Caratteristiche e parametri del raddrizzatore e dei diodi universali

I diodi raddrizzatori vengono utilizzati per raddrizzare la corrente alternata a bassa frequenza. Le proprietà raddrizzatrici di questi diodi si basano sul principio della conduttività unilaterale delle giunzioni p-n elettrone-lacuna.

I diodi universali sono utilizzati in varie apparecchiature elettroniche come raddrizzatori CA ad alta e bassa frequenza, moltiplicatori e convertitori di frequenza, rilevatori di segnali grandi e piccoli, ecc. La gamma di correnti e tensioni operative del raddrizzatore e dei diodi universali è molto ampia, pertanto sono prodotto sia con giunzione pn puntiforme che planare in una struttura a semiconduttore con aree da decimi di millimetro quadrato a diversi centimetri quadrati. Solitamente, nei diodi universali, vengono utilizzate giunzioni con aree e capacità ridotte, ma con valori relativamente elevati di correnti dirette e tensioni inverse. Questi requisiti sono soddisfatti da diodi planari e mesplanari in microlega. Le caratteristiche e i parametri dei diodi universali sono gli stessi dei diodi raddrizzatori.

Caratteristiche Volt-Ampere(CVC) dei diodi raddrizzatori esprime la dipendenza della corrente che attraversa il diodo dal valore e dalla polarità della tensione continua ad esso applicata.Il ramo diretto della caratteristica mostra la dipendenza della corrente attraverso il diodo con la polarità diretta del tensione applicata. L'intensità della corrente diretta dipende esponenzialmente dalla tensione diretta applicata al diodo e può raggiungere valori elevati con una piccola caduta di tensione (circa 0,3 - 1 V) ai capi del diodo.

Il ramo inverso della caratteristica corrisponde alla direzione non conduttiva della corrente attraverso il diodo con la polarità inversa della tensione applicata al diodo. La corrente inversa (sezione OD) dipende leggermente dalla tensione inversa applicata. Con una tensione inversa relativamente grande (punto B sulla caratteristica), si verifica un guasto elettrico della giunzione pn, in cui la corrente inversa aumenta rapidamente, il che può portare a guasti termici e danni al diodo. Con un aumento della temperatura, la corrente termica e la corrente di generazione dei portatori di carica nella giunzione aumenteranno, il che porterà ad un aumento delle correnti diretta e inversa e della polarizzazione delle caratteristiche del diodo.

Le proprietà e l'intercambiabilità dei diodi sono valutate dai loro parametri. I parametri principali includono correnti e tensioni associate alla caratteristica I - V I diodi sono utilizzati sia nei circuiti AC che DC. Pertanto, per valutare le proprietà dei diodi, insieme ai parametri, utilizzano parametri differenziali che caratterizzano il loro funzionamento in corrente alternata.

Corrente rettificata (diretta) Ipr è la corrente (valore medio nel periodo) che passa attraverso il diodo, alla quale è garantito il suo funzionamento affidabile ea lungo termine. La forza di questa corrente è limitata dal riscaldamento o dalla potenza massima Pmax. Una corrente diretta eccessiva porta alla rottura termica e al danneggiamento del diodo.

• Caduta di tensione diretta UПр.Ср - il valore medio nel periodo sul diodo quando la corrente diretta consentita lo attraversa.
• Tensione inversa consentita U0br è il valore medio per il periodo durante il quale è garantito il funzionamento affidabile ea lungo termine del diodo. Un'eccessiva tensione inversa porta alla rottura e al guasto del diodo. All'aumentare della temperatura, i valori di tensione inversa e corrente diretta diminuiscono.
• Corrente inversa Iobr - il valore medio nel periodo della corrente inversa a un Urev consentito. Più bassa è la corrente inversa, meglio è

Proprietà del raddrizzatore del diodo. Un aumento della temperatura per ogni 10 ° C porta ad un aumento della corrente inversa nei "diodi al silicio, di 1,5 - 2 volte o più" al germanio.

Costante massima, ovvero la potenza media Pmax nel periodo, dissipata dal diodo, alla quale il diodo può funzionare a lungo senza modificarne i parametri. Questa potenza è la somma dei prodotti delle correnti e delle tensioni durante le transizioni avanti e indietro della giunzione, cioè per i semiperiodi positivi e negativi della corrente alternata. Per dispositivi di alta potenza funzionanti con una buona dissipazione del calore, Pmax = (Tp.max - Tc) / Rpk. Per dispositivi a bassa potenza funzionanti senza dissipatore di calore,

Pmax = (Tp.max - Ts) / Rds.

Temperatura massima di giunzione Hpmax dipende dal materiale (band gap) del semiconduttore e dal grado del suo drogaggio, cioè dalla resistività della regione di giunzione pn - la base. L'intervallo HP max per il germanio è compreso tra 80 e 110 ° e per il silicio 150 - 220 ° .

Resistenza termica Rp.k tra la giunzione e il corpo è determinato dalla differenza di temperatura tra la giunzione Tp del corpo Tc e la potenza media Pa rilasciata nella giunzione ed è 1 - 3°C/W: Ra.K = (Ta - TK ) / Papà. La resistenza termica Rn c tra la giunzione e l'ambiente dipende dalla differenza di temperatura tra la giunzione Tp e l'ambiente Tc. Dal momento che quasi RPK

La modalità di limitazione dell'uso dei diodi è caratterizzata dalla tensione inversa massima consentita Urev max, dalla corrente massima del raddrizzatore Ipr max e dalla temperatura di transizione massima TPmax Con un aumento della frequenza della tensione alternata fornita al diodo, le sue proprietà di rettifica si deteriorano. Pertanto, per determinare le proprietà dei diodi raddrizzatori, viene solitamente stabilito l'intervallo di frequenza operativa Df o la frequenza massima di rettifica fmax.A frequenze superiori a fmax, i portatori di carica minoritari accumulati durante il semiperiodo diretto nella base non hanno il tempo di compensare, quindi, con il semiperiodo inverso della tensione raddrizzata, la transizione per qualche tempo rimane polarizzata in avanti (cioè perde le sue proprietà di rettifica). Questa proprietà si manifesta più significativa, maggiore è l'impulso di corrente diretta o maggiore è la frequenza della tensione alternata fornita. Inoltre, alle alte frequenze, l'effetto di smistamento della barriera e le capacità di diffusione della giunzione pn iniziano a manifestarsi , riducendo le sue proprietà rettificanti

Quando si calcola la modalità dei raddrizzatori, vengono utilizzate la resistenza CC statica e la resistenza differenziale dei diodi rispetto alla CA

• Differenziale Resistenza AC rdif = dU / dI o rdif = DU / DI determina la variazione di corrente attraverso il diodo quando la tensione cambia vicino al punto di lavoro selezionato sulla caratteristica del diodo. Con il collegamento diretto di tensione rdif Pr = 0,026 / / IPr e corrente IPr> 10 mA, è di diversi ohm Quando è collegata la tensione inversa, rdif è grande (da decine di kilo-ohm a diversi megaohm).
• Statico resistenza del diodo alla corrente continua gpr = Upr / Ipr, rrev d = Urev / Irev Nella regione delle correnti dirette rdr d> rdif pr e nella regione delle correnti inverse r0br d

Le capacità dei diodi hanno un effetto significativo sul loro funzionamento alle alte frequenze e nelle modalità a impulsi. Nei dati del passaporto dei diodi, viene solitamente indicata la capacità totale del diodo Sd, che, oltre alla capacità di barriera e di diffusione, include la capacità della custodia del dispositivo.Questa capacità viene misurata tra le calate esterne del diodo a una data tensione di polarizzazione inversa e frequenza di corrente

Diodo a semiconduttore - è un dispositivo a semiconduttore con una giunzione pn e due elettrodi. Il principio di funzionamento di un diodo a semiconduttore si basa sul fenomeno della giunzione pn, pertanto, per ulteriori studi su qualsiasi dispositivo a semiconduttore, è necessario sapere come funziona.

Diodo raddrizzatore (chiamato anche valvola) è un tipo di diodo a semiconduttore che converte la corrente alternata in corrente continua.

Un diodo ha due conduttori (elettrodi), un anodo e un catodo. L'anodo è connesso allo strato p, il catodo allo strato n. Quando viene applicato un più all'anodo e un meno all'anodo (accensione diretta del diodo), il diodo passa corrente. Se viene applicato un meno all'anodo e un più (accensione inversa del diodo) della corrente attraverso il diodo al catodo, questo non sarà visto dalla caratteristica corrente-tensione del diodo. Pertanto, quando viene fornita una tensione alternata all'ingresso del diodo raddrizzatore, solo una semionda lo attraversa.

Caratteristica corrente-tensione (VAC) del diodo.

La caratteristica corrente-tensione del diodo è mostrata in Fig. I. 2. Nel primo quadrante è mostrato il ramo in avanti della caratteristica, che descrive lo stato di alta conduttività del diodo con una tensione diretta applicata ad esso, che è linearizzata dalla funzione lineare a tratti

u = U 0 + R D i

dove: u è la tensione ai capi della valvola al passaggio della corrente i; U 0 - tensione di soglia; R d - resistenza dinamica.

Il terzo quadrante contiene il ramo inverso della caratteristica corrente-tensione, che descrive lo stato di bassa conduttività quando la tensione inversa viene posta sul diodo. In uno stato di bassa conduttività, nessuna corrente scorre attraverso la struttura del semiconduttore. Tuttavia, questo è vero solo fino a un certo valore della tensione inversa. Con una tensione inversa, quando l'intensità del campo elettrico nella giunzione pn raggiunge circa 10 s V / cm, questo campo può impartire ai portatori di carica mobili - elettroni e lacune, che appaiono costantemente nell'intero volume della struttura del semiconduttore a causa del calore generazione - energia cinetica sufficiente per la ionizzazione di atomi di silicio neutri. Le lacune risultanti e gli elettroni di conduzione, a loro volta, vengono accelerati dal campo elettrico della giunzione p-n e ionizzano anche atomi di silicio neutri. In questo caso si verifica un aumento a valanga della corrente inversa, .t. e. guasti da valanga.

La tensione alla quale si verifica un forte aumento della corrente inversa, è chiamata tensione di rottura U 3.

ARGOMENTO 3. DIODI A SEMICONDUTTORE

Un diodo a semiconduttore è un dispositivo a semiconduttore elettroconvertitore con una giunzione elettrica e due terminali, che sfrutta le proprietà di una giunzione pn.

I diodi a semiconduttore sono classificati:

1) per scopo: raddrizzatore, alta e altissima frequenza (diodi ad alta frequenza e microonde), impulsi, diodi zener a semiconduttore (diodi di riferimento), tunnel, invertiti, varicap, ecc.;

2) per design e caratteristiche tecnologiche: planare e puntuale;

3) dal tipo di materiale di partenza: germanio, silicio, arseniuro - gallio, ecc.

