O diodă este unul dintre tipurile de dispozitive proiectate pe bază de semiconductor. Are o joncțiune pn, precum și terminale anod și catodic. În cele mai multe cazuri, este proiectat pentru modulare, rectificare, conversie și alte acțiuni cu semnale electrice de intrare.

Principiul de funcționare:

1. Electricitate acționează asupra catodului, încălzitorul începe să strălucească, iar electrodul începe să emită electroni.
2. Între doi electrozi se generează un câmp electric.
3. Dacă anodul are un potenţial pozitiv, apoi începe să atragă electroni spre sine, iar câmpul rezultat este un catalizator pentru acest proces. În acest caz, se generează un curent de emisie.
4. Între electrozi se formează o sarcină spațială negativă care poate interfera cu mișcarea electronilor. Acest lucru se întâmplă dacă potențialul anodului este prea slab. În acest caz, unii dintre electroni nu pot depăși influența sarcinii negative și încep să se miște în direcția opusă, revenind din nou la catod.
5. Toți electronii, care a ajuns la anod și nu a revenit la catod, determină parametrii curentului catodic. Prin urmare, acest indicator depinde direct de potențialul pozitiv al anodului.
6. Fluxul tuturor electronilor, care au putut ajunge la anod, se numește curent anod, ai cărui indicatori în diodă corespund întotdeauna parametrilor curentului catodic. Uneori, ambii indicatori pot fi zero; acest lucru se întâmplă în situațiile în care anodul are o sarcină negativă. În acest caz, câmpul care apare între electrozi nu accelerează particulele, ci, dimpotrivă, le încetinește și le readuce la catod. Dioda în acest caz rămâne într-o stare blocată, ceea ce duce la un circuit deschis.

Deși aceste erori sunt rare, trebuie să vă amintiți că toate acestea sunt posibilități, precum și o diodă care este întreruptă și nu funcționează atunci când trece un curent mare prin ea. De asemenea, trebuie să vă amintiți că dioda este făcută din materiale care se sparg ușor. Singurul lucru care le ține împreună este corpul diodei.

Dacă corpul diodei se extinde, conexiunea se deschide. De asemenea: Cum funcționează un condensator. Pe aceste pagini veți găsi o mulțime de materiale utile despre „electronica în general”. La această tensiune pozitivă mică, practic nu există curent direct. Cu o tensiune pozitivă la bornele sale, spunem că dioda este polarizată direct. O diodă este polarizată direct atunci când tensiunea sa este oriunde pe partea pozitivă a tensiunii sursei.

Dispozitiv

Mai jos este o descriere a structurii diodei; studierea acestor informații este necesară pentru a înțelege în continuare principiile de funcționare a acestor elemente:

Spunem că dioda este inversată. În sens invers curentul este foarte aproape de zero, întotdeauna ușor negativ, sub axa tensiunii. Există un pic de curent care curge atunci când dioda este polarizată invers. Numim acest curent de saturație inversă. În majoritatea situațiilor, aceasta este suficient de aproape de zero încât poate fi ignorată.

În unele cazuri, curentul de saturație inversă devine important și îi dai un nume care sună rău: curent de scurgere. O diodă cu polarizare inversă nu poate dura pentru totdeauna. În timpul defecțiunii, curentul crește brusc și devine foarte mare în direcția negativă.

1. Cadru este un cilindru de vid care poate fi realizat din sticlă, metal sau materiale ceramice durabile.
2. În interiorul cilindrului sunt 2 electrozi. Primul este un catod încălzit, care este proiectat pentru a asigura procesul de emisie de electroni. Cel mai simplu catod în design este un filament cu un diametru mic, care se încălzește în timpul funcționării, dar astăzi electrozii încălziți indirect sunt mai des întâlniți. Sunt cilindri din metal și au un strat activ special capabil să emită electroni.
3. În interiorul catodului căldură indirectă Există un element specific - un fir care strălucește sub influența curentului electric, se numește încălzitor.
4. Al doilea electrod este anodul, este necesar să se accepte electronii care au fost eliberați de catod. Pentru a face acest lucru, trebuie să aibă un potențial pozitiv în raport cu cel de-al doilea electrod. În cele mai multe cazuri, anodul este de asemenea cilindric.
5. Ambii electrozi dispozitivele de vid sunt complet identice cu emițătorul și baza varietății de elemente semiconductoare.
6. Pentru realizarea unui cristal de diodă Cel mai des se folosesc siliciul sau germaniul. Una dintre părțile sale este conductivă electric de tip p și are o deficiență de electroni, care se formează printr-o metodă artificială. Partea opusă a cristalului are și conductivitate, dar este de tip n și are un exces de electroni. Există o graniță între cele două regiuni, care se numește joncțiune p-n.

Astfel de caracteristici ale structurii interne conferă diodelor proprietatea lor principală - capacitatea de a conduce curentul electric într-o singură direcție.

Datorită celor doi electrozi ai săi, se numește diodă. Dioda este apoi considerată a fi polarizată direct. În această stare, înălțimea barierei de potențial la joncțiune este redusă cu o sumă egală cu tensiunea de polarizare directă specificată. Presupunând că curentul care curge prin diodă va fi foarte mare, dioda poate fi aproximată ca un comutator scurtcircuitat. În această stare, o valoare egală cu tensiunea de polarizare inversă crește înălțimea barierei de potențial la joncțiune. Cu toate acestea, procesul nu poate continua la infinit, așa că un curent mic continuă să curgă în diodă, numit curent de saturație inversă.

Scop

Mai jos sunt principalele domenii de aplicare ale diodelor, din care scopul lor principal devine clar:

1. Poduri de diode sunt 4, 6 sau 12 diode conectate între ele, numărul acestora depinde de tipul de circuit, care poate fi monofazat, trifazat semi-punte sau trifazat full-bridge. Ei îndeplinesc funcțiile redresoarelor, această opțiune este cel mai adesea folosită, deoarece introducerea unor astfel de punți, precum și utilizarea unităților de colectare a perii cu ele, a făcut posibilă reducerea semnificativă a dimensiunii acestui dispozitiv și creșterea acestuia. fiabilitate. Dacă conexiunea se face în serie și într-o singură direcție, aceasta crește tensiunea minimă necesară pentru deblocarea întregii punți de diode.
2. Detectoare cu diode sunt obținute prin combinarea acestor dispozitive cu condensatoare. Acest lucru este necesar, astfel încât să fie posibilă izolarea modulației de joasă frecvență de diferite semnale modulate, inclusiv varietatea modulată în amplitudine a semnalului radio. Astfel de detectoare fac parte din proiectarea multor aparate de uz casnic, cum ar fi televizoare sau radiouri.
3. Asigurarea protecției consumatorilor împotriva polarității incorecte la pornirea intrărilor circuitului de la suprasarcini care apar sau comutații de la defectarea forței electromotoare care apare în timpul auto-inducției, care apare atunci când sarcina inductivă este oprită. Pentru a asigura siguranța circuitelor față de suprasarcinile care apar, se folosește un lanț format din mai multe diode conectate la magistralele de alimentare în sens invers. În acest caz, intrarea la care este asigurată protecția trebuie să fie conectată la mijlocul acestui lanț. În timpul funcționării normale a circuitului, toate diodele sunt în stare închisă, dar dacă au detectat că potențialul de intrare a depășit limitele de tensiune admise, unul dintre elementele de protecție este activat. Din acest motiv, acest potențial admisibil este limitat în cadrul tensiunii de alimentare admisibile în combinație cu o scădere directă a tensiunii pe dispozitivul de protecție.
4. Comutatoare, create pe baza de diode, sunt folosite pentru comutarea semnalelor cu frecvențe înalte. Un astfel de sistem este controlat folosind curent electric continuu, separare de înaltă frecvență și furnizarea unui semnal de control, care apare datorită inductanței și condensatorilor.
5. Crearea unei diode de protecție împotriva scânteilor. Se folosesc bariere cu diodă șunt, care asigură siguranță prin limitarea tensiunii în circuitul electric asociat. În combinație cu acestea, se folosesc rezistențe de limitare a curentului, care sunt necesare pentru a limita curentul electric care trece prin rețea și pentru a crește gradul de protecție.

Utilizarea diodelor în electronică astăzi este foarte răspândită, deoarece practic niciun tip modern de echipament electronic nu poate face fără aceste elemente.

Acest curent este neglijabil; o diodă poate fi aproximată ca un comutator deschis-închis. Caracteristicile curent-tensiune ale diodei sunt explicate prin următoarele ecuații. Orez. - Stare de deplasare înainte. Orez. - Condiție de polarizare inversă. Tabelați diferiții curenți direct obținuți pentru diferite tensiuni directe.

• Pentru a obține un grafic în domeniul invers, înlocuiți voltmetrul cu un nanoampmetru.
• Un voltmetru are o rezistență de sarcină mai mică în comparație cu o diodă.
• Curentul operează pe o lungime scurtă de rezistență.
• Luați o foaie grafică și împărțiți-o în 4 părți egale.
• Marcați originea în centrul foii grafice.
• În acest caz, experimentul nu depășește citirile diodei.

Rezultate: elevii pot.

Conexiune directă cu diodă

Joncțiunea p-n a diodei poate fi afectată de tensiunea furnizată din surse externe. Indicatori precum magnitudinea și polaritatea îi vor afecta comportamentul și curentul electric condus prin el.

Caracteristici I-V și diodă redresoare

Ce sunt impuritățile trivalente și pentavalente? Impurități trivalente care formează tipul p: aluminiu, galiu, bor și indiu. . Inversați polaritatea tensiunii și acționează ca un scurtcircuit. Ce este ecuația curentului de diodă? Exprimarea rezistenței dinamice?

Ce se înțelege prin semiconductor intern? Care este ordinea decalajului de energie într-un semiconductor pur? Ce este un semiconductor extrinsec? Ce este un semiconductor dopat? Care sunt cele două tipuri diferite de impurități? Care sunt purtătorii de sarcină dintr-un semiconductor pur? Care este efectul temperaturii asupra conductivității unui semiconductor? Ce se înțelege prin pantă dreaptă? Ce înseamnă părtinire inversă? Ce este defalcarea inversă? Care sunt materialele semiconductoare folosite? Câți electroni de valență sunt prezenți în fiecare atom semiconductor?

