الفرق بين الصمام الثنائي "الأمامي" والصمام الثنائي "الخلفي". أنا

د اليود- الأبسط في التصميم في عائلة أجهزة أشباه الموصلات المجيدة. إذا أخذت لوحة أشباه الموصلات، على سبيل المثال الجرمانيوم، وأدخلت شوائب متقبلة في نصفها الأيسر وشوائب مانحة في النصف الأيمن، فستحصل على جانب واحد من أشباه الموصلات من النوع P، على التوالي، من ناحية أخرى، اكتب N في منتصف البلورة سوف تحصل على ما يسمى السندات الإذنية تقاطع، كما هو مبين في الشكل 1.

يوضح الشكل نفسه التعيين الرسومي التقليدي للصمام الثنائي في المخططات: طرف الكاثود (القطب السالب) يشبه إلى حد كبير علامة "-". من الأسهل أن تتذكر بهذه الطريقة.

في المجموع، يوجد في مثل هذه البلورة منطقتان بموصلات مختلفة، يخرج منهما مخرجان، لذلك تم تسمية الجهاز الناتج الصمام الثنائيلأن البادئة "di" تعني اثنين.

في هذه الحالة، تبين أن الصمام الثنائي هو شبه موصل، ولكن كانت الأجهزة المماثلة معروفة من قبل: على سبيل المثال، في العصر أنابيب مفرغةكان هناك صمام ثنائي أنبوبي يسمى الكينوترون. الآن أصبحت مثل هذه الثنائيات شيئًا من التاريخ، على الرغم من أن أتباع الصوت "الأنبوبي" يؤمنون بذلك مكبر للصوت أنبوبحتى مقوم جهد الأنود يجب أن يكون قائمًا على الأنبوب!

الشكل 1. هيكل الصمام الثنائي وتعيين الصمام الثنائي على الرسم التخطيطي

عند تقاطع أشباه الموصلات مع الموصلية P و N، اتضح السندات الإذنية تقاطع، وهو أساس جميع أجهزة أشباه الموصلات. ولكن على عكس الصمام الثنائي، الذي يحتوي على انتقال واحد فقط، فإن لديهم تقاطعين PN، وعلى سبيل المثال، يتكونون من أربعة تقاطعات في وقت واحد.

تقاطع P-N في حالة سكون

حتى لو لم يتم توصيل تقاطع PN، في هذه الحالة الصمام الثنائي، في أي مكان، لا تزال هناك عمليات فيزيائية مثيرة للاهتمام داخله، والتي تظهر في الشكل 2.

الشكل 2. الصمام الثنائي في حالة الراحة

يوجد في المنطقة N فائض من الإلكترونات، وهي تحمل شحنة سالبة، وفي المنطقة P تكون الشحنة موجبة. تشكل هذه الشحنات معًا مجالًا كهربائيًا. نظرًا لأن الشحنات المختلفة تميل إلى جذب بعضها البعض، فإن الإلكترونات من المنطقة N تخترق المنطقة P المشحونة إيجابيًا، مما يملأ بعض الفجوات. ونتيجة لهذه الحركة، يظهر تيار، وإن كان صغيرًا جدًا (عدة نانو أمبيرات)، داخل أشباه الموصلات.

ونتيجة لهذه الحركة تزداد كثافة المادة في الجانب P ولكن إلى حد معين. تميل الجسيمات عادةً إلى الانتشار بالتساوي في جميع أنحاء الحجم الكامل للمادة، تمامًا كما تنتشر رائحة العطر في جميع أنحاء الغرفة بأكملها (الانتشار)، لذلك تعود الإلكترونات عاجلاً أم آجلاً إلى المنطقة N.

إذا كان اتجاه التيار لا يهم بالنسبة لمعظم مستهلكي الكهرباء - يضيء المصباح الكهربائي، ويسخن البلاط، فإن اتجاه التيار يلعب دورًا كبيرًا بالنسبة للصمام الثنائي. وتتمثل المهمة الرئيسية للديود في توصيل التيار في اتجاه واحد. هذه هي الخاصية التي يوفرها تقاطع P-N.

تحويل الصمام الثنائي في الاتجاه المعاكس

إذا كان مصدر الطاقة متصلاً بصمام ثنائي من أشباه الموصلات، كما هو موضح في الشكل 3، فلن يمر أي تيار عبر الوصلة P-N.

الشكل 3. اتصال عكسي ديود

كما هو واضح في الشكل، القطب الموجب لمصدر الطاقة متصل بالمنطقة N، والقطب السالب متصل بالمنطقة P. ونتيجة لذلك، تندفع الإلكترونات من المنطقة N إلى القطب الموجب للمصدر. في دورها شحنات إيجابية(الثقوب) في المنطقة P تنجذب إلى القطب السالب لمصدر الطاقة. لذلك في المناطق P-Nالانتقال، كما ترون في الشكل، يتم تشكيل الفراغ، ببساطة لا يوجد شيء لإجراء التيار، ولا توجد ناقلات شحن.

مع زيادة جهد مصدر الطاقة، تنجذب الإلكترونات والثقوب بقوة أكبر الحقل الكهربائيالبطاريات، في منطقة تقاطع P-N يوجد عدد أقل وأقل من حاملات الشحن. لذلك، في التبديل العكسي، لا يتدفق التيار عبر الصمام الثنائي. ومن المعتاد أن نقول ذلك في مثل هذه الحالات الصمام الثنائي لأشباه الموصلات مقفل بالجهد العكسي.

تؤدي زيادة كثافة المادة بالقرب من أقطاب البطارية إلى حدوث الانتشار- الرغبة في توزيع موحد للمادة في كامل الحجم. هذا ما يحدث عند فصل البطارية.

أشباه الموصلات ديود عكس التيار

وهنا حان الوقت لتذكر وسائل الإعلام غير السائدة التي تم نسيانها تقليديا. والحقيقة هي أنه حتى في الحالة المغلقة، يمر تيار صغير عبر الصمام الثنائي، يسمى العكس. هذا تيار عكسيويتم إنشاؤها بواسطة ناقلات صغيرة، والتي يمكن أن تتحرك بنفس الطريقة تمامًا مثل الناقلات الرئيسية، فقط في الاتجاه المعاكس. وبطبيعة الحال، تحدث هذه الحركة تحت الجهد العكسي. عادة ما يكون التيار العكسي صغيرًا، ويرجع ذلك إلى قلة عدد حاملات الأقلية.

مع زيادة درجة حرارة البلورة، يزداد عدد ناقلات الأقلية، مما يؤدي إلى زيادة التيار العكسي، مما قد يؤدي إلى تدمير تقاطع P-N. ولذلك، فإن درجات حرارة التشغيل لأجهزة أشباه الموصلات - الثنائيات، والترانزستورات، والدوائر الدقيقة محدودة. لمنع ارتفاع درجة الحرارة، يتم تثبيت الثنائيات والترانزستورات القوية على المشتتات الحرارية - مشعات.

تشغيل الصمام الثنائي في الاتجاه الأمامي

يظهر في الشكل 4.

الشكل 4. الاتصال المباشر للصمام الثنائي

الآن دعونا نغير قطبية المصدر: قم بتوصيل السالب بالمنطقة N (الكاثود)، والموجب بالمنطقة P (الأنود). مع هذا التضمين في المنطقة N، سيتم صد الإلكترونات من ناقص البطارية وتتحرك نحوها الجانب P-Nانتقال. في المنطقة P، سيتم صد الثقوب المشحونة بشكل إيجابي من الطرف الموجب للبطارية. تندفع الإلكترونات والثقوب نحو بعضها البعض.

تتجمع الجسيمات المشحونة ذات الأقطاب المختلفة بالقرب من الوصلة P-N، وينشأ بينها مجال كهربائي. ولذلك، تتغلب الإلكترونات على الوصلة P-N وتستمر في التحرك عبر المنطقة P. وفي هذه الحالة، يتحد بعضها من جديد مع الثقوب، لكن معظمها يندفع نحو موجب البطارية، ويتدفق المعرف الحالي عبر الصمام الثنائي.

ويسمى هذا التيار التيار المباشر. إنه محدود بالبيانات الفنية للصمام الثنائي، وهي قيمة قصوى معينة. إذا تم تجاوز هذه القيمة، هناك خطر فشل الصمام الثنائي. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن اتجاه التيار الأمامي في الشكل يتطابق مع الاتجاه المقبول عمومًا، المعاكس لحركة الإلكترونات.