Figura 3.1 - Dispositivo dei diodi puntiformi

Un diodo a punti utilizza una piastra di germanio o silicio con conduttività elettrica di tipo n (Figura 3.1), spessore 0,1 ... 0,6 mm e area 0,5 ... 1,5 mm2; un filo affilato (ago) con un'impurità applicata è in contatto con la piastra. In questo caso, le impurità si diffondono dalla punta nel semiconduttore principale, creando una regione con un diverso tipo di conduttività elettrica. Pertanto, vicino all'ago si forma una giunzione pn in miniatura di forma emisferica.

Per la produzione di diodi a punta di germanio, un filo di tungsteno rivestito di indio viene saldato a una piastra di germanio. L'indio è un accettore del germanio. La regione ottenuta di germanio di tipo p è emettitore.

Per la produzione di diodi a punta di silicio, vengono utilizzati silicio di tipo n e un filo rivestito di alluminio, che funge da accettore per il silicio.

Nei diodi planari, la giunzione pn è formata da due semiconduttori con diversi tipi di conduttività elettrica e l'area di transizione per diversi tipi di diodi varia da centesimi di millimetro quadrato a diverse decine di centimetri quadrati (diodi di potenza).

I diodi piani sono realizzati mediante metodi di fusione (fusione) o diffusione (Fig. 3.2).

Figura 3.2 - Disposizione dei diodi piani realizzati con lega (a) e metodo di diffusione (b)

Una goccia di indio viene fusa in una piastra di germanio di tipo n ad una temperatura di circa 500 ° C (Fig. 3.2, a), che, fondendosi con il germanio, forma uno strato di germanio di tipo p. La regione di tipo p ha una concentrazione di impurità più elevata rispetto alla piastra principale e quindi è un emettitore. I fili di piombo, solitamente di nichel, sono saldati alla piastra principale di germanio e indio. Se il germanio di tipo p viene preso come materiale di partenza, allora l'antimonio viene fuso in esso e quindi si ottiene una regione di emettitore di tipo n.

Il metodo di diffusione per la produzione di una giunzione pn si basa sul fatto che gli atomi di impurità si diffondono nel semiconduttore principale (Fig. 3.2, b). Per creare uno strato p, viene utilizzata la diffusione di un elemento accettore (boro o alluminio per silicio, indio per germanio) attraverso la superficie del materiale di partenza.

3.1 Diodi raddrizzatori

Un diodo raddrizzatore a semiconduttore è un diodo a semiconduttore progettato per convertire la corrente alternata in corrente continua.

I diodi raddrizzatori sono realizzati sulla base di una giunzione pn e hanno due regioni, una delle quali ha una resistenza inferiore (contiene una grande concentrazione di impurità) ed è chiamata emettitore. Un'altra zona, la base, è di maggiore resistenza (contiene una minore concentrazione di impurità).

Il funzionamento dei diodi raddrizzatori si basa sulla proprietà della conduttività unilaterale della giunzione pn, che consiste nel fatto che quest'ultima conduce bene la corrente (ha una bassa resistenza) durante la connessione diretta e praticamente non conduce corrente (ha una resistenza molto elevata) durante il collegamento inverso.

Come sai, la corrente diretta del diodo è creata dai principali portatori di carica e quella inversa non è creata dai principali portatori di carica. La concentrazione dei portatori di carica maggioritaria è di diversi ordini di grandezza superiore alla concentrazione dei portatori di carica minoritaria, che determina le proprietà della valvola del diodo.

I parametri principali dei diodi raddrizzatori a semiconduttore sono:

· Corrente diretta del diodo Ipr, normalizzata ad una certa tensione diretta (normalmente Upr = 1 ... 2V);

· La massima corrente diretta ammissibile Ipr max del diodo;

· La massima tensione inversa ammissibile del diodo Urev max, alla quale il diodo può ancora funzionare normalmente per lungo tempo;

· Corrente inversa costante Irev, che attraversa il diodo ad una tensione inversa pari a Urev max;

Corrente rettificata media Ivp.av, che può passare a lungo attraverso il diodo alla temperatura consentita del suo riscaldamento;

· La potenza massima ammissibile Pmax dissipata dal diodo, alla quale è assicurata la data affidabilità del diodo.

In base al valore massimo consentito della corrente raddrizzata media, i diodi sono suddivisi in bassa potenza (Ivp.av £ 0,3 A), potenza media (0,3 A 10A).

Per mantenere l'efficienza del diodo al germanio, la sua temperatura non deve superare + 85 ° C. I diodi al silicio possono funzionare a temperature fino a + 150 ° C.

Figura 3.3 - Variazione delle caratteristiche volt - ampere di un diodo a semiconduttore dalla temperatura: a - per un diodo al germanio; b - per un diodo al silicio

La caduta di tensione durante il passaggio della corrente diretta per i diodi al germanio è DUpr = 0,3 ... 0,6 V, per i diodi al silicio - DUpr = 0,8 ... 1,2 V. Grandi cadute di tensione durante il passaggio di una corrente diretta attraverso i diodi al silicio rispetto a una caduta di tensione continua attraverso i diodi al germanio sono associate ad una maggiore altezza della barriera potenziale delle giunzioni pn formate nel silicio.

All'aumentare della temperatura, la caduta di tensione diretta diminuisce, che è associata a una diminuzione dell'altezza della barriera potenziale.

Quando viene applicata una tensione inversa a un diodo a semiconduttore, si verifica una leggera corrente inversa, dovuta al movimento dei portatori di carica non principali attraverso la giunzione pn.

Con un aumento della temperatura della transizione pn, il numero di portatori di carica minoritari aumenta a causa della transizione di alcuni elettroni dalla banda di valenza alla banda di conduzione e alla formazione di coppie di portatori di carica elettrone-lacuna. Pertanto, la corrente inversa del diodo aumenta.

Quando al diodo viene applicata una tensione inversa di diverse centinaia di volt, il campo elettrico esterno nello strato di blocco diventa così forte da poter trascinare elettroni dalla banda di valenza nella banda di conduzione (effetto Zener). In questo caso, la corrente inversa aumenta bruscamente, causando il riscaldamento del diodo, un ulteriore aumento della corrente e, infine, la rottura termica (distruzione) della giunzione pn. La maggior parte dei diodi può funzionare in modo affidabile a tensioni inverse non superiori a (0,7 ... 0,8) Uref.

La tensione inversa consentita dei diodi al germanio raggiunge - 100 ... 400 V e i diodi al silicio - 1000 ... 1500 V.

In una serie di potenti impianti di conversione, i requisiti per il valore medio della corrente diretta, la tensione inversa superano il valore nominale dei parametri dei diodi esistenti. In questi casi il problema viene risolto collegando in parallelo o in serie i diodi.

La connessione in parallelo dei diodi viene utilizzata quando è necessario ottenere una corrente diretta maggiore della corrente limite di un diodo. Ma se i diodi dello stesso tipo sono semplicemente collegati in parallelo, a causa della mancata corrispondenza dei rami caratteristici I - V diretti, verranno caricati in modo diverso e, in alcuni, la corrente continua sarà maggiore di quella limitante.

Figura 3.4 - Collegamento in parallelo diodi raddrizzatori

Per equalizzare le correnti, vengono utilizzati diodi con una piccola differenza nei rami diretti della caratteristica I - V (sono selezionati) o, in serie con i diodi, sono inclusi resistori di equalizzazione con una resistenza di unità di Ohm. A volte includono resistori aggiuntivi (Fig. 3.4, c) con una resistenza molte volte maggiore della resistenza diretta dei diodi, in modo che la corrente in ciascun diodo sia determinata principalmente dalla resistenza Rd, ad es. Rd >> rpr vd. Il valore di Rd è di centinaia di ohm.

Il collegamento in serie dei diodi viene utilizzato per aumentare la tensione inversa totale consentita. Quando esposto a tensione inversa, la stessa corrente inversa Iobr scorre attraverso i diodi collegati in serie. tuttavia, a causa della differenza nei rami inversi della caratteristica I - V, la tensione totale sarà distribuita in modo non uniforme tra i diodi. Una tensione più alta verrà applicata a un diodo in cui il ramo inverso della caratteristica I - V aumenta. Potrebbe risultare superiore al limite, il che comporterà una rottura dei diodi.

Figura 3.5 - Collegamento in serie diodi raddrizzatori

Affinché la tensione inversa sia distribuita uniformemente tra i diodi, indipendentemente dalle loro resistenze inverse, viene utilizzato lo smistamento dei diodi con resistori. Le resistenze Rsh dei resistori devono essere uguali e molto inferiori alla più piccola delle resistenze inverse dei diodi Rsh 3.2 Diodi Zener

Un diodo zener a semiconduttore è un diodo a semiconduttore, la tensione attraverso la quale nella regione di rottura elettrica dipende debolmente dalla corrente e che viene utilizzata per stabilizzare la tensione.

Nei diodi zener a semiconduttore, viene utilizzata la proprietà di una leggera variazione della tensione inversa alla giunzione pn durante la rottura elettrica (a valanga o tunnel). Ciò è dovuto al fatto che un piccolo aumento della tensione alla giunzione pn nella modalità di guasto elettrico provoca una generazione più intensa di portatori di carica e un aumento significativo della corrente inversa.

I diodi zener a bassa tensione sono realizzati sulla base di un materiale fortemente legato (a bassa resistenza). In questo caso, si forma una stretta giunzione planare, in cui si verifica una rottura elettrica tunnel a tensioni inverse relativamente basse (inferiori a 6 V). I diodi zener ad alta tensione sono realizzati sulla base di materiale leggermente drogato (ad alta resistenza). Pertanto, il loro principio di funzionamento è associato a un guasto elettrico da valanga.

Parametri di base dei diodi zener:

· Tensione di stabilizzazione Ust (Ust = 1 ... 1000V);

· Correnti di stabilizzazione minima Ist min e massima Ist max (Ist min "1.0 ... 10mA, Ist max" 0.05 ... 2.0A);

· La massima potenza dissipabile max;

· Resistenza differenziale nella sezione di stabilizzazione rd = DUst / DIst, (rd "0,5 ... 200 Ohm);

Coefficiente di temperatura della tensione nella sezione di stabilizzazione:

La TKU del diodo zener mostra la percentuale di variazione della tensione di stabilizzazione quando la temperatura del semiconduttore cambia di 1 ° C

(TKU = -0,5 ... + 0,2% / ° ).

Figura 3.6 - Caratteristica corrente-tensione del diodo Zener e sua designazione grafica convenzionale

I diodi Zener vengono utilizzati per stabilizzare le tensioni degli alimentatori, nonché per fissare i livelli di tensione in vari circuiti.

La stabilizzazione della tensione a bassa tensione nell'intervallo 0,3 ... 1 V può essere ottenuta utilizzando il ramo diretto della caratteristica I - V dei diodi al silicio. Un diodo in cui il ramo diretto della caratteristica I - V viene utilizzato per stabilizzare la tensione è chiamato stabilizzatore. Esistono anche diodi zener a doppia faccia (simmetrici) che hanno una caratteristica I - V simmetrica rispetto all'origine.