Mai jos luăm în considerare în detaliu opțiunea în care polul pozitiv este conectat la regiunea de tip p, iar polul negativ la regiunea de tip n. În acest caz, va avea loc comutarea directă:

1. Sub tensiune dintr-o sursă externă se va forma un câmp electric în joncțiunea p-n, iar direcția acestuia va fi opusă câmpului de difuzie intern.
2. Tensiune de câmp va scădea semnificativ, ceea ce va provoca o îngustare bruscă a stratului de barieră.
3. Sub influența acestor procese un număr semnificativ de electroni se vor putea deplasa liber din regiunea p în regiunea n, precum și în direcția opusă.
4. Indicatori de curent de derivaîn timpul acestui proces rămân aceleași, deoarece depind în mod direct doar de numărul de purtători cu taxe minoritare situate în regiunea joncțiunii pn.
5. Electronii au un nivel crescut de difuzie, ceea ce duce la injectarea de purtători minoritari. Cu alte cuvinte, în regiunea n se va înregistra o creștere a numărului de găuri, iar în regiunea p se va înregistra o concentrație crescută de electroni.
6. Lipsa de echilibru și creșterea numărului de purtători minoritari le face să pătrundă adânc în semiconductor și să se amestece cu structura acestuia, ceea ce duce în cele din urmă la distrugerea proprietăților sale de neutralitate electrică.
7. Semiconductorîn același timp, este capabil să-și restabilească starea neutră, acest lucru se întâmplă datorită primirii de sarcini de la o sursă externă conectată, ceea ce contribuie la apariția curentului continuu în circuitul electric extern.

Conexiune inversă diodă

Care este rezistența statică a diodei? Care este rezistența dinamică a unei diode? Scrieți ecuația pentru curentul diodei. Când curentul curge într-o singură direcție și căderea de tensiune pe diodă este întotdeauna de 7 V, tensiunea la anod ar trebui să fie cu aproximativ 6 V mai mare decât tensiunea la catod. Spunem că dioda este în polarizare directă.

Când este alimentată, dioda poate fi testată prin măsurarea căderii de tensiune. Tensiunea la anod ar trebui să fie cu 7 V mai mare decât la catod. Tensiunea este aceeași cu cea a diodei, scurt. Când este alimentată, dioda nu numai că creează o cădere de tensiune de 7 V, dar poate separa și două tensiuni diferite. Tensiunea la catod nu trebuie să fie tensiunea care vine de la anod. Poate proveni și de la o altă sursă de tensiune. În general, tensiunea la catod este mai mare decât anod, tensiunea provine din altă parte, iar dioda ține tensiunile separate.

Acum vom lua în considerare o altă metodă de pornire, în timpul căreia polaritatea sursei externe de la care este transmisă tensiunea se schimbă:

1. Principala diferență față de conexiunea directă este că că câmpul electric creat va avea o direcție care coincide complet cu direcția câmpului de difuzie intern. În consecință, stratul de barieră nu se va mai îngusta, ci, dimpotrivă, se va extinde.
2. Câmp situat în joncțiunea pn, va avea un efect accelerator asupra unui număr de purtători minoritari de taxe, din acest motiv, indicatorii curentului de deriva vor rămâne neschimbați. Acesta va determina parametrii curentului rezultat care trece prin joncțiunea pn.
3. Pe măsură ce crești tensiune inversă, curentul electric care circulă prin joncțiune va tinde să atingă valori maxime. Are un nume special - curent de saturație.
4. Conform legii exponenţiale, cu o creștere treptată a temperaturii, vor crește și indicatorii de curent de saturație.

Tensiune directă și inversă

Ce este o diodă „înainte”?

Ca întotdeauna în electronică, căldura este o problemă mare. Dacă aveți îndoieli, verificați cu atenție toate punctele de lipit de pe placă și separați-le. Când o diodă este defectă, alegeți un tip mai mare dacă este posibil. Dioda, o componentă electronică care permite curentului să circule într-o singură direcție. Diodele cele mai utilizate în circuitele electronice moderne sunt diodele din material semiconductor. Cea mai simplă diodă cu punct de contact cu germaniu a fost creată în primele zile ale radioului. În diodele moderne cu germaniu, un cablu și o placă minusculă de sticlă sunt montate în interiorul unui tub mic de sticlă și conectate la două fire care sunt sudate la capetele tubului.

Tensiunea care afectează dioda este împărțită în funcție de două criterii:

1. Tensiune directă- acesta este momentul în care dioda se deschide și curentul continuu începe să treacă prin ea, în timp ce rezistența dispozitivului este extrem de scăzută.
2. Tensiune inversă- acesta este cel care are polaritate inversă și asigură că dioda se închide cu curent invers care trece prin ea. În același timp, indicatorii de rezistență ai dispozitivului încep să crească brusc și semnificativ.

Rezistența unei joncțiuni pn este un indicator în continuă schimbare, influențată în primul rând de tensiunea directă aplicată direct diodei. Dacă tensiunea crește, atunci rezistența joncțiunii va scădea proporțional.

Diodele de joncțiune constau dintr-o joncțiune a două tipuri diferite de material semiconductor. O diodă Zener este un tip special de diodă care utilizează siliciu în care tensiunea pe joncțiune este independentă de curentul care trece prin ea. Datorită acestei caracteristici, diodele Zener sunt folosite ca regulatoare de tensiune. Pe de altă parte, în diodele emițătoare de lumină, tensiunea aplicată peste joncțiunea semiconductoare are ca rezultat emisia de energie luminoasă.

Trei abordări sunt utilizate în prezent pentru a rezolva problemele cu diode. Prima aproximare este o diodă ideală, în care se consideră că dioda nu are cădere de tensiune atunci când este conectată în sens pozitiv, astfel încât în ​​această primă aproximare dioda va fi considerată a fi scurtcircuitată în direcția pozitivă. În schimb, o diodă ideală se comportă ca un circuit deschis atunci când polarizarea sa este inversată. La o a doua aproximare, considerăm că dioda are o cădere de tensiune sub polarizare directă. A doua abordare este cel mai des folosită.

Acest lucru duce la o creștere a parametrilor curentului direct care trece prin diodă. Când acest dispozitiv este închis, i se aplică practic întreaga tensiune, din acest motiv curentul invers care trece prin diodă este nesemnificativ, iar rezistența de tranziție atinge parametrii de vârf.

Funcționarea diodei și caracteristicile curent-tensiune ale acesteia

Deși există o gamă largă de tipuri, doar câteva caracteristici diferă de aspectul lor. Nu este vorba despre dimensiune, deoarece aceasta este o funcție de puterea pe care o pot disipa. Este tipic să găsiți un aylo în corp care indică catod. Pentru cei al căror tip specific este desemnat printr-o serie de litere și numere, catodul este marcat de un inel în corpul de lângă acel terminal. Culori, iar în ele catodul corespunde terminalului cel mai apropiat de pista de culoare mai groasă. Vârfurile Hermione sunt de obicei acoperite în sticlă.

Anodul acestor diode este mai lung decât catodul și, de obicei, suprafața capsulei de lângă catod este plată. O modalitate practică de a determina catodul este utilizarea unui contor într-un ohmmetru între bornele sale. Dacă folosim modul de testare a diodei folosind multicaster, obținem valoarea tensiunii în cot a dispozitivului.

Caracteristica curent-tensiune a acestor dispozitive este înțeleasă ca o linie curbă care arată dependența curentului electric care curge prin joncțiunea p-n de volumul și polaritatea tensiunii care acționează asupra acesteia.

Un astfel de grafic poate fi descris după cum urmează:

1. Axa verticala: Zona superioară corespunde valorilor curentului direct, zona inferioară parametrilor curentului invers.
2. Axă orizontală: Zona din dreapta este pentru valorile tensiunii directe; zona din stânga pentru parametrii de tensiune inversă.
3. Ramura directă a caracteristicii curent-tensiune reflectă trecerea curentului electric prin diodă. Este îndreptat în sus și rulează în imediata apropiere a axei verticale, deoarece reprezintă creșterea curentului electric direct care apare atunci când tensiunea corespunzătoare crește.
4. A doua ramură (inversă). corespunde și afișează starea închisă a curentului electric care trece și el prin dispozitiv. Poziția sa este de așa natură încât rulează practic paralel cu axa orizontală. Cu cât această ramură se apropie mai abruptă de verticală, cu atât capacitățile de redresare ale unei anumite diode sunt mai mari.
5. Conform programului puteți vedea că după o creștere a tensiunii directe care curge prin joncțiunea p-n are loc o creștere lentă a curentului electric. Cu toate acestea, treptat, curba ajunge într-o zonă în care se observă un salt, după care are loc o creștere accelerată a indicatorilor săi. Acest lucru se datorează deschiderii diodei și conducerii curentului la tensiune directă. Pentru dispozitivele din germaniu, aceasta are loc la o tensiune de 0,1V la 0,2V (valoare maximă 1V), iar pentru elementele din siliciu este necesară o valoare mai mare de la 0,5V la 0,6V (valoare maximă 1,5V).
6. Creșterea curentă este afișată poate duce la supraîncălzirea moleculelor semiconductoare. Dacă îndepărtarea căldurii care are loc din cauza proceselor naturale și a funcționării radiatoarelor este mai mică decât nivelul eliberării sale, atunci structura moleculelor poate fi distrusă, iar acest proces va fi ireversibil. Din acest motiv, este necesar să se limiteze parametrii curentului direct pentru a preveni supraîncălzirea materialului semiconductor. Pentru a face acest lucru, la circuit se adaugă rezistențe speciale, conectate în serie cu diodele.
7. Explorând ramura inversă puteți observa că dacă tensiunea inversă aplicată joncțiunii p-n începe să crească, atunci creșterea parametrilor de curent este practic inobservabilă. Cu toate acestea, în cazurile în care tensiunea atinge parametri care depășesc standardele admisibile, poate apărea un salt brusc al curentului invers, care va supraîncălzi semiconductorul și va contribui la defalcarea ulterioară a joncțiunii p-n.

Odată ce două materiale se unesc, electronii și golurile găsite în sau în apropierea regiunii de „joncțiune” se combină, iar acest lucru duce la o lipsă de purtători în regiunea apropiată de joncțiune. Această regiune de ioni negativi și pozitivi detectați se numește regiunea de epuizare din cauza absenței purtătorilor. Există trei posibilități de aplicare a tensiunii la bornele diodei.

• Nu există polarizare.
• Polarizare directă.
• Polarizarea este inversată.

În absența unei tensiuni de polarizare aplicată, fluxul net de sarcină în orice direcție este zero pentru o diodă semiconductoare. Condiție de polarizare inversă. Numărul de ioni negativi găsiți în materialul de tip P va crește și datorită electronilor injectați de capătul negativ, care vor ocupa golurile. Curentul în condiții de polarizare inversă se numește curent de saturație inversă. Când este polarizat în direcția opusă, poate fi considerat ca un circuit deschis.

Defecțiuni de bază ale diodei

Uneori dispozitivele de acest tip se defectează, acest lucru poate apărea din cauza deprecierii naturale și a îmbătrânirii acestor elemente sau din alte motive.

În total, există 3 tipuri principale de defecțiuni comune:

Când se atinge tensiunea de disjuncție inversă, are loc o creștere bruscă a curentului care poate distruge dispozitivul. Aceasta dioda are o gama larga de aplicatii: circuite redresoare, limitatoare, cleme de nivel, protectie la scurtcircuit, demodulatoare, mixere, generatoare, blocare si bypass in fotofibre etc.

