodnikom? Koji je redoslijed energetskog jaza u čistom poluprovodniku? Šta je ekstrinzični poluprovodnik? Šta je dopirani poluprovodnik? Koje su dvije različite vrste nečistoća? Koji su nosioci naboja u čistom poluprovodniku? Kakav je uticaj temperature na provodljivost poluprovodnika? Šta se podrazumeva pod ravnim nagibom? Šta znači obrnuta pristrasnost? Šta je obrnuti slom? Koji se poluvodički materijali koriste? Koliko je valentnih elektrona prisutno u svakom atomu poluvodiča?

U nastavku ćemo detaljno razmotriti opciju u kojoj je pozitivni pol spojen na područje p-tipa, a negativni pol na područje n-tipa. U ovom slučaju doći će do direktnog prebacivanja:

1. Pod naponom iz vanjskog izvora će se formirati električno polje u p-n spoju, a njegov smjer će biti suprotan od unutrašnjeg difuzijskog polja.
2. Napon polja značajno će se smanjiti, što će uzrokovati oštro sužavanje sloja barijere.
3. Pod uticajem ovih procesa značajan broj elektrona će se moći slobodno kretati iz p-područja u n-područje, kao iu suprotnom smjeru.
4. Indikatori struje pomaka tokom ovog procesa ostaju isti, jer direktno zavise samo od broja manjinskih naelektrisanih nosilaca koji se nalaze u oblasti pn spoja.
5. Elektroni imaju povećan nivo difuzije, što dovodi do ubrizgavanja manjinskih nosača. Drugim riječima, u n-području će doći do povećanja broja rupa, au p-području će se bilježiti povećana koncentracija elektrona.
6. Nedostatak ravnoteže i povećan broj manjinskih nosača uzrokuje da idu duboko u poluvodič i miješaju se s njegovom strukturom, što na kraju dovodi do uništenja njegovih svojstava električne neutralnosti.
7. Semiconductor istovremeno je u stanju vratiti svoje neutralno stanje, to se događa zbog primanja naboja iz povezanog vanjskog izvora, što doprinosi pojavi istosmjerne struje u vanjskom električnom kolu.

Reverzna veza diode

Koliki je statički otpor diode? Koliki je dinamički otpor diode? Napišite jednadžbu za struju diode. Kada struja teče samo u jednom smjeru i pad napona na diodi je uvijek 7 V, napon na anodi bi trebao biti oko 6 V veći od napona na katodi. Kažemo da je dioda u prednaponu.

Kada se napaja, dioda se može testirati mjerenjem pada napona. Napon na anodi bi trebao biti 7 V veći nego na katodi. Je li napon isti kao dioda, kratko. Kada se napaja, dioda ne samo da stvara pad napona od 7V, već može i razdvojiti dva različita napona. Napon na katodi ne mora biti napon koji dolazi sa anode. Također može doći iz drugog izvora napona. Općenito, napon na katodi je veći od napona na anodi, napon dolazi s nekog drugog mjesta, a dioda drži napone odvojene.

Sada ćemo razmotriti još jednu metodu uključivanja, tokom koje se mijenja polaritet vanjskog izvora iz kojeg se prenosi napon:

1. Glavna razlika od direktne veze je u tome da će stvoreno električno polje imati smjer koji se potpuno poklapa sa smjerom unutrašnjeg difuzijskog polja. U skladu s tim, sloj barijere se više neće sužavati, već se, naprotiv, širiti.
2. Polje se nalazi u p-n spoju, imaće ubrzavajući učinak na brojne manjinske nosioce naboja, zbog čega će indikatori struje drifta ostati nepromijenjeni. On će odrediti parametre rezultujuće struje koja prolazi kroz pn spoj.
3. Kako rasteš obrnuti napon, električna struja koja teče kroz spoj će težiti da dostigne maksimalne vrijednosti. Ima poseban naziv - struja zasićenja.
4. Prema eksponencijalnom zakonu, s postepenim povećanjem temperature, indikatori struje zasićenja će se također povećati.

Napon naprijed i nazad

Šta je "prednja" dioda?

Kao i uvijek u elektronici, toplina je veliki problem. Ako ste u nedoumici, pažljivo provjerite sve tačke lemljenja na ploči i odvojite ih. Kada je dioda loša, odaberite veći tip ako je moguće. Dioda, elektronska komponenta koja omogućava struji da teče u jednom smjeru. Diode koje se najčešće koriste u modernim elektronskim kolima su diode napravljene od poluvodičkog materijala. Najjednostavnija germanijumska kontaktna dioda stvorena je u ranim danima radija. U modernim germanijumskim diodama, kabel i sićušna staklena ploča montirani su unutar male staklene cijevi i povezani s dvije žice koje su zavarene na krajeve cijevi.

Napon koji utječe na diodu dijeli se prema dva kriterija:

1. Napon naprijed- to je kada se dioda otvara i jednosmjerna struja počinje da prolazi kroz nju, dok je otpor uređaja izuzetno nizak.
2. Reverzni napon- ovo je onaj koji ima obrnuti polaritet i osigurava da se dioda zatvori uz obrnutu struju koja prolazi kroz nju. Istovremeno, pokazatelji otpora uređaja počinju naglo i značajno rasti.

Otpor pn spoja je indikator koji se stalno mijenja, prvenstveno pod utjecajem napona naprijed koji se primjenjuje direktno na diodu. Ako se napon poveća, tada će se otpor spoja proporcionalno smanjiti.

Spojne diode sastoje se od spoja dva različita tipa poluvodičkog materijala. Zener dioda je posebna vrsta diode koja koristi silicij u kojoj je napon na spoju neovisan o struji koja prolazi kroz njega. Zbog ove karakteristike, Zener diode se koriste kao regulatori napona. S druge strane, u diodama koje emituju svjetlost, napon primijenjen na spoju poluvodiča rezultira emisijom svjetlosne energije.

Za rješavanje problema dioda trenutno se koriste tri pristupa. Prva aproksimacija je idealna dioda, u kojoj se smatra da dioda nema pad napona kada je ožičena u pozitivnom smjeru, tako da će se u ovoj prvoj aproksimaciji dioda smatrati kratko spojenom u pozitivnom smjeru. Nasuprot tome, idealna dioda se ponaša kao otvoreni krug kada je njena polarizacija obrnuta. U drugoj aproksimaciji, smatramo da dioda ima pad napona pod prednjom polarizacijom. Drugi pristup se najčešće koristi.

To dovodi do povećanja parametara struje naprijed koja prolazi kroz diodu. Kada je ovaj uređaj zatvoren, na njega se primjenjuje gotovo cijeli napon, zbog čega je reverzna struja koja prolazi kroz diodu neznatna, a prijelazni otpor dostiže vršne parametre.

Rad diode i njene strujno-naponske karakteristike

Iako postoji širok raspon tipova, samo nekoliko karakteristika se razlikuje od njihovog izgleda. Ovdje se ne radi o veličini jer je to funkcija snage koju mogu raspršiti. Tipično je pronaći aylo u tijelu koji pokazuje na katodu. Za one čiji je određeni tip označen nizom slova i brojeva, katoda je označena prstenom u tijelu pored tog terminala. Boje, a u njima katoda odgovara terminalu koji je najbliži debljoj kolornoj stazi. Hermionini vrhovi su obično upakovani u staklo.

Anoda ovih dioda je duža od katode, a obično je površina kapsule blizu katode ravna. Praktičan način za određivanje katode je korištenje metra u ommetru između njenih terminala. Ako koristimo način testiranja dioda koristeći multicaster, dobivamo vrijednost napona u koljenima uređaja.

Pod strujno-naponskom karakteristikom ovih uređaja podrazumijeva se kriva linija koja pokazuje ovisnost električne struje koja teče kroz p-n spoj o volumenu i polarnosti napona koji na njega djeluje.

Takav graf se može opisati na sljedeći način:

1. Vertikalna os: Gornja oblast odgovara vrednostima struje unapred, donja oblast parametrima reverzne struje.
2. Horizontalna os: Područje desno je za vrijednosti napona naprijed; područje s lijeve strane za parametre obrnutog napona.
3. Direktna grana strujno-naponske karakteristike odražava prolazak električne struje kroz diodu. Usmjeren je prema gore i teče u neposrednoj blizini vertikalne ose, budući da predstavlja povećanje prednje električne struje koje se javlja kada se odgovarajući napon poveća.
4. Druga (obrnuta) grana odgovara i prikazuje zatvoreno stanje električne struje koja također prolazi kroz uređaj. Njegov položaj je takav da ide praktično paralelno s horizontalnom osom. Što se ova grana strmije približava vertikali, to su veće ispravljačke sposobnosti određene diode.
5. Prema rasporedu možete pogledati da nakon povećanja napona naprijed koji teče kroz p-n spoj, dolazi do sporog povećanja električne struje. Međutim, postupno, kriva dostiže područje u kojem je primjetan skok, nakon čega dolazi do ubrzanog povećanja njegovih pokazatelja. To je zbog otvaranja diode i vođenja struje pri prednjem naponu. Za uređaje napravljene od germanijuma to se dešava pri naponu od 0,1V do 0,2V (maksimalna vrednost 1V), a za silicijumske elemente potrebna je veća vrednost od 0,5V do 0,6V (maksimalna vrednost 1,5V).
6. Prikazano trenutno povećanje može dovesti do pregrijavanja molekula poluvodiča. Ako je uklanjanje topline do kojeg dolazi zbog prirodnih procesa i rada radijatora manje od razine njegovog oslobađanja, tada se struktura molekula može uništiti, a ovaj proces će biti nepovratan. Iz tog razloga, potrebno je ograničiti parametre prednje struje kako bi se spriječilo pregrijavanje poluvodičkog materijala. Da biste to učinili, u krug se dodaju posebni otpornici, povezani serijski s diodama.
7. Istraživanje obrnute grane možete primijetiti da ako se obrnuti napon primijenjen na p-n spoj počne povećavati, tada je povećanje parametara struje gotovo neprimjetno. Međutim, u slučajevima kada napon dosegne parametre koji premašuju dozvoljene standarde, može doći do naglog skoka obrnute struje, što će pregrijati poluvodič i doprinijeti naknadnom kvaru p-n spoja.

