Un diodo è uno dei tipi di dispositivi progettati sulla base dei semiconduttori. Ha una giunzione pn, nonché terminali anodici e catodici. Nella maggior parte dei casi, è progettato per la 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 inizia a emettere elettroni.
2. Tra due elettrodi viene generato un campo elettrico.
3. Se l'anodo ha un potenziale positivo, quindi inizia ad attrarre gli elettroni a sé e il campo risultante è un catalizzatore per questo processo. In questo caso viene generata una corrente di emissione.
4. Tra gli elettrodi si forma una carica spaziale negativa che può interferire con il movimento degli elettroni. Ciò accade se il potenziale dell'anodo è troppo debole. In questo caso, alcuni elettroni non sono in grado di superare l'influenza 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 sono riusciti a raggiungere l'anodo, è chiamata corrente anodica, i cui indicatori nel diodo corrispondono sempre ai parametri della corrente catodica. A volte entrambi gli indicatori possono essere pari a zero; ciò accade in situazioni in cui l'anodo ha una carica negativa. In questo caso, il campo che si crea tra gli elettrodi non accelera le particelle, ma, al contrario, le rallenta e le riporta al catodo. Il diodo in questo caso rimane in uno stato bloccato, il che porta ad un circuito aperto.

Sebbene questi errori siano rari, è necessario ricordare che queste sono tutte possibilità, così come un diodo che si interrompe e non funziona quando viene attraversato da una grande corrente. Dovresti anche ricordare che il diodo è realizzato con 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 si apre. Inoltre: come funziona un condensatore. In queste pagine troverai molto materiale utile sull’“elettronica in generale”. A questa piccola tensione positiva non c'è praticamente alcuna corrente diretta. Con una tensione positiva ai suoi terminali, diciamo che il diodo è polarizzato direttamente. Un diodo è polarizzato direttamente quando la sua tensione si trova in un punto qualsiasi sul lato positivo della tensione sorgente.

Dispositivo

Quella che segue è la descrizione della struttura dei diodi; lo studio di queste informazioni è necessario per comprendere meglio i principi di funzionamento di questi elementi:

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

In alcuni casi, la corrente di saturazione inversa diventa importante e le si dà un nome brutto: corrente di dispersione. Un diodo polarizzato inversa non può durare per sempre. Durante il guasto, la corrente aumenta bruscamente e diventa molto elevata nella direzione negativa.

1. Telaioè un cilindro a vuoto che può essere realizzato in vetro, metallo o varietà di materiali ceramici durevoli.
2. All'interno del cilindro ci sono 2 elettrodi. Il primo è un catodo riscaldato, progettato per garantire il processo di emissione di elettroni. Il catodo più semplice nel design è un filamento di piccolo diametro, che si riscalda durante il funzionamento, ma oggi sono più comuni elettrodi riscaldati indirettamente. Sono cilindri di 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 illumina sotto l'influenza della corrente elettrica, si chiama riscaldatore.
4. Secondo elettrodoè l'anodo, è necessario accettare gli elettroni rilasciati dal catodo. Per fare ciò, 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 a vuoto sono completamente identici all'emettitore e alla base della varietà di elementi semiconduttori.
6. Per realizzare un cristallo di diodo Il più delle volte viene utilizzato il silicio o il germanio. Una delle sue parti è di tipo p elettricamente conduttiva e presenta una carenza di elettroni, che è formata con un metodo artificiale. Anche il lato opposto del cristallo ha conduttività, ma è di tipo n e ha un eccesso di elettroni. Esiste un confine tra le due regioni, chiamato giunzione p-n.

Tali caratteristiche della struttura interna conferiscono ai diodi la loro proprietà principale: la capacità di condurre la corrente elettrica in una sola direzione.

Grazie ai suoi due elettrodi viene chiamato diodo. Il diodo è quindi considerato polarizzato direttamente. In questo stato, l'altezza della barriera di potenziale sulla giunzione viene ridotta di una quantità pari alla tensione di polarizzazione diretta specificata. Supponendo che la corrente che scorre attraverso il diodo sia molto elevata, il diodo può essere approssimato ad un interruttore cortocircuitato. 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 continua a fluire nel diodo, chiamata corrente di saturazione inversa.

Scopo

Di seguito sono riportati i principali ambiti di applicazione dei diodi, da cui risulta chiaro il loro scopo principale:

1. Ponti di 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. Eseguono le funzioni dei raddrizzatori, questa opzione viene spesso utilizzata, poiché l'introduzione di tali ponti, così come l'uso di unità di raccolta spazzole con essi, ha permesso di ridurre significativamente le dimensioni di questo dispositivo e aumentarne la affidabilità. Se il collegamento viene effettuato in serie e in una direzione, aumenta la tensione minima necessaria per sbloccare l'intero ponte di diodi.
2. Rivelatori a diodi si ottengono abbinando questi dispositivi a condensatori. Ciò è necessario affinché sia ​​possibile isolare la modulazione a bassa frequenza da vari segnali modulati, inclusa la varietà modulata in ampiezza del segnale radio. Tali rilevatori fanno parte della progettazione di molti elettrodomestici, come televisori o radio.
3. Garantire la protezione dei consumatori dalla polarità errata quando si accendono gli ingressi del circuito da sovraccarichi o interruttori da guasto dovuto alla forza elettromotrice che si verifica durante l'autoinduzione, che si verifica quando il carico induttivo è spento. Per garantire la sicurezza dei circuiti dai sovraccarichi che si verificano, viene utilizzata una catena composta da diversi diodi collegati ai bus di alimentazione nella direzione inversa. In questo caso l'ingresso a cui viene fornita 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 rilevano che il potenziale di ingresso ha superato i limiti di tensione consentiti, uno degli elementi protettivi viene attivato. Per questo motivo questo potenziale consentito viene limitato entro la tensione di alimentazione consentita in combinazione con una caduta diretta della tensione sul dispositivo di protezione.
4. Interruttori, creati sulla base di diodi, vengono utilizzati per commutare segnali con alte frequenze. Tale sistema è controllato utilizzando corrente elettrica continua, separazione ad alta frequenza e fornitura di un segnale di controllo, che avviene a causa di induttanza e condensatori.
5. Creazione di protezione da scintille a diodi. Vengono utilizzate barriere a diodi shunt che forniscono sicurezza limitando la tensione nel circuito elettrico associato. In combinazione con essi vengono utilizzati resistori limitatori di corrente, necessari per limitare la corrente elettrica che passa attraverso la rete e aumentare il grado di protezione.

L'uso dei diodi nell'elettronica oggi è molto diffuso, poiché praticamente nessun tipo moderno di apparecchiatura elettronica può fare a meno di questi elementi.

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

• Per ottenere un grafico nel dominio inverso, sostituire il voltmetro con un nanoampometro.
• Un voltmetro ha una resistenza di carico inferiore rispetto a un diodo.
• La corrente opera lungo una breve lunghezza 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.

Collegamento diretto al diodo

La giunzione p-n del diodo può essere influenzata dalla tensione fornita da fonti esterne. Indicatori come grandezza e polarità influenzeranno il suo comportamento e la corrente elettrica condotta attraverso di esso.

Caratteristiche IV e diodo raddrizzatore

Cosa sono le impurità trivalenti e pentavalenti? Impurezze trivalenti che formano il tipo p: alluminio, gallio, boro e indio. . Invertendo la polarità della tensione si comporterà come un cortocircuito. Cos'è l'equazione della corrente dei diodi? Espressione di resistenza dinamica?

Cosa si intende per semiconduttore interno? Qual è l'ordine del gap energetico in un semiconduttore puro? Cos'è un semiconduttore estrinseco? 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? Cos'è la ripartizione inversa? Quali sono i materiali semiconduttori utilizzati? Quanti elettroni di valenza sono presenti in ciascun atomo del semiconduttore?

