بین خود و نام دیودها رابطه برقرار کنید. اصل عملکرد، ویژگی ها و انواع دیودهای مستقیم

مشخصه ولت آمپر (VAC)- حجم جریانی که از تکیه گاه می گذرد، در نتیجه ولتاژ روی آن تکیه گاه، به صورت گرافیکی نشان داده شده است. IVCها می توانند خطی یا غیرخطی باشند و بنابراین تکیه گاه و تسمه ای که از این ساپورت پشتیبانی می کند به خطی و غیر خطی تقسیم می شود.

همچنین مشخصه جریان-ولتاژ مقدار ولتاژ الکتریکی در مدار الکتریکی و عناصر اطراف آن (رئوستات، خازن و ...) است. عناصر خطی یک لانست الکتریکی دارای یک مشخصه ولت آمپر هستند - یک خط مستقیم.

هنگامی که ولتاژ اعمال شده به هادی افزایش می یابد، مقدار جریان در جدید به طور قابل توجهی بیشتر از ولتاژ افزایش می یابد (شکل 1)، به طوری که از رابطه غیر خطی بین جریان و ولتاژ جلوگیری می شود. هنگام تغییر ولتاژ U در خط برگشت (-U)، تغییر در جریان در هادی همان ویژگی را دارد، اما در خط برگشت، چنین هادی ممکن است مشخصه جریان-ولتاژ متقارن.

انتخاب هادی ها از انواع مختلف هدایت الکتریکی (نوع n و نوع p) مورد نیاز است مشخصات جریان-ولتاژ نامتقارن(شکل 2).

در نتیجه، با یک منبع ولتاژ متناوب، یکسو کننده هادی اجازه عبور جریان را می دهد. این جریان که در یک خط مستقیم Ipr جریان دارد که با پیشروی های خط اول ولتاژ متناوب رشد می کند.

هنگامی که ولتاژ متفاوت است، سیستم دو هادی (در صاف کننده مسطح) اجازه عبور جریان را به خط برگشت Irev نمی دهد. حتی مقدار ناچیزی از جریان Iobra از طریق اتصال p-n در نتیجه حضور آشکار در هادی های گره های فرعی جریان (الکترون ها در هادی نوع p و هسته ها در هادی نوع n) جریان می یابد. دلیل آن پشتیبانی زیاد توپ انتقال (p-n-junction) است که بین هادی نوع p و هادی نوع n رخ می دهد.

با جابجایی های بیشتر در ولتاژ دیگر، جریان دروازه به طور قابل توجهی افزایش می یابد و می تواند به مقداری برسد که هنگام شکستن توپ دروازه (p-n-junction) رخ می دهد.

کم اهمیت 1. مشخصات ولت آمپر هادی

کم اهمیت 2. مشخصه جریان-ولتاژ نامتقارن یکسو کننده هادی (دیود صفحه)

هر چه نسبت بین بزرگی پایه مستقیم و مقدار استرومای برگشتی (که در مقادیر ولتاژ یکسان تغییر می کند) بیشتر باشد، قدرت یکسو کننده بیشتر می شود. این با مقدار ضریب یکسوسازی تخمین زده می شود، که رابطه بین جریان مستقیم I'rev و جریان برگشتی I'v در همان مقدار ولتاژ است:

دیود ابررسانا به دستگاه ابررسانا با یک اتصال p-n و دو پین گفته می شود.

اهداف عملکردی به موارد زیر تقسیم می شوند:

1) دیودهای مستقیم.

2) دیودهای زنر.

3) دیودهای پالس و فرکانس بالا.

4) فیلم های تونل.

5) واریکاپی.

دیودهای بسیار ارزشمندطراحی شده برای صاف کردن جریان متناوب با فرکانس 50 هرتز. قدرت اصلی انتقال الکترونیکی-الکتریکی رسانایی یک طرفه است.

Є یک اتصال p-n در یک محفظه مهر و موم شده با دو پین. ناحیه مثبت آند و ناحیه منفی کاتد نامیده می شود.

