Karakteristike i parametri ispravljačkih i univerzalnih dioda

Ispravljačke diode koriste se za ispravljanje izmjenične struje niske frekvencije. Ispravljačka svojstva ovih dioda temelje se na principu jednostrane vodljivosti p-n spojeva elektron-rupa.

Univerzalne diode koriste se u raznim elektroničkim uređajima kao što su visokofrekventni i niskofrekventni AC ispravljači, množitelji i frekventni pretvarači, detektori velikih i malih signala itd. Raspon radnih struja i napona ispravljačkih i univerzalnih dioda je vrlo širok, stoga su proizvedeno s točkastim i ravnim pn-spojem u poluvodičkoj strukturi s površinama od desetina četvornog milimetra do nekoliko četvornih centimetara. Obično se u univerzalnim diodama koriste spojevi s malim površinama i kapacitetima, ali s relativno visokim vrijednostima prednjih struja i obrnutih napona. Te zahtjeve ispunjavaju točkaste, mikrolegirane planarne i mesplanarne diode. Karakteristike i parametri univerzalnih dioda su isti kao i ispravljačkih dioda.

Volt-amper karakteristike(CVC) ispravljačkih dioda izražava ovisnost struje koja prolazi kroz diodu o vrijednosti i polaritetu istosmjernog napona koji se na nju primjenjuje. Jačina 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 nevodljivom smjeru struje kroz diodu s obrnutim polaritetom napona primijenjenog na diodu. Reverzna struja (odsjek. OD) neznatno ovisi o primijenjenom obrnutom naponu. S relativno velikim obrnutim naponom (točka B na karakteristici) dolazi do električnog sloma pn spoja, pri čemu se reverzna struja brzo povećava, što može dovesti do toplinskog sloma i oštećenja diode. S povećanjem temperature, toplinska struja i struja generiranja nositelja naboja u spoju će se povećati, što će dovesti do povećanja prednjih i reverznih struja i pristranosti karakteristika diode.

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

Ispravljena (naprijed) struja Ipr je struja (prosječna vrijednost tijekom razdoblja) koja prolazi kroz diodu, pri čemu je osiguran njezin pouzdan i dugotrajan rad. Jačina ove struje ograničena je zagrijavanjem ili maksimalnom snagom Pmax. Prekomjerna struja naprijed dovodi do toplinskog kvara i oštećenja diode.

• Pad napona naprijed UPr.Sr - prosječna vrijednost tijekom razdoblja na diodi kada kroz nju prolazi dopuštena struja naprijed.
• Dopušteni obrnuti napon U0br je prosječna vrijednost za razdoblje tijekom kojeg je osiguran pouzdan i dugotrajan rad diode. Prekomjerni obrnuti napon dovodi do kvara i kvara diode. Kako temperatura raste, vrijednosti obrnutog napona i prednje struje se smanjuju.
• Reverzna struja Iobr - prosječna vrijednost tijekom razdoblja obrnute struje pri dopuštenom Urev. Što je niža obrnuta struja, to bolje

Ispravljačka svojstva diode. Povećanje temperature za svakih 10 ° C dovodi do povećanja obrnute struje u germanijevim "silicijskim diodama, za 1,5 - 2 puta ili više."

Maksimalna konstanta, ili prosječna snaga Pmax tijekom razdoblja, raspršena diodom, pri kojoj dioda može raditi dulje vrijeme bez promjene svojih parametara. Ova snaga je zbroj umnožaka struja i napona tijekom naprijed i nazad prijelaza spoja, odnosno za pozitivne i negativne poluperiode izmjenične struje. Za uređaje velike snage koji rade s dobrim odvođenjem topline, Pmax = (Tp.max - Tc) / Rpk. Za uređaje male snage koji rade bez hladnjaka,

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

Maksimalna temperatura spoja Hpmax ovisi o materijalu (pojasni razmak) poluvodiča i stupnju njegovog dopiranja, tj. o otpornosti područja pn spoja - baze. Raspon HP max za germanij je u rasponu 80 - 110 ° C, a za silicij 150 - 220 ° C.

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

Ograničavajući način korištenja dioda karakteriziraju najveći dopušteni obrnuti napon Urev max, najveća ispravljačka struja Ipr max i maksimalna prijelazna temperatura TPmax S povećanjem frekvencije izmjeničnog napona koji se dovodi na diodu, njezina ispravljačka svojstva se pogoršavaju. Stoga se za određivanje svojstava ispravljačkih dioda obično propisuje radni frekvencijski raspon Df ili maksimalna frekvencija ispravljanja fmax. Na frekvencijama višim od fmax, manjinski nosioci naboja nakupljeni tijekom izravnog poluperioda u bazi nemaju vremena za kompenzirati, dakle, s obrnutim poluperiodom ispravljenog napona, prijelaz neko vrijeme ostaje prednagnut (odnosno gubi svoja ispravljačka svojstva). Ovo svojstvo se očituje utoliko značajnije, što je veći impuls struje naprijed ili što je veća frekvencija dovedenog izmjeničnog napona.Osim toga, pri visokim frekvencijama počinje se manifestirati ranžirni učinak barijere i difuzijskih kapaciteta pn spoja, što smanjuje njegova ispravljačka svojstva.

Pri proračunu načina rada ispravljača koristi se statički istosmjerni otpor i diferencijalni otpor dioda na izmjeničnu struju.

• Diferencijal AC otpor rdif = dU / dI ili rdif = DU / DI određuje promjenu struje kroz diodu kada se napon promijeni blizu odabrane radne točke na karakteristici diode. Kod izravnog priključka napona rdif Pr = 0,026 / / IPr i struje IPr> 10 mA, to je nekoliko ohma.Pri spajanju obrnutog napona rDif je velik (od desetaka kilo-oma do nekoliko mega-oma).
• Statički otpor diode na istosmjernu struju gpr = Upr / Ipr, rrev d = Urev / Irev U području prednjih struja rdr d> rdif pr, a u području reverznih struja r0br d

Kapaciteti dioda značajno utječu na njihov rad na visokim frekvencijama i u impulsnim modovima. U podacima putovnice dioda obično se navodi ukupna kapacitivnost diode Sd, koja osim barijere i difuzijske kapacitivnosti uključuje i kapacitet kućišta uređaja. Taj se kapacitet mjeri između vanjskih donjih vodiča diode na zadani napon obrnutog prednapona i frekvencija struje

Poluvodička dioda - to je poluvodički uređaj s jednim pn spojem i dvije elektrode. Načelo rada poluvodičke diode temelji se na fenomenu pn spoja, stoga za daljnje proučavanje bilo kojeg poluvodičkog uređaja morate znati kako radi.

Ispravljačka dioda (također se naziva ventil) je vrsta poluvodičke diode koja pretvara izmjeničnu struju u istosmjernu.

Dioda ima dva izvoda (elektrode), anodu i katodu. Anoda je spojena na p sloj, katoda na n sloj. Kada se na anodu nanese plus, a na anodu minus (izravno uključivanje diode), dioda propušta struju. Ako se na anodu primijeni minus, a plus (obrnuto uključivanje diode) struje kroz diodu na katodu, to se neće vidjeti iz strujno-naponske karakteristike diode. Stoga, kada se na ulaz ispravljačke diode dovodi izmjenični napon, kroz njega prolazi samo jedan poluval.

Strujna naponska karakteristika (VAC) diode.

Strujna naponska karakteristika diode prikazana je na sl. I. 2. U prvom kvadrantu prikazana je prednja grana karakteristike, koja opisuje stanje visoke vodljivosti diode s primijenjenim naponom naprijed, koji je lineariziran djelično linearnom funkcijom

u = U 0 + R D i

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

Treći kvadrant sadrži obrnutu granu strujno-naponske karakteristike, koja opisuje stanje niske vodljivosti kada je obrnuti napon položen na diodu. U stanju niske vodljivosti, struja ne teče kroz poluvodičku strukturu. Međutim, to vrijedi samo do određene vrijednosti obrnutog napona. S obrnutim naponom, kada jakost električnog polja u pn spoju dosegne oko 10 s V / cm, ovo polje može prenijeti pokretnim nosiocima naboja - elektronima i rupama, koji se neprestano pojavljuju u cijelom volumenu poluvodičke strukture kao rezultat toplinske generacija - kinetička energija dovoljna za ionizaciju neutralnih atoma silicija. Rezultirajuće rupe i elektroni vodljivosti, zauzvrat, ubrzavaju se električnim poljem p-n spoja i također ioniziraju neutralne atome silicija. U tom slučaju dolazi do lavinskog porasta obrnute struje, .t. e. lavinski kvarovi.

Napon pri kojem dolazi do naglog porasta obrnute struje, naziva se probojni napon U 3.

TEMA 3. POLUVODIČKE DIODE

Poluvodička dioda je poluvodički uređaj za elektrokonvertiranje s jednim električnim spojem i dva terminala koji iskorištava svojstva pn spoja.

Poluvodičke diode se klasificiraju:

1) po namjeni: ispravljačke, visokofrekventne i ultravisokofrekventne (visokofrekventne i mikrovalne diode), impulsne, poluvodičke zener diode (referentne diode), tunelske, reverzne, varikape itd.;

2) po konstrukcijskim i tehnološkim značajkama: ravninski i točkasti;

3) prema vrsti izvornog materijala: germanij, silicij, arsenid - galij itd.