Di seguito consideriamo in dettaglio l'opzione in cui il polo positivo è collegato alla regione di tipo p e il polo negativo alla regione di tipo n. In questo caso, si verificherà la commutazione diretta:

1. Sotto tensione da una sorgente esterna, si formerà un campo elettrico nella giunzione p-n, e 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 muoversi liberamente dalla regione p alla regione n, così come nella direzione opposta.
4. Indicatori di corrente deriva durante questo processo rimangono gli stessi, poiché dipendono direttamente solo dal numero di portatori minoritari situati nella regione della giunzione pn.
5. Elettroni hanno un maggiore livello di diffusione, che porta all’iniezione di portatori minoritari. In altre parole, nella regione n si registrerà un aumento del numero di lacune, mentre nella regione p si registrerà un aumento della concentrazione di elettroni.
6. Mancanza di equilibrio e aumento del numero di vettori minoritari li fa penetrare in profondità nel semiconduttore e mescolarsi con la sua struttura, il che alla fine porta alla distruzione delle sue proprietà di neutralità elettrica.
7. Semiconduttore allo stesso tempo è in grado di ripristinare il suo stato neutro, ciò avviene a causa della ricezione di cariche da una fonte esterna collegata, che contribuisce alla comparsa di corrente continua nel circuito elettrico esterno.

Collegamento inverso 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 in una sola direzione e la caduta di tensione attraverso il diodo è sempre 7 V, la tensione all'anodo dovrebbe essere circa 6 V superiore alla tensione al catodo. Diciamo che il diodo è in polarizzazione diretta.

Una volta alimentato, il diodo può essere testato misurando la caduta di tensione. La tensione all'anodo dovrebbe essere 7 V superiore a quella al catodo. 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 tensioni diverse. La tensione al catodo non deve essere la tensione proveniente dall'anodo. Potrebbe anche provenire da un'altra fonte di tensione. In generale, la tensione al catodo è superiore a quella all'anodo, la tensione proviene da qualche altra parte e il diodo mantiene le tensioni separate.

Considereremo ora un altro metodo 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 questa che il campo elettrico creato avrà una direzione che coincide completamente con la direzione del campo di diffusione interno. Di conseguenza, lo strato barriera non si restringerà più, ma, al contrario, si espanderà.
2. Campo situato nella giunzione pn, avrà un effetto accelerante su una serie di portatori di tariffe di minoranza, per questo motivo gli indicatori della corrente di deriva rimarranno invariati. Determinerà 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 valori massimi. Ha un nome speciale: corrente di saturazione.
4. Secondo la legge esponenziale, con un graduale aumento della temperatura, aumenteranno anche gli indicatori della corrente di saturazione.

Tensione diretta e inversa

Cos'è un diodo "avanti"?

Come sempre nell’elettronica, il calore è un grosso problema. In caso di dubbio, controllare attentamente tutti i punti di saldatura sulla scheda e separarli. Quando un diodo è difettoso, scegline un tipo più grande, se possibile. 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 più semplice diodo a 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 montati all'interno di un piccolo tubo di vetro e collegati a due fili saldati alle estremità del tubo.

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

1. Tensione diretta- questo è quando il diodo si apre e la corrente continua inizia a attraversarlo, mentre la resistenza del dispositivo è estremamente bassa.
2. Tensione inversa- questo è quello che ha polarità inversa e garantisce che il diodo si chiuda quando la corrente inversa lo attraversa. Allo stesso tempo, gli indicatori di resistenza del dispositivo iniziano ad aumentare in modo significativo e significativo.

La resistenza di una giunzione pn è un indicatore in costante cambiamento, influenzato principalmente dalla tensione diretta applicata direttamente al diodo. Se la tensione aumenta, la resistenza di giunzione diminuirà proporzionalmente.

I diodi di giunzione sono costituiti da una giunzione di due diversi tipi di materiale semiconduttore. Un diodo Zener è un tipo speciale di diodo che utilizza silicio in cui la tensione attraverso la giunzione è indipendente dalla corrente che la attraversa. A causa di questa caratteristica, i diodi Zener vengono utilizzati come regolatori di tensione. Nei diodi emettitori di luce, invece, la tensione applicata attraverso la giunzione del semiconduttore provoca l'emissione di energia luminosa.

Attualmente vengono utilizzati tre approcci per risolvere i problemi dei diodi. La prima approssimazione è un diodo ideale, in cui si considera che il diodo non abbia caduta di tensione quando collegato nella direzione positiva, quindi in questa prima approssimazione il diodo sarà considerato cortocircuitato nella direzione positiva. Al contrario, un diodo ideale si comporta come un circuito aperto quando la sua polarizzazione è invertita. In seconda approssimazione, consideriamo che il diodo abbia una caduta di tensione sotto polarizzazione diretta. Il secondo approccio è più spesso utilizzato.

Ciò porta ad un aumento dei parametri della corrente diretta che passa attraverso il diodo. Quando questo dispositivo è chiuso, ad esso viene applicata praticamente l'intera tensione, per questo motivo la corrente inversa che passa attraverso il diodo è insignificante e la resistenza di transizione raggiunge i parametri di picco.

Funzionamento del diodo e sue caratteristiche corrente-tensione

Sebbene esista una vasta gamma di tipologie, solo alcune caratteristiche differiscono dal loro aspetto. Non è una questione di dimensioni perché dipende dalla potenza che possono dissipare. È tipico trovare un aylo nel corpo che punta al 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 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 è utilizzare un misuratore in un ohmmetro tra i suoi terminali. Se utilizziamo la modalità test diodi utilizzando multicaster, otteniamo il valore della tensione del gomito del dispositivo.

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

Un grafico di questo tipo può essere descritto come segue:

1. Asse verticale: La zona superiore corrisponde ai valori della corrente diretta, la zona inferiore ai parametri della corrente inversa.
2. Asse orizzontale: L'area a destra è riservata ai valori della tensione diretta; area a sinistra per i parametri di tensione inversa.
3. Ramo diretto della caratteristica corrente-tensione riflette il passaggio della corrente elettrica attraverso il diodo. È diretto verso l'alto e corre in prossimità dell'asse verticale, poiché rappresenta l'aumento della corrente elettrica diretta che si verifica quando aumenta la tensione corrispondente.
4. Secondo ramo (inverso). corrisponde e visualizza lo stato chiuso della corrente elettrica che attraversa anche il dispositivo. La sua posizione è tale che corre praticamente parallelo all'asse orizzontale. Quanto più ripido questo ramo si avvicina alla verticale, tanto maggiore è la capacità di rettifica di un particolare diodo.
5. Secondo il programma che puoi vedere 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 un'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 della corrente alla tensione diretta. Per i dispositivi in ​​germanio ciò avviene con una tensione compresa tra 0,1 V e 0,2 V (valore massimo 1 V), mentre per gli elementi in silicio è richiesto un valore più elevato da 0,5 V a 0,6 V (valore massimo 1,5 V).
6. Aumento attuale mostrato può portare al surriscaldamento delle molecole dei semiconduttori. Se la rimozione del calore dovuta ai processi naturali e al funzionamento dei radiatori è inferiore al livello del suo rilascio, la struttura delle molecole può essere distrutta e questo processo sarà irreversibile. Per questo motivo è necessario limitare i parametri della corrente diretta per evitare il surriscaldamento del materiale semiconduttore. Per fare ciò, al circuito vengono aggiunti resistori speciali, collegati in serie ai diodi.
7. Esplorando il ramo inverso puoi notare che se la tensione inversa applicata alla giunzione p-n inizia ad aumentare, l'aumento dei parametri attuali è praticamente impercettibile. Tuttavia, nei casi in cui la tensione raggiunge parametri superiori agli standard consentiti, potrebbe verificarsi un improvviso salto nella corrente inversa, che surriscalderà il semiconduttore e contribuirà alla successiva rottura della giunzione p-n.

Una volta che due materiali si uniscono, gli elettroni e i vuoti presenti nella o vicino alla regione di "giunzione" si combinano e ciò si traduce in una mancanza di portatori nella regione vicino alla giunzione. Questa regione di ioni negativi e positivi rilevati è chiamata regione di svuotamento a causa dell'assenza di portatori. Esistono tre possibilità per applicare la tensione ai terminali del diodo.

• Non c'è polarizzazione.
• Polarizzazione diretta.
• La polarizzazione è invertita.

In assenza di una tensione di polarizzazione applicata, il flusso di carica netto in qualsiasi direzione è zero per un diodo a semiconduttore. Condizione di polarizzazione inversa. Anche il numero di ioni negativi presenti nel materiale di tipo P aumenterà a causa degli elettroni iniettati dall'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.

Guasti di base dei diodi

A volte i dispositivi di questo tipo si guastano, ciò può accadere a causa del naturale deprezzamento e 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 improvviso aumento di 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 nelle fotofibre, ecc.

Quando si utilizza un diodo in un circuito, è necessario tenere conto delle seguenti considerazioni. La tensione inversa massima applicata a un componente, che si ripete o non supera il massimo supportato. La corrente continua massima che può passare attraverso un componente, ripetitivo o meno, deve essere maggiore del massimo che supporterà.