تصویر کوچک 19 ساختار یک دیود مستقیم را نشان می دهد.

Malyunok 19 - ساختار یک دیود مستقیم

دیود در مدارهای الکتریکی به طور مداوم تا 20 نشان داده شده است.

شکل 20 - نمایش یک دیود در مدارهای الکتریکی

نمودار ولتاژ بین جریان و ولتاژ مشخصه جریان-ولتاژ (CVC) نامیده می شود. ولتاژ مستقیم دارای یک مشخصه جریان-ولتاژ غیر خطی است.

مشخصه کلیدزنی مستقیم دیود غیرخطی است، زیرا با افزایش کشش مستقیم، تکیه گاه های توپ بسته به تدریج افزایش می یابد. هنگامی که یک ولتاژ قوی وجود دارد، توپ بسته عملا آگاه می شود و از این رو مشخصه حتی خطی تر می شود.

هنگامی که دریچه روشن می شود، پایه به شدت رشد می کند. این به دلیل افزایش شدید مانع پتانسیل در اتصال p-n است، جریان انتشار به شدت کاهش می یابد و رانش جریان افزایش می یابد. با این حال، با افزایش بیشتر ولتاژ، افزایش استروما ناچیز است.

مشخصه جریان-ولتاژ دیود یکسو کننده بر روی نوزاد 21 القا می شود.

Malyunok 21 - ویژگی های I-V یک دیود مستقیم

پارامترهای دیودهای یکسو کننده مقداری است که منبع تغذیه فعلی را مشخص می کند.

تفکیک: پارامترهای استاتیک و مرزی.

استاتیک: در پشت ویژگی های استاتیک نشان داده شده است (شکل 22).

شکل 22 - پارامترهای استاتیک اضافی دیود مستقیم

1. شیب مشخصه جریان-ولتاژ:

S = DI/DU، mA/V

de DI - افزایش استروما؛

DU - افزایش ولتاژ.

شیب مشخصه جریان-ولتاژ نشان می دهد که با افزایش ولتاژ 1 ولت، جریان چند میلی آمپر تغییر می کند.

2. پشتیبانی داخلی برای جریان مبادله.

Ri = DU/DI، اهم

3. از جریان یک جریان ثابت پشتیبانی کنید.

R 0 = U / I، اهم

پارامترهای حالت مرزی:

تا زمانی که خروجی به ترتیب ترتیب داده نشود، نیازی به ایجاد تغییر نیست. با تایید مسئولین مدار الکتریکی ایجاد می شود.

1. I PR.ADOP - مقدار مجاز جریان مستقیم.

2. U REV.ADOP - مقدار قابل قبول ولتاژ برگشتی.

3. R ​​RASS - فشار باز شدن مجاز است.

اشکال اصلی همه دستگاه های انتقال ذخیره پارامترهای دما است. با دماهای بالاتر، غلظت حامل های بار افزایش می یابد و رسانایی انتقال افزایش می یابد. جریان برگشت به شدت افزایش می یابد. در دماهای بالاتر، خرابی الکتریکی زودتر رخ می دهد. دما بر روی مشخصه جریان-ولتاژ برای baby 23 اعمال شد.

شکل 23 - هجوم دما بر روی مشخصه جریان-ولتاژ دیود

بر اساس یک دیود مستقیم، می توانید مداری از ساده ترین یکسو کننده تک فاز بسازید (شکل 24).

Malyunok 24 - طرح ساده ترین دستگاه صاف کننده

مدار از یک ترانسفورماتور T تشکیل شده است که ولتاژ خروجی را به ولتاژ مقدار مورد نیاز تبدیل می کند. یک دیود مستقیم VD که برای صاف کردن جریان متناوب استفاده می شود، یک خازن که برای صاف کردن ضربان و افزایش Rn استفاده می شود.

