Разликата между диод "напред" и диод "назад". аз

D йод- най-простото устройство в славното семейство на полупроводникови устройства. Ако вземем полупроводникова плоча, например германий, и въведем акцепторен примес в лявата му половина и донорен примес в дясната, тогава от една страна получаваме полупроводник от тип P, съответно, от друга, тип Н. В средата на кристала, получаваме т.нар P-N преходкакто е показано на фигура 1.

Същата фигура показва условното графично обозначение на диода в диаграмите: изходът на катода (отрицателния електрод) е много подобен на знака "-". По-лесно е да запомните така.

Общо в такъв кристал има две зони с различна проводимост, от които излизат два извода, следователно полученото устройство се нарича диодтъй като префиксът "ди" означава две.

В този случай диодът се оказа полупроводников, но подобни устройства бяха известни и преди: например в ерата на електронните тръби имаше тръбен диод, наречен кенотрон. Сега такива диоди са влезли в историята, въпреки че привържениците на "тръбния" звук вярват, че в лампов усилвателдори токоизправителя на анодното напрежение трябва да е лампа!

Фигура 1. Структурата на диода и обозначението на диода в диаграмата

На кръстовището на полупроводници с P и N проводимост се оказва P-N кръстовище (P-N кръстовище), който е в основата на всички полупроводникови устройства. Но за разлика от диода, който има само едно кръстовище, те имат две P-N кръстовища и, например, те се състоят от четири кръстовища наведнъж.

P-N кръстовище в покой

Дори ако P-N преходът, в този случай диодът, не е свързан никъде, вътре в него все още се случват интересни физически процеси, които са показани на фигура 2.

Фигура 2. Диод в покой

В областта N има излишък от електрони, той носи отрицателен заряд, а в областта P зарядът е положителен. Заедно тези заряди образуват електрическо поле. Тъй като за разлика от зарядите има тенденция да се привличат, електроните от N зоната проникват в положително заредената P зона, запълвайки някои дупки. В резултат на такова движение вътре в полупроводника възниква ток, макар и много малък (единици наноампери).

В резултат на такова движение плътността на материята откъм P нараства, но до определена граница. Частиците обикновено се стремят да се разпространяват равномерно в целия обем на веществото, точно както миризмата на парфюм се разпространява в стаята (дифузия), така че рано или късно електроните се връщат обратно в N зоната.

Ако за повечето консуматори на електроенергия посоката на тока не играе роля - крушката свети, плочката се нагрява, то за диода посоката на тока играе огромна роля. Основната функция на диода е да провежда ток в една посока. Именно това свойство се осигурява от P-N кръстовището.

Включване на диода в обратна посока

Ако свържете източник на захранване към полупроводников диод, както е показано на фигура 3, токът няма да премине през P-N прехода.

Фигура 3. Диод обърнат

Както можете да видите на фигурата, положителният полюс на захранването е свързан към зоната N, а отрицателният полюс е свързан към зоната P. В резултат на това електроните от областта N се втурват към положителния полюс на източника. На свой ред положителни заряди(дупки) в областта P се привличат от отрицателния полюс на захранването. Следователно, в P-N областипреход, както се вижда на фигурата, се образува празнина, просто няма какво да провежда ток, няма носители на заряд.

С увеличаването на захранващото напрежение електроните и дупките се привличат все повече и повече. електрическо полебатерии, в областта на P-N прехода има все по-малко носители на заряд. Следователно при обратното свързване през диода не протича ток. В такива случаи е прието да се казва така полупроводников диод е заключен от обратно напрежение.

Увеличаването на плътността на материята в близост до полюсите на батерията води до дифузия, - желанието за равномерно разпределение на веществото в целия обем. Какво се случва при изключване на батерията.

Полупроводников диод с обратен ток

Тук е моментът да си припомним условно забравените второстепенни носители. Факт е, че дори в затворено състояние през диода преминава малък ток, наречен обратен. Това обратен токи се създава от непървични носители, които могат да се движат точно по същия начин като първичните, само че в обратна посока. Естествено, такова движение се случва с обратно напрежение. Обратният ток обикновено е малък, поради малкия брой миноритарни носители.

С повишаване на температурата на кристала броят на незначителните носители се увеличава, което води до увеличаване на обратния ток, което може да доведе до разрушаване на P-N прехода. Поради това работните температури за полупроводникови устройства - диоди, транзистори, микросхеми са ограничени. За да се предотврати прегряване, мощни диоди и транзистори са инсталирани на радиатори - радиатори.

Включване на диода в посока напред

Показано на фигура 4.

Фигура 4. Диодна директна връзка

Сега нека променим полярността на източника: свържете минуса към N областта (катод) и плюса към P областта (анод). С това включване в N областта, електроните ще бъдат отблъснати от минуса на батерията и ще се преместят в P-N странапреход. В областта P положително заредените дупки ще бъдат отблъснати от положителния извод на батерията. Електрони и дупки се втурват един към друг.

Заредени частици с различна полярност се събират близо до P-N прехода, между тях възниква електрическо поле. Следователно електроните преодоляват P-N прехода и продължават да се движат през зоната P. В същото време някои от тях се рекомбинират с дупки, но повечето от тях се втурват към плюса на батерията, токът Id премина през диода.

Този ток се нарича постоянен ток. Ограничава се от техническите данни на диода, някаква максимална стойност. Ако тази стойност бъде превишена, тогава има опасност от повреда на диода. Все пак трябва да се отбележи, че посоката на постоянния ток на фигурата съвпада с общоприетото обратно движение на електроните.

Може да се каже и че в пряката посока на включване електрическо съпротивлениедиодът е сравнително малък. При повторно включване това съпротивление ще бъде многократно по-голямо, през полупроводниковия диод не протича ток (тук не се взема предвид лек обратен ток). От гореизложеното можем да заключим, че диодът се държи като конвенционален механичен вентил: обърнат в една посока - водата тече, обърнат в другата - потокът е спрял. За това свойство диодът е кръстен полупроводников гейт.