Când utilizați o diodă într-un circuit, trebuie luate în considerare următoarele considerații. Tensiunea inversă maximă aplicată unei componente, repetând sau nedepășind maximul pe care îl va suporta. Curentul continuu maxim care poate trece printr-o componentă, care se repetă sau nu, trebuie să fie mai mare decât maximul pe care îl va suporta.

1. Defalcarea tranziției duce la faptul că dioda, în locul unui dispozitiv semiconductor, devine în esență cel mai comun conductor. În această stare, își pierde proprietățile de bază și începe să treacă curentul electric în absolut orice direcție. O astfel de defecțiune este ușor de detectat folosind una standard, care începe să sune și arată un nivel scăzut de rezistență în diodă.
2. Când este spart are loc procesul invers - dispozitivul oprește în general trecerea curentului electric în orice direcție, adică devine în esență un izolator. Pentru a determina cu precizie o întrerupere, este necesar să se utilizeze testere cu sonde de înaltă calitate și care pot fi reparate, altfel acestea pot diagnostica uneori în mod fals această defecțiune. În soiurile de semiconductori din aliaj, o astfel de defecțiune este extrem de rară.
3. O scurgere, timp în care etanșeitatea corpului dispozitivului este ruptă, drept urmare nu poate funcționa corect.

Defalcarea joncțiunii p-n

Puterea maximă pe care o poate suporta o diodă trebuie să fie mai mare decât cea maximă pe care o poate suporta. În figura nr.01 putem vedea o reprezentare grafică sau simbol pentru acest tip de diodă. Unul dintre parametrii importanți pentru o diodă este rezistența la punctul sau zona de operare.

Prin urmare, dioda reprezintă un scurtcircuit pentru regiunea de conducție. Dacă luăm în considerare zona de potențial aplicată negativ. Prin urmare, dioda este un circuit deschis în regiunea fără conducție. Curentul din regiunea Zener are sensul opus celui al unei diode polarizate drepte. O diodă Zener este o diodă care a fost proiectată să funcționeze în zona Zener.

Astfel de defecțiuni apar în situațiile în care curentul electric invers începe să crească brusc și brusc, acest lucru se întâmplă din cauza faptului că tensiunea de tipul corespunzător atinge valori ridicate inacceptabile.

De obicei, există mai multe tipuri:

1. Defecțiuni termice, care sunt cauzate de o creștere bruscă a temperaturii și supraîncălzirea ulterioară.
2. Defecțiuni electrice, apărute sub influența curentului asupra tranziției.

Graficul caracteristicii curent-tensiune vă permite să studiați vizual aceste procese și diferența dintre ele.

Prin definiție, putem spune că o diodă Zener a fost proiectată să funcționeze cu tensiuni negative. Este important de menționat că regiunea Zener este controlată sau manipulată prin modificarea nivelurilor de dopaj. Se aplică regulatoarelor sau surselor de tensiune.

În circuitul prezentat în Figura 03, este de dorit să se protejeze sarcina de supratensiune, tensiunea maximă pe care o poate rezista sarcina este de 8 volți. Conform altor considerații, funcționarea acestei diode este aproximativ după cum urmează. În zona de perturbare, între tensiunea de cot și tensiunea zener, putem considera un circuit deschis.

Defecțiune electrică

Consecințele cauzate de defecțiunile electrice nu sunt ireversibile, deoarece nu distrug cristalul în sine. Prin urmare, cu o scădere treptată a tensiunii, este posibilă restabilirea tuturor proprietăților și parametrilor de funcționare ai diodei.

În același timp, defalcările de acest tip sunt împărțite în două tipuri:

1. Avarii din tunel apar atunci când tensiunea înaltă trece prin joncțiuni înguste, ceea ce permite electronilor individuali să alunece prin ea. Ele apar de obicei dacă moleculele semiconductoare conțin un număr mare de impurități diferite. În timpul unei astfel de defecțiuni, curentul invers începe să crească brusc și rapid, iar tensiunea corespunzătoare este la un nivel scăzut.
2. Tipuri de defecțiuni de avalanșă sunt posibile datorită influenței câmpurilor puternice capabile să accelereze purtătorii de sarcină la nivelul maxim, datorită cărora ei scot un număr de electroni de valență din atomi, care apoi zboară în regiunea conductivă. Acest fenomen este de natură asemănătoare avalanșelor, motiv pentru care acest tip de avarie și-a primit numele.

Defalcare termică

Apariția unei astfel de defecțiuni poate apărea din două motive principale: îndepărtarea insuficientă a căldurii și supraîncălzirea joncțiunii p-n, care are loc din cauza fluxului de curent electric prin aceasta la viteze prea mari.

O creștere a temperaturii în zonele de tranziție și învecinate provoacă următoarele consecințe:

1. Creșterea vibrațiilor atomice, inclusă în cristal.
2. Lovit electroni în banda de conducere.
3. O creștere bruscă a temperaturii.
4. Distrugere și deformare structură cristalină.
5. Eșec totalși defalcarea întregii componente radio.

curent termic, iar proporția de curent termic în curentul invers al unei diode de siliciu este foarte mică. Curentul invers al unei diode de siliciu este determinat în principal de procese de generare-recombinare în p- n-tranziție. Pentru calculele tehnice ale curentului invers față de temperatură, puteți utiliza expresia simplificată dată anterior (2.4).

Ramura directă a caracteristicii curent-tensiune a diodei se abate de la cea idealizată datorită prezenței curenților de recombinare în p- n-tranziția, căderea de tensiune la baza diodei, modificări (modulația) rezistenței bazei atunci când sunt injectați purtători de sarcină minoritari în ea și prezența unui câmp intern în bază care are loc la un curent de injecție mare. Să scriem ecuația caracteristicii curent-tensiune a idealului p- n-tranziție (2.3) ținând cont de căderea de tensiune la baza diodei:

Unde r b– rezistența ohmică a bazei diodei.

Rezolvarea acestei ecuații transcendentale poate fi obținută luând logaritmi din partea dreaptă și stângă a ecuației:

. (3.2)

Pentru curenți mici, această expresie poate fi simplificată:

. (3.3)

A analiza ecuației (3.3) ne permite să tragem câteva concluzii interesante. Căderea de tensiune pe diodă depinde de curentul prin aceasta și este de mare importanță pentru diodele cu dimensiuni mici. eu T. Deoarece curentul termic al diodelor de siliciu este mic, secțiunea inițială a ramurii directe a caracteristicii curent-tensiune este mult mai plată decât cea a diodelor cu germaniu. Acest lucru se poate explica și prin faptul că în diodă apare un curent vizibil atunci când tensiunea externă depășește diferența de potențial de contact.  La, A  La(în conformitate cu (2.1)) pentru siliciu p- n-tranzitia este mai mare decat cea a germaniului. Secțiunile inițiale ale ramurii directe ale caracteristicilor curent-tensiune ale diodelor cu germaniu și siliciu sunt prezentate în Fig. 3.2. Figura arată că tensiunea pe o diodă de siliciu deschisă este de obicei 0,60,8 V, tensiunea pe o diodă cu germaniu deschisă este de 0,20,3 V.

Datorită varietății uriașe de diode utilizate pentru dispozitivele semiconductoare domestice, este utilizat un sistem de notație special. Sistemul de notație se bazează pe un cod alfanumeric.

Primul element codul indică materialul semiconductor sursă pe care este fabricat dispozitivul. Se folosesc următoarele simboluri:

Г sau 1 – pentru germaniu și compușii săi;

K sau 2 – pentru siliciu și compușii săi;

A sau 3 – pentru compușii de galiu (de exemplu, arseniura de galiu);

Și sau 4 – pentru compușii de indiu (de exemplu, fosfură de indiu).

Al doilea element desemnări - o literă care definește o subclasă (sau un grup) de dispozitive. Iată doar câteva dintre notații:

D – diode redresoare și impuls;

C – stâlpi și blocuri de rectificare;

B – varicaps;

I – diode tunel;

A – diode de ultra-înaltă frecvență;

C – diode zener;

O – optocuple;

N – dinistori;

U - tiristoare cu triodă...

Al treilea element desemnare – un număr care definește funcționalitatea principală a dispozitivului. Standardul specifică utilizarea fiecărei cifre în raport cu diferite subclase de dispozitive. Dacă este necesar, puteți găsi acest lucru în literatura de referință specială.

Al patrulea element – un număr care indică numărul de serie al dezvoltării.

Al cincilea element – o literă care definește condiționat clasificarea (sortarea în funcție de parametri) a dispozitivelor fabricate folosind o singură tehnologie.

Astfel, cunoscând sistemul de notație, putem spune că GD107B este o diodă redresoare cu germaniu cu eu Miercuri VP10 A, numărul de dezvoltare 7, grupa B și 2Ts202G - coloană redresoare din diode de siliciu cu 0,3 A eu Miercuri VP10 A, dezvoltare numărul 2, grupa G.

3.2. Diode redresoare

Diode concepute pentru a converti curentul alternativ în curent continuu, în viteză, capacitate p- n-se numesc parametrii de tranziție și stabilitate a căror, de obicei, nu au cerințe speciale rectificarea. Diode din aliaj, epitaxiale și de difuzie realizate pe bază de asimetrice p- n-tranzitii.

Este caracteristic diodelor redresoare că au rezistență scăzută în starea conducătoare și permit trecerea curenților mari. Capacitate de barieră datorită suprafeței mari p- n-tranzițiile sunt mari și ajung la valori de zeci de picofarade.

Principalii parametri ai diodelor menționați în documentația tehnică și literatura de referință includ:

1. Tensiune inversă maximă admisă a diodei (U arr. max). Aceasta este cantitatea de tensiune aplicată în direcția inversă pe care o poate rezista dioda mult timp fără a-i afecta performanța. Pentru diferite diode, această tensiune poate varia de la zeci la mii de volți.

2. Curent mediu de diodă redresată (eu Miercuri VP) – valoarea maximă admisibilă, medie pe perioadă, a curentului continuu redresat care circulă prin diodă. Pentru diferite diode, acest curent poate varia de la sute de miliamperi la zeci de amperi.

3. Diodă de curent cu impulsuri înainte (eu la) – valoarea de vârf admisibilă a impulsului de curent la o durată maximă dată și un ciclu de lucru al impulsurilor.

4. Curent invers al diodei (eu arr.) – curent invers constant cauzat de tensiune inversă constantă.

5. Tensiune directă constantă (U etc) – tensiune directă constantă, condiționată de o valoare dată a curentului direct. Raportul acestor mărimi determină rezistența curentului continuu a diodei într-un punct dat al caracteristicii curent-tensiune.

