Izravnalne diode. Silikonska dioda

Če se vhodna napetost spremeni v ΔU nonst, tok skozi zener diode prejema prirast ΔI toka, in

izhodna napetost. Odkar zamenjamo, dobimo:

ali Iz tega izhaja, da je manjši diferenčni upor zener diode, manj sprememba izhodne napetosti, ki jo povzroča sprememba vhodne napetosti.

So napetostni regulator se imenuje parametrični.

Zener diode parametrov

1.-nominalna napetost stabilizacije - padec napetosti na zener diode za dano trenutno vrednost. Kot je v domači in tuji Zener ta vrednost leži v območju od 2 do 300 V. Zener napetost (od 2 do 5 V) so proizvedene na osnovi močno dopirani silicij. V zener diodah z U st. Nom od 5 do 7 V hkrati poteka po tunelu in plazu, pri U st. Nom nad 10 V, glavno vlogo pa igra plaz lavine.

2. in, najmanjši in največji stabilizacijski tok. Minimalni stabilizacijski tok je omejen s pogojem, the obstacle to stabilization razčlenitev in je nekaj deset tisoč milj. Največji stabilizacijski tok je omejen z dovoljenim pregrevanjem

prehod tj. največja izguba moči . V sodobnih zener diode I st.mah leži v razponu od enema milo ampere do enema ampere maximus ve vet sto mililatov do enot vatov.

3. -Diferencialna upornost delovne veje značilnosti I v od desetin ohmov za močne nizkonapetostne stabilitrone, do stotine ohmov za visokonapetostne. Ta parameter je v glavnem odvisen od odpornosti polprevodniške debeline preko pn n križišča. Pri najbolj razširjenih nizkonapetostnih stabilizatorji ta vrednost leži v območju 10-50 ohmov.

4. - temperaturni stresni faktor. Njena dimenzija je% / C o.

Velikost in znak TCH sta odvisna od narave razčlenitve. Za učinek predora je značilen negativen TCR, učinek plazov pa je pozitiven. Najmanjši TCH imajo zener diode z nominalno stabilizacijsko napetostjo približno 5.6 V. Da bi zmanjšali TKV diode plazovnega zenerja, je ena ali dve navadni diodi kontra zaporedno z njimi, ki se premaknejo, in a subject, in a booklet, in a booklet, in a booklet, in a booklet, in a booklet, in a booklet, in a booklet, in a booklet, in a booklet, in a booklet, in a booklet, in a booklet, in a booklet, in a booklet, in a booklet. . Na ta način se poveča napetost na zener diode, ko se temperatura poveča, z zmanjšanjem napetosti preko pristranske prednje diode.

Primer takšnih žariščnih diod, ki jih imenujemo termokompenzirana, je domača zener dioda D818, ki ima dve kompenzacijski pn n križišč v seriji zener diode.

Varicaps

Varikapi, varikanci ali parametrične diode se imenujejo polprevodniške diode, ki se uporabljajo kot spremenljiva kapacitivnost, nadzorovana z napetostjo. Tu se prehodna lastnost uporabi za spreminjanje njene kapacitete, ko se spremeni obratna napetost. Diffusion zmogljivosti za te namene se ne uporablja, saj. se preganja z majhnim diferencialnim uporom spoja, ki se premika v smeri naprej.

Varikapi so namenjeni za delovanje v parametričnih ojačevalnikih, pretvornikih z direktno napetostjo na spremenljivo visokofrekvenčno merilno ojačevalno napravo kot tuning element za visokofrekvenčna vezja.

Številke kažejo odvisnost kapacitivnosti varikapa D902 od napetosti na njej, primer njegove uporabe in enakovrednega vezja.

Kondenzator Cp služi za zagotovitev, da enosmerna napetost, ki se uporablja za varicap skozi odpornost R 1, ni zaprta preko induktorja nihajnega kroga L 1 C 1.

Parametri varikapov

1.-spremenljivost varikapov je razmerje reaktivne moči , shranjene z oviro, na moč

izguba , kjer je φ kot med napetostjo in tokom.

Na nizkih frekvencah lahko zanemarimo R bQ nh = 2 · π · f · R d · C bar , toda pri visoki R dQ nh = (2 · π · f · R b · C bar) -1.Iz tega je jasno, da je za povečanje faktorja kakovosti potrebno zmanjšati odpornost baze.

2.-nominalna zmogljivost za dan: povratna napetost, frekvenca in temperatura.

3. -koeficient prekrivanja zmogljivosti.

4. - temperaturni koeficient zmogljivosti.

5.-Dovoljena povratna napetost.

6. je največji obratni tok.

7. Delovno območje delovanja.

Pulzne diode

To so diode, ki so zasnovane za delo v impulznih vezjih: omejevalniki širokopasovnega interneta, digitalni računalniški elementi, ključne naprave, kratki impulzni oblikovalniki itd. V takšnih tokokrogih se lahko napetosti in tokovi neprekinjeno spremenijo. V tem primeru moramo upoštevati vztrajnost procesov akumulacije in resorpcije stroškov na mejah pn križišča.

V praksi razmislimo o dveh najpogostejših režimih.

1. Prehod pravokotnega impulza prednjega toka skozi diode.

2. Preklapljanje diode z odprtega na zaprto (preklop s prednje napetosti v obratno smer).

Ob predpostavki, da E \ u003e \ u003e u d imamo i pr.i = e / r. V območju baze, ki meji na p-n spoj, se koncentracija luknje ugotovi hitreje od globine baze. Zato upor osnova v globini je na začetku velika, in ko se koncentracija lukenj poveča, upor baze zmanjša. Zato je napetost na pn križišču nastavljena hitreje kot pri osnovni enoti. V skladu s slikami pn ima prehod kapacitiven odziv in osnovna regija je induktivna.U b (t on) in b (∞) je večja, če je vrednost pretočnega toka večja. Zato je oblika napetosti preko diode U (t) = U p - n (t) + U b (t) odvisna od vrednosti I pr.i. Pri visokih tokovih so procesi v diodni bazi odločilni in odziv na trenutni upad je po naravi induktiven (glej ref. 1). Pri nizkih tokovih, ko je U 6 (t) <

Proces napetosti na diode je značilen po dveh parametrih:

1.R in .max = U pr.i.max / I pr in neposredna impulzna upornost diode. 2. t pr.ost - čas za določitev neposredne upornosti diode - časovni interval od začetka vklopa impulza to trenutek, ko diodna napetost doseže vrednost 1,1 · U pr.