За да разберете подробно всички способности и свойства на полупроводников диод, трябва да се запознаете с неговите волт - амперна характеристика. Също така е добра идея да научите за различните конструкции на диоди и честотни свойства, както и за плюсовете и минусите. Това ще бъде обсъдено в следващата статия.

Какво е предно и обратно напрежение? Опитвам се да разбера принципа на работа на полевия транзистор. и получи най-добрия отговор

Отговор от Вовик[активен]
Директно - плюс се прилага към плюс, минус към минус. Обратното - на плюс - минус, на минус - плюс.
Приложено към полеви транзистормежду източника и портата.
Базата и излъчвателят са биполярен транзистор, а не на терена.
Биполярният транзистор се състои от два гръб до гръб r-p преходи с един общ изход - емитер - база (тип общ) - колектор, като два диода, само общия "слой" е тънък и провежда ток, ако между емитер и база се подаде постоянно напрежение, което се нарича отваряне.
Колкото по-голямо е директното напрежение между базата и емитера, толкова повече транзисторът е отворен и толкова по-ниско е съпротивлението му емитер-колектор, т.е. има обратна връзка между напрежението емитер-база и съпротивлението на биполярния транзистор.
Ако се приложи обратно напрежение между базата и емитера, транзисторът ще се затвори напълно и няма да провежда ток.
Ако приложите напрежение само към основата и емитера или основата и колектора, получавате обикновен диод.
Полевият транзистор е подреден малко по-различно. Има и три изхода, но те се наричат ​​drain, source и gate. Има само един p-p преход, порта -> изтичане-източник или порта<- 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.

Отговор от Алекс Р[гуру]
За 1 въпрос, директен и arr, това се случва с полупроводник (диод), т.е. диод в директен например пропуска ток и ако токът тече обратно, всичко е затворено. За по-голяма яснота, нипелът на велосипедна гума се духа там, а не назад. Field tr-r, тук, чисто за разбиране, няма електронна връзка между гейта и дрейн-източника и токът минава поради злото на полето, създадено на гейта. Нещо такова.

Отговор от Александър Егоров[гуру]
директен - минус към областта с n-проводимост, плюс към областта на k с p-проводимост
обратно
захранвайки само емитера и колектора, токът няма да премине, защото йонизираните атоми на основата ще отблъснат свободните заряди на емитера от pn прехода (който е толкова трудно да се прескочи pn прехода, защото е диелектрик) . И ако приложите напрежение към основата, тогава тя ще "изсмуче" свободните заряди от основата и те вече няма да отблъскват зарядите на емитера, предотвратявайки преминаването им през pn прехода. Транзисторът ще се отвори.
Между другото, емитерът, колекторът и базата нямат полеви ефект, а биполярен транзистор.
Ако приложите напрежение само към основата и емитера или основата и колектора, тогава ще бъде обикновен диод (всеки pn преход е диод).

Отговор от потребител потребител[гуру]
полевият транзистор има p или n тип канал, управляван от полето. транзисторни терминали гейт дрейн източник

VAC на диода.

(VAC) - графика на зависимостта на тока през двуполюсна мрежа от напрежението на тази двуполюсна мрежа. Най-често се разглежда CVC на нелинейни елементи (степента на нелинейност се определя от коефициента на нелинейност, тъй като за линейните елементи CVC е права линия и не представлява особен интерес.

Нелинейността на I–V характеристиката се дължи на факта, че съпротивлението на NE зависи от приложеното напрежение (диоди, ценерови диоди) или ток (термистори). CVC на нелинейни елементи се описва с уравнения, чиито мощности са по-високи от първите. Тъй като съпротивлението на NE е променлива величина, моментната стойност на тока в тях не е пропорционална на моментните стойности на напрежението. (стр. 117 ръководство)

Прав и обратен ток. Право и обратно напрежение.

Когато съпротивлението на p - n прехода е малко, през диода протича ток, т.нар постоянен ток. Колкото по-голяма е площта на прехода p-n и захранващото напрежение, толкова по-голям е този ток в права посока. Ако полюсите на елемента са обърнати, диодът ще бъде в затворено състояние. Образува се зона, която е обеднена на електрони и дупки, има много висока устойчивост на ток. Въпреки това, в тази зона, все още ще има малък обмен на токови носители между областите на диода. Следователно през диода ще тече ток, но в пъти по-малък от постоянен. Този ток се нарича диоден обратен ток. Ако диодът е свързан към верига с променлив ток, той ще се отвори с положителни полупериоди на анода, свободно преминаващ ток в една посока - постоянен ток Ipr., и ще се затвори с отрицателни полупериоди на анода, почти без преминаване на ток в обратна посока - обратен ток Ирев. Напрежението, при което диодът се отваря и през него протича постоянен ток, се нарича директен(Upp.), И напрежението на обратната полярност, при което диодът се затваря и през него протича обратен ток, се нарича обратен(Uobr.) При директно напрежение съпротивлението на качествен диод не надвишава няколко десетки ома, докато при обратно напрежение съпротивлението му ще достигне десетки, стотици килоома и дори мегаома.

пробивно напрежение.

Диелектрикът, намиращ се в електрическо поле, губи своите електрически изолационни свойства, ако напрегнатостта на полето надвиши определена критична стойност. Това явление се нарича пробив на диелектрика или нарушаване на неговата електрическа якост. Свойството на диелектрика да издържа на пробив се нарича електрическа якост (Epr). Напрежението, при което настъпва пробив на изолацията, се нарича пробивно напрежение (Upr).

Дата на публикуване: 23.12.2017 г

Знаете ли какво е обратно напрежение?

обратно напрежение

Обратното напрежение е вид енергиен сигнал, създаден, когато полярността на електрически ток е обърната. Това напрежение често възниква, когато към диод се приложи обратна полярност, което кара диода да реагира, като работи в обратна посока. Тази обратна функция може също да създаде пробивно напрежение в диода, тъй като това често прекъсва веригата, към която е приложено напрежението.