دیود- یک دستگاه هادی دو الکترودی با یک اتصال p-n که امکان هدایت یک طرفه جریان را فراهم می کند. انواع مختلفی از دیودها وجود دارد - مستقیم، پالسی، تونلی، زوم، دیودهای فرکانس بالا، و همچنین دیودهای زنر، واریکاپ، فتودیود، دیودهای ساطع نور و غیره.

عملکرد یک دیود مستقیم با قدرت اتصال الکتریکی p-n توضیح داده می شود.

یک توپ در نزدیکی بین دو هادی ایجاد می شود که بار خشکی بینی را کاهش می دهد (از طریق نوترکیب) و یک تکیه گاه الکتریکی بالا قرار می دهد - این همان چیزی است که به آن توپ بسته می گویند. این توپ نشان دهنده اختلاف تماس پتانسیل ها (سد پتانسیل) است.

اگر قبل از اتصال p-n یک ولتاژ خارجی اعمال شود که یک میدان الکتریکی در جهت مستقیم به میدان پروگزیمال توپ الکتریکی ایجاد کند، ولتاژ توپ تغییر می کند و در ولتاژ 0.4 - 0.6 ولت بسته می شود. توپ ناپدید می‌شود و جریان افزایش می‌یابد (به آن استرم مستقیم می‌گویند).

هنگامی که یک ولتاژ خارجی با قطبیت متفاوت وصل می شود، توپ اتصال افزایش می یابد و پشتیبانی از اتصال p-n افزایش می یابد، و جریانی که جریان حامل های شارژ غیر اصلی نامیده می شود، به دلیل ولتاژ به همان اندازه ناچیز خواهد بود.

جریان مستقیم دیود توسط اصلی و معکوس توسط بارهای جزئی ایجاد می شود. یک دیود جریان مثبت (مستقیم) مستقیماً از آند به کاتد عبور می کند.

در شکل شکل 1 نام گرافیکی ذهنی (UDO) و ویژگی های دیودهای یکسو کننده (ویژگی های ولت آمپر ایده آل و واقعی آنها) را نشان می دهد. مشخصه های جریان-ولتاژ دیود (ویژگی های ولت آمپر) بر اساس مختصات اتصالات با مقیاس های مختلف جریان و ولتاژ در ربع اول و سوم نمودار قابل مشاهده است. دو دیود اصلی: آند A و کاتد K در UGO نشان داده نشده اند و توضیح کمی وجود دارد.

مشخصه جریان-ولتاژ یک دیود واقعی، ناحیه شکست الکتریکی را نشان می دهد، اگر با افزایش جزئی ولتاژ برگشت، جریان به شدت افزایش یابد.

خرابی الکتریکی یک پدیده معکوس است. هنگامی که به منطقه کار تبدیل می شود، LED قدرت خود را از دست نمی دهد. اگر جریان برگشتی به مقدار آهنگ منتقل شود، خرابی الکتریکی به جریان گرمای غیر برگشتی در خروجی فرت منتقل می شود.

کم اهمیت 1. دیود مستقیم سرکوبگر: الف – تصویر گرافیکی هوشمند. ب - مشخصه جریان-ولتاژ ایده آل؛ ج - مشخصه ولت آمپر واقعی.

تولید دیودهای ژرمانیوم (Ge) و سیلیکون (Si) برای صنعت مهم است.

دیودهای سیلیکونیاز جریان های برگشتی کوچک، دمای عملیاتی بالا (150-200 درجه سانتیگراد در مقابل 80-100 درجه سانتیگراد) استفاده کنید، ولتاژ برگشتی و ضخامت جریان (60-80 A/cm2 در مقابل 20-40 A/cm2) ایجاد کنید. علاوه بر این، سیلیکون یک عنصر فعال است (علاوه بر دیودهای ژرمانیوم که مربوط به عناصر خاکی کمیاب است).

