Prečítajte si tiež: II. V okamihu zapnutia trakčných motorov sa napätie z KR odstráni. III. Pri štartovaní trakčných motorov bolo z KR odstránené napätie. IV. Pri sledovaní automatickej charakteristiky TD sa napätie z KR odstráni. IV. Rovnica priamky prechádzajúcej daným bodom v danom smere. Veľa priamych čiar. A - pravidelný; b - biharmónia; в - blok; r - náhodné napätie V tabuľke 2.1 U0 - usmernené napätie, I0 - usmernený prúd, - výkon záťaže, - transformačný pomer. V trojfázovom trojvodičovom vedení sú trojfázové vodiče. Napätie medzi akýmikoľvek pármi vodičov sa nazýva sieťové napätie (Ul). V trestnom práve sa v závislosti od charakteristík mentálneho obsahu rozlišuje priamy a nepriamy úmysel. B. Na detekciu protilátok v reakcii na nepriamu hemaglutináciu

I - V charakteristika diódy.

(VAC)-graf závislosti prúdu cez dvoj koncový prístroj od napätia na tomto dvoj koncovom zariadení. Najčastejšie sa zvažuje charakteristika I - V nelineárnych prvkov (stupeň nelinearity je určený koeficientom nelinearity, pretože pre lineárne prvky je charakteristika I - V priamkou a nie je zvlášť zaujímavá.

Nelineárnosť charakteristiky I - V je daná skutočnosťou, že odpor SV závisí od aplikovaného napätia (diódy, zenerove diódy) alebo od prúdu (termistory). I - V charakteristika nelineárnych prvkov je opísaná rovnicami, ktorých stupne sú vyššie ako prvé. Pretože odpor SV je premenlivý, okamžitá hodnota prúdu v nich nie je úmerná okamžitým hodnotám napätia. (str. 117 manuál)

Prúd vpred a vzad. Napätie vpred a vzad.

Keď je odpor križovatky p - n malý, prúdi diódou prúd, tzv priamy prúd... Čím väčšia je plocha križovatky p - n a napätie zdroja, tým väčší je tento dopredný prúd. Ak sú póly prvku obrátené, dióda bude v uzavretom stave. Vytvorí sa zóna ochudobnená o elektróny a diery; má veľmi vysokú odolnosť voči prúdu. V tejto zóne však stále dôjde k malej výmene prúdových nosičov medzi oblasťami diódy. Preto diódou bude prúdiť prúd, ale mnohokrát menší ako jednosmerný. Tento prúd sa nazýva dióda spätného prúdu... Ak je dióda zaradená do obvodu so striedavým prúdom, otvorí sa s pozitívnymi polovičnými periódami na anóde, pričom voľne prechádza prúdom jedného smeru-dopredný prúd Ipr., A zatvorí sa so zápornými polovičnými periódami na anóde, takmer bez prechádzanie prúdu v opačnom smere - spätný prúd Irev. Volá sa napätie, pri ktorom sa dióda otvorí a preteká ňou jednosmerný prúd priamy(Upr.), A napätie opačnej polarity, pri ktorom sa dióda zatvára a preteká ňou spätný prúd, sa nazýva obrátiť(Urev.) Pre dopredné napätie odpor diódy dobrá kvalita nepresahuje niekoľko desiatok ohmov, pri spätnom napätí jeho odpor dosiahne desiatky, stovky kiloohmov a dokonca aj megaohmov.

Prerušovacie napätie.

Dielektrická bytosť v elektrickom poli stráca svoje elektrické izolačné vlastnosti, ak intenzita poľa prekročí určitú kritickú hodnotu. Tento jav sa nazýva dielektrický rozklad alebo porušenie jeho elektrickej sily. Vlastnosť dielektrika odolávať poruche sa nazýva elektrická sila (Epr). Napätie, pri ktorom dôjde k poruche izolácie, sa nazýva prierazné napätie (Upr).

D jód- najjednoduchšie zariadenie v slávnej rodine polovodičových zariadení. Ak vezmeme polovodičovú dosku, napríklad germánium, a zavedieme akceptorovú nečistotu do jej ľavej polovice a do pravej darcovskej, potom na jednej strane dostaneme polovodič typu P, na druhej strane, typ N .V strede kryštálu dostaneme tzv P-N prechod ako je znázornené na obrázku 1.

Ten istý obrázok ukazuje konvenčné grafické označenie diódy v diagramoch: výstup katódy (záporná elektróda) ​​je veľmi podobný znaku „-“. Je jednoduchšie si to takto zapamätať.