3.3. Diode cu impulsuri

Diodele cu impulsuri au o durată scurtă de procese tranzitorii și sunt proiectate pentru funcționarea în circuite cu impulsuri. Ele diferă de diodele redresoare prin capacitățile lor mici p- n-tranzitie (fractii de picofarad) si o serie de parametri care determina caracteristicile tranzitorii ale diodei. Reducerea capacităţilor se realizează prin reducerea suprafeţei p- n-tranziție, prin urmare puterile lor admisibile de disipare sunt mici (3050 mW).

Luați în considerare efectul asupra unui circuit electric format dintr-o diodă VD si rezistenta R(Fig. 3.3) tensiune de impuls alternativ U intrare(Fig. 3.4, A). Tensiune la intrarea circuitului la un moment dat t = 0 sare la o valoare pozitivă U m. Datorită inerției procesului de difuzie, curentul din diodă nu apare instantaneu, ci crește în timp t gură. La un moment dat t = t 1 în circuit este stabilit un mod staționar, în care curentul diodei

,

A tensiunea diodei U d =U etc .

La t = t 2 Voltaj U intrare schimbă polaritatea. Cu toate acestea, taxele acumulate la graniță p- n- tranziție, dioda este menținută deschisă o perioadă de timp, dar direcția curentului din diodă este inversată. În esență, în timp t insulta Sarcinile se dizolvă la graniță p- n- tranziție (adică descărcarea capacității echivalente). După intervalul de timp de resorbție t insultaÎncepe procesul de oprire a diodei, adică. procesul de restabilire a proprietăților sale de blocare.

Până când t 3 Tensiunea pe diodă devine zero și ulterior capătă valoarea opusă. Procesul de restabilire a proprietăților de blocare ale diodei continuă până la un moment dat t 4 . Până în acest moment, curentul prin diodă devine zero, iar tensiunea peste ea atinge valoarea - U m . Deci timpul t soare poate fi numărat de la tranziție U d prin zero până când curentul diodei atinge valoarea zero.

Luarea în considerare a proceselor de pornire și oprire a unei diode de redresare arată că dioda nu este o supapă ideală, dar în anumite condiții are conductivitate în direcția opusă. Aceste efecte sunt deosebit de pronunțate la frecvențe mari de tensiune de intrare și atunci când se lucrează cu semnale de impuls. În legătură cu această caracteristică a funcționării diodelor în impulsuri, documentația tehnică pentru acestea, pe lângă parametrii care caracterizează modul normal de rectificare, oferă parametri suplimentari care caracterizează procesul tranzitoriu:

tensiunea maximă a impulsului înainte –U la max ;

curent de impuls impuls maxim admisibil –eu la max ;

timp de stabilire (t gură) – interval de timp din momentul în care impulsul de tensiune direct este aplicat diodei până când este atinsă valoarea specificată a curentului direct din aceasta;

timp de recuperare rezistența inversă a diodei – ( t soare).

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

Într-o serie de aplicații practice, convertoarele tiristoare sunt utilizate pentru a rectifica curentul alternativ și a controla fără probleme puterea transmisă la sarcină. În același timp, curenții mici de control fac posibilă controlul curenților mari de sarcină.

Un exemplu de cel mai simplu redresor cu tiristoare controlat de putere este prezentat în Fig. 7.10.

Orez. 7.10. Circuit redresor cu tiristoare

În fig. Figura 7.11 prezintă diagrame de timp care explică principiul reglării valorii medii a tensiunii redresate.

Orez. 7.11. Diagrame de timp ale funcționării redresorului cu tiristoare

În acest circuit, se presupune că tensiunea de intrare Uin pentru un tiristor reglabil este generată, de exemplu, de un redresor cu undă completă. Dacă la începutul fiecărui semiciclu sunt aplicate impulsuri de control U y de amplitudine suficientă (secțiunea o-a pe diagrama U out), tensiunea de ieșire va repeta tensiunea redresorului cu undă completă. Dacă mutați impulsurile de control la mijlocul fiecărui semiciclu, atunci impulsurile de ieșire vor avea o durată egală cu un sfert din semiciclu (secțiunea b-c). Deplasarea în continuare a impulsurilor de control va duce la o scădere suplimentară a amplitudinii medii a impulsurilor de ieșire (secțiunea d – e).

Astfel, prin aplicarea unor impulsuri de control la tiristor care sunt defazate în raport cu tensiunea de intrare, puteți transforma o tensiune sinusoidală (curent) într-o secvență de impulsuri de orice durată, amplitudine și polaritate, adică puteți modifica valoarea efectivă. valoarea tensiunii (curentului) într-un interval larg.

7.3 Filtre anti-aliasing

Circuitele de redresare luate în considerare fac posibilă obținerea unei tensiuni de pulsare unipolară, care nu este întotdeauna aplicabilă pentru alimentarea dispozitivelor electronice complexe, deoarece, datorită pulsațiilor mari, duc la instabilitatea funcționării acestora.

Pentru a reduce semnificativ ondulația, se folosesc filtre de netezire. Cel mai important parametru al filtrului de netezire este coeficientul de netezire S, determinat de formula S= 1 / 2, unde  1 și  2 sunt coeficienții de ondulare la intrarea și, respectiv, la ieșirea filtrului. Factorul de ondulare arată de câte ori filtrul reduce ondulația. În circuitele practice, factorul de ondulare la ieșirea filtrului poate atinge valori de 0,00003.

Elementele principale ale filtrelor sunt elementele reactive - capacitatea și inductanța (chokes). Să luăm mai întâi în considerare principiul de funcționare al celui mai simplu filtru anti-aliasing, a cărui diagramă este prezentată în Fig. 7.12.

Orez. 7.12. Circuit al celui mai simplu filtru de netezire cu un redresor cu jumătate de undă

În acest circuit, netezirea tensiunii pe sarcină după un redresor cu diodă cu jumătate de undă VD este efectuată folosind un condensator C conectat în paralel cu sarcina R n.

Diagramele de timp care explică funcționarea unui astfel de filtru sunt prezentate în Fig. 7.13. În secțiunea t1 – t2, tensiunea de intrare deschide dioda și încarcă condensatorul. Când tensiunea de intrare începe să scadă, dioda se închide cu tensiunea acumulată pe condensatorul U c (secțiunea t1 - t2). În acest interval, sursa de tensiune de intrare este deconectată de la condensator și sarcină, iar condensatorul este descărcat prin rezistența de sarcină R n.

Orez. 7.13. Diagrame de timp ale funcționării filtrului cu un redresor cu jumătate de undă

Dacă capacitatea este suficient de mare, descărcarea capacității prin R n va avea loc cu o constantă de timp mare  = R n C și, prin urmare, scăderea tensiunii la condensator va fi mică, iar efectul de netezire va fi semnificativ. Pe de altă parte, cu cât capacitatea este mai mare, cu atât segmentul t1 - t2 este mai scurt în timpul căruia dioda este deschisă și curentul i curge prin ea, crescând (pentru un curent mediu de sarcină dat) pe măsură ce diferența t2 - t1 scade. Acest mod de funcționare poate duce la defectarea diodei redresoare și, în plus, este destul de greu pentru transformator.

Când se utilizează redresoare cu undă completă, cantitatea de ondulație la ieșirea filtrului capacitiv scade, deoarece condensatorul este mai mic în timpul intervalului dintre apariția impulsurilor, ceea ce este bine ilustrat în Fig. 7.14.

Orez. 7.14. Redresor cu undă completă Netezirea ondulațiilor

Pentru a calcula mărimea ondulației la ieșirea unui filtru capacitiv, vom aproxima ondulația tensiunii de ieșire folosind o curbă de curent cu dinte de ferăstrău, așa cum se arată în Fig. 7.15.

Orez. 7.15. Aproximarea tensiunii ondulate

Modificarea sarcinii pe condensator este dată de expresia

∆Q=∆UC=I n T 1,

unde T 1 este perioada de pulsație, I n este valoarea medie a curentului de sarcină. Ținând cont de faptul că I n = I av / R n, obținem

.

Din fig. 7.15 rezultă că

în acest caz, amplitudinea dublă a pulsaţiilor este determinată de expresie

.

Filtrele inductive au, de asemenea, proprietăți de netezire, iar cele mai bune proprietăți de netezire se găsesc în filtrele care conțin inductanță și capacitate conectate așa cum se arată în Fig. 7.16.

Orez. 7.16. Filtru anti-aliasing cu inductanță și capacitate

În acest circuit, capacitatea condensatorului este selectată astfel încât reactanța sa să fie semnificativ mai mică decât rezistența de sarcină. Avantajul unui astfel de filtru este că reduce ondulația de intrare ∆U la valoarea
, unde ω este frecvența pulsației.

În practică, s-au răspândit diferite tipuri de filtre în formă de F și U, ale căror opțiuni de construcție sunt prezentate în Fig. 7.17.

La curenți de sarcină mici, redresorul în formă de F prezentat în fig. funcționează bine. 7.16.

Orez. 7.17. Opțiuni de construcție a filtrelor

În cele mai critice scheme se folosesc circuite de filtrare multi-link (Fig. 7.17 d).

Adesea, inductorul este înlocuit cu rezistențe, ceea ce reduce oarecum calitatea filtrării, dar reduce semnificativ costul filtrelor (Fig. 7.17 b, c).

Principala caracteristică externă a redresoarelor cu filtru este dependența valorii medii a tensiunii de ieșire U cf (tensiune de sarcină) de valoarea medie a curentului de ieșire.

În circuitele luate în considerare, o creștere a curentului de ieșire duce la o scădere a U av datorită creșterii căderii de tensiune pe înfășurările transformatorului, diodele, firele de plumb și elementele de filtrare.

Panta caracteristicii externe la un curent mediu dat este determinată prin rezistența de ieșire Rout, determinată de formula:

I cf – precizat. Cu cât valoarea lui Rout este mai mică, cu atât tensiunea de ieșire depinde mai puțin de curentul de ieșire, cu atât circuitul redresorului cu filtru este mai bun. În fig. Figura 7.18 prezintă dependențele tipice ale Uav-ului față de Iav pentru diferite opțiuni de filtrare.

Orez. 7.18. Dependențe tipice ale Uav-ului de Iav pentru diferite scheme de filtrare

Citeste si: II. Tensiunea este eliminată din CR în momentul în care motoarele de tracțiune sunt pornite. III. Tensiunea a fost eliminată din CR la pornirea motoarelor de tracțiune. IV. Tensiunea este eliminată din CR atunci când se urmăresc caracteristicile automate ale TD. IV. Ecuația unei drepte care trece printr-un punct dat într-o direcție dată. Un pachet de linii drepte. A - regulat; b – biharmonic; c – bloc; g – tensiune aleatorie În tabelul 2.1, U0 este tensiunea redresată, I0 este curentul redresat, este puterea de sarcină și este raportul de transformare. O linie trifazată cu trei fire are fire trifazate. Tensiunea dintre orice pereche de fire se numește tensiune de linie (Ul). În dreptul penal, în funcție de caracteristicile conținutului mental, se disting intenția directă și cea indirectă. B. Pentru a detecta anticorpi în reacția indirectă de hemaglutinare

CVC al diodei.

