Ispravne diode. Siliconon dioda

Ako se ulazni napon promeni na ΔU nonst, struja kroz zener diode će primiti inkrement ΔI struje, i

izlazni napon. Od tada zamenjujući, dobijamo:

ili sledi da je manji diferencijalni otpor zener diode, to je manje promena u izlaznom naponu uzrokovanu promjenom ulaznog napona.

Takav regulator napona se zove parametrički.

Zener diode parametri

1.-nominalni napon stabilizacije - pad napona na zener diode za datu trenutnu vrednost. Kao što je u domaćim i stranim Zener ovu vrijednost leži u rasponu od 2 do 300 V. zener napon (od 2 do 5 V) se proizvode na osnovu jako dopirani silikona i drži ih u tunelu slom. U zener diode sa Ustn.nom od 5 to 7 V istovremeno ima tunel i lavinski slom, na U st.nom iznad 10 V, glavnu ulogu igra lavina sloma.

2., odnosno, minimalna i maksimalna struja struje. Minimalna stabilizaciona struja ograničena je uslovom postojanja stabilnog kvara i ima red od nekoliko desetina milliampera. Maksimalna struja stabilizacije ograničena je dozvoljenim pregrevanjem

tranzicija tj. maksimalna disipacija snage . U modernim zener diode I st.mah leži u rasponu od jedne milliampere do jedne ampere, a P max od stotina milliwatts do jedinica vati.

3. -Differentni otpor na radnoj grani I-V karakteristike od desetina ohmova za snažne niskonaponske stabilizone, do stotine oma za visokonaponske. Ovaj parametar se uglavnom određuje otpornošću debljine poluprovodnika izvan pn spja. Kod najrasprostranjenijih niskonaponskih stabilizatora niske snage, ova vrijednost leži u opsegu od 10-50 oma.

4. -temperaturni faktor naprezanja. Njegova dimenzija je% / C o.

Veličina i znak TCH zavise od prirode raspada. Efekat tunela karakteriše negativan TCR, a efekat plamena je pozitivan. Najmanji TCHs imaju zener diode sa nominalno stabilizacijskim naponom od oko 5.6V. Kako bi smanjili TKN zener brojač lavina - u seriji si jiu uključuju jedan ili dva konvencionalne dioda koje su pristrane u smjeru naprijed, dok je sama cener dioda se pomiče unazad. Na taj način povećava se napon na zener diode kompenzuje se kako se temperatura povećava, smanjivanjem napona preko prednaponske prednje diode.

Primjer takvih zener dioda, koji se nazivaju termokompenzovanim, je domaća Zener dioda D818 koja ima dvije kompenzujuć pn sporzy u seriji sa zener diode.

Varicaps

Varicaps, varikanci or parametarske diode se nazivaju poluprovodničke diode, koje se koriste kao varijabilna kapaciteta, kontrolisane naponom. Ovdje se tranziciona svojstva koristi za promjenu svoje kapacitete pregrada kada se promenjeni obrnuti napon. Od tada se ne koristi kapacitet difuzije za ove svrhe. manji je diferencijalni otpor spoja pomaknut u pravcu kretanja.

Varicaps su namenjeni za rad u parametričkim pojačavačima, pretvaračima direktnog napona na varijabilno visoku frekvenciju, mjernim pojačavačima, kao elementu za podešavanje visokofrekventnih krugova.

Cifre pokazuju zavisnost kapaciteta varikapa D902 na naponu na njemu, primjeru njegove upotrebe i ekvivalentnog kola.

Kondenzator CP služi da se osigura da se DC napon koji se primjenjuje na varikap kroz otpor R 1 nije zatvoren kroz induktor oscilacionog kruga L 1 C 1.

Parametri varikapsa

1.-varijabilnost varikapa je odnos reaktivne snage , uskladištene po kapacitetu pregrade, do snage

gubitak , gdje je φ ugao između napona i struje.

Na niskim frekvencijama možemo zanemariti R bQ nh = 2 · π · f · R d · C bar , ali na visokom R d, ondaQ nh = (2 · π · f · R b · C bar) -1.Iz ovoga je jasno da je za povećanje faktora kvaliteta neophodno smanjiti otpor baze.

2.-nominalni kapacitet za datu: obrnuti napon, frekvenciju i temperaturu.

3. - koeficijent preklapanja kapaciteta.

4. -temperaturni koeficijent kapaciteta.

5.-Dozvoljeni povratni napon.

6. je maksimalna obrnuta struja.

7.-opseg radne temperature.

Pulse diode

To su diode koji su dizajnirani da rade u impulsnim krugovima: ograničenja za širokopojasne uređaje, elemente digitalnih računara, ključne uređaje, kratke pulse formore itd. U takvim krugovima, naponi i struje mogu se neprekidno mijenjati. U ovom slučaju moramo uzeti u obzir inerciju procesa akumulacije i resorpcije punjenja na granicama pn spojnice.

Razmotrimo dva najčešća nažalost u praksi.

1. Prolaz pravougaonog impulsa napredne struje kroz diode.

2. Prebacivanje diode sa otvorenog na zatvoreni (prelazak sa prednjeg napona na obrnuto).

Pod pretpostavkom da E u u e p3e U d imamo I pr.i = E / R. U području baze pored spjnice, koncentracija rupe se utvrđuje brže od dubine osnove. Stoga otpor baza u dubini je u početku velika, a s obzirom da se koncentracija rupe povećava, otpor baze se smanjuje. Zbog toga je napon na pn spju postavljen brže nego na bazi. Prema Fig. Pn, tran imaic kapacitivan odgovor, a osnovni region je induktivan. Razlika između U b (t on) i U b (∞) će biti veća što je veća vrijednost naprijed struje.Prema tome, oblik napona preko diode U (t) = U p - n (t) + U b (t) zavisiće od vrijednosti I pr.i. Kod velikih struja, procesi u diodnoj bazi su odlučujući i reakcija na trenutni pad je induktivna po prirodi (vidi Ref. 1). Pri niskim strujama, kada je u 6 (t) <

Proces postavljanja napona na diodu karakteriše dva parametra:

1.R i .max = U pr.i.max / I pr i direktna impulsna otpornost diode. 2. t pr.ost - vreme za utvrđivanje direktnog otpora diode - vremenski interval od početka uključivanja impulsa naprijed do momenta kada napon dioda dostigne vrijednost 1,1 · U pr.