Обратното напрежение възниква, когато източник на връзка на захранващ сигнал се приложи към верига по обърнат начин. Това означава, че източникът на положителен проводник е свързан към заземения или отрицателния проводник на веригата и обратно. Това прехвърляне на напрежение често не е предвидено, тъй като повечето електрически вериги не могат да се справят с напрежение.

Когато към верига или диод се приложи минимално напрежение, това може да накара веригата или диода да работят в обратна посока. Това може да предизвика реакция като неправилно въртене на двигателя на вентилатора на кутията. Елементът ще продължи да функционира в такива случаи.

Когато количеството на напрежението, приложено към веригата, е твърде висок сигнал за получената верига, това се нарича напрежение на пробив. Ако входният сигнал, който е обърнат, надвишава допустимото напрежение за поддържане на веригата, веригата може да бъде повредена повече от останалата използваема част. Точката, в която веригата е повредена, се отнася до стойността на пробивното напрежение. Това пробивно напрежение има няколко други имена, пиково обратно напрежение или обратно пробивно напрежение.

Обратното напрежение може да причини пробивно напрежение, което също засяга работата на други компоненти на веригата. Извън увреждащите диоди и функциите на веригата за обратно напрежение, то може също да стане пиково обратно напрежение. В такива случаи веригата не може да съдържа количеството входна мощност от сигнала, който е обърнат и може да създаде пробивно напрежение между изолаторите.

Това напрежение на пробив, което може да възникне през компонентите на веригата, може да причини повреда на компоненти или изолатори на проводници. Това може да ги превърне в сигнални проводници и да повреди веригата чрез предаване на напрежение към различни части на веригата, които не трябва да го приемат, причинявайки нестабилност в цялата верига. Това може да причини дъги на напрежение от компонент до компонент, които също могат да бъдат достатъчно мощни, за да запалят различни компоненти на веригата и да предизвикат пожар.

Навигация на публикации

Здрави

Ремонт на вътрешна конструкция

По време на жизнения цикъл на сградата в определени моменти са необходими ремонти, за да се актуализира интериорът. Модернизацията е необходима и когато интериорният дизайн или функционалност изостават от модерността.

Многоетажна сграда

В Русия има повече от 100 милиона жилищни единици и повечето от тях са "еднофамилни къщи" или вили. В градовете, предградията и селските райони притежаването на жилище е много разпространена форма на жилище.
Практиката на проектиране, изграждане и експлоатация на сгради най-често е съвместно усилие на различни групи от специалисти и професии. В зависимост от размера, сложността и предназначението на конкретен строителен проект, екипът по проекта може да включва:
1. Строител на недвижими имоти, който осигурява финансиране на проекта;
Една или повече финансови институции или други инвеститори, които предоставят финансиране;
2. Органи за местно планиране и управление;
3. Сервиз, който извършва ALTA / ACSM и строителни проучвания по целия проект;
4. Ръководители на сгради, които координират усилията на различни групи участници в проекта;
5. Лицензирани архитекти и инженери, които проектират сгради и изготвят строителна документация;

Характеристики и параметри на токоизправителни и универсални диоди

Токоизправителните диоди се използват за коригиране на променлив ток с ниска честота. Токоизправителните свойства на тези диоди се основават на принципа на едностранната проводимост на електрон-дупка p-n преходи.

Универсалните диоди се използват в различни електронни устройства като токоизправители променлив токвисоки и ниски честоти, умножители и честотни преобразуватели, детектори на големи и малки сигнали и др. Обхватът на работните токове и напрежения на токоизправителните и универсалните диоди е много широк, така че те се произвеждат както с точков, така и с планарен p-n-преход в структурата на полупроводник с площи от десети от квадратния милиметър до няколко квадратни сантиметра. Обикновено универсалните диоди използват кръстовища с малки площи и капацитети, но с относително високи стойности на токове напред и обратни напрежения. На тези изисквания отговарят точкови, планарни и мезапланарни диоди от микросплави. Характеристиките и параметрите на универсалните диоди са същите като тези на изправителните диоди.

Волт-амперни характеристики(CV) на токоизправителните диоди изразява зависимостта на тока, преминаващ през диода, от стойността и полярността на приложеното към него постоянно напрежение.Директният клон на характеристиката показва зависимостта на тока през диода с директна пропускателна полярност от приложеното напрежение. Силата на предния ток експоненциално зависи от предното напрежение, приложено към диода, и може да достигне големи стойности с малък (от порядъка на 0,3 - 1 V) спад на напрежението в диода.

Обратният клон на характеристиката съответства на непроводимата посока на тока през диода с обратната полярност на напрежението, приложено към диода. Обратният ток (разрез. OD) леко зависи от приложеното обратно напрежение. При относително голямо обратно напрежение (точка B на характеристиката) възниква електрически пробив на p-n прехода, при който обратният ток бързо се увеличава, което може да доведе до термично разрушаване и повреда на диода. С повишаване на температурата, термичният ток и генериращият ток на носителите на заряд в прехода ще се увеличат, което ще доведе до увеличаване на предния и обратния ток и промяна в характеристиките на диода.

Свойствата и взаимозаменяемостта на диодите се оценяват по техните параметри. Основните параметри включват токове и напрежения, свързани с характеристиката ток-напрежениеДиодите се използват както в AC, така и в DC вериги. Следователно, за да се оценят свойствата на диодите, заедно с параметрите на, се използват диференциални параметри, които характеризират тяхната работа при променлив ток.

Изправен (постоянен) ток Iпр е токът (средна стойност за периода), преминаващ през диода, при който се осигурява неговата надеждна и дълготрайна работа. Силата на този ток е ограничена от нагряване или максимална мощност Rmax. Излишният ток в посока напред води до термичен срив и повреда на диода.

• Падане на напрежението напред Upr.Sr - средната стойност за периода на диода, когато през него преминава допустимият прав ток.
• Допустимо обратно напрежение U0br е средната стойност за периода, при който се осигурява надеждна и дълготрайна работа на диода. Превишаването на обратното напрежение води до повреда и повреда на диодите. С повишаването на температурата стойностите на обратното напрежение и тока в посока намаляват.
• обратен ток Iобр - средната стойност за периода на обратния ток с допустим Uобр. Колкото по-нисък е обратният ток, толкова по-добре.