Ko se izklopi vir enosmernega toka, se pojavi postopek resorpcije V trenutku trenutnega izklopa pride do napetostnega skoka na diode U b (t off), ki jo povzroči sprememba padca napetosti v bazi diode. Čez čas, dokler ni koncentracije brezvežnega polnjenja na prehodni meji, se lahko šteje kot napolnjena kapacitivnost ali generator po emulgaciji po vbrizgavanju. Če je R n = ∞, potem je propad post-injiciranja emf. nastane kot rezultat samo rekombinacije. V nasprotnem prime-jere-to-tudi zaradi pretoka toka skozi Rn in na začetku, medtem ko je presežna koncentracija visoka, hitrost razpada določi z visoko stopnjo rekombinacije in ne z uporom R n. Na sliki je prikazana oblika napetosti preko diode, ko teče impulz enosmernega toka.

Preklop diode z neposredne napetosti v obratno smer.

Upor R1 in vir E1 določata vrednost prednjega toka skozi diode, R1 in E2 pa velikost obratnega toka.

Resistor R2 služi kot senzor toka, npr. njegova odpornost je izbrana tako majhna, da je padec napetosti na njem mogoče zanemariti v primerjavi z drugimi padci napetosti v vezju. V trenutku preklopa tok prek diode obrne svojo smer, luknje na prehodni meji začnejo potegniti s poljem prehoda v p-regijo in obratnim tokom zaradi presežne koncentracije

luknje v diodi, lahko skočijo na veliko vrednost. Ker ni vec vbrizgavanja, se ta presežni naboj v bazi zmanjša zaradi pretokov reverznega toka in kot posledica rekombinacije. V časovnem intervalu t 1, dokler prehodna napetost zaradi nevezanega gradienta koncentracije ostane pozitivna, obratna toka ostane nespremenjena in je določena z uporom R 1: I 2 = E ob / R 1. Ta preklopna faza te te é é te à à te é é é é é te à à é te à à ê ê ê ê à à R 1: I 2 in traja do meje, presežna koncentracija pa doseže ravnovesje. Za ravne impulzne diode če u če.

Druga faza (časovni interval t 2) je posledica rekombinacije prebitnega naboja v globini baze, katere koncentracija se nagiba v ravnovesje. V tej fazi se obrnjeni tok monotonsko zmanjša na vrednost normalnega povratnega toka diode I 0.

V ploskih diodah. Parametri, ki označujejo impulzne diode, parametri visokofrekvenčnih diod, zgoraj navedeni parametri so R in max in t pr.ost, pa tudi parameter t Voss = t 1 + t 2.

Dioda s kopičenjem polnjenja

To so neke vrste impulzne diode, izdelane posebej za oblikovanje kratkih impulzov. Neenakomerna porazdelitev nečistoč v bazo diode ustvarja pospeševalno ali,


Zavorno polje, ki olajša prerazporeditev vbrizganega naboja v osnovno področje.

Pospeševalno polje, tako kot je bilo, črpa luknje od prehodne meje, zmanjšuje mejno koncentracijo, in zavorno polje pritisne luknje do prehoda, povečuje svojo mejno koncentracijo. Ker trajanje prve faze tvorbe obratnem trenutni čas razpada v koncentraciji mejno določi do ravnotejja lahko ustvari diod z vnaprej določeno trajanje reverzno fazo visoko prevodnostjo.

Tunelska dioda

Povečanje koncentracije nečistoč v obeh polprevodnikih lahko privede do učinek predora tudi v ravnovesnem stanju pn križišča. Raven Fermi v tem prime lege znotraj dovoljenih območij na razdalji ≈3φ T od njihovih meja. V nasprotju z valenčnim pasom p-regije se nahajajo ravni prevodnega pasu n-regije. Takšna fuzija con se pojavi pri določeni kritični koncentraciji nečistoč. Na primer, za germanij je ta vrednost 2 · 10 25 m -3 in za silikon 6 · 10 25 m -3, ker širina prepovedane cone je večja.


Zičelnim prehodom pri prehodu Primajni pomikih, tako v naprej in v nasprotni smeri skozi prehod, poteka tunelski tok elektronov, katerih vrednost je odvisna od uporabljene napetosti. Vzvratni tunelski tok lahko doseže zelo visoke vrednosti.

Z naraščajočim pristranskostjo naprej se napetost toka poveča zaradi povečanja napetosti naprej, potem se trenutna rast upočasni zaradi zmanjšanja prekrivajoče se regije valenčnega pasu in pasuntotiostepastiro Pri največji moči tokovne napetosti se povečanje napetostnega toka zaradi povečanja napetosti kompenzira z zmanjšanjem zaradi zožitve območja prekrivanja valenčnega pasu in pasu prevodnosti. Upoštevamo, da poleg tokovnega predora pri diferencialni prednapetosti difuzijski tok poteka tudi skozi križišče, vendar je njegov delež v neposrednem toku diode pri majhnih premikih še vedno majhen. Nadaljnje povečanje neposrednih pristranskosti povzroči zmanjšanje

neposredni tok zožitev prekrivajoče se regije valenčnega pasu in območje prevodnosti začne v večji meri vplivati ​​na trenutni obseg kot povečanje napetosti naprej.