Jednom kada se dva materijala spoje, elektroni i praznine pronađeni u ili blizu područja "spoja" se kombinuju, a to rezultira nedostatkom nosača u području blizu spoja. Ovo područje detektovanih negativnih i pozitivnih jona naziva se područje iscrpljivanja zbog odsustva nosača. Postoje tri mogućnosti za dovođenje napona na terminale diode.

• Nema polarizacije.
• Direktna polarizacija.
• Polarizacija je obrnuta.

U odsustvu primijenjenog prednapona, neto tok naboja u bilo kojem smjeru je nula za poluvodičku diodu. Uvjet obrnute polarizacije. Broj negativnih jona pronađenih u materijalu tipa P također će se povećati zbog elektrona ubrizganih negativnim krajem, koji će zauzeti praznine. Struja u uslovima reverzne polarizacije naziva se struja obrnute zasićenosti. Kada se polarizira u suprotnom smjeru, može se smatrati otvorenim krugom.

Osnovni kvar dioda

Ponekad uređaji ovog tipa pokvare, to se može dogoditi zbog prirodne amortizacije i starenja ovih elemenata ili iz drugih razloga.

Ukupno postoje 3 glavne vrste uobičajenih kvarova:

Kada se postigne reverzni napon disjunkcije, dolazi do naglog povećanja struje koje može uništiti uređaj. Ova dioda ima širok spektar primjena: ispravljački krugovi, limiteri, stezaljke nivoa, zaštita od kratkog spoja, demodulatori, mikseri, generatori, blokiranje i premosnica u fotovlaknima, itd.

Kada koristite diodu u strujnom krugu, moraju se uzeti u obzir sljedeća razmatranja. Maksimalni obrnuti napon primijenjen na komponentu, koji se ponavlja ili ne prelazi maksimum koji podržava. Maksimalna jednosmjerna struja koja može proći kroz komponentu, ponavljajući se ili ne, mora biti veća od maksimuma koji će podržati.

1. Slom tranzicije dovodi do činjenice da dioda, umjesto poluvodičkog uređaja, postaje u suštini najčešći provodnik. U tom stanju gubi svoja osnovna svojstva i počinje propuštati električnu struju u apsolutno bilo kojem smjeru. Takav kvar se lako detektuje pomoću standardnog, koji počinje da se oglasi i pokazuje nizak nivo otpora u diodi.
2. Kada se pokvari događa se obrnuti proces - uređaj općenito prestaje da propušta električnu struju u bilo kojem smjeru, odnosno u suštini postaje izolator. Da biste točno odredili prekid, potrebno je koristiti testere s visokokvalitetnim i servisiranim sondama, inače ponekad mogu lažno dijagnosticirati ovaj kvar. U varijantama legiranih poluvodiča takav je slom izuzetno rijedak.
3. Curenje, tokom kojeg je narušena nepropusnost tijela uređaja, uslijed čega on ne može pravilno funkcionirati.

Slom p-n spoja

Maksimalna snaga koju dioda može podnijeti mora biti veća od maksimuma koju može podnijeti. Na slici br.01 možemo vidjeti grafički prikaz ili simbol za ovu vrstu diode. Jedan od važnih parametara za diodu je otpor u tački ili području rada.

Stoga dioda predstavlja kratki spoj za područje provodljivosti. Ako smatramo da je područje potencijala negativno primijenjeno. Stoga je dioda otvoreno kolo u području bez provodljivosti. Struja u Zenerovom području ima suprotan smjer od prava polarizirane diode. Zener dioda je dioda koja je dizajnirana da radi u Zener zoni.

Takvi kvarovi nastaju u situacijama kada obrnuta električna struja počinje naglo i naglo rasti, to se događa zbog činjenice da napon odgovarajućeg tipa doseže neprihvatljive visoke vrijednosti.

Obično postoji nekoliko tipova:

1. Termički kvarovi, koje su uzrokovane naglim porastom temperature i naknadnim pregrijavanjem.
2. Električni kvarovi, koji nastaje pod uticajem struje na tranziciju.

Grafikon strujno-naponske karakteristike omogućava vam da vizualno proučavate ove procese i razliku između njih.

Po definiciji, možemo reći da je Zener dioda dizajnirana da radi s negativnim naponima. Važno je napomenuti da se Zener regija kontroliše ili manipuliše promenom nivoa dopinga. Primjenjuje se na regulatore napona ili zalihe.

U krugu prikazanom na slici 03, poželjno je zaštititi opterećenje od prenapona, maksimalni napon koji opterećenje može izdržati je 8 volti. Prema drugim razmatranjima, rad ove diode je otprilike sljedeći. U zoni poremećaja, između napona koljena i zener napona, možemo smatrati otvoreni krug.

Električni kvar

Posljedice uzrokovane električnim kvarovima nisu nepovratne, jer ne uništavaju sam kristal. Stoga je postupnim smanjenjem napona moguće vratiti sva svojstva i radne parametre diode.

Istovremeno, kvarovi ovog tipa podijeljeni su u dvije vrste:

1. Kvarovi tunela nastaju kada visoki napon prolazi kroz uske spojeve, što omogućava pojedinačnim elektronima da klize kroz njega. Obično se javljaju ako poluvodičke molekule sadrže veliki broj različitih nečistoća. Tokom takvog kvara, reverzna struja počinje naglo i brzo rasti, a odgovarajući napon je na niskom nivou.
2. Lavinske vrste kvarova mogući su zbog utjecaja jakih polja sposobnih da ubrzaju nosioce naboja do maksimalnog nivoa, zbog čega iz atoma izbijaju određeni broj valentnih elektrona, koji zatim odlete u vodljivo područje. Ova pojava je lavinske prirode, zbog čega je ova vrsta kvara i dobila ime.

Termički slom

Do takvog kvara može doći iz dva glavna razloga: nedovoljnog odvođenja topline i pregrijavanja p-n spoja, što nastaje zbog protoka električne struje kroz njega previsokim brzinama.

Povećanje temperature u prijelaznim i susjednim područjima uzrokuje sljedeće posljedice:

1. Rast atomskih vibracija, uključen u kristal.
2. Hit elektrona u provodni pojas.
3. Oštar porast temperature.
4. Destrukcija i deformacija kristalne strukture.
5. Potpuni neuspjeh i kvar cijele radio komponente.

termička struja, a udio termalne struje u obrnutoj struji silikonske diode je vrlo mali. Reverzna struja silikonske diode određena je uglavnom procesima generiranja-rekombinacije u str- n-tranzicija. Za inženjerske proračune obrnute struje u odnosu na temperaturu, možete koristiti prethodno dati pojednostavljeni izraz (2.4).

Direktna grana strujno-naponske karakteristike diode odstupa od idealizirane zbog prisustva rekombinacijskih struja u str- n-prijelaz, pad napona na bazi diode, promjene (modulacija) otpora baze kada se u nju ubrizgavaju manjinski nosioci naboja i prisustvo unutrašnjeg polja u bazi koje nastaje pri visokoj injekcionoj struji. Napišimo jednadžbu strujno-naponske karakteristike ideala str- n-prijelaz (2.3) uzimajući u obzir pad napona na bazi diode:

Gdje r b– omski otpor baze diode.

Rješenje ove transcendentalne jednadžbe može se dobiti uzimanjem logaritma desne i lijeve strane jednačine:

. (3.2)

Za male struje ovaj izraz se može pojednostaviti:

. (3.3)

A analiza jednačine (3.3) nam omogućava da izvučemo neke zanimljive zaključke. Pad napona na diodi zavisi od struje kroz nju i od velike je važnosti za diode sa malim I T. Budući da je toplinska struja silicijskih dioda mala, početni dio direktne grane strujno-naponske karakteristike je mnogo ravniji od germanijumskih dioda. To se također može objasniti činjenicom da se u diodi pojavljuje primjetna struja kada vanjski napon premašuje kontaktnu potencijalnu razliku  To, A  To(u skladu sa (2.1)) za silicijum str- n-tranzicija je veća nego kod germanijuma. Na sl. 3.2. Slika pokazuje da je napon na otvorenoj silikonskoj diodi obično 0,60,8 V, napon na otvorenoj germanijumskoj diodi 0,20,3 V.

Zbog velikog broja dioda koje se koriste za domaće poluvodičke uređaje, koristi se poseban sistem označavanja. Sistem notacije je baziran na alfanumeričkom kodu.