Slika 3.1 - Uređaj točkastih dioda

Točkasta dioda koristi ploču od germanija ili silicija s električnom vodljivošću n-tipa (slika 3.1), debljine 0,1 ... 0,6 mm i površine 0,5 ... 1,5 mm2; naoštrena žica (igla) s nanesenom nečistoćom u dodiru je s pločom. U tom slučaju nečistoće difundiraju iz vrha u glavni poluvodič, što stvara područje s različitom vrstom električne vodljivosti. Tako se u blizini igle formira minijaturni pn-spoj hemisferičnog oblika.

Za proizvodnju germanijevih točkastih dioda, volframova žica obložena indijem zavarena je na germanijsku ploču. Indij je akceptor za germanij. Dobiveno područje germanija p-tipa je emiter.

Za izradu silikonskih točkastih dioda koristi se silicij n-tipa i žica obložena aluminijem, koja služi kao akceptor za silicij.

Kod planarnih dioda pn spoj tvore dva poluvodiča s različitim vrstama električne vodljivosti, a prijelazno područje za različite vrste dioda kreće se od stotinki kvadratnog milimetra do nekoliko desetaka četvornih centimetara (energetske diode).

Ravne diode izrađuju se metodama fuzije (fuzije) ili difuzije (slika 3.2).

Slika 3.2 - Raspored ravnih dioda izrađenih legurom (a) i difuzijskom metodom (b)

Kap indija se stapa u ploču germanija n-tipa na temperaturi od oko 500 ° C (slika 3.2, a), koja, stapajući se s germanijem, tvori sloj germanija p-tipa. Područje p-tipa ima veću koncentraciju nečistoća od glavne ploče, te je stoga emiter. Olovne žice, obično od nikla, zalemljene su na glavnu ploču od germanija i indija. Ako se kao polazni materijal uzme germanij p-tipa, tada se u njega stapa antimon i tada se dobiva emitersko područje n-tipa.

Difuzijska metoda za izradu pn spoja temelji se na činjenici da atomi nečistoće difundiraju u glavni poluvodič (slika 3.2, b). Za stvaranje p-sloja koristi se difuzija akceptorskog elementa (bor ili aluminij za silicij, indij za germanij) kroz površinu polaznog materijala.

3.1 Ispravljačke diode

Poluvodička ispravljačka dioda je poluvodička dioda dizajnirana za pretvaranje izmjenične struje u istosmjernu.

Ispravljačke diode izrađene su na bazi pn spoja i imaju dvije regije, jedna od njih ima manji otpor (sadrži veliku koncentraciju nečistoća), a naziva se emiter. Drugo područje, baza, je veće otpornosti (sadrži nižu koncentraciju nečistoća).

Rad ispravljačkih dioda temelji se na svojstvu jednostrane vodljivosti pn-spoja, koja se sastoji u tome da potonji dobro provodi struju (ima mali otpor) tijekom izravnog spajanja i praktički ne provodi struju (ima vrlo veliki otpor) tijekom obrnutog povezivanja.

Kao što znate, prednju struju diode stvaraju glavni nositelji naboja, a obrnutu ne stvaraju glavni nositelji naboja. Koncentracija većinskih nositelja naboja je nekoliko redova veličine veća od koncentracije manjinskih nositelja, što određuje svojstva ventila diode.

Glavni parametri ispravljačkih poluvodičkih dioda su:

· Prednja struja diode Ipr, koja je normalizirana pri određenom naprijed naponu (obično Upr = 1 ... 2V);

· Najveća dopuštena struja naprijed Ipr max diode;

· Najveći dopušteni obrnuti napon diode Urev max, pri kojem dioda još dugo može normalno raditi;

· Konstantna reverzna struja Irev, koja teče kroz diodu pri obrnutom naponu jednakom Urev max;

Prosječna ispravljena struja Ivp.av, koja može proći kroz diodu dugo vremena na dopuštenoj temperaturi njezina zagrijavanja;

· Maksimalna dopuštena snaga Pmax koju raspršuje dioda, pri kojoj je osigurana zadana pouzdanost diode.

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

Da bi se održala učinkovitost germanijeve diode, njena temperatura ne smije prelaziti + 85 ° C. Silikonske diode mogu raditi na temperaturama do +150°C.

Slika 3.3 - Promjena volt - amperskih karakteristika poluvodičke diode od temperature: a - za germanijsku diodu; b - za silicijsku diodu

Pad napona pri prolasku struje naprijed za germanijeve diode je DUpr = 0,3 ... 0,6V, za silikonske diode - DUpr = 0,8 ... 1,2V. Veliki padovi napona tijekom prolaska strujne struje kroz silicijsku diodu u usporedbi s izravnim padom napona na germanijevim diodama povezani su s većom visinom potencijalne barijere pn spojeva formiranih u siliciju.

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 obrnuta struja, zbog pomicanja neglavnih nositelja naboja kroz pn-spoj.

S povećanjem temperature pn-prijelaza povećava se broj manjinskih nositelja naboja zbog prijelaza dijela elektrona iz valentnog pojasa u vodljivi pojas i stvaranja parova nositelja 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 vodljivi pojas (Zenerov efekt). U ovom slučaju, reverzna struja naglo raste, što uzrokuje zagrijavanje diode, daljnje povećanje struje i, konačno, toplinski slom (uništenje) pn spoja. Većina dioda može pouzdano raditi na obrnutim naponima koji ne prelaze (0,7 ... 0,8) Uref.

Dopušteni obrnuti napon germanijevih dioda doseže - 100 ... 400 V, a silicijevih dioda - 1000 ... 1500 V.

U nizu moćnih pretvaračkih instalacija, zahtjevi za prosječnom vrijednošću naprijed struje, obrnutog napona premašuju nazivnu vrijednost parametara postojećih dioda. U tim slučajevima problem se rješava paralelnim ili serijskim spajanjem dioda.

Paralelno spajanje dioda koristi se kada je potrebno dobiti naprijed struju veću od granične struje jedne diode. Ali ako su diode istog tipa jednostavno spojene paralelno, tada će zbog neslaganja izravnih I - V karakterističnih grana biti različito opterećene, a u nekima će istosmjerna struja biti veća od granične.

Slika 3.4 - Paralelno spajanje ispravljačkih dioda

Za izjednačavanje struja koriste se diode s malom razlikom u izravnim granama I - V karakteristike (odabiru se) ili se, u seriji s diodama, uključuju izjednačujući otpornici s otporom u jedinicama Ohma. Ponekad uključuju dodatne otpornike (slika 3.4, c) s otporom nekoliko puta većim od otpora naprijed dioda, tako da je struja u svakoj diodi određena uglavnom otporom Rd, t.j. Rd >> rpr vd. Vrijednost Rd je stotine oma.

Serijski spoj dioda služi za povećanje ukupnog dopuštenog obrnutog napona. Kada je izložena obrnutom naponu, ista obrnuta struja Iobr teče kroz diode spojene u seriju. međutim, zbog razlike u obrnutim granama I - V karakteristike, ukupni napon će biti neravnomjerno raspoređen po diodama. Viši napon će se primijeniti na diodu u kojoj je obrnuta grana I - V karakteristike veća. Može se pokazati višim od granice, što će dovesti do kvara dioda.

Slika 3.5 - Serijski spoj ispravljačkih dioda

Kako bi se obrnuti napon ravnomjerno rasporedio između dioda, bez obzira na njihove reverzne otpore, koristi se ranžiranje dioda s otpornicima. Otpori Rsh otpornika moraju biti isti i mnogo manji od najmanjeg obrnutog otpora dioda Rsh 3.2 Zener diode

Poluvodička zener dioda je poluvodička dioda čiji napon u području električnog proboja slabo ovisi o struji i koja služi za stabilizaciju napona.

U poluvodičkim zener diodama koristi se svojstvo blage promjene obrnutog napona na pn-spoju tijekom električnog (lavinskog ili tunelskog) sloma. 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 izrađene su na bazi jako legiranog (niskog otpora) materijala. U tom slučaju nastaje uski ravninski spoj, u kojem dolazi do tunelskog električnog sloma pri relativno niskim obrnutim naponima (manjim od 6 V). Visokonaponske zener diode izrađene su na bazi lagano dopiranog (visokootpornog) materijala. Stoga je njihov princip rada povezan s lavinskim električnim slomom.

Osnovni parametri zener dioda:

· Stabilizacijski napon Ust (Ust = 1 ... 1000V);

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

· Maksimalna dopuštena disipacija snage Rmax;

· Diferencijalni otpor u stabilizacijskom dijelu rd = DUst / DIst, (rd "0,5 ... 200 Ohm);

Temperaturni koeficijent napona u stabilizacijskom dijelu:

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

(TKU = -0,5 ... + 0,2% / ° C).

Slika 3.6 - Strujno-naponska karakteristika Zener diode i njezina konvencionalna grafička oznaka

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

Stabilizacija niskonaponskog napona u rasponu od 0,3 ... 1V može se postići korištenjem izravne grane I - V karakteristike silicijevih dioda. Dioda u kojoj se prednja grana I - V karakteristike koristi za stabilizaciju napona naziva se stabilizator. Postoje i dvostrane (simetrične) zener diode koje imaju simetričnu I - V karakteristiku u odnosu na ishodište.

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

Ust = Ust1 + Ust2 + ...