ويمكن القول أيضًا أنه مع الاتجاه الأمامي للتشغيل، تكون المقاومة الكهربائية للصمام الثنائي صغيرة نسبيًا. عند تشغيلها في الاتجاه المعاكس، ستكون هذه المقاومة أكبر بعدة مرات؛ ولا يتدفق التيار عبر الصمام الثنائي لأشباه الموصلات (لا يؤخذ التيار العكسي الضئيل في الاعتبار هنا). من كل ما سبق، يمكننا أن نستنتج أن الصمام الثنائي يتصرف مثل صمام ميكانيكي عادي: تحول في اتجاه واحد - يتدفق الماء، يتحول إلى الآخر - توقف التدفق. لهذه الخاصية تلقى الصمام الثنائي الاسم بوابة أشباه الموصلات.

لفهم جميع قدرات وخصائص الصمام الثنائي لأشباه الموصلات بالتفصيل، يجب عليك التعرف عليه خاصية فولت أمبير. إنها لفكرة جيدة أيضًا التعرف على تصميمات الصمام الثنائي المختلفة وخصائص التردد ومزاياها وعيوبها. سيتم مناقشة هذا في المقالة التالية.

ما هو الجهد الأمامي والعكس؟ أحاول أن أفهم مبدأ تشغيل ترانزستور التأثير الميداني. وحصلت على أفضل إجابة

الرد من فوفيك[نشط]
مباشر - يتم تطبيق علامة الجمع على علامة الجمع، ويتم تطبيق علامة الطرح على علامة الطرح. والعكس صحيح - زائد - ناقص، ناقص - زائد.
تنطبق على حقل التأثير الترانزستور- بين المصدر والبوابة.
هناك قاعدة وباعث الترانزستور ثنائي القطب، وليس في الميدان.
يتكون الترانزستور ثنائي القطب من قطبين متقابلين التحول ص نومع إخراج مشترك واحد - باعث - قاعدة (نوع شائع) - جامع، مثل اثنين من الثنائيات، فقط "الطبقة" المشتركة تكون رقيقة وتوصل التيار إذا قمت بتطبيق جهد مباشر، وهو ما يسمى الفتح، بين الباعث والقاعدة.
كلما زاد الجهد الأمامي بين القاعدة والباعث، زاد انفتاح الترانزستور وانخفضت مقاومة مجمع الباعث، أي أن هناك علاقة عكسية بين جهد قاعدة الباعث ومقاومة الترانزستور ثنائي القطب.
إذا تم تطبيق جهد عكسي بين القاعدة والباعث، فسوف ينطفئ الترانزستور تمامًا ولن يوصل التيار.
إذا قمت بتطبيق الجهد فقط على القاعدة والباعث أو القاعدة والمجمع، فستحصل على صمام ثنائي عادي.
تم تصميم ترانزستور التأثير الميداني بشكل مختلف إلى حد ما. هناك أيضًا ثلاث محطات، لكنها تسمى الصرف والمصدر والبوابة. لا يوجد سوى تقاطع pn واحد، بوابة -> مصدر صرف أو بوابة<- сток-исток в зависимости от полярности транзистора. Затвор находится между истоком и стоком и к нему (измеряется относительно истока) всегда прикладывается только обратное напряжение, которое создаёт поле в промежутке между истоком и стоком, в зависимости от напряжённости больше или меньше препятствующее движению электронов (следовательно, изменяя сопротивление транзистора) , и, таким образом, создающую обратную зависимость между напряжением исток-затвор и сопротивлением полевого транзистора.

الإجابة من أليكس ر[المعلم]
في السؤال الأول، يحدث الاتجاه المباشر والعكس في شبه الموصل (الصمام الثنائي)، أي أن الدايود يمرر التيار في الاتجاه المباشر، ولكن إذا كان التيار يتدفق في الاتجاه المعاكس، فإن كل شيء مغلق. من أجل الوضوح، فإن حلمة إطار الدراجة تذهب إلى هناك، ولا يوجد طريق للعودة. الحقل tr-r، فقط من أجل الفهم، لا يوجد اتصال إلكتروني بين البوابة ومصدر الصرف، ولكن التيار يمر بسبب الحقل الشرير الذي تم إنشاؤه عند البوابة. شئ مثل هذا.

الإجابة من الكسندر إيجوروف[المعلم]
مباشر - ناقص المنطقة ذات الموصلية n، بالإضافة إلى المنطقة k ذات الموصلية p
والعكس هو العكس
من خلال توفير الباعث والمجمع فقط، لن يمر أي تيار، لأن الذرات المتأينة للقاعدة سوف تصد الشحنات الحرة للباعث من الوصلة pn (والتي يصعب بالفعل القفز فوق الوصلة pn، لأنها عازلة) . وإذا قمت بتطبيق الجهد على القاعدة، فسوف "يمتص" الشحنات الحرة من القاعدة ولن تقوم بعد الآن بصد شحنات الباعث، مما يمنعها من عبور تقاطع pn. سيتم فتح الترانزستور.
بالمناسبة، الباعث والمجمع والقاعدة ليسوا ترانزستور ذو تأثير ميداني، بل ترانزستور ثنائي القطب.
إذا قمت بتطبيق الجهد فقط على القاعدة والباعث أو القاعدة والمجمع، فسيكون صمامًا ثنائيًا بسيطًا (كل وصلة pn عبارة عن صمام ثنائي).

الإجابة من مستخدم مستخدم[المعلم]
يحتوي ترانزستور التأثير الميداني على قناة يتم التحكم فيها ميدانيًا من النوع p أو n. محطات الترانزستور بوابة مصدر الصرف

CVC للصمام الثنائي.

(خاصية الجهد الكهربي) - رسم بياني لاعتماد التيار من خلال شبكة ذات طرفين على الجهد على هذه الشبكة ذات المحطتين. في أغلب الأحيان، يتم أخذ خاصية الجهد الحالي للعناصر غير الخطية بعين الاعتبار (يتم تحديد درجة اللاخطية بواسطة معامل اللاخطية، حيث أن خاصية الجهد الحالي بالنسبة للعناصر الخطية هي خط مستقيم وليست ذات أهمية خاصة.

ترجع اللاخطية لخاصية الجهد الحالي إلى حقيقة أن مقاومة NE تعتمد على الجهد المطبق (الثنائيات وثنائيات الزينر) أو على التيار (الثرمستورات). يتم وصف خصائص الجهد الحالي للعناصر غير الخطية بمعادلات درجاتها أعلى من الأولى. وبما أن مقاومة NEs متغيرة، فإن قيمة التيار اللحظي فيها لا تتناسب مع قيم الجهد اللحظي. (ص 117 دليل)

إلى الأمام والعكس الحالي. الجهد الأمامي والعكس.

عندما تكون مقاومة الوصلة p-n منخفضة، يتم استدعاء تيار التيار المباشر. كلما زادت مساحة الوصلة p-n وجهد مصدر الطاقة، زاد هذا التيار الأمامي. إذا تم عكس أقطاب العنصر، سيكون الصمام الثنائي في حالة مغلقة. يتم تشكيل منطقة مستنفدة من الإلكترونات والثقوب، مما يوفر مقاومة عالية جدًا للتيار. ومع ذلك، في هذه المنطقة، سيظل هناك تبادل صغير للناقلات الحالية بين مناطق الصمام الثنائي. ولذلك، فإن التيار سوف يتدفق عبر الصمام الثنائي، ولكن عدة مرات أقل من التيار المباشر. ويسمى هذا التيار تيار الصمام الثنائي العكسي. إذا كان الصمام الثنائي متصلاً بدائرة ذات تيار متردد، فسوف يفتح خلال نصف دورات موجبة عند الأنود، ويمرر التيار بحرية في اتجاه واحد - التيار الأمامي، ويغلق خلال نصف دورات سالبة عند الأنود، تقريبًا دون مرور التيار في الاتجاه المعاكس - التيار العكسي Irev. يسمى الجهد الذي يفتح عنده الصمام الثنائي ويتدفق التيار المباشر من خلاله مباشر(Upp.) ، ويسمى جهد القطبية العكسية ، الذي يغلق عنده الصمام الثنائي ويتدفق التيار العكسي من خلاله يعكس(Urev.) عند الجهد الأمامي، لا تتجاوز مقاومة الصمام الثنائي عالي الجودة عدة عشرات من الأوم، ولكن عند الجهد العكسي ستصل مقاومته إلى عشرات ومئات الكيلو أوم وحتى ميجا أوم.

انهيار الجهد.