Prvi element kod označava izvorni poluvodički materijal na kojem je uređaj proizveden. Koriste se sljedeći simboli:

G ili 1 – za germanijum i njegova jedinjenja;

K ili 2 – za silicijum i njegova jedinjenja;

A ili 3 – za jedinjenja galija (na primer, galijum arsenid);

I ili 4 – za jedinjenja indija (na primjer, indijum fosfid).

Drugi element oznake - slovo koje definiše podklasu (ili grupu) uređaja. Evo samo nekih od notacija:

D – ispravljačke i impulsne diode;

C – ispravljački stubovi i blokovi;

B – varikapi;

I – tunelske diode;

A – ultravisokofrekventne diode;

C – zener diode;

O – optokapleri;

N – dinistori;

U - triodni tiristori...

Treći element oznaka – broj koji definiše glavnu funkcionalnost uređaja. Standard specificira upotrebu svake cifre u odnosu na različite podklase uređaja. Ako je potrebno, to možete pronaći u posebnoj referentnoj literaturi.

Četvrti element – broj koji označava serijski broj razvoja.

Peti element – slovo koje uvjetno definira klasifikaciju (sortiranje prema parametrima) uređaja proizvedenih korištenjem jedne tehnologije.

Dakle, poznavajući sistem označavanja, možemo reći da je GD107B germanijumska ispravljačka dioda sa I sri VP10 A, razvojni broj 7, grupa B, i 2Ts202G - ispravljački stub od silicijumskih dioda sa 0,3 A I sri VP10 A, razvojni broj 2, grupa G.

3.2. Ispravljačke diode

Diode dizajnirane za pretvaranje naizmjenične struje u jednosmjernu, u brzinu, kapacitet str- n- nazivaju se parametri tranzicije i stabilnosti za koje obično nema posebnih zahtjeva ispravljajući. Legure, epitaksijalne i difuzijske diode izrađene na bazi asimetričnih str- n-tranzicije.

Za ispravljačke diode je karakteristično da imaju nizak otpor u provodnom stanju i propuštaju velike struje. Kapacitet barijere zbog velike površine str- n-prijelazi su veliki i dostižu vrijednosti od desetina pikofarada.

Glavni parametri dioda navedeni u tehničkoj dokumentaciji i referentnoj literaturi uključuju:

1. Maksimalni dozvoljeni obrnuti napon diode (U arr. max). Ovo je količina napona primijenjenog u obrnutom smjeru koju dioda može izdržati dugo vremena bez utjecaja na njezine performanse. Za različite diode, ovaj napon može biti u rasponu od desetina do hiljada volti.

2. Prosječna struja ispravljene diode (I sri VP) – maksimalna dozvoljena, prosječna tokom perioda, vrijednost ispravljene jednosmjerne struje koja teče kroz diodu. Za različite diode, ova struja može biti u rasponu od stotina miliampera do desetina ampera.

3. Pulsna strujna dioda naprijed (I at) – dozvoljena vršna vrijednost strujnog impulsa pri datom maksimalnom trajanju i radnom ciklusu impulsa.

4. Reverzna struja diode (I arr.) – konstantna reverzna struja uzrokovana konstantnim obrnutim naponom.

5. Konstantan prednji napon (U itd) – konstantni napon naprijed, uslovljen datom vrijednošću naprijed struje. Odnos ovih veličina određuje otpor jednosmerne struje diode u datoj tački strujno-naponske karakteristike.

3.3. Pulsne diode

Impulsne diode imaju kratko trajanje prijelaza i dizajnirane su za rad u impulsnim kolima. Razlikuju se od ispravljačkih dioda po malim kapacitetima str- n-prijelaz (frakcije pikofarada) i niz parametara koji određuju prolazne karakteristike diode. Smanjenje kapaciteta postiže se smanjenjem površine str- n-prijelaz, pa su im dopuštene disipacijske snage male (3050 mW).

Razmotrite učinak na električni krug koji se sastoji od diode VD i otpornik R(Sl. 3.3) naizmenični impulsni napon U unos(Sl. 3.4, A). Napon na ulazu kola po jedan t = 0 skače na pozitivnu vrijednost U m. Zbog inercije procesa difuzije, struja u diodi se ne pojavljuje odmah, već se vremenom povećava t usta. U jednom trenutku t = t 1 u krugu se uspostavlja stacionarni režim u kojem je diodna struja

,

A napon diode U d =U itd .

At t = t 2 voltaža U unos menja polaritet. Međutim, naboji su se nakupljali na granici str- n- prijelaza, dioda ostaje otvorena neko vrijeme, ali je smjer struje u diodi obrnut. U suštini tokom vremena t diss Naboji se rastvaraju na granici str- n- tranzicija (tj. pražnjenje ekvivalentnog kapaciteta). Nakon vremenskog intervala resorpcije t diss Počinje proces gašenja diode, tj. proces vraćanja njegovih svojstava zaključavanja.

Do vremena t 3 Napon na diodi postaje nula i nakon toga dobiva suprotnu vrijednost. Proces vraćanja svojstava blokiranja diode nastavlja se do trenutka t 4 . Do tog vremena, struja kroz diodu postaje nula, a napon na njoj dostiže vrijednost - U m . Dakle, vrijeme t sunce može se računati od tranzicije U d kroz nulu sve dok struja diode ne dostigne nultu vrijednost.

Razmatranje procesa uključivanja i isključivanja ispravljačke diode pokazuje da dioda nije idealan ventil i pod određenim uvjetima vodi u suprotnom smjeru. Ovi efekti su posebno izraženi pri visokim frekvencijama ulaznog napona i pri radu sa impulsnim signalima. U vezi s ovom značajkom rada impulsnih dioda, tehnička dokumentacija za njih, osim parametara koji karakteriziraju normalan način ispravljanja, daje dodatne parametre koji karakteriziraju prolazni proces:

maksimalni impulsni napon naprijed –U at max ;

maksimalna dozvoljena impulsna struja naprijed –I at max ;

vrijeme poravnanja (t usta) – vremenski interval od trenutka kada se na diodu primijeni impuls naprijed napona do postizanja zadane vrijednosti struje naprijed u njoj;

vrijeme oporavka Reverzni otpor diode – ( t sunce).

U arr. m ax = 1,045U pros.

U brojnim praktičnim primjenama, tiristorski pretvarači se koriste za ispravljanje naizmjenične struje i nesmetanu kontrolu snage koja se prenosi na opterećenje. U isto vrijeme, male regulacijske struje omogućavaju kontrolu velikih struja opterećenja.

Na sl. 7.10.

Rice. 7.10. Tiristorski ispravljački krug

Na sl. Na slici 7.11 prikazani su vremenski dijagrami koji objašnjavaju princip regulacije prosječne vrijednosti ispravljenog napona.

Rice. 7.11. Vremenski dijagrami rada tiristorskog ispravljača

U ovom krugu se pretpostavlja da ulazni napon Uin za podesivi tiristor generira, na primjer, punovalni ispravljač. Ako se na početku svakog polu-ciklusa primjenjuju kontrolni impulsi U y dovoljne amplitude (odjeljak o-a na U izlaznom dijagramu), izlazni napon će ponoviti napon punovalnog ispravljača. Ako pomaknete kontrolne impulse na sredinu svakog polu-ciklusa, tada će izlazni impulsi imati trajanje jednako četvrtini polu-ciklusa (odjeljak b-c). Dalje pomicanje kontrolnih impulsa će dovesti do daljeg smanjenja prosječne amplitude izlaznih impulsa (sekcija d – e).

Dakle, primjenom kontrolnih impulsa na tiristor koji su fazno pomaknuti u odnosu na ulazni napon, možete pretvoriti sinusoidni napon (struju) u niz impulsa bilo kojeg trajanja, amplitude i polariteta, odnosno možete promijeniti efektivni vrijednost napona (struje) u širokom rasponu.

7.3 Anti-aliasing filteri

Razmatrani krugovi ispravljanja omogućavaju dobivanje unipolarnog pulsirajućeg napona, koji nije uvijek primjenjiv za napajanje složenih elektroničkih uređaja, jer zbog velikih pulsacija dovode do nestabilnosti njihovog rada.

Za značajno smanjenje valovitosti koriste se filteri za izravnavanje. Najvažniji parametar filtera za izravnavanje je koeficijent glađenja S, određen formulom S= 1 / 2, gdje su  1 i  2 koeficijenti talasanja na ulazu i izlazu filtera, respektivno. Faktor valovitosti pokazuje koliko puta filter smanjuje valovitost. U praktičnim krugovima faktor valovitosti na izlazu filtera može doseći vrijednosti od 0,00003.

Glavni elementi filtera su reaktivni elementi - kapacitivnost i induktivnost (prigušnice). Razmotrimo prvo princip rada najjednostavnijeg anti-aliasing filtera, čiji je dijagram prikazan na Sl. 7.12.

Rice. 7.12. Krug najjednostavnijeg filtera za izravnavanje sa polutalasnim ispravljačem

U ovom krugu, izravnavanje napona na opterećenju nakon polutalasnog diodnog ispravljača VD provodi se pomoću kondenzatora C spojenog paralelno s opterećenjem R n.