Вие сте токоизправителните свойства на диод.Повишаването на температурата на всеки 10 ° C води до увеличаване на обратния ток за германиеви "силициеви диоди с коефициент 1,5 - 2 или повече.

Максимална константа, или средната мощност Pmax, разсейвана от диода за периода, при който диодът може да работи дълго време, без да променя параметрите си. Тази мощност е сумата от продуктите на токове и напрежения при предни и обратни отклонения на прехода, т.е. за положителните и отрицателните полупериоди на променливия ток. За устройства с висока мощност, работещи с добро разсейване на топлината, Pmax = (Tp.max - Tk) / Rpk. За устройства с ниска мощност, работещи без радиатор,

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

Максимална температура на свързване Gp.max зависи от материала (забранената зона) на полупроводника и степента на неговото легиране, т.е. от съпротивлението на областта на p-n-прехода - основата. Диапазонът на Gp.max за германий е в рамките на 80 - 110 ° C, а за силиций 150 - 220 ° C.

Термична устойчивост Rp.k между кръстовището и тялото се определя от температурната разлика между кръстовището Tpi от тялото Tk и средната мощност Ra, освободена в кръстовището и е 1 - 3 ° C / W: Ra.K \u003d (Ta - TK) / Pa. Топлинното съпротивление Rn c между прехода и околната среда зависи от температурната разлика между прехода Tp и околната среда Tc. Тъй като практически RPK

Режимът на ограничаване на използването на диоди се характеризира с максимално допустимото обратно напрежение Urev max, максималния изправителен ток Ipr max и максималната температура на прехода TPmax С увеличаване на честотата на променливото напрежение, подадено към диода, неговите изправителни свойства се влошават. Следователно, за да се определят свойствата на токоизправителните диоди, обикновено се определя работният честотен диапазон Df или максималната коригираща честота fmax остава предубеден за известно време (т.е. губи своите коригиращи свойства). Това свойство се проявява толкова по-значително, колкото по-голям е импулсът на постоянен ток или колкото по-висока е честотата на доставеното променливо напрежение. високи честотишунтиращият ефект на бариерата и дифузионния капацитет на p-n прехода започва да се появява, намалявайки неговите коригиращи свойства

При изчисляване на режима на токоизправителите се използва статичното съпротивление на постоянен ток и диференциалното съпротивление на диодите на променлив ток

• диференциал AC съпротивлението rdiff=dU/dI или rDif=DU/DI определя промяната в тока през диода, когато напрежението се промени близо до избраната работна точка на характеристиката на диода. Когато напрежението е директно включено, rdif Pr=0,026/ /IPr и ток Ip>10 mA, то е няколко ома.Когато е свързано обратно напрежение, rDIf arr е голям (от десетки килоома до няколко мегаома).
• статичендиодно съпротивление на постоянен ток rprd = Upr / Ipr, rrev d = Urev / Irev

Капацитетите на диодите оказват значително влияние върху тяхната работа при високи честоти и в импулсни режими. В паспортните данни на диодите обикновено се дава общият капацитет на диода Cd, който в допълнение към бариерата и дифузионния капацитет включва капацитета на корпуса на устройството.Този капацитет се измерва между външните проводници на диода при дадено обратно напрежение и честота на тока

полупроводников диод - Това е полупроводниково устройство с един p-n преход и два електрода. Принципът на работа на полупроводниковия диод се основава на явлението p-n преход, така че за по-нататъшно изучаване на полупроводникови устройства трябва да знаете как работи.

токоизправителен диод (наричан още вентил) е вид полупроводников диод, който се използва за преобразуване на променлив ток в постоянен ток.

Диодът има два проводника (електрода) анод и катод. Анодът е прикрепен към p слоя, катодът към n слоя. Когато към анода се приложи плюс, а към анода - минус (директно свързване на диода), диодът пропуска ток. Ако на анода се подаде минус, а на катода - плюс (обратно включване на диода), токът през диода няма да се вижда от ток-напрежението на диода. Следователно, когато входът на изправителния диод получава AC напрежениепрез него преминава само една полувълна.

Волт-амперна характеристика (VAC) на диода.

Волт-амперни характеристикидиод е показан на фиг. I. 2. Първият квадрант показва директния клон на характеристиката, която описва състоянието на висока проводимост на диода с приложено към него изправено напрежение, което е линеаризирано от частично линейна функция

u \u003d U 0 + R D i

където: u - напрежение на вентила при преминаване на ток i; U 0 - прагово напрежение; R d - динамично съпротивление.

В третия квадрант е обратният клон на характеристиката ток-напрежение, който описва състоянието на ниска проводимост, когато обратното напрежение е приложено към диода. В състояние на ниска проводимост токът през полупроводниковата структура практически не протича. Това обаче е вярно само до определена стойност на обратното напрежение. При обратно напрежение, когато силата на електрическото поле в p-n прехода достигне около 10 s V / cm, това поле може да придаде на подвижни носители на заряд - електрони и дупки, които постоянно възникват в целия обем на полупроводниковата структура в резултат на термично поколение - кинетична енергия, достатъчна за йонизация на неутрални силициеви атоми. Получените дупки и електрони на проводимост от своя страна се ускоряват от електричеството поле p-nпреход и също йонизират неутрални силициеви атоми. В този случай се получава лавинообразно нарастване на обратния ток, .t. д. лавинни аварии.

Напрежението, при което има рязко увеличение на обратния ток, наречено пробивно напрежение U 3 .

ТЕМА 3. ПОЛУПРОВОДНИКОВИ ДИОДИ

Полупроводниковият диод е електрически полупроводниково устройствос един електрически възел и два терминала, който използва свойствата p-n- преходА.

Полупроводниковите диоди се класифицират:

1) по предназначение: токоизправител, високочестотен и микровълнов (HF и микровълнови диоди), импулсен, полупроводникови ценерови диоди (референтни диоди), тунелен, обърнат, варикапи и др .;

2) по конструктивни и технологични характеристики: равнинни и точкови;

3) според вида на изходния материал: германий, силиций, арсенид - галий и др.