Tok tunela z nadaljnjim povečanjem napetosti naprej se nagiba na nič in difuzijski tok se začne povečevati. To je razlog za najmanjši tok na tokovno-napetostni karakteristiki, ki se s povečevanjem neposredne napetosti preide v tokovno-napetostno karakteristiko navadne diode. Naprave, ki imajo značilnost I-V, kot je I-V značilnost tunelske diode, se imenujejo naprave s tokovno-napetostno karakteristiko v obliki črke N.

Dioa Je elektroprovodna polprevodniška naprava (PP) z enim električnim prehodom in dvema priključkoma (slika 3.1).

Sl. 3.1. Polprevodniška dioda

Baseline in the United States of America in the United States, in the field of regional and international medicine, in the regional and regional administrations, in the regional and regional organizations in the regional economy and in the regional economy.

Načelo delovanja večine diod temelji na uporabi fizičnih pojavov v električnem prehoda, kot so rasčenitev, odvnost barierne kapacitivnosti od napetostid.

Obstajajo diode:

odvisno od namena :

  • popravek;
  • zener diode;
  • varikaps;
  • tuneliranje;
  • impulz in drugi;

na uporabljenih surovinah :

  • germanij;
  • silicij;
  • iz galijevega arzenida;

o proizvodni tehnologiji :

  • zlitine;
  • difuzija;
  • planarna;

po frekvenčnem območju :

  • nizka frekvenca;
  • visokofrekvenčni;
  • Mikrovalovne diode (superdvigove diode);

po vrsti pn križišča :

  • planarna;
  • točka

Planar Pn-križanje se imenuje, katere linearne merely, ki določajo njegovo območje, so veliko večje od debeline. Točni prehodi so prehodi, katerih mere ki določajo njihovo območje, so manjše od debeline območja prostorskega naboja

Planarne diode majhne in srednje moči se ponavadi izvajajo s p-n-spojno zlitino. Celokupni pn spoj v germanijevih diodah (slika 3.2) smo dobili s spajanjem sprejemnega elementa (indij) nečistoč v germanijev kristal n-tipa. V tem primeru se staljeni indij delno difundira v germanij, kar daje sosednji regiji germanijevega kristala prevodnost luknje. Območje s p-vrsto prevodnosti ima zlo nizko upornost in je oddajnik glede na n-polprevodniški kristal n-tipa, ki je osnova diode. Razporeditev germanijske ravne diode je prikazana na sl. 3.2. Silicijeve ploskovne diode dobimo s spajanjem aluminija v silicijev kristal. Silicijeve in germanijeve diode so izdelane iz kovinskega varjenega ohišja s steklenimi izolatorji in fleksibilnimi sponkami.

Pri močnostnih planarnih diodah se p-n spoj najpogosteje izvaja z difuzijo nečistočnih atomov iz plinaste faze v polprevodniški kristal. Z difuzijsko metodo je zagotovljena boljša ponovljivost parametrov diod. Močne diode se pogosto izvajajo s hladilnimi radiatorji.


Sl. 3.2. Device diode: a - planarna; b - točko

V ljubljanitočka diode (slika 3.2, b), je med kovinsko konico kontaktne vzmeti (premer 10 ... 20 m) nastala rektifikacijska pn povezava, polprevodniški kristal pa je navadno n-tipa. Prehod se ustvarja s kratkimi in močnimi impulzi neposrednega toka skozi diode. Tako je konica lopatice zlit s kristalno, in bližini legiranje zaradi difuzije kovinske taline v robnem območju polprevodniških kristalov dobljenega p-tipa. Točne diode zaradi majhne površine pnkrižišča se sproščajo v majhne tokove.

Sl. 3.3. Karakteristike tokovne napetosti 1-n-p križišča, 2-diode

Teoretične karakteristike volt-amperja n-p stika in polprevodniške diode (slika 3.3) se nekoliko razlikujejo. Na področju neposrednega toka je posledica dejstva, da je del zunanje napetost na sponkah diode vpada na obseg osnovnega ohmske upornosti (Rb), ki je določena svojimi geometrijskimi dimenzijami in upornosti izhodizenami Njena vrednost je lahko v razponu od enega do več deset ohmov. Padec napetosti preko upora r b postane pomemben pri tokovih, ki presegajo eno miliampere. Poleg tega del napetosti pade na odpornost sponk. Zaradi tega bo napetost neposredno na np p stiku manjša od napetosti, ki se uporablja za zunanje terminale diode. Realna značilnost gre pod teoretično in postane skoraj linearna. Dejanska tokovna napetost v območju neposrednih napetosti je opisana z izrazom:

Zato je napetost na diode enaka:

U eb = I r b + U pn.

Treba je opozoriti, da je upor osnove (rb) odvisen od velikosti enosmernega toka diode, zato je tok-napetostna karakteristika tudi nelinearna funkcija v območju visokih tokov.

Ko je obrnjena napetost večja, tok dioda nestane konstanten in enk trenutnemu I 0. Eden od razlogov za povečanje toka je toplotna generacija nosilcev polnil v prehodu, Klicna komponenta povratnega toka skozi prehod je odvisna od števila nosilcev, ki so nastali v prehodutrenutna termična proizvodnja (I m). Z naraščajočo povratno napetostjo se prehod širi, število naraščajočih nosilcev se povečuje, prav tako se povečuje tudi trenutni I r.

Drugi razlog za povečanje povratnega toka je končna vrednost prevodnosti površine kristala, iz katere je izdelana dioda. Ta tok se imenujeuhajanje toka (I y). Je svedobnih diode je vedno manj kot termokotent.Tako je obrnjeni tok v diodi, ki je označen kot I obr, opredeljen kot vsota tokov:

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

Vsako vrsto diod označujejo parametri - vrednosti, ki določajo osnovne lastnosti naprav, in imajo tudi različne tokovne napetosti. Razlikovati parametre, ki so značilne za katero koli polprevodniško diodo, in posebna, inherentna samo posameznim diodam.