يفقد العازل الكهربائي، الموجود في مجال كهربائي، خصائصه العازلة الكهربائية إذا تجاوزت شدة المجال قيمة حرجة معينة. وتسمى هذه الظاهرة انهيار العزل الكهربائي أو انتهاك قوتها الكهربائية. تسمى خاصية العزل الكهربائي لمقاومة الانهيار بالقوة الكهربائية (Epr). يسمى الجهد الذي يحدث عنده انهيار العزل بجهد الانهيار (Upr).

تاريخ النشر: 23/12/2017

هل تعرف ما هو الجهد العكسي؟

الجهد العكسي

الجهد العكسي هو نوع من إشارات الطاقة التي يتم إنشاؤها عندما يتم عكس قطبية التيار الكهربائي. يحدث هذا الجهد غالبًا عند تطبيق قطبية عكسية على الصمام الثنائي، مما يتسبب في تفاعل الصمام الثنائي من خلال العمل في الاتجاه المعاكس. يمكن لهذه الوظيفة العكسية أيضًا إنشاء جهد انهيار داخل الصمام الثنائي، حيث يؤدي هذا غالبًا إلى كسر الدائرة التي يطبق عليها الجهد.

يحدث الجهد العكسي عندما يتم تطبيق مصدر اتصال إشارة الطاقة على الدائرة بطريقة مقلوبة. وهذا يعني أن مصدر الرصاص الموجب متصل بالأرض أو بالموصل السلبي للدائرة والعكس صحيح. غالبًا ما يكون نقل الجهد غير مقصود، حيث أن معظم الدوائر الكهربائية غير قادرة على التعامل مع الفولتية.

عندما يتم تطبيق الحد الأدنى من الجهد على دائرة أو صمام ثنائي، فقد يتسبب ذلك في عمل الدائرة أو الصمام الثنائي في الاتجاه المعاكس. قد يتسبب ذلك في حدوث رد فعل مثل دوران محرك المروحة الصندوقية بشكل غير صحيح. سيستمر العنصر في العمل في مثل هذه الحالات.

عندما تكون كمية الجهد المطبق على الدائرة كبيرة جدًا، فإن إشارة الدائرة المستقبلة تسمى جهد الانهيار. إذا تجاوزت إشارة الدخل التي تم عكسها الجهد المسموح به للدائرة، فقد تتضرر الدائرة بشكل يتجاوز بقية الدائرة القابلة للاستخدام. تشير النقطة التي تتضرر فيها الدائرة إلى قيمة جهد الانهيار. يحتوي جهد الانهيار هذا على اسمين آخرين، جهد الذروة العكسي أو جهد الانهيار العكسي.

يمكن أن يتسبب الجهد العكسي في انهيار الجهد، مما يؤثر أيضًا على تشغيل مكونات الدائرة الأخرى. بالإضافة إلى الثنائيات الضارة ووظائف دائرة الجهد العكسي، يمكن أن تصبح أيضًا ذروة جهد عكسي. في مثل هذه الحالات، لا يمكن للدائرة أن تحتوي على مقدار طاقة الدخل من الإشارة التي تم عكسها، وقد يؤدي ذلك إلى حدوث انهيار في الجهد بين العوازل.

يمكن أن يؤدي انهيار الجهد هذا، والذي يمكن أن يحدث عبر مكونات الدائرة، إلى انهيار المكونات أو عوازل الأسلاك. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تحويلها إلى موصلات إشارة وإتلاف الدائرة عن طريق توصيل الجهد إلى أجزاء مختلفة من الدائرة التي لا ينبغي أن تستقبله، مما يسبب عدم الاستقرار في جميع أنحاء الدائرة. يمكن أن يتسبب هذا في حدوث أقواس جهد من مكون إلى آخر، والتي يمكن أن تكون أيضًا قوية بما يكفي لإشعال مكونات الدائرة المختلفة والتسبب في نشوب حريق.

آخر الملاحة

صحيح

تجديد البناء الداخلي

خلال دورة حياة المبنى، تكون أعمال التجديد ضرورية في فترات معينة لتحديث التصميم الداخلي. يعد التحديث ضروريًا أيضًا عندما يتخلف التصميم الداخلي أو الوظيفة عن العصر الحديث.

بناء متعدد الطوابق

ويوجد في روسيا أكثر من 100 مليون وحدة سكنية، معظمها عبارة عن "منازل لأسرة واحدة" أو أكواخ. في المدن والضواحي والمناطق الريفية، تعد المنازل الخاصة نوعًا شائعًا جدًا من المساكن.
غالبًا ما تكون ممارسة تصميم المباني وتشييدها وتشغيلها جهدًا جماعيًا بين مجموعات مختلفة من المهنيين والمهن. اعتمادًا على حجم مشروع بناء معين وتعقيده والغرض منه، قد يشمل فريق المشروع ما يلي:
1. المطور العقاري الذي يقدم التمويل للمشروع.
واحدة أو أكثر من المؤسسات المالية أو المستثمرين الآخرين الذين يقدمون التمويل؛
2. هيئات التخطيط والإدارة المحلية.
3. الخدمة التي تنفذ مسوحات ALTA/ACSM ومسوحات البناء في جميع أنحاء المشروع؛
4. مديرو المباني الذين يقومون بتنسيق جهود المجموعات المختلفة من المشاركين في المشروع.
5. المهندسون المعماريون والمهندسون المرخصون الذين يقومون بتصميم المباني وإعداد وثائق البناء.

خصائص ومعلمات المقوم والثنائيات العالمية

تستخدم الثنائيات المعدلة لتصحيح التيار المتردد منخفض التردد. تعتمد خصائص التصحيح لهذه الثنائيات على مبدأ التوصيل أحادي الاتجاه للوصلات والثقوب الإلكترونية.

تستخدم الثنائيات العالمية في مختلف المعدات الإلكترونية كمقومات التيار المتناوبالترددات العالية والمنخفضة، والمضاعفات ومحولات التردد، وكاشفات الإشارات الكبيرة والصغيرة، وما إلى ذلك. إن نطاق تيارات التشغيل وجهود المقوم والثنائيات العامة واسع جدًا، لذلك يتم إنتاجها بوصلات p-n النقطية والمستوية في هيكل شبه موصل بمساحات تتراوح من أعشار المليمتر المربع إلى عدة سنتيمترات مربعة. عادةً ما تستخدم الثنائيات العامة وصلات ذات مساحات وسعات صغيرة، ولكن بقيم عالية نسبيًا للتيارات الأمامية والجهد العكسي. يتم استيفاء هذه المتطلبات من خلال الثنائيات النقطية والسبائك الدقيقة المستوية والثنائية المستوية. خصائص ومعلمات الثنائيات العالمية هي نفس خصائص ومعلمات الثنائيات المعدلة.

خصائص فولت أمبير(خاصية الجهد الكهربائي) للثنائيات المعدلة تعبر عن اعتماد التيار المار عبر الصمام الثنائي على قيمة وقطبية الجهد المباشر المطبق عليه. يوضح الفرع المباشر للخاصية اعتماد التيار عبر الصمام الثنائي مع المباشر من خلال قطبية الجهد المطبق. تعتمد قوة التيار الأمامي بشكل كبير على الجهد الأمامي المطبق على الصمام الثنائي ويمكن أن تصل إلى قيم كبيرة مع انخفاض جهد صغير (حوالي 0.3 - 1 فولت) عبر الصمام الثنائي.

يتوافق الفرع العكسي للخاصية مع الاتجاه غير الموصل للتيار عبر الصمام الثنائي مع قطبية عكسية للجهد المطبق على الصمام الثنائي. يعتمد التيار العكسي (القسم OD) قليلاً على الجهد العكسي المطبق. عند الجهد العكسي المرتفع نسبيًا (النقطة B على الخاصية)، يحدث انهيار كهربائي لوصلة p-n، حيث يزداد التيار العكسي بسرعة، مما قد يؤدي إلى انهيار حراري وتلف الصمام الثنائي. مع ارتفاع درجة الحرارة، سيزداد التيار الحراري وتيار توليد حاملات الشحنة في الوصلة، مما سيؤدي إلى زيادة التيارات الأمامية والعكسية وتحول في خصائص الصمام الثنائي.

يتم تقييم خصائص الثنائيات وقابليتها للتبادل من خلال معلماتها. تشمل المعلمات الرئيسية التيارات والفولتية المرتبطة بخاصية الجهد الحاليتستخدم الثنائيات في دوائر التيار المتردد والتيار المستمر. لذلك، لتقييم خصائص الثنائيات، إلى جانب المعلمات، يتم استخدام المعلمات التفاضلية التي تميز عملها على التيار المتردد.