1. Rottura della transizione porta al fatto che il diodo, invece di un dispositivo a semiconduttore, diventa essenzialmente il conduttore più comune. In questo stato, perde le sue proprietà di base e inizia a far passare la corrente elettrica in qualsiasi direzione. Tale guasto può essere facilmente rilevato utilizzando uno standard, che inizia a emettere un segnale acustico e mostra un basso livello di resistenza nel diodo.
2. Quando rotto si verifica il processo inverso: il dispositivo generalmente smette di far passare la corrente elettrica in qualsiasi direzione, cioè diventa essenzialmente un isolante. Per determinare con precisione un'interruzione, è necessario utilizzare tester con sonde di alta qualità e riparabili, altrimenti a volte possono diagnosticare erroneamente questo malfunzionamento. Nelle varietà di semiconduttori in lega, tale guasto è estremamente raro.
3. Una perdita, durante il quale la tenuta del corpo del dispositivo viene interrotta, per cui 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 N.01 possiamo vedere una rappresentazione grafica o un simbolo per questo tipo di diodo. Uno dei parametri importanti per un diodo è la resistenza nel punto o nell'area di funzionamento.

Pertanto il diodo rappresenta un cortocircuito per la regione di conduzione. Se consideriamo l'area del potenziale applicata negativamente. Pertanto, il diodo è un circuito aperto nella regione di non conduzione. La corrente nella regione Zener ha direzione opposta a quella di un diodo polarizzato direttamente. Un diodo Zener è un diodo progettato per funzionare nella zona Zener.

Tali guasti si verificano in situazioni in cui la corrente elettrica inversa inizia ad aumentare improvvisamente e bruscamente, ciò è dovuto al fatto che la tensione del tipo corrispondente raggiunge valori elevati inaccettabili.

Solitamente ne esistono di diversi tipi:

1. Guasti termici, che sono causati da un forte aumento della temperatura e dal successivo surriscaldamento.
2. Guasti elettrici, derivante sotto l'influenza della corrente sulla transizione.

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

Per definizione possiamo dire che un diodo Zener è stato progettato per funzionare con tensioni negative. È importante notare che la regione Zener è controllata o manipolata modificando i livelli di doping. Si applica ai regolatori o agli alimentatori di tensione.

Nel circuito mostrato nella Figura 03, è opportuno 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 disturbo, tra la tensione di gomito e la tensione di zener, possiamo considerare un circuito aperto.

Guasto elettrico

Le conseguenze causate dai 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.

Allo stesso tempo, i guasti di questo tipo sono divisi in due tipi:

1. Guasti al tunnel si verificano quando l'alta tensione passa attraverso giunzioni strette, che consentono ai singoli elettroni di scivolare attraverso di esse. Di solito si verificano se le molecole dei semiconduttori contengono un gran numero di impurità diverse. Durante tale guasto, la corrente inversa inizia ad aumentare bruscamente e rapidamente e la tensione corrispondente è a un livello basso.
2. Tipi di crolli delle valanghe sono possibili a causa dell'influenza di forti campi in grado di accelerare i portatori di carica al livello massimo, grazie ai quali eliminano un certo numero di elettroni di valenza dagli atomi, che poi volano nella regione conduttiva. Questo fenomeno è di natura simile a una valanga, motivo per cui questo tipo di guasto ha ricevuto il suo nome.

Rottura termica

Il verificarsi di un tale guasto può verificarsi per due ragioni principali: insufficiente rimozione del calore e surriscaldamento della giunzione p-n, che si verifica a causa del flusso di corrente elettrica che la attraversa a velocità troppo elevate.

Un aumento della temperatura nella zona di transizione e nelle zone limitrofe provoca le seguenti conseguenze:

1. Crescita delle vibrazioni atomiche, incluso nel cristallo.
2. Colpo elettroni nella banda di conduzione.
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 percentuale di corrente termica nella corrente inversa di un diodo al silicio è molto piccola. La corrente inversa di un diodo al silicio è determinata principalmente da processi di generazione-ricombinazione P- N-transizione. Per i calcoli ingegneristici della corrente inversa rispetto alla temperatura, è possibile utilizzare l'espressione semplificata precedentemente fornita (2.4).

Il ramo diretto della caratteristica corrente-tensione del diodo si discosta da quello idealizzato a causa della presenza di correnti di ricombinazione in P- N-transizione, caduta di tensione alla base del diodo, cambiamenti (modulazione) della resistenza di base quando vengono iniettati portatori di carica minoritari e presenza di un campo interno nella base che si verifica con un'elevata corrente di iniezione. Scriviamo l'equazione della caratteristica corrente-tensione 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 i logaritmi dei lati destro e sinistro dell'equazione:

. (3.2)

Per correnti basse 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 di piccole dimensioni IO T. Poiché la corrente termica dei diodi al silicio è piccola, la sezione iniziale del ramo diretto della caratteristica corrente-tensione è molto più piatta di quella dei diodi al germanio. Ciò può essere spiegato anche dal fatto che nel diodo appare una corrente notevole quando la tensione esterna supera la differenza di potenziale di contatto  A, UN  A(secondo (2.1)) per il silicio P- N-la transizione è superiore a quella del germanio. Le sezioni iniziali del ramo anteriore delle caratteristiche corrente-tensione dei diodi al germanio e al silicio sono mostrate in Fig. 3.2. La figura mostra che la tensione su un diodo al silicio aperto è solitamente 0,60,8 V, la tensione su un diodo al germanio aperto è 0,20,3 V.

A causa dell'enorme varietà di diodi utilizzati per i dispositivi a semiconduttore domestici, viene utilizzato un sistema di notazione speciale. Il sistema di notazione si basa su un codice alfanumerico.

Primo elemento il codice indica il materiale semiconduttore di origine su cui è fabbricato il dispositivo. Vengono utilizzati i seguenti simboli:

Г o 1 – per germanio e suoi composti;

K o 2 – per il silicio e i suoi composti;

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

E o 4 – per i composti dell'indio (ad esempio, fosfuro di indio).

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

D – raddrizzatore e diodi a impulsi;

C – rettifica di pali e blocchi;

B – varici;

I – diodi tunnel;

A – diodi ad altissima frequenza;

C – diodi zener;

O – optoaccoppiatori;

N – dinistori;

U - tiristori triodo...

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

Quarto elemento – un numero che indica il numero di serie dello sviluppo.

Quinto Elemento – una lettera che definisce condizionalmente la classificazione (ordinamento in base ai parametri) dei dispositivi fabbricati utilizzando un'unica tecnologia.

Pertanto, conoscendo il sistema di notazione, possiamo dire che GD107B è un diodo raddrizzatore al germanio con IO Mer VP10 A, numero di sviluppo 7, gruppo B e 2Ts202G - colonna raddrizzatore realizzata con diodi al silicio da 0,3 A IO Mer VP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- vengono chiamati parametri di transizione e stabilità che di solito non hanno requisiti speciali rettificando. Diodi in lega, epitassiali e di diffusione realizzati sulla base di asimmetrici P- N-transizioni.

È caratteristico dei diodi raddrizzatori avere una bassa resistenza nello stato di conduzione e consentire il passaggio di grandi correnti. Capacità barriera grazie all'ampia area P- N-le transizioni sono ampie e raggiungono valori di decine di picofarad.

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

1. Tensione inversa massima consentita del diodo (U arr. massimo). Questa è la quantità di tensione applicata nella direzione inversa che il diodo può sopportare a lungo senza comprometterne le prestazioni. Per diversi diodi, questa tensione può variare da decine a migliaia di volt.

2. Corrente media dei diodi raddrizzata (IO Mer VP) – il valore massimo consentito, medio nel periodo, della corrente continua raddrizzata che scorre attraverso il diodo. Per vari diodi, questa corrente può variare da centinaia di milliampere a decine di ampere.

3. Impulso del diodo di corrente diretta (IO A) – valore di picco consentito dell'impulso di corrente ad una determinata durata massima e ciclo di lavoro degli impulsi.

4. Corrente inversa del diodo (IO arr.) – corrente inversa costante causata da una tensione inversa costante.

5. Tensione diretta costante (U eccetera) – tensione diretta costante, condizionata da un dato valore di corrente diretta. Il rapporto tra queste quantità determina la resistenza alla corrente continua del diodo in un dato punto della caratteristica corrente-tensione.