Kada se isključi izvor jednosmerne struje javlja se proces resorpcije nosivača nepravilnog punjenja akumuliranih u bazi U trenutku trenutnog isključenja, na diodi U b (t off) se javlja naponski skok, uzrokovan promjenom padova napona u bazi dioda. Tokom vremena dok ne postane nejednakomerna koncentracija napunjenosti na granici tranzicije, može se smatrati kao napunjena kapacitivnost ili generator post-injektiranja. Ako je R n = ∞, onda je propao post-injekcioni emf. dođe kao rezultat samo rekombinacije. U suprotnom, to je takođe zahvaljujući protoku struje kroz Rn, a na početku, dok je višak koncentracije visok, stop raspadanja je određena visokom stopom rekombinacije, a ne otpornošću Rn. On slici je prikazan oblik napona preko diode kada impulsa direktne struje prolazi kroz njega.

Prebacivanje dioda sa direktnog napona na obrnuto.

Resistor R1 i izvor E1 određuju vrijednost naprijed struje kroz diodu, a R1 i E2 veličina obrnute struje.

Resistor R2 služi kao senzor struje, tj. njegov otpor je izabran tako mali da se pad napa na njemu može zanemariti u poređenju sa bilo kojim drugim padom napona u krugu. U trenutku prebacivanja struja preko diode obrće njen smjer, rupe na granici tranzicije počinju da se izvlače polje prelaska u p-region i obratnu struju, zbog prekomerne koncentracije

rupice u bazi dioda, mogu skočiti na veliku vrijednost. S obzirom da nema više injekcije, ovaj višak napunjenosti u bazi će se smanjiti i kao rezultat protoka reverzne struje i kao rezultat rekombinacije. U vremenskom intervalu t 1; traje do granice, prekomerna koncentracija dostiže ravnotežu. Za ravni impulzne diode ako je u ako.

Druga faza (vremenski interval t 2) je usled rekombinacije viška naboja u dubini baze, čija koncentracija teži ka ravnotežnom. Tokom ove faze, obratna struja monotonično smanjuje vrijednost normalne obrnute struje diode I 0.

U planarnim diodama. Parametri koji karakterišu impulsne diode su svi parametri visokofrekventnih dioda, gore navedeni parametri su R i.

Dioa sa akumulacijom punjenja

Ovo je vrsta impulsnih dioda, specijalno dizajnirana da formiraju kratke impulse. Neujednačena raspodela nečistoća u bazi dioda stvara ubrzavajuće, ili


Kočiono polje, koje olakšava redistribuciju ubrizganog naboja u osnovnu regiju.

Ubrzano polje, kako je bilo, povlači rupe iz granice tranzicije, smanjivši graničnu koncentraciju, a kočiono polje pritisne rupe do tranzicije, povećavajući njihovu graničnu koncentraciju. S Obzirom da je trajanje prve faze formiranja obrnuto trenutnog

Tunelska dioda

Povećanje koncentracije nečistoća u oba poluprovodnika može dovesti do tunelskog efekta čak iu ravnotežnom stanju pn spoja. Nivo Fermi u ovom slučaju leži u dozvoljenim zonama na rastojanju ≈3φ T od njihovih granica. Za razliku od valentnog opsega p-regiona, loci su nivoi provodne trake n-regije. Ovakva fuzija zona se javlja u određenoj kritičnoj koncentraciji nečistoća. Na primer, za germanijum ova vrijednost je 2 · 10 25 m -3, a za silicijum 6 · 10 25 m -3, jer širina zabranjene zone je veća.


Sa nultim smicom tranzicije U malim pomacima, iu napred i u suprotnom pravcu kroz tranziciju, odvija se tunelska struja elektrona, čija vrijednost zavisi od primijenogen napona. Struja povratnog tunela može dostići vrlo visoke vrijednosti.

Povećanjem naprijed pristranost istosmjerne struje raste zbog povećanja direktnih napona, tadašnji rast je usporen zbog smanjene površine preklapanja valentne benda i provođenje bend susjednih poluvodiča. Maksimalno od karakteristika struje napona, povećanje napredne struje usled povećanja napona naprijed kompenzuje se njegovim smanjenjem zbog sužavanja preklapajućeg područja valence trake i provodne trake. Napominjemo da, pored tunelske struje, u slučaju napredne predispozicije difuziona struja prolazi kroz spéj, ali je njen udeo u direktnoj struji diode pri malim pomjeranjima i dalje mali. Dalji porast direktne predrasude dovodi do smanjenja

direktna struja sužavanje preklapajućeg područja valentnog opsega i traka provodljivosti počinje da utiče na trenutnu veličinu u većoj mjeri od povećanja napona naprijed.

Struja tunela, uz dalje povećanje napona napona, teži na nulu, a struja difuzije počinje da se povećava. To je razlog za minimalu struju na karakteristici struje napona, koja se, s obzirom da se direktni napon dalje povećava, prelazi u karakteristiku struje obične za običnu diodu. Uređaji koji imaju I-V karakteristike poput I-V karakteristike tunelske diode nazivani su uređaji sa karakteristikama strujnog napona N oblika.

Dioa Je elektroprovodljiv poluprovodnički uređaj (PP) sa jednim električnim prelazom i dva terminala (slika 3.1).