Фигура 3.1 - Устройството на точкови диоди

Точковият диод използва германиева или силициева плоча с n-тип електрическа проводимост (фиг. 3.1), с дебелина 0,1 ... 0,6 mm и площ 0,5 ... 1,5 mm2; заострена тел (игла) с отложен примес влиза в контакт с плочата. В този случай примесите дифундират от иглата в основния полупроводник, което създава област с различен тип електрическа проводимост. Така близо до иглата се образува миниатюрен p-n-преход с полусферична форма.

За производството на германиеви точкови диоди волфрамова тел, покрита с индий, се заварява към германиева плоча. Индият е акцептор на германий. Получената област от р-тип германий е емитер.

Силициевите точкови диоди са направени от n-тип силиций и жица, покрита с алуминий, която служи като акцептор за силиций.

В планарните диоди pn преходът се образува от два полупроводника с различни видове електрическа проводимост, а зоната на прехода y различни видоведиоди варира от стотни от квадратен милиметър до няколко десетки квадратни сантиметра (мощни диоди).

Планарните диоди се произвеждат чрез сливане (сливане) или дифузионни методи (фиг. 3.2).

Фигура 3.2 - Устройството на планарни диоди, направени чрез сплав (а) и метод на дифузия (б)

Капка индий се разтопява в плоча от n-тип германий при температура около 500 ° C (фиг. 3.2, а), която, сливайки се с германий, образува слой от p-тип германий. Областта с p-тип електрическа проводимост има по-висока концентрация на примеси от основната плоча и следователно е емитер. Оловните проводници са запоени към основната плоча от германий и към индий, обикновено от никел. Ако p-тип германий се вземе като изходен материал, тогава антимонът се разтопява в него и след това се получава n-тип емитерна област.

Дифузионният метод за производство на p-n преход се основава на факта, че примесните атоми дифундират в основния полупроводник (фиг. 3.2, b). За да се създаде p-слой, се използва дифузия на акцепторен елемент (бор или алуминий за силиций, индий за германий) през повърхността на изходния материал.

3.1 Токоизправителни диоди

Токоизправителният полупроводников диод е полупроводников диод, предназначен да преобразува AC в DC.

Токоизправителните диоди са направени на базата на p-n-преход и имат две области, едната от които е с по-ниско съпротивление (съдържа висока концентрация на примеси) и се нарича емитер. Друга област, основата, е с по-високо съпротивление (съдържа по-ниска концентрация на примеси).

Работата на токоизправителните диоди се основава на свойството на едностранна проводимост на p-n-прехода, което се състои във факта, че последният провежда добре ток (има ниско съпротивление), когато е включен директно и практически не провежда ток (има много високо съпротивление), когато се включи отново.

Както знаете, предният ток на диода се създава от главния, а обратният ток се създава от неосновни носители на заряд. Концентрацията на основните носители на заряд е с няколко порядъка по-висока от концентрацията на неосновните носители, което определя свойствата на затвора на диода.

Основните параметри на токоизправителните полупроводникови диоди са:

постоянен ток на диода Ipr, който се нормализира при определено напрежение напред (обикновено Upr = 1 ... 2V);

Максимално допустимият прав ток Ipr max диод;

максимално допустимото обратно напрежение на диода Urev max, при което диодът все още може да работи нормално за дълго време;

· постоянен обратен ток Iобр, протичащ през диода при обратно напрежение равно на Uобр max;

среден изправен ток Ivp.sr, който може да премине през диода за дълго време при допустима температуранеговото отопление;

· максимално допустимата мощност Pmax, разсейвана от диода, при която се осигурява зададената надеждност на диода.

Според максимално допустимата стойност на средния ректифициран ток диодите се разделят на маломощни (Ivp.sr £ 0,3A), средни мощности (0,3A 10А).

За да се поддържа ефективността на германиевия диод, температурата му не трябва да надвишава + 85 ° C. Силициевите диоди могат да работят при температури до +150°C.

Фигура 3.3 - Промяна на волт-амперните характеристики на полупроводников диод от температурата: a - за германиев диод; b - за силициев диод

Спадът на напрежението при преминаване на ток напред за германиеви диоди е DUpr \u003d 0,3 ... 0,6 V, за силициеви диоди - DUpr = 0,8 ... 1,2 V. Големите спадове на напрежението по време на преминаването на постоянен ток през силициеви диоди в сравнение с постоянния спад на напрежението върху германиеви диоди са свързани с по-висока потенциална бариера на pn преходите, образувани в силиций.

С повишаване на температурата спадът на напрежението в посока напред намалява, което е свързано с намаляване на височината на потенциалната бариера.

Когато се приложи обратно напрежение към полупроводников диод, в него възниква лек обратен ток, дължащ се на движението на неосновни носители на заряд през pn прехода.

С повишаване на температурата на p-n-прехода броят на второстепенните носители на заряд се увеличава поради прехода на част от електроните от валентната зона към зоната на проводимост и образуването на двойки носители на заряд електрон-дупка. Следователно обратният ток на диода се увеличава.

Когато към диода се приложи обратно напрежение от няколкостотин волта, външното електрическо поле в блокиращия слой става толкова силно, че е в състояние да издърпа електрони от валентната лента към проводимата лента (ефект на Zener). В този случай обратният ток се увеличава рязко, което причинява нагряване на диода, допълнително увеличаване на тока и накрая термично разрушаване (разрушаване) на pn прехода. Повечето диоди могат надеждно да работят при обратни напрежения, които не надвишават (0,7 ... 0,8) Upprob.

Допустимото обратно напрежение на германиеви диоди достига - 100 ... 400V, а силициеви диоди - 1000 ... 1500V.

В редица мощни преобразувателни инсталации изискванията за средната стойност на предния ток, обратното напрежение надвишават номиналната стойност на параметрите на съществуващите диоди. В тези случаи проблемът се решава чрез паралелно или последователно свързване на диоди.