Vremenski dijagrami koji objašnjavaju rad takvog filtera prikazani su na Sl. 7.13. U dijelu t1 – t2, ulazni napon otvara diodu i puni kondenzator. Kada ulazni napon počne da opada, dioda se zatvara sa naponom akumuliranim na kondenzatoru U c (sekcija t1 - t2). Tokom ovog intervala, izvor ulaznog napona se odvaja od kondenzatora i opterećenja, a kondenzator se prazni kroz otpor opterećenja R n.

Rice. 7.13. Vremenski dijagrami rada filtera sa polutalasnim ispravljačem

Ako je kapacitivnost dovoljno velika, do pražnjenja kapacitivnosti kroz R n doći će s velikom vremenskom konstantom  = R n C, pa će stoga smanjenje napona na kondenzatoru biti malo, a efekat izglađivanja će biti značajan. S druge strane, što je kapacitivnost veći, kraći je segment t1 - t2 tokom kojeg je dioda otvorena i kroz nju teče struja i, povećavajući se (za datu prosječnu struju opterećenja) kako se razlika t2 - t1 smanjuje. Ovaj način rada može dovesti do kvara ispravljačke diode, a osim toga, prilično je težak za transformator.

Kada se koriste punovalni ispravljači, količina talasanja na izlazu kapacitivnog filtera se smanjuje, jer je kondenzator manji u vremenu između pojave impulsa, što je dobro ilustrovano na sl. 7.14.

Rice. 7.14. Punovalni ispravljač za izravnavanje talasa

Da bismo izračunali veličinu talasanja na izlazu kapacitivnog filtera, aproksimiraćemo talasanje izlaznog napona koristeći strujnu krivu u obliku zubaca, kao što je prikazano na Sl. 7.15.

Rice. 7.15. Aproksimacija talasnog napona

Promjena naboja na kondenzatoru je data izrazom

∆Q=∆UC=I n T 1,

gdje je T 1 period pulsiranja, I n je prosječna vrijednost struje opterećenja. Uzimajući u obzir činjenicu da je I n = I av / R n, dobijamo

.

Od sl. 7.15 iz toga slijedi

u ovom slučaju, dvostruka amplituda pulsiranja je određena izrazom

.

Induktivni filteri takođe imaju svojstva zaglađivanja, a najbolja svojstva izglađivanja nalaze se kod filtera koji sadrže induktivnost i kapacitivnost povezane kao što je prikazano na Sl. 7.16.

Rice. 7.16. Anti-aliasing filter sa induktivnošću i kapacitivnošću

U ovom krugu, kapacitivnost kondenzatora je odabrana tako da je njegova reaktancija znatno manja od otpora opterećenja. Prednost takvog filtera je u tome što smanjuje ulazno talasanje ∆U na vrijednost
, gdje je ω frekvencija pulsiranja.

U praksi su se raširile različite vrste filtera u obliku slova F i U, čije su mogućnosti konstrukcije prikazane na sl. 7.17.

Pri niskim strujama opterećenja, ispravljač u obliku slova F prikazan na slici dobro radi. 7.16.

Rice. 7.17. Opcije konstrukcije filtera

U najkritičnijim shemama koriste se višestruka filtarska kola (slika 7.17 d).

Često se induktor zamjenjuje otpornicima, što donekle smanjuje kvalitetu filtracije, ali značajno smanjuje cijenu filtera (slika 7.17 b, c).

Glavna eksterna karakteristika ispravljača sa filterom je zavisnost prosječne vrijednosti izlaznog napona U cf (napon opterećenja) od prosječne vrijednosti izlazne struje.

U razmatranim krugovima povećanje izlazne struje dovodi do smanjenja U av zbog povećanja pada napona na namotajima transformatora, diodama, vodećim žicama i filterskim elementima.

Nagib vanjske karakteristike pri datoj prosječnoj struji određuje se kroz izlazni otpor Rout, određen formulom:

I av – navedeno. Što je manja vrijednost Rout, to manje izlazni napon ovisi o izlaznoj struji, to je bolje kolo ispravljača s filterom. Na sl. Slika 7.18 prikazuje tipične zavisnosti U avg od I avg za različite opcije filtracije.

Rice. 7.18. Tipične zavisnosti Uav od Iav za različite šeme filtracije

Pročitajte također: II. Napon se uklanja sa CR u trenutku uključivanja vučnih motora. III. Napon je uklonjen sa CR-a prilikom pokretanja vučnih motora. IV. Napon se uklanja sa CR-a kada se prate automatske karakteristike TD-a. IV. Jednačina prave koja prolazi kroz datu tačku u datom pravcu. Skup pravih linija. A - redovno; b – biharmonski; c – blok; g – slučajni napon U tabeli 2.1, U0 je ispravljeni napon, I0 je ispravljena struja, snaga opterećenja i koeficijent transformacije. Trofazna trožilna linija ima tri fazne žice. Napon između bilo kojeg para žica naziva se mrežni napon (Ul). U krivičnom pravu, u zavisnosti od karakteristika mentalnog sadržaja, razlikuje se direktna i posredna umišljaj. B. Otkrivanje antitijela u reakciji indirektne hemaglutinacije

CVC diode.

(volt-voltage characteristic) - graf ovisnosti struje kroz mrežu s dva terminala od napona na ovoj mreži s dva terminala. Najčešće se uzima u obzir strujno-naponska karakteristika nelinearnih elemenata (stupanj nelinearnosti je određen koeficijentom nelinearnosti, jer je za linearne elemente strujno-naponska karakteristika prava linija i nije od posebnog interesa.

Nelinearnost strujno-naponske karakteristike je posljedica činjenice da otpor NE ovisi o primijenjenom naponu (diode, zener diode) ili o struji (termistori). Strujno-naponske karakteristike nelinearnih elemenata opisane su jednadžbama čiji su stupnjevi viši od prvog. Budući da je otpor NE promjenjiv, trenutna vrijednost struje u njima nije proporcionalna trenutnim vrijednostima napona. (str. 117 priručnik)

Prednja i povratna struja. Napon naprijed i nazad.

Kada je otpor p-n spoja nizak, struja se zove jednosmerna struja. Što je veća površina p-n spoja i napon izvora napajanja, to je veća struja naprijed. Ako su polovi elementa obrnuti, dioda će biti u zatvorenom stanju. Formira se zona osiromašena elektronima i rupama, koja daje vrlo visok otpor struji. Međutim, u ovoj zoni će se i dalje dogoditi mala razmjena nosilaca struje između područja diode. Stoga će kroz diodu teći struja, ali mnogo puta manja od jednosmjerne struje. Ova struja se zove reverzna struja diode. Ako je dioda spojena na kolo sa naizmjeničnom strujom, otvorit će se tokom pozitivnih poluperioda na anodi, slobodno prolazeći strujom u jednom smjeru - struja naprijed Irev., i zatvoriti se tijekom negativnih poluperioda na anodi, gotovo bez prolaska struja u suprotnom smjeru - reverzna struja Irev. Napon pri kojem se dioda otvara i kroz nju teče jednosmjerna struja naziva se direktno(Upp.), a napon obrnutog polariteta, pri kojem se dioda zatvara i kroz nju teče obrnuta struja, naziva se obrnuto(Urev.) Pri prednjem naponu otpor kvalitetne diode ne prelazi nekoliko desetina oma, ali pri obrnutom naponu njen otpor će doseći desetine, stotine kilo-oma, pa čak i mega-oma.

Probojni napon.

Dielektrik, koji se nalazi u električnom polju, gubi svoja električna izolaciona svojstva ako jačina polja prelazi određenu kritičnu vrijednost. Ovaj fenomen se naziva dielektrični slom ili narušavanje njegove električne čvrstoće. Svojstvo dielektrika da se odupre kvaru naziva se električna čvrstoća (Epr). Napon pri kojem dolazi do sloma izolacije naziva se probojni napon (Upr).

Karakteristike i parametri ispravljačkih i univerzalnih dioda

Ispravljačke diode se koriste za ispravljanje naizmjenične struje niske frekvencije. Ispravljačka svojstva ovih dioda zasnivaju se na principu jednosmjerne provodljivosti p-i-spojeva elektron-rupa.

Univerzalne diode se koriste u različitoj elektronskoj opremi kao visoko i niskofrekventni AC ispravljači, množitelji i frekventni pretvarači, detektori velikih i malih signala itd. Opseg radnih struja i napona ispravljačkih i univerzalnih dioda je veoma širok, pa su proizvedeno sa tačkastim i ravnim pn spojevima u poluvodičkoj strukturi sa površinama od desetih delova kvadratnog milimetra do nekoliko kvadratnih centimetara. Tipično, univerzalne diode koriste spojeve s malim površinama i kapacitetima, ali s relativno visokim vrijednostima prednjih struja i obrnutih napona. Ove zahtjeve ispunjavaju točkaste, mikrolegirane planarne i mesaplanarne diode. Karakteristike i parametri univerzalnih dioda su isti kao i ispravljačkih dioda.

Volt-amper karakteristike(volt-naponska karakteristika) ispravljačkih dioda izražava ovisnost struje koja prolazi kroz diodu od vrijednosti i polariteta istosmjernog napona koji se na nju primjenjuje kroz polaritet primijenjenog napona. Snaga struje naprijed eksponencijalno ovisi o naponu naprijed primijenjenom na diodu i može doseći velike vrijednosti s malim (oko 0,3 - 1 V) padom napona na diodi.