Fig. 3.1. Poluprovodnički diodni uređaj

Baza B i emiter E pomoću osnovnih BE i emiterova Ee elektroda koja obezbeđuju ohmske kontakte sa n i p područjima povezana su sa metalnim priključcima B

Princip rada većine dyoda

Postoje diode:

zavisno od svrhe :

  • ispravljanje;
  • zener diode;
  • varikaps;
  • tuneliranje;
  • impuls i drugi;

na korišćene sirovine :

  • germanijum;
  • silicijum;
  • od galijum arsenida;

na tehnologiji proizvodnje :

  • legura;
  • difuzija;
  • planar;

po frekvencijskom opsegu :

  • niske frekvencije;
  • visoke frekvencije;
  • Mikrotalasne diode (superhigh-frequency diode);

prema vrsti pn spojnice :

  • planar;
  • tačka

Planar Poziva se pn-spoj, čije linearne dimenzije, koje određuju njegovu oblast, mnogo su veće od debljine. Točkovni prelazi su tranzicije čije su dimenzije koje određuju njihovu oblast

Planarne diode male i srednje snage se obično izvode sa legendom pn spjnice. Sveobuhvatni pn spoj u germanijumskim diodama (slika 3.2) se dobija spajanjem prihvatnog elementa (indijuma) nečistoća u germanijumski kristal n-tipa. U ovom slučaju, rastopljeni indijum delimično difundira u germanijum, dajući susednom regionu germanijumskog kristala provod rupa. Region sa p-tipom provodljivosti ima vrlo nisku otpornost i predstavlja emiter u odnosu na poluprovodnički kristal n-tipa sa visokom otpornošću - osnova diode. Raspored plosnate diode germany prikazan je na Sl. 3.2. Silikonske planarne diode se dobijaju fuzijom aluminijuma u silikonski kristal. Silikonske i germanijumske diode izrađene su u metalnom zavarenom kućištu sa staklenim izolatorima i fleksibilnim terminalima.

U visokonaponskim planarnim diodama, p-n spoj najčešće se vrši difuzijom nečistoće od atoma iz gasovite faze u poluprovodnički kristal. Sa metodom difuzije obezbeđena je bolja reproduktivnost parametara dioda. Moćne diode se često izvode radijatorima za hlađenje.


Fig. 3.2. Device dioda: a - planarna; b - tačka

Utačka diode (Slika 3.2, b), rektifikuje se p-n spoj između metalnog vrha kontaktne opruge (prečnik 10 ... 20 m), a poluprovodnički kristal je obično n-tip. Tranzicija se kreira prenošenjem kratkih i moćnih impulsa direktne struje kroz diode. U ovom slučaju, vrh kontaktne opruge spojen je sa kristalom, a blizu mesta fuzije, zbog difuzije staljenog metala konice u kristal, dobija se oblast poluprovodnika p-tipa. Točkovne diode usled male površine p-n-spoja izdaju se u male struje.

Fig. 3.3. Karakteristike struje napona 1-n-p spoja, 2-diode

Teoretska karakteristika volt-ampera n-p spoja i poluprovodničke diode (slika 3.3) malo se razlikuju. The region direktnih struja to se objašnjava činjenicom da dio spoljnog Njegova vrijednost može ležati u rasponu od jedne do nekoliko desetina oma. Pad napona preko otpornosti r b postaje značajan kod struja preko jedne miliampere. Pored toga, deo napona pada na otpor terminala. Kao rezultat, napon direktno na n-p spoj će biti manji od napona koji se primjenjuje na vanjske priključke diode. Prava karakteristika ide ispod teoretskog i postaje skoro linearna. Aktuelna naponska karakteristika u regionu direktnih napona opisana je izrazom:

Stoga je napon koji se primjenjuje na diodu jednak:

U eb = I r b + U pn.

Treba napomenuti da otpor baze (rb) zavisi od magnitude jednosmerne struje diode, tako da je karakteristika struje napona nelinearna funkcija u području visokih struja.

Kada je obrnuti napon povećan, struja dioda ne ostaje konstantna i jedna pesji i 0. I jedan od razloga za povećanje struje termi tik ko gener gener gener gener is gener gener gener gener gener gener đ đ đ đ gener gener gener gener tran tran,,,,, n đ đ đ đ đ đ đ đ đ đ đ đ đ Poziva se komponenta reverzne struje kroz tranziciju, ovisno o broju nosača nastalih u tranzicijitrenutna toplotna proizvodnja (I m). Sa povećanjem obrnutog napona, tranzicija se širi, broj nosilaca koji se generišice u njemu povećava, a trenutna I r takođe se povećava.

Još jedan razlog za povećanje obrnute struje je konačna vrednost provodljivosti površine kristala iz kojeg se pravi dioda. Ova struja se zovestruja curenja (I y). U savremenim diodama, uvek je manje od termokotenta. Dakle, obrnuta struja u diodi, koja je označena I obr, definisana je kao zbir struja:

I obp = I 0 + I n + I y.

Svaka vrsta dioda karakterišu parametri - vrednosti koje određuju osnovne osobine uređaja, a takođe imaju i različite karakteristike struje. Razlikuju parametre koji karakterišu bilo koju poluprovodničku diodu, a poseban, inherentan samo pojedinačnim diodama.