I diodi zener possono essere collegati in serie, mentre la tensione di stabilizzazione risultante è uguale alla somma delle tensioni dei diodi zener:

Ust = Ust1 + Ust2 + ...

Il collegamento in parallelo dei diodi zener è inaccettabile, perché a causa della diffusione delle caratteristiche e dei parametri di tutti i diodi zener collegati in parallelo, la corrente si verificherà solo in uno, che ha la tensione stabilizzante più bassa Ust, che causerà il surriscaldamento del diodo zener.

3.3 Tunnel e diodi invertiti

Un diodo tunnel è un diodo a semiconduttore basato su un semiconduttore degenere in cui l'effetto tunnel porta alla comparsa di una resistenza differenziale negativa sulla caratteristica corrente - tensione a tensione diretta.

Il diodo tunnel è realizzato in arseniuro di germanio o gallio con un'altissima concentrazione di impurità, ad es. con resistività molto bassa. Tali semiconduttori a bassa resistenza sono chiamati degeneri. Ciò consente di ottenere una giunzione pn molto stretta. In tali transizioni, si creano le condizioni per un passaggio tunneling relativamente libero di elettroni attraverso una potenziale barriera (effetto tunnel). L'effetto tunnel porta alla comparsa sul ramo anteriore della caratteristica I - V del diodo di una sezione con una resistenza differenziale negativa. L'effetto tunnel consiste nel fatto che ad un'altezza sufficientemente piccola della barriera potenziale, è possibile che gli elettroni penetrino attraverso la barriera senza cambiare la loro energia.

Parametri di base dei diodi tunnel:

· Corrente di picco Iп - corrente continua nel punto di massima caratteristica I - V;

Corrente di valle Iv - corrente continua nel punto di minima caratteristica I - V;

· Il rapporto tra le correnti del diodo tunnel Ip/Iv;

· Tensione di picco Uï - tensione diretta corrispondente alla corrente di picco;

Tensione di valle Uv - tensione diretta corrispondente alla corrente di valle;

· Tensione soluzione Uрр.

I diodi a tunnel vengono utilizzati per generare e amplificare onde elettromagnetiche, nonché in circuiti di commutazione e impulsi ad alta velocità.

Figura 3.7 - Caratteristica corrente-tensione di un diodo tunnel

Il diodo invertito è un diodo basato su un semiconduttore con una concentrazione critica di impurità, in cui la conduttività a tensione inversa dovuta all'effetto tunnel è molto più elevata rispetto alla tensione diretta.

Il principio di funzionamento del diodo invertito si basa sull'uso dell'effetto tunnel. Ma nei diodi inversi, la concentrazione di impurità è ridotta rispetto a quelli convenzionali a tunnel. Pertanto, la differenza di potenziale di contatto per i diodi invertiti è inferiore e lo spessore della giunzione pn è maggiore. Ciò porta al fatto che non viene generata alcuna corrente di tunneling diretta sotto l'azione della tensione diretta. La corrente diretta nei diodi invertiti viene creata mediante iniezione di portatori di carica non maggioritari attraverso la giunzione pn, ad es. la corrente continua è diffusiva. Con una tensione inversa, una significativa corrente di tunneling scorre attraverso la giunzione, che viene creata dal movimento degli elettroni attraverso la barriera potenziale dalla regione p alla regione n. La sezione di lavoro della caratteristica I - V del diodo invertito è il ramo inverso.

Pertanto, i diodi invertiti hanno un effetto raddrizzatore, ma la loro direzione di trasmissione (conduttiva) corrisponde alla connessione inversa e la direzione di blocco (non conduttiva) corrisponde alla connessione diretta.

Figura 3.8 - Caratteristica corrente-tensione di un diodo invertito

I diodi invertiti sono utilizzati nei dispositivi a impulsi, così come i convertitori di segnale (miscelatori e rivelatori) nei dispositivi di ingegneria radio.

3.4 Varicap

Un varicap è un diodo a semiconduttore che sfrutta la capacità rispetto alla tensione inversa ed è destinato ad essere utilizzato come elemento di capacità controllato elettricamente.

Il silicio è un materiale semiconduttore per la produzione di varicaps.

I principali parametri di varicap:

· Capacità nominale Sv - capacità a una data tensione inversa (Sv = 10 ... 500 pF);

· Coefficiente di sovrapposizione di capacità; (Кс = 5 ... 20) - il rapporto tra le capacità del varicap a due valori dati di tensioni inverse.

I varicap sono ampiamente utilizzati in vari circuiti per il controllo automatico della frequenza, negli amplificatori parametrici.

Figura 3.9 - Caratteristica capacità-tensione del varicap

3.5 Calcolo di circuiti elettrici con diodi a semiconduttore.

Nei circuiti pratici, nel circuito del diodo è incluso un qualche tipo di carico, ad esempio un resistore (Fig. 3.10, a). La corrente diretta scorre quando l'anodo è a potenziale positivo rispetto al catodo.

La modalità di un diodo con un carico è chiamata modalità operativa. Se il diodo avesse una resistenza lineare, il calcolo della corrente in un tale circuito non presenterebbe alcuna difficoltà, poiché la resistenza totale del circuito è uguale alla somma della resistenza del diodo alla corrente continua Rо e la resistenza del resistore di carico Rn. Ma il diodo ha una resistenza non lineare e il valore di Ro cambia al variare della corrente. Pertanto, il calcolo della corrente viene eseguito graficamente. Il compito è il seguente: i valori di E, Rn e la caratteristica del diodo sono noti, è necessario determinare la corrente nel circuito I e la tensione ai capi del diodo Ud.

Figura 3.10

La caratteristica del diodo dovrebbe essere considerata come un grafico di alcune equazioni che collegano i valori di I e U. E per la resistenza Rн, un'equazione simile è la legge di Ohm:

(3.1)

Quindi, ci sono due equazioni con due incognite I e U, e una delle equazioni è data graficamente. Per risolvere un tale sistema di equazioni, è necessario tracciare il grafico della seconda equazione e trovare le coordinate del punto di intersezione dei due grafici.

L'equazione per la resistenza Rn è un'equazione di primo grado rispetto a I e U. Il suo grafico è una linea retta chiamata linea di carico. È costruito utilizzando due punti sugli assi delle coordinate. Per I = 0 dall'equazione (3.1) si ottiene: E - U = 0 oppure U = E, che corrisponde al punto A di Fig. 3.10, b. E se U = 0, allora I = E / Rn. rimandiamo questa corrente sull'asse delle ordinate (punto B). traccia una retta passante per i punti A e B, che è la linea di carico. Le coordinate del punto D danno la soluzione al problema.

Si noti che il calcolo grafico della modalità di funzionamento del diodo può essere omesso se Rн >> Ro. In questo caso, è consentito trascurare la resistenza del diodo e determinare la corrente approssimativamente: I »E / Rн.

Il metodo considerato per il calcolo della tensione CC può essere applicato per l'ampiezza oi valori istantanei, se la sorgente fornisce la tensione CA.

Poiché i diodi a semiconduttore conducono la corrente bene nella direzione in avanti e male nella direzione inversa, la maggior parte dei diodi a semiconduttore viene utilizzata per raddrizzare la corrente alternata.

Il circuito più semplice per raddrizzare la corrente alternata è mostrato in Fig. 3.11. In esso, una sorgente di EMF alternata - e, un diodo VD e un resistore di carico Rn sono collegati in serie. Questo circuito è chiamato semionda.

Il raddrizzatore più semplice funziona come segue. Durante un semiciclo, la tensione per il diodo è continua e una corrente passa, creando una caduta di tensione UR attraverso il resistore Rn. Durante il semiciclo successivo, la tensione viene invertita, non c'è praticamente corrente e UR = 0. Pertanto, una corrente pulsante passa attraverso il diodo, il resistore di carico sotto forma di impulsi che durano mezzo periodo. Questa corrente è chiamata corrente rettificata. Crea una tensione raddrizzata attraverso il resistore Rн. I grafici in Fig. 3.11, b illustrano i processi nel raddrizzatore.

Figura 3.11

L'ampiezza delle semionde positive attraverso il diodo è molto piccola. Ciò è dovuto al fatto che quando passa una corrente continua, la maggior parte della tensione della sorgente scende attraverso il resistore di carico Rн, la cui resistenza supera significativamente la resistenza del diodo. In questo caso

Per i diodi a semiconduttore convenzionali, la tensione diretta non è superiore a 1 ... 2 V. Ad esempio, lascia che la sorgente abbia una tensione effettiva E = 200V e ... Se Upr max = 2V, allora URmax = 278V.

Con una semionda negativa della tensione applicata, non c'è praticamente corrente e la caduta di tensione attraverso il resistore R è uguale a zero. Tutta la tensione della sorgente viene applicata al diodo ed è la sua tensione inversa. Pertanto, il valore massimo della tensione inversa è uguale all'ampiezza della sorgente EMF.

Lo schema più semplice per l'utilizzo di un diodo zener è mostrato in Fig. 3.12, a. Il carico (consumatore) è collegato in parallelo al diodo zener. Pertanto, nella modalità di stabilizzazione, quando la tensione ai capi del diodo zener è quasi costante, la stessa tensione sarà sul carico. Di solito Rlim viene calcolato per il punto medio T della caratteristica del diodo Zener.

Consideriamo il caso in cui E = const, e Rn cambia nell'intervallo da Rn min a Rn max ..

Il valore Rlim può essere trovato utilizzando la seguente formula:

(3.3)

dove Ist = 0,5 (Ist min + Ist max) è la corrente media del diodo zener;

In = Ust / Rn - corrente di carico (a Rn = const);

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

inoltre e .

Figura 3.12

Il funzionamento del circuito in questa modalità può essere spiegato come segue. Poiché Rlim è costante e anche la caduta di tensione su di esso, pari a (E - Ust), è costante, allora la corrente in Rlim, pari a (Ist + In.av), deve essere costante. Ma quest'ultimo è possibile solo se la corrente del diodo Zener I e la corrente di carico In cambiano nella stessa misura, ma in direzioni opposte. Ad esempio, se In aumenta, la corrente I diminuisce della stessa quantità e la loro somma rimane invariata.

Consideriamo il principio di funzionamento di un diodo zener usando l'esempio di un circuito costituito da una sorgente collegata in serie di EMF variabile - e, un diodo zener VD e un resistore R (Fig. 3.13, a).

Nel semiciclo positivo, viene applicata una tensione inversa al diodo zener e fino alla tensione di rottura del diodo zener, tutta la tensione viene applicata al diodo zener, poiché la corrente nel circuito è zero. Dopo un guasto elettrico del diodo zener, la tensione ai capi del diodo zener VD rimane invariata e tutta la tensione residua della sorgente EMF verrà applicata al resistore R. Nel semiperiodo negativo, il diodo zener viene acceso nel direzione di conduzione, la caduta di tensione ai suoi capi è di circa 1 V e la tensione rimanente della sorgente EMF viene applicata al resistore R.