Polprevodniške diode imajo naslednjeosnovni parametri :

  • konstantni obratni tok diode (I obr) - vrednost enosmernega toka, ki teče skozi diode v nasprotni smeri pri določeni obratni napetosti;
  • konstantna povratna dioda (U ob) - vrednost enosmerne napetosti, ki se nanese na diodo v nasprotni smeri;
  • konstantna enosmerna enosmerna toka (I pr) - vrednost enosmernega toka, ki teče skozi diodo v smeri naprej;
  • konstantna direktna napetostna dioda (U pr) - vrednost neposredne napetosti na diodi za dani stalni enosmerni tok;

Za omejevalni način delovanja diode je značilennajvečji dovoljeni parametri - parametri, ki zagotavljajo določeno zanesljivost in katerih vrednosti v nobenih obratovalnih pogojih ne smejo biti presežene:

  • največja dovoljena izguba moči (P max);
  • največji dopustni konstantni tok (I pr max), katerega vrednost je omejena s segrevanjem pn križišča;
  • največja dopustna stalna obratna napetost (U mx max);
  • diferencialna upornost (r diff);
  • najmanjše (T min) in največje (T max) temperature okolice za delovanje diode.

Dovoljena razpršena moč (P mah) je določena s toplotno upornostjo diode (R m), dovoljeno prehodno temperaturo (T n mah) in temperaturo okolice (T o) v skladu z razmerjem:

Najvišji dovoljeni napajalni tok se lahko določi na podlagi predpisane največje dovoljene moči:

Inverzna največja dopustna napetost (U od max) za različne vrste diode lahko sprejme vrednosti od več enot do deset tisoč voltov. To je omejeno z razčlenitvijo napetosti:

U ob max? 0.8 U vzorci.

Diferencialni upor (r diff) je enak razmerju napetostnega prirastka diode na majhen prirast toka skozi diode, ki jo je povzročila:

Odpornost r diff je odvisna od načina delovanja diode.

Najmanjša temperatura okolice (T min), pri kateri se lahko uporabljajo polprevodniške diode, je običajno -60 ° C.

Za germanijeve diode je najvišja temperatura T max = +70 ° C. Za kristale kremenov, lahko doseže +150 ° C.

Oznaka diode je sestavljena iz šestih simbolov:

  • prvi simbol (črka ali številka) označuje diodni material (številka označuje diode, ki lahko zadržijo višjo temperaturo):

G ali 1 - germanij;
K ali 2 - silicij;
A ali 3 - galijeve spojine;

  • drugi znak (črka) označuje podrazred instrumentov:
  • tretji simbol (številka) označuje klasifikacijsko številko, s katero se razlikujejo diodi znotraj te vrste (na primer: 1 - nizka moč, 2 - srednja moč, 3 - visoka moč, 4 - univerzalnahd. 2 - srednja moč, 3 - visoka moč, 4 - univerzalna, 7 - srednja moč, 3 - visoka moč, 4 - univerzalna, 4 - unredzka moč
  • četrti in peti simbol (številke) označujeta razvojno serijsko številko (od 1 do 99).
  • Šesti znak (črka) označuje razliko v parametrih, ki niso razvrščeni.

Za polprevodniške diode z majhnimi telesnimi dimenzijami se uporablja barvna oznaka v obliki oznak, ki se nanašajo na telo naprave.

Dioa - dvo-elektrodno polprevodniško napravo z enim p-n-spojkom, ki ima enostransko prevodnost toka. Obstaja veliko različnih vrst diod - usmerniki, pulz, predor, s katerimi se sooča, mikrovalovne diode in zener diode, varicap, fotodiode, LED in drugi.

Delovanje usmerjevalne diode je razloženo s karakteristikami električne pn povezave.

V bližini meje dveh polprevodnikov se tvori plast, ki je brez mobilnih nosilcev polnjenja (zaradi rekombinacije) in imako visoko električno upornost, ti pregradni sloj. Ta plast določa potencialno razliko kontaktov (potencialno oviro).

Pe pn-prehod pritrditev zunanje stres neposredno).

S povezavo zunanje napetosti druge polarnosti se bo pregradni sloj povečal in upad pn-stičišča se bo povečal in tok zaradi gibanja manjšinskih nosilcev polnjenja bo zanemarljiv tudi pri relativno visokih napetostih.

Enosmerni tok diode povzroči glavni tok in obratni tok manjšinskih nosilcev. Pozitivna (direktna) tokovna dioda poteka v smeri od anode do katode.

Na sl. 1 prikazuje konvencionalno grafično oznako (UGO) in značilnosti usmernikov diode (njihove idealne in dejanske karakteristike volt-ampere). Vidni prelom v tokovni napetosti lastnosti diode (CVC) pri izvoru je povezan z različnimi lestvicami tokov in napetosti v prvem in tretjem kvadrantu na grafu. Dva izhoda diode: anoda in katoda K v UGO n iz o označeni in na sliki so prikazani za razlago.

Karakteristika napetostnega toka realne diode označuje območje električne razgraditve, ko se tok močno poveča z majhnim povečanjem povratne napetosti.

Električna okvara je reverzibilen pojav.Ko se vrnete na delovno področje, dioda ne izgubi lastnosti. Če obratni tok presega določeno vrednost, se električna razgradnja prenese v nepopravljivo toplotno stanje z napako naprave.

Sl. 1. Polprevodni usmernik dioda: a - konvencionalna grafična slika, b - idealna volt-amperna karakteristika, v - realna tokovna napetostna karakteristika

Industrija proizvaja predvsem germanijeve (Ge) in silicijeve (Si) diode.

Siliconiveve diode

imajo majhne obratne tokove, višjo delovno temperaturo (150-200 ° C vs 80-100 ° C), vzdržijo velike povratne napetosti in tokove gostote (60-80 A / cm2 v primerjavi s 20-40 A / cm2). Poleg tega je silicij široko porazdeljen element (za razliko from germanijevih diod, ki se nanašajo na redke zemeljske elemente).