Poluprovodničke diode imaju sledećeosnovni parametri :

  • konstantna obrnuta struja diode (I obr) - vrednost jednosmerne struje koja prolazi kroz diodu u suprotnom pravcu pri datom reverznom naponu;
  • konstantni obrnuti diodni napon (U ob) - vrednost DC napona koji se primjenjuje na diode u suprotnom smjeru;
  • konstantna direktna strujna dioda (I pr) - vrijednost jednosmerne struje koja teče kroz diode u pravcu naprijed;
  • konstanta direktnog napona (U pr) - vrednost direktnog napona na diodi za zadatu konstantnu direktnu struju;

Ograničavajući način rada dioda karakteriše:maksimalno dozvoljeni parametri - parametri koji pružaju zadatu pouzdanost i čije vrijednosti ne smeju biti prekoračene pod bilo kojim uslovima rada:

  • maksimalno dozvoljeno disipiranje snage (P max);
  • maksimalno dozvoljena konstantna napona (I pr max), čija vrijednost je ograničena zagrevanjem pn spoja;
  • maksimalno dozvoljeni konstantni obrnuti napon (U mx max);
  • diferencijalna otpornost (r diff);
  • minimalne (T min) i maksimalne (T max) temperature za rad diode.

Dozvoljena disipirana snaga (P mah) određuje se termičkom otpornošću diode (R m), dozvoljenoj temperaturi prelaska (T n mah) i temperaturi okoline (T o) u skladu sa odnosom:

Maksimalno dozvoljena naprijed struja može se odrediti iz navedene maksimalno dozvoljene snage:

Inverzni maksimalno dozvoljeni napon (U od maksimuma) za različite tipove dioda može preuzeti vrednosti od nekoliko jedinica do desetine hiljada volti. Ograničen je napon razgradnje:

U ob max? 0,8 Uzoraka.

Diferencijalni otpor (r diff) je jednak odnosu inkrementa napona na diodi na mali prirast struje preko diode koja je uzrokovala:

Resistance r diff zavisi od načina rada diode.

Minimalna temperatura okoline (T min) na kojoj se mogu koristiti poluprovodničke diode je obično -60 ° C. Na niimim temperaturama

Za germanijumske diode, maksimalna temperatura je T max = +70 ° C. Za kristale kremena mo ee e e e da os os os os ti ti ti ti ti ti ti ti ti ti ti ti da da da da da da da da da da da da da Na Na Na Na Na Na Na p p p p p p p p p:::

Oznaka dioda sastoji se od šest simbola:

  • prvi simbol (slovo ili broj) označava diodni materijal (broj označava diode koje mogu da izdrže višu temperaturu):

G ili 1 - germanijum;
K ili 2 - silicijum;
A ili 3 - galijum jedinjenja;

  • drugi znak (slovo) označava podklase instrumenata:
  • treći simbol (broj) označava klasifikacijski broj pomoću koga se razlikuju diode unutar ovog tipa (na primer: 1 - niska snaga, 2 - srednja snaga, 3 - velika snaga, 4 - univerzalna itd.).
  • četvrti i peti simbol (brojevi) ukazuju na razvojni serijski broj (od 1 to 99).
  • Šesti znak (slovo) ukazuje na razliku u parametrima koji nisu klasifikovani.

Za poluprovodničke diode sa malim dimenzijama tijela se koristi oznaka boje u vidu oznaka na telu uređaja.

Dioa - dvogelektrični poluprovodnički uređaj sa jednim p-n-spojom, koji ima jednostranu strujnu struju. Postoji mnogo različitih vrsta dioda - ispravljači, puls, tunel, okrenut, mikrovalna diode and LED i drugi.

Rad ispravljačke diode se objašnjava osobinama električne pn spjnice.

U blizini granice dva poluprovodnika formiran je sloj koji je bez mobilnih nosača punjenja (zbog rekombinacije) i imaok visoku električnu otpornost, tzv. Barijerski sloj. Ovaj sloj definiše potencijalnu razliku kontakta (potencijalna barijera).

Ako je pn-tranzicije priključite vanjski stres se naziva direktno).

Povezivanjem spoljašnjeg napona različitog polariteta, sloj pregrada će se povećati i otpornost pn sporja ot se se povećati, a struja koja je uslijed pokreta manjinskih nosača punjenja bit janemarjjjjajjjjajjjjjjjjajjjjjjjajjjjajjjjajjjajjjajjjjajajjjajajjjjajjjajj ajja č ččččččččččččččč

Direktnu struju diode stvara glavna struja, a obratna struja od strane manjinskih nosioca naplate. Pozitivna (direktna) strujna dioda prolazi u pravcu od anode do katode.

Na sl. 1 prikazuje konvencionalnu grafičku oznaku (UGO) i karakteristike ispravljačkih dioda (njihove idealne i stvarne karakteristike volt-ampera). Vidljivi prekid strujne karakteristike diode (CVC) poreklu je povezan sa različitim skalama struja i napona u prvom i trećem kvadrantu grafikona. Dva izlaza diode: ana katodi u ango nisu naznačeni i oni slici su prikazani za objašnjenje.

Karakteristika naponske struje realne diode ukazuje na oblast električnog raspada, kada se struja naglo povećava sa malim povećanjem obrnutog napona.

Električni raspad je reverzibilan fenomen. Kada se vraća na radno područje, dioda ne gubi svojstva. Ako obrnuta struja prelazi određenu vrijednost, električni raspad će proći u nepovratnu terminu uz neuspjeh uređaja.

Fig. 1. Semiconductor rectifier diode: a - konvencionalna grafička slika, b - idealna karakteristika volt-ampere, - realna karakteristika strujnog napona

Industrija uglavnom proizvodi germanijumske (Ge) i silicijumske (Si) diode.

Silicon diode

imaju male reverzne struje, veću radnu temperaturu (150-200 ° C nasuprot 80-100 ° C), izdržavaju velike reverzne napone i strujne gustine (60-80 A / cm2 and odnosu na 20-40 A / cm2). Pored toga, silicijum je široko rasprostranjeni element (za razliku from germanijumskih dioda, koji se odnosi na retke zemaljske elemente).