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

3.3 Tunelske i invertirane diode

Tunelska dioda je poluvodička dioda koja se temelji na degeneriranom poluvodiču, u kojoj tunelski efekt dovodi do pojave negativnog diferencijalnog otpora na strujno - naponskoj karakteristici pri naprijed naponu.

Tunelska dioda je izrađena od germanija ili galij arsenida s vrlo visokom koncentracijom nečistoća, t.j. s vrlo niskim otporom. Takvi poluvodiči niske otpornosti nazivaju se degeneriranim. To omogućuje dobivanje vrlo uskog pn-spoja. U takvim prijelazima nastaju uvjeti za relativno slobodan tunelski prolaz elektrona kroz potencijalnu barijeru (tunelski efekt). Efekt tuneliranja dovodi do pojave na prednjoj grani I - V karakteristike diode dijela s negativnim diferencijalnim otporom. Efekt tuneliranja sastoji se u činjenici da je na dovoljno maloj visini potencijalne barijere moguće da elektroni prodiru kroz barijeru bez promjene svoje energije.

Osnovni parametri tunelskih dioda:

· Vršna struja Ip - istosmjerna struja u točki najveće I - V karakteristike;

Protočna struja Iv - istosmjerna struja u točki minimalne I - V karakteristike;

· Omjer struja tunelske diode Ip / Iv;

· Vršni napon Up - naprijed napon koji odgovara vršnoj struji;

Trough voltage Uv - naprijed napon koji odgovara struji korita;

· Napon otopine Urr.

Tunelske diode koriste se za generiranje i pojačavanje elektromagnetskih valova, kao i u brzim preklopnim i impulsnim krugovima.

Slika 3.7 - Strujna naponska karakteristika tunelske diode

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

Princip rada invertirane diode temelji se na korištenju efekta tuneliranja. Ali u obrnutim diodama koncentracija nečistoća je manja nego u konvencionalnim tunelskim. Stoga je razlika kontaktnog potencijala za obrnute diode manja, a debljina pn-spoja je veća. To dovodi do činjenice da se pod djelovanjem napona naprijed ne stvara izravna tunelska struja. Prednja struja u obrnutim diodama nastaje ubrizgavanjem nevećinskih nositelja naboja kroz pn spoj, t.j. istosmjerna struja je difuzijska. S obrnutim naponom kroz spoj teče značajna tunelska struja koja nastaje kretanjem elektrona kroz potencijalnu barijeru iz p-područja u n-područje. Radni dio I - V karakteristike obrnute diode je obrnuta grana.

Dakle, obrnute diode imaju ispravljački učinak, ali njihov propusni (vodljivi) smjer odgovara obrnutom spoju, a blokirajući (nevodljivi) smjer odgovara izravnom spoju.

Slika 3.8 - Strujna naponska karakteristika obrnute diode

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

3.4 Varikapi

Varikap je poluvodička dioda koja iskorištava kapacitivnost u odnosu na obrnuti napon i namijenjena je za korištenje kao električno kontrolirani kapacitivni element.

Silicij je poluvodički materijal za proizvodnju varikapa.

Glavni parametri varikapa:

· Nazivni kapacitet Sv - kapacitet pri danom obrnutom naponu (Sv = 10 ... 500 pF);

· Koeficijent preklapanja kapaciteta; (Ks = 5 ... 20) - omjer kapacitivnosti varikapa pri dvije zadane vrijednosti obrnutih napona.

Varikapi se široko koriste u raznim krugovima za automatsku kontrolu frekvencije, u parametarskim pojačalima.

Slika 3.9 - Kapacitetsko-naponska karakteristika varikapa

3.5 Proračun električnih krugova s ​​poluvodičkim diodama.

U praktičnim krugovima, neka vrsta opterećenja uključena je u diodni krug, na primjer, otpornik (slika 3.10, a). Prednja struja teče kada je anoda u pozitivnom potencijalu u odnosu na katodu.

Način rada diode s opterećenjem naziva se radni način. Ako dioda ima linearni otpor, tada proračun struje u takvom krugu ne bi predstavljao nikakve poteškoće, jer je ukupni otpor kruga jednak zbroju otpora diode na istosmjernu struju Ro i otpora otpornika opterećenja Rn. Ali dioda ima nelinearni otpor, a vrijednost Ro mijenja se s promjenom struje. Stoga se izračun struje vrši grafički. Zadatak je sljedeći: poznate su vrijednosti E, Rn i karakteristika diode, potrebno je odrediti struju u krugu I i napon na diodi Ud.

Slika 3.10

Karakteristiku diode treba promatrati kao graf neke jednadžbe koja povezuje vrijednosti I i U. A za otpor Rn, slična je jednadžba Ohmov zakon:

(3.1)

Dakle, postoje dvije jednadžbe s dvije nepoznanice I i U, a jedna od jednadžbi je data grafički. Za rješavanje takvog sustava jednadžbi potrebno je nacrtati graf druge jednadžbe i pronaći koordinate presječne točke dvaju grafova.

Jednadžba za otpor Rn je jednadžba prvog stupnja s obzirom na I i U. Njezin graf je ravna crta koja se naziva linija opterećenja. Gradi se pomoću dvije točke na koordinatnim osi. Za I = 0 iz jednadžbe (3.1) dobivamo: E - U = 0 ili U = E, što odgovara točki A na sl. 3.10, b. A ako je U = 0, onda je I = E / Rn. ovu struju odgađamo na osi ordinata (točka B). kroz točke A i B povući ravnu liniju koja je linija opterećenja. Koordinate točke 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 približno odrediti struju: I »E / Rn.

Razmatrana metoda za proračun istosmjernog napona može se primijeniti za 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 koristi se za ispravljanje izmjenične struje.

Najjednostavniji krug za ispravljanje izmjenične struje prikazan je na sl. 3.11. U njemu su serijski spojeni izvor izmjeničnog EMF - e, dioda VD i otpornik opterećenja Rn. Taj se krug naziva poluvalnim.

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

Slika 3.11

Amplituda pozitivnih poluvalova preko diode je vrlo mala. To je zbog činjenice da kada prođe istosmjerna 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 ... 2 V. Na primjer, neka izvor ima efektivni napon E = 200V i ... Ako je Upr max = 2V, tada je URmax = 278V.

S negativnim poluvalom primijenjenog napona praktički nema struje i pad napona na otporniku Rn jednak je nuli. Sav napon izvora se primjenjuje na diodu i njezin je obrnuti napon. Dakle, maksimalna vrijednost obrnutog napona jednaka je amplitudi EMF izvora.

Najjednostavnija shema za korištenje zener diode prikazana je na Sl. 3.12, a. Opterećenje (potrošač) spojeno je paralelno s zener diodom. Stoga, u načinu stabilizacije, kada je napon na zener diodi gotovo konstantan, isti napon će biti na opterećenju. Obično se Rlim izračunava za srednju točku T karakteristike Zener diode.

Razmotrimo slučaj kada je E = const, a Rn se mijenja u rasponu od Rn min do Rn max ..

Vrijednost Rlim se može pronaći pomoću sljedeće formule:

(3.3)

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

In = Ust / Rn - struja opterećenja (na Rn = const);

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

štoviše i .

Slika 3.12

Rad kruga u ovom načinu rada može se objasniti na sljedeći način. Budući da je Rlim konstantan i pad napona na njemu, jednak (E - Ust), također je konstantan, tada struja u Rlim, jednaka (Ist + In.av), mora biti konstantna. Ali potonje 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 zbroj ostaje nepromijenjen.

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

U pozitivnom poluperiodu 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 krugu nula. Nakon električnog sloma zener diode, napon na zener diodi VD ostaje nepromijenjen i sav preostali napon EMF izvora će se primijeniti na otpornik R. U negativnom poluperiodu, zener dioda se uključuje u provodnog smjera, 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 određeno svojstvo električnog spoja. Kao električni spoj može se koristiti spoj elektron-rupa, kontakt metal-poluvodič ili heterospoj.

Područje poluvodičkog kristala diode, koje ima veću koncentraciju nečistoća (dakle, glavnih nositelja naboja), naziva se emiter, a drugo, s nižom koncentracijom, naziva se baza. Strana diode na koju je pri izravnom spajanju spojen negativni pol napajanja često se naziva katoda, a druga anoda.

Prema namjeni, diode se dijele na:

1.ispravljač (snaga), dizajniran za pretvaranje izmjeničnog napona izvora napajanja industrijske frekvencije u konstantan;

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

3. varikape namijenjene za uporabu kao naponski kontrolirani spremnik;

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

5. tunelski i obrnuti, dizajnirani za pojačavanje, generiranje i prebacivanje visokofrekventnih oscilacija;

6. ultravisokofrekventni, namijenjen za pretvorbu, prebacivanje, generiranje ultravisokofrekventnih oscilacija;

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

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

Sustav i popis parametara koji su uključeni u tehničke opise i karakteriziraju svojstva poluvodičkih dioda odabrani su uzimajući u obzir njihove fizikalno-tehnološke značajke i područje primjene. U većini slučajeva važni su podaci o njihovim statičkim, dinamičkim i graničnim parametrima.

Statički parametri karakteriziraju ponašanje uređaja pri konstantnoj struji, dinamički - njihova vremensko-frekventna svojstva, ograničavajući parametri određuju područje stabilnog i pouzdanog rada.

1.5. Strujna naponska karakteristika diode

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

I - V karakteristika diode prikazana je na slici 5.