3.3. Diodi a impulsi

I diodi a impulsi hanno una breve durata dei processi transitori e sono progettati per il funzionamento in circuiti a impulsi. Differiscono dai diodi raddrizzatori per le loro piccole capacità P- N-transizione (frazioni 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 le loro potenze dissipabili ammissibili sono piccole (3050 mW).

Considera l'effetto su un circuito elettrico costituito da un diodo VD e resistore R(Fig. 3.3) tensione impulsiva alternata U ingresso(Fig. 3.4, UN). Tensione all'ingresso del circuito alla volta T = 0 passa a un valore positivo U M. A causa dell'inerzia del processo di diffusione, la corrente nel diodo non appare istantaneamente, ma aumenta nel tempo T bocca. In un momento preciso T = T 1 nel circuito viene stabilita una modalità stazionaria, in cui la corrente del diodo

,

UN tensione del diodo U D =U eccetera .

A T = T 2 voltaggio U ingresso cambia polarità. Tuttavia, le cariche si accumularono al confine P- N- transizione, il diodo viene mantenuto aperto per un certo tempo, ma la direzione della corrente nel diodo è invertita. Essenzialmente nel tempo T insultare Le cariche si dissolvono al confine P- N- transizione (ossia scarico di capacità equivalente). Dopo l'intervallo di tempo di riassorbimento T insultare 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 zero e successivamente acquisisce il valore opposto. Il processo di ripristino delle proprietà di blocco del diodo continua fino al momento T 4 . A questo punto, la corrente attraverso il diodo diventa zero e la tensione ai suoi capi raggiunge il valore - U M . Quindi il tempo T sole possono essere contati dalla transizione U D attraverso zero fino a quando la corrente del diodo raggiunge il valore zero.

L'esame dei processi di accensione e spegnimento di un 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 alle frequenze della tensione di ingresso elevate e quando si lavora con segnali a impulsi. In connessione con questa caratteristica del funzionamento dei diodi pulsati, la documentazione tecnica per essi, oltre ai parametri che caratterizzano la normale modalità di rettifica, fornisce parametri aggiuntivi che caratterizzano il processo transitorio:

massima tensione diretta dell'impulso –U A massimo ;

corrente diretta di impulso massima consentita –IO A massimo ;

tempo di assestamento (T bocca) – 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 al suo interno;

i tempi di recupero resistenza inversa del diodo – ( T sole).

U arr. m ax = 1.045U media

In numerose applicazioni pratiche, i convertitori a tiristori vengono utilizzati per raddrizzare la corrente alternata e controllare in modo uniforme la potenza trasmessa al carico. Allo stesso tempo, piccole correnti di controllo consentono di controllare grandi correnti di carico.

Un esempio del più semplice raddrizzatore a tiristori controllato dalla potenza è mostrato in Fig. 7.10.

Riso. 7.10. Circuito raddrizzatore a tiristori

Nella fig. La Figura 7.11 mostra i diagrammi temporali che spiegano il principio di regolazione del valore medio della tensione raddrizzata.

Riso. 7.11. Diagrammi temporali del funzionamento del raddrizzatore a tiristori

In questo circuito si presuppone che la tensione di ingresso Uin per un tiristore regolabile sia generata, ad esempio, da un raddrizzatore a onda intera. Se all'inizio di ogni semiciclo vengono applicati impulsi di controllo U y di ampiezza sufficiente (sezione o-a nel diagramma U out), la tensione di uscita ripeterà la tensione del raddrizzatore a onda intera. Se si spostano gli impulsi di controllo a metà di ciascun semiciclo, gli impulsi di uscita avranno una durata pari a un quarto del semiciclo (sezione b-c). Un ulteriore spostamento degli impulsi di controllo porterà ad un'ulteriore diminuzione dell'ampiezza media degli impulsi di uscita (sezione d – e).

Pertanto, applicando impulsi di controllo al tiristore sfasati rispetto alla tensione di ingresso, è possibile trasformare una tensione sinusoidale (corrente) in una sequenza di impulsi di qualsiasi durata, ampiezza e polarità, ovvero è possibile modificare l'effettivo valore della tensione (corrente) entro un ampio intervallo.

7.3 Filtri anti-aliasing

I circuiti di raddrizzamento considerati consentono di ottenere una tensione pulsante unipolare, che non è sempre applicabile per alimentare dispositivi elettronici complessi, poiché, a causa di grandi pulsazioni, portano all'instabilità del loro funzionamento.

Per ridurre significativamente l'ondulazione, vengono utilizzati filtri di livellamento. Il parametro più importante del filtro di livellamento è il coefficiente di livellamento S, determinato dalla formula S= 1 / 2, dove  1 e  2 sono i coefficienti di ondulazione rispettivamente all'ingresso e all'uscita del filtro. Il fattore di ondulazione mostra quante volte il filtro riduce l'ondulazione. Nei circuiti pratici, il fattore di ondulazione all'uscita del filtro può raggiungere valori pari a 0,00003.

Gli elementi principali dei filtri sono elementi reattivi: capacità e induttanza (induttanze). Consideriamo innanzitutto il principio di funzionamento del filtro anti-aliasing più semplice, il cui diagramma è mostrato in Fig. 7.12.

Riso. 7.12. Circuito del filtro livellatore più semplice con raddrizzatore a semionda

In questo circuito, il livellamento della tensione ai capi del carico dopo un raddrizzatore a diodi a semionda VD viene effettuato utilizzando un condensatore C collegato in parallelo al carico R n.

I diagrammi temporali che spiegano il funzionamento di tale filtro sono mostrati in Fig. 7.13. Nella sezione t1 – t2, la tensione di ingresso apre il diodo e carica il condensatore. Quando la tensione di ingresso inizia a diminuire, il diodo si chiude con la tensione accumulata sul condensatore U c (sezione t1 - t2). Durante questo intervallo, la sorgente di tensione in ingresso viene scollegata dal condensatore e dal carico e il condensatore viene scaricato attraverso la resistenza di carico R n.

Riso. 7.13. Diagrammi temporali del funzionamento del filtro con un raddrizzatore a semionda

Se la capacità è sufficientemente grande, la scarica della capacità attraverso R n avverrà con una costante di tempo elevata  = R n C e pertanto la diminuzione della tensione sul condensatore sarà piccola e l'effetto di livellamento sarà significativo. D'altra parte, maggiore è la capacità, più corto è il segmento t1 - t2 durante il quale il diodo è aperto e la corrente i lo attraversa, aumentando (per una data corrente di carico media) al diminuire della differenza t2 - t1. Questa modalità operativa può portare al guasto del diodo raddrizzatore e, inoltre, è piuttosto pesante per il trasformatore.

Quando si utilizzano raddrizzatori a onda intera, la quantità di ondulazione all'uscita del filtro capacitivo diminuisce, poiché il condensatore è più piccolo durante il tempo che intercorre tra la comparsa degli impulsi, come è ben illustrato in Fig. 7.14.

Riso. 7.14. Levigatura dell'ondulazione del raddrizzatore a onda intera

Per calcolare l'entità dell'ondulazione all'uscita di un filtro capacitivo, approssimaremo l'ondulazione della tensione di uscita utilizzando una curva di corrente a dente di sega, come mostrato in Fig. 7.15.

Riso. 7.15. Approssimazione della tensione di ondulazione

La variazione di carica del condensatore è data dall'espressione

∆Q=∆UC=I n T 1,

dove T 1 è il periodo di pulsazione, I n è il valore medio della corrente di carico. Tenendo conto del fatto che I n = I av / R n, otteniamo

.

Dalla fig. 7.15 ne consegue che

in questo caso la doppia ampiezza delle pulsazioni è determinata dall'espressione

.

I filtri induttivi hanno anche proprietà di livellamento e le migliori proprietà di livellamento si trovano nei filtri contenenti induttanza e capacità collegate come mostrato in Fig. 7.16.

Riso. 7.16. Filtro anti-aliasing con induttanza e capacità

In questo circuito, la capacità del condensatore viene selezionata in modo tale che la sua reattanza sia significativamente inferiore alla resistenza di carico. Il vantaggio di un tale filtro è che riduce l'ondulazione in ingresso ∆U al valore
, dove ω è la frequenza di pulsazione.

In pratica si sono diffuse varie tipologie di filtri a F e a U, le cui opzioni costruttive sono presentate in Fig. 7.17.