Fig. 4. SCD i struktura Schottky diode: 1 - početni silikonski kristal sa niskom otpornošću, 2 - epitaksijalni sloj visokog otpornog silicijuma, 3 - područje punjenja prostora, 4 - metalni kontakt

Na površini epitaksijalnog sloja obezbeđena je metalna elektroda, koja pruža rektifikaciju, ali ne ubrizgava ne-primarne nosače u baznu oblast (najčešće zlato). Zbog toga u ovim diodama ne postoje takvi spori procesi kaosto su akumulacija i resorpcija manjinskih noosa ua bazi. Stoga, inercija Schottky dioda nije visoka. Određuje se vrednost kapaciteta pregrada ispravljačkog kontakta (1-20 pF).

Osim toga, Schottkyove diode su mnogo manje izdržljive od ispravljačkih diodova, pošto metalni sloj ima mali otpor u poređenju sa bilo kojim čak i visoko dopojenim poluprovodnikom. To omogućava da se Schottky diode koriste za ispravljanje značajnih struja (na desetine ampera). Uobičajeno se koriste u impulsnim sekundarnim napojima za ispravljanje visokofrekventnih napona (do nekoliko MHz).

Potapov L.A.

Page 1


Silicon diode D202, D205 su za pročišćavanje naizmenično trenutne frekvencije do 50 kHz i može raditi na temperaturi od - 60 125 C. Pri temperaturi okoline 125 C i kućištu / max je 400 ma, bez šasije od 200 ma.


Silikonske diode izdržavaju velike reverzne napone od germanijuma.


Silikonske diode se mogu koristiti ne samo za ispravljanje, već i za stabilizaciju DC napona. U ovom slučaju nazivaju se silikonske zener diode. IX-10, tačka A) Nakon pauze, karakteristika ide skoro paralelno sa osom struje, slično karakteristici zener diode zenera.

Silicon diode u usporedbi s germanij omogućiti rad po znatno višim temperaturama i višim obrnuto dmeyut soproti-fenomen, ali germanij dioda otpor naprijed je manje, pored toga, oni su jeftiniji od silikona.

Silikonske diode imaju mnogo puta manje obrnute struje istog napona from germanijih. Ovo je zbog činjenice da na temperaturama iznad 85 ° C intrinsična provodljivost germanija naglo povećava, što dovodi do neprihvatljivog povećanja obrnute struje.

Silicijumske diode se češće koriste germanijum, posebno kada je reverzna struja neprihvatljiva. Pored toga, ostanu operativni na temperaturama do 125 - 150 ° C, dok germanijum može raditi samo na temperaturama do 70 ° C.

Silikonske diode, čak i kada su napunjene u pravcu struje koja prolazi kroz njih, imaju relativno visoku otpornost na ohm ako suprotni napon ne prelazi otprilike 0 7 V.

TOPIC 3. DIODE SEMICONDUCTOR

Poluprovodnička dioda je poluprovodnički uređaj sa jednim električnim prelazom i dva terminala, u kojima se koriste svojstva pn spoja.

Poluprovodničke diode su klasifikovane:

1) namijenjen: DC pretvarača, visoke frekvencije i mikrovalnu (RF i mikrovalna diode), pulsirao je Zener dioda (referentna dioda), tunel, okrenut, varicaps, itd.

2) za strukturne i tehnološke karakteristike: ravni i tački;

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

Slika 3.1 - Uređaj točkovnih dioda

U isprekidana dioda koristi germani ili silicija ploča tipa n- provodljivost (fig.3.1), debljine 0.1 ... 0.6 mm i površinu od 0.5 ... 1.5 mm 2; sa pločom u kontaktu sa ožiljenom žicom (igla) sa nečistoćom koja je naneta na njega. U ovom slučaju iglu u glavni poluvodiča difuzni nečistoće koje stvaraju područja s različitim vrstama provodljivosti. Prema tome, u blizini igle formira se minijaturni pn-spoj hemisferičkog oblika.

Za proizvodnju tačke germanija da germanij diode ploča zavarene volfram žica obložena indijum. Indijum je akceptor za germanijum. Dobijeni region germania p-tipa je emiter.

I zra izradu silicij koristi silicij diode point tip i žica obložena aluminija, koji služi kao akceptor u silikona.

Planarna diode p-n-spoju formira dva poluvodiča sa različitim tipovima provodljivost, pri čemu se na površini od prelaska iz bilo kojeg tipa diode

Planarne diode se proizvode metodama fuzije (difuzije) (slika 3.2).

Slika 3.2 - Uređaj junction diode je da legura

N-tipa germany ploča kaljenog samo na temperaturi od oko 500 ° C što je pad od indijum (Sl.3.2, a), koji se legirani sa germanij, germanij formira sloj p-tipa. Regije sa p-tipa vodljivosti imaju veću koncentraciju nečistoća nego glavni ploča, a tako je i emiter. Na glavnu ploču germany i na indijumske leteće žice, obično iz nikla. Ako se uzme izvorni materijal za p-tipa germanij, onda je ojačan samo antimona, a onda se ispostavi n-tip emiter regiji.

Difuse proizvodnih p-n-metoda tranzicije zasniva se na činjenici da je nečistoća atomi difuzno u poluvodiča jezgra (Sl. 3.2b). Za kreiranje p difuzije sloj pomoću elementa akceptor (bora ili silicij na aluminijum, indijum, germanij) kroz površinu od početne materijala.

3.1 Ispravne diode

Poluprovodnička dioda ispravljača je poluprovodnička dioda dizajnirana da konvertuju naizmeničnu struju u konstantnu.

Ispravljač diode se izvode na osnovu p-n-spoju i imaju dvije regije, od kojih je jedna niske impedancije (sadrži veću koncentraciju nečistoća), pod nazivom emiter. Druga oblast, osnova je više otporna (sadrži nižu koncentraciju nečistoća).

Rad ispravljača diode je jednostrano provođenja imovine p-n-junction, koja se sastoji u tome što potonji je dobar dirigent struje (mali otpor) u direktnom uključivanju i praktično ne provode struju (vrlo visoka otpornost) u obrnutom uključen.