Celkovo má taký kryštál dve zóny s rôznou vodivosťou, z ktorých vychádzajú dva zvody, preto bolo výsledné zariadenie pomenované dióda pretože predpona „di“ znamená dve.

V tomto prípade sa ukázalo, že dióda je polovodičová, ale podobné zariadenia boli predtým známe: napríklad v ére elektrónok existovala trubicová dióda nazývaná kenotron. Teraz také diódy vošli do histórie, aj keď prívrženci zvuku „trubice“ tomu veria elektrónkový zosilňovač aj usmerňovač anódového napätia musí byť rúrkový!

Obrázok 1. Štruktúra diódy a označenie diódy v diagrame

Na križovatke polovodičov s vodivosťou P a N získame Križovatka P-N, ktorý je základom všetkých polovodičových zariadení. Ale na rozdiel od diódy, ktorá má iba jeden prechod, majú dva prechody P-N a napríklad pozostávajú zo štyroch prechodov naraz.

Prechod P-N v pokoji

Aj keď prepojenie P-N, v tomto prípade dióda, nie je nikde pripojená, stále v ňom prebiehajú zaujímavé fyzikálne procesy, ktoré sú znázornené na obrázku 2.

Obrázok 2. Dióda v pokoji

V oblasti N je elektrónov nadbytok, nesie záporný náboj a v oblasti P je náboj kladný. Tieto náboje spoločne tvoria elektrické pole. Pretože opačné náboje majú tendenciu sa priťahovať, elektróny zo zóny N prenikajú do pozitívne nabitej zóny P a vyplňujú niektoré otvory. V dôsledku takéhoto pohybu vo vnútri polovodiča vzniká prúd, aj keď veľmi malý (jednotky nanoampérov).

V dôsledku tohto pohybu sa hustota látky na strane P zvyšuje, ale až do určitej hranice. Častice sa zvyčajne šíria rovnomerne v celom objeme látky, rovnako ako sa vôňa parfumu šíri v miestnosti (difúzia), preto sa elektróny skôr alebo neskôr vrátia späť do N. zóny.

Ak pre väčšinu spotrebiteľov elektriny nezáleží na smere prúdu - svetlo svieti, dlaždica sa zahrieva, potom pre diódu hrá veľkú úlohu smer prúdu. Hlavnou funkciou diódy je vedenie prúdu v jednom smere. Práve túto vlastnosť poskytuje prechod P-N.

Zapnutie diódy v opačnom smere

Ak k polovodičovej dióde pripojíte zdroj napájania, ako je znázornené na obrázku 3, prúd neprejde prechodom P-N.

Obrázok 3. Reverzné zapojenie diódy

Ako vidíte na obrázku, kladný pól napájacieho zdroja je pripojený k oblasti N a záporný pól k oblasti P. Výsledkom je, že elektróny z oblasti N sa ponáhľajú k kladnému pólu zdroja. Kladné náboje (diery) v oblasti P zase priťahuje negatívny pól zdroja energie. Preto v oblasť P-N prechod, ako je možné vidieť na obrázku, vytvorí sa prázdnota, jednoducho neexistuje nič, čo by viedlo prúdom, neexistujú žiadne nosiče náboja.

S nárastom napätia zdroja energie sú elektróny a diery stále viac priťahované elektrickým poľom batérie, zatiaľ čo v oblasti prechodu P-N je stále menej nosičov náboja. Preto v opačnom smere prúd neprechádza diódou. V takýchto prípadoch je zvykom to hovoriť polovodičová dióda je zablokovaná pre spätné napätie.

Zvýšenie hustoty látky v blízkosti pólov batérie vedie k výskyt difúzie, - túžba po rovnomernom rozložení hmoty v celom objeme. To sa stane, keď je batéria odpojená.

Reverzný prúd polovodičovej diódy

Tu nastal čas pripomenúť si menšie médiá, na ktoré sa bežne zabúdalo. Faktom je, že aj v uzavretom stave prechádza diódou nevýznamný prúd, ktorý sa nazýva spätný prúd. Toto spätný prúd a je vytvorený menšími nosičmi, ktoré sa môžu pohybovať úplne rovnakým spôsobom ako hlavné, iba opačným smerom. Prirodzene, k tomuto pohybu dochádza pri reverznom napätí. Reverzný prúd je spravidla nízky kvôli malému počtu menšinových nosičov.