Un diodo a semiconduttore è un dispositivo a semiconduttore con una giunzione elettrica e due conduttori che sfrutta una particolare proprietà di giunzione elettrica. Una giunzione elettrone-lacuna, un contatto metallo-semiconduttore o un'eterogiunzione possono essere utilizzati come giunzione elettrica.

La regione del cristallo semiconduttore del diodo, che ha una maggiore concentrazione di impurezze (quindi dei principali portatori di carica), è detta emettitore, e l'altra, a concentrazione minore, è detta base. Il lato del diodo a cui è collegato il polo negativo dell'alimentatore durante il collegamento diretto è spesso chiamato catodo e l'altro anodo.

Di proposito, i diodi sono suddivisi in:

1.raddrizzatore (potenza), progettato per convertire la tensione alternata degli alimentatori di frequenza industriale in costante;

2. Diodi Zener (diodi di riferimento), progettati per stabilizzare le tensioni , avendo sul ramo inverso della caratteristica I - V una sezione con una debole dipendenza della tensione dalla corrente che scorre:

3. varicap destinati all'uso come contenitore a tensione controllata;

4. impulso, progettato per funzionare in circuiti a impulsi ad alta velocità;

5. tunnel e invertito, progettati per amplificare, generare e commutare oscillazioni ad alta frequenza;

6. ultra-alta frequenza, destinata alla conversione, commutazione, generazione di oscillazioni ad altissima frequenza;

7. LED progettati per convertire un segnale elettrico in energia luminosa;

8. fotodiodi progettati per convertire l'energia luminosa in un segnale elettrico.

Il sistema e l'elenco dei parametri inclusi nelle descrizioni tecniche e che caratterizzano le proprietà dei diodi a semiconduttore sono selezionati tenendo conto delle loro caratteristiche fisiche e tecnologiche e del campo di applicazione. Nella maggior parte dei casi, le informazioni sui parametri statici, dinamici e limite sono importanti.

I parametri statici caratterizzano il comportamento dei dispositivi a corrente costante, dinamici: le loro proprietà tempo-frequenza, i parametri limitanti determinano l'area di funzionamento stabile e affidabile.

1.5. Caratteristica corrente-tensione del diodo

La caratteristica corrente-tensione (VAC) del diodo è simile alla caratteristica corrente-tensione p-n-transizione e ha due rami: avanti e indietro.

La caratteristica I - V del diodo è mostrata in Figura 5.

Se il diodo è acceso nella direzione in avanti ("+" - all'area R, e "-" - per l'area n), quindi al raggiungimento della tensione di soglia tu quindi il diodo si apre e una corrente continua lo attraversa. Quando riacceso ("-" nell'area R, e "+" - all'area n) una leggera corrente inversa scorre attraverso il diodo, cioè il diodo è chiuso. Pertanto, possiamo supporre che il diodo passi corrente in una sola direzione, il che gli consente di essere utilizzato come elemento raddrizzatore.

I valori delle correnti diretta e inversa differiscono di diversi ordini di grandezza e la caduta di tensione diretta non supera diversi volt rispetto alla tensione inversa, che può essere di centinaia o più volt. Le proprietà raddrizzatrici dei diodi sono migliori, minore è la corrente inversa a una data tensione inversa e minore è la caduta di tensione a una data corrente diretta.

I parametri della caratteristica I - V sono: resistenza dinamica (differenziale) del diodo alla corrente alternata e resistenza statica alla corrente continua.

La resistenza statica di un diodo alla corrente continua nelle direzioni avanti e indietro è espressa dal rapporto:

, (2)

dove tu e io impostare punti specifici sulla caratteristica I - V del diodo, in corrispondenza dei quali viene calcolata la resistenza.

La resistenza dinamica alla corrente alternata determina la variazione di corrente attraverso il diodo con una variazione di tensione vicino al punto di lavoro selezionato sulla caratteristica del diodo:

. (3)

Poiché una tipica caratteristica I - V di un diodo ha sezioni con maggiore linearità (una sul ramo anteriore, una sul retro), R q è calcolato come il rapporto tra un piccolo incremento di tensione attraverso il diodo e un piccolo incremento di corrente attraverso di esso per una data modalità:

. (4)

Per derivare un'espressione per R d, è più conveniente prendere come argomento la corrente io, e la tensione è considerata come una funzione e, prendendo il logaritmo dell'equazione (1), portarla nella forma:

. (5)

. (6)

Quindi ne segue che con un aumento della corrente diretta R q diminuisce rapidamente, poiché quando il diodo viene acceso direttamente io>>io S .

Sulla sezione lineare della caratteristica I - V con accensione diretta del diodo, la resistenza statica è sempre maggiore della resistenza dinamica: R st> R e. Quando il diodo viene riacceso R sto R eccetera.

Pertanto, la resistenza elettrica del diodo nella direzione in avanti è molto inferiore rispetto alla direzione inversa. Pertanto, il diodo ha una conduttività unilaterale e viene utilizzato per la rettifica CA.

Un diodo è un dispositivo a semiconduttore con una giunzione p-n, che ha due uscite (catodo e anodo), è progettato per stabilizzare, rettificare, modulare, rilevare, convertire e limitare i segnali elettrici corrente inversa.

Nel loro scopo funzionale, i diodi sono suddivisi in impulsi, raddrizzatori, universali, diodi zener, diodi a microonde, diodi tunnel, varicap, diodi di commutazione, ecc.

In teoria, sappiamo che un diodo fa passare corrente solo in una direzione. Tuttavia, non molte persone sanno e capiscono esattamente come lo fa. Schematicamente, un diodo può essere immaginato come un cristallo costituito da 2 regioni (semiconduttori). Una di queste regioni del cristallo ha conduttività di tipo n e l'altra ha conduttività di tipo p.

La figura mostra i fori che predominano nella regione di tipo n, che sono mostrati in cerchi blu, e gli elettroni che predominano nella regione di tipo p sono mostrati in rosso. Queste due aree sono gli elettrodi del diodo del catodo e dell'anodo:

Il catodo è l'elettrodo negativo di un diodo, i cui principali portatori di carica sono gli elettroni.

L'anodo è l'elettrodo positivo di un diodo, i cui principali portatori di carica sono i fori.

Sulle superfici esterne delle regioni sono applicati strati metallici di contatto, a cui sono saldati i conduttori degli elettrodi a diodi. Un dispositivo di questo tipo può trovarsi solo in uno di due stati:

1. Chiuso - questo è quando conduce male la corrente;

2. Aperto è quando conduce bene la corrente.

Il diodo sarà spento se viene applicata la polarità della sorgente di tensione costante.

In questo caso, gli elettroni della regione di tipo n inizieranno a spostarsi verso il polo positivo della fonte di alimentazione, allontanandosi dalla giunzione pn, e anche i fori nella regione di tipo p si allontaneranno dalla giunzione pn, spostandosi verso il polo negativo. Alla fine, il confine delle regioni si espanderà, formando una zona unita da elettroni e buchi, che offrirà un'enorme resistenza alla corrente.

Tuttavia, in ciascuna delle regioni del diodo sono presenti portatori di carica minoritari e si verificherà comunque un piccolo scambio di elettroni e lacune tra le regioni. Pertanto, molte volte meno corrente scorrerà attraverso il diodo rispetto alla corrente continua e questa corrente è chiamata diodo a corrente inversa... In pratica, di regola, la corrente inversa della giunzione pn viene trascurata e quindi risulta che la giunzione pn ha solo conduttività unilaterale.

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I. CALCOLO DEI PARAMETRI DEI DIODI A SEMICONDUTTORE

I diodi raddrizzatori sono progettati per raddrizzare la corrente alternata a bassa frequenza (in genere inferiore a 50 kHz). Come raddrizzatori vengono utilizzati diodi planari che, a causa dell'ampia area di contatto, consentono una grande corrente raddrizzata. La caratteristica corrente-tensione di un diodo esprime la dipendenza della corrente che scorre attraverso il diodo dal valore e dalla polarità della tensione ad esso applicata (Figura 1.1). Il ramo situato nel primo quadrante corrisponde alla direzione diretta (throughput) della corrente e situato nel terzo quadrante alla direzione opposta della corrente.

Quanto più ripido e vicino all'asse verticale è il ramo diretto e più vicino al ramo di ritorno orizzontale, migliori sono le proprietà raddrizzatrici del diodo. Con una tensione inversa sufficientemente grande, si verifica un guasto al diodo, ad es. la corrente inversa aumenta bruscamente. Il normale funzionamento di un diodo come elemento con conduttività unilaterale è possibile solo nelle modalità in cui la tensione inversa non supera la tensione di rottura.

Le correnti dei diodi dipendono dalla temperatura (vedi Fig. 1.1). Se una corrente costante scorre attraverso il diodo, quindi con una variazione di temperatura, la caduta di tensione attraverso il diodo cambia di circa 2 mV / ° C. Con un aumento della temperatura, la corrente inversa raddoppia per il germanio e 2,5 volte per i diodi al silicio ogni 10 ° C. La tensione di scarica diminuisce all'aumentare della temperatura.

I diodi ad alta frequenza sono dispositivi universali: per raddrizzare correnti in un'ampia gamma di frequenze (fino a diverse centinaia di MHz), per modulazione, rilevamento e altre trasformazioni non lineari. I diodi a punti sono utilizzati principalmente come quelli ad alta frequenza. I diodi ad alta frequenza hanno le stesse proprietà di quelli del raddrizzatore, ma la loro gamma di frequenze operative è molto più ampia.

Impostazioni principali:

Unp- tensione diretta costante a una data corrente diretta costante;

Uobr- tensione inversa costante applicata al diodo nel verso opposto;

Ipp- corrente diretta costante che scorre attraverso il diodo nella direzione diretta;

Iobr- corrente inversa costante che scorre attraverso il diodo nella direzione opposta a una data tensione inversa;

Unp.obr- il valore della tensione inversa che provoca la rottura della giunzione del diodo;

Inp.cp- la corrente diretta media, il valore medio della corrente diretta del diodo nel periodo;

Ivp sr- corrente raddrizzatrice media, il valore medio della corrente raddrizzata che scorre attraverso il diodo nel periodo (tenendo conto della corrente inversa);

Iobr.cp- la corrente inversa media, il valore medio della corrente inversa nel periodo;

Rpr- potenza dissipata diretta, il valore della potenza dissipata dal diodo quando scorre la corrente diretta;

PCrè la potenza media dissipata dal diodo, la media nel periodo della potenza dissipata dal diodo quando scorre la corrente diretta e inversa;

Rdif- resistenza differenziale del diodo, il rapporto tra un piccolo incremento della tensione del diodo e un piccolo incremento della corrente su di esso per una data modalità

(1.1)

Rnp.d... - resistenza diretta del diodo per corrente continua, il valore della resistenza del diodo, ottenuto come quoziente della divisione della tensione diretta diretta ai capi del diodo e della corrispondente corrente diretta

Robr.d- resistenza inversa del diodo; valore della resistenza del diodo ottenuto come quoziente della divisione della tensione inversa costante ai capi del diodo e della corrente inversa costante corrispondente

(1.3)

I parametri massimi consentiti determinano i limiti delle condizioni operative in cui il diodo può funzionare con una data probabilità durante una durata di servizio specificata. Questi includono: Tensione inversa CC massima consentita Uobr.max; corrente diretta massima consentita Ipr.max, corrente diretta media massima consentita mer mer.max, corrente raddrizzata media massima consentita Iv.e. av.max, la massima dissipazione di potenza media ammissibile del diodo Rcr.max.