Obrnuta grana karakteristike odgovara neprovodnom smjeru struje kroz diodu s obrnutim polaritetom napona primijenjenog na diodu. Reverzna struja (odsjek OD) neznatno ovisi o primijenjenom obrnutom naponu. Pri relativno visokom obrnutom naponu (točka B na karakteristici) dolazi do električnog sloma p-n spoja, pri čemu se reverzna struja brzo povećava, što može dovesti do termičkog sloma i oštećenja diode. Kako temperatura raste, toplinska struja i struja generiranja nosilaca naboja u spoju će se povećati, što će dovesti do povećanja prednjih i reverznih struja i pomaka u karakteristikama diode.

Svojstva i zamjenjivost dioda ocjenjuju se njihovim parametrima. Glavni parametri uključuju struje i napone povezane sa strujno-naponskom karakteristikom Diode se koriste u AC i DC krugovima. Stoga se za procjenu svojstava dioda, uz parametre, koriste diferencijalni parametri koji karakteriziraju njihov rad na izmjeničnu struju.

Ispravljena (jednosmjerna) struja Ipr je struja (prosječna vrijednost po periodu) koja prolazi kroz diodu, što osigurava njen pouzdan i dugotrajan rad. Jačina ove struje je ograničena zagrijavanjem ili maksimalnom snagom Pmax. Prekoračenje prednje struje dovodi do termičkog kvara i oštećenja diode.

• Pad napona naprijed UPr.Av - prosječna vrijednost tokom perioda na diodi kada dozvoljena struja prođe kroz nju.
• Dozvoljeni obrnuti napon U0br je prosječna vrijednost u periodu u kojem je osiguran pouzdan i dugotrajan rad diode. Prekoračenje obrnutog napona dovodi do kvara i kvara dioda. Kako temperatura raste, vrijednosti obrnutog napona i struje naprijed opadaju.
• Reverzna struja Irev - prosječna vrijednost za period povratne struje pri prihvatljivom Urev. Što je reverzna struja niža, to bolje

Vi ste ispravljačka svojstva diode. Povećanje temperature za svakih 10 °C dovodi do povećanja reverzne struje za germanijumske i silikonske diode za 1,5 - 2 puta ili više.

Maksimalna konstanta, ili prosječna snaga Pmax koju dioda raspršuje tokom perioda, pri kojem dioda može raditi dugo vremena bez promjene svojih parametara. Ova snaga je zbir proizvoda struja i napona na prednjoj i obrnutoj pristranosti spoja, odnosno za pozitivne i negativne poluperiode naizmjenične struje. Za uređaje velike snage koji rade sa dobrim odvođenjem toplote, Pmax = (Tp.max - Tk)/Rpk. Za uređaje male snage koji rade bez hladnjaka,

Pmax = (Tp.max - T s) / Rp.s.

Maksimalna temperatura spoja Gp.max zavisi od materijala (pojasni razmak) poluprovodnika i stepena njegovog dopinga, odnosno od otpornosti područja p-n spoja - baze. Opseg Gp.max za germanijum je u granicama 80 - 110 °C, a za silicijum 150 - 220 °C.

Toplinska otpornost Rp.k između prijelaza i kućišta određen je temperaturnom razlikom između spoja Tpi kućišta Tk i prosječne snage Ra oslobođene u prijelazu i iznosi 1 - 3 °C / W: Ra.K = (Ta - TK) / Pa. Toplotni otpor Rn c između spoja i okoline ovisi o temperaturnoj razlici između spoja Tp i okoline Tc. Od praktično RPK

Ograničavajući način upotrebe dioda karakteriziraju maksimalni dozvoljeni obrnuti napon URev max, maksimalna struja ispravljača IPr max i maksimalna temperatura spoja TPmax S povećanjem frekvencije naizmjeničnog napona koji se dovodi na diodu, njena ispravljačka svojstva se pogoršavaju. Zbog toga se za određivanje svojstava ispravljačkih dioda obično specificira radni frekvencijski raspon Df ili maksimalna frekvencija ispravljanja fmax. Na frekvencijama većim od fmax, manjinski nosioci naboja akumulirani tokom prednjeg poluciklusa u bazi nemaju vremena. kompenzirati, prema tome, tokom reverznog poluperioda ispravljenog napona, prijelaz ostaje neko vrijeme usmjeren prema naprijed (to jest, gubi svoja svojstva ispravljanja). Ovo svojstvo je izraženije što je veći impuls struje ili što je veća frekvencija dovedenog naizmjeničnog napona. Osim toga, pri visokim frekvencijama počinje da se javlja ranžirni efekat barijere i difuzionih kapaciteta p-n spoja, smanjujući njegova ispravljačka svojstva.

Prilikom izračunavanja načina rada ispravljača koristi se statički otpor istosmjernoj struji i diferencijalni otpor dioda naizmjeničnu struju

• Diferencijal otpor naizmjenične struje rdiff=dU/dI ili rDiff=DU/DI određuje promjenu struje kroz diodu kada se napon promijeni blizu odabrane radne tačke na karakteristici diode. Kada je napon direktno uključen, rdif Pr = 0,026/ /IPr i struja Ipr > 10 mA, on iznosi nekoliko oma Prilikom povezivanja obrnutog napona, rdif pr je velik (od desetina kilo-oma do nekoliko mega-oma. ohma).
• Statički otpor diode na jednosmernu struju rprd = Upr/Ipr, rrev d = Urev/Irev V U području prednjih struja rFor d>rdiff pr, au području reverznih struja r0br d

Kapacitivnosti diode imaju značajan uticaj na njihove performanse na visokim frekvencijama i u impulsnim režimima. Pasoški podaci dioda obično daju ukupnu kapacitivnost diode CD, koja, osim barijere i difuzijske kapacitivnosti, uključuje i kapacitet tijela uređaja prednapon i frekvencija struje

Poluvodička dioda - Ovo je poluvodički uređaj s jednim p-n spojem i dvije elektrode. Princip rada poluvodičke diode temelji se na fenomenu p-n spoja, tako da za dalje proučavanje bilo kojeg poluvodičkog uređaja morate znati kako on radi.

Ispravljačka dioda (također se naziva ventil) je vrsta poluvodičke diode koja služi za pretvaranje naizmjenične struje u jednosmjernu.

Dioda ima dva terminala (elektrode) anodu i katodu. Anoda je spojena na p sloj, katoda na n sloj. Kada se plus stavi na anodu, a minus na anodu (direktna veza diode), dioda propušta struju. Ako se na anodu stavi minus, a na katodu plus (obrnuta veza diode), neće biti struje kroz diodu, to se može vidjeti iz volt-amper karakteristika diode. Stoga, kada se na ulaz ispravljačke diode dovodi izmjenični napon, kroz njega prolazi samo jedan poluval.

Strujno-naponska karakteristika (volt-amperska karakteristika) diode.

Strujna naponska karakteristika diode prikazana je na sl. I. 2. Prvi kvadrant prikazuje direktnu granu karakteristike, koja opisuje stanje visoke provodljivosti diode s naponom naprijed koji je na nju primijenjen, a koji je lineariziran djelično linearnom funkcijom

u = U 0 +R D i

gdje je: u napon na ventilu kada struja i prođe; U 0 - granični napon; R d - dinamički otpor.

U trećem kvadrantu nalazi se reverzna grana strujno-naponske karakteristike, koja opisuje stanje niske provodljivosti kada se na diodu primijeni obrnuti napon. U stanju niske provodljivosti, praktično nikakva struja ne teče kroz poluvodičku strukturu. Međutim, to vrijedi samo do određene vrijednosti obrnutog napona. Sa obrnutim naponom, kada jačina električnog polja u pn spoju dostigne oko 10 s V/cm, ovo polje može prenijeti pokretnim nosiocima naboja - elektronima i rupama, koji se konstantno pojavljuju u cijelom volumenu poluvodičke strukture kao rezultat stvaranja topline. - kinetička energija dovoljna za jonizaciju neutralnih atoma silicijuma. Rezultirajuće rupe i elektroni provodljivosti, zauzvrat, ubrzavaju se električnim poljem pn spoja i također ioniziraju neutralne atome silicija. U ovom slučaju dolazi do lavinskog povećanja reverzne struje, tj. e. slom lavine.

Napon pri kojem dolazi do naglog povećanja reverzne struje je nazvan probojni napon U 3 .

TEMA 3. POLUVODIČKE DIODE

Poluvodička dioda je poluvodički uređaj za električno pretvaranje s jednim električnim spojem i dva terminala, koji koristi svojstva pn spoja.

Poluprovodničke diode se klasifikuju:

1) po nameni: ispravljačke, visokofrekventne i ultravisokofrekventne (HF i mikrotalasne diode), impulsne, poluprovodničke zener diode (referentne diode), tunelske diode, reverzne diode, varikape i dr.;

2) prema projektantskim i tehnološkim karakteristikama: ravan i tačkast;

3) prema vrsti izvornog materijala: germanijum, silicijum, arsenid-galijum itd.

Slika 3.1 – Dizajn točkastih dioda

Tačkasta dioda koristi germanijumsku ili silikonsku ploču sa n-tipom električne provodljivosti (slika 3.1), debljine 0,1...0,6 mm i površine 0,5...1,5 mm2; Naoštrena žica (igla) na kojoj je nanijeta nečistoća dolazi u kontakt sa pločom. U ovom slučaju, nečistoće difundiraju iz igle u glavni poluvodič, što stvara područje s različitim tipom električne provodljivosti. Tako se u blizini igle formira minijaturni hemisferični pn spoj.