Ako je dioda uključena u smjeru naprijed ("+" - prema području R, i "-" - na područje n), zatim po dostizanju graničnog napona U tada se dioda otvara i kroz nju teče istosmjerna struja. Kada se ponovo uključi ("-" na područje R, i "+" - na područje n) kroz diodu teče blaga obrnuta struja, odnosno dioda je zapravo zatvorena. Stoga možemo pretpostaviti da dioda propušta struju samo u jednom smjeru, što joj omogućuje 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 usporedbi s obrnutim naponom, koji može biti stotine ili više volti. Ispravljačka svojstva dioda su to bolja, što je niža reverzna struja pri danom obrnutom naponu i manji pad napona pri danoj naprijed struji.

Parametri I - V karakteristike su: dinamički (diferencijalni) otpor diode na izmjeničnu struju i statički otpor na istosmjernu struju.

Statički otpor diode na istosmjernu struju u smjeru naprijed i natrag izražava se omjerom:

, (2)

gdje U i ja postaviti određene točke na I - V karakteristici diode, na kojima se izračunava otpor.

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

. (3)

Budući da tipična I - V karakteristika diode ima dijelove s povećanom linearnošću (jedan na prednjoj grani, jedan na stražnjoj), r q se izračunava kao omjer malog prirasta napona na diodi i malog prirasta struje kroz nju za dani način rada:

. (4)

Izvesti izraz za r d, zgodnije je uzeti kao argument struju ja, a napon se razmatra kao funkcija i, uzimajući logaritam jednadžbe (1), dovodi ga u oblik:

. (5)

. (6)

Odatle slijedi da s povećanjem prednje struje r q se brzo smanjuje, od kada se dioda izravno uključi ja>>ja S .

Na linearnom dijelu I - V karakteristike s izravnim uključivanjem diode, statički otpor je uvijek veći od dinamičkog otpora: R st> r e. Kad se dioda ponovno uključi R sv r itd.

Dakle, električni otpor diode u smjeru naprijed je mnogo manji nego u obrnutom smjeru. Stoga dioda ima jednostranu vodljivost i koristi se za ispravljanje izmjenične struje.

Dioda je poluvodički uređaj s jednim p-n spojem, koji ima dva izlaza (katoda i anoda), dizajnirana je da stabilizira, ispravlja, modulira, otkriva, pretvara i ograničava električne signale obrnuta 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 propušta struju samo u jednom smjeru. Međutim, malo ljudi zna i razumije točno kako on to radi. Shematski se dioda može zamisliti kao kristal koji se sastoji od 2 regije (poluvodiča). Jedna od ovih regija kristala ima n-tip vodljivosti, a druga ima p-tip vodljivosti.

Na slici su prikazane rupe koje prevladavaju u području n-tipa, koje su prikazane plavim krugovima, a elektroni koji prevladavaju u području p-tipa prikazani su crvenom bojom. Ova dva područja su katodne i anodne diodne elektrode:

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

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

Na vanjskim površinama regija 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. Otvoreno je kada dobro provodi struju.

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

U tom će se slučaju elektroni iz područja n-tipa početi kretati prema pozitivnom polu izvora energije, udaljavajući se od pn-spoja, a rupe u području p-tipa također će se udaljavati od pn-spoja, krećući se do negativni pol. Na kraju će se granica regija proširiti, što tvori zonu ujedinjenu elektronima i rupama, što će pružiti ogroman otpor struji.

Međutim, manjinski nositelji naboja prisutni su u svakom od područja diode, a mala izmjena elektrona i rupa između regija će se ipak dogoditi. Stoga će kroz diodu teći višestruko manja struja od istosmjerne struje, a ta struja se zove dioda obrnute struje... U praksi se u pravilu zanemaruje obrnuta struja p-n spoja, pa se ispostavlja da p-n spoj ima samo jednostranu vodljivost.

besplatna online knjižnica "KnigaGo.ru"

Http://knigago.ru

I. PRORAČUN PARAMETARA POLUVODIČKIH DIODA

Ispravljačke diode dizajnirane su za ispravljanje izmjenične struje niske frekvencije (obično manje od 50 kHz). Kao ispravljači koriste se planarne diode koje zbog velike kontaktne površine omogućuju veliku ispravljenu struju. Strujno-naponska karakteristika diode izražava ovisnost struje koja teče kroz diodu o vrijednosti i polaritetu napona primijenjenog na nju (slika 1.1). Grana koja se nalazi u prvom kvadrantu odgovara naprijed (propusnom) smjeru struje, a smještena u trećem kvadrantu suprotnom smjeru struje.

Što je izravna grana strmija i bliže okomitoj osi, a bliže horizontalnoj povratnoj grani, to su ispravljačka svojstva diode bolja. S dovoljno velikim obrnutim naponom dolazi do sloma na diodi, t.j. obrnuta struja naglo raste. Normalan rad diode kao elementa s jednostranom vodljivošću moguć je samo u načinima kada obrnuti napon ne prelazi napon proboja.

Struje diode ovise o temperaturi (vidi sliku 1.1). Ako kroz diodu teče stalna struja, tada se s promjenom temperature pad napona na diodi mijenja za približno 2 mV / ° C. S povećanjem temperature, reverzna struja se udvostručuje za germanij i 2,5 puta za silicijeve diode za svakih 10 °C. Probojni napon opada s porastom temperature.

Visokofrekventne diode su univerzalni uređaji: za ispravljanje struja u širokom frekvencijskom rasponu (do nekoliko stotina MHz), za modulaciju, detekciju i druge nelinearne transformacije. Točkaste diode se uglavnom koriste kao visokofrekventne. Visokofrekventne diode imaju ista svojstva kao i ispravljačke, ali je njihov radni frekvencijski raspon mnogo širi.

Glavni parametri:

Unp- konstantni napon naprijed pri zadanoj stalnoj naprijed struji;

Uobr- konstantni obrnuti napon primijenjen na diodu u suprotnom smjeru;

Ipp- konstantna struja naprijed koja teče kroz diodu u smjeru naprijed;

Iobr- konstantna obrnuta struja koja teče kroz diodu u suprotnom smjeru pri danom obrnutom naponu;

Unp.obr- vrijednost obrnutog napona koji uzrokuje slom diodnog spoja;

Inp.cp- prosječna struja naprijed, prosječna vrijednost prednje struje diode tijekom razdoblja;

Ivp sr- prosječna struja ispravljanja, prosječna vrijednost ispravljene struje koja teče kroz diodu tijekom razdoblja (uzimajući u obzir obrnutu struju);

Iobr.cp- prosječna obrnuta struja, prosječna vrijednost obrnute struje tijekom razdoblja;

Rpr- naprijed disipirana snaga, vrijednost snage koju dioda raspršuje kada teče struja naprijed;

Pcr je prosječna snaga raspršena diodom, prosjek tijekom razdoblja snage raspršene diodom kada teče struja naprijed i natrag;

Rdif- diferencijalni otpor diode, omjer malog prirasta napona diode i malog prirasta struje na njoj za dani način rada

(1.1)

Rnp.d... - naprijed otpor diode za istosmjernu struju, vrijednost otpora diode, dobivena kao kvocijent dijeljenja istosmjernog naprijed napona na diodi i odgovarajuće struje naprijed

Robr.d- obrnuti otpor diode; vrijednost otpora diode dobivena kao kvocijent dijeljenja konstantnog obrnutog napona na diodi i odgovarajuće konstantne obrnute struje

(1.3)

Maksimalno dopušteni parametri određuju granice radnih uvjeta u kojima dioda može raditi s zadanom vjerojatnošću tijekom određenog vijeka trajanja. To uključuje: Maksimalni dopušteni DC obrnuti napon Uobr.max; najveća dopuštena struja naprijed Ipr.max, najveća dopuštena prosječna struja naprijed sri sri.maks, najveća dopuštena prosječna ispravljena struja iv.e.prosj.max, najveća dopuštena prosječna disipacija snage diode Rcr.maks.

Navedeni parametri navedeni su u referentnoj literaturi. Osim toga, mogu se odrediti eksperimentalno i volt-amper karakteristikama.

Diferencijalni otpor nalazimo kao kotangens kuta nagiba tangente povučene na ravnu granu I – V karakteristike u točki Ipr= 12 mA ( Rdiff ~ ctg Θ ~)

(1.4)

Otpor diode prema naprijed nalazi se kao omjer konstantnog napona na diodi Upr= 0,6V na odgovarajuću istosmjernu struju Ipr= 12mA na izravnoj grani I - V karakteristike.

(1.5)

Vidimo to Rdif < Rpr.d... Osim toga, imajte na umu da vrijednosti ovih parametara ovise o navedenom načinu rada. Na primjer, za istu diodu na Ipp= 4mA

(1.6) , (1.7)

Izračunati Robr.d za diodu GD107 na Uobr= 20 V i usporedite s izračunatom vrijednošću Rpr.d... Na obrnutoj grani I - V karakteristike GD107 (vidi sliku 1.2) nalazimo: Iobr= 75μA at Uobr= 20V. Stoga,

(1.8)

Vidimo to Robr>>Rpr.d, što ukazuje na jednostranu vodljivost diode. Zaključak o jednostranoj vodljivosti može se izvući i izravno iz analize I - V karakteristike: naprijed struja Ipp~ mA na Upr <1B, в то время как Iobp~ deseci μA at Uobr ~ desetice volti, tj. prednja struja premašuje obrnutu za stotine ili tisuće puta

(1.9)

Zener diode i stabilizatori dizajnirani su da stabiliziraju razinu napona kada se promijeni struja koja teče kroz diodu. Za zener diode, radni dio je električni slom strujno-naponske karakteristike u području obrnutih napona (slika 1.3).