Sl. 4. SCD in struktura diode Schottky: 1 - začetni silikonski kristal z nizko odpornostjo, 2 - epitaksialna plast visoko odpornega silicija, območje 3-prostorskega polnjenja, 4 - stik s kovino

Na površini epitaksialne plasti je zagotovljena kovinska elektroda, ki zagotavlja rektifikacijo, ne pa tudi vbrizgavanje ne-primarnih nosilcev v osnovno področje (najpogosteje zlato). Zaradi tega na teh diodih ni takih počasnih procesov, kot so kopičenje in resorpcija manjšinskih nosilcev v bazo. Zato vztrajnost Schottkyjevih diod ni visoka. Določeno je z vrednostjo pregradne zmogljivosti rektifikacijskega kontakta (1-20 pF).

Poleg tega je v Schottky diode je bistveno manjša od upornosti serijske usmerniških diod, saj ima kovinska plast nizke upornosti v primerjavi s katerokoli celo zelo dopiranega polprevodnika. To omogoča uporabo Schottkyjevih diode za odpravo pomembnih tokov (na desetine amperov). Ponavadi se uporabljajo pri impulznih sekundarnih napajalnikih za odpravo visokofrekvenčnih napetosti (do nekaj MHz).

Potapov L.A.

Stran 1


Silikonski diode D202, D205 so za odpravo izmenični tok s frekvenco up to 50 kHz in lhko deluje pri temperaturi od - 60 125 C. Pri sobni temperaturi 125 C in ohišje / maks. 400 m, brez šasije 200 mA.


Silicijeve diode prenesejo velike povratne napetosti kot germanijeve.


Silicijeve diode se lahko uporabljajo ne samo za rektifikacijo, temveč tudi za stabilizacijo enosmerne napetosti. V tem primeru se imenujejo silicijeve zener diode. IX-10, točka A) Po karakterizacija Zlom skoraj vzporedno s trenutnim osi, kot Gabov zener karakteristiko.

Silikonska diode primerjavi z germanija omogoči delovanje pri mnogo višjih temperaturah vi viji obrnjenimi dmeyut soproti pojav

Silicijeve diode imajo mnogo krat manj povratnih tokov z enako napetostjo kot germanij. To je posledica dejstva, da pri temperaturah nad 85 ° C bistveno poveča germanij intrinzično prevodnost, kar vodi do nesprejemljivega povečanja povratnega toka.

Silicijeve diode se pogosteje uporabljajo germanij, še posebej, če je obratni tok nesprejemljiv. Poleg tega so ohraniti obratovanje pri temperaturah do 125 - 150 ° C, medtem ko lahko germani deluje le pri temperaturi do 70 C.

Silicijeve diode, tudi ko je obremenjen v smeri ni toka imajo relativno visoko ohmsko upornost, če je števec napetost ni večja od približno 7 0 V.

TEMA 3. DIODE SEMICONDUCTOR

Polprevodna dioda - polprevodniški Electroconversion en električni spoj in po dva priključka, ki uporablja lastnosti pn spj.

Polprevodniške diode so razvrščene:

1) namenjena: DC pretvornikov, visoke frekvence in mikrovalovno pečico (RF in mikrovalovni diod) impulzih, Zener dioda (referenčna dioda), predor, obrnjenih varicaps itd ;.

2) za strukturne in tehnološke značilnosti: ravnina in točka;

3) glede na vrsto izhodnega materiala: germanij, silicij, arzenid-galij ipd.

Slika 3.1 - Naprava točkovnih diod

V pikčasto diode uporablja germany ali silicija plošče s tipom N- prevodnosti (fig.3.1), debeline 0.1 ... 0.6 mm in površino 0.5 ... 1.5 mm2; s ploščo v stiku s koničasto žico (iglo) z nečistočo, ki se nanese nanjo. V tem primeru igle v glavni nečistoč polprevodnikov razpršenih da ustvarijo območje z drugačno vrsto prevodnost. Tako se v bližini igle oblikuje miniaturni pn-spoj hemisferične oblike.

Za proizvodnem mestu germanija iz germanija diod plošča varjena volframovo žico, prevlečeno z indija. Indij je akceptor za germanij. Dobljena regija germania p-tipa je oddajnik.

Za proizvodnjo silicija z uporabo silicijeve diode točke n-vrsto in žice prevlečene aluminij, ki služi kot akceptor v silicija.

Ploskovni diode p-n spoj tvorjen z dvema polprevodnikov z različnimi vrstami prevodnosti

Planarne diode so izdelane s fuzijsko (difuzijsko) metodo (slika 3.2).

Slika 3.2 - Uravnavanje ravninskih diod, izdelanih z zlitino (a) in difuzijsko metodo (b)

N-Tip germanij plošča z le utrjena pri temperaturi od okoli 500 ° C kapljico indija (sl. 3.2, a), ki so legirana s germanij, germanij tvori p-tipa plast. Območje z električno prevodnostjo p-tipa ima večjo koncentracijo nečistoč kot glavna plošča in je zato oddajnik.Na glavno ploščo germany in na indijske spajke, običajno iz niklja. Če se sprejme izhodna surovina za p-tipa germanija, potem je utrjena le antimona, nato pa se izkaže n- vrsto oddajnik regiji.

Difuse izdelave pn metodi prehodno temelji na dejstvu, da so nečistote atomi razpršeni v polprevodniškega jedra (Sl. 3.2b). Ustvarjanje p-difuzijske plasti z akceptorja element (bora ali silicija aluminija, indija, germanij) skozi površino izhodnega materiala.

3.1 Diode usmernikov

usmernik polprevodniška dioda - polprevodniški dioda za pretvorbo AC DC.

Usmernik diode izvedemo na osnovi pn spam in ima dve področji, od katerih je nizko impedanco (ki vsebuje večjo koncentracijo nečistoč), imenovan oddajnik. Drugo področje, osnova je bolj odporna (vsebuje nižjo koncentracijo nečistoč).