I parametri specificati sono riportati nella letteratura di riferimento. Inoltre, possono essere determinati sperimentalmente e dalle caratteristiche volt-ampere.

Troviamo la resistenza differenziale come la cotangente dell'angolo di inclinazione della tangente disegnata al ramo diritto della caratteristica I – V nel punto Ipr= 12 mA ( Rdiff ~ ctg Θ ~)

(1.4)

La resistenza diretta del diodo si trova come rapporto tra la tensione costante ai capi del diodo Upr= 0,6 V alla corrente CC corrispondente Ipr= 12mA sul ramo diretto della caratteristica I - V.

(1.5)

Lo vediamo Rdif < Rpr.d... Inoltre, si noti che i valori di questi parametri dipendono dalla modalità specificata. Ad esempio, per lo stesso diodo at Ipp= 4mA

(1.6) , (1.7)

Calcolare Robr.d per diodo GD107 at Uobr= 20 V e confrontare con il valore calcolato Rpr.d... Sul ramo inverso della caratteristica I - V di GD107 (vedi Fig. 1.2) troviamo: Iobr= 75μA a Uobr= 20V. Quindi,

(1.8)

Lo vediamo Robr>>Rpr.d, che indica la conduttività unilaterale del diodo. La conclusione sulla conduttività unilaterale può anche essere tratta direttamente dall'analisi della caratteristica I - V: corrente diretta Ipp~ mA a Upr <1B, в то время как Iobp~ decine di μA a Uobr ~ decine volt, cioè la corrente diretta supera quella inversa di centinaia o migliaia di volte

(1.9)

I diodi Zener e gli stabilizzatori sono progettati per stabilizzare il livello di tensione quando cambia la corrente che scorre attraverso il diodo. Per i diodi zener, la sezione di lavoro è la rottura elettrica della caratteristica corrente-tensione nella regione delle tensioni inverse (Fig. 1.3).

In questa sezione, la tensione ai capi del diodo rimane praticamente costante con una variazione significativa della corrente che scorre attraverso il diodo. Una caratteristica simile è posseduta dai diodi in lega con una base costituita da un materiale a bassa resistenza (alto lega). In questo caso, si forma una stretta giunzione p-n, che crea le condizioni per il verificarsi di guasti elettrici a tensioni inverse relativamente basse (unità - decine di volt). Vale a dire, queste tensioni sono necessarie per alimentare molti dispositivi a transistor. Nei diodi al germanio, la rottura elettrica si trasforma rapidamente in termica, quindi i diodi al silicio vengono utilizzati come diodi zener, che sono più resistenti alla rottura termica. Per gli stabilizzatori, una sezione diritta della caratteristica corrente-tensione funge da lavoratore (Fig. 1.4). I diodi zener a doppia faccia (due anodi) hanno due giunzioni p-n controconnesse, ognuna delle quali è la principale per la polarità opposta.

Impostazioni principali:

Ust- tensione di stabilizzazione, tensione ai capi del diodo zener quando scorre la corrente nominale;

Ust.nom- la dispersione della tensione di stabilizzazione nominale, lo scostamento della tensione sul diodo Zener dal valore nominale;

Rdif.st- resistenza differenziale del diodo zener, il rapporto tra l'incremento della tensione di stabilizzazione sul diodo zener e il piccolo incremento di corrente che lo ha provocato in un dato intervallo di frequenza;

α CT è il coefficiente di temperatura della tensione di stabilizzazione, il rapporto tra la variazione relativa della tensione di stabilizzazione e la variazione assoluta della temperatura ambiente a una corrente di stabilizzazione costante.

Parametri massimi consentiti. Questi includono: massimo Ist.max, minimo Ist.min correnti di stabilizzazione, corrente diretta massima consentita Imax, la massima dissipazione di potenza ammissibile Pmax.

Il principio di funzionamento del più semplice regolatore di tensione a semiconduttore (Fig. 1.5) si basa sull'uso della non linearità delle caratteristiche di tensione di corrente dei diodi zener (vedi Fig. 1.3).Lo stabilizzatore a semiconduttore più semplice è un partitore di tensione costituito da un resistore di limitazione Rogra e un diodo Zener al silicio VD. Il carico Rn è collegato a un diodo zener,

In questo caso, la tensione ai capi del carico è uguale alla tensione ai capi del diodo zener

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

e la tensione di ingresso è condivisa tra Rogra e VD

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

corrente attraverso Rogra secondo la prima legge di Kirchhoff è uguale alla somma delle correnti di carico e del diodo zener

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

La grandezza Rograè selezionato in modo che la corrente attraverso il diodo zener sia uguale al nominale, ad es. corrispondeva al centro dell'area di lavoro.

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

Che cos'è la tensione diretta e inversa? Sto cercando di capire il principio di funzionamento di un transistor ad effetto di campo. e ho ottenuto la migliore risposta

Risposta da Vovik [attivo]
Diretto: più viene applicato a più, meno a meno. Il contrario - a più - meno, a meno - più.
Per quanto riguarda il transistor ad effetto di campo, tra la sorgente e il gate.
Un transistor bipolare ha una base e un emettitore, non un transistor ad effetto di campo.
Un transistor bipolare è costituito da due giunzioni pn controconnesse con un'uscita comune - emettitore - base (tipo comune) - un collettore, come due diodi, solo lo "strato" comune è sottile e conduce corrente, se viene applicata una tensione diretta, che si chiama tensione di apertura, tra emettitore e base.
Maggiore è la tensione diretta tra la base e l'emettitore, più il transistor è aperto e minore è la sua resistenza emettitore-collettore, cioè esiste una relazione inversa tra la tensione emettitore-base e la resistenza del transistor bipolare.
Se viene applicata una tensione inversa tra la base e l'emettitore, il transistor si chiuderà del tutto e non condurrà corrente.
Se si applica la tensione solo alla base e all'emettitore, o alla base e al collettore, si ottiene un diodo normale.
Il transistor ad effetto di campo ha una struttura leggermente diversa. Ci sono anche tre uscite, ma sono chiamate drain, source e gate. C'è solo una giunzione pn, shutter -> drain-source o shutter<- 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.

Risposta da ALEX R[guru]
Per 1 domanda, la direzione diretta e inversa avviene in un semiconduttore (diodo), ovvero un diodo in una direzione diretta fa passare la corrente e se la corrente torna indietro, tutto è chiuso. Per chiarezza, il capezzolo di una gomma da bicicletta è lì, ma non indietro. Campo tr-r, qui, puramente per comprensione, non c'è connessione elettronica tra il cancello e il pozzo, la sorgente, e la corrente passa a causa del campo malvagio creato al cancello. Qualcosa del genere.

Risposta da Alessandro Egorov[guru]
diretto - meno alla regione con n-conduttività, più alla regione k con p-conduttività
viceversa
applicandosi solo all'emettitore e al collettore, la corrente non passerà, poiché gli atomi ionizzati della base respingono le cariche libere dell'emettitore dalla giunzione pn (per cui non è facile saltare la giunzione pn, perché è un dielettrico). E se applichi tensione alla base, allora "succhierà" le cariche libere dalla base e non respingono più le cariche dell'emettitore, impedendo loro di attraversare la giunzione pn. Il transistor si aprirà.
A proposito, l'emettitore, il collettore e la base non hanno un effetto di campo, ma un transistor bipolare.
Se si applica la tensione solo alla base e all'emettitore o alla base e al collettore, sarà un semplice diodo (ogni giunzione pn è un diodo).

Risposta da Utente utente[guru]
Il transistor ad effetto di campo ha un canale di tipo p o n controllato da un campo. transistor porta gate drain source

Un diodo è un tipo di dispositivo basato su semiconduttori. Ha una giunzione p-n, così come i terminali dell'anodo e del catodo. Nella maggior parte dei casi, è destinato alla modulazione, rettifica, conversione e altre azioni con segnali elettrici in ingresso.

Principio di funzionamento:

1. Elettricità agisce sul catodo, il riscaldatore inizia a brillare e l'elettrodo emette elettroni.
2. Tra due elettrodi si forma un campo elettrico.
3. Se l'anodo ha un potenziale positivo, quindi inizia ad attrarre gli elettroni su se stesso e il campo risultante è un catalizzatore per questo processo. In questo caso si verifica la formazione di una corrente di emissione.
4. Tra gli elettrodi si forma una carica negativa spaziale, che può interferire con il movimento degli elettroni. Questo accade se il potenziale dell'anodo è troppo debole. In questo caso, parti degli elettroni non possono superare l'effetto della carica negativa e iniziano a muoversi nella direzione opposta, tornando nuovamente al catodo.
5. Tutti gli elettroni che ha raggiunto l'anodo e non è tornato al catodo determina i parametri della corrente catodica. Pertanto, questo indicatore dipende direttamente dal potenziale dell'anodo positivo.
6. Flusso di tutti gli elettroni che potrebbe arrivare all'anodo si chiama corrente anodica, i cui indicatori nel diodo corrispondono sempre ai parametri della corrente catodica. A volte entrambi gli indicatori possono essere zero, questo accade in situazioni in cui l'anodo ha una carica negativa. In questo caso, il campo generato tra gli elettrodi non accelera le particelle, ma, al contrario, le decelera e le restituisce al catodo. Il diodo in questo caso rimane nello stato chiuso, il che porta all'apertura del circuito.

Sebbene questi errori siano rari, devi ricordare che queste sono tutte possibilità, così come un diodo che viene interrotto e non funziona quando viene attraversata da una grande corrente. Dovresti anche ricordare che il diodo è fatto di materiali che si rompono facilmente. L'unica cosa che li tiene insieme è il corpo del diodo.

Se il corpo del diodo si espande, la connessione viene aperta. Vedi anche: Come funziona un condensatore. In queste pagine troverete molto materiale utile sull'"elettronica in generale". Con questa piccola tensione positiva, non c'è praticamente corrente diretta. Con una tensione positiva ai suoi terminali, diciamo che il diodo è polarizzato direttamente. Un diodo è polarizzato in avanti quando la sua tensione è ovunque sul lato positivo della sorgente.

Dispositivo

Di seguito è riportato il dispositivo del diodo, lo studio di queste informazioni è necessario per un'ulteriore comprensione dei principi di funzionamento di questi elementi:

Diciamo che il diodo è inverso. Nella direzione opposta, la corrente è molto prossima allo zero, sempre leggermente negativa, al di sotto dell'asse delle tensioni. C'è una piccola quantità di corrente che scorre quando il diodo è polarizzato inversamente. Chiamiamo questa corrente di saturazione inversa. Nella maggior parte dei casi, questo è abbastanza vicino allo zero da essere ignorato.