تصحيح (المباشر) الحالي Ipr هو التيار (متوسط ​​القيمة لكل فترة) الذي يمر عبر الصمام الثنائي، مما يضمن تشغيله الموثوق به وطويل الأمد. قوة هذا التيار محدودة بالتسخين أو الطاقة القصوى Pmax. يؤدي تجاوز التيار الأمامي إلى الانهيار الحراري وتلف الصمام الثنائي.

• انخفاض الجهد إلى الأمام UPr.Av - متوسط ​​قيمة الصمام الثنائي خلال فترة زمنية عندما يمر التيار الأمامي المسموح به من خلاله.
• الجهد العكسي المسموح به U0br هي القيمة المتوسطة خلال الفترة التي يتم فيها ضمان التشغيل الموثوق والطويل الأمد للصمام الثنائي. يؤدي تجاوز الجهد العكسي إلى انهيار وفشل الثنائيات. مع زيادة درجة الحرارة، ينخفض ​​الجهد العكسي وقيم التيار الأمامي.
• تيار عكسي Irev - متوسط ​​​​قيمة فترة التيار العكسي عند Urev مقبول. كلما انخفض التيار العكسي، كلما كان ذلك أفضل

أنت خصائص تصحيح الصمام الثنائي.تؤدي الزيادة في درجة الحرارة لكل 10 درجات مئوية إلى زيادة التيار العكسي لثنائيات الجرمانيوم والسيليكون بمقدار 1.5 - 2 مرة أو أكثر.

أقصى ثابت، أو متوسط ​​القدرة Pmax التي يتبددها الصمام الثنائي خلال فترة، حيث يمكن أن يعمل الصمام الثنائي لفترة طويلة دون تغيير معلماته. هذه القدرة هي مجموع منتجات التيارات والفولتية عند التحيزات الأمامية والخلفية للوصلة، أي في نصف الدورات الموجبة والسالبة للتيار المتردد. بالنسبة للأجهزة عالية الطاقة التي تعمل بتبديد جيد للحرارة، Pmax = (Tp.max - Tk)/Rpk. بالنسبة للأجهزة منخفضة الطاقة التي تعمل بدون مشتت حراري،

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

أقصى درجة حرارة تقاطعيعتمد Gp.max على المادة (فجوة النطاق) لأشباه الموصلات ودرجة المنشطات، أي على مقاومة منطقة الوصلة p-n - القاعدة. يتراوح نطاق Gp.max للجرمانيوم بين 80 - 110 درجة مئوية، وللسيليكون بين 150 - 220 درجة مئوية.

المقاومة الحراريةيتم تحديد Rp.k بين الانتقال والإسكان من خلال اختلاف درجة الحرارة بين تقاطع مبيت Tpi Tk ومتوسط ​​الطاقة Ra المنبعثة في الانتقال وهي 1 - 3 درجة مئوية / W: Ra.K = (Ta - TK) / بنسلفانيا. تعتمد المقاومة الحرارية Rn c بين الوصلة والبيئة على فرق درجة الحرارة بين الوصلة Tp والبيئة Tc. منذ عمليا RPK

يتميز الوضع المقيد لاستخدام الثنائيات بالحد الأقصى للجهد العكسي المسموح به URev max، والحد الأقصى لتيار المقوم Ipr max والحد الأقصى لدرجة حرارة الوصلة TPmax. مع زيادة تردد الجهد المتردد المزود إلى الصمام الثنائي، تتدهور خصائص التصحيح الخاصة به. لذلك، لتحديد خصائص الثنائيات المعدل، عادة ما يتم تحديد نطاق تردد التشغيل Df أو الحد الأقصى لتردد التصحيح fmax، عند ترددات أكبر من fmax، لا يتوفر لدى حاملات الشحن الأقلية المتراكمة خلال نصف الدورة الأمامية في القاعدة الوقت الكافي. لذلك، خلال نصف الدورة العكسية للجهد المصحح، يظل الانتقال متحيزًا للأمام لبعض الوقت (أي أنه يفقد خصائص التصحيح الخاصة به). تتجلى هذه الخاصية بشكل أكثر وضوحًا كلما زاد نبض التيار الأمامي أو زاد تردد الجهد المتردد المزود ترددات عاليةيبدأ تأثير التحويل للحاجز وسعات الانتشار للوصلة p-n في الظهور، مما يقلل من خصائص التصحيح

عند حساب وضع المقوم، يتم استخدام المقاومة الثابتة للتيار المباشر والمقاومة التفاضلية للثنائيات للتيار المتردد

• التفاضليمقاومة التيار المتردد rdiff=dU/dI أو rDiff=DU/DI تحدد التغير في التيار عبر الصمام الثنائي عندما يتغير الجهد بالقرب من نقطة التشغيل المحددة على خاصية الصمام الثنائي. عندما يتم تشغيل الجهد مباشرة، rdif Pr = 0.026/ /IPr والتيار Ipr > 10 مللي أمبير، يصل إلى عدة أوم. عند توصيل الجهد العكسي، يكون rdif pr كبيرًا (من عشرات الكيلو أوم إلى عدة ميغا). أوم).
• ثابتةمقاومة الصمام الثنائي للتيار المباشر rprd = Upr/Ipr، rrev d = Urev/Irev V في منطقة التيارات الأمامية rFor d>rdiff pr، وفي منطقة التيارات العكسية r0br d

لسعات الصمام الثنائي تأثير كبير على أدائها عند الترددات العالية وفي الأوضاع النبضية. عادةً ما تعطي بيانات جواز السفر للثنائيات السعة الإجمالية لقرص الصمام الثنائي المضغوط، والتي تتضمن، بالإضافة إلى سعة الحاجز والانتشار، سعة جسم الجهاز. يتم قياس هذه السعة بين أسلاك التيار الخارجية للصمام الثنائي عند عكس معين الجهد التحيز والتردد الحالي

ديود أشباه الموصلات - هذا جهاز أشباه الموصلات مزود بوصلة p-n واحدة وقطبين كهربائيين. يعتمد مبدأ تشغيل الصمام الثنائي لأشباه الموصلات على هذه الظاهرة السندات الإذنية تقاطعلذلك، لمزيد من الدراسة لأي أجهزة أشباه الموصلات، عليك أن تعرف كيف تعمل.

المعدل الصمام الثنائي (ويسمى أيضًا الصمام) هو نوع من الصمام الثنائي لأشباه الموصلات الذي يعمل على تحويل التيار المتردد إلى تيار مباشر.

يحتوي الصمام الثنائي على محطتين (أقطاب كهربائية) الأنود والكاثود. يتم توصيل الأنود بالطبقة p، والكاثود متصل بالطبقة n. عندما يتم تطبيق علامة زائد على الأنود وعلامة ناقص على الأنود (اتصال مباشر للديود)، يمرر الصمام الثنائي التيار. إذا تم تطبيق ناقص على الأنود وعلامة زائد على الكاثود (الاتصال العكسي للصمام الثنائي)، فلن يكون هناك تيار من خلال الصمام الثنائي، ويمكن ملاحظة ذلك من خلال خصائص الصمام الثنائي فولت أمبير. لذلك، عندما يستقبل مدخلات الصمام الثنائي المعدل AC الجهديمر عبره نصف موجة واحدة فقط.

خاصية الجهد الحالي (خاصية فولت أمبير) للديود.

تظهر خاصية الجهد الحالي للديود في الشكل. I. 2. يُظهر الربع الأول الفرع المباشر للخاصية، والذي يصف حالة الموصلية العالية للصمام الثنائي مع جهد أمامي مطبق عليه، والذي يكون خطيًا بواسطة دالة خطية متعددة التعريف

ش = يو 0 + ص د ط

حيث: u هو الجهد على الصمام عندما يمر التيار؛ U 0 - عتبة الجهد. ص د - المقاومة الديناميكية.

يوجد في الربع الثالث فرع عكسي لخاصية الجهد الحالي، والذي يصف حالة الموصلية المنخفضة عند تطبيق جهد عكسي على الصمام الثنائي. في حالة الموصلية المنخفضة، لا يتدفق التيار تقريبًا عبر هيكل أشباه الموصلات. ومع ذلك، هذا صحيح فقط حتى قيمة جهد عكسي معينة. مع الجهد العكسي، عندما تصل شدة المجال الكهربائي في وصلة pn إلى حوالي 10 ثانية فولت/سم، يمكن أن ينتقل هذا المجال إلى حاملات الشحنة المتنقلة - الإلكترونات والثقوب، التي تظهر باستمرار في كامل حجم بنية أشباه الموصلات نتيجة للتوليد الحراري - طاقة حركية كافية لتأين ذرات السيليكون المحايدة. يتم تسريع الثقوب الناتجة وإلكترونات التوصيل بدورها بالكهرباء حقل ب نالانتقال وأيضا تأين ذرات السيليكون المحايدة. في هذه الحالة، تحدث زيادة تشبه الانهيار الجليدي في التيار العكسي، أي. ه. انهيار جليدي.