Паралелна връзкадиодите се използват, когато е необходимо да се получи постоянен ток, по-голям от границата на тока на един диод. Но ако диодите от един и същи тип са просто свързани паралелно, тогава поради несъответствието на директните клонове на I–V характеристиките, те ще бъдат различно натоварени и в някои постоянният ток ще бъде по-голям от ограничението.

Фигура 3.4 - Паралелно свързване на токоизправителни диоди

За изравняване на токовете се използват диоди с малка разлика в директните клонове на I–V характеристиките (те се избират) или изравнителни резистори със съпротивление от единици ома се свързват последователно с диодите. Понякога се включват допълнителни резистори (фиг. 3.4, в) със съпротивление, няколко пъти по-голямо от прякото съпротивление на диодите, така че токът във всеки диод се определя главно от съпротивлението Rd, т.е. Rd>>rpr vd. Стойността на Rd е стотици ома.

Серийното свързване на диоди се използва за увеличаване на общото допустимо обратно напрежение. Когато се приложи обратно напрежение, същият обратен ток Iobr протича през последователно свързаните диоди. обаче, поради разликата в обратните клонове на CVC общо напрежениеще бъдат разпределени неравномерно по диодите. Към диода, в който обратният клон на I–V характеристиката е по-висок, ще се приложи по-голямо напрежение. Може да е по-високо от ограничението, което ще доведе до повреда на диодите.

Фигура 3.5 - Серийно свързване на токоизправителни диоди

За да може обратното напрежение да се разпределя равномерно между диодите, независимо от техните обратни съпротивления, диодите се шунтират с резистори. Съпротивленията Rsh на резисторите трябва да бъдат еднакви и значително по-малки от най-малкото от обратните съпротивления на диодите Rsh 3.2 Ценерови диоди

Полупроводниковият ценеров диод е полупроводников диод, чието напрежение в областта на електрическия пробив слабо зависи от тока и който се използва за стабилизиране на напрежението.

Полупроводниковите ценерови диоди използват свойството на лека промяна в обратното напрежение на pn прехода по време на електрически (лавинен или тунелен) срив. Това се дължи на факта, че малко увеличение на напрежението на pn прехода в режим на електрическо разрушаване причинява по-интензивно генериране на носители на заряд и значително увеличение на обратния ток.

Ценерови диоди с ниско напрежение са направени на базата на силно легиран (ниско съпротивителен) материал. В този случай се образува тесен равнинен преход, в който възниква тунелен електрически пробив при относително ниски обратни напрежения (по-малко от 6 V). Ценерови диоди с високо напрежение са направени на базата на леко легиран (високоустойчив) материал. Следователно принципът им на действие е свързан с лавинен електрически срив.

Основните параметри на ценеровите диоди:

стабилизиращо напрежение Ust (Ust = 1 ... 1000V);

Минимален Ist min и максимален Ist max токове на стабилизиране (Ist min "1.0 ... 10mA, Ist max" 0.05 ... 2.0A);

максимално допустима разсейвана мощност Rmax;

диференциално съпротивление в секцията за стабилизиране rd = DUst / DIst, (rd" 0,5 ... 200 Ohm);

температурен коефициент на напрежение в секцията за стабилизиране:

TKU на ценеров диод показва колко ще се промени стабилизиращото напрежение, когато температурата на полупроводника се промени с 1 ° C

(TKU= -0,5…+0,2%/°C).

Фигура 3.6 - Волт-амперна характеристика на ценеровия диод и неговото конвенционално графично обозначение

Ценеровите диоди се използват за стабилизиране на напрежението на захранващите устройства, както и за фиксиране на нивата на напрежение в различни вериги.

Стабилизирането на ниско напрежение в диапазона от 0,3 ... 1V може да се получи с помощта на директен клон на CVC на силициеви диоди. Диод, в който се използва директен клон на I–V характеристика за стабилизиране на напрежението, се нарича стабистор. Има и двустранни (симетрични) ценерови диоди, които имат симетричен CVC по отношение на произхода.

Ценерови диоди позволяват последователно свързване, докато полученото стабилизиращо напрежение е равно на сумата от напреженията на ценеровите диоди:

Ust \u003d Ust1 + Ust2 + ...

Паралелното свързване на ценерови диоди е неприемливо, т.к. поради разпространението на характеристиките и параметрите на всички ценерови диоди, свързани паралелно, токът ще се появи само в този, който има най-ниското стабилизиращо напрежение Ust, което ще доведе до прегряване на ценерови диоди.

3.3 Тунелни и обратни диоди

Тунелният диод е полупроводников диод, базиран на дегенериран полупроводник, при който тунелният ефект води до появата на участък от отрицателно диференциално съпротивление върху характеристиката ток-напрежение с изправено напрежение.

Тунелният диод е направен от германиев или галиев арсенид с много висока концентрация на примеси, т.е. с много ниско съпротивление. Такива полупроводници с ниско съпротивление се наричат ​​изродени. Това ви позволява да получите много тесен p-n-преход. При такива преходи възникват условия за относително свободно тунелиране на електрони през потенциална бариера (тунелен ефект). Тунелният ефект води до появата на участък с отрицателно диференциално съпротивление на директния клон на CVC на диода. Тунелният ефект се състои в това, че при достатъчно ниска височина на потенциалната бариера електроните могат да проникнат през бариерата, без да променят енергията си.

Основните параметри на тунелните диоди:

Пиков ток Ip - постоянен ток в точката на максимална CVC;

trough current Iv - постоянен ток в точката на минимална CVC;

· отношение на токовете на тунелния диод Ip/Iv;

Пиково напрежение Up - право напрежение, съответстващо на пиковия ток;

напрежение на дъното Uv - постоянно напрежение, съответстващо на тока на дъното;

напрежение на разтвора Urr.

Тунелните диоди се използват за генериране и усилване на електромагнитни трептения, както и във високоскоростни комутационни и импулсни вериги.

Фигура 3.7 - Характеристика ток-напрежение на тунелен диод

Обърнат диод - диод, базиран на полупроводник с критична концентрация на примеси, в който проводимостта при обратно напрежение, дължащо се на тунелния ефект, е много по-голяма, отколкото при право напрежение.