(caracteristică volt-tensiune) - un grafic al dependenței curentului printr-o rețea cu două terminale de tensiunea din această rețea cu două terminale. Cel mai adesea, se ia în considerare caracteristica curent-tensiune a elementelor neliniare (gradul de neliniaritate este determinat de coeficientul de neliniaritate, deoarece pentru elementele liniare caracteristica curent-tensiune este o linie dreaptă și nu prezintă un interes deosebit.

Neliniaritatea caracteristicii curent-tensiune se datorează faptului că rezistența NE depinde de tensiunea aplicată (diode, diode zener) sau de curent (termistoare). Caracteristicile curent-tensiune ale elementelor neliniare sunt descrise prin ecuații ale căror grade sunt mai mari decât prima. Deoarece rezistența NE este variabilă, valoarea curentului instantaneu din ele nu este proporțională cu valorile tensiunii instantanee. (pag. 117 manual)

Curent direct și invers. Tensiune directă și inversă.

Când rezistența joncțiunii p-n este scăzută, se apelează un curent curent continuu. Cu cât aria joncțiunii p-n este mai mare și tensiunea sursei de alimentare, cu atât este mai mare acest curent direct. Dacă polii elementului sunt inversați, dioda va fi în stare închisă. Se formează o zonă sărăcită de electroni și găuri, care oferă o rezistență foarte mare la curent. Cu toate acestea, în această zonă, va avea loc în continuare un mic schimb de purtători de curent între regiunile diodei. Prin urmare, un curent va curge prin diodă, dar de multe ori mai puțin decât curentul continuu. Acest curent se numește curent invers de diodă. Dacă dioda este conectată la un circuit cu curent alternativ, se va deschide în timpul semiciclurilor pozitive la anod, trecând liber curentul într-o direcție - curent direct Irev. și se va închide în timpul semiciclurilor negative la anod, aproape fără a trece curent în sens opus - curent invers Irev. Tensiunea la care se deschide dioda și trece curentul continuu prin ea se numește direct(Upp.), iar tensiunea de polaritate inversă, la care dioda se închide și curge curent invers prin ea, se numește verso(Urev.) La tensiune directă, rezistența unei diode de bună calitate nu depășește câteva zeci de ohmi, dar la tensiune inversă rezistența acesteia va ajunge la zeci, sute de kilo-ohmi și chiar mega-ohmi.

Tensiunea de avarie.

Un dielectric, aflat într-un câmp electric, își pierde proprietățile de izolare electrică dacă intensitatea câmpului depășește o anumită valoare critică. Acest fenomen se numește defalcare dielectrică sau încălcarea rezistenței sale electrice. Proprietatea unui dielectric de a rezista la rupere se numește rezistență electrică (Epr). Tensiunea la care are loc ruperea izolației se numește tensiune de rupere (Upr).

Caracteristicile și parametrii redresorului și diodelor universale

Diodele redresoare sunt folosite pentru a redresa curentul alternativ de joasă frecvență. Proprietățile de redresare ale acestor diode se bazează pe principiul conductivității unidirecționale a joncțiunilor p-găuri de electroni.

Diodele universale sunt utilizate în diverse echipamente electronice ca redresoare de curent alternativ de frecvențe înalte și joase, multiplicatori și convertoare de frecvență, detectoare de semnale mari și mici etc. Gama de curenți și tensiuni de funcționare a redresorului și diodelor universale este foarte largă, prin urmare, acestea sunt produse atât cu joncțiuni pn punctuale cât și plane în structura semiconductoare cu suprafețe de la zecimi de milimetru pătrat la câțiva centimetri pătrați. De obicei, diodele universale folosesc joncțiuni cu suprafețe și capacități mici, dar cu valori relativ mari ale curenților directe și tensiunilor inverse. Aceste cerințe sunt îndeplinite de diode punctiforme, planare și mesaplanare din microaliaje. Caracteristicile și parametrii diodelor universale sunt aceleași cu cei ai diodelor redresoare.

Caracteristici volt-amper(caracteristica volt-tensiune) a diodelor redresoare exprimă dependența curentului care trece prin diodă de valoarea și polaritatea tensiunii continue aplicate acesteia Ramura directă a caracteristicii arată dependența curentului prin diodă cu prin polaritatea tensiunii aplicate. Puterea curentului direct depinde exponențial de tensiunea directă aplicată diodei și poate atinge valori mari cu o scădere mică (aproximativ 0,3 - 1 V) de tensiune pe diodă.

Ramura inversă a caracteristicii corespunde direcției neconductoare a curentului prin diodă cu polaritatea inversă a tensiunii aplicate diodei. Curentul invers (secțiunea OD) depinde ușor de tensiunea inversă aplicată. La o tensiune inversă relativ mare (punctul B pe caracteristică), are loc o defecțiune electrică a joncțiunii p-n, la care curentul invers crește rapid, ceea ce poate duce la defalcare termică și deteriorarea diodei. Pe măsură ce temperatura crește, curentul termic și curentul de generare a purtătorilor de sarcină în joncțiune vor crește, ceea ce va duce la o creștere a curenților directe și invers și la o schimbare a caracteristicilor diodei.

Proprietățile și interschimbabilitatea diodelor sunt evaluate prin parametrii acestora. Parametrii principali includ curenții și tensiunile asociate caracteristicii curent-tensiune Diodele sunt utilizate atât în ​​circuitele de curent alternativ cât și de curent continuu. Prin urmare, pentru a evalua proprietățile diodelor, împreună cu parametrii, se folosesc parametri diferențiali care caracterizează funcționarea acestora pe curent alternativ.

Curent redresat (direct). Ipr este curentul (valoarea medie pe perioadă) care trece prin diodă, ceea ce asigură funcționarea ei fiabilă și pe termen lung. Puterea acestui curent este limitată de încălzire sau de puterea maximă Pmax. Depășirea curentului direct duce la defectarea termică și deteriorarea diodei.

• Căderea de tensiune directă UPr.Av - valoare medie pe o perioadă pe diodă când trece curentul direct admisibil prin ea.
• Tensiune inversă admisă U0br este valoarea medie pe perioada în care este asigurată funcționarea fiabilă și pe termen lung a diodei. Depășirea tensiunii inverse duce la defectarea și defectarea diodelor. Pe măsură ce temperatura crește, valorile tensiunii inverse și curentului direct scad.
• Curent invers Irev - valoare medie pentru perioada de curent invers la un Urev acceptabil. Cu cât este mai mic curentul invers, cu atât mai bine

Sunteți proprietățile de redresare ale diodei. O creștere a temperaturii la fiecare 10 °C duce la o creștere a curentului invers pentru diodele cu germaniu și siliciu de 1,5 - 2 ori sau mai mult.

Constanta maxima, sau puterea medie Pmax disipată de o diodă într-o perioadă, la care dioda poate funcționa mult timp fără a-și modifica parametrii. Această putere este suma produselor curenților și tensiunilor la polarizarea directă și inversă a joncțiunii, adică pentru semiciclurile pozitive și negative ale curentului alternativ. Pentru dispozitivele de mare putere care funcționează cu o bună disipare a căldurii, Pmax = (Tp.max - Tk)/Rpk. Pentru dispozitivele de putere redusă care funcționează fără radiator,

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

Temperatura maximă de joncțiune Gp.max depinde de materialul (band gap) al semiconductorului și de gradul de dopaj al acestuia, adică de rezistivitatea regiunii de joncțiune p-n - baza. Gama Gp.max pentru germaniu este cuprinsă între 80 - 110 °C, iar pentru siliciu 150 - 220 °C.

Rezistenta termica Rp.k dintre tranziție și carcasă este determinată de diferența de temperatură dintre joncțiunea Tpi carcasa Tk și puterea medie Ra eliberată în tranziție și este de 1 - 3 ° C / W: Ra.K = (Ta - TK) / Pa. Rezistența termică Rn c dintre joncțiune și mediu depinde de diferența de temperatură dintre joncțiunea Tp și mediul Tc. Din moment ce practic RPK

Modul limitativ de utilizare a diodei este caracterizat de tensiunea inversă maxim admisibilă URev max, curentul maxim de redresor IPr max și temperatura maximă de joncțiune TPmax.Odată cu creșterea frecvenței tensiunii alternative furnizate diodei, proprietățile de redresare ale acesteia se deteriorează. Prin urmare, pentru a determina proprietățile diodelor redresoare, se specifică de obicei intervalul de frecvență de funcționare Df sau frecvența maximă de redresare fmax.La frecvențe mai mari decât fmax, purtătorii de sarcină minoritari acumulați în timpul semiciclului direct în bază nu au timp să compensați, prin urmare, în timpul semiciclului invers al tensiunii redresate, tranziția rămâne polarizată înainte pentru un timp (adică își pierde proprietățile de redresare). Această proprietate este mai pronunțată cu cât impulsul de curent direct este mai mare sau cu atât frecvența tensiunii alternative furnizate este mai mare.În plus, la frecvențe înalte începe să apară efectul de șuntare al capacităților de barieră și difuzie ale joncțiunii p-n, reducându-i proprietățile de redresare.

Atunci când se calculează modul redresor, se utilizează rezistența statică la curent continuu și rezistența diferențială a diodelor la curent alternativ.

• Diferenţial rezistența la curent alternativ rdiff=dU/dI sau rDiff=ДU/ДI determină modificarea curentului prin diodă atunci când tensiunea se modifică în apropierea punctului de funcționare selectat pe caracteristica diodei. Când tensiunea este pornită direct, rdif Pr = 0,026/ /IPr și curentul Ipr > 10 mA, se ridică la câțiva ohmi.La conectarea tensiunii inverse, rdif pr este mare (de la zeci de kilo-ohmi la câțiva mega- ohmi).
• Static rezistența diodei la curent continuu rprd = Upr/Ipr, rrev d = Urev/Irev V În regiunea curenților directe rFor d>rdiff pr, iar în regiunea curenților inversi r0br d

Capacitatele diodelor au un impact semnificativ asupra performanței lor la frecvențe înalte și în moduri pulsate. Datele de pașaport ale diodelor oferă de obicei capacitatea totală a diodei CD, care, pe lângă capacitatea de barieră și difuzie, include și capacitatea corpului dispozitivului.Această capacitate este măsurată între cablurile de curent extern ale diodei la un anumit invers. tensiunea de polarizare și frecvența curentului

Dioda semiconductoare - Acesta este un dispozitiv semiconductor cu o joncțiune p-n și doi electrozi. Principiul de funcționare al unei diode semiconductoare se bazează pe fenomenul joncțiunii p-n, așa că pentru a studia în continuare orice dispozitive semiconductoare trebuie să știți cum funcționează.