Kao što je poznato, naprijed struja dioda generira ključ, i obrnuto - ne većina nosača. Koncentracija nosilaca većina zadužen za nekoliko redova ne prelazi koncentraciju većine nosača, i to ventil određuju svojstva dioda.

Glavni parametri ispravljačkih poluprovodničkih dioda su:

· Diode naprijed struja Ilim, što je normalizirana na određenoj naprijed napon (tipično UBR = 1 ... 2B);

· Maksimalno dozvoljena struja napona Ip diode;

· Maksimalna obrnuto napon diode Uobr max na kojoj je dioda i dalje može raditi normalno dugo vremena;

· Stalni Iobr preokrenuti struja koja teče kroz diodu kada obrnutom napon jednak Uobr max;

· Ivp.sr prosjeku ispravljena struja koja može proći kroz dugi dioda na popustljiv temperaturi od svojih grijanje;

· Pmah maksimalno dozvoljena rasipanja snage dioda, koja pruža definiran dioda pouzdanost.

Maksimalna dozvoljena vrijednost sekundarnog ispravljena struja diode su podijeljeni u male snage (0.3A Ivp.sr £), srednje snage (0.3A 10A).

Radi održavanja radnog kapaciteta germanijumske diode, njegova temperatura ne bi trebalo da prelazi + 85 ° C. Silikonske diode mogu raditi na temperaturama do + 150 ° C.

Slika 3.3 - Promjena struja - napon karakteristika poluvodičke diode temperature: A - za germanij diode; b za silikonsku diodu

Pad napona donošenjem direktna struja na germanija dioda DUpr = 0.3 ... 0.6 V, na silicij diode - DUpr = 0.8 ... 1.2 V. Veliki pad napona prilikom prolaska istosmjerne struje kroz silicij diode u odnosu na direktan pad napona preko germany diode povezane sa većim visina potencijalne barijere-n-p raskrsnica formirana u silikona.

Sa rastućom temperaturom, pad direktnog napona se smanjuje, što je posledica smanjenja visine potencijalne barijere.

Kada se na poluprovodničku diodu nz inverzni napon, u njemu se pojavljuje beznačajna obrnuta struja, usled kretanja nosača koji nisu glavnog punjača kroz pn spoj.

Sa porastom temperature pnc-tranzicija broj raste većina nosač zbog tranzicije elektrona iz valentne bend sprovođenje benda i formiranje parova naboja elektrona-rupu. Zbog toga se povećava obrnuta struja diode.

U slučaju prijave na dioda obrnuto napon je nekoliko stotina volti vanjskog električnog polja u barijeru sloj postaje toliko jaka da je u stanju izvući elektrona iz valentne bend sprovođenje bend Obrnuta struja u ovom slučaju naglo se povećava, što uzrokuje zagrijavanje diode, dalji rast struje i, na kraju, toplotni slom (pucanje) pn spojnice. Većina dioda može pouzdano raditi sa obrnutim naponima koji ne prelaze (0.7 ... 0.8) Uprobl.

Dozvoljeni obrnuti napon germanijumskih dioda dostiže - 100 ... 400V i silikonske diode - 1000 ... 1500V.

U velikom broju snažnih jedinica za konverziju, zahtevi za prostičnom vrijednošću napona naprijed i obrnutog napona prelaze nominalno vrijednost parametara postojećih dioda. U ovim slučajevima problem se rešava paralelnom ili serijskom vezom dioda.

Paralelno povezivanje dioda se koristi kada je potrebno pribaviti naprednu struju veću od ograničavajuje struje jedne diode. Ali, ako samo jedan tip diode povezani paralelno, zbog neusklađenosti CVC direktne grane, bit ne učitan sa različitim, au nekim istosmjerna struja je više od limita.


Slika 3.4 - Paralelno povezivanje ispravljačkih dioda

Izjednačiti struje koriste diode sa malom razlikom VAC direktne grane (proizvode svoje selekcije) ili u seriji sa diodama uključuju izjednačavanja otpornici sa otpor u Ohm jedinicama. Ponekad su uključeni dodatni otpornici (slika 3.4, c) sa otporom nekoliko puta veća od direktne otpornosti dioda, tako da struja u svakoj diodi određuje uglavnom otpor Rd, tj. Rd \ u003e \ u003e rpr db. Vrednost Rd je stotine oma.

Serijska veza dioda koristi se za povećanje ukupnog dozvoljenog obrnutog napona. Kada se obrnuti napon primeni kroz diode povezane u seriji, isti protok struje obrnutih struja.Međutim, s obzirom na razliku u obrnutim granama karakteristika struje, ukupni napon će se distribuirati nejednako preko diodova. Na diodu u kojoj je obrnuta grana vac-a iznad, primjenjuje se veći napon. Može biti veća od ograničavajuće vrijednosti, što će dovesti do kvara dioda.


Slika 3.5 - Serijska veza ispravljačkih dioda

Da bi povratni napono bio ravnomerno raspoređen između dioda, bez obzira na njihove suprotne otpornosti, koristi se diodno skretanje od otpornika. Otpornost Rš otpornici treba da budu identični i znatno manji od najmanjih povratnih otpornosti dioda Rš <

3.2 Zener diode

Semiconductor zener diode poluprovodnička dioda čiji napon u području električnog raspada je blago zavisio od struje i koji se koristi za stabilizaciju napona.

U poluprovodničkim zener diode, svojstvo male promjene u obrnutom naponu preko pn spoja se koristi u slučaju električnog (lavinskog ili tunelskog) raspada. Ovo je zbog činjenice da je malo povećanje napona na pn spoju u režimu električne razgradnje izazvalo intenzivnije generisanje nosača punjenja i značajno povećanje obrnute struje.