Принципът на работа на обърнат диод се основава на използването на тунелен ефект. Но в обърнатите диоди концентрацията на примеси е по-малка, отколкото в конвенционалните тунелни диоди. Следователно контактната потенциална разлика за обърнатите диоди е по-малка и дебелината на pn прехода е по-голяма. Това води до факта, че под действието на изправено напрежение не се създава постоянен тунелен ток. Правият ток в инвертирани диоди се създава чрез инжектиране на непървични носители на заряд през pn прехода, т.е. постоянен ток е дифузия. При обратно напрежение през прехода протича значителен тунелен ток, създаден от движението на електрони през потенциалната бариера от p-областта към n-областта. Работната секция на CVC на обърнат диод е обратният клон.

По този начин обърнатите диоди имат изправителен ефект, но преминаващата (проводяща) посока в тях съответства на обратната връзка, а блокиращата (непроводима) посока съответства на директната връзка.

Фигура 3.8 - Волт-амперна характеристика на обърнат диод

Инвертирани диоди се използват в импулсни устройства, както и преобразуватели на сигнали (смесители и детектори) в радиотехнически устройства.

3.4 Варикапи

Варикапът е полупроводников диод, който използва капацитет срещу обратно напрежение и е предназначен за използване като електрически контролиран капацитетен елемент.

Полупроводниковият материал за производството на варикапи е силиций.

Основните параметри на варикапите:

Номинален капацитет Sv - капацитет при дадено обратно напрежение (Sv = 10 ... 500 pF);

коефициент на припокриване на капацитета; (Кс = 5…20) – съотношение на варикапните капацитети при две дадени стойности на обратните напрежения.

Варикапите се използват широко в различни схеми за автоматично регулиране на честотата, в параметрични усилватели.

Фигура 3.9 - Волт-фарад характеристика на варикапа

3.5 Изчисляване електрически веригис полупроводникови диоди.

В практическите схеми някакъв товар, като резистор, е включен в диодната верига (фиг. 3.10, а). Правият ток протича, когато анодът има положителен потенциал спрямо катода.

Режимът на диода с товар се нарича работен режим. Ако диодът имаше линейно съпротивление, тогава изчисляването на тока в такава верига не би било трудно, тъй като общото съпротивление на веригата е равно на сумата от съпротивлението на диода на постоянен ток Ro и съпротивлението на натоварващ резистор Rn. Но диодът има нелинейно съпротивление и стойността на Ro се променя с промяна на тока. Следователно изчисляването на тока се извършва графично. Задачата е следната: известни са стойностите на E, Rn и характеристиката на диода, необходимо е да се определи тока във веригата I и напрежението върху диода Ud.

Фигура 3.10

Характеристиката на диод трябва да се разглежда като графика на някакво уравнение, свързващо стойностите на I и U. А за съпротивлението Rn подобно уравнение е законът на Ом:

(3.1)

И така, има две уравнения с две неизвестни I и U и едното от уравненията е дадено графично. За да се реши такава система от уравнения, е необходимо да се начертае графиката на второто уравнение и да се намерят координатите на пресечната точка на двете графики.

Уравнението за съпротивлението Rn е първо степенно уравнение за I и U. Неговата графика е права линия, наречена линия на натоварване. Изгражда се върху две точки на координатните оси. За I= 0 от уравнение (3.1) получаваме: E − U= 0 или U= E, което съответства на точка A на фиг. 3.10б. И ако U = 0, тогава I = E/Rn. отлагаме този ток по оста y (точка B). през точки A и B начертаваме права линия, която е товарната линия. Координатите на точка D дават решението на задачата.

Трябва да се отбележи, че може да се пропусне графично изчисляване на режима на работа на диода, ако Rн >> Rо. В този случай е допустимо да се пренебрегне съпротивлението на диода и да се определи токът приблизително: I "E / Rn.

Разгледаният метод за изчисляване на директно напрежение може да се приложи към амплитуда или моментни стойности, ако източникът дава променливо напрежение.

Тъй като полупроводниковите диоди провеждат ток добре в права посока и лошо в обратна посока, повечето полупроводникови диоди се използват за коригиране на променлив ток.

Най-простата схема за изправяне на променлив ток е показана на фиг. 3.11. В него са свързани последователно източник на променлива EMF - e, диод VD и товарен резистор Rn. Тази верига се нарича полувълнова.

Работата на най-простия токоизправител е както следва. По време на един полупериод напрежението за диода е директно и токът преминава, създавайки спад на напрежението UR през резистора Rn. По време на следващия полупериод напрежението се обръща, практически няма ток и UR \u003d 0. По този начин през диода товарният резистор преминава пулсиращ ток под формата на импулси с продължителност половин цикъл. Този ток се нарича ректифициран ток. Той създава изправено напрежение върху резистора Rn. Графиките на фиг. 3.11, б илюстрират процесите в токоизправителя.

Фигура 3.11

Амплитудата на положителните полувълни на диода е много малка. Това се дължи на факта, че когато преминава ток в посока напред, тогава по-голямата част от напрежението на източника пада върху товарния резистор Rn, чието съпротивление е много по-високо от съпротивлението на диода. В такъв случай

За обикновените полупроводникови диоди предното напрежение е не повече от 1 ... 2V. Например, нека източникът има ефективно напрежение E = 200V и . Ако Upr max= 2V, тогава URmax= 278V.

При отрицателна полувълна практически няма входно напрежение и спадът на напрежението върху резистора Rn е нула. Цялото напрежение на източника се прилага към диода и е обратното напрежение за него. По този начин максималната стойност на обратното напрежение е равна на амплитудата на източника emf.

Най-простата схема за използване на ценеров диод е показана на фиг. 3.12, а. Товарът (консуматорът) е свързан паралелно на ценеровия диод. Следователно, в режим на стабилизиране, когато напрежението на ценеровия диод е почти постоянно, същото напрежение ще бъде върху товара. Обикновено Rogr се изчислява за средната точка T на характеристиката на ценеровия диод.