Delovanje usmerniških diod je enostranska prevodnost lastnost pn spi ki je sestavljen po tem

Kot je znano, naj tok diode ustvari ključ, in obratno - ni večina prevoznikov. Koncentracija nosilcev večinski naboja več nalogov ne presega koncentracije večine operater in ta ventil se določajo lastnosti diode.

Glavni parametri usmernikov polprevodniških diod so:

• direktni tok diode Ipr, ki se normalizira pri določeni napetosti naprej (običajno Upr = 1 ... 2V);

· Največja dovoljena hitrost prenosa Ip diode;

· Maksimalna reverzno napetost diode Uobr max, pri kateri lahko dioda še delujejo normalno za dolgo časa;

· Konstantni povratni tok IOB, ki teče skozi diode z reverzno napetostjo, ki je enaka 10 voltov;

· Povprečni rektificirani tok Iv.p., ki lahko dalj časa prehaja skozi diode pri dopustni temperaturi ogrevanja;

· Največja Pmah dovoljena moči, ki jo diode, ki zagotavlja določeno diode zanesljivost razpršila.

Največja dovoljena vrednost sekundarnih usmerjen tok diod so razdeljeni v nizke porabe (0.3a Ivp.sr £), srednja moč (0.3a 10A).

Da bi ohranili delovno kapaciteto germanijeve diode, njegova temperatura ne sme presegati + 85 ° C. Silicijeve diode dorahlu delujejo pri temperaturah do + 150 ° C.

Slika 3.3 - Spreminjanje tok - napetost lastnosti polprevodnikov diode od temperature: A - za germanija diodo; b za silikonsko diodo

Padec napetosti, ki poteka v enosmerni tok v germanij diode je DUpr = 0.3 ... 0.6 V, pri silicijevih diod - DUpr = 0.8 ... 1.2 V. Velik padec napetosti med prehodom neposrednega toka skozi silicijeve diode v primerjavi z neposrednim padec napetosti na germanij diode, povezane z večjo višino morebitnih zapornih-N- p križiščih nastanejo pri silicija.

Z naraščajočo temperaturo se zmanjša padec direktne napetosti, kar je posledica zmanjšanja višine potencialne pregrade.

Ko na polprevodniško diodo nanesemo inverzno napetost, se v njem pojavi nepomemben obratni tok, zaradi gibanja nosilcev, ki niso glavni glavni nosilci, preko pn križišča.

Znaraščajočo temperaturo p-N- prehoda število je večina nosilne naraste zaradi prehoda od elektronov iz valenčnega v prevosni in tvorbo parov nosilca naboja elektrona luknjo. Zato se obratni tok diode poveča.

Če na diodo nolmo inverzno napetost več sto voltov, se zunanje električno polje v pregradni plasti postane tako močno, da lahko elektrone iz valenčnega pasu iztrga v cono (Zenerov efekt). Povratni tok v tem prime mora naraste, kar povzroči segrevanje diode, nadaljnjo trenutno rast in, končno, toplotno razčlenitev (uničenje) pn križišča. Večina diod lahko zanesljivo deluje z obratnimi napetostmi, ki ne presegajo (0.7 ... 0.8) Uprobl.

Dovoljena povratna napetost germanijevih diod doseže - 100 ... 400V in silicijeve diode - 1000 ... 1500V.

V številnih močnih enotah pretvorbe zahteve za povprečno vrednost napetosti naprej in nazaj presežejo nazivno vrednost parametrov obstoječih diod. V teh primerih problem rešujemo s paralelno ali serijsko povezavo diode.

Vzporedno povezovanje diode se uporablja, ko je potrebno pridobiti pretok večji od mejnega toka ene dio dio. Ampak, če so diode ene vrste preprosto povezani vzporedno, potem zaradi neusklajenosti ravnih vej VAC, bodo različno obremenjeni in v nekaterih neposrednih tokovih bo več tokov.


Slika 3.4 - Vzporedna povezava usmernikov diod

Izenačiti tokovi uporabljajo diode z majhno razliko VAC neposredni panoge (proizvajajo izbor) ali v seriji z diodami vključujejo izenačenje upore z upornost v enotah. Včasih so vključeni dodatni upori (slika 3.4, c) z odpornostjo, ki je večkrat večja od neposredne upornosti diode, tako da je tok vsaki diodi določen predvsem z uporom Rd, tj. Rd \ u003e \ u003e rpr db. Vrednost Rd je na stotine ohmov.

Serijska priključitev diode se uporablja za povečanje celotne dovoljene povratne napetosti. Ko se obratna napetost sproži prek serij, povezanih v seriji, iste povratne tokove Ip. Tokov. Vendar pa se glede na razliko v obratnih vejah tokovne napetosti celotna napetost neenakomerno porazdeli čez vse diode. Na diodo, v kateri se obrnjena veja vac na najaja zgoraj, se bo uporabila večja napetost. Lahko je višja od mejne vrednosti, kar bo povzročilo razčlenitev diode.


Slika 3.5 - Serijska povezava usmernikov diod

Da bi bila obratna napetost enakomerno porazdeljena med diode, se ne ne glede na njihove povratne upore uporabijo diode s premikanjem s pomočjo uporov. Upori upora Rš morajo biti enaki in precej manjši od najmanjših obratnih uporov diode Rš <

3.2 Zener diode

Polprevodniška zener dioda je polprevodniška dioda, katere napetost v območju električne razgradnje je nekoliko odvisna odka in se uporablja za stabilizacijo napetosti.

Pri polprevodniških diodah se pri električni (plazovi ali tunelski) razgradnji uporablja manjša sprememba povratne napetosti čez pn-povezavo. To je posledica dejstva, da majhno povečanje napetosti na pn-križišču v načinu električne razgradnje povzroči bolj intenzivno generacijo nosilcev polnil in znatno povečanje povratnega toka.