کم اهمیت 4. ساختار UGO دیود شاتکی: 1 - کریستال خروجی با مقاومت کم به سیلیکون، 2 - توپ اپیتاکسیال از سیلیکون با مقاومت بالا، 3 - ناحیه شارژ حجمی، 4 - تماس فلزی

یک الکترود فلزی روی سطح توپ اپیتاکسیال اعمال می شود که صاف شدن قسمت های غیر ضروری را که به ناحیه پایه تزریق می شوند (معمولاً طلا) تضمین می کند. با این حال، در این موارد هیچ فرآیند عمده ای مانند تجمع و توسعه اجزای غیر اصلی در پایه وجود ندارد. بنابراین، اینرسی دیودهای شاتکی زیاد نیست. Vaughn با مقدار ظرفیت مانع برای تماسی که در حال یکسوسازی است (1 - 20 pF) تعیین می شود.

علاوه بر این، دیودهای شاتکی به طور قابل توجهی پشتیبانی کمتری نسبت به دیودهای یکسو کننده دارند، زیرا یک توپ فلزی پشتیبانی کمی از یک خط مستقیم با هادی بسیار آلیاژی دارد. این اجازه می دهد تا از دیودهای شاتکی برای صاف کردن جریان های بزرگ (ده ها آمپر) استفاده شود. سفارش دهید آنها را در ژنراتورهای پالس ثانویه نصب کنید تا ولتاژهای فرکانس بالا (با فرکانس تا چند مگاهرتز) را صاف کنند.

پوتاپوف ال. ا.

دیودهای بسیار ارزشمند برای استفاده در مدارهای کنترل و کموتاسیون، در مدارهای واسط و قطع، در دستگاه های نجات دهنده برای تبدیل (صاف کردن) ولتاژ متناوب در حالت ثابت، در مدارهایی برای ضرب ولتاژ و تبدیل ولتاژ ثابت، جایی که در جستجو ظاهر نمی شوند. بر اساس پارامترهای فرکانس و ساعت سیگنال ها است. به مقدار حداکثر جریانی که صاف و جدا شده است بستگی دارد پاهای صاف با کشش کم(\(I_(pr max) \le (0.3 A)\))، تنش متوسط(((0.3 A)< I_{пр max} \le {10 А}\)) и تلاش زیاد(\(I_(pr max) > (10 A)\)). دیودهای فشار سبک می توانند گرمایی را که روی آنها در بدنشان قابل مشاهده است، دفع کنند، دیودهای فشار متوسط ​​و فشار قوی باید روی رادیاتورهای مخصوص هیت سینک که از جمله موارد دیگر منتقل می شوند، دفع کنند. و طراحی ثابت بدنه آنها.

در نظر بگیرید که ضخامت مجاز پایه ای که از محل اتصال \(p\)-\(n\) - می گذرد از 2 A/mm2 تجاوز نمی کند، بنابراین، برای به دست آوردن مقدار بالاتر از پایه یکسو شده متوسط ​​در دیودهای یکسو شده. ، ضخامت \(p\)- \(n)-go. چنین انتقالی دارای ظرفیت اسمی است که حداکثر فرکانس کاری مجاز (f(р_р)) دیودهای یکسو کننده را محدود می کند.

توان مستقیم دیودها کوتاهتر است، جریان برگشتی در یک ولتاژ برگشت معین کمتر و افت ولتاژ در یک جریان رو به جلو معین کمتر می شود. مقادیر جریان مستقیم و معکوس با چندین مرتبه بزرگی متفاوت است و افت ولتاژ مستقیم واحدی از ولت در برابر ولتاژ معکوس است که می تواند صدها یا بیشتر ولت شود. بنابراین، آنها دارای رسانایی یک طرفه هستند که به آنها اجازه می دهد تا به عنوان عناصر صاف کننده استفاده شوند. توان جریان-ولتاژ (CV) دیودهای ژرمانیوم و سیلیکون متفاوت است. در شکل 2.3-1 برای یکسان کردن نمایش مشخصات ولتاژ جریان معمولی برای دیودهای یکسو کننده ژرمانیوم و سیلیکون در دماهای مختلف در محیط.