Да разгледаме случая, когато E = const, а Rн варира от Rн min до Rн max.

Стойността на Rlimit може да се намери с помощта на следната формула:

(3.3)

където Iav \u003d 0,5 (Ist min + Ist max) - средният ток на ценеровия диод;

In \u003d Ust / Rn - ток на натоварване (при Rn \u003d const);

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

и И .

Фигура 3.12

Работата на веригата в този режим може да се обясни по следния начин. Тъй като Rlimit е постоянен и спадът на напрежението върху него, равен на (E - Ust), също е постоянен, тогава токът в Rlimit, равен на (Ist + Il.av), трябва да бъде постоянен. Но последното е възможно само ако токът на ценеровия диод I и токът на натоварването Inн се променят в еднаква степен, но в противоположни посоки. Например, ако In се увеличи, токът I намалява със същото количество, а сумата им остава непроменена.

Нека разгледаме принципа на работа на ценеров диод, използвайки примера на верига, състояща се от последователно свързан източник на променлива EMF - e, ценеров диод VD и резистор R (фиг. 3.13, а).

В положителния полупериод към ценеровия диод се прилага обратно напрежение и до напрежението на пробив на ценеровия диод цялото напрежение се прилага към ценеровия диод, тъй като токът във веригата е нула. След електрическото повреда на ценеровия диод напрежението на ценеровия диод VD остава непроменено и цялото оставащо напрежение на източника на ЕМП ще бъде приложено към резистора R. В отрицателния полупериод ценеровият диод се включва в проводяща посока, спадът на напрежението в него е около 1V, а оставащото напрежение на източника на ЕМП се прилага към резистора R.

Полупроводниковият диод е полупроводниково устройство с един електрически преход и два извода, което използва едно или друго свойство на електрическия преход. Електрическият преход може да бъде преход електрон-дупка, контакт метал-полупроводник или хетеропреход.

Областта на полупроводниковия кристал на диода, която има по-висока концентрация на примеси (оттук и основните носители на заряд), се нарича емитер, а другата, с по-ниска концентрация, се нарича база. Страната на диода, към която е свързан отрицателният полюс на захранването по време на директно свързване, често се нарича катод, а другата страна се нарича анод.

Според предназначението си диодите се делят на:

1. токоизправител (мощен), предназначен да преобразува променливото напрежение на захранващите устройства с индустриална честота в директно;

2. Ценерови диоди (референтни диоди), предназначени да стабилизират напрежения , имащ на обратния клон на CVC участък със слаба зависимост на напрежението от протичащия ток:

3. Варикапи, предназначени за използване като капацитет, контролиран от електрическо напрежение;

4. импулсни, предназначени за работа във високоскоростни импулсни вериги;

5. тунелни и обратни, предназначени да усилват, генерират и комутират високочестотни трептения;

6. микровълнова, предназначена за преобразуване, превключване, генериране на микровълнови трептения;

7. Светодиоди, предназначени да преобразуват електрически сигнал в светлинна енергия;

8. фотодиоди, предназначени да преобразуват светлинната енергия в електрически сигнал.

Системата и списъкът от параметри, включени в техническите описания и характеризиращи свойствата на полупроводниковите диоди, са избрани, като се вземат предвид техните физически и технологични особености и приложения. В повечето случаи е важна информацията за техните статични, динамични и гранични параметри.

Статичните параметри характеризират поведението на устройствата при постоянен ток, динамичните параметри характеризират техните времево-честотни свойства, ограничаващите параметри определят областта на стабилна и надеждна работа.

1.5. Токово напрежение на диода

Характеристиката ток-напрежение (CVC) на диода е подобна на характеристиката ток-напрежение пн-преход и има два клона - пряк и обратен.

CVC на диода е показан на фигура 5.

Ако диодът е свързан в посока напред ("+" - към областта Р, а "-" - към района н), тогава когато се достигне праговото напрежение UТогава диодът се отваря и през него протича постоянен ток. Когато се включи отново ("-" към областта Р, а "+" - към областта н) през диода протича малък обратен ток, т.е. всъщност диодът е затворен. Следователно можем да приемем, че диодът пропуска ток само в една посока, което позволява да се използва като токоизправителен елемент.

Стойностите на предния и обратния ток се различават с няколко порядъка, а спадът на напрежението в права посока не надвишава няколко волта в сравнение с обратното напрежение, което може да бъде стотици или повече волта. Коригиращите свойства на диодите са по-добри, колкото по-малък е обратният ток за дадено обратно напрежение и толкова по-малък е спадът на напрежението за даден прав ток.

Параметрите на CVC са: динамично (диференциално) съпротивление на диода на променлив ток и статично съпротивление на постоянен ток.

Статичното съпротивление на диод към постоянен ток в права и обратна посока се изразява чрез връзката:

, (2)

Където UИ азпосочете конкретни точки от I–V характеристиката на диода, при които се изчислява съпротивлението.

Динамичното AC съпротивление определя промяната в тока през диод с промяна в напрежението близо до избрана работна точка на характеристиката на диода:

. (3)

Тъй като типичната I-V характеристика на диод има секции с повишена линейност (една на предния клон, една на обратната), r d се изчислява като съотношението на малко увеличение на напрежението през диода към малко увеличение на тока през него в даден режим:

. (4)

Да се ​​изведе израз за rд, по-удобно е да вземем тока като аргумент аз, и разгледайте напрежението като негова функция и, като вземете логаритъм на уравнение (1), го доведете до формата:

. (5)

. (6)

От това следва, че с увеличаване на постоянния ток r q намалява бързо, тъй като при директно свързване на диода аз>>аз С .

В линейния участък на I–V характеристиката, при директно свързване на диода, статичното съпротивление винаги е по-голямо от динамичното съпротивление: Р st > rд. Когато диодът се включи отново Рул rд.

По този начин електрическото съпротивление на диода в посока напред е много по-малко, отколкото в обратна посока. Следователно диодът има еднопосочна проводимост и се използва за коригиране на AC.