Nizkonapetostne zener diode so izdelane na osnovi zelo dopiranega (nizko odpornega) materiala. V tem primeru se oblikuje ozek ravninski prehod, pri katerem pride do elektromagnetnega pojava tunela pri relativno nizkih povratnih napetostih (manj kot 6V). Visonapetostne zener diode se izdelujejo osnovi materiala z nizko lego (visoko odpornostjo). Zato je njihovo delovanje povezano z električnim zlomom plazov.

Glavni parametri zener diode:

Stabilizacijska napetost Ust (Ust = 1 ... 1000 V);

· Najmanjši Ist min in maksimalni stabilizacijski tokovi ist max (Ist min "1.0 ... 10mA, Ist max" 0.05 ... 2.0A);

· Največja dovoljena izguba moči;

· Diferencialna upornost na stabilizacijskem območju rd = DUst / DIst, (rd »0.5 ... 200Ohm);

· Temperaturni koeficient napetosti v stabilizacijskem območju:

TKU zener diode kaže, koliko se stabilizacijska napetost spremeni, ko se temperatura polprevodnika spremeni za 1 ° C

(TKU = -0.5 ... + 0.2% / ° C).


Slika 3.6 - Volt-amper karakteristika zener diode in njegova konvencionalna grafična oznaka

Zener diode se uporabljajo za stabilizacijo napetosti napajalnikov, kot tudi za določitev ravni stresa v različnih vezjih.

Stabilizacijo nizkonapetostne napetosti v območju 0.3 ... 1 V lahko dobimo z uporabo neposredne veje tokovne napetosti silicijevih diod. Dioda, v kateri se za stabilizacijo napetosti uporablja neposredna veja trenutne napetosti, se imenuje stabilizator. Obstajajo tudi dvostranske (simetrične) zener diode, ki imajo simetrično karakteristiko I-V glede na izvor.

Zener diode omogočajo zaporedno preklapljanje, medtem ko je nastala stabilizacijska napetost enaka vsoti napetosti zener diode:

Ust = Ust1 + Ust2 + ...

Vzporedna povezava zener diode ni dovoljena

3.3 Tunel in obrnjene diode

Tunelska dioda je polprevodniška dioda, ki temelji na degeneriranem polprevodniku, v katerem učinek

Predorna dioda je izdelana iz germanijevega ali galijevega arzenida z zelo visoko koncentracijo nečistoč, t.j. z zelo majhno uporovnostjo. Taki polprevodniki z nizko upornostjo se imenujejo degenerirani. To omogoča pridobitev zelo ozkega pn križišča. Pri takih prehodih nastanejo pogoji za sorazmerno svobodno tuneliranje elektronov skozi potencialno pregrado (učinek tunela). Učinek tunela vodi do videza na ravni veji trenutne napetosti lastnosti diode z negativnim diferencialnim uporom. Učinek tunela je, da lahko pri dovolj nizki višini potencialne pregrade elektroni prodrejo skozi oviro brez spreminjanja njihove energije.

Osnovni parametri tunelskih diod:

· Najvišji tok Ip - enosmerni tok pri največji I-V karakteristiki;

· Tok vdolbine Ic - enosmerni tok z najmanjšo karakteristiko I-V;

· Razmerje tokov tunelske diode Ip / Iv;

• najvišja napetost Up - neposredna napetost, ki ustreza maksimalnemu toku;

· Napetost napetosti Uv je neposredna napetost, ki ustreza tokovu votline;

Napetost raztopine je Urr.

Tunelske diode se uporabljajo za generiranje in ojačanje elektromagnetnih nihanj, kot tudi pri hitrosti preklapljanja in impulznih vezjih.


Slika 3.7 - Volt-amper karakteristika tunelske diode

Obrnjena dioda je dioda na osnovi polprevodnika s kritično koncentracijo nečistoč, pri kateri je podnora nodtosti zaradi učinek tunela bistveno večja kot pri neposredni naptosti.

Načelo obratne diode temelji na uporabi predornega učinka. Toda v obrnjenih diodah je koncentracija nečistoč manjša kot pri običajnem tuneliranju. Zato je razlika v kontaktnem potencialu za obrnjene diode manjša in debelina pn povezave je večja. To vodi v dejstvo, da pod delovanjem neposredne napetosti ni neposrednega toka v predoru. Enosmerni tok v obratnih diodah se ustvari z vbrizganjem nosilcev, ki niso glavni nosilci polnjenja, preko pn povezave, t.j. naprej je difuzija Z obratno napetostjo skozi križišče teče precejšen tunelni tok, elektroni se premikajo skozi potencialno pregrado iz p-regije v n-regijo. Delovni del trenutne napetosti karakteristike obrnjene diode je inverzna veja.

Tako imajo obrnjene diode rektifikacijski učinek, vendar smer prenosa (prevodnosti) ustreza obratni vključitvi, zaklepna (ne-prevodna) smer pa ustreza neposredni vključitvi.

Slika 3.8 - Volt-amperna značilnost obrnjene diode

V impulznih napravah se uporabljajo obračane diode, pa tudi pretvorniki signalov (mešalniki in detektorji) in radijske tehnike.

3.4 Varicaps

Varicap je polprevodniška dioda, pri kateri je kapacitivnost odvisna od velikosti povratne napetosti in je namenjena uporabi kot element z električno krmiljeno kapacitivnostjo.

Semiconductor material za proizvodnjo varicaps je silicij.

Glavni parametri varikapov:

· Nominalna prostornina Sv - pri dani reverzni napetosti (Cv = 10 ... 500 pF);

· Koeficient prekrivanja zmogljivosti

; (Kc = 5 ... 20) je razmerje med varilnostjo kapacitete pri dveh določenih vrednostih obratnih napetosti.

Varikapi se pogosto uporabljajo v različnih shemah za samodejno nastavljanje frekvence, v parametričnih ojačevalnikih.

Slika 3.9 - Volt-farad značilen za varikap

3.5 Izračun električnih vezij s polprevodniškimi diodami.

V praktičnih tokokrogih je obremenitev priključena na vezje diode, na primer upor (slika 3.10, a). Enosmerni tok poteka, ko ima anoda pozitiven potencial glede na katodo.