الجهد الذي تحدث عنده زيادة حادة في التيار العكسي هو يسمى جهد الانهيار U 3 .

الموضوع 3. الثنائيات أشباه الموصلات

الصمام الثنائي لأشباه الموصلات هو محول كهربائي جهاز أشباه الموصلاتمع تقاطع كهربائي واحد ومحطتين، والذي يستخدم الخصائص السندات الإذنية تقاطعأ.

تصنف الثنائيات أشباه الموصلات:

1) حسب الغرض: المقوم والتردد العالي والفائق التردد (ثنائيات التردد العالي والميكروويف) والنبض وثنائيات زينر لأشباه الموصلات (الثنائيات المرجعية) وثنائيات النفق والثنائيات العكسية والمتغيرات وما إلى ذلك ؛

2) حسب التصميم والميزات التكنولوجية: مستو ونقطة؛

3) حسب نوع المادة المصدر: الجرمانيوم، السيليكون، زرنيخيد الغاليوم، إلخ.

الشكل 3.1 - تصميم الثنائيات النقطية

يستخدم الصمام الثنائي النقطي لوحة من الجرمانيوم أو السيليكون ذات موصلية كهربائية من النوع n (الشكل 3.1)، بسمك 0.1...0.6 مم ومساحة 0.5...1.5 مم؛ سلك حاد (إبرة) تترسب عليه نجاسة يلامس الصفيحة. في هذه الحالة، تنتشر الشوائب من الإبرة إلى شبه الموصل الرئيسي، مما يخلق منطقة ذات نوع مختلف من التوصيل الكهربائي. وهكذا، يتم تشكيل تقاطع pn نصف كروي مصغر بالقرب من الإبرة.

لصنع ثنائيات نقطة الجرمانيوم، يتم لحام سلك التنغستن المطلي بالإنديوم إلى لوحة الجرمانيوم. الإنديوم هو متقبل للجرمانيوم. المنطقة الناتجة من الجرمانيوم من النوع p هي باعث.

يتم تصنيع الثنائيات النقطية السيليكونية باستخدام السيليكون من النوع n وسلك مطلي بالألمنيوم، والذي يعمل كمستقبل للسيليكون.

في الثنائيات المستوية، يتكون الوصل pn من اثنين من أشباه الموصلات بأنواع مختلفة من التوصيل الكهربائي، وتكون منطقة الوصلة أنواع مختلفةتتراوح الثنائيات من جزء من مائة من المليمتر المربع إلى عدة عشرات من السنتيمترات المربعة (ثنائيات الطاقة).

يتم تصنيع الثنائيات المستوية عن طريق الدمج (الصهر) أو طرق الانتشار (الشكل 3.2).

الشكل 3.2 - تصميم الثنائيات المستوية المصنعة بواسطة السبيكة (أ) وطريقة الانتشار (ب)

يتم دمج قطرة من الإنديوم في صفيحة من الجرمانيوم من النوع n عند درجة حرارة حوالي 500 درجة مئوية (الشكل 3.2، أ)، والتي، منصهرة مع الجرمانيوم، تشكل طبقة من الجرمانيوم من النوع p. تحتوي المنطقة ذات الموصلية الكهربائية من النوع p على تركيز شوائب أعلى من اللوحة الرئيسية، وبالتالي فهي باعث. يتم لحام أسلاك الرصاص، المصنوعة عادة من النيكل، بلوحة الجرمانيوم الرئيسية ولوحة الإنديوم. إذا تم أخذ الجرمانيوم من النوع p كمادة أولية، فسيتم صهر الأنتيمون فيه ومن ثم يتم الحصول على منطقة باعث من النوع n.

تعتمد طريقة الانتشار لتصنيع وصلة p-n على حقيقة أن ذرات الشوائب تنتشر في شبه الموصل الرئيسي (الشكل 3.2، ب). لإنشاء طبقة p، يتم استخدام نشر عنصر متقبل (البورون أو الألومنيوم للسيليكون، والإنديوم للجرمانيوم) من خلال سطح المادة المصدر.

3.1 الثنائيات المعدل

الصمام الثنائي المصحح لأشباه الموصلات هو صمام ثنائي لأشباه الموصلات مصمم لتحويل التيار المتردد إلى تيار مباشر.

تصنع الثنائيات المعدلة على أساس وصلة pn ولها منطقتان، إحداهما ذات مقاومة أقل (تحتوي على تركيز أعلى من الشوائب)، وتسمى الباعث. المنطقة الأخرى، القاعدة، أكثر مقاومة (تحتوي على تركيز أقل من الشوائب).

يعتمد تشغيل الثنائيات المعدلة على خاصية التوصيل أحادي الاتجاه للوصلة p-n، والتي تكمن في حقيقة أن الأخير يوصل التيار بشكل جيد (ذو مقاومة منخفضة) عند توصيله بشكل مباشر وعمليًا لا يوصل التيار (لديه مقاومة عالية جدًا) المقاومة) عند الاتصال في الاتجاه المعاكس.

كما هو معروف، يتم إنشاء التيار الأمامي للديود بواسطة التيار الرئيسي، ويتم إنشاء التيار العكسي بواسطة حاملات شحن غير أولية. يكون تركيز حاملات شحنة الأغلبية أعلى بعدة مرات من تركيز حاملات شحنة الأغلبية، وهو ما يحدد خصائص صمام الصمام الثنائي.

المعلمات الرئيسية لتصحيح الثنائيات أشباه الموصلات هي:

· تيار الصمام الثنائي الأمامي Ipr، والذي يتم تطبيعه عند جهد أمامي معين (عادةً Upr = 1...2V)؛

· الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي Ipr max diode؛

· الحد الأقصى للجهد العكسي المسموح به للصمام الثنائي Urev max، والذي يظل عنده الصمام الثنائي يعمل بشكل طبيعي لفترة طويلة؛

· تيار عكسي ثابت يتدفق عبر الدايود بجهد عكسي يساوي Urev max؛

متوسط ​​​​التيار المصحح Ivp.sr، والذي يمكن أن يمر عبر الصمام الثنائي لفترة طويلة عند درجة الحرارة المسموح بهاتسخينه

· الحد الأقصى المسموح به من الطاقة Pmax التي يتبددها الصمام الثنائي، حيث يتم ضمان الموثوقية المحددة للصمام الثنائي.

وفقًا للحد الأقصى المسموح به لمتوسط ​​التيار المصحح، تنقسم الثنائيات إلى طاقة منخفضة (Ivp.av £ 0.3A)، وقوة متوسطة (0.3A) 10 أ).

للحفاظ على أداء صمام ثنائي الجرمانيوم، يجب ألا تتجاوز درجة حرارته +85 درجة مئوية. يمكن أن تعمل ثنائيات السيليكون في درجات حرارة تصل إلى +150 درجة مئوية.

الشكل 3.3 - التغير في خصائص فولت أمبير لثنائي أشباه الموصلات اعتمادًا على درجة الحرارة: أ - لثنائي الجرمانيوم؛ ب – لثنائي السيليكون

انخفاض الجهد عند مرور التيار المباشر لثنائيات الجرمانيوم هو DUpr = 0.3...0.6V، لثنائيات السيليكون - DUpr = 0.8...1.2V. يرتبط انخفاض الجهد الكبير عندما يمر التيار المباشر عبر ثنائيات السيليكون مقارنة بانخفاض الجهد المباشر على ثنائيات الجرمانيوم بارتفاع حاجز محتمل أعلى لوصلات p-n المتكونة في السيليكون.

مع زيادة درجة الحرارة، يتناقص انخفاض الجهد الأمامي، والذي يرتبط بانخفاض في ارتفاع الحاجز المحتمل.

عندما يتم تطبيق جهد عكسي على الصمام الثنائي لأشباه الموصلات، ينشأ تيار عكسي طفيف فيه، بسبب حركة حاملات الشحنة الأقلية عبر تقاطع pn.

مع زيادة درجة حرارة الوصلة pn، يزداد عدد حاملات الشحنة الأقلية بسبب انتقال بعض الإلكترونات من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل وتكوين أزواج حاملات شحنة ثقب الإلكترون. ولذلك، فإن التيار العكسي للديود يزيد.