In alcuni casi, la corrente di saturazione inversa diventa importante e le si dà un nome che suona male: corrente di dispersione. Un diodo polarizzato inversamente non può durare per sempre. Durante la rottura, la corrente aumenta bruscamente e diventa molto alta nella direzione negativa.

1. Portafotoè un cilindro a vuoto che può essere realizzato in vetro, metallo o materiali ceramici durevoli.
2. Dentro il pallone ci sono 2 elettrodi. Il primo è un catodo riscaldato, progettato per supportare il processo di emissione di elettroni. Il catodo, che è il più semplice nel design, è un filamento di piccolo diametro, che viene riscaldato durante il funzionamento, ma oggi gli elettrodi riscaldati indirettamente sono più comuni. Sono cilindri realizzati in metallo e hanno uno speciale strato attivo in grado di emettere elettroni.
3. All'interno del catodo calore indiretto c'è un elemento specifico: un filo che si riscalda sotto l'influenza di una corrente elettrica, si chiama riscaldatore.
4. Secondo elettrodoè l'anodo, è necessario per ricevere gli elettroni che sono stati rilasciati dal catodo. Per questo, deve avere un potenziale positivo rispetto al secondo elettrodo. Nella maggior parte dei casi, anche l'anodo è cilindrico.
5. Entrambi gli elettrodi i dispositivi per il vuoto sono completamente identici all'emettitore e alla base della varietà di elementi a semiconduttore.
6. Per creare un diodo cristallo silicio o germanio è più comunemente usato. Una delle sue parti è elettricamente conduttiva nel tipo p e ha una mancanza di elettroni, che è formata con un metodo artificiale. Anche il lato opposto del cristallo ha conduttività di tipo n e ha un eccesso di elettroni. C'è un confine tra le due aree, che è chiamato giunzione p-n.

Tali caratteristiche del dispositivo interno conferiscono ai diodi la loro proprietà principale: la capacità di condurre corrente elettrica in una sola direzione.

Grazie ai suoi due elettrodi viene chiamato diodo. Il diodo è quindi considerato polarizzato in avanti. In questo stato, l'altezza della barriera potenziale alla giunzione diminuisce di una quantità pari alla tensione di polarizzazione diretta specificata. Supponendo che la corrente che scorre attraverso il diodo sia molto grande, il diodo può essere approssimato come un interruttore in cortocircuito. In questo stato, un valore pari alla tensione di polarizzazione inversa aumenta l'altezza della barriera di potenziale alla giunzione. Tuttavia, il processo non può continuare indefinitamente, quindi una piccola corrente, chiamata corrente di saturazione inversa, continua a fluire nel diodo.

Appuntamento

Di seguito sono riportati i principali campi di applicazione dei diodi, dall'esempio dei quali diventa chiaro il loro scopo principale:

1. Ponti a diodi sono 4, 6 o 12 diodi collegati tra loro, il loro numero dipende dal tipo di circuito, che può essere monofase, trifase a mezzo ponte o trifase a ponte intero. Svolgono le funzioni di raddrizzatori, questa opzione è più spesso utilizzata, poiché l'introduzione di tali ponti, così come l'uso di gruppi spazzole-collettori insieme a loro, ha permesso di ridurre significativamente le dimensioni di questo dispositivo e aumentare la grado della sua affidabilità. Se la connessione viene effettuata in serie e in una direzione, ciò aumenta gli indicatori di tensione minima che saranno necessari per sbloccare l'intero ponte a diodi.
2. Rivelatori a diodi ottenuto dall'uso combinato di questi dispositivi con condensatori. Ciò è necessario per poter isolare la modulazione a bassa frequenza da vari segnali modulati, compreso il segnale radio di tipo modulato in ampiezza. Tali rilevatori fanno parte della progettazione di molti consumatori domestici, come televisori o radio.
3. Garantire la protezione dei consumatori dalla polarità errata quando si accendono gli ingressi del circuito da sovraccarichi derivanti o interruttori da guasti dovuti alla forza elettromotrice derivante dall'autoinduzione, che si verifica quando il carico induttivo viene disconnesso. Per garantire la sicurezza dei circuiti dai sovraccarichi derivanti, viene utilizzata una catena, composta da più diodi, che sono collegati ai bus di alimentazione in direzione opposta. In questo caso l'ingresso a cui è prevista la protezione deve essere collegato al centro di questa catena. Durante il normale funzionamento del circuito, tutti i diodi sono in uno stato chiuso, ma se hanno rilevato che il potenziale di ingresso ha superato i limiti di tensione consentiti, viene attivato uno degli elementi di protezione. Di conseguenza, questo potenziale consentito è limitato all'interno della tensione di alimentazione consentita oltre alla caduta di tensione continua attraverso il dispositivo di protezione.
4. Interruttori basati su diodi vengono utilizzati per la commutazione di segnali con alte frequenze. Il controllo di un tale sistema viene effettuato utilizzando corrente elettrica continua, separazione ad alta frequenza e fornitura di un segnale di controllo, che avviene grazie a induttanze e condensatori.
5. Creazione di diodi di protezione contro le scintille... Vengono utilizzate barriere a diodi shunt che forniscono sicurezza limitando la tensione nel circuito elettrico associato. Insieme a loro vengono utilizzati resistori di limitazione della corrente, necessari per limitare gli indicatori della corrente elettrica che passa attraverso la rete e aumentare il grado di protezione.

L'uso dei diodi in elettronica oggi è molto ampio, poiché di fatto nessun tipo moderno di apparecchiatura elettronica è completa senza questi elementi.

Questa corrente è trascurabile; un diodo può essere approssimato come un interruttore aperto chiuso. Le caratteristiche di corrente-tensione del diodo sono spiegate dalle seguenti equazioni. Riso. - Stato di polarizzazione diretta. Riso. - Condizione di polarizzazione inversa. Tabulare le diverse correnti dirette ottenute per le diverse tensioni dirette.

• Per ottenere un grafico nell'area inversa, sostituire il voltmetro con un nano amperometro.
• Un voltmetro ha una resistenza di carico inferiore rispetto a un diodo.
• La corrente lavora su un breve tratto di resistenza.
• Prendi un foglio grafico e dividilo in 4 parti uguali.
• Segna l'origine al centro del foglio grafico.
• In questo caso, l'esperimento non supera le letture del diodo.

Risultati: gli studenti possono.

Commutazione diretta del diodo

La giunzione pn del diodo può essere influenzata dalla tensione fornita da sorgenti esterne. Indicatori come grandezza e polarità influenzeranno il suo comportamento e la corrente elettrica che lo attraversa.

CVC e diodo raddrizzatore

Cosa sono le impurità trivalenti e pentavalenti? Impurità trivalenti di tipo p: alluminio, gallio, boro e indio. ... Invertire la polarità della tensione e si comporta come un cortocircuito. Che cos'è l'equazione della corrente del diodo? Espressione di resistenza dinamica?

Cosa si intende per semiconduttore interno? Qual è l'ordine del gap energetico in un semiconduttore puro? Che cos'è un semiconduttore esterno? Cos'è un semiconduttore drogato? Quali sono i due diversi tipi di impurità? Quali sono i portatori di carica in un semiconduttore puro? Qual è l'effetto della temperatura sulla conduttività di un semiconduttore? Cosa si intende per pendenza rettilinea? Cosa significa bias inverso? Che cos'è la ripartizione inversa? Quali sono i materiali semiconduttori utilizzati? Quanti elettroni di valenza ci sono in ogni atomo di semiconduttore?

Di seguito è riportata una discussione dettagliata dell'opzione in cui il più è collegato all'area di tipo p e il polo negativo all'area di tipo n. In questo caso, ci sarà una connessione diretta:

1. Sotto stress da una sorgente esterna, si formerà un campo elettrico nella giunzione p-n, mentre la sua direzione sarà opposta al campo di diffusione interno.
2. Tensione di campo diminuirà in modo significativo, il che causerà un forte restringimento dello strato barriera.
3. Sotto l'influenza di questi processi un numero significativo di elettroni potrà passare liberamente dalla regione p alla regione n, nonché nella direzione opposta.
4. Indicatori di corrente di deriva durante questo processo rimangono gli stessi, poiché dipendono direttamente solo dal numero di vettori caricati di minoranza situati nella regione di giunzione pn.
5. elettroni hanno un maggiore livello di diffusione, che porta all'iniezione di portatori di minoranza. In altre parole, nella regione n si verificherà un aumento del numero di lacune e nella regione p si registrerà un aumento della concentrazione di elettroni.
6. Mancanza di equilibrio e aumento del numero di portatori di minoranza li costringe ad andare in profondità nel semiconduttore e mescolarsi con la sua struttura, che alla fine porta alla distruzione delle sue proprietà di elettroneutralità.
7. Semiconduttore allo stesso tempo, è in grado di ripristinare il suo stato neutro, ciò è dovuto alla ricezione di cariche da una fonte esterna collegata, che contribuisce alla comparsa di una corrente continua nel circuito elettrico esterno.

Accensione inversa del diodo

Qual è la resistenza statica del diodo? Qual è la resistenza dinamica di un diodo? Scrivi l'equazione per la corrente del diodo. Quando la corrente scorre solo in una direzione e la caduta di tensione attraverso il diodo è sempre di 7 V, la tensione all'anodo dovrebbe essere di circa 6 V superiore a quella del catodo. Diciamo che il diodo è polarizzato in avanti.

Quando alimentato, il diodo può essere controllato misurando la caduta di tensione. La tensione anodica dovrebbe essere 7 V superiore alla tensione catodica. La tensione è la stessa del diodo corto. Quando alimentato, il diodo non solo crea una caduta di tensione di 7 V, ma può anche separare due diverse tensioni. La tensione al catodo non deve essere la tensione proveniente dall'anodo. Può anche provenire da un'altra fonte di tensione. In generale, la tensione al catodo è superiore all'anodo, la tensione proviene da un'altra parte e il diodo mantiene separate le tensioni.

Ora considereremo un altro modo di accensione, durante il quale cambia la polarità della sorgente esterna, da cui viene trasmessa la tensione:

1. La differenza principale rispetto alla connessione diretta è che che il campo elettrico generato avrà una direzione che coincide completamente con la direzione del campo di diffusione interna. Di conseguenza, lo strato di blocco non si restringerà più, ma, al contrario, si espanderà.
2. Il campo situato nella giunzione p-n, avrà un effetto accelerante su un certo numero di portatori di carica di minoranza, per questo motivo gli indicatori di corrente di deriva rimarranno invariati. Determina i parametri della corrente risultante che passa attraverso la giunzione pn.
3. Mentre cresci Tensione inversa, la corrente elettrica che attraversa la giunzione tenderà a raggiungere la sua massima prestazione. Ha un nome speciale: corrente di saturazione.
4. Secondo la legge esponenziale, con un graduale aumento della temperatura, aumenteranno anche i valori della corrente di saturazione.