Niskonaponske zener diode se izrađuju na bazi materijala izuzetno dopiranog (nisko otpornog) materijala. U ovom slučaju se formira usko ravna tranzicija, u kojoj se električni slom tunela javlja pri relativno niskim naponima (manje od 6V). Visonaponske zener diode se izrađuju na bazi nisko legure (visoke otpornosti) materijala. Prema tome, njihov princip rada povezan je sa električnim raspadom lavine.

Glavni parametri zener dioda:

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

· Minimalne Ist min i maksimalne Ist stabilizacijske struje (ist min "1.0 ... 10mA, Ist max" 0.05 ... 2.0A);

· Maksimalno dozvoljeno rasipanje snage;

· Diferencijalni otpor u području stabilizacije rd = DUst / DIst, (rd »0.5 ... 200Ohm);

· Temperaturni koeficijent napona u stabilizacionom području:

TKU zener diode pokazuje koliko se stabilizacijski napon menja kada se temperatura poluprovodnika promijeni za 1 ° C

(TKU = -0.5 ... + 0.2% / ° C).


Slika 3.6 - Karakteristika Volt-amper zener diode i njegova konvencionalna grafička oznaka

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

Stabilizacija niskonaponskog napona u opsegu 0.3 ... 1 V se može dobiti korišćenjem direktne granice karakteristike strujnog napona silikonskih dioda. Diodom u kojoj se direktna grana strujne karakteristike koristi za stabilizaciju napona naziva se stabilizator. Postoje i dvostrane (simetrične) zener diode, koje imaju simetričnu I-V karakteristiku u odnosu na poreklo.

Zener diode omogućavaju sekvencijalno prebacivanje, dok je rezultujući stabilizacijski napon jednak sumu zener diode:

Ust = Ust1 + Ust2 + ...

Paralelno povezivanje zener dioda nije dozvoljeno, jer zbog rasipanja karakteristika i parametara iz svih zener diode povezanih paralelno, struja će se pojaviti samo u jednom kojaja ja na imano zener seek

3.3 Tunele i invertirane diode

Tunel dioda - poluvodiča dioda na osnovu degenerik poluvodiča u kojoj efekt tuneliranja dovodi do pojave trenutnog - napon karakterističan kada je direktan naponio negativnih diferencijal otpora.

Tunelska dioda je napravljena od arsenida germanijuma ili galijuma sa vrlo visokom koncentracijom nečistoća, tj. sa veoma malom otpornošću. Takvi poluprovodnici sa niskom otpornošću nazivaju se degenerisani. Ovo omogućava da se dobije veoma uski pn spoj. U takvim prelazima nastaju uslovi za relativno slobodno tuneliranje elektrona kroz potencijalnu prepreku (tunelski efekat). Efekat tunela dovodi do pojavljivanja na ravnoj grani strujne karakteristike diode sa negativnim diferencijalnim otporom. Efekat tunela je da na dovoljno maloj visini potencijalne barijere, elektroni mogu prodreti kroz prepreku bez promjene njihove energije.

Osnovni parametri tunelskih dioda:

· Vršna struja Ip - direktna struja u maksimumu I-V karakteristike;

· Struja iz šupljine Ic - struja sa minimalnom karakteristikom I-V;

· Odnos struja tunelske diode Ip / Iv;

• maksimalni napon Up - direktni napon koji odgovara maksimalnoj struji;

· Napon depresije Uv je direktni napon koji odgovara struji šupljine;

· Napetost rješenja je Urr.

Tunelske diode se koriste za generisanje i pojačavanje elektromagnetnih oscilacija, kao i za velike brzine prekidača i impulsnih krugova.


Slika 3.7 - Karakteristika volt-ampera tunelske diode

Reverzirana dioda je dioda zasnovana na poluprovodniku sa kritičnom koncentracijom nečistoće, we can see how much it is necessary to make it possible.

Princip obrnute diode zasnovan je na korišćenju tunelskog efekta. Ali kod obrnutih dioda koncentracija nečistoća je manja nego kod konvencionalnog tunela. Stoga je razlika potencijala kontakta za obrnute diode manja, a debljina pn spoja je veća. To dovodi do činjenice da se pod dejstvom direktnog napona ne stvara direktna struja tunela. Direktna struja u obrnutim diodama stvara se injektiranjem ne-glavnih nosača punjenja kroz pn spoj, tj. napredna struja je difuzija.Sa povratnim naponom, značajna tunelska struja protiče kroz spoj, elektroni se kreću kroz potencijalnu barijeru od p-regiona do n-regije. Radni odjeljak strujne karakteristike obrnute diode je inverzna grana.

Na taj način, obrnute diode imaju ispravljajući efekat, ali pravac prenosa (provođenje) odgovara obrnutom uključivanju, a zaključavanje (ne-provodljivo) pravac odgovara direktnom uključivanankturkomju uključivananju, and zaključavanje (ne-provodljivo)

Slika 3.8 - Karakteristika volt-ampera obrnute diode

Reverzane diode se koriste u impulsnim uređajima, kao i pretvarači signala (mikseri i detektori) u uređaje za radio-inženjering.

3.4 Varicaps

Varicap je poluprovodnička dioda u kojoj kapaciteti zavise od veličine reverznog napona i koji je namijenjen za upotrebu kao element sa električno kontrolisanim kapacitetom.

Poluprovodnički materijal za proizvodnju varikasa je silicijum.

Glavni parametri varikapsa:

· Nominalni kapacitet Sv - kapacitet pri datom reverznom naponu (Cv = 10 ... 500 pF);

· Koeficijent preklapanja kapaciteta

; (Kc = 5 ... 20) je odnos varikapne kapacitivnosti u dve određene vrednosti obrnutih napona.

Varikap se široko koristi u različitim šemama za automatsko podešavanje frekvencije, u parametričkim pojačavačima.