Dioda redresoare (numită și supapă) este un tip de diodă semiconductoare care servește la transformarea curentului alternativ în curent continuu.

Dioda are două terminale (electrozi) anod și catod. Anodul este conectat la stratul p, catodul la stratul n. Când se aplică un plus anodului și un minus anodului (conectarea directă a diodei), dioda trece curent. Dacă se aplică un minus anodului și un plus catodului (conexiunea inversă a diodei), nu va exista curent prin diodă, acest lucru se poate vedea din caracteristicile volt-amperi ale diodei. Prin urmare, atunci când o tensiune alternativă este furnizată la intrarea diodei redresoare, doar o jumătate de undă trece prin aceasta.

Caracteristica curent-tensiune (caracteristica volt-ampere) a diodei.

Caracteristica curent-tensiune a diodei este prezentată în Fig. I. 2. Primul cadran arată ramura directă a caracteristicii, care descrie starea de conductivitate ridicată a diodei cu o tensiune directă aplicată acesteia, care este liniarizată printr-o funcție liniară pe bucăți

u = U 0 +R D i

unde: u este tensiunea de pe supapă la trecerea curentului i; U 0 - tensiune de prag; R d - rezistenta dinamica.

În al treilea cadran există o ramură inversă a caracteristicii curent-tensiune, care descrie starea de conductivitate scăzută atunci când se aplică o tensiune inversă diodei. Într-o stare de conductivitate scăzută, practic nu trece curent prin structura semiconductoare. Cu toate acestea, acest lucru este valabil doar până la o anumită valoare inversă a tensiunii. Cu tensiune inversă, atunci când intensitatea câmpului electric în joncțiunea pn atinge aproximativ 10 s V/cm, acest câmp poate transmite purtătorilor de sarcină mobili - electroni și găuri, apărând constant în întregul volum al structurii semiconductoare ca urmare a generării termice. - energie cinetică suficientă pentru ionizarea atomilor neutri de siliciu. Găurile rezultate și electronii de conducere, la rândul lor, sunt accelerați de câmpul electric al joncțiunii pn și, de asemenea, ionizează atomii neutri de siliciu. În acest caz, are loc o creștere asemănătoare unei avalanșe a curentului invers, adică. e. defectarea avalanşei.

Tensiunea la care are loc o creștere bruscă a curentului invers este numită tensiune de ruptură U 3 .

TEMA 3. DIODE SEMICONDUCTOARE

O diodă semiconductoare este un dispozitiv semiconductor de conversie electrică cu o joncțiune electrică și două terminale, care utilizează proprietățile unei joncțiuni pn.

Diodele semiconductoare sunt clasificate:

1) după destinație: redresor, de înaltă și ultra-frecvență (diode HF și microunde), impuls, diode zener semiconductoare (diode de referință), diode tunel, diode inversă, varicaps etc.;

2) după design și caracteristici tehnologice: plan și punct;

3) după tipul de material sursă: germaniu, siliciu, arseniură-galiu etc.

Figura 3.1 – Proiectarea diodelor punctiforme

O diodă punctuală folosește o placă de germaniu sau siliciu cu conductivitate electrică de tip n (Fig. 3.1), 0,1...0,6 mm grosime și 0,5...1,5 mm2 în suprafață; Un fir ascutit (ac) cu o impuritate depusa pe el vine in contact cu placa. În acest caz, impuritățile difuzează din ac în semiconductorul principal, care creează o zonă cu un tip diferit de conductivitate electrică. Astfel, în apropierea acului se formează o joncțiune pn semisferică miniaturală.

Pentru a face diode cu punct de germaniu, un fir de tungsten acoperit cu indiu este sudat pe o placă de germaniu. Indiul este un acceptor pentru germaniu. Regiunea rezultată a germaniului de tip p este emițător.

Diodele cu punct de siliciu sunt realizate folosind siliciu de tip n și un fir acoperit cu aluminiu, care servește ca acceptor pentru siliciu.

În diodele plane, o joncțiune pn este formată din doi semiconductori cu diferite tipuri de conductivitate electrică, iar aria de joncțiune a diferitelor tipuri de diode variază de la sutimi de milimetru pătrat la câteva zeci de centimetri pătrați (diode de putere).

Diodele planare sunt fabricate prin metode de fuziune (fuziune) sau difuzie (Fig. 3.2).

Figura 3.2 – Proiectarea diodelor plane fabricate prin aliajul (a) și metoda difuziei (b)

O picătură de indiu este topită într-o placă de germaniu de tip n la o temperatură de aproximativ 500°C (Fig. 3.2, a), care, topită cu germaniu, formează un strat de germaniu de tip p. Regiunea cu conductivitate electrică de tip p are o concentrație de impurități mai mare decât placa principală și, prin urmare, este un emițător. Firele de plumb, de obicei din nichel, sunt lipite pe placa principală de germaniu și pe placa cu indiu. Dacă germaniul de tip p este luat ca materie primă, atunci antimoniul este topit în el și apoi se obține o regiune emițătoare de tip n.

Metoda de difuzie de fabricare a unei joncțiuni p-n se bazează pe faptul că atomii de impurități difuzează în semiconductorul principal (Fig. 3.2, b). Pentru a crea un strat p, se folosește difuzia unui element acceptor (bor sau aluminiu pentru siliciu, indiu pentru germaniu) prin suprafața materialului sursă.

3.1 Diode redresoare

O diodă semiconductoare redresoare este o diodă semiconductoare concepută pentru a transforma curentul alternativ în curent continuu.

Diodele redresoare sunt realizate pe baza unei joncțiuni pn și au două regiuni, una dintre ele are rezistență mai mică (conține o concentrație mai mare de impurități) și se numește emițător. Cealaltă zonă, baza, este mai rezistentă (conține o concentrație mai mică de impurități).

Funcționarea diodelor redresoare se bazează pe proprietatea conductivității unidirecționale a joncțiunii p-n, care constă în faptul că aceasta din urmă conduce bine curentul (are rezistență scăzută) atunci când este conectată direct și practic nu conduce curentul (are un curent foarte mare). rezistență) când este conectat în sens invers.

După cum se știe, curentul direct al diodei este creat de cele principale, iar curentul invers este creat de purtători de sarcină non-primari. Concentrația purtătorilor majoritari de sarcină este cu câteva ordine de mărime mai mare decât concentrația purtătorilor nemajoritari, ceea ce determină proprietățile supapei diodei.

Principalii parametri ai diodelor semiconductoare redresoare sunt:

· curent direct al diodei Ipr, care este normalizat la o anumită tensiune directă (de obicei Upr = 1...2V);

· curent direct maxim admisibil Ipr max dioda;

· tensiunea inversă maximă admisă a diodei Urev max, la care dioda poate funcționa în continuare normal timp îndelungat;

· curent invers constant Irev care circulă prin diodă la o tensiune inversă egală cu Urev max;

· curent redresat mediu Ivp.sr, care poate trece mult timp prin diodă la o temperatură acceptabilă de încălzire a acesteia;

· puterea maximă admisibilă Pmax disipată de diodă, la care este asigurată fiabilitatea specificată a diodei.

În funcție de valoarea maximă admisă a curentului mediu redresat, diodele sunt împărțite în putere mică (Ivp.av £ 0,3A), putere medie (0,3A). 10A).

Pentru a menține performanța unei diode cu germaniu, temperatura acesteia nu trebuie să depășească +85°C. Diodele din siliciu pot funcționa la temperaturi de până la +150°C.

Figura 3.3 – Modificarea caracteristicilor volt-amper ale unei diode semiconductoare în funcție de temperatură: a – pentru o diodă cu germaniu; b – pentru o diodă de siliciu

Căderea de tensiune la trecerea curentului continuu pentru diodele cu germaniu este DUpr = 0,3...0,6V, pentru diode cu siliciu - DUpr = 0,8...1,2V. Căderile mari de tensiune atunci când curentul continuu trece prin diode de siliciu, în comparație cu căderile directe de tensiune pe diodele cu germaniu, sunt asociate cu o înălțime mai mare a barierei potențiale a joncțiunilor p-n formate în siliciu.

Odată cu creșterea temperaturii, scăderea tensiunii directe scade, ceea ce este asociat cu o scădere a înălțimii barierei de potențial.

Atunci când o tensiune inversă este aplicată unei diode semiconductoare, în aceasta apare un ușor curent invers, datorită mișcării purtătorilor de sarcină minoritari prin joncțiunea pn.

Pe măsură ce temperatura joncțiunii pn crește, numărul purtătorilor de sarcină minoritari crește datorită tranziției unor electroni din banda de valență la banda de conducere și formării perechilor de purtători de sarcină electron-gaură. Prin urmare, curentul invers al diodei crește.

Când o tensiune inversă de câteva sute de volți este aplicată diodei, câmpul electric extern din stratul de blocare devine atât de puternic încât poate trage electroni din banda de valență în banda de conducție (efectul Zener). În acest caz, curentul invers crește brusc, ceea ce determină încălzirea diodei, o creștere suplimentară a curentului și, în final, defalcarea termică (distrugerea) joncțiunii p-n. Majoritatea diodelor pot funcționa în mod fiabil la tensiuni inverse care nu depășesc (0,7...0,8) Uprob.

Tensiunea inversă admisă a diodelor cu germaniu ajunge la - 100...400V, iar pentru diodele cu siliciu - 1000...1500V.

Într-un număr de instalații puternice de convertizor, cerințele pentru valoarea medie a curentului direct și a tensiunii inverse depășesc valoarea nominală a parametrilor diodelor existente. În aceste cazuri, problema este rezolvată prin conectarea în paralel sau în serie a diodelor.

Conectarea în paralel a diodelor este utilizată atunci când este necesar să se obțină un curent direct mai mare decât curentul limită al unei diode. Dar dacă diodele de același tip sunt pur și simplu conectate în paralel, atunci, din cauza nepotrivirii ramurilor directe ale caracteristicii curent-tensiune, acestea vor fi încărcate diferit și, în unele, curentul direct va fi mai mare decât cel limitator. .

Figura 3.4 – Conectarea în paralel a diodelor redresoare

Pentru a egaliza curenții, se folosesc diode cu o mică diferență în ramurile directe ale caracteristicii curent-tensiune (sunt selectate) sau rezistențele de egalizare cu o rezistență de unități de ohmi sunt conectate în serie cu diodele. Uneori sunt incluse și rezistențe suplimentare (Fig. 3.4, c) cu o rezistență de câteva ori mai mare decât rezistența directă a diodelor, astfel încât curentul din fiecare diodă este determinat în principal de rezistența Rd, adică. Rd>>rpr vd. Valoarea lui Rd este de sute de ohmi.