Tensione diretta e inversa

Che cos'è un diodo "avanti"?

Come sempre in elettronica, il calore è un grosso problema. In caso di dubbio, controllare attentamente tutti i punti di saldatura del PCB e separarli. Quando il diodo è difettoso, scegliere un tipo più grande, se possibile. Un diodo, un componente elettronico che consente alla corrente di fluire in una direzione. I diodi più utilizzati nei moderni circuiti elettronici sono diodi realizzati in materiale semiconduttore. Il diodo più semplice con un punto di contatto al germanio è stato creato agli albori della radio. Nei moderni diodi al germanio, un cavo e una minuscola lastra di vetro sono installati all'interno di un piccolo tubo di vetro e collegati a due fili che sono saldati alle estremità del tubo.

La tensione che interessa il diodo viene suddivisa secondo due criteri:

1. Tensione diretta- questo è quello in cui il diodo si apre e la corrente diretta inizia a attraversarlo, mentre gli indicatori di resistenza del dispositivo sono estremamente bassi.
2. Tensione inversa- questo è quello che ha polarità inversa e garantisce la chiusura del diodo con il passaggio di corrente inversa attraverso di esso. Allo stesso tempo, gli indicatori di resistenza del dispositivo iniziano a crescere in modo netto e significativo.

La resistenza della giunzione p-n è un indicatore in continua evoluzione, prima di tutto è influenzato dalla tensione diretta applicata direttamente al diodo. Se la tensione aumenta, gli indicatori di resistenza della giunzione diminuiranno proporzionalmente.

I diodi di accoppiamento sono composti da due diversi tipi di materiale semiconduttore che si uniscono. Un diodo Zener è un tipo speciale di diodo a diodo che utilizza silicio in cui la tensione attraverso la connessione è indipendente dalla corrente che lo attraversa. Grazie a questa caratteristica, i diodi Zener vengono utilizzati come regolatori di tensione. D'altra parte, nei diodi emettitori di luce, una tensione applicata a una giunzione a semiconduttore provoca l'emissione di energia luminosa.

Attualmente vengono utilizzati tre approcci per risolvere i problemi relativi ai diodi. La prima approssimazione è un diodo ideale, in cui si considera che il diodo non abbia alcuna caduta di tensione quando cablato in direzione positiva, quindi in questa prima approssimazione, il diodo sarà considerato cortocircuitato in direzione positiva. Al contrario, un diodo ideale si comporta come un circuito aperto quando la sua polarizzazione è invertita. In seconda approssimazione, assumiamo che il diodo abbia una caduta di tensione con polarizzazione diretta. Il secondo approccio è più comunemente usato.

Ciò porta ad un aumento dei parametri della corrente diretta che passa attraverso il diodo. Quando questo dispositivo è chiuso, praticamente tutta la tensione agisce su di esso, per questo motivo gli indicatori della corrente inversa che passa attraverso il diodo sono insignificanti e la resistenza di giunzione allo stesso tempo raggiunge i suoi parametri di picco.

Funzionamento del diodo e sua caratteristica corrente-tensione

Sebbene esista un'ampia varietà di tipi, solo alcune caratteristiche differiscono dal loro aspetto. Questo non vale per le dimensioni, perché è una funzione della potenza che possono dissipare. È comune trovare un ailo nel corpo che indica il catodo. Per quelli il cui tipo specifico è indicato da una serie di lettere e numeri, il catodo è contrassegnato da un anello nel corpo accanto a quel terminale. Colori, e in essi il catodo corrisponde al terminale più vicino alla traccia di colore più spessa. Le punte di Hermione sono solitamente racchiuse nel vetro.

L'anodo di questi diodi è più lungo del catodo e solitamente la superficie della capsula vicino al catodo è piatta. Un modo pratico per determinare il catodo consiste nell'utilizzare un misuratore in un ohmmetro tra i suoi terminali. Se utilizziamo la modalità di test del diodo multicast, otteniamo il valore di tensione del gomito del dispositivo.

La caratteristica volt-ampere di questi dispositivi è intesa come una linea curva che mostra la dipendenza della corrente elettrica che scorre attraverso la giunzione pn dal volume e dalla polarità della tensione che agisce su di essa.

Tale programma può essere descritto come segue:

1. Asse verticale: l'area superiore corrisponde ai valori della corrente diretta, l'area inferiore corrisponde ai parametri della corrente inversa.
2. Asse orizzontale: l'area a destra è per i valori di tensione diretta; area sinistra per i parametri di tensione inversa.
3. Ramo diretto della caratteristica corrente-tensione riflette la corrente elettrica che passa attraverso il diodo. È diretto verso l'alto e scorre in prossimità dell'asse verticale, poiché riflette l'aumento della corrente elettrica diretta che si verifica quando aumenta la tensione corrispondente.
4. Secondo ramo (inverso) corrisponde e visualizza lo stato di una corrente elettrica chiusa che scorre anche attraverso il dispositivo. La sua posizione è tale da correre virtualmente parallela all'asse orizzontale. Più ripido questo ramo si avvicina alla verticale, maggiori sono le capacità di rettifica di un particolare diodo.
5. Secondo il programma, puoi osservare che dopo un aumento della tensione diretta che scorre attraverso la giunzione p-n, si verifica un lento aumento della corrente elettrica. Tuttavia, gradualmente, la curva raggiunge l'area in cui si nota un salto, dopo di che si verifica un aumento accelerato dei suoi indicatori. Ciò è dovuto all'apertura del diodo e alla conduzione di corrente con tensione diretta. Per i dispositivi in ​​germanio, ciò avviene a una tensione da 0,1 V a 0,2 V (valore massimo 1 V) e per le celle al silicio è necessario un indicatore più alto da 0,5 V a 0,6 V (valore massimo 1,5 V).
6. Aumento mostrato nei valori correnti può portare al surriscaldamento delle molecole di semiconduttore. Se la rimozione del calore, che si verifica a causa di processi naturali e del lavoro dei radiatori, è inferiore al livello del suo rilascio, la struttura delle molecole può essere distrutta e questo processo sarà già irreversibile. Per questo motivo è necessario limitare i parametri della corrente diretta per evitare il surriscaldamento del materiale semiconduttore. Per questo, al circuito vengono aggiunti resistori speciali, che sono collegati in serie con diodi.
7. Esplorando il ramo inverso si può vedere che se la tensione inversa, che viene applicata alla giunzione pn, inizia ad aumentare, l'aumento dei parametri di corrente è praticamente impercettibile. Tuttavia, nei casi in cui la tensione raggiunge parametri che superano i limiti consentiti, può verificarsi un improvviso salto nella corrente inversa, che surriscalda il semiconduttore e contribuisce alla successiva rottura della giunzione pn.

Non appena due materiali si combinano, gli elettroni e i vuoti all'interno o vicino alla regione di "connessione" si combinano e questo porta all'assenza di portatori nella regione vicino alla transizione. Questa area di ioni positivi e negativi rilevati è chiamata area di svuotamento del vettore. Ci sono tre possibilità per applicare la tensione ai terminali del diodo.

• Non c'è polarizzazione.
• Polarizzazione diretta.
• Polarizzazione inversa.

In assenza di una tensione di polarizzazione applicata, il flusso di carica pura in qualsiasi direzione è zero per un diodo a semiconduttore. Condizione di polarizzazione inversa. Il numero di ioni negativi trovati nel materiale di tipo P aumenterà anche a causa degli elettroni iniettati nell'estremità negativa, che occuperanno i vuoti. La corrente in condizioni di polarizzazione inversa è chiamata corrente di saturazione inversa. Quando polarizzato nella direzione opposta, può essere considerato un circuito aperto.

Malfunzionamenti diodi di base

A volte i dispositivi di questo tipo si guastano, ciò può essere dovuto al deprezzamento naturale e all'invecchiamento di questi elementi o per altri motivi.

In totale, ci sono 3 tipi principali di guasti comuni:

Quando viene raggiunta la tensione di disgiunzione inversa, si verifica un forte aumento della corrente, che può distruggere il dispositivo. Questo diodo ha una vasta gamma di applicazioni: circuiti raddrizzatori, limitatori, pinze di livello, protezione da cortocircuito, demodulatori, miscelatori, generatori, blocco e bypass in fibre fotografiche, ecc.

Quando si utilizza un diodo in un circuito, è necessario tenere in considerazione le seguenti considerazioni. La massima tensione inversa applicata a un componente, ripetitiva o non superiore al massimo che sosterrà. La massima corrente continua che può attraversare un componente, ripetitivo o meno, deve essere maggiore di quella massima che sosterrà.

1. Ripartizione della transizione porta al fatto che il diodo, invece di un dispositivo a semiconduttore, diventa intrinsecamente il conduttore più comune. In questo stato, perde le sue proprietà di base e inizia a far passare una corrente elettrica in qualsiasi direzione. Tale guasto viene facilmente rilevato utilizzando uno standard, che inizia a fornire un segnale sonoro e mostra un basso livello di resistenza nel diodo.
2. in una pausa avviene il processo opposto: il dispositivo generalmente smette di far passare corrente elettrica in qualsiasi direzione, cioè diventa, in sostanza, un isolante. Per la precisione nella determinazione dell'interruzione, è necessario utilizzare tester con sonde di alta qualità e riparabili, altrimenti a volte possono diagnosticare erroneamente questo malfunzionamento. Nelle varietà di semiconduttori legati, una tale rottura è estremamente rara.
3. Una perdita, durante il quale viene interrotta la tenuta del corpo del dispositivo, a causa della quale non può funzionare correttamente.

Rottura della giunzione pn

La potenza massima che un diodo può gestire deve essere maggiore della massima che può gestire. Nella figura #01 possiamo vedere una rappresentazione grafica o un simbolo per questo tipo di diodo. Uno dei parametri importanti per un diodo è la resistenza in un punto o area di funzionamento.

Pertanto, un diodo è un cortocircuito per la regione di conduzione. Se consideriamo la regione potenziale applicata negativamente. Pertanto, il diodo è un circuito aperto nella regione non conduttiva. La corrente nella regione Zener ha una direzione opposta a quella di un diodo polarizzato diretto. Un diodo zener è un diodo progettato per funzionare nella zona zener.

Tali guasti si verificano in situazioni in cui gli indicatori di corrente elettrica inversa iniziano a salire improvvisamente e bruscamente, ciò è dovuto al fatto che la tensione del tipo corrispondente raggiunge valori elevati inaccettabili.

Di solito ci sono diversi tipi:

1. Guasti termici causato da un forte aumento della temperatura e successivo surriscaldamento.
2. Guasti elettrici derivanti dall'influenza della corrente sulla giunzione.

Il grafico della caratteristica corrente-tensione consente di studiare visivamente questi processi e la differenza tra loro.