عندما يتم تطبيق جهد عكسي يبلغ عدة مئات من الفولتات على الصمام الثنائي، يصبح المجال الكهربائي الخارجي في طبقة الحجب قويًا جدًا بحيث يمكنه سحب الإلكترونات من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل (تأثير زينر). في هذه الحالة، يزيد التيار العكسي بشكل حاد، مما يؤدي إلى تسخين الصمام الثنائي، وزيادة أخرى في التيار، وأخيرا، الانهيار الحراري (تدمير) تقاطع p-n. يمكن لمعظم الثنائيات أن تعمل بشكل موثوق عند جهد عكسي لا يتجاوز (0.7...0.8) غير محتمل.

يصل الجهد العكسي المسموح به لثنائيات الجرمانيوم إلى 100...400 فولت، ولثنائيات السيليكون - 1000...1500 فولت.

في عدد من منشآت المحولات القوية، تتجاوز متطلبات متوسط ​​قيمة التيار الأمامي والجهد العكسي القيمة الاسمية لمعلمات الثنائيات الموجودة. في هذه الحالات، يتم حل المشكلة عن طريق التوصيل المتوازي أو المتسلسل للثنائيات.

يتم استخدام الاتصال المتوازي للثنائيات عندما يكون من الضروري الحصول على تيار أمامي أكبر من التيار المحدد لصمام ثنائي واحد. ولكن إذا كانت الثنائيات من نفس النوع متصلة ببساطة بالتوازي، فنتيجة لعدم تطابق الفروع المباشرة لخاصية الجهد الحالي، سيتم تحميلها بشكل مختلف، وفي بعض الأحيان، سيكون التيار الأمامي أكبر من التيار المحدود .

الشكل 3.4 - التوصيل المتوازي لثنائيات المقوم

لموازنة التيارات، يتم استخدام الثنائيات ذات الاختلاف البسيط في الفروع المباشرة لخاصية الجهد الحالي (يتم اختيارها) أو يتم توصيل المقاومات المعادلة بمقاومة وحدات أوم على التوالي مع الثنائيات. في بعض الأحيان يتم تضمين مقاومات إضافية (الشكل 3.4، ج) بمقاومة أكبر بعدة مرات من المقاومة المباشرة للثنائيات، بحيث يتم تحديد التيار في كل صمام ثنائي بشكل أساسي من خلال طريق المقاومة، أي. طريق >>rpr vd. قيمة Rd هي مئات الأوم.

اتصال تسلسليتستخدم الثنائيات لزيادة إجمالي الجهد العكسي المسموح به. عند تعرضه لجهد عكسي، فإن نفس التيار العكسي يتدفق عبر الثنائيات المتصلة على التوالي. ولكن بسبب الاختلاف في الفروع العكسية لخاصية الجهد الحالي الجهد الكليسيتم توزيعها بشكل غير متساو عبر الثنائيات. إن الصمام الثنائي الذي يكون فرعه العكسي لخاصية الجهد الحالي أعلى سيكون له جهد أكبر مطبق عليه. قد يكون أعلى من الحد، الأمر الذي سيؤدي إلى انهيار الثنائيات.

الشكل 3.5 - التوصيل المتسلسل لثنائيات المقوم

لضمان توزيع الجهد العكسي بالتساوي بين الثنائيات بغض النظر عن مقاومتها العكسية، يتم توصيل الثنائيات بمقاومات. يجب أن تكون مقاومات Rsh للمقاومات هي نفسها وأقل بكثير من أصغر مقاومة عكسية للثنائيات Rsh 3.2 ثنائيات زينر

صمام ثنائي زينر لأشباه الموصلات هو صمام ثنائي لأشباه الموصلات ، يعتمد الجهد عليه في منطقة الانهيار الكهربائي بشكل ضعيف على التيار والذي يستخدم لتثبيت الجهد.

تستخدم ثنائيات زينر لأشباه الموصلات خاصية التغيير الطفيف في الجهد العكسي عند تقاطع p-n أثناء الانهيار الكهربائي (الانهيار الجليدي أو النفق). ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الزيادة الطفيفة في الجهد عند تقاطع pn في وضع الانهيار الكهربائي تؤدي إلى توليد أكثر كثافة لحاملات الشحن وزيادة كبيرة في التيار العكسي.

يتم تصنيع ثنائيات زينر ذات الجهد المنخفض على أساس مواد ذات سبائك ثقيلة (منخفضة المقاومة). في هذه الحالة، يتم تشكيل تقاطع مستو ضيق، حيث يحدث انهيار كهربائي في النفق عند جهد عكسي منخفض نسبيًا (أقل من 6 فولت). يتم تصنيع ثنائيات زينر عالية الجهد على أساس مواد ذات سبائك خفيفة (عالية المقاومة). لذلك، يرتبط مبدأ عملها بالانهيار الكهربائي.

المعلمات الرئيسية لثنائيات الزينر:

· جهد التثبيت Ust (Ust = 1...1000V)؛

· الحد الأدنى لتيارات التثبيت Ist m and والحد الأقصى Ist max (Ist m 1.0...10 مللي أمبير، Ist max "0.05...2.0A)؛

· الحد الأقصى المسموح به لتبديد الطاقة Рmax؛

· المقاومة التفاضلية في قسم التثبيت rd = DUst/DIst، (rd" 0.5...200 أوم)؛

معامل درجة حرارة الجهد في قسم التثبيت:

يوضح TKU لثنائي زينر النسبة المئوية التي سيتغير بها جهد التثبيت عندما تتغير درجة حرارة أشباه الموصلات بمقدار 1 درجة مئوية

(TKU= −0.5…+0.2%/°С).

الشكل 3.6 - خاصية الفولت أمبير لثنائي الزينر ورمزه الرسومي

تُستخدم ثنائيات زينر لتثبيت الفولتية في مصادر الطاقة، وكذلك لإصلاح مستويات الجهد في الدوائر المختلفة.

يمكن تحقيق تثبيت الجهد المنخفض ضمن 0.3...1 فولت باستخدام الفرع المباشر للخاصية IV لثنائيات السيليكون. يُطلق على الصمام الثنائي الذي يستخدم فيه الفرع المباشر لخاصية الجهد الحالي لتثبيت الجهد اسم المثبت. هناك أيضًا ثنائيات زينر (متناظرة) مزدوجة الجوانب لها خاصية متناظرة لجهد التيار بالنسبة إلى الأصل.

يمكن توصيل ثنائيات زينر على التوالي، مع جهد التثبيت الناتج الذي يساوي مجموع جهود صمام ثنائي زينر:

أوست = Ust1 + Ust2 +...

الاتصال المتوازي لثنائيات الزينر أمر غير مقبول، لأنه بسبب تشتت الخصائص والمعلمات لجميع ثنائيات زينر المتوازية، سوف ينشأ التيار فقط في واحد يحتوي على أقل جهد استقرار Ust، مما سيؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة صمام ثنائي زينر.

3.3 الثنائيات النفقية والعكسية

الصمام الثنائي النفقي هو صمام ثنائي لأشباه الموصلات يعتمد على شبه موصل منحط، حيث يؤدي تأثير النفق إلى ظهور قسم مقاومة تفاضلية سالبة على خاصية الجهد الحالي عند الجهد الأمامي.

يتكون الصمام الثنائي النفقي من الجرمانيوم أو زرنيخيد الغاليوم مع تركيز عالٍ جدًا من الشوائب، أي. مع مقاومة منخفضة جدا. تسمى أشباه الموصلات ذات المقاومة المنخفضة بالمنحلة. هذا يجعل من الممكن الحصول على تقاطع pn ضيق جدًا. في مثل هذه التحولات، تنشأ الظروف اللازمة لنفق الإلكترونات بشكل حر نسبيًا عبر حاجز محتمل (تأثير النفق). يؤدي تأثير النفق إلى ظهور قسم ذو مقاومة تفاضلية سلبية على الفرع المباشر لخاصية الجهد الحالي للصمام الثنائي. تأثير النفق هو أنه عند ارتفاع منخفض بما فيه الكفاية للحاجز المحتمل، يمكن للإلكترونات اختراق الحاجز دون تغيير طاقتها.

المعلمات الرئيسية للثنائيات النفقية:

· ذروة التيار Iп – التيار الأمامي عند النقطة القصوى لخاصية الجهد الحالي ؛

· تيار الوادي Iв – التيار الأمامي عند أدنى نقطة لخاصية الجهد الحالي ؛

· نسبة تيارات الصمام الثنائي النفقي Iп/Iв؛

· ذروة الجهد أعلى - الجهد الأمامي المطابق لذروة التيار؛

· جهد الوادي Uв – الجهد الأمامي المطابق لتيار الوادي؛

· جهد الحل Upp.