Za izradu germanijumskih točkastih dioda, volframova žica obložena indijem zavarena je na germanijsku ploču. Indijum je akceptor za germanijum. Rezultirajuća oblast germanijuma p-tipa je emiter.

Silicijumske točkaste diode su napravljene od silicijuma n-tipa i žice obložene aluminijumom, koja služi kao akceptor za silicijum.

U planarnim diodama, pn spoj formiraju dva poluvodiča s različitim vrstama električne vodljivosti, a površina spoja različitih tipova dioda kreće se od stotinki kvadratnog milimetra do nekoliko desetina kvadratnih centimetara (snažne diode).

Planarne diode se proizvode metodom fuzije (fuzije) ili difuzije (slika 3.2).

Slika 3.2 – Dizajn planarnih dioda proizvedenih legure (a) i difuzionom metodom (b)

Kap indijuma se stapa u ploču germanijuma n-tipa na temperaturi od oko 500°C (slika 3.2, a), koja, stopljena sa germanijumom, formira sloj germanijuma p-tipa. Područje s p-tipom električne provodljivosti ima veću koncentraciju nečistoća od glavne ploče i stoga je emiter. Olovne žice, obično napravljene od nikla, zalemljene su na glavnu germanijumsku ploču i na indij ploču. Ako se kao polazni materijal uzme germanij p-tipa, tada se u njega topi antimon i tada se dobije emitersko područje n-tipa.

Metoda difuzije za proizvodnju p-n spoja zasniva se na činjenici da atomi nečistoća difundiraju u glavni poluvodič (slika 3.2, b). Za stvaranje p-sloja koristi se difuzija akceptorskog elementa (bor ili aluminijum za silicijum, indij za germanijum) kroz površinu izvornog materijala.

3.1 Ispravljačke diode

Ispravljačka poluvodička dioda je poluvodička dioda dizajnirana za pretvaranje naizmjenične struje u jednosmjernu.

Ispravljačke diode su napravljene na bazi pn spoja i imaju dva područja, od kojih je jedan manji otpor (sadrži veću koncentraciju nečistoća), a naziva se emiter. Druga oblast, baza, je otpornija (sadrži manju koncentraciju nečistoća).

Rad ispravljačkih dioda temelji se na svojstvu jednosmjerne vodljivosti p-n spoja, koje leži u činjenici da potonji dobro provodi struju (ima mali otpor) kada je direktno povezan i praktički ne provodi struju (ima vrlo visoku otpor) kada je spojen obrnutim putem.

Kao što je poznato, prednju struju diode stvaraju glavni, a obrnutu struju stvaraju neprimarni nosioci naboja. Koncentracija većinskih nosilaca naboja je nekoliko redova veličine veća od koncentracije nevećinskih nosilaca, što određuje svojstva ventila diode.

Glavni parametri ispravljačkih poluvodičkih dioda su:

· prednja struja diode Ipr, koja je normalizovana pri određenom prednjem naponu (obično Upr = 1...2V);

· maksimalna dozvoljena prednja struja Ipr max dioda;

· maksimalni dozvoljeni reverzni napon diode Urev max, pri kojem dioda još dugo može normalno raditi;

· konstantna reverzna struja Irev koja teče kroz diodu pri reverznom naponu jednakom Urev max;

· prosječna ispravljena struja Ivp.sr, koja može proći kroz diodu dugo vremena na prihvatljivoj temperaturi njenog zagrijavanja;

· maksimalna dozvoljena snaga Pmax koju rasipa dioda, pri kojoj je osigurana navedena pouzdanost diode.

Prema maksimalno dozvoljenoj vrijednosti prosječne ispravljene struje, diode se dijele na male snage (Ivp.av £ 0,3A), srednje snage (0,3A 10A).

Da bi se održale performanse germanijumske diode, njena temperatura ne bi trebalo da prelazi +85°C. Silicijumske diode mogu raditi na temperaturama do +150°C.

Slika 3.3 – Promjena volt-amper karakteristika poluvodičke diode u zavisnosti od temperature: a – za germanijsku diodu; b – za silicijumsku diodu

Pad napona pri prolasku jednosmerne struje za germanijumske diode je DUpr = 0,3...0,6V, za silicijumske diode - DUpr = 0,8...1,2V. Veliki padovi napona kada jednosmjerna struja prolazi kroz silikonske diode u usporedbi s istosmjernim padom napona na germanijevim diodama povezani su s većom visinom potencijalne barijere p-n spojeva formiranih u silicijumu.

S povećanjem temperature, pad napona naprijed opada, što je povezano sa smanjenjem visine potencijalne barijere.

Kada se na poluvodičku diodu dovede obrnuti napon, u njoj nastaje blaga reverzna struja, zbog kretanja manjinskih nosilaca naboja kroz pn spoj.

Kako temperatura pn spoja raste, povećava se broj manjinskih nosilaca naboja zbog prijelaza nekih elektrona iz valentnog pojasa u pojas provodljivosti i formiranja parova nosioca naboja elektron-rupa. Stoga se obrnuta struja diode povećava.

Kada se na diodu primijeni obrnuti napon od nekoliko stotina volti, vanjsko električno polje u sloju za blokiranje postaje toliko jako da može povući elektrone iz valentnog pojasa u provodni pojas (Zenerov efekat). U ovom slučaju, reverzna struja naglo raste, što uzrokuje zagrijavanje diode, daljnje povećanje struje i, konačno, toplinski slom (uništenje) p-n spoja. Većina dioda može pouzdano raditi pri obrnutim naponima koji ne prelaze (0,7...0,8) Uppro.

Dozvoljeni reverzni napon germanijumskih dioda dostiže - 100...400V, a za silicijumske diode - 1000...1500V.

U velikom broju moćnih instalacija pretvarača, zahtjevi za prosječnom vrijednošću pravog i obrnutog napona premašuju nominalnu vrijednost parametara postojećih dioda. U ovim slučajevima problem se rješava paralelnim ili serijskim povezivanjem dioda.

Paralelno spajanje dioda koristi se kada je potrebno postići struju naprijed veću od granične struje jedne diode. Ali ako se diode istog tipa jednostavno spoje paralelno, tada će, zbog nepodudaranja direktnih grana strujno-naponske karakteristike, biti različito opterećene, a u nekima će struja naprijed biti veća od granične .

Slika 3.4 – Paralelno povezivanje ispravljačkih dioda

Za izjednačavanje struja koriste se diode s malom razlikom u direktnim granama strujno-naponske karakteristike (oni se biraju) ili su izjednačujući otpornici s otporom jedinica Ohma spojeni u seriju s diodama. Ponekad su uključeni dodatni otpornici (slika 3.4, c) sa otporom nekoliko puta većim od direktnog otpora dioda, tako da je struja u svakoj diodi određena uglavnom otporom Rd, tj. Rd>>rpr vd. Vrijednost Rd je stotine oma.

Serijsko povezivanje dioda se koristi za povećanje ukupnog dozvoljenog obrnutog napona. Kada je izložena obrnutom naponu, ista reverzna struja Irev teče kroz diode povezane u seriju. međutim, zbog razlike u obrnutim granama strujno-naponske karakteristike, ukupni napon će biti neravnomjerno raspoređen na diode. Dioda čija je obrnuta grana strujno-naponske karakteristike viša imaće veći napon. Može biti više od granice, što će dovesti do kvara dioda.

Slika 3.5 – Serijsko povezivanje ispravljačkih dioda

Kako bi se osiguralo da je obrnuti napon ravnomjerno raspoređen između dioda bez obzira na njihov reverzni otpor, diode su šantovane otpornicima. Otpori Rsh otpornika moraju biti isti i znatno manji od najmanjeg obrnutog otpora dioda Rsh 3.2 Zener diode

Poluvodička zener dioda je poluvodička dioda, na kojoj napon u području električnog sloma slabo ovisi o struji i koja se koristi za stabilizaciju napona.

Poluprovodničke zener diode koriste svojstvo male promjene obrnutog napona na p-n spoju tokom električnog (lavina ili tunel) kvara. To je zbog činjenice da mali porast napona na pn spoju u načinu električnog proboja uzrokuje intenzivnije stvaranje nositelja naboja i značajno povećanje obrnute struje.

Niskonaponske zener diode su izrađene na bazi teško legiranog (niskog otpora) materijala. U ovom slučaju nastaje uski planarni spoj u kojem dolazi do tunelskog električnog kvara pri relativno niskim obrnutim naponima (manjim od 6V). Visokonaponske zener diode se izrađuju na bazi lagano legiranog (visokog otpora) materijala. Stoga je njihov princip rada povezan s lavinskim električnim kvarom.

Glavni parametri zener dioda:

· stabilizacijski napon Ust (Ust = 1…1000V);

· minimalne Ist mín i maksimalne Ist max stabilizacijske struje (Ist mín" 1,0...10 mA, Ist max "0,05...2,0A);

· maksimalna dozvoljena disipacija snage Rmax;

· diferencijalni otpor u sekciji stabilizacije rd = DUst/DIst, (rd" 0,5...200 Ohm);

temperaturni koeficijent napona u stabilizacijskom dijelu:

TKU zener diode pokazuje za koji postotak će se stabilizirajući napon promijeniti kada se temperatura poluvodiča promijeni za 1°C

(TKU= −0,5…+0,2%/°S).