کم اهمیت 2.3-1. ویژگی های ولت آمپر دیودهای مستقیم در دماهای مختلف در محیط متوسط

از مشخصات ولتاژ جریان، مشخص است که جریان برگشتی دیودهای سیلیکونی به طور قابل توجهی کمتر از جریان برگشتی دیودهای ژرمانیوم است. علاوه بر این، معکوس شدن مشخصه های جریان-ولتاژ دیودهای سیلیکونی نقطه اشباع واضحی ندارد که ناشی از تولید حامل های بار در اتصالات (p)-(n)- و جریان های روی سطح کریستال است. . هنگامی که ولتاژ برگشتی اعمال می شود که از یک سطح آستانه معین فراتر می رود، افزایش شدیدی در جریان برگشتی وجود دارد که می تواند منجر به خرابی اتصال \(p\)-\(n\) - شود. در دیودهای ژرمانیومی به دلیل مقدار زیاد جریان برگشتی، خرابی ماهیت حرارتی دارد. در دیودهای سیلیکونی، شکست حرارتی کم است و بوها بیشتر از خرابی الکتریکی است. شکست دیودهای سیلیکونی خاصیت بهمنی دارد، به همین دلیل است که برخلاف دیودهای ژرمانیومی، ولتاژ شکست آنها با افزایش دما افزایش می یابد. ولتاژ بازگشت مجاز دیودهای سیلیکونی (تا 1600 ولت) به طور قابل توجهی از پارامتر مشابه دیودهای ژرمانیوم فراتر می رود.

جریان های دروازه با آرامش قابل توجهی در دمای انتقال قرار دارند. از کوچولو می توان فهمید که با افزایش دما، جریان پورتال افزایش می یابد. برای ارزیابی دقیق تر، توجه به این نکته مهم است که با افزایش دما 10 درجه وات، جریان برگشتی دیودهای ژرمانیوم 2 برابر و دیودهای سیلیکونی 2.5 برابر افزایش می یابد. محدوده بالای دمای کار برای دیودهای ژرمانیوم باید 75...80 درجه وات و برای دیودهای سیلیکونی - 125 درجه Z باشد. تنها بخش کوچک دیودهای ژرمانیوم حساسیت بالای آنها به تکانه های کوتاه مدت است.

این جریان مستقیم که مشابه جریان ژرمانیوم باستانی است، با جریان برگشتی کوچکتر دیود سیلیکونی به ارث رسیده است و با ولتاژ رو به جلو بالاتری می رسد. بنابراین، سفتی که با استروماهای جدید ایجاد می شود در دیودهای ژرمانیوم کمتر از دیودهای سیلیکونی است. ولتاژ مستقیم در جریان‌های مستقیم کوچک، اگر افت ولتاژ در انتقال از آن بیشتر شود، با افزایش دما تغییر می‌کند. در حین استرومای بزرگ، اگر افت ولتاژ روی تکیه گاه نواحی خنثی هادی بیشتر شود، سطح ولتاژ مستقیم نسبت به دما مثبت می شود. نقطه ای که در آن شدت روزانه ولتاژ مستقیم با دما تغییر می کند (سپس این شدت علامت تغییر می کند) نامیده می شود. نقطه وارونگی. برای اکثر دیودهای تنش کم و متوسط، جریان مستقیم مجاز، به عنوان یک قاعده، از نقطه وارونگی تجاوز نمی کند، و برای دیودهای سنگین، جریان مستقیم مجاز ممکن است از این نقطه تجاوز کند.

دیود ایده آل چیست؟

طراحی اصلی دیود یکسو کننده اولیه است جریان الکتریکی را در یک جهت انجام دهید و آن را در دروازه از دست ندهید. همچنین، یک دیود ایده‌آل باید هم یک رسانای خوب با پشتیبانی صفر در زمانی که ولتاژ مستقیماً وصل می‌شود (به علاوه به آند، منهای به کاتد)، و هم یک عایق مطلق با پشتیبانی غیر صفر در هنگام معکوس شدن ولتاژ باشد.