A correnti di carico basse, il raddrizzatore a forma di F mostrato in Fig. funziona bene. 7.16.

Riso. 7.17. Filtra le opzioni di costruzione

Negli schemi più critici vengono utilizzati circuiti di filtraggio multi-link (Fig. 7.17 d).

Spesso l'induttore viene sostituito con resistori, il che riduce in qualche modo la qualità della filtrazione, ma riduce significativamente il costo dei filtri (Fig. 7.17 b, c).

La principale caratteristica esterna dei raddrizzatori con filtro è la dipendenza del valore medio della tensione di uscita U cf (tensione di carico) dal valore medio della corrente di uscita.

Nei circuiti considerati, un aumento della corrente di uscita porta ad una diminuzione di U av dovuta ad un aumento della caduta di tensione attraverso gli avvolgimenti del trasformatore, i diodi, i conduttori e gli elementi filtranti.

La pendenza della caratteristica esterna ad una data corrente media è determinata attraverso la resistenza di uscita Rout, determinata dalla formula:

I cf – precisato. Quanto più piccolo è il valore di Rout, tanto meno la tensione di uscita dipende dalla corrente di uscita, migliore è il circuito raddrizzatore con filtro. Nella fig. La Figura 7.18 mostra le tipiche dipendenze di Uav da Iav per varie opzioni di filtraggio.

Riso. 7.18. Dipendenze tipiche di Uav da Iav per vari schemi di filtraggio

Leggi anche: II. La tensione viene rimossa dal CR nel momento in cui vengono accesi i motori di trazione. III. La tensione è stata rimossa dal CR durante l'avvio dei motori di trazione. IV. La tensione viene tolta al CR quando si seguono le caratteristiche automatiche del TD. IV. L'equazione di una retta passante per un dato punto in una data direzione. Fascio di linee rette. A - regolare; b – biarmonico; c – blocco; g – tensione casuale Nella Tabella 2.1, U0 è la tensione raddrizzata, I0 è la corrente raddrizzata, è la potenza del carico ed è il rapporto di trasformazione. Una linea trifase a tre fili ha fili trifase. La tensione tra qualsiasi coppia di fili è chiamata tensione di linea (Ul). Nel diritto penale, a seconda delle caratteristiche del contenuto mentale, si distinguono l'intento diretto e quello indiretto. B. Per rilevare gli anticorpi nella reazione di emoagglutinazione indiretta

CVC del diodo.

(caratteristica tensione-tensione) - un grafico della dipendenza della corrente attraverso una rete a due terminali dalla tensione su questa rete a due terminali. Molto spesso, viene considerata la caratteristica corrente-tensione degli elementi non lineari (il grado di non linearità è determinato dal coefficiente di non linearità, poiché per gli elementi lineari la caratteristica corrente-tensione è una linea retta e non è di particolare interesse.

La non linearità della caratteristica corrente-tensione è dovuta al fatto che la resistenza del NE dipende dalla tensione applicata (diodi, diodi zener) o dalla corrente (termistori). Le caratteristiche corrente-tensione degli elementi non lineari sono descritte da equazioni i cui gradi sono superiori al primo. Poiché la resistenza dei NE è variabile, il valore istantaneo della corrente in essi non è proporzionale ai valori istantanei della tensione. (pag. 117 manuale)

Corrente diretta e inversa. Tensione diretta e inversa.

Quando la resistenza della giunzione pn è bassa, viene chiamata una corrente corrente continua. Maggiore è l'area della giunzione pn e la tensione della fonte di alimentazione, maggiore è questa corrente diretta. Se i poli dell'elemento sono invertiti, il diodo sarà nello stato chiuso. Si forma una zona impoverita di elettroni e lacune che fornisce una resistenza molto elevata alla corrente. Tuttavia, in questa zona si verificherà ancora un piccolo scambio di portatori di corrente tra le regioni del diodo. Pertanto, attraverso il diodo scorrerà una corrente, ma molte volte inferiore alla corrente continua. Questa corrente si chiama corrente di diodo inversa. Se il diodo è collegato a un circuito con corrente alternata, si aprirà durante i semicicli positivi all'anodo, facendo passare liberamente la corrente in una direzione - corrente diretta Irev., e si chiuderà durante i semicicli negativi all'anodo, quasi senza passare corrente in senso contrario - corrente inversa Irev. Viene chiamata la tensione alla quale il diodo si apre e la corrente continua lo attraversa diretto(Upp.), e la tensione di polarità inversa, alla quale il diodo si chiude e la corrente inversa lo attraversa, viene chiamata inversione(Urev.) A tensione diretta, la resistenza di un diodo di buona qualità non supera diverse decine di ohm, ma a tensione inversa la sua resistenza raggiungerà decine, centinaia di kiloohm e persino megaohm.

Calo di tensione.

Un dielettrico, trovandosi in un campo elettrico, perde le sue proprietà di isolamento elettrico se l'intensità del campo supera un certo valore critico. Questo fenomeno è chiamato rottura dielettrica o violazione della sua resistenza elettrica. La proprietà di un dielettrico di resistere alla rottura è chiamata rigidità elettrica (Epr). La tensione alla quale si verifica la rottura dell'isolamento è chiamata tensione di rottura (Upr).

Caratteristiche e parametri del raddrizzatore e dei diodi universali

I diodi raddrizzatori vengono utilizzati per rettificare la corrente alternata a bassa frequenza. Le proprietà raddrizzatrici di questi diodi si basano sul principio della conduttività unidirezionale delle giunzioni p e delle lacune elettrone.

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, quindi sono prodotto con giunzioni pn sia puntuali che planari nella struttura del semiconduttore con aree da decimi di millimetro quadrato a diversi centimetri quadrati. Tipicamente, i diodi universali utilizzano giunzioni con aree e capacità piccole, ma con valori relativamente elevati di correnti dirette e tensioni inverse. Questi requisiti sono soddisfatti dai diodi puntiformi, planari e mesaplanari in microlega. Le caratteristiche e i parametri dei diodi universali sono gli stessi dei diodi raddrizzatori.

Caratteristiche volt-ampere(caratteristica tensione-tensione) dei diodi raddrizzatori esprime la dipendenza della corrente che passa attraverso il diodo dal valore e dalla polarità della tensione continua applicata ad esso. Il ramo diretto della caratteristica mostra la dipendenza della corrente attraverso il diodo con la diretta attraverso la polarità della tensione applicata. L'intensità della corrente diretta dipende in modo esponenziale dalla tensione diretta applicata al diodo e può raggiungere valori elevati con una caduta di tensione piccola (circa 0,3 - 1 V) attraverso il diodo.

Il ramo inverso della caratteristica corrisponde alla direzione non conduttiva della corrente attraverso il diodo con polarità inversa della tensione applicata al diodo. La corrente inversa (sezione OD) dipende leggermente dalla tensione inversa applicata. Con una tensione inversa relativamente elevata (punto B sulla caratteristica), si verifica una rottura elettrica della giunzione p-n, alla quale la corrente inversa aumenta rapidamente, il che può portare a rottura termica e danni al diodo. All'aumentare della temperatura, aumenteranno la corrente termica e la corrente di generazione dei portatori di carica nella giunzione, il che porterà ad un aumento delle correnti dirette e inverse e ad uno spostamento 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 corrente-tensione I diodi sono utilizzati sia nei circuiti CA che CC. Pertanto, per valutare le proprietà dei diodi, insieme ai parametri, vengono utilizzati parametri differenziali che caratterizzano il loro funzionamento in corrente alternata.

Corrente raddrizzata (continua). Ipr è la corrente (valore medio per periodo) che passa attraverso il diodo, garantendone il funzionamento affidabile e a lungo termine. L'intensità di questa corrente è limitata dal riscaldamento o dalla potenza massima Pmax. Il superamento della corrente diretta porta al guasto termico e al danneggiamento del diodo.

• Caduta di tensione diretta UPr.Av - valore medio su un periodo sul diodo quando la corrente diretta consentita lo attraversa.
• Tensione inversa consentita U0br è il valore medio nel periodo in cui è garantito il funzionamento affidabile e a lungo termine del diodo. Il superamento della tensione inversa porta alla rottura e al guasto dei diodi. All'aumentare della temperatura, i valori della tensione inversa e della corrente diretta diminuiscono.
• Corrente inversa Irev - valore medio per il periodo di corrente inversa a un Urev accettabile. Più bassa è la corrente inversa, meglio è

Tu sei le proprietà rettificanti del diodo. Un aumento della temperatura ogni 10 °C porta ad un aumento della corrente inversa nei diodi al germanio e al silicio di 1,5 - 2 volte o più.