Način diode z obremenitvijo se imenuje način delovanja. Če ima dioda linearno impedanco, bi izračun toka v ššnem sistemu so predstavili težave, saj je odpornost celotnega tokokroga je enaka vsoti upornosti upornost diode dc Ro in obremenitev upor RL a. Toda dioda ima nelinearno upornost, vrednost Ro pa se spreminja glede na tok. Zato se tok grafično izračuna. Težava je naslednja: znane so vrednosti E, RH in značilnosti dioda, je potrebno določiti tokrogugu I in napetost preko diode Ud.


Slika 3.10.

Karakteristiko dioda je treba obravnavati kot graf neke enačbe, ki povezuje količine I in U. Za podobo RH je podoben zakon Ohmov zakon:

(3.1)

Tako obstajata dve enačbi z dvema neznancema I in U, ena od grafikonov, enačb. Za rešitev takega sistema enačb moramo narediti drugo enačbo in poiskati koordinate točke presečišča dveh grafov.

Enačba za odpornost Rn je enačba prve stopnje glede na I in U. Njegov graf je ravna črta, ki se imenuje tovorna črta. Izhaja iz dveh točk na koordinatnih oseh. Za t = 0 iz enačbe (3.1) dobimo E = U = 0 ali U = E, ki ustreza točki A na sli sli. 3.10, b. In če je U = 0, potem I = E / Rn. ta tok utripa na koordinatni osi (točka B). skozi točke A in B potegnemo ravno črto, ki je tovorna črta. Koordinate točke D dajo rešitev za postavljeno težavo.

Treba je opozoriti, da se grafični izračun načina delovanja diode lahko izpusti, če je Rn \ u003e \ u003e R0. V tem primeru je dovoljeno zanemariti odpornost diode in toolo približno: I »E / Rn.

Upoštevana metoda izračuna enosmerne napetosti se lahko uporabi za amplitudo ali trenutne vrednosti, če vir daje izmenično napetost.

Ker polprevodniške diode dobro delujejo smeri napolej in vasprotni smeri slabo, se večina polprevodniških diod uporablja za odpravo izmeničnega toka.

Najpreprostejša shema za odpravo izmeničnega toka je prikazana na sl. 3.11. Povezan je v zaporedju z virom spremenljivke EMF-e, diode VD in nosilnim uporom RN. Ta shema se imenuje pol-val.

Delovanje najpreprostejšega usmernika je sledeče. V foe polkulturnem ciklu je napetost za diodo direktna in tok teče, kar povzroči napetostni padec UR na uporu RH. V naslednjem polkulturnem ciklu napetost je obratna, praktično ni toka in UR = 0. Torej, skozi diodo, obremenitveni upor preide pulzirajoči tok v obliki impulzov, ki trajajo polovico obdobja. Ta tok se imenuje rektificirani tok. Ustvari napetost na uporu Rn. Grafi na sl. 3.11, b ilustrirajo procese v usmerniku.


Slika 3.11.

Amplituda pozitivnih polovičnih valov na diodi je zelo majhna. To je zato, ker prio pretočnem toku toka večina napetosti vira pade na bremenski upor Rn, katerega odpornost je veliko višja od odpornosti diode. V tem primeru

. (3.2)

Za navadne polprevodniške diode neposredna napetost ni večja od 1 ... 2V. Na primer, če vir ima efektivno napetost E = 200V in

. Če je Upr max = 2V, potem je URmax = 278V.

Z negativnim polavtom dobavljene napetosti praktično ni padca napetosti preko upora Rn nič. Vhodna napetost se nanaša na diode in je obrnjena napetost za to. Tako je največja vrednost povratne napetosti enaka amplitudi vira vira.

Najpreprostejša shema uporabe zener diode je prikazana na sl. 3.12, a. Breme (potrošnik) je priključeno vzporedno zener diode. Zato je va stabilizacijskem načinu, ko je napetost na Zener diode skoraj konstantna, enaka napetost se bo uporabila za obremenitev. Običajno se Rgp izračuna za sredino T zener diode.

Razmislimo o primeru, ko je E = const, in Rn variira od Rn min do Rn max.

Vrednost Rep lahko najdete po naslednji formuli:

(3.3)

kjer je Icp = 0.5 (Ist min + Ist max) povprečni tok zener diode;

In = Ust / Rn - tok obremenitve (pri Rn = const);

V cp = 0.5 (v min + In max), (pri Rn = var),

in.

Slika 3.12

Delovanje tokokroga v tem načinu je mogoče razložiti na naslednji način. Ker je konstanta konstantna in padec napetosti čez njo, enako (E - Ust), je tudi konstanten, mora biti tok v Rogr, enak (Ist + I np), konstanten.Toda slednje je mogoče le, če se tok zener diode I in obremenitveni tok I n razlikujejo v enakem obsegu, vendar v nasprotnih smereh. Če na primer povečam n, se trenutni I zmanjša za enako količino in njihova vsota ostane nespremenjena.

Principle delovanja Zener preuči primer vezja, v kateri so serijsko povezan s spremenljivo EMF vira - (. Slika 3.13 a) e, VD zener diodo in upora R.

Pri pozitivni pol cikel se uporablja za reverzno napetost Zener diode, in vodnosti razdelitve napetosti zener napetost se uporablja za vse zener dioda, saj toka v tokokrogu nič. Po električno prebojno napetost zener diode zener

Related news

Izravnalne diode. Silikonska dioda image, picture, imagery


Izravnalne diode. Silikonska dioda 32


Izravnalne diode. Silikonska dioda 69


Izravnalne diode. Silikonska dioda 76


Izravnalne diode. Silikonska dioda 15


Izravnalne diode. Silikonska dioda 81


Izravnalne diode. Silikonska dioda 22


Izravnalne diode. Silikonska dioda 24