U ovom dijelu, napon na diodi ostaje praktički konstantan uz značajnu promjenu struje koja teče kroz diodu. Sličnu karakteristiku posjeduju legirane diode s bazom od niskootpornog (visoko legiranog) materijala. U tom slučaju nastaje uski p-n-spoj, što stvara uvjete za pojavu električnog sloma pri relativno niskim obrnutim naponima (jedinice - deseci volti). Naime, takvi naponi su potrebni za napajanje mnogih tranzistorskih uređaja. U germanijevim diodama električni slom brzo se pretvara u toplinski, stoga se kao zener diode koriste silikonske diode, koje su otpornije na toplinski slom. Za stabilizatore, ravan dio strujno-naponske karakteristike služi kao radnik (slika 1.4). Dvostrane (dvostrane) zener diode imaju dva protupovezana p-n spoja, od kojih je svaki glavni za suprotni polaritet.

Glavni parametri:

Ust- stabilizacijski napon, napon na zener diodi kada teče nazivna struja;

∆Ust.nom- širenje nazivnog stabilizacijskog napona, odstupanje napona na Zener diodi od nazivne vrijednosti;

Rdif.st- diferencijalni otpor zener diode, omjer prirasta stabilizacijskog napona na zener diodi i malog prirasta struje koji ga je uzrokovao u danom frekvencijskom području;

α CT je temperaturni koeficijent stabilizacijskog napona, omjer relativne promjene stabilizacijskog napona i apsolutne promjene temperature okoline pri konstantnoj stabilizacijskoj struji.

Maksimalno dopušteni parametri. To uključuje: maksimum Ist.max, minimalno Ist.min stabilizacijske struje, maksimalna dopuštena struja naprijed Imax, najveća dopuštena disipacija snage Pmax.

Princip rada najjednostavnijeg poluvodičkog regulatora napona (slika 1.5) temelji se na korištenju nelinearnosti strujno-naponskih karakteristika zener dioda (vidi sliku 1.3).Najjednostavniji poluvodički stabilizator je djelitelj napona koji se sastoji od ograničavajući otpornik Rogr i silicijsku Zener diodu VD. Opterećenje Rn spojeno je na zener diodu,

U ovom slučaju, napon na opterećenju jednak je naponu na zener diodi

U R N = U VD = U ST(1.10)

a ulazni napon se dijeli između Rogr i VD

U IN = U R OGR + U ST(1.11)

Struja kroz Rogr prema prvom Kirchhoffovom zakonu jednak je zbroju struja opterećenja i zener diode

I R OGR = I ST + I N (1.12)

Veličina Rogr odabire se tako da struja kroz zener diodu bude jednaka nazivnoj, t.j. odgovarao sredini radnog područja.

I ST.NOM = (I ST.MIN + I ST.MAX) / 2 (1.13)

Što je napon naprijed i nazad? Pokušavam razumjeti princip rada tranzistora s efektom polja. i dobio najbolji odgovor

Odgovor od Vovika [aktivan]
Izravno - plus se primjenjuje na plus, minus na minus. Obrnuto - na plus - minus, na minus - plus.
S obzirom na tranzistor s efektom polja - između izvora i vrata.
Bipolarni tranzistor ima bazu i emiter, a ne tranzistor s efektom polja.
Bipolarni tranzistor se sastoji od dva protupovezana pn spoja s jednim zajedničkim izlazom - emiter - baza (uobičajeni tip) - kolektor, poput dvije diode, samo je zajednički "sloj" tanak i provodi struju, ako se primijeni napon naprijed, koji se naziva napon otvaranja, između emitera i baze.
Što je veći prednji napon između baze i emitera, to je tranzistor otvoreniji i manji je njegov otpor emiter-kolektor, odnosno postoji inverzni odnos između napona emiter-baza i otpora bipolarnog tranzistora.
Ako se između baze i emitera primijeni obrnuti napon, tranzistor će se uopće zatvoriti i neće provoditi struju.
Primjenite li napon samo na bazu i emiter, odnosno bazu i kolektor, dobivate običnu diodu.
Tranzistor s efektom polja ima nešto drugačiju strukturu. Također postoje tri izlaza, ali se zovu odvod, izvor i vrata. Postoji samo jedan pn spoj, zatvarač -> odvod-izvor ili zatvarač<- сток-исток в зависимости от полярности транзистора. Затвор находится между истоком и стоком и к нему (измеряется относительно истока) всегда прикладывается только обратное напряжение, которое создаёт поле в промежутке между истоком и стоком, в зависимости от напряжённости больше или меньше препятствующее движению электронов (следовательно, изменяя сопротивление транзистора) , и, таким образом, создающую обратную зависимость между напряжением исток-затвор и сопротивлением полевого транзистора.

Odgovor od ALEX R[guru]
Za 1 pitanje se u poluvodiču (diodi) događa izravni i obrnuti smjer, odnosno dioda u izravnom smjeru propušta struju, a ako struja teče natrag, sve je zatvoreno. Radi jasnoće, bradavica gume bicikla je tamo, ali ne i stražnja. Polje tr-r, ovdje, čisto radi razumijevanja, nema elektronske veze između kapije i odvoda, izvora, a struja prolazi zbog zlog polja stvorenog na vratima. Nešto kao to.

Odgovor od Aleksandar Egorov[guru]
izravni - minus na područje s n-vodljivošću, plus na područje k s p-vodljivošću
obrnuto obrnuto
primjenjujući samo na emiter i kolektor, struja neće proći, budući da će ionizirani atomi baze odbijati slobodne naboje emitera s pn spoja (za koji nije lako preskočiti pn spoj, jer je dielektrik). A ako primijenite napon na bazu, tada će ona "isisati" slobodne naboje iz baze i oni više neće odbijati naboje emitera, sprječavajući ih da prijeđu pn spoj. Tranzistor će se otvoriti.
Usput, emiter, kolektor i baza nemaju efekt polja, već bipolarni tranzistor.
Ako napon primijenite samo na bazu i emiter ili bazu i kolektor, onda će to biti jednostavna dioda (svaki pn spoj je dioda).

Odgovor od Korisnik korisnik[guru]
Tranzistor s efektom polja ima kanal tipa p ili n kojim upravlja polje. tranzistor vodi gate drain izvor

Dioda je vrsta poluvodičkog uređaja. Ima jedan p-n spoj, kao i anodne i katodne terminale. U većini slučajeva namijenjen je modulaciji, ispravljanju, pretvorbi i drugim radnjama s dolaznim električnim signalima.

Princip rada:

1. Struja djeluje na katodu, grijač počinje svijetliti, a elektroda emitira elektrone.
2. Između dvije elektrode nastaje električno polje.
3. Ako anoda ima pozitivan potencijal, tada počinje privlačiti elektrone k sebi, a rezultirajuće polje je katalizator tog procesa. U tom slučaju dolazi do stvaranja emisione struje.
4. Između elektroda stvara se svemirski negativni naboj, koji može ometati kretanje elektrona. To se događa ako je potencijal anode preslab. U tom slučaju dijelovi elektrona ne mogu prevladati učinak negativnog naboja i počinju se kretati u suprotnom smjeru, ponovno se vraćajući na katodu.
5. Svi elektroni koja je stigla do anode i nije se vratila na katodu određuju parametre katodne struje. Stoga ovaj pokazatelj izravno ovisi o pozitivnom potencijalu anode.
6. Protok svih elektrona koja bi mogla doći do anode naziva se anodna struja, čiji indikatori u diodi uvijek odgovaraju parametrima katodne struje. Ponekad oba pokazatelja mogu biti nula, to se događa u situacijama kada anoda ima negativan naboj. U tom slučaju, polje stvoreno između elektroda ne ubrzava čestice, već ih, naprotiv, usporava i vraća na katodu. Dioda u ovom slučaju ostaje u zatvorenom stanju, što dovodi do otvaranja kruga.

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

Ako se tijelo diode proširi, veza se otvara. Vidi također: Kako radi kondenzator. Na ovim stranicama naći ćete puno korisnog materijala o "elektronici općenito". S ovim malim pozitivnim naponom praktički nema naprijed struje. S pozitivnim naponom na njegovim stezaljkama, kažemo da je dioda usmjerena naprijed. Dioda je nagnuta prema naprijed kada je njen napon bilo gdje na pozitivnoj strani izvora.

Uređaj

Ispod je uređaj diode, proučavanje ovih informacija potrebno je za daljnje razumijevanje principa rada ovih elemenata:

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

U nekim slučajevima, obrnuta struja zasićenja postaje važna i dajete joj naziv koji loše zvuči: struja curenja. Obrnuta dioda ne može trajati vječno. Tijekom kvara, struja naglo raste i postaje vrlo visoka u negativnom smjeru.