Conectarea în serie a diodelor este utilizată pentru a crește tensiunea inversă totală admisă. Când este expus la tensiune inversă, același curent invers Irev circulă prin diode conectate în serie. totuși, datorită diferenței dintre ramurile inverse ale caracteristicii curent-tensiune, tensiunea totală va fi distribuită neuniform între diode. O diodă a cărei ramură inversă a caracteristicii curent-tensiune este mai mare va avea o tensiune mai mare aplicată. Poate fi mai mare decât limita, ceea ce va duce la defectarea diodelor.

Figura 3.5 – Conectarea în serie a diodelor redresoare

Pentru a se asigura că tensiunea inversă este distribuită uniform între diode, indiferent de rezistența lor inversă, diodele sunt șuntate cu rezistențe. Rezistențele Rsh ale rezistențelor trebuie să fie aceleași și semnificativ mai mici decât cea mai mică rezistență inversă a diodelor Rsh 3.2 Diode Zener

O diodă zener semiconductoare este o diodă semiconductoare, tensiunea de care în regiunea de defectare electrică depinde slab de curent și care este folosită pentru stabilizarea tensiunii.

Diodele zener semiconductoare folosesc proprietatea unei modificări ușoare a tensiunii inverse la joncțiunea p-n în timpul unei defecțiuni electrice (avalanșă sau tunel). Acest lucru se datorează faptului că o mică creștere a tensiunii la joncțiunea pn în modul de defecțiune electrică determină o generare mai intensă de purtători de sarcină și o creștere semnificativă a curentului invers.

Diodele zener de joasă tensiune sunt fabricate pe bază de material puternic aliat (cu rezistență scăzută). În acest caz, se formează o joncțiune plană îngustă, în care o defecțiune electrică de tunel are loc la tensiuni inverse relativ scăzute (mai puțin de 6V). Diodele zener de înaltă tensiune sunt fabricate pe bază de material ușor aliat (de înaltă rezistență). Prin urmare, principiul lor de funcționare este asociat cu defecțiunea electrică de avalanșă.

Parametrii principali ai diodelor zener:

· tensiune de stabilizare Ust (Ust = 1…1000V);

· curenți de stabilizare minim Ist min și maxim Ist max (Ist min" 1,0...10 mA, Ist max "0,05...2,0A);

· puterea disipată maximă admisă Рmax;

· rezistență diferențială în secțiunea de stabilizare rd = DUst/DIst, (rd" 0,5...200 Ohm);

coeficientul de temperatură al tensiunii în secțiunea de stabilizare:

TKU al unei diode zener arată cu ce procent se va schimba tensiunea de stabilizare atunci când temperatura semiconductorului se schimbă cu 1 °C

(TKU= −0,5…+0,2%/°С).

Figura 3.6 – Caracteristica volt-amperi a diodei Zener și denumirea sa grafică simbolică

Diodele Zener sunt folosite pentru a stabiliza tensiunile surselor de alimentare, precum și pentru a fixa nivelurile de tensiune în diferite circuite.

Stabilizarea tensiunii de joasă tensiune în intervalul 0,3...1V poate fi realizată prin utilizarea ramurii directe a caracteristicii I-V a diodelor de siliciu. O diodă în care ramura directă a caracteristicii curent-tensiune este utilizată pentru a stabiliza tensiunea se numește stabistor. Există, de asemenea, diode Zener cu două fețe (simetrice) care au o caracteristică curent-tensiune simetrică în raport cu originea.

Diodele Zener pot fi conectate în serie, cu tensiunea de stabilizare rezultată egală cu suma tensiunilor diodei Zener:

Ust = Ust1 + Ust2 +...

Conectarea în paralel a diodelor zener este inacceptabilă, deoarece din cauza dispersării caracteristicilor și parametrilor tuturor diodelor Zener conectate în paralel, curentul va apărea numai într-una, care are cea mai mică tensiune de stabilizare Ust, ceea ce va provoca supraîncălzirea diodei Zener.

3.3 Tunel și diode inversă

O diodă tunel este o diodă semiconductoare bazată pe un semiconductor degenerat, în care efectul tunel duce la apariția unei secțiuni de rezistență diferențială negativă pe caracteristica curent-tensiune la tensiune directă.

Dioda tunel este realizată din arseniură de germaniu sau galiu cu o concentrație foarte mare de impurități, adică. cu rezistivitate foarte scăzută. Astfel de semiconductori cu rezistență scăzută se numesc degenerați. Acest lucru face posibilă obținerea unei joncțiuni pn foarte înguste. În astfel de tranziții, apar condiții pentru tunelarea relativ liberă a electronilor printr-o barieră de potențial (efect de tunel). Efectul de tunel duce la apariția unei secțiuni cu rezistență diferențială negativă pe ramura directă a caracteristicii curent-tensiune a diodei. Efectul de tunel este că la o înălțime suficient de mică a barierei de potențial, electronii pot pătrunde prin barieră fără a-și schimba energia.

Parametrii principali ai diodelor tunel:

· curent de vârf Iп – curent direct în punctul maxim al caracteristicii curent-tensiune;

· curent de vale Iв – curent direct în punctul minim al caracteristicii curent-tensiune;

· raportul curenților diodei tunel Iп/Iв;

· tensiune de vârf Uп – tensiune directă corespunzătoare curentului de vârf;

· tensiune de vale Uв – tensiune directă corespunzătoare curentului de vale;

· tensiunea soluției Uрр.

Diodele tunel sunt folosite pentru a genera și amplifica oscilații electromagnetice, precum și în circuite de comutare și impulsuri de mare viteză.

Figura 3.7 – Caracteristica curent-tensiune a unei diode tunel

O diodă inversă este o diodă bazată pe un semiconductor cu o concentrație critică de impurități, în care conductivitatea la tensiune inversă datorită efectului de tunel este semnificativ mai mare decât la tensiunea directă.

Principiul de funcționare al unei diode inverse se bazează pe utilizarea efectului de tunel. Dar la diodele inverse concentrația de impurități este mai mică decât la diodele tunel convenționale. Prin urmare, diferența de potențial de contact pentru diodele inversate este mai mică, iar grosimea joncțiunii pn este mai mare. Acest lucru duce la faptul că, sub influența tensiunii continue, nu se creează un curent continuu de tunel. Curentul direct în diodele inversate este creat prin injectarea purtătorilor de sarcină non-majoritari prin joncțiunea p-n, adică. curentul continuu este difuzia. Când tensiunea este inversată, un curent de tunel semnificativ trece prin joncțiune, creat de mișcarea electronilor prin bariera de potențial din regiunea p în regiunea n. Secțiunea de lucru a caracteristicii curent-tensiune a unei diode inversate este ramura inversă.

Astfel, diodele inversate au efect de redresare, dar direcția lor de trecere (conductivă) corespunde conexiunii inverse, iar direcția de blocare (neconductivă) corespunde conexiunii directe.

Figura 3.8 – Caracteristica volt-amperi a unei diode inversate

Diodele inversate sunt utilizate în dispozitivele cu impulsuri și, de asemenea, ca convertoare de semnal (mixere și detectoare) în dispozitivele de inginerie radio.

3.4 Varicaps

Un varicap este o diodă semiconductoare care utilizează dependența capacității de mărimea tensiunii inverse și este destinată utilizării ca element cu capacitate controlată electric.

Materialul semiconductor pentru fabricarea varicapsului este siliciul.

Parametrii de bază ai varicaps:

· capacitate nominală Sv – capacitatea la o tensiune inversă dată (Sv = 10...500 pF);

Coeficient de suprapunere a capacității; (Ks = 5...20) – raportul capacităților varicap la două valori date ale tensiunilor inverse.

Varicaps sunt utilizate pe scară largă în diverse circuite pentru reglarea automată a frecvenței și în amplificatoare parametrice.

Figura 3.9 – Caracteristica capacitate-tensiune a unui varicap

3.5 Calculul circuitelor electrice cu diode semiconductoare.

În circuitele practice, o anumită sarcină, de exemplu un rezistor, este conectată la circuitul cu diode (Fig. 3.10, a). Curentul continuu circulă atunci când anodul are un potențial pozitiv față de catod.

Modul diodei cu sarcină se numește modul de funcționare. Dacă dioda ar avea rezistență liniară, atunci calcularea curentului într-un astfel de circuit nu ar fi dificilă, deoarece rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistenței diodei la curentul continuu Ro și a rezistenței rezistenței de sarcină Rн. Dar dioda are o rezistență neliniară, iar valoarea sa Ro se modifică pe măsură ce curentul se modifică. Prin urmare, calculul curent se face grafic. Sarcina este următoarea: sunt cunoscute valorile lui E, Rn și caracteristicile diodei; este necesar să se determine curentul în circuitul I și tensiunea pe dioda Ud.

Figura 3.10

Caracteristica diodei ar trebui considerată ca un grafic al unei ecuații care conectează mărimile I și U. Și pentru rezistența Rн, o ecuație similară este legea lui Ohm:

(3.1)

Deci, există două ecuații cu două necunoscute I și U, iar una dintre ecuații este dată grafic. Pentru a rezolva un astfel de sistem de ecuații, trebuie să construiți un grafic al celei de-a doua ecuații și să găsiți coordonatele punctului de intersecție a celor două grafice.

Ecuația pentru rezistența Rн este o ecuație de gradul I în raport cu I și U. Graficul său este o dreaptă numită linie de sarcină. Este construit folosind două puncte pe axele de coordonate. Pentru I= 0, din ecuația (3.1) obținem: E − U= 0 sau U= E, care corespunde punctului A din Fig. 3.10, b. Și dacă U= 0, atunci I= E/Rн. trasăm acest curent pe axa ordonatelor (punctul B). Tragem o linie dreaptă prin punctele A și B, care este linia de sarcină. Coordonatele punctului D dau soluția problemei.

Trebuie remarcat faptul că un calcul grafic al modului de funcționare al diodei poate fi omis dacă Rн >> Ro. În acest caz, este permisă neglijarea rezistenței diodei și determinarea curentului aproximativ: I»E/Rн.

Metoda luată în considerare pentru calcularea tensiunii continue poate fi aplicată la valorile de amplitudine sau instantanee dacă sursa furnizează tensiune alternativă.

Deoarece diodele semiconductoare conduc bine curentul în direcția înainte și slab în direcția inversă, majoritatea diodelor semiconductoare sunt folosite pentru a redresa curentul alternativ.

Cel mai simplu circuit pentru redresarea curentului alternativ este prezentat în Fig. 3.11. Este conectat în serie cu o sursă de emf - e alternativă, o diodă VD și o rezistență de sarcină Rн. Acest circuit se numește semi-undă.

Cel mai simplu redresor funcționează după cum urmează. În timpul unui semiciclu, tensiunea pentru diodă este continuă și trece un curent, creând o cădere de tensiune UR pe rezistorul Rn. În timpul următorului semiciclu, tensiunea este inversată, practic nu există curent și UR = 0. Astfel, un curent pulsatoriu trece prin diodă și rezistența de sarcină sub formă de impulsuri care durează o jumătate de ciclu. Acest curent se numește curent redresat. Acesta creează o tensiune redresată pe rezistorul Rn. Graficele din fig. 3.11, b ilustrează procesele din redresor.