So zvyšujúcou sa teplotou kryštálov sa zvyšuje počet menšinových nosičov, čo vedie k zvýšeniu spätného prúdu, čo môže viesť k zničeniu križovatky P-N. Preto sú prevádzkové teploty pre polovodičové zariadenia - diódy, tranzistory, mikroobvody obmedzené. Aby sa zabránilo prehriatiu, na chladiče sú nainštalované výkonné diódy a tranzistory - radiátory.

Zahrnutie diódy v smere dopredu

Zobrazené na obrázku 4.

Obrázok 4. Priame pripojenie diódy

Teraz zmeňme polaritu zapnutia zdroja: pripojte mínus k oblasti N (katóda) a plus k oblasti P (anóda). S týmto zahrnutím do oblasti N budú elektróny odpudzované z mínus batérie a pohybujú sa dovnútra strana P-N prechod. V oblasti P budú kladne nabité otvory odrazené od kladného pólu batérie. Elektróny a diery sa rútia k sebe.

Nabité častice s rôznou polaritou sa zhromažďujú okolo križovatky P-N, vzniká medzi nimi elektrické pole. Elektróny preto prekonajú prechod P-N a pokračujú v pohybe cez zónu P. V tomto prípade niektoré z nich rekombinujú s otvormi, ale väčšina sa ponáhľa k plusu batérie, aktuálne Id prešlo diódou.

Tento prúd sa nazýva priamy prúd... Je obmedzený technickými údajmi diódy, nejakou maximálnou hodnotou. Pri prekročení tejto hodnoty hrozí nebezpečenstvo poruchy diódy. Je však potrebné poznamenať, že smer dopredného prúdu na obrázku sa zhoduje so všeobecne akceptovaným reverzným pohybom elektrónov.

Dá sa tiež povedať, že v smere dopredu zapínania je elektrický odpor diódy relatívne malý. Pri spätnom zapojení bude tento odpor mnohonásobne väčší, prúd neprúdi polovodičovou diódou (tu sa neberie do úvahy mierny spätný prúd). Z vyššie uvedeného môžeme usúdiť, že dióda sa správa ako obyčajný mechanický ventil: otočený v jednom smere - voda tečie, otočená v druhom - tok sa zastavil. Pre túto vlastnosť bola dióda pomenovaná polovodičový ventil.

Aby ste podrobne pochopili všetky schopnosti a vlastnosti polovodičovej diódy, mali by ste sa s ňou zoznámiť volt - ampérová charakteristika... Je tiež dobré dozvedieť sa o rôznych prevedeniach diód a frekvenčných vlastnostiach, výhodách a nevýhodách. O tom bude reč v nasledujúcom článku.

bezplatná online knižnica „KnigaGo.ru“

Http://knigago.ru

I. VÝPOČET PARAMETROV SEMICONDUCTOR DIODES

Usmerňovacie diódy sú navrhnuté tak, aby usmerňovali nízkofrekvenčný striedavý prúd (zvyčajne menej ako 50 kHz). Ako usmerňovače sa používajú planárne diódy, ktoré kvôli veľkej kontaktnej ploche umožňujú veľký usmernený prúd. Charakteristika prúdového napätia diódy vyjadruje závislosť prúdu pretekajúceho diódou od hodnoty a polarity napätia, ktoré je na ňu aplikované (obrázok 1.1). Vetva umiestnená v prvom kvadrante zodpovedá doprednému (priepustnému) smeru prúdu a umiestnená v treťom kvadrante do opačného smeru prúdu.

Čím strmšia a bližšie k zvislej osi je priama vetva a čím bližšie k horizontálnej vratnej vetve, tým lepšie sú usmerňujúce vlastnosti diódy. Pri dostatočne veľkom spätnom napätí dochádza k poruche na dióde, t.j. spätný prúd prudko stúpa. Normálna práca dióda ako prvok s jednostrannou vodivosťou je možná iba v režimoch, keď spätné napätie nepresahuje prierazné napätie.

Prúdy diód závisia od teploty (pozri obrázok 1.1). Ak diódou preteká konštantný prúd, potom so zmenou teploty sa pokles napätia na dióde zmení približne o 2 mV / ° C. So zvýšením teploty sa reverzný prúd zdvojnásobí pre germánium a 2,5 -krát pre kremíkové diódy na každých 10 ° C. Prierazné napätie klesá so zvyšujúcou sa teplotou.