محور در نمودار به شکل زیر است:

این مدل از فرآیند در شرایطی استفاده می شود که عملکرد دستگاه مهم است یا منطقی نیست. به عنوان مثال، در الکترونیک دیجیتال.

مشخصه جریان ولتاژ یک دیود هادی واقعی

با این حال، در عمل، به دلیل ساختار رسانا، دیود ایده آل دارای کسری کمی است و با دیود ایده آل قابل مقایسه است. می توانید به گرافیک زیر نگاه کنید.

V ϒ (گاما) - ولتاژ آستانه هدایت

هنگامی که ولتاژ روی دیود مستقیماً روشن می شود، باید به مقدار آستانه مشخص شده V ϒ برسد. این ولتاژ، در هر انتقال PN، کافی است تا رسانا بتواند جریان را به درستی هدایت کند. اولاً، ولتاژ بین آند و کاتد یک مقدار مشخص است، دیود حتی یک هادی بد است. V برای دستگاه های سیلیکونی تقریباً 0.7 ولت و برای دستگاه های ژرمانیومی تقریباً 0.3 ولت است.

I D_MAX - حداکثر جریان از طریق دیود هنگام روشن شدن مستقیم

هنگامی که مستقیماً روشن می شود، دیود ساختمان جریان جریان I D_MAX را منجمد می کند. اگر جریان از طریق آداپتور حرکت کند، دیود بیش از حد گرم می شود. در نتیجه ساختار کریستالی هادی فرو می ریزد و اتصال غیر قابل استفاده می شود. مقدار جریان جریان بسته به انواع مختلف دیودها و ژنراتورهای آنها به شدت در نوسان است.

I OP – gate strum vitoku

هنگامی که به صورت معکوس روشن می شود، دیود یک عایق مطلق نیست و دارای یک تکیه گاه انتهایی است، البته بسیار بالا. این باعث تقویت استرومای پیچ یا استرومای گردابی I OP می شود. جریان جریان در دستگاه های آلمانی تا 200 میکروآمپر و در دستگاه های سیلیکونی تا چند ده nA می رسد. دیودهای سیلیکونی با اسیدیته بالا باقیمانده با جریان خاموش بسیار کم مقدار تقریباً 0.5 nA دارند.

PIV (پیک ولتاژ معکوس) - شکست ولتاژ

هنگامی که دیود روشن می شود، دیود ساختمان بین ولتاژ و ولتاژ شکست PIV منجمد می شود. از آنجایی که اختلاف خارجی پتانسیل از مقدار بیشتر می شود، ولتاژ به شدت پشتیبانی خود را کاهش می دهد و به هادی منتقل می شود. این اثر به این دلیل است که دیود فقط در صورت روشن شدن مستقیم می تواند هادی خوبی باشد. مقدار ولتاژ شکست بسته به انواع دیودها و ژنراتورهای آنها متفاوت است.

اغلب، برای مشکلات مدارهای الکترونیکی، نمی توان مدل دقیق دیود را با ویژگی های آن انتخاب کرد. غیر خطی بودن این تابع کار را دشوار می کند. مدل های نزدیک به دلیل زیباتر بودن از ویکورها مورد احترام هستند.

آیا مدل دیود "diode ایده آل + V" نزدیک است؟

ساده‌ترین و اغلب اصلاح‌شده‌ترین مدل، مدل سطح اول است. ولتاژ مجموع ولتاژ ایده آل و آستانه رسانایی V ϒ است که به ولتاژ جدید اضافه می شود.

مدل دیود "دیود ایده آل + V ϒ + r D" نزدیک است

گاهی اوقات مدل یک سطح دیگر پیچیده تر و دقیق تر است. در این حالت، پشتیبانی داخلی دیود را به مدل سطح اول اضافه می کنیم و عملکرد آن را از حالت نمایی به خطی تبدیل می کنیم.