Figura 3.11

Amplitudinea semi-undelor pozitive pe diodă este foarte mică. Acest lucru se explică prin faptul că, atunci când trece curentul continuu, cea mai mare parte a tensiunii sursei scade pe rezistorul de sarcină Rн, a cărui rezistență depășește semnificativ rezistența diodei. În acest caz

Pentru diodele semiconductoare convenționale, tensiunea directă nu este mai mare de 1...2V. De exemplu, lasă sursa să aibă o tensiune efectivă E = 200V și . Dacă Up max = 2V, atunci URmax = 278V.

Cu o jumătate de undă negativă a tensiunii furnizate, practic nu există curent și căderea de tensiune pe rezistorul Rn este zero. Întreaga tensiune sursă este aplicată diodei și este tensiunea inversă pentru aceasta. Astfel, valoarea maximă a tensiunii inverse este egală cu amplitudinea emf sursei.

Cea mai simplă diagramă a utilizării unei diode zener este prezentată în Fig. 3.12, a. Sarcina (consumatorul) este conectată în paralel cu dioda zener. Prin urmare, în modul de stabilizare, când tensiunea de pe dioda zener este aproape constantă, aceeași tensiune va fi pe sarcină. De obicei, Rogr este calculat pentru punctul de mijloc T al caracteristicilor diodei Zener.

Să luăm în considerare cazul în care E = const, iar Rn variază de la Rn min la Rn max..

Valoarea lui Rolim poate fi găsită folosind următoarea formulă:

(3.3)

unde Iav = 0,5(Ist min+Ist max) – curent mediu diodă zener;

Iн = Ust/Rн – curent de sarcină (la Rн = const);

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

și Și .

Figura 3.12

Funcționarea circuitului în acest mod poate fi explicată după cum urmează. Deoarece Rogr este constantă și căderea de tensiune pe el, egală cu (E − Ust), este de asemenea constantă, atunci curentul din Rogr, egal cu (Ist + In.sr), trebuie să fie constant. Dar aceasta din urmă este posibilă numai dacă curentul diodei zener I și curentul de sarcină I se modifică în aceeași măsură, dar în direcții opuse. De exemplu, dacă In crește, atunci curentul I scade cu aceeași cantitate, iar suma lor rămâne neschimbată.

Să luăm în considerare principiul de funcționare al unei diode Zener folosind exemplul unui circuit constând dintr-o sursă conectată în serie de EMF variabilă - e, o diodă Zener VD și un rezistor R (Fig. 3.13, a).

În timpul semiciclului pozitiv, o tensiune inversă este aplicată diodei Zener, iar până la tensiunea de defalcare a diodei Zener, toată tensiunea este aplicată diodei Zener, deoarece curentul din circuit este zero. După defectarea electrică a diodei Zener, tensiunea de pe dioda Zener VD rămâne neschimbată și întreaga tensiune rămasă a sursei EMF va fi aplicată rezistorului R. În timpul semiciclului negativ, dioda Zener este pornită în direcția conductivă. , căderea de tensiune pe ea este de aproximativ 1 V, iar tensiunea rămasă a sursei EMF este aplicată rezistorului R.

O diodă semiconductoare este un dispozitiv semiconductor cu o joncțiune electrică și două terminale, care utilizează una sau alta proprietate a joncțiunii electrice. Joncțiunea electrică poate fi o joncțiune electron-gaură, o joncțiune metal-semiconductor sau o heterojoncțiune.

Regiunea cristalului semiconductor al diodei care are o concentrație mai mare de impurități (și prin urmare purtătorii majoritari de sarcină) se numește emițător, iar cealaltă, cu o concentrație mai mică, se numește bază. Partea diodei la care este conectat polul negativ al sursei de alimentare atunci când este conectată direct este adesea numită catod, iar cealaltă se numește anod.

În funcție de scopul lor, diodele sunt împărțite în:

1. redresoare (putere), concepute pentru a converti tensiunea alternativă de la sursele de alimentare cu frecvență industrială în tensiune continuă;

2. Diode Zener (diode de referință) concepute pentru a stabiliza tensiunile , având pe ramura inversă a caracteristicii curent-tensiune o secțiune cu o dependență slabă a tensiunii de curentul care curge:

3. varicaps destinate utilizării ca capacitate controlată de tensiune electrică;

4. impuls, conceput pentru a funcționa în circuite de impulsuri de mare viteză;

5. tunel și invers, concepute pentru a amplifica, genera și comuta oscilații de înaltă frecvență;

6. frecvență ultra-înaltă, concepută pentru conversie, comutare și generare de oscilații de ultra-înaltă frecvență;

7. LED-uri concepute pentru a converti un semnal electric în energie luminoasă;

8. fotodiode, concepute pentru a converti energia luminoasă într-un semnal electric.

Sistemul și lista de parametri incluși în descrierile tehnice și care caracterizează proprietățile diodelor semiconductoare sunt selectate ținând cont de caracteristicile fizice și tehnologice ale acestora și de domeniul de aplicare. În cele mai multe cazuri, informațiile despre parametrii lor statici, dinamici și limită sunt importante.

Parametrii statici caracterizează comportamentul dispozitivelor la curent continuu, parametrii dinamici își caracterizează proprietățile timp-frecvență, parametrii limită determină zona de funcționare stabilă și fiabilă.

1.5. Caracteristica curent-tensiune a diodei

Caracteristica curent-tensiune (caracteristica volt-ampere) a diodei este similară cu caracteristica curent-tensiune p-n-tranziție și are două ramuri – înainte și înapoi.

Caracteristica curent-tensiune a diodei este prezentată în Figura 5.

Dacă dioda este pornită în direcția înainte ("+" - spre zonă R, și „-” – către zonă n), atunci când este atinsă tensiunea de prag U Apoi dioda se deschide și trece curent continuu prin ea. Când este pornit din nou ("-" în zonă R, și „+” – la zonă n) prin diodă trece un curent invers nesemnificativ, adică dioda este de fapt închisă. Prin urmare, putem considera că dioda trece curentul într-o singură direcție, ceea ce îi permite să fie folosit ca element redresor.

Valorile curenților direct și invers diferă cu mai multe ordine de mărime, iar căderea de tensiune directă nu depășește câțiva volți în comparație cu tensiunea inversă, care poate fi de sute sau mai multe volți. Proprietățile de redresare ale diodelor sunt mai bune, cu cât curentul invers este mai mic la o anumită tensiune inversă și cu atât este mai mică căderea de tensiune la un curent direct dat.

Parametrii caracteristicii curent-tensiune sunt: ​​rezistența dinamică (diferențială) a diodei la curent alternativ și rezistența statică la curent continuu.

Rezistența statică a diodei la curentul continuu în direcțiile înainte și invers este exprimată prin relația:

, (2)

Unde UȘi eu specificați punctele specifice ale caracteristicii curent-tensiune a diodei la care este calculată rezistența.

Rezistența dinamică AC determină modificarea curentului printr-o diodă cu o schimbare a tensiunii în apropierea unui punct de funcționare selectat pe caracteristica diodei:

. (3)

Deoarece o caracteristică tipică I-V a unei diode are secțiuni cu liniaritate crescută (una pe ramura înainte, una pe ramura inversă), r d este calculat ca raportul dintre o creștere mică a tensiunii pe diodă și o creștere mică a curentului prin aceasta într-un mod dat:

. (4)

Pentru a deriva o expresie pentru r d, este mai convenabil să luăm curent ca argument eu, și considerați tensiunea ca o funcție și, luând logaritmul ecuației (1), aduceți-o la forma:

. (5)

. (6)

Rezultă că odată cu creșterea curentului direct r d scade rapid, de când dioda este pornită direct eu>>eu S .

În secțiunea liniară a caracteristicii curent-tensiune când dioda este conectată direct, rezistența statică este întotdeauna mai mare decât rezistența dinamică: R st > r d. La repornirea diodei R Sf r d.

Astfel, rezistența electrică a diodei în direcția înainte este mult mai mică decât în ​​direcția inversă. Prin urmare, dioda are conductivitate unidirecțională și este folosită pentru a redresa curentul alternativ.

O diodă este un dispozitiv semiconductor cu o joncțiune pn, care are două ieșiri (catod și anod), este concepută pentru a stabiliza, rectifica, modula, detecta, converti și limita semnalele electrice curent invers.

În scopul lor funcțional, diodele sunt împărțite în impulsuri, redresoare, universale, diode zener, diode cu microunde, diode tunel, varicaps, diode comutatoare etc.

În teorie, știm că o diodă permite curentului să circule într-o singură direcție. Cu toate acestea, nu mulți oameni știu sau înțeleg exact cum face acest lucru. Schematic, o diodă poate fi imaginată ca un cristal format din 2 regiuni (conductori). Una dintre aceste regiuni ale cristalului are conductivitate de tip n, iar cealaltă are conductivitate de tip p.

În figură există găuri care predomină în regiunea de tip n, care sunt reprezentați în cercuri albastre, iar electronii care predomină în regiunea de tip p sunt prezentați cu roșu. Aceste două zone sunt electrozii diodei, catodul și anodul:

Catodul este electrodul negativ al diodei, principalii purtători de sarcină sunt electronii.

Anodul este electrodul pozitiv al diodei, principalii purtători de sarcină sunt găuri.

Pe suprafețele exterioare ale zonelor se aplică straturi metalice de contact, la care sunt lipite firele electrozilor diode. Un astfel de dispozitiv se poate afla doar în una dintre cele două stări:

1. Închis - acesta este momentul în care conduce slab curentul;

2. Deschis este atunci când conduce bine curentul.

Dioda va fi în stare închisă dacă se aplică polaritatea sursei de tensiune constantă.

În acest caz, electronii din regiunea de tip n vor începe să se deplaseze către polul pozitiv al sursei de energie, îndepărtându-se de joncțiunea p-n, iar găurile din regiunea de tip p se vor îndepărta, de asemenea, de joncțiunea p-n, îndreptându-se spre polul negativ. În final, granița regiunilor se va extinde, ceea ce creează o zonă unită de electroni și găuri, care va oferi o rezistență enormă la curent.

Cu toate acestea, există purtători de sarcină minoritari în fiecare regiune a diodei și va avea loc în continuare un mic schimb de electroni și găuri între regiuni. Prin urmare, prin diodă va curge de multe ori mai puțin curent decât curentul continuu, iar acest curent este numit curent invers de diodă. În practică, de regulă, curentul invers al joncțiunii p-n este neglijat și, prin urmare, se dovedește că joncțiunea p-n are doar conductivitate unidirecțională.