Изправителни диоди

Диодът е двуелектродно полупроводно устройство с единична връзка n-n, което притежава едностранна токова проводимост. Има много различни видове диоди - токоизправител, импулсен, тунелен, инвертиран, свръхвисокочестотни диоди, също ценерови диоди, varicaps, фотодиоди, светодиоди и др.

Изправителни диоди

Работата с токоизправител диод се обяснява с качествата на електронната връзка n-n.

В близост до границата на двата полупроводника се появява слой, който е лишен от носители на мобилни заряди (поради рекомбинация) и притежава най-високото електронно съпротивление, т.нар. Преграден слой. Този слой определя разликата в потенциала на контакт (възможна бариера).

Ако р-п-преход приложи външен стрес, създаване на електронно поле в посока, обратна на електрон слой поле, дебелината на този слой се редуцира и при напрежение 0,4 - 0,6 в бариерния слой изчезва и ток ще се увеличи значително (този ток се нарича директен).

При свързване на външно напрежение на другата полярност и бариерният слой ще се увеличи устойчивостта на р-п-преход нарастване и на тока поради движението на малцинствените носители ще бъде незначително дори при относително големи натоварвания.

Постоянният ток на диода се създава от основния ток и циркулиращия ток от малцинствените носители на заряд. Положителният (директен) текущ диод преминава в посока от анода към катода.

На фиг. 1 показва условно графично обозначение (UGO) и свойства на токоизправител диоди (техните перфектни и реални свойства на текущото напрежение). Видимото прекъсване на характеристиката на тока на диода (CVC) на първите координати е свързано с различни скали на токове и напрежения в първия и третия квадрант на графиката. Два диодни изхода: анодът А и катодът К в UGO не са показани и цифрата е показана за изясняване.

Характеристиката напрежение-ток на реалния диод показва областта на електронно разбиване, когато токът рязко се увеличава с малко увеличение на обратното напрежение.

Електронното разбиване е обратимо явление. Когато се връщате в работната зона, диодът не губи свои собствени параметри. Ако връщащият ток надвиши определена стойност, електронното разпределение ще премине в необратимо термично при неизправност на устройството.

Фиг. 1. Полупроводников токоизправител диод: a - конвенционално графично изображение, b - безупречно волт-амперна характеристика, в - реален волт-ампер

Промишлеността произвежда предимно германий (Ge) и силициев (Si) диоди.

Силиконовата диоди притежават малки циркулационни потоци, с най-висока работна температура (150 - 200 ° С срещу 80 - 100 ° С) се нагрява голям ток напрежение и плътност на тока (60 - 80 A / cm2 в сравнение с 20 - 40 A / cm2). В допълнение, силицийът е широко разпространен елемент (за разлика от германиевите диоди, които принадлежат към редкоземните елементи).

Предимствата на германските диоди включват малък спад на напрежението, когато тече поток напред (0.3-0.6 V срещу 0.8 - 1.2 V). Освен споменатите полупроводникови материали, галаумен арсениден GaAs се използва в свръхвисокочестотни схеми.

Полупроводниковите диоди по производствената технология са разделени на два класа: точка и планарна.

Точковият диод образува Si- или Ge-пластинка от n-тип с площ от 0.5-1.5 mm2 и желязна игла, която формира р-n съединение в точката на контакт. В резултат на малка площ кръстопътя има малък капацитет, както би трябвало, такъв диод може да работи във високочестотни схеми. Но токът през кръстовището не може да бъде огромен (обикновено по-малко от 100 mA).

Планарният диод се състои от две свързани Si или Ge плочи с различна електрическа проводимост. Голямата контактна зона води до голям капацитет на свързване и относително ниска работна честота, но пропускащият ток може да бъде огромен (до 6000 А).

Основните параметри на токоизправителните диоди са:

- много висок ток напред Ipr.max,

- много допустимо обратно напрежение Uobr.max,

- много допустима честота fmax.

Съгласно първия параметър, токоизправителните диоди се разделят на диоди:

- ниска мощност, постоянен ток до 300 mA,

- средна мощност, постоянен ток 300 mA - 10 A,

- висока мощност - най-големият постоянен ток се определя от класа и е 10, 16, 25, 40,

- 1600 А.

Пулсиращите диоди се използват в схеми с ниска мощност с импулсивен характер на приложеното напрежение. Разграничително изискване за тях е краткото време за преход от затворено състояние към отворено и назад (обичайното време е от 0,1 до 100 μs). UGO на импулсните диоди е същият като за токоизправителните диоди.

Фиг.2. Преходни процеси в импулсни диоди: a - токова зависимост при превключване на напрежението от директно на обратно, b - зависимост от напрежението при преминаване през диода на токов пулс

Специфичните характеристики на импулсните диоди включват:

- време за възстановяване

Дали времевият интервал между момента на превключване на напрежението на диода от предната към обратната и момента, в който токът достигне до намалена стойност (Фигура 2а),

- време за установяване Tust - е интервала от време между началото преминаващ през тази директна diodik текущата стойност и моментът, когато напрежението в diodike достигне постоянна стойност от 1.2 (Фигура 2Ь),

- най-актуалните Iobr.imp.maks възстановяване, равен на по-голяма стойност на тока, циркулиращ през diodik напрежение след преминаване от напред рециклирането (Фигура 2а) ..

Обратните диоди се получават при концентрация на примеси в р- и п-региони, по-големи от обикновените ректифициращи диоди. Този диод има малко съпротивление срещу преминаващия ток с обратно превключване (фиг.3) и сравнително голямо съпротивление при включване директно. Затова те се използват за поправяне на малки сигнали с амплитуда на напрежение от няколко волта.

Фиг. 3. IGBTs и характеристиките на токово напрежение на обратните диоди

Шотки диоди се получават с помощта на метално-полупроводникова връзка. В същото време се използват субстрати, направени от ниско-устойчив n-силиций (или силициев карбид) с тесен епитаксиален слой с висока устойчивост на същия полупроводник (фиг.4).

На повърхността на епитаксиалния слой е осигурен железен електрод, осигуряващ коригиране, но не и инжектиране на малцинствените носители в основната област (в повечето случаи злато). Поради това в тези диоди няма такива неспирирани процеси като натрупването и резорбцията на малцинствените превозвачи в базата данни. Ето защо инерцията на Schottky диодите не е висока. Тя се определя от стойността на бариерния капацитет на изправителния контакт (1 - 20 pF).

Освен това, Schottky диодите имат значително по-малко съпротивление от токоизправителните диоди, защото железният слой има малко съпротивление в сравнение с който и да е дори много легиран полупроводник. Това позволява на Schottky диодите да се използват за поправяне на значителни токове (10 к ампери). Обикновено те се използват в импулсни вторични захранващи устройства за поправяне на високочестотни напрежения (до няколко MHz).

Potapov L.A.

Училище за електротехник