Slika 3.6 – Volt-amperska karakteristika zener diode i njena simbolična grafička oznaka

Zener diode se koriste za stabilizaciju napona izvora napajanja, kao i za fiksiranje nivoa napona u različitim kolima.

Stabilizacija niskonaponskog napona unutar 0,3...1V može se postići upotrebom direktnog ogranka I-V karakteristike silicijumskih dioda. Dioda u kojoj se direktna grana strujno-naponske karakteristike koristi za stabilizaciju napona naziva se stabistor. Postoje i dvostrane (simetrične) zener diode koje imaju simetričnu strujno-naponsku karakteristiku u odnosu na ishodište.

Zener diode se mogu spojiti u seriju, pri čemu je rezultirajući stabilizirajući napon jednak zbroju napona zener diode:

Ust = Ust1 + Ust2 +…

Paralelno povezivanje zener dioda je neprihvatljivo, jer zbog raspršenosti karakteristika i parametara svih paralelno povezanih zener dioda, struja će nastati samo u jednoj, koja ima najmanji stabilizirajući napon Ust, što će uzrokovati pregrijavanje zener diode.

3.3 Tunelske i reverzne diode

Tunelska dioda je poluvodička dioda zasnovana na degeneriranom poluvodiču, u kojoj tunelski efekat dovodi do pojave negativnog diferencijalnog otpornog dijela na strujno-naponskoj karakteristici pri naprijed naponu.

Tunelska dioda je napravljena od germanijuma ili galijum arsenida sa veoma visokom koncentracijom nečistoća, tj. sa veoma niskom otpornošću. Takvi poluvodiči sa malim otporom nazivaju se degenerisani. Ovo omogućava da se dobije veoma uski pn spoj. U takvim prelazima nastaju uslovi za relativno slobodno tuneliranje elektrona kroz potencijalnu barijeru (tunelski efekat). Tunelski efekat dovodi do pojave sekcije sa negativnim diferencijalnim otporom na direktnoj grani strujno-naponske karakteristike diode. Tunelski efekat je da na dovoljno niskoj visini potencijalne barijere, elektroni mogu prodrijeti kroz barijeru bez promjene svoje energije.

Glavni parametri tunelskih dioda:

· vršna struja Ip – struja naprijed u maksimalnoj tački strujno-naponske karakteristike;

· struja doline Iv – struja naprijed u minimalnoj tački strujno-naponske karakteristike;

· omjer struja tunelske diode Ip/Iv;

· vršni napon Up – prednji napon koji odgovara vršnoj struji;

· dolinski napon Uv – prednji napon koji odgovara struji u dolini;

· napon rastvora Urr.

Tunelske diode se koriste za generiranje i pojačavanje elektromagnetnih oscilacija, kao i za brzo prebacivanje i impulsna kola.

Slika 3.7 – Strujna naponska karakteristika tunelske diode

Reverzna dioda je dioda bazirana na poluvodiču s kritičnom koncentracijom nečistoća, u kojoj je vodljivost pri obrnutom naponu zbog efekta tuneliranja znatno veća nego kod pravog napona.

Princip rada reverzne diode temelji se na korištenju efekta tunela. Ali u reverznim diodama koncentracija nečistoća je niža nego u konvencionalnim tunelskim diodama. Stoga je razlika kontaktnog potencijala za obrnute diode manja, a debljina pn spoja je veća. To dovodi do činjenice da se pod utjecajem istosmjernog napona ne stvara direktna tunelska struja. Prednja struja u reverznim diodama nastaje ubrizgavanjem nevećinskih nosilaca naboja kroz p-n spoj, tj. jednosmjerna struja je difuzija. Kada je napon obrnut, značajna tunelska struja teče kroz spoj, stvorena kretanjem elektrona kroz potencijalnu barijeru iz p-područja u n-područje. Radni dio strujno-naponske karakteristike obrnute diode je reverzna grana.

Dakle, obrnute diode imaju ispravljački učinak, ali njihov prolazni (provodni) smjer odgovara obrnutoj vezi, a blokirajući (neprovodni) smjer odgovara direktnoj vezi.

Slika 3.8 – Volt-amperska karakteristika obrnute diode

Obrnute diode se koriste u impulsnim uređajima, ali i kao pretvarači signala (mikseri i detektori) u radiotehničkim uređajima.

3.4 Varicaps

Varikap je poluvodička dioda koja koristi ovisnost kapacitivnosti o veličini obrnutog napona i namijenjena je za korištenje kao element s električno kontroliranom kapacitivnošću.

Poluvodički materijal za proizvodnju varikapa je silicij.

Osnovni parametri varikapa:

· nazivni kapacitet Sv – kapacitivnost pri datom reverznom naponu (Sv = 10...500 pF);

Koeficijent preklapanja kapaciteta; (Ks = 5...20) – omjer kapacitivnosti varikapa pri dvije date vrijednosti obrnutih napona.

Varikapi se široko koriste u različitim krugovima za automatsko podešavanje frekvencije i u parametarskim pojačalima.

Slika 3.9 – Kapacitivnost-naponska karakteristika varikapa

3.5 Proračun električnih kola sa poluvodičkim diodama.

U praktičnim krugovima, neko opterećenje, na primjer otpornik, je povezano na diodni krug (slika 3.10, a). Jednosmjerna struja teče kada anoda ima pozitivan potencijal u odnosu na katodu.

Način rada diode s opterećenjem naziva se radni način. Ako dioda ima linearni otpor, tada izračunavanje struje u takvom krugu ne bi bilo teško, jer je ukupni otpor kruga jednak zbroju otpora diode na istosmjernu struju Ro i otpora otpornika opterećenja Rn. Ali dioda ima nelinearni otpor, a njena Ro vrijednost se mijenja kako se mijenja struja. Stoga se trenutni proračun radi grafički. Zadatak je sljedeći: poznate su vrijednosti E, Rn i karakteristike diode potrebno je odrediti struju u kolu I i napon na diodi Ud.

Slika 3.10

Karakteristiku diode treba posmatrati kao graf neke jednadžbe koja povezuje veličine I i U. A za otpor Rn, slična jednačina je Ohmov zakon:

(3.1)

Dakle, postoje dvije jednačine sa dvije nepoznate I i U, a jedna od jednačina je data grafički. Da biste riješili takav sistem jednačina, potrebno je konstruirati graf druge jednačine i pronaći koordinate tačke presjeka dva grafika.

Jednačina za otpor Rn je jednačina prvog stepena u odnosu na I i U. Njen grafik je prava linija koja se naziva linija opterećenja. Konstruisana je korišćenjem dve tačke na koordinatnoj osi. Za I= 0, iz jednačine (3.1) dobijamo: E − U= 0 ili U= E, što odgovara tački A na sl. 3.10, b. A ako je U= 0, onda je I= E/Rn. ovu struju crtamo na osi ordinata (tačka B). Kroz tačke A i B povlačimo pravu liniju koja je linija opterećenja. Koordinate tačke D daju rješenje problema.

Treba napomenuti da se grafički proračun načina rada diode može izostaviti ako Rn >> Ro. U ovom slučaju, dopušteno je zanemariti otpor diode i odrediti struju približno: I»E/Rn.

Razmatrana metoda za izračunavanje istosmjernog napona može se primijeniti na amplitudne ili trenutne vrijednosti ako izvor daje izmjenični napon.

Budući da poluvodičke diode dobro provode struju u smjeru naprijed, a slabo u obrnutom smjeru, većina poluvodičkih dioda se koristi za ispravljanje naizmjenične struje.

Najjednostavniji krug za ispravljanje naizmjenične struje prikazan je na sl. 3.11. Serijski je povezan sa izvorom naizmenične emf - e, diodom VD i otpornikom opterećenja Rn. Ovo kolo se naziva poluvalnim.

Najjednostavniji ispravljač radi na sljedeći način. Tokom jednog poluciklusa, napon za diodu je direktan i struja prolazi, stvarajući pad napona UR na otporniku Rn. Tokom sljedećeg poluciklusa napon je obrnut, struje praktično nema i UR = 0. Dakle, pulsirajuća struja prolazi kroz diodu i otpornik opterećenja u obliku impulsa koji traju pola ciklusa. Ova struja se naziva ispravljena struja. On stvara ispravljeni napon na otporniku Rn. Grafikoni na sl. 3.11, b ilustruju procese u ispravljaču.

Slika 3.11

Amplituda pozitivnih poluvalova na diodi je vrlo mala. To se objašnjava činjenicom da kada prođe jednosmjerna struja, većina napona izvora pada na otpornik opterećenja Rn, čiji otpor znatno premašuje otpor diode. U ovom slučaju

Za konvencionalne poluvodičke diode, prednji napon nije veći od 1...2V. Na primjer, neka izvor ima efektivni napon E = 200V i . Ako je Up max = 2V, tada je URmax = 278V.

S negativnim poluvalom dovedenog napona, praktički nema struje i pad napona na otporniku Rn je nula. Cijeli napon izvora se primjenjuje na diodu i predstavlja obrnuti napon za nju. Dakle, maksimalna vrijednost obrnutog napona jednaka je amplitudi emf izvora.