تُستخدم الثنائيات النفقية لتوليد وتضخيم التذبذبات الكهرومغناطيسية، وكذلك في دوائر التبديل والنبض عالية السرعة.

الشكل 3.7 - خاصية الجهد الحالي لصمام ثنائي النفق

الصمام الثنائي العكسي هو صمام ثنائي يعتمد على شبه موصل مع تركيز حرج من الشوائب، حيث تكون الموصلية عند الجهد العكسي بسبب تأثير النفق أكبر بكثير من الجهد الأمامي.

يعتمد مبدأ تشغيل الصمام الثنائي العكسي على استخدام تأثير النفق. لكن في الثنائيات العكسية، يكون تركيز الشوائب أقل مما هو عليه في الثنائيات النفقية التقليدية. لذلك، يكون فرق جهد التلامس للثنائيات المعكوسة أصغر، ويكون سمك الوصلة pn أكبر. وهذا يؤدي إلى حقيقة أنه تحت تأثير الجهد المباشر، لا يتم إنشاء تيار نفق مباشر. يتم إنشاء التيار الأمامي في الثنائيات المعكوسة عن طريق حقن ناقلات الشحن غير ذات الأغلبية من خلال تقاطع p-n، أي. التيار المباشر هو الانتشار. عندما يتم عكس الجهد، يتدفق تيار نفقي كبير عبر الوصلة، والذي يتم إنشاؤه بواسطة حركة الإلكترونات عبر الحاجز المحتمل من المنطقة p إلى المنطقة n. قسم العمل لخاصية الجهد الحالي للديود المعكوس هو الفرع العكسي.

وبالتالي، فإن الثنائيات المعكوسة لها تأثير تصحيحي، لكن اتجاه مرورها (الموصل) يتوافق مع الاتصال العكسي، واتجاه الحظر (غير الموصل) يتوافق مع الاتصال المباشر.

الشكل 3.8 - خاصية الفولت أمبير للصمام الثنائي العكسي

تُستخدم الثنائيات المعكوسة في الأجهزة النبضية، وأيضًا كمحولات الإشارة (الخلاطات والكاشفات) في أجهزة الهندسة الراديوية.

3.4 الدوالي

varicap هو صمام ثنائي لأشباه الموصلات يستخدم اعتماد السعة على حجم الجهد العكسي وهو مخصص للاستخدام كعنصر ذو سعة يتم التحكم فيها كهربائيًا.

المادة شبه الموصلة لصناعة الدوالي هي السيليكون.

المعلمات الأساسية للدوالي:

· السعة الاسمية Sv – السعة عند جهد عكسي معين (Sv = 10...500 pF);

معامل تداخل القدرة؛ (Ks = 5...20) - نسبة السعات المتغيرة عند قيمتين محددتين للجهد العكسي.

تُستخدم Varicaps على نطاق واسع في دوائر مختلفة لضبط التردد تلقائيًا وفي مكبرات الصوت البارامترية.

الشكل 3.9 - خاصية السعة والجهد للدوالي

3.5 الحساب الدوائر الكهربائيةمع الثنائيات أشباه الموصلات.

في الدوائر العملية، يتم توصيل بعض الأحمال، على سبيل المثال المقاوم، إلى دائرة الصمام الثنائي (الشكل 3.10، أ). يتدفق التيار المباشر عندما يكون للأنود إمكانات إيجابية بالنسبة للكاثود.

يسمى وضع الصمام الثنائي مع الحمل بوضع التشغيل. إذا كان للديود مقاومة خطية، فلن يكون حساب التيار في مثل هذه الدائرة أمرًا صعبًا، لأن المقاومة الإجمالية للدائرة تساوي مجموع مقاومة الصمام الثنائي للتيار المباشر Ro ومقاومة مقاوم الحمل Rн. لكن للدايود مقاومة غير خطية، وتتغير قيمة Ro الخاصة به مع تغير التيار. ولذلك، يتم الحساب الحالي بيانيا. المهمة هي كما يلي: قيم E و Rn وخصائص الصمام الثنائي معروفة؛ ومن الضروري تحديد التيار في الدائرة I والجهد على الصمام الثنائي Ud.

الشكل 3.10

ينبغي اعتبار خاصية الصمام الثنائي رسمًا بيانيًا لبعض المعادلات التي تربط الكميتين I وU. وبالنسبة للمقاومة Rн، هناك معادلة مماثلة هي قانون أوم:

(3.1)

إذًا، هناك معادلتان بمجهولين I وU، وإحدى المعادلتين معطاة بيانيًا. لحل هذا النظام من المعادلات، تحتاج إلى إنشاء رسم بياني للمعادلة الثانية والعثور على إحداثيات نقطة تقاطع الرسمين البيانيين.

معادلة المقاومة Rн هي معادلة من الدرجة الأولى بالنسبة إلى I وU. ورسمها البياني عبارة عن خط مستقيم يسمى خط الحمل. يتم إنشاؤه باستخدام نقطتين على محاور الإحداثيات. بالنسبة إلى I= 0، من المعادلة (3.1) نحصل على: E − U= 0 أو U= E، وهو ما يتوافق مع النقطة A في الشكل. 3.10، ب. وإذا كانت U = 0، فأنا = E/Rн. نرسم هذا التيار على المحور الإحداثي (النقطة B). ومن خلال النقطتين A وB نرسم خطًا مستقيمًا، وهو خط التحميل. إحداثيات النقطة D تعطي الحل للمشكلة.

تجدر الإشارة إلى أنه يمكن حذف الحساب الرسومي لوضع تشغيل الصمام الثنائي إذا كانت Rн >> Ro. في هذه الحالة يجوز إهمال مقاومة الدايود وتحديد التيار بالتقريب: I»E/Rн.

يمكن تطبيق الطريقة المدروسة لحساب الجهد المباشر على السعة أو القيم اللحظية إذا كان المصدر يوفر جهدًا متناوبًا.

نظرًا لأن الثنائيات شبه الموصلة توصل التيار بشكل جيد في الاتجاه الأمامي وسيئة في الاتجاه العكسي، فإن معظمها الثنائيات أشباه الموصلاتتستخدم لتصحيح التيار المتردد.

تظهر أبسط دائرة لتصحيح التيار المتردد في الشكل. 3.11. إنه متصل على التوالي مع مصدر EMF - e المتناوب والصمام الثنائي VD ومقاوم الحمل Rн. وتسمى هذه الدائرة نصف الموجة.

أبسط مقوم يعمل على النحو التالي. خلال نصف دورة واحدة، يكون جهد الصمام الثنائي مباشرًا ويمر تيار، مما يؤدي إلى انخفاض جهد UR عبر المقاوم Rн. خلال نصف الدورة التالية، يتم عكس الجهد، ولا يوجد عمليا أي تيار و UR = 0. وبالتالي، يمر التيار النابض عبر الصمام الثنائي ومقاوم الحمل في شكل نبضات تدوم نصف دورة. ويسمى هذا التيار التيار المصحح. إنه يخلق جهدًا مصححًا عبر المقاوم Rн. الرسوم البيانية في الشكل. 3.11، ب توضيح العمليات في المقوم.

الشكل 3.11

سعة نصف الموجات الموجبة على الصمام الثنائي صغيرة جدًا. يتم تفسير ذلك من خلال حقيقة أنه عندما يمر التيار المباشر، ينخفض ​​\u200b\u200bمعظم جهد المصدر عبر مقاوم الحمل Rн، الذي تتجاوز مقاومته بشكل كبير مقاومة الصمام الثنائي. في هذه الحالة

بالنسبة لثنائيات أشباه الموصلات التقليدية، لا يزيد الجهد الأمامي عن 1...2 فولت. على سبيل المثال، لنفترض أن الجهد الفعال للمصدر E = 200V و . إذا كان Up max = 2V، فإن URmax = 278V.

مع نصف موجة سالبة للجهد الموفر، لا يوجد تيار عمليًا ويكون انخفاض الجهد عبر المقاوم Rн صفرًا. يتم تطبيق جهد المصدر بالكامل على الصمام الثنائي وهو الجهد العكسي له. وبالتالي، فإن القيمة القصوى للجهد العكسي تساوي سعة المصدر emf.

يظهر أبسط مخطط لاستخدام صمام ثنائي زينر في الشكل. 3.12، أ. يتم توصيل الحمل (المستهلك) على التوازي مع ثنائي الزينر. لذلك، في وضع التثبيت، عندما يكون الجهد على الصمام الثنائي الزينر ثابتًا تقريبًا، سيكون نفس الجهد على الحمل. عادة يتم حساب Rogr للنقطة الوسطى T لخصائص صمام ثنائي الزينر.