Per definizione, si può dire che il diodo Zener sia stato progettato per gestire tensioni negative. È importante notare che la regione Zener è controllata o controllata variando i livelli di doping. Si applica ai regolatori di tensione o alle sorgenti.

Nel circuito mostrato in Figura 03, è desiderabile proteggere il carico dalla sovratensione, la tensione massima che il carico può sopportare è di 8 volt. Secondo altre considerazioni, il funzionamento di questo diodo è approssimativamente il seguente. Nella zona di violazione, tra la tensione del gomito e la tensione dello zener, possiamo vedere un circuito aperto.

Guasto elettrico

Le conseguenze causate da guasti elettrici non sono irreversibili, poiché non distruggono il cristallo stesso. Pertanto, con una graduale diminuzione della tensione, è possibile ripristinare tutte le proprietà e i parametri operativi del diodo.

Inoltre, i guasti di questo tipo si dividono in due tipi:

1. Guasti in galleria si verificano quando un'alta tensione passa attraverso giunzioni strette, il che rende possibile il passaggio di singoli elettroni. Di solito si verificano se le molecole di semiconduttore contengono un gran numero di impurezze diverse. Durante tale guasto, la corrente inversa inizia ad aumentare bruscamente e rapidamente e la tensione corrispondente è a un livello basso.
2. Guasti da valanga sono possibili a causa dell'azione di forti campi in grado di accelerare i portatori di carica al livello limite, grazie al quale eliminano un numero di elettroni di valenza dagli atomi, che quindi volano nella regione conduttiva. Questo fenomeno è di natura simile a una valanga, a causa della quale questo tipo di guasto ha ricevuto un tale nome.

Ripartizione termica

Il verificarsi di tale guasto può verificarsi per due motivi principali: insufficiente rimozione del calore e surriscaldamento della giunzione pn, che si verifica a causa del flusso di corrente elettrica attraverso di essa con velocità troppo elevate.

Un aumento del regime di temperatura nella giunzione e nelle regioni adiacenti ha le seguenti conseguenze:

1. Vibrazioni crescenti di atomi incluso nel cristallo.
2. Colpo elettroni nella zona conduttiva.
3. Un forte aumento della temperatura.
4. Distruzione e deformazione struttura di cristallo.
5. Fallimento completo e guasto dell'intera componente radio.

corrente termica e la proporzione di corrente termica nella corrente inversa del diodo al silicio è molto piccola. La corrente inversa di un diodo al silicio è determinata principalmente dai processi di generazione-ricombinazione in P- n-transizione. Per i calcoli ingegneristici della corrente inversa dalla temperatura, è possibile utilizzare l'espressione semplificata precedentemente fornita (2.4).

Il ramo in avanti della caratteristica I - V del diodo si discosta da quello idealizzato a causa della presenza di correnti di ricombinazione in P- n-giunzione, caduta di tensione alla base del diodo, variazioni (modulazione) della resistenza di base quando vengono iniettati portatori di carica minoritari e presenza di un campo interno nella base, che si verifica ad un'elevata corrente di iniezione. Scriviamo la caratteristica I - V dell'ideale P- n-transizione (2.3) tenendo conto della caduta di tensione alla base del diodo:

dove R B- resistenza ohmica della base del diodo.

La soluzione di questa equazione trascendente può essere ottenuta prendendo il logaritmo dei lati destro e sinistro dell'equazione:

. (3.2)

Per basse correnti, questa espressione può essere semplificata:

. (3.3)

UN L'analisi dell'equazione (3.3) ci permette di trarre alcune interessanti conclusioni. La caduta di tensione attraverso il diodo dipende dalla corrente che lo attraversa ed è di grande importanza per i diodi con un piccolo io T... Poiché la corrente termica dei diodi al silicio è piccola, la sezione iniziale del ramo diretto della caratteristica I – V è molto più superficiale di quella dei diodi al germanio. Ciò può essere spiegato anche dal fatto che nel diodo appare una corrente tangibile quando la tensione esterna supera la differenza di potenziale di contatto  a, un  a(secondo (2.1)) per il silicio P- n-transizione è superiore a quella del germanio. Le sezioni iniziali del ramo anteriore della caratteristica I - V dei diodi al germanio e al silicio sono mostrate in Fig. 3.2. Si può vedere dalla figura che la tensione attraverso un diodo al silicio aperto è solitamente 0,6 - 0,8 V, la tensione attraverso un diodo al germanio aperto è 0,2 - 0,3 V.

In considerazione dell'enorme varietà di diodi utilizzati per i dispositivi a semiconduttore domestici, viene utilizzato uno speciale sistema di designazione. Il sistema di designazione è basato su un codice alfanumerico.

Primo elemento codice denota il materiale semiconduttore originale sulla base del quale è realizzato il dispositivo. Vengono utilizzati i seguenti simboli:

G o 1 - per germanio e suoi composti;

K o 2 - per silicio e suoi composti;

A o 3 - per composti di gallio (ad esempio, per arseniuro di gallio);

E o 4 - per composti di indio (ad esempio, per fosfuro di indio).

Secondo elemento designazione - una lettera che definisce una sottoclasse (o gruppo) di dispositivi. Ecco solo alcune delle designazioni:

D - raddrizzatore e diodi a impulsi;

Ts - rettifica di posti e blocchi;

B - varicose;

E - diodi tunnel;

A - diodi a microonde;

C - diodi zener;

O - optoaccoppiatori;

H - dinistor;

U - tiristori triodo ...

Terzo elemento designazione: un numero che definisce la funzionalità principale del dispositivo. Lo standard specifica l'uso di ciascuna cifra in relazione a diverse sottoclassi di dispositivi. Se necessario, è possibile trovarlo nella letteratura di riferimento speciale.

Il quarto elemento - un numero che indica il numero di serie dello sviluppo.

Quinto Elemento - una lettera che definisce in modo condizionale la classificazione (ordinamento per parametri) dei dispositivi prodotti utilizzando un'unica tecnologia.

Quindi, conoscendo il sistema di convenzione, possiamo dire che GD107B è un diodo raddrizzatore al germanio con io mer vicepresidente10 A, sviluppo numero 7, gruppo B e 2Ts202G è un post raddrizzatore composto da diodi al silicio con 0,3 A io mer vicepresidente10 A, sviluppo numero 2, gruppo G.

3.2. Diodi raddrizzatori

Diodi progettati per convertire la corrente alternata in corrente continua, in velocità, capacità P- n-transizione e stabilità di parametri di cui di solito non impongono requisiti speciali sono chiamati rettificare... Come diodi raddrizzatori, vengono utilizzati diodi in lega, epitassiali e a diffusione, realizzati sulla base di asimmetrie P- n-transizioni.

È caratteristico dei diodi raddrizzatori che hanno basse resistenze nello stato di conduzione e consentono il passaggio di correnti elevate. Capacità della barriera grazie all'ampia area P- n-transizioni è grande e raggiunge valori di decine di picofarad.

I parametri principali dei diodi riportati nella documentazione tecnica e nella letteratura di riferimento includono:

1. La massima tensione inversa consentita del diodo (tu arr max). Questo è il valore della tensione applicata nella direzione opposta, che il diodo può sopportare a lungo senza interrompere le sue prestazioni. Per vari diodi, questa tensione può variare da decine a migliaia di volt.

2. Corrente media del diodo raddrizzato (io mer vicepresidente) È il valore massimo ammissibile della corrente continua raddrizzata che scorre attraverso il diodo, mediato nel periodo. Per vari diodi, questa corrente può variare da centinaia di milliampere a decine di ampere.

3. Impulso in avanti corrente del diodo (io in) È il valore di picco consentito dell'impulso di corrente a una data durata massima dell'impulso e ciclo di lavoro.

4. Diodo di corrente inversa (io arr) - corrente inversa costante dovuta alla tensione inversa costante.

5. Tensione diretta costante (tu eccetera) - tensione diretta costante dovuta al valore specificato della corrente diretta. Il rapporto di questi valori determina la resistenza CC del diodo in un dato punto della caratteristica I - V.

3.3. Diodi a impulsi

I diodi a impulsi hanno una breve durata dei processi transitori e sono progettati per funzionare nei circuiti a impulsi. Differiscono dai diodi raddrizzatori in piccole capacità. P- n-transizione (frazione di picofarad) e una serie di parametri che determinano le caratteristiche transitorie del diodo. La riduzione delle capacità si ottiene riducendo l'area P- n-transizione, quindi, la loro dissipazione di potenza ammissibile è bassa (30 - 50 mW).

Considera l'effetto su un circuito elettrico costituito da un diodo VD e resistore R(Fig. 3.3) tensione alternata ad impulso tu in(figura 3.4, un). Tensione all'ingresso del circuito al momento T = 0 acquisisce improvvisamente un valore positivo tu m... A causa dell'inerzia del processo diffuso, la corrente nel diodo non appare istantaneamente, ma aumenta nel tempo T bocca... In un momento nel tempo T = T 1 viene stabilita una modalità stazionaria nel circuito, in cui la corrente del diodo

,

un tensione del diodo tu D =tu eccetera .

A T = T 2 voltaggio tu in inverte la polarità. Tuttavia, le spese accumulate alla frontiera P- n- transizione, mantenere il diodo nello stato aperto per qualche tempo, ma la direzione della corrente nel diodo è invertita. In sostanza, nel corso del tempo T gare c'è un riassorbimento di cariche al confine P- n- transizione (cioè scarica di capacità equivalente). Dopo l'intervallo di tempo di riassorbimento T gare inizia il processo di spegnimento del diodo, ad es. il processo di ripristino delle sue proprietà di bloccaggio.

Quando T 3 la tensione ai capi del diodo diventa uguale a zero e successivamente acquisisce il valore opposto. Il processo di ripristino delle proprietà di blocco del diodo continua fino al momento del tempo T 4 ... A questo punto, la corrente attraverso il diodo diventa zero e la tensione ai suoi capi raggiunge il valore - tu m . Quindi il tempo T vos si può contare dalla transizione tu D attraverso lo zero fino a quando la corrente del diodo raggiunge lo zero.

La considerazione dei processi di accensione e spegnimento del diodo raddrizzatore mostra che il diodo non è una valvola ideale, ma in determinate condizioni ha conduttività nella direzione opposta. Questi effetti sono particolarmente pronunciati ad alta frequenza della tensione di ingresso e quando si lavora con segnali a impulsi. In relazione a questa caratteristica del funzionamento dei diodi a impulsi nella documentazione tecnica per essi, oltre ai parametri che caratterizzano la normale modalità di rettifica, vengono forniti parametri aggiuntivi che caratterizzano il processo transitorio:

massima tensione diretta dell'impulso –tu in max ;

corrente diretta impulsiva massima consentita –io in max ;

tempo di assestamento (T bocca) È l'intervallo di tempo dal momento in cui l'impulso di tensione diretta viene applicato al diodo fino al raggiungimento del valore specificato della corrente diretta in esso;

i tempi di recupero resistenza inversa diodo - ( T vos).