1. Okvir je vakuumski cilindar koji može biti izrađen od stakla, metala ili izdržljivih keramičkih materijala.
2. Unutar balona postoje 2 elektrode. Prva je zagrijana katoda, koja je dizajnirana da podrži proces emisije elektrona. Katoda, koja je najjednostavnija konstrukcija, je filament malog promjera, koji se zagrijava tijekom rada, no danas su češće neizravno zagrijane elektrode. Oni su cilindri izrađeni od metala i imaju poseban aktivni sloj sposoban emitirati elektrone.
3. Unutar katode neizravna toplina postoji specifičan element - žica koja se zagrijava pod utjecajem električne struje, naziva se grijač.
4. Druga elektroda je anoda, potrebna je za primanje elektrona koje je otpustila katoda. Za to mora imati pozitivan potencijal u odnosu na drugu elektrodu. U većini slučajeva, anoda je također cilindrična.
5. Obje elektrode vakuumski uređaji potpuno su identični emiteru i bazi poluvodičkih elemenata.
6. Za izradu diodnog kristala najčešće se koristi silicij ili germanij. Jedan od njegovih dijelova je električno vodljiv u p-tipu i ima nedostatak elektrona, koji nastaje umjetnom metodom. Suprotna strana kristala također ima vodljivost n-tipa i ima višak elektrona. Između ta dva područja postoji granica, koja se naziva p-n spoj.

Takve značajke unutarnjeg uređaja daju diode svojim glavnim svojstvom - sposobnošću provođenja električne struje samo u jednom smjeru.

Zahvaljujući dvije elektrode naziva se dioda. Dioda se tada smatra pristranom prema naprijed. U tom se stanju visina potencijalne barijere na spoju smanjuje za iznos jednak navedenom prednaponu prednapona. Uz pretpostavku da je struja koja teče kroz diodu vrlo velika, dioda se može aproksimirati kao kratkospojni prekidač. U tom stanju, vrijednost jednaka naponu obrnutog prednapona povećava visinu potencijalne barijere na spoju. Međutim, proces se ne može nastaviti beskonačno, pa u diodi nastavlja teći mala struja, koja se naziva reverzna struja zasićenja.

Ugovoreni sastanak

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

1. Diodni mostovi su 4, 6 ili 12 dioda spojenih jedna na drugu, njihov broj ovisi o vrsti strujnog kruga, koji može biti jednofazni, trofazni polumost ili trofazni punomostni. Oni obavljaju funkcije ispravljača, a ova se opcija najčešće koristi, budući da je uvođenje takvih mostova, kao i korištenje sklopova četkica i kolektora zajedno s njima, omogućilo značajno smanjenje veličine ovog uređaja i povećanje stupanj njegove pouzdanosti. Ako je veza izvedena u seriji iu jednom smjeru, tada se povećavaju indikatori minimalnog napona koji će biti potrebni za otključavanje cijelog diodnog mosta.
2. Diodni detektori dobiveno kombiniranom uporabom ovih uređaja s kondenzatorima. To je neophodno kako bi se niskofrekventna modulacija mogla izolirati od različitih moduliranih signala, uključujući i amplitudno moduliran tip radio signala. Takvi detektori dio su dizajna mnogih kućanskih potrošača, poput televizora ili radija.
3. Osiguravanje zaštite potrošača od pogrešnog polariteta pri uključivanju ulaza strujnog kruga od nastalih preopterećenja ili prekidača od kvara elektromotornom silom koja nastaje uslijed samoindukcije, a koja nastaje pri isključenju induktivnog opterećenja. Kako bi se osigurala sigurnost krugova od nastalih preopterećenja, koristi se lanac koji se sastoji od nekoliko dioda, koje su spojene na sabirnice napajanja u suprotnom smjeru. U tom slučaju, ulaz na koji je osigurana zaštita mora biti spojen na sredinu ovog lanca. Tijekom normalnog rada kruga sve diode su u zatvorenom stanju, ali ako su otkrile da je ulazni potencijal prešao granice dopuštenog napona, aktivira se jedan od zaštitnih elemenata. Kao rezultat toga, ovaj dopušteni potencijal je ograničen unutar dopuštenog napona napajanja uz izravni pad napona na zaštitnom uređaju.
4. Prekidači bazirane na diodama koriste se za prebacivanje signala s visokim frekvencijama. Upravljanje takvim sustavom provodi se pomoću istosmjerne električne struje, visokofrekventnog odvajanja i opskrbe upravljačkim signalom, što se događa zahvaljujući induktorima i kondenzatorima.
5. Izrada diodne zaštite od iskri... Koriste se šant diodne barijere koje osiguravaju sigurnost ograničavanjem napona u povezanom električnom krugu. Zajedno s njima koriste se otpornici za ograničavanje struje, koji su potrebni za ograničavanje pokazatelja električne struje koja prolazi kroz mrežu i povećanje stupnja zaštite.

Upotreba dioda u elektronici danas je vrlo široka, jer zapravo niti jedna moderna vrsta elektroničke opreme nije potpuna bez ovih elemenata.

Ova struja je zanemariva; dioda se može aproksimirati kao otvoreni zatvoreni prekidač. Strujno-naponske karakteristike diode objašnjene su sljedećim jednadžbama. Riža. - Stanje pristranosti prema naprijed. Riža. - Uvjet obrnutog pristranosti. Tablični prikaz različitih prednjih struja dobivenih za različite prednje napone.

• Da biste dobili graf u obrnutom području, zamijenite voltmetar nanoampermetrom.
• Voltmetar ima manji otpor opterećenja u usporedbi s diodom.
• Struja djeluje na kratkoj duljini otpora.
• Uzmite grafički list i podijelite ga na 4 jednaka dijela.
• Označite ishodište u sredini lista grafikona.
• U ovom slučaju pokus ne prelazi očitanja diode.

Rezultati: učenici mogu.

Izravno prebacivanje dioda

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

CVC i ispravljačka dioda

Što su trovalentne i petovalentne nečistoće? Trovalentne nečistoće p-tipa: aluminij, galij, bor i indij. ... Obrnite polaritet napona i on djeluje kao kratki spoj. Što je jednadžba diodne struje? Izraz dinamičkog otpora?

Što se podrazumijeva pod unutarnjim poluvodičem? Koji je redoslijed energetskog jaza u čistom poluvodiču? Što je vanjski poluvodič? Što je dopirani poluvodič? Koje su dvije različite vrste nečistoća? Koji su nosioci naboja u čistom poluvodiču? Kakav je utjecaj temperature na vodljivost poluvodiča? Što se podrazumijeva pod ravnim nagibom? Što znači obrnuta pristranost? Što je obrnuti slom? Koji se poluvodički materijali koriste? Koliko valentnih elektrona ima u svakom atomu poluvodiča?

U nastavku je detaljna rasprava o opciji u kojoj je plus spojen na područje p-tipa, a negativni pol na područje n-tipa. U ovom slučaju bit će izravna veza:

1. Pod stresom iz vanjskog izvora nastat će električno polje u p-n-spoju, dok će njegov smjer biti suprotan od unutarnjeg difuzijskog polja.
2. Napon polja značajno će se smanjiti, što će uzrokovati oštro sužavanje sloja barijere.
3. Pod utjecajem ovih procesa značajan broj elektrona moći će slobodno prijeći iz p-područja u n-područje, kao i u suprotnom smjeru.
4. Indikatori struje pomaka tijekom ovog procesa ostaju isti, budući da izravno ovise samo o broju nositelja s manjinskim nabojem koji se nalaze u području pn-spoja.
5. Elektroni imaju povećanu razinu difuzije, što dovodi do ubrizgavanja manjinskih nosača. Drugim riječima, u n-području će doći do povećanja broja rupa, a u p-području će se zabilježiti povećana koncentracija elektrona.
6. Nedostatak ravnoteže i povećan broj manjinskih nosača prisiljava ih da idu duboko u poluvodič i miješaju se s njegovom strukturom, što u konačnici dovodi do uništenja njegovih svojstava elektroneutralnosti.
7. Poluvodič istodobno je u stanju vratiti svoje neutralno stanje, to je zbog primanja naboja iz spojenog vanjskog izvora, što pridonosi pojavi istosmjerne struje u vanjskom električnom krugu.

Obrnuto uključivanje diode

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

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

Sada ćemo razmotriti još jedan način uključivanja, tijekom kojeg se mijenja polaritet vanjskog izvora iz kojeg se prenosi napon:

1. Glavna razlika od izravne veze je u tome da će generirano električno polje imati smjer koji se potpuno poklapa sa smjerom unutarnjeg difuzijskog polja. U skladu s tim, sloj za blokiranje se više neće suziti, već se, naprotiv, proširiti.
2. Polje koje se nalazi u p-n-spoju, imat će ubrzavajući učinak na niz manjinskih nositelja naboja, zbog čega će pokazatelji struje drifta ostati nepromijenjeni. Odredit će parametre rezultirajuće struje koja prolazi kroz pn spoj.
3. Kako rasteš obrnuti napon, električna struja koja teče kroz spoj težit će postići svoj maksimalni učinak. Ima poseban naziv - struja zasićenja.
4. Prema eksponencijalnom zakonu, s postupnim povećanjem temperature, vrijednosti struje zasićenja također će se povećati.

Napon naprijed i natrag

Što je "prednja" dioda?