Slika 3.9 - Volt-farad karakteristična za varikap

3.5 Izračunavanje električnih kola pomoću poluprovodničkih dioda.

U praktičnim krugovima, opterećenje je priključeno na diodni krug, na primer, otpornik (slika 3.10, a). Neposredna struja prolazi kada anoda pozitivan potencijal u odnosu na katodu.

Način diode sa opterećenjem naziva se režim rada. Ako je dioda ima linearnu impedancija, obračun struje u takvog plana su predstavili poteškoće, budući da je ukupni otpor kruga jednak zbiru otpora otpora diode DC Ro tereta otpornika RL. Ali dioda ima nelinearni otpor, a vrednost ro varira sa strujom. Dakle, struja se grafički izračunava. Problem je sledeći: poznate su vrijednosti E, RH i karakteristike dioda, potrebno je odrediti struju u krugu I i napon preko diode Ud.


Slika 3.10.

Karakteristika dioda treba posmatrati kao graf jedne jednačine koja povezuje količine I I U. I za otpornost RH sličan zakon je Ohmov zakon:

(3.1)

Dakle, postoje dvije jednačine sa dva nepoznata i i u, jedna od jednačina data grafički. Da bi se rešio takav sistem jednačina, potrebno je utvrditi drugu jednačinu i pronaći koordinate tačke preseka dva grafikona.

Jednačina za otpornost Rn je jednadžba prvog stepena u odnosu na i i u. Konstruisan je iz dve tačke na koordinatnim osama. Za t = 0, iz jednačine (3.1) dobijamo E = U = 0 or U = E, što odgovara tački A na Sl. 3.10, b. I ako je U = 0, onda je I = E / Rn. ovu struju planiramo na koordinatnoj osi (tačka B). kroz tačke a i b crtamo pravu liniju, koja je teretna linija. Koordinate tačke D daju rešenje za postavljeni problem.

Treba napomenuti da se grafička izračunavanja načina rada diode mogu izostaviti ako je Rn \ u003e \ u003e R0. U ovom slučaju dozvoljeno je zanemariti otpor diode and odrediti struju približno: I »E / Rn.

Razmatrana metoda izračunavanja DC napona može se koristiti za amplitudne ili trenutne vrijednosti, ako izvor daje naponski napon.

Pošto su poluprovodničke diode dobro vođene u pravcu naprijed i loše su u suprotnom smeru, većina poluprovodničkih dioda se koriste za ispravljanje izmenjive struje.

Najjednostavnija shema za ispravljanje naizmenične struje je prikazana na Sl. 3.11. Povezan je serijski sa izvorom varijable EMF-e, diodom VD i opterećenjem RN. Ova šema se zove polu-talas.

Rad najjednostavnijeg ispravljača je sledeći. Tokom jednog polu-ciklusa napon za diode je direktan i struja struje, stvarajući napon pad na UR na otpornici RH. Tokom sledećeg polu-ciklusa napon je inverzan, praktično nema struje i UR = 0. Stoga, kroz diodu, otpornik opterećenja prolazi pulsirajuću struju u obliku impulsa koji traju pola perioda. Ova struja se zove rektificirana struja. On stvara ispravljeni napon na otporniku Rn. Grafovi na Sl. 3.11, b ilustruje procese u ispravljaču.


Slika 3.11.

Amplituda pozitivnih poluvremena na diodi je vrlo mala. To je zato što kada prolazi struja struje, većina napona izvora pada na otpornik opterećenja Rn, čiji je otpor mnogo veći od otpornosti diode. U ovom slučaju

. (3.2)

Za obične poluprovodničke diode, direktni napon nije veći od 1 ... 2V. Na primer, pretpostavimo da izvor ima efektivni napon E = 200V i

. Ako je Upr max = 2V, onda je URmax = 278V.

Sa negativnim polu talasom isporučenog napona, praktično nije bilo padova napona preko otpornika Rn biti nula. Svi izvorni napon se primjenjuje na diodu i predstavlja povratni napon za to. Dakle, maksimalna vrijednost obrnutog napona je jednaka amplitudi izvora EMF-a.

Najjednostavnija shema korišćenja zener dioda je prikazana na Sl. 3.12, a. Opterećenje (potrošač) je paralelno povezano sa zener diode. Stoga, stabilization, reunion Obično Rgp se izračunava za središnju tačku zener diode.

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

Vrednost Rep se može naći po sledećoj formuli:

(3.3)

gde je Icp = 0.5 (Ist min + Ist max) prosečna struja zener dioda;

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

U cp = 0.5 (In min + In max), (kod Rn = var),

i.

Slika 3.12

Rad kola u ovom režimu može se objasniti na sledeći način. Pošto je konstanta konstanta i pad napona preko njega, jednak (E-Ust), takođe je konstantan, struja u Rogr, jednaka (Ist + I np), mora biti konstantna. Ali ovo drugo je moguće samo ako se struja zener diode i i struja opterećenja i n razlikuju u istoj meri, ali u suprotnim pravcima. Na primjer, ako se n povećava, struja se smanjuje za isti iznos, a njihova suma ostaje nepromijenjena.

Princip rada je cener razmotriti primjer spoja koji se sastoji od serijski povezanih varijabla EMF izvor - (. Slika 3.13, a) e, VD cener dioda i otpornika R.

U pozitivnom ciklusu pola se primjenjuje na obrnuti napon zener diode, a vrijednost probojnog napona od cener napon se primjenjuje na sve cener dioda je, budući je je struja u kolo je nula. Nakon električnog probojnnog o napa odd

Related news

Ispravne diode. Siliconon dioda image, picture, imagery


Ispravne diode. Siliconon dioda 100


Ispravne diode. Siliconon dioda 86


Ispravne diode. Siliconon dioda 14


Ispravne diode. Siliconon dioda 81


Ispravne diode. Siliconon dioda 33


Ispravne diode. Siliconon dioda 74


Ispravne diode. Siliconon dioda 15


Ispravne diode. Siliconon dioda 83