Najjednostavniji dijagram upotrebe zener diode prikazan je na Sl. 3.12, a. Opterećenje (potrošač) je povezano paralelno sa zener diodom. Stoga, u režimu stabilizacije, kada je napon na zener diodi gotovo konstantan, isti napon će biti na opterećenju. Obično se Rogr izračunava za srednju tačku T karakteristika zener diode.

Razmotrimo slučaj kada je E = const, a Rn varira od Rn min do Rn max..

Vrijednost Rolima se može pronaći pomoću sljedeće formule:

(3.3)

gdje je Iav = 0,5(Ist min+Ist max) – prosječna struja zener diode;

In = Ust/Rn – struja opterećenja (pri Rn = const);

In.av = 0,5 (In min+In max), (sa Rn = var),

i I .

Slika 3.12

Rad kola u ovom režimu može se objasniti na sledeći način. Pošto je Rogr konstantan i pad napona na njemu jednak (E − Ust) je takođe konstantan, onda struja u Rogru, jednaka (Ist + In.sr), mora biti konstantna. Ali ovo drugo je moguće samo ako se struja zener diode I i struja opterećenja In mijenjaju u istoj mjeri, ali u suprotnim smjerovima. Na primjer, ako se In poveća, tada se struja I smanjuje za isti iznos, a njihov zbir ostaje nepromijenjen.

Razmotrimo princip rada zener diode na primjeru kruga koji se sastoji od serijski povezanog izvora promjenjivog EMF-a - e, zener diode VD i otpornika R (slika 3.13, a).

Tokom pozitivnog poluperioda na zener diodu se primjenjuje obrnuti napon, a do probojnog napona zener diode, sav napon se primjenjuje na zener diodu, budući da je struja u kolu nula. Nakon električnog kvara zener diode, napon na zener diodi VD ostaje nepromijenjen i cijeli preostali napon EMF izvora će se primijeniti na otpornik R. Za vrijeme negativnog poluperioda, zener dioda se uključuje u smjeru provodljivosti , pad napona na njemu je oko 1V, a preostali napon EMF izvora se primjenjuje na otpornik R.

Poluvodička dioda je poluvodički uređaj s jednim električnim spojem i dva terminala, koji koristi jedno ili drugo svojstvo električnog spoja. Električni spoj može biti spoj elektron-rupa, spoj metal-poluvodič ili heterospoj.

Područje diodnog poluvodičkog kristala koje ima veću koncentraciju nečistoća (a samim tim i većinskih nosilaca naboja) naziva se emiter, a drugo, s nižom koncentracijom, naziva se baza. Strana diode na koju je spojen negativni pol izvora napajanja kada je direktno povezana često se naziva katoda, a druga se naziva anoda.

Prema namjeni, diode se dijele na:

1. ispravljači (snaga), dizajnirani za pretvaranje naizmjeničnog napona iz napajanja industrijske frekvencije u jednosmjerni napon;

2. Zener diode (referentne diode) dizajnirane za stabilizaciju napona , imajući na obrnutoj grani strujno-naponske karakteristike dio sa slabom ovisnošću napona o struji koja teče:

3. varikape namenjene za upotrebu kao kapacitivnost kontrolisane električnim naponom;

4. puls, dizajniran za rad u brzim impulsnim kolima;

5. tunel i revers, dizajnirani za pojačavanje, generiranje i prebacivanje visokofrekventnih oscilacija;

6. ultra-visoke frekvencije, dizajnirane za konverziju, prebacivanje i generiranje ultravisokofrekventnih oscilacija;

7. LED diode dizajnirane za pretvaranje električnog signala u svjetlosnu energiju;

8. fotodiode, dizajnirane za pretvaranje svjetlosne energije u električni signal.

Sistem i lista parametara koji su uključeni u tehničke opise i karakterišu svojstva poluprovodničkih dioda biraju se uzimajući u obzir njihove fizičke i tehnološke karakteristike i obim primene. U većini slučajeva važne su informacije o njihovim statičkim, dinamičkim i graničnim parametrima.

Statički parametri karakterišu ponašanje uređaja na jednosmernoj struji, dinamički parametri karakterišu njihova vremensko-frekventna svojstva, granični parametri određuju područje ​​​stabilnog i pouzdanog rada.

1.5. Strujna naponska karakteristika diode

Strujno-naponska karakteristika (volt-amperska karakteristika) diode je slična strujno-naponskoj karakteristici p-n-prijelaz i ima dvije grane – naprijed i nazad.

Strujna naponska karakteristika diode prikazana je na slici 5.

Ako je dioda uključena u smjeru naprijed ("+" - prema području R, i “-” – na područje n), zatim kada se dostigne granični napon U Tada se dioda otvara i kroz nju teče jednosmjerna struja. Kada se ponovo uključi ("-" na područje R, i “+” – na područje n) kroz diodu teče neznatna obrnuta struja, odnosno dioda je zapravo zatvorena. Stoga možemo smatrati da dioda propušta struju samo u jednom smjeru, što joj omogućava da se koristi kao ispravljački element.

Vrijednosti prednje i reverzne struje razlikuju se za nekoliko redova veličine, a pad napona naprijed ne prelazi nekoliko volti u odnosu na reverzni napon, koji može biti stotine ili više volti. Ispravljačka svojstva dioda su bolja, što je niža reverzna struja pri datom obrnutom naponu i manji pad napona pri datoj struji naprijed.

Parametri strujno-naponske karakteristike su: dinamička (diferencijalna) otpornost diode na izmjeničnu struju i statički otpor na jednosmjernu struju.

Statički otpor diode na istosmjernu struju u smjeru naprijed i nazad izražava se relacijom:

, (2)

Gdje U I I specificirati specifične točke na strujno-naponskoj karakteristici diode na kojima se izračunava otpor.

Dinamički AC otpor određuje promjenu struje kroz diodu s promjenom napona blizu odabrane radne točke na karakteristici diode:

. (3)

Pošto tipična I-V karakteristika diode ima sekcije sa povećanom linearnošću (jedan na prednjoj grani, jedan na obrnutoj grani), r d se izračunava kao omjer malog prirasta napona na diodi i malog prirasta struje kroz nju u datom modu:

. (4)

Izvesti izraz za r d, zgodnije je uzeti struju kao argument I, i razmotriti napon kao funkciju i, uzimajući logaritam jednadžbe (1), dovesti ga u oblik:

. (5)

. (6)

Iz toga slijedi da sa povećanjem struje naprijed r d se brzo smanjuje, od kada se dioda direktno uključi I>>I S .

U linearnom dijelu strujno-naponske karakteristike kada je dioda spojena direktno, statički otpor je uvijek veći od dinamičkog otpora: R st > r d Prilikom ponovnog uključivanja diode R st r d.

Dakle, električni otpor diode u smjeru naprijed je mnogo manji nego u obrnutom smjeru. Stoga dioda ima jednosmjernu provodljivost i koristi se za ispravljanje naizmjenične struje.

Dioda je poluprovodnički uređaj sa jednim pn spojem, koji ima dva izlaza (katoda i anoda), dizajnirana je da stabilizuje, ispravlja, modulira, detektuje, pretvara i ograničava električne signale reverzna struja.

Po svojoj funkcionalnoj namjeni diode se dijele na impulsne, ispravljačke, univerzalne, zener diode, mikrovalne diode, tunelske diode, varikape, sklopne diode itd.

U teoriji, znamo da dioda dozvoljava struji da teče samo u jednom smjeru. Međutim, malo ljudi zna ili razumije tačno kako on to radi. Šematski, dioda se može zamisliti kao kristal koji se sastoji od 2 regije (poluprovodnika). Jedna od ovih regija kristala ima n-tip provodljivosti, a druga ima p-tip provodljivosti.

Na slici su rupe koje prevladavaju u području n-tipa, koje su prikazane u plavim krugovima, a elektroni koji prevladavaju u području p-tipa prikazani su crvenom bojom. Ove dvije oblasti su elektrode diode, katoda i anoda:

Katoda je negativna elektroda diode, čiji su glavni nosioci naboja elektroni.

Anoda je pozitivna elektroda diode, čiji su glavni nosioci naboja rupe.

Na vanjskim površinama područja nanose se kontaktni metalni slojevi na koje su zalemljeni žičani vodovi diodnih elektroda. Uređaj ove vrste može biti samo u jednom od dva stanja:

1. Zatvoren - to je kada slabo provodi struju;

2. Otvoren je kada dobro provodi struju.

Dioda će biti u zatvorenom stanju ako se primijeni polaritet izvora konstantnog napona.

U ovom slučaju, elektroni iz n-tipa regiona će se početi kretati ka pozitivnom polu izvora energije, udaljavajući se od p-n spoja, a rupe u oblasti p-tipa će se takođe udaljavati od p-n spoja, krećući se prema negativni pol. Na kraju će se proširiti granica regija, što stvara zonu ujedinjenu elektronima i rupama, što će pružiti ogroman otpor struji.

Međutim, u svakom dijelu diode postoje manjinski nosioci naboja, a mala razmjena elektrona i rupa između regija će se ipak dogoditi. Zbog toga će kroz diodu teći višestruko manja struja od jednosmjerne struje, a ta struja se naziva reverzna struja diode. U praksi se po pravilu zanemaruje reverzna struja p-n spoja, pa se ispostavlja da p-n spoj ima samo jednosmjernu vodljivost.