لنفكر في الحالة التي يكون فيها E = const، وRн يختلف من Rн min إلى Rн max..

يمكن إيجاد قيمة Rolim باستخدام الصيغة التالية:

(3.3)

حيث Iav = 0.5(Ist min+Ist max) - متوسط ​​تيار الصمام الثنائي زينر؛

In = Ust/Rн - تيار الحمل (عند Rн = const)؛

In.av = 0.5(في الحد الأدنى+في الحد الأقصى)، (مع Rn = var)،

و و .

الشكل 3.12

يمكن شرح تشغيل الدائرة في هذا الوضع على النحو التالي. بما أن Rogr ثابت وانخفاض الجهد عبره، والذي يساوي (E − Ust)، ثابت أيضًا، فإن التيار في Rogr، الذي يساوي (Ist + In.sr)، يجب أن يكون ثابتًا. لكن هذا الأخير ممكن فقط إذا تغير تيار الصمام الثنائي الزينر I وتيار الحمل Iн بنفس الدرجة، ولكن في اتجاهين متعاكسين. على سبيل المثال، إذا زاد، فإن التيار I يتناقص بنفس المقدار، ويظل مجموعهما دون تغيير.

دعونا نفكر في مبدأ تشغيل صمام ثنائي زينر باستخدام مثال دائرة تتكون من مصدر متصل على التوالي لمتغير EMF - e، وصمام ثنائي زينر VD ومقاوم R (الشكل 3.13، أ).

خلال نصف الدورة الموجبة، يتم تطبيق جهد عكسي على صمام ثنائي زينر، وحتى جهد انهيار صمام ثنائي زينر، يتم تطبيق كل الجهد على صمام ثنائي زينر، حيث أن التيار في الدائرة هو صفر. بعد الانهيار الكهربائي لثنائي الزينر، يظل الجهد الكهربي على الصمام الثنائي الزينر VD دون تغيير وسيتم تطبيق الجهد المتبقي بالكامل لمصدر EMF على المقاوم R. خلال نصف الدورة السالبة، يتم تشغيل الصمام الثنائي الزينر في اتجاه التوصيل ، يكون انخفاض الجهد عبره حوالي 1 فولت، ويتم تطبيق الجهد المتبقي لمصدر EMF على المقاوم R.

الصمام الثنائي لأشباه الموصلات هو جهاز من أشباه الموصلات مزود بوصلة كهربائية واحدة ومحطتين، ويستخدم خاصية أو أخرى من خصائص الوصلة الكهربائية. يمكن أن يكون الوصل الكهربائي عبارة عن تقاطع ثقب إلكتروني، أو تقاطع معدني لأشباه الموصلات، أو تقاطع غير متجانس.

منطقة بلورة أشباه الموصلات ذات الصمام الثنائي التي تحتوي على تركيز أعلى من الشوائب (وبالتالي معظم حاملات الشحنة) تسمى الباعث، والأخرى ذات التركيز الأقل تسمى القاعدة. غالبًا ما يسمى جانب الصمام الثنائي الذي يتصل به القطب السالب لمصدر الطاقة عند توصيله مباشرة بالكاثود، ويسمى الجانب الآخر بالأنود.

حسب الغرض منها تنقسم الثنائيات إلى:

1. مقومات (طاقة)، ​​مصممة لتحويل الجهد المتردد من مصادر طاقة التردد الصناعي إلى جهد مباشر؛

2. ثنائيات زينر (الثنائيات المرجعية) المصممة لتثبيت الفولتية , وجود قسم على الفرع العكسي للجهد الحالي يتميز باعتماد ضعيف للجهد على التيار المتدفق:

3. الدوالي المعدة للاستخدام كسعة يتم التحكم فيها عن طريق الجهد الكهربائي.

4. نبض، مصمم للعمل في دوائر نبضية عالية السرعة.

5. النفق والعكس، مصمم لتضخيم وتوليد وتبديل التذبذبات عالية التردد؛

6. تردد فائق، مصمم للتحويل والتبديل وتوليد تذبذبات فائقة التردد؛

7. مصابيح LED مصممة لتحويل الإشارة الكهربائية إلى طاقة ضوئية.

8. الثنائيات الضوئية، المصممة لتحويل الطاقة الضوئية إلى إشارة كهربائية.

يتم اختيار النظام وقائمة المعلمات المدرجة في الأوصاف الفنية وتوصيف خصائص ثنائيات أشباه الموصلات مع الأخذ في الاعتبار خصائصها الفيزيائية والتكنولوجية ونطاق التطبيق. في معظم الحالات، تكون المعلومات المتعلقة بمعلماتها الثابتة والديناميكية والحدية مهمة.

تميز المعلمات الثابتة سلوك الأجهزة عندما العاصمةديناميكية - خصائص التردد الزمني الخاصة بها، تحدد المعلمات المحددة منطقة التشغيل المستقر والموثوق.

1.5. خاصية الجهد الحالي للديود

تشبه خاصية الجهد الحالي (خاصية فولت أمبير) للديود خاصية الجهد الحالي ص ن-الانتقال وله فرعان – للأمام والخلف.

تظهر خاصية الجهد الحالي للديود في الشكل 5.

إذا تم تشغيل الصمام الثنائي في الاتجاه الأمامي ("+" - إلى المنطقة رو "-" - إلى المنطقة ن)، ثم عند الوصول إلى عتبة الجهد شثم يفتح الصمام الثنائي ويتدفق التيار المباشر من خلاله. عند إعادة التشغيل ("-" إلى المنطقة رو"+" - إلى المنطقة ن) يتدفق تيار عكسي ضئيل عبر الصمام الثنائي، أي أن الصمام الثنائي مغلق بالفعل. ولذلك، يمكننا أن نعتبر أن الدايود يمرر التيار في اتجاه واحد فقط، مما يسمح باستخدامه كعنصر مقوم.

تختلف قيم التيارات الأمامية والخلفية بعدة مراتب من حيث الحجم، ولا يتجاوز انخفاض الجهد الأمامي بضعة فولتات مقارنة بالجهد العكسي الذي يمكن أن يصل إلى مئات الفولتات أو أكثر. تكون خصائص التصحيح للثنائيات أفضل، فكلما انخفض التيار العكسي عند جهد عكسي معين، انخفض انخفاض الجهد عند تيار أمامي معين.

معلمات خاصية الجهد الحالي هي: المقاومة الديناميكية (التفاضلية) للصمام الثنائي للتيار المتردد والمقاومة الثابتة للتيار المباشر.

يتم التعبير عن المقاومة الثابتة للديود للتيار المباشر في الاتجاهين الأمامي والخلفي بالعلاقة:

, (2)

أين شو أناتحديد نقاط محددة على خاصية الجهد الحالي للصمام الثنائي والتي يتم حساب المقاومة عندها.

تحدد المقاومة الديناميكية للتيار المتردد التغير في التيار من خلال الصمام الثنائي مع تغير في الجهد بالقرب من نقطة تشغيل محددة على خاصية الصمام الثنائي:

. (3)

نظرًا لأن الخاصية IV-V النموذجية للديود تحتوي على أقسام ذات خطية متزايدة (واحدة على الفرع الأمامي، وواحدة على الفرع العكسي)، صيتم حساب d كنسبة زيادة الجهد الصغيرة عبر الصمام الثنائي إلى زيادة التيار الصغيرة من خلاله في وضع معين:

. (4)

لاستخلاص تعبير عن صد، هو أكثر ملاءمة لاتخاذ التيار كوسيطة أنا، واعتبر الجهد كدالة، وبأخذ لوغاريتم المعادلة (1)، قم بإحضاره إلى النموذج:

. (5)

. (6)

ويترتب على ذلك مع زيادة التيار إلى الأمام صيتناقص d بسرعة، منذ تشغيل الصمام الثنائي مباشرة أنا>>أنا س .

في القسم الخطي لخاصية الجهد الحالي عندما يتم توصيل الصمام الثنائي مباشرة، تكون المقاومة الساكنة دائمًا أكبر من المقاومة الديناميكية: رش > صد. عند إعادة تشغيل الصمام الثنائي رشارع صد.

وبالتالي، فإن المقاومة الكهربائية للدايود في الاتجاه الأمامي أقل بكثير منها في الاتجاه العكسي. ولذلك، فإن الصمام الثنائي لديه موصلية أحادية الاتجاه ويستخدم لتصحيح التيار المتردد.