Kao i uvijek u elektronici, toplina je veliki problem. Ako ste u nedoumici, pažljivo provjerite sve točke lemljenja PCB-a i odvojite ih. Kada je dioda neispravna, odaberite veći tip ako je moguće. Dioda, elektronička komponenta koja omogućuje struji da teče u jednom smjeru. Diode koje se najčešće koriste u modernim elektroničkim sklopovima su diode izrađene od poluvodičkog materijala. Najjednostavnija dioda s germanijevom kontaktnom točkom stvorena je u ranim danima radija. U modernim germanijevim diodama, kabel i sićušna staklena ploča ugrađeni su unutar male staklene cijevi i spojeni na dvije žice koje su zavarene na krajeve cijevi.

Napon koji utječe na diodu podijeljen je prema dva kriterija:

1. Napon naprijed- to je onaj pri kojem se dioda otvara i kroz nju počinje prolaziti naprijed struja, dok su pokazatelji otpora uređaja izrazito niski.
2. Obrnuti napon- to je onaj koji ima obrnuti polaritet i osigurava zatvaranje diode uz prolazak obrnute struje kroz nju. Istodobno, pokazatelji otpora uređaja počinju naglo i značajno rasti.

Otpor p-n-spoja je indikator koji se stalno mijenja, prije svega, na njega utječe napon naprijed koji se primjenjuje izravno na diodu. Ako se napon poveća, tada će se pokazatelji otpora spoja proporcionalno smanjiti.

Spojne diode se sastoje od dvije različite vrste poluvodičkog materijala koji se spajaju. Zener dioda je posebna vrsta diode koja koristi silicij u kojoj je napon na spoju neovisan o struji koja teče kroz nju. Zahvaljujući ovoj značajci, Zener diode se koriste kao regulatori napona. S druge strane, u diodama koje emitiraju svjetlost, napon primijenjen na spoj poluvodiča rezultira emisijom svjetlosne energije.

Trenutačno se koriste tri pristupa za rješavanje problema povezanih s diodama. Prva aproksimacija je idealna dioda, u kojoj se smatra da dioda nema pad napona kada je spojena 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 pretpostavljamo da dioda ima pad napona s naprijed polarizacijom. Drugi pristup se najčešće koristi.

To dovodi do povećanja parametara prednje struje koja prolazi kroz diodu. Kada je ovaj uređaj zatvoren, tada na njega djeluje gotovo sav napon, iz tog razloga su pokazatelji obrnute struje koja prolazi kroz diodu beznačajni, a otpor spoja istodobno doseže svoje vršne parametre.

Rad diode i njezina strujno-naponska karakteristika

Iako postoji veliki izbor vrsta, samo se neke značajke razlikuju od njihovog izgleda. To se ne odnosi na veličinu, jer je to funkcija snage koju mogu raspršiti. Uobičajeno je pronaći ailo u tijelu koji ukazuje na katodu. Za one čija je specifična vrsta označena nizom slova i brojeva, katoda je označena prstenom u tijelu pored tog terminala. Boje, a u njima katoda odgovara terminalu najbližem debljem kolornom kolosijeku. Hermionini vrhovi obično su upakirani u staklo.

Anoda ovih dioda je duža od katode, a obično je površina kapsule blizu katode ravna. Praktični način određivanja katode je korištenje mjerača u ohmmetru između njegovih terminala. Ako koristimo način testiranja multicast dioda, dobivamo vrijednost napona koljena uređaja.

Strujno-naponska karakteristika ovih uređaja shvaća se kao zakrivljena linija koja pokazuje ovisnost električne struje koja teče p-n spojem o volumenu i polaritetu napona koji na njega djeluje.

Takav raspored se može opisati na sljedeći način:

1. Okomita os: gornje područje odgovara vrijednostima prednje struje, donje područje odgovara parametrima reverzne struje.
2. Vodoravna os: područje s desne strane je za vrijednosti napona naprijed; lijevo područje za parametre obrnutog napona.
3. Izravna grana strujno-naponske karakteristike odražava električnu struju koja prolazi kroz diodu. Usmjeren je prema gore i teče u neposrednoj blizini okomite osi, budući da odražava povećanje prednje električne struje koje se događa kada se odgovarajući napon poveća.
4. Druga (obrnuta) grana odgovara i prikazuje stanje zatvorene električne struje koja također teče kroz uređaj. Njegov položaj je takav da ide praktički paralelno s vodoravnom osi. Što se ova grana strmija približava vertikali, to su veće ispravljačke sposobnosti određene diode.
5. Prema rasporedu, možete promatrati da nakon povećanja napona naprijed koji teče kroz p-n-spoj, dolazi do sporog povećanja električne struje. Međutim, postupno, krivulja doseže područje u kojem je vidljiv skok, nakon čega dolazi do ubrzanog povećanja njegovih pokazatelja. To je zbog otvaranja diode i provođenja struje s prednjim naponom. Za uređaje izrađene od germanija to se događa pri naponu od 0,1V do 0,2V (maksimalna vrijednost 1V), a za silikonske ćelije potreban je veći indikator od 0,5V do 0,6V (maksimalna vrijednost 1,5V).
6. Prikazano povećanje trenutnih vrijednosti može dovesti do pregrijavanja molekula poluvodiča. Ako je uklanjanje topline, koje se događa zbog prirodnih procesa i rada radijatora, manje od razine njezina oslobađanja, tada se struktura molekula može uništiti, a taj će proces već biti nepovratan. Iz tog razloga, potrebno je ograničiti parametre prednje struje kako bi se spriječilo pregrijavanje poluvodičkog materijala. Za to se u krug dodaju posebni otpornici koji su serijski spojeni s diodama.
7. Istraživanje obrnute grane može se vidjeti da ako obrnuti napon, koji se primjenjuje na pn spoj, počne rasti, tada je povećanje parametara struje praktički neprimjetno. Međutim, u slučajevima kada napon dosegne parametre koji prelaze dopuštene granice, može doći do naglog skoka obrnute struje, što će pregrijati poluvodič i pridonijeti naknadnom slomu pn spoja.

Čim se dva materijala spoje, elektroni i praznine u ili blizu područja "veze" spajaju se, a to dovodi do odsutnosti nosača u području blizu prijelaza. Ovo područje otkrivenih pozitivnih i negativnih iona naziva se područje iscrpljivanja nosača. Postoje tri mogućnosti za primjenu napona na diodne terminale.

• Nema polarizacije.
• Izravna polarizacija.
• Reverzna polarizacija.

U nedostatku primijenjenog prednapona, tok čistog naboja u bilo kojem smjeru je nula za poluvodičku diodu. Uvjet obrnute polarizacije. Broj negativnih iona pronađenih u materijalu tipa P također će se povećati zbog elektrona ubrizganih u negativni kraj, koji će zauzeti praznine. Struja u uvjetima reverzne polarizacije naziva se reverzna struja zasićenja. Kada je polariziran u suprotnom smjeru, može se smatrati otvorenim krugom.

Osnovni kvar dioda

Ponekad uređaji ove vrste pokvare, to može biti zbog prirodne amortizacije i starenja ovih elemenata ili iz drugih razloga.

Ukupno postoje 3 glavne vrste uobičajenih kvarova:

Kada se postigne obrnuti napon disjunkcije, dolazi do oštrog povećanja struje, što može uništiti uređaj. Ova dioda ima širok raspon primjena: ispravljački sklopovi, limitatori, stezaljke razine, zaštita od kratkog spoja, demodulatori, miješalice, generatori, blokiranje i premosnica u foto vlaknima itd.

Prilikom korištenja diode u krugu, moraju se uzeti u obzir sljedeća razmatranja. Maksimalni obrnuti napon primijenjen na komponentu, koji se ponavlja ili ne prelazi maksimum koji podržava. Maksimalna istosmjerna struja koja može proći kroz komponentu, ponavljajuća ili ne, mora biti veća od maksimuma koji podržava.

1. Slom tranzicije dovodi do činjenice da dioda, umjesto poluvodičkog uređaja, postaje inherentno najčešći vodič. U tom stanju gubi svoja osnovna svojstva i počinje propuštati električnu struju u apsolutno bilo kojem smjeru. Takav se kvar lako otkriva pomoću standardnog, koji počinje davati zvučni signal i pokazivati ​​nisku razinu otpora u diodi.
2. Na pauzi odvija se suprotan proces - uređaj općenito prestaje propuštati električnu struju u bilo kojem smjeru, odnosno postaje, u biti, izolator. Za točnost određivanja prekida potrebno je koristiti testere s visokokvalitetnim i servisiranim sondama, inače ponekad mogu lažno dijagnosticirati ovaj kvar. U varijantama legiranih poluvodiča takav je slom iznimno rijedak.
3. Curenje, tijekom kojeg je narušena nepropusnost tijela uređaja, zbog čega ne može ispravno funkcionirati.

Slom pn spoja

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

Stoga je dioda kratki spoj za područje vodljivosti. Ako potencijalnu regiju smatramo negativno primijenjenom. Stoga je dioda otvoreni krug u nevodljivom području. Struja u Zenerovom području ima smjer suprotan onom kod izravno polarizirane diode. Zener dioda je dioda koja je dizajnirana za rad u zener zoni.

Takvi se kvarovi događaju u situacijama kada indikatori obrnute električne struje počinju naglo i naglo rasti, to je zbog činjenice da napon odgovarajućeg tipa doseže neprihvatljive visoke vrijednosti.

Obično postoji nekoliko vrsta:

1. Toplinski kvarovi uzrokovane naglim porastom temperature i naknadnim pregrijavanjem.
2. Električni kvarovi koji nastaju pod utjecajem struje na spoju.

Graf strujno-naponske karakteristike omogućuje vam vizualno proučavanje ovih procesa i razlike između njih.