Costante massima, ovvero la potenza media Pmax dissipata da un diodo in un periodo in cui il diodo può funzionare a lungo senza modificare i suoi parametri. Questa potenza è la somma dei prodotti delle correnti e delle tensioni nelle polarizzazioni diretta e inversa della giunzione, cioè per i semicicli positivi e negativi della corrente alternata. Per dispositivi ad alta potenza funzionanti con una buona dissipazione del calore, Pmax = (Tp.max - Tk)/Rpk. Per i dispositivi a bassa potenza che funzionano senza dissipatore di calore,

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

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

Resistenza termica Rp.k tra la transizione e l'alloggiamento è determinato dalla differenza di temperatura tra la giunzione Tpi dell'alloggiamento Tk e la potenza media Ra rilasciata nella transizione 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 praticamente RPK

La modalità limitante di utilizzo del diodo è caratterizzata dalla tensione inversa massima consentita URev max, dalla corrente massima del raddrizzatore IPr max e dalla temperatura massima di giunzione TPmax... Con un aumento della frequenza della tensione alternata fornita al diodo, le sue proprietà raddrizzanti si deteriorano. Pertanto, per determinare le proprietà dei diodi raddrizzatori, viene solitamente specificato 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 semiciclo diretto nella base non hanno il tempo di compensare, quindi, durante il semiciclo inverso della tensione raddrizzata, la transizione rimane polarizzata in avanti per qualche tempo (cioè perde le sue proprietà raddrizzanti). Questa proprietà è tanto più pronunciata quanto più grande è l'impulso di corrente diretta o quanto più alta è la frequenza della tensione alternata fornita.Inoltre, alle alte frequenze comincia a manifestarsi l'effetto di derivazione delle capacità di barriera e di diffusione della giunzione p-n, riducendone le proprietà raddrizzanti

Quando si calcola la modalità del raddrizzatore, vengono utilizzate la resistenza statica alla corrente continua e la resistenza differenziale dei diodi alla corrente alternata

• Differenziale la resistenza alla corrente alternata rdiff=dU/dI o rDiff=ÄU/ÄI determina la variazione di corrente attraverso il diodo quando la tensione cambia vicino al punto operativo selezionato sulla caratteristica del diodo. Se la tensione è inserita direttamente, rdif Pr = 0,026/ /IPr e la corrente Ipr > 10 mA, ammonta a diversi Ohm, quando si collega la tensione inversa, rdif pr è grande (da decine di kiloOhm a diversi megaohm). ohm).
• Statico resistenza del diodo alla corrente continua rprd = Upr/Ipr, rrev d = Urev/Irev V Nella regione delle correnti dirette rFor d>rdiff pr, e nella regione delle correnti inverse r0br d

Le capacità dei diodi hanno un impatto significativo sulle loro prestazioni alle alte frequenze e in modalità pulsata. I dati del passaporto dei diodi solitamente forniscono la capacità totale del diodo CD, che, oltre alla capacità di barriera e di diffusione, include la capacità del corpo del dispositivo. Questa capacità viene misurata tra i conduttori di corrente esterni del diodo ad un dato inverso tensione di polarizzazione e frequenza della corrente

Diodo semiconduttore - Questo 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 p-n, quindi 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 serve a convertire la corrente alternata in corrente continua.

Il diodo ha due terminali (elettrodi) anodo e catodo. L'anodo è collegato allo strato p, il catodo allo strato n. Quando viene applicato un più all'anodo e un meno all'anodo (collegamento diretto del diodo), il diodo trasmette corrente. Se si applica un meno all'anodo e un più al catodo (collegamento inverso del diodo), non ci sarà corrente attraverso il diodo, questo può essere visto dalle caratteristiche volt-ampere del diodo. Pertanto, quando viene fornita una tensione alternata all'ingresso del diodo raddrizzatore, solo una semionda lo attraversa.

Caratteristica corrente-tensione (caratteristica volt-ampere) del diodo.

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

u = U0 +R D i

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

Nel terzo quadrante c'è un ramo inverso della caratteristica corrente-tensione, che descrive lo stato di bassa conduttività quando al diodo viene applicata una tensione inversa. In uno stato di bassa conduttività, praticamente nessuna corrente scorre attraverso la struttura del semiconduttore. Questo però è vero solo fino ad un certo valore di tensione inversa. Con la tensione inversa, quando l'intensità del campo elettrico nella giunzione pn raggiunge circa 10 s V/cm, questo campo può trasmettere ai portatori di carica mobili - elettroni e lacune, che appaiono costantemente in tutto il volume della struttura del semiconduttore come risultato della generazione termica - energia cinetica sufficiente per la ionizzazione degli atomi di silicio neutri. Le lacune e gli elettroni di conduzione risultanti, a loro volta, vengono accelerati dal campo elettrico della giunzione pn e ionizzano anche gli atomi di silicio neutri. In questo caso si verifica un aumento simile a una valanga della corrente inversa, cioè e. rottura di una valanga.

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

ARGOMENTO 3. DIODI SEMICONDUTTORI

Un diodo a semiconduttore è un dispositivo semiconduttore di conversione elettrica 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 frequenza e altissima frequenza (diodi HF e microonde), impulsi, diodi zener a semiconduttore (diodi di riferimento), diodi tunnel, diodi inversi, varicap, ecc.;

2) secondo le caratteristiche progettuali e tecnologiche: planare e puntuale;

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

Figura 3.1 – Progettazione di diodi puntiformi

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

Per realizzare 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 risultante di germanio di tipo p è l'emettitore.

I diodi a punta di silicio sono realizzati utilizzando silicio di tipo n e un filo rivestito di alluminio, che funge da accettore per il silicio.

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

I diodi planari sono prodotti mediante metodi di fusione (fusione) o diffusione (Fig. 3.2).

Figura 3.2 – Progettazione di diodi planari prodotti con la 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, fusa con il germanio, forma uno strato di germanio di tipo p. La regione con conduttività elettrica di tipo p ha una concentrazione di impurità maggiore rispetto alla piastra principale ed è quindi un emettitore. I fili conduttori, solitamente in nichel, sono saldati alla piastra principale di germanio e a quella di indio. Se come materiale di partenza si prende il germanio di tipo p, in esso viene fuso l'antimonio e quindi si ottiene una regione di emettitore di tipo n.

Il metodo di diffusione per produrre una giunzione p-n 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 il silicio, indio per germanio) attraverso la superficie del materiale sorgente.

3.1 Diodi raddrizzatori

Un diodo raddrizzatore a semiconduttore è un diodo 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 maggiore concentrazione di impurità) ed è chiamata emettitore. L'altra zona, la base, è più resistente (contiene una minore concentrazione di impurità).

Il funzionamento dei diodi raddrizzatori si basa sulla proprietà della conduttività unidirezionale della giunzione p-n, che sta nel fatto che quest'ultima conduce bene la corrente (ha una bassa resistenza) quando collegata direttamente e praticamente non conduce corrente (ha una resistenza molto elevata resistenza) quando collegato al contrario.

Come è noto, la corrente diretta del diodo viene creata da quelli principali e la corrente inversa viene creata da portatori di carica non primari. La concentrazione dei portatori di carica maggioritari è di diversi ordini di grandezza superiore alla concentrazione dei portatori non maggioritari, il che determina le proprietà della valvola del diodo.

I parametri principali del raddrizzamento dei diodi a semiconduttore sono:

· corrente diretta del diodo Ipr, che è normalizzata ad una certa tensione diretta (solitamente Upr = 1...2V);

· corrente diretta massima ammissibile Ipr max diodo;

· la tensione inversa massima consentita del diodo Urev max, alla quale il diodo può ancora funzionare normalmente per un lungo periodo;

· corrente inversa costante Irev che circola attraverso il diodo con tensione inversa pari a Urev max;

· corrente raddrizzata media Ivp.sr, che può passare attraverso il diodo per lungo tempo ad una temperatura accettabile del suo riscaldamento;

· potenza massima ammissibile Pmax dissipata dal diodo, alla quale è garantita l'affidabilità specificata del diodo.