Po definiciji, može se reći da je Zener dioda dizajnirana za rukovanje negativnim naponima. Važno je napomenuti da se Zener regija kontrolira ili kontrolira variranjem razina dopinga. Primjenjuje se na regulatore napona ili izvore.

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 kršenja, između napetosti koljena i napona zenera, možemo vidjeti otvoreni krug.

Električni kvar

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

Štoviše, kvarovi ove vrste podijeljeni su u dvije vrste:

1. Kvarovi tunela nastaju kada visoki napon prolazi kroz uske spojeve, što omogućuje prolazak pojedinačnih elektrona kroz njega. Obično se javljaju ako molekule poluvodiča sadrže veliki broj različitih nečistoća. Tijekom takvog sloma, obrnuta struja počinje naglo i brzo rasti, a odgovarajući napon je na niskoj razini.
2. Slomovi lavina mogući su zbog djelovanja jakih polja koja mogu ubrzati nositelje naboja do granične razine, zbog čega iz atoma izbijaju niz valentnih elektrona koji potom izlete u vodljivo područje. Ova pojava je lavinske prirode, zbog čega je ova vrsta kvara dobila takvo ime.

Toplinski slom

Do takvog sloma može doći iz dva glavna razloga: nedovoljnog odvođenja topline i pregrijavanja pn spoja, što se događa zbog protoka električne struje kroz njega s previsokim brzinama.

Povećanje temperaturnog režima u spoju i susjednim regijama ima sljedeće posljedice:

1. Rastuće vibracije atoma uključeni u kristal.
2. Pogoditi elektrona u vodljivu zonu.
3. Oštar porast temperature.
4. Destrukcija i deformacija kristalna struktura.
5. Potpuni neuspjeh i kvar cijele radio komponente.

toplinska struja, a udio toplinske struje u obrnutoj struji silikonske diode je vrlo mali. Reverzna struja silikonske diode uglavnom je određena procesima generacijske rekombinacije u str- n-tranzicija. Za inženjerske proračune obrnute struje od temperature, možete koristiti prethodno dani pojednostavljeni izraz (2.4).

Prednja grana I - V karakteristike diode odstupa od idealizirane zbog prisutnosti rekombinacijskih struja u str- n-spoj, pad napona na bazi diode, promjene (modulacija) otpora baze kada se u nju ubrizgavaju manjinski nosioci naboja, te prisutnost unutarnjeg polja u bazi, što se događa pri velikoj struji ubrizgavanja. Napišimo I - V karakteristiku 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 jednadžbe:

. (3.2)

Za male struje ovaj izraz se može pojednostaviti:

. (3.3)

A Analiza jednadžbe (3.3) omogućuje nam izvlačenje zanimljivih zaključaka. Pad napona na diodi ovisi o struji kroz nju i od velike je važnosti za diode s malom ja T... Budući da je toplinska struja silicijevih dioda mala, početni presjek izravne grane I – V karakteristike je mnogo plići nego kod germanijevih dioda. To se također može objasniti činjenicom da se u diodi pojavljuje opipljiva struja kada vanjski napon premašuje kontaktnu potencijalnu razliku  Do, a  Do(u skladu s (2.1)) za silicij str- n-prijelaz je veći nego kod germanija. Na sl. 3.2. Iz slike se može vidjeti da je napon na otvorenoj silicijskoj diodi obično 0,6 - 0,8 V, napon na otvorenoj germanij diodi 0,2 - 0,3 V.

S obzirom na veliku raznolikost dioda koje se koriste za domaće poluvodičke uređaje, koristi se poseban sustav označavanja. Sustav označavanja temelji se na alfanumeričkom kodu.

Prvi element šifra označava izvorni poluvodički materijal na temelju kojeg je uređaj izrađen. Koriste se sljedeći simboli:

G ili 1 - za germanij i njegove spojeve;

K ili 2 - za silicij i njegove spojeve;

A ili 3 - za spojeve galija (na primjer, za galijev arsenid);

I ili 4 - za spojeve indija (na primjer, za indijev fosfid).

Drugi element oznaka - slovo koje definira podklasu (ili grupu) uređaja. Evo samo nekoliko oznaka:

D - ispravljačke i impulsne diode;

Ts - ispravljački stupovi i blokovi;

B - varikapi;

I - tunelske diode;

A - mikrovalne diode;

C - zener diode;

O - optospojnici;

H - dinistori;

U - triodni tiristori ...

Treći element oznaka - broj koji definira glavnu funkcionalnost uređaja. Standard specificira upotrebu svake znamenke u odnosu na različite podklase uređaja. Ako je potrebno, možete ga pronaći u posebnoj referentnoj literaturi.

Četvrti element - broj koji označava serijski broj razvoja.

Peti element - slovo koje uvjetno definira klasifikaciju (razvrstavanje po parametrima) uređaja proizvedenih pomoću jedne tehnologije.

Dakle, poznavajući konvencijski sustav, možemo reći da je GD107B germanijska ispravljačka dioda s ja sri VP10 A, razvojni broj 7, grupa B, i 2Ts202G je ispravljački stup od silikonskih dioda s 0,3 A ja sri VP10 A, razvojni broj 2, grupa G.

3.2. Ispravljačke diode

Diode dizajnirane za pretvaranje izmjenične struje u istosmjernu, u brzinu, kapacitet str- n-zove se prijelaz i stabilnost parametara za koje obično ne postavljaju posebne zahtjeve ispravljajući... Kao ispravljačke diode koriste se legirane, epitaksijalne i difuzijske diode, izrađene na bazi asimetrične str- n-prijelazi.

Za ispravljačke diode karakteristično je da imaju male otpore u vodljivom stanju i omogućuju prolazak velikih struja. Kapacitet barijere zbog velike površine str- n-prijelazi su veliki i dostižu vrijednosti od nekoliko desetaka pikofarada.

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

1. Maksimalni dopušteni obrnuti napon diode (U arr maks). To je vrijednost napona primijenjenog u suprotnom smjeru, koji dioda može izdržati dugo vremena bez narušavanja njezina učinka. Za razne diode, ovaj napon može biti u rasponu od desetaka do tisuća volti.

2. Prosječna struja ispravljene diode (ja sri VP) Je li najveća dopuštena vrijednost ispravljene istosmjerne struje koja teče kroz diodu, prosječna tijekom razdoblja. Za razne diode, ova struja može varirati od stotina miliampera do desetaka ampera.

3. Pulsna struja diode naprijed (ja na) Je li dopuštena vršna vrijednost trenutnog impulsa pri danom maksimalnom trajanju impulsa i radnom ciklusu.

4. Reverzna strujna dioda (ja arr) - stalna obrnuta struja zbog konstantnog obrnutog napona.

5. Konstantni prednji napon (U itd) - konstantni napon naprijed zbog navedene vrijednosti struje naprijed. Omjer ovih vrijednosti određuje DC otpor diode u danoj točki I - V karakteristike.

3.3. Pulsne diode

Impulsne diode imaju kratko trajanje prijelaznih procesa i dizajnirane su za rad u impulsnim krugovima. Od ispravljačkih dioda razlikuju se po malim kapacitetima. str- n-prijelaz (udio pikofarada) i niz parametara koji određuju prijelazne karakteristike diode. Smanjenje kapaciteta postiže se smanjenjem površine str- n-prijelaz, dakle, njihova dopuštena disipacija snage je mala (30 - 50 mW).

Razmotrite učinak na električni krug koji se sastoji od diode VD i otpornik R(slika 3.3) izmjenični impulsni napon U u(slika 3.4, a). Napon na ulazu kruga u trenutku vremena t = 0 naglo dobiva pozitivnu vrijednost U m... Zbog inercije difuznog procesa, struja u diodi se ne pojavljuje odmah, već se povećava tijekom vremena t usta... U trenutku t = t 1 u krugu se uspostavlja stacionarni način rada, u kojem je diodna struja

,

a napon diode U d =U itd .

Na t = t 2 napon U u obrće polaritet. Međutim, optužbe su se nakupile na granici str- n- prijelaza, držati diodu u otvorenom stanju neko vrijeme, ali smjer struje u diodi je obrnut. U biti, tijekom vremena t utrke dolazi do resorpcije naboja na granici str- n- prijelaz (tj. pražnjenje ekvivalentnog kapaciteta). Nakon vremenskog intervala resorpcije t utrke počinje proces isključivanja diode, t.j. proces vraćanja njegovih svojstava zaključavanja.

S vremenom t 3 napon na diodi postaje jednak nuli 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 vos može se računati od prijelaza U d kroz nulu sve dok struja diode ne dosegne nulu.

Razmatranje procesa uključivanja i isključivanja ispravljačke diode pokazuje da dioda nije idealan ventil, ali pod određenim uvjetima ima vodljivost u suprotnom smjeru. Ovi učinci su posebno izraženi pri visokoj frekvenciji ulaznog napona i pri radu s impulsnim signalima. U vezi s ovom značajkom rada impulsnih dioda u tehničkoj dokumentaciji za njih, osim parametara koji karakteriziraju normalni način ispravljanja, daju se dodatni parametri koji karakteriziraju prijelazni proces:

maksimalni impulsni napon naprijed –U na maks ;

najveća dopuštena impulsna struja naprijed –ja na maks ;

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

vrijeme oporavka Reverzni otpor diode - ( t vos).