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

Per mantenere le prestazioni di un diodo al germanio, la sua temperatura non deve superare i +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 in funzione della temperatura: a – per un diodo al germanio; b – per un diodo al silicio

La caduta di tensione durante il passaggio di corrente continua 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 quando la corrente continua passa attraverso i diodi al silicio rispetto alle cadute di tensione diretta sui diodi al germanio sono associate a un'altezza della barriera potenziale più elevata delle giunzioni pn formate nel silicio.

Con l'aumento della temperatura diminuisce la caduta di tensione diretta, che è associata ad una diminuzione dell'altezza della barriera potenziale.

Quando viene applicata una tensione inversa a un diodo a semiconduttore, al suo interno si forma una leggera corrente inversa, dovuta al movimento dei portatori di carica minoritari attraverso la giunzione pn.

All’aumentare della temperatura della giunzione pn aumenta il numero dei portatori di carica minoritari a causa della transizione di alcuni elettroni dalla banda di valenza alla banda di conduzione e della 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 attirare elettroni dalla banda di valenza alla 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 p-n. La maggior parte dei diodi può funzionare in modo affidabile con tensioni inverse non superiori a (0,7...0,8) Uprob.

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

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

Il collegamento in parallelo dei diodi viene utilizzato quando è necessario ottenere una corrente diretta maggiore della corrente limite di un diodo. Ma se diodi dello stesso tipo sono semplicemente collegati in parallelo, a causa della mancata corrispondenza dei rami diretti della caratteristica corrente-tensione, saranno caricati diversamente e, in alcuni, la corrente diretta sarà maggiore di quella limitante .

Figura 3.4 – Collegamento in parallelo dei diodi raddrizzatori

Per equalizzare le correnti, vengono utilizzati diodi con una piccola differenza nei rami diretti della caratteristica corrente-tensione (sono selezionati) o resistori di equalizzazione con una resistenza di unità di Ohm sono collegati in serie ai diodi. A volte vengono inclusi 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, cioè 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 Irev scorre attraverso i diodi collegati in serie. tuttavia, a causa della differenza nei rami inversi della caratteristica corrente-tensione, la tensione totale sarà distribuita in modo non uniforme tra i diodi. Un diodo il cui ramo inverso della caratteristica corrente-tensione è più alto avrà una tensione maggiore applicata ad esso. Potrebbe essere superiore al limite, il che porterà alla rottura dei diodi.

Figura 3.5 – Collegamento in serie dei diodi raddrizzatori

Per garantire che la tensione inversa sia distribuita uniformemente tra i diodi indipendentemente dalla loro resistenza inversa, i diodi vengono deviati con resistori. Le resistenze Rsh dei resistori devono essere uguali e significativamente inferiori alla più piccola resistenza inversa dei diodi Rsh 3.2 Diodi Zener

Un diodo zener a semiconduttore è un diodo a semiconduttore, la cui tensione nella zona di guasto elettrico dipende debolmente dalla corrente e che viene utilizzato per stabilizzare la tensione.

I diodi Zener a semiconduttore sfruttano la proprietà di un leggero cambiamento nella tensione inversa sulla giunzione p-n durante un guasto elettrico (valanga o tunnel). Ciò è dovuto al fatto che un piccolo aumento della tensione sulla giunzione pn nella modalità di rottura elettrica 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 materiale fortemente legato (a bassa resistenza). In questo caso, si forma una giunzione planare stretta, in cui si verifica una rottura elettrica tunneling a tensioni inverse relativamente basse (meno di 6 V). I diodi Zener ad alta tensione sono realizzati sulla base di materiale leggermente legato (ad alta resistenza). Pertanto, il loro principio di funzionamento è associato al guasto elettrico da valanga.

Parametri principali dei diodi zener:

· tensione di stabilizzazione Ust (Ust = 1…1000V);

· correnti di stabilizzazione minima Ist min e massima Ist max (Ist min" 1,0...10 mA, Ist max "0,05...2,0A);

· massima dissipazione di potenza ammissibile Рmax;

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

coefficiente di temperatura della tensione nella sezione di stabilizzazione:

Il TKU di un diodo zener mostra in quale percentuale cambierà la tensione di stabilizzazione quando la temperatura del semiconduttore cambia di 1°C

(TKU= −0,5…+0,2%/°С).

Figura 3.6 – Caratteristica volt-ampere del diodo zener e sua designazione grafica simbolica

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

La stabilizzazione della tensione a bassa tensione entro 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 corrente-tensione viene utilizzato per stabilizzare la tensione è chiamato stabistore. Esistono anche diodi Zener a doppia faccia (simmetrici) che hanno una caratteristica corrente-tensione simmetrica rispetto all'origine.

I diodi Zener possono essere collegati in serie, con la tensione stabilizzante risultante pari alla somma delle tensioni dei diodi Zener:

Ust = Ust1 + Ust2 +…

La connessione parallela dei diodi Zener è inaccettabile, perché a causa della dispersione 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 Ust più bassa, che causerà il surriscaldamento del diodo Zener.

3.3 Tunnel e diodi inversi

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

Il diodo tunnel è costituito da germanio o arseniuro di gallio con un'altissima concentrazione di impurità, cioè con resistività molto bassa. Tali semiconduttori con bassa resistenza sono chiamati degenerati. Ciò consente di ottenere una giunzione pn molto stretta. In tali transizioni si creano le condizioni per un tunneling relativamente libero degli elettroni attraverso una barriera di potenziale (effetto tunnel). L’effetto tunnel porta alla comparsa di una sezione con resistenza differenziale negativa sul ramo diretto della caratteristica corrente-tensione del diodo. L'effetto tunnel è che ad un'altezza sufficientemente bassa della barriera potenziale, gli elettroni possono penetrare attraverso la barriera senza cambiare la loro energia.

Parametri principali dei diodi tunnel:

· corrente di picco Iп – corrente diretta nel punto massimo della caratteristica corrente-tensione;

· corrente di valle Iâ – corrente diretta nel punto minimo della caratteristica corrente-tensione;

· rapporto delle correnti dei diodi tunnel Iп/Iв;

· tensione di picco Uп – tensione diretta corrispondente alla corrente di picco;

· tensione di valle Uв – tensione diretta corrispondente alla corrente di valle;

· tensione della soluzione Uрр.

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

Figura 3.7 – Caratteristica corrente-tensione di un diodo tunnel

Un diodo inverso è un diodo basato su un semiconduttore con una concentrazione critica di impurità, in cui la conduttività alla tensione inversa dovuta all'effetto tunnel è significativamente maggiore che alla tensione diretta.

Il principio di funzionamento di un diodo inverso si basa sull'utilizzo dell'effetto tunnel. Ma nei diodi inversi la concentrazione di impurità è inferiore rispetto ai diodi tunnel convenzionali. Pertanto, la differenza di potenziale di contatto per i diodi invertiti è minore e lo spessore della giunzione pn è maggiore. Ciò porta al fatto che sotto l'influenza della tensione continua non viene creata una corrente tunnel diretta. La corrente diretta nei diodi invertiti viene creata mediante l'iniezione di portatori di carica non maggioritari attraverso la giunzione pn, vale a dire la corrente continua è diffusione. Quando la tensione viene invertita, una significativa corrente tunnel scorre attraverso la giunzione, creata dal movimento degli elettroni attraverso la barriera di potenziale dalla regione p alla regione n. La sezione operativa della caratteristica corrente-tensione di un diodo invertito è il ramo inverso.

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

Figura 3.8 – Caratteristica volt-ampere di un diodo invertito

I diodi invertiti vengono utilizzati nei dispositivi a impulsi e anche come convertitori di segnale (miscelatori e rilevatori) nei dispositivi di ingegneria radio.

3.4 Varicap

Un varicap è un diodo a semiconduttore che sfrutta la dipendenza della capacità dall'entità della tensione inversa ed è destinato all'uso come elemento con capacità controllata elettricamente.

Il materiale semiconduttore per la produzione dei varicap è il silicio.

Parametri di base dei varicap:

· capacità nominale Sv – capacità ad una data tensione inversa (Sv = 10...500 pF);

Coefficiente di sovrapposizione delle capacità; (Ks = 5...20) – il rapporto tra le capacità varicap a due valori dati di tensioni inverse.

I Varicap sono ampiamente utilizzati in vari circuiti per la regolazione automatica della frequenza e negli amplificatori parametrici.

Figura 3.9 – Caratteristica capacità-tensione di un varicap

3.5 Calcolo di circuiti elettrici con diodi a semiconduttore.

Nei circuiti pratici, un carico, ad esempio un resistore, è collegato al circuito del diodo (Fig. 3.10, a). La corrente continua scorre quando l'anodo ha un potenziale positivo rispetto al catodo.

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

Figura 3.10

La caratteristica del diodo dovrebbe essere considerata come un grafico di un'equazione che collega le quantità 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 costruire un grafico della seconda equazione e trovare le coordinate del punto di intersezione dei due grafici.

L'equazione per la resistenza Rн 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 in Fig. 3.10, b. E se U= 0, allora I= E/Rí. tracciamo questa corrente sull'asse delle ordinate (punto B). Tracciamo una linea retta passante per i punti A e B, che è la linea di carico. Le coordinate del punto D danno la soluzione al problema.

Va notato che un calcolo grafico della modalità operativa 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 continua può essere applicato all'ampiezza o ai valori istantanei se la sorgente fornisce tensione alternata.

Poiché i diodi a semiconduttore conducono bene la corrente nella direzione diretta e male nella direzione opposta, la maggior parte dei diodi a semiconduttore viene utilizzata per rettificare la corrente alternata.

Il circuito più semplice per raddrizzare la corrente alternata è mostrato in Fig. 3.11. È collegato in serie con una sorgente di fem alternata - e, un diodo VD e un resistore di carico Rн. Questo circuito è chiamato semionda.

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

Figura 3.11

L'ampiezza delle semionde positive sul diodo è molto piccola. Ciò è spiegato dal fatto che quando passa la corrente continua, la maggior parte della tensione della sorgente cade 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, supponiamo che la sorgente abbia una tensione effettiva E = 200 V e . Se Up max = 2 V, allora URmax = 278 V.

Con una semionda negativa della tensione fornita, praticamente non c'è corrente e la caduta di tensione sul resistore Rн è zero. L'intera tensione sorgente viene applicata al diodo e costituisce la sua tensione inversa. Pertanto, il valore massimo della tensione inversa è uguale all'ampiezza della fem sorgente.

Lo schema più semplice dell'utilizzo di un diodo zener è mostrato in Fig. 3.12, a. Il carico (consumatore) è collegato in parallelo al diodo zener. Pertanto, in modalità di stabilizzazione, quando la tensione sul diodo zener è quasi costante, sul carico ci sarà la stessa tensione. Di solito Rogr viene calcolato per il punto medio T delle caratteristiche del diodo zener.

Consideriamo il caso in cui E = const, e Rн varia da Rн min a Rн max..

Il valore di Rolim può essere trovato utilizzando la seguente formula:

(3.3)

dove Iav = 0,5(Ist min+Ist max) – corrente media del diodo Zener;

Ií = Ust/Rí – corrente di carico (a Rí = cost);

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

E E .

Figura 3.12

Il funzionamento del circuito in questa modalità può essere spiegato come segue. Poiché Rogr è costante e anche la caduta di tensione ai suoi capi, pari a (E − Ust), è costante, allora la corrente in Rogr, pari a (Ist + In.sr), deve essere costante. Ma quest'ultimo è possibile solo se la corrente del diodo Zener I e la corrente di carico Iн 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).

Durante il semiciclo positivo, al diodo zener viene applicata una tensione inversa 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 la rottura elettrica del diodo Zener, la tensione sul diodo Zener VD rimane invariata e l'intera tensione rimanente della sorgente EMF verrà applicata al resistore R. Durante il semiciclo negativo, il diodo Zener viene acceso nella 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 terminali, che sfrutta l'una o l'altra proprietà della giunzione elettrica. La giunzione elettrica può essere una giunzione elettrone-lacuna, una giunzione metallo-semiconduttore o un'eterogiunzione.

La regione del cristallo del diodo semiconduttore che ha una maggiore concentrazione di impurità (e quindi la maggioranza dei portatori di carica) è chiamata emettitore, mentre l'altra, con una concentrazione inferiore, è chiamata base. Il lato del diodo a cui è collegato il polo negativo della fonte di alimentazione quando è collegato direttamente è spesso chiamato catodo, mentre l'altro è chiamato anodo.

In base al loro scopo, i diodi sono suddivisi in:

1. raddrizzatori (di potenza), progettati per convertire la tensione alternata proveniente dagli alimentatori a frequenza industriale in tensione continua;

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

3. varicap destinati ad essere utilizzati come capacità controllata dalla tensione elettrica;

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

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

6. frequenza ultraelevata, progettata per la conversione, commutazione e generazione di oscillazioni a frequenza ultraelevata;

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 dell'ambito di applicazione. Nella maggior parte dei casi, sono importanti le informazioni sui parametri statici, dinamici e limite.

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

1.5. Caratteristica corrente-tensione del diodo

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

La caratteristica corrente-tensione del diodo è mostrata nella Figura 5.

Se il diodo è acceso nella direzione in avanti ("+" - verso l'area R e "-" - all'area N), quindi quando viene raggiunta la tensione di soglia U Quindi il diodo si apre e la corrente continua lo attraversa. Quando riacceso ("-" all'area R e "+" - all'area N) attraverso il diodo scorre una corrente inversa insignificante, cioè il diodo è effettivamente chiuso. Pertanto, possiamo considerare che il diodo fa passare la corrente in una sola direzione, il che ne consente l'utilizzo come elemento raddrizzatore.

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

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

La resistenza statica del diodo alla corrente continua nelle direzioni avanti e indietro è espressa dalla relazione:

, (2)

Dove U E IO specificare punti specifici sulla caratteristica corrente-tensione del diodo in cui viene calcolata la resistenza.

La resistenza CA dinamica determina la variazione di corrente attraverso un diodo con una variazione di tensione vicino a un punto operativo selezionato sulla caratteristica del diodo:

. (3)

Poiché una tipica caratteristica I-V di un diodo presenta sezioni con maggiore linearità (una sul ramo diretto, una sul ramo inverso), R d viene calcolato come il rapporto tra un piccolo incremento di tensione attraverso il diodo e un piccolo incremento di corrente attraverso di esso in una determinata modalità:

. (4)

Per ricavare un'espressione per R d, è più conveniente prendere come argomento la corrente IO, e considera la tensione come una funzione e, prendendo il logaritmo dell'equazione (1), portala alla forma:

. (5)

. (6)

Ne consegue che con l'aumento della corrente diretta R d diminuisce rapidamente, da quando il diodo viene acceso direttamente IO>>IO S .

Nella sezione lineare della caratteristica corrente-tensione quando il diodo è collegato direttamente, la resistenza statica è sempre maggiore della resistenza dinamica: R st > R d.Quando si riaccende il diodo R st R D.

Pertanto, la resistenza elettrica del diodo nella direzione diretta è molto inferiore che nella direzione opposta. Pertanto, il diodo ha conduttività unidirezionale e viene utilizzato per raddrizzare la corrente alternata.

Un diodo è un dispositivo a semiconduttore con una giunzione pn, 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 diodi a impulsi, raddrizzatori, universali, zener, diodi a microonde, diodi tunnel, varicap, diodi di commutazione, ecc.

In teoria sappiamo che un diodo consente alla corrente di fluire solo in una direzione. Tuttavia, non molte persone sanno o 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, mentre l'altra ha conduttività di tipo p.

Nella figura ci sono le lacune che predominano nella regione di tipo n, rappresentate 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, il catodo e l'anodo:

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

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

Sulle superfici esterne delle aree vengono applicati strati metallici di contatto, ai quali sono saldati i conduttori degli elettrodi del diodo. Un dispositivo di questo tipo può trovarsi solo in uno dei due stati:

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

2. Aperto è quando conduce bene la corrente.

Il diodo sarà nello stato chiuso 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 energia, allontanandosi dalla giunzione p-n, e anche i buchi nella regione di tipo p si allontaneranno dalla giunzione p-n, spostandosi verso il polo negativo. Alla fine, il confine delle regioni si espanderà, creando una zona unita da elettroni e lacune, che fornirà un'enorme resistenza alla corrente.

Tuttavia, ci sono portatori di carica minoritari in ciascuna regione del diodo e si verificherà comunque un piccolo scambio di elettroni e lacune tra le regioni. Pertanto, attraverso il diodo fluirà molte volte meno corrente rispetto alla corrente continua e questa corrente viene chiamata corrente di diodo inversa. In pratica, di regola, la corrente inversa della giunzione p-n viene trascurata, e quindi risulta che la giunzione p-n ha conduttività solo unidirezionale.