Vysokofrekvenčné diódy sú univerzálne zariadenia: na usmerňovanie prúdov v širokom frekvenčnom rozsahu (až niekoľko stoviek MHz), na moduláciu, detekciu a ďalšie nelineárne transformácie. Bodové diódy sa používajú hlavne ako vysokofrekvenčné. Vysokofrekvenčné diódy majú rovnaké vlastnosti ako usmerňovače, ale rozsah ich pracovných frekvencií je oveľa širší.

Hlavné parametre:

Unp- konštantné dopredné napätie pri danom konštantnom doprednom prúde;

Uobr- konštantné reverzné napätie aplikované na diódu v opačnom smere;

Ipp- jednosmerný prúd pretekajúci diódou vpred;

Iobr- konštantný spätný prúd pretekajúci diódou v opačnom smere pri danom spätnom napätí;

Unp.obr- hodnota spätného napätia spôsobujúca poruchu diódového spoja;

Inp.cp- priemerný dopredný prúd, priemerná hodnota dopredného prúdu diódy za obdobie;

Ivp sr- priemerný usmerňovací prúd, priemerná hodnota usmerneného prúdu pretekajúceho diódou za obdobie (s prihliadnutím na spätný prúd);

Iobr.cp- priemerný spätný prúd, priemerná hodnota spätného prúdu za dané obdobie;

Rpr- dopredný rozptýlený výkon, hodnota výkonu rozptýleného diódou pri prúdení dopredného prúdu;

Pcr je priemerný výkon rozptýlený diódou, priemer za dobu výkonu rozptýleného diódou pri prúdení dopredného a spätného prúdu;

Rdif- diferenciálny odpor diódy, pomer malého prírastku napätia diódy k malému prírastku prúdu na ňom pre daný režim

(1.1)

Rnp.d... - dopredný odpor diódy pre jednosmerný prúd, hodnota odporu diódy získaná ako podiel delenia priameho dopredného napätia na dióde a zodpovedajúceho dopredného prúdu

Robr.d- reverzný odpor diódy; hodnota odporu diódy získaná ako podiel delenia konštantného spätného napätia na dióde a zodpovedajúceho konštantného spätného prúdu

(1.3)

Maximálne prípustné parametre určujú limity prevádzkových podmienok, pri ktorých môže dióda pracovať s danou pravdepodobnosťou počas špecifikovanej životnosti. Patria sem: maximálne prípustné spätné napätie DC Uobr.max; maximálny prípustný prúd vpred Ipr.max, maximálny prípustný priemerný prúd vpred Streda Streda.max, maximálny prípustný priemerný usmernený prúd IV. Priem. Max, maximálny povolený priemerný stratový výkon diódy Rcr.max.

Špecifikované parametre sú uvedené v referenčnej literatúre. Okrem toho môžu byť určené experimentálne a pomocou voltampérových charakteristík.

Diferenciálny odpor nájdeme ako kotangens uhla sklonu dotyčnice nakreslenej k priamej vetve charakteristiky I - V v bode. Ipr= 12 mA ( Rdiff ~ ctg Θ ~)

(1.4)

Dopredný odpor diódy sa nachádza ako pomer konštantného napätia na dióde Upr= 0,6 V na zodpovedajúci jednosmerný prúd Ipr= 12mA na priamej vetve charakteristiky I - V.

(1.5)

Vidíme to Rdif < Rpr.d... Okrem toho si všimnite, že hodnoty týchto parametrov závisia od zadaného režimu. Napríklad pre rovnakú diódu pri Ipp= 4mA

(1.6) , (1.7)

Vypočítajte Robr.d pre diódu GD107 pri Uobr= 20 V a porovnajte s vypočítanou hodnotou Rpr.d... Na reverznej vetve charakteristiky I - V GD107 (pozri obr. 1.2) nájdeme: Iobr= 75μA pri Uobr= 20V. Preto,

(1.8)

Vidíme to Robr>>Rpr.d, ktorá udáva jednostrannú vodivosť diódy. Záver o jednostrannej vodivosti je možné vyvodiť aj priamo z analýzy charakteristiky I - V: dopredný prúd Ipp~ mA pri Upr <1B, в то время как Iobp~ desiatky μA pri Uobr ~ desiatky volty, t.j. dopredný prúd stovky alebo tisíckrát prekračuje spätný prúd

(1.9)

Zenerove diódy a stabilizátory sú navrhnuté tak, aby stabilizovali úroveň napätia pri zmene prúdu pretekajúceho diódou. Pri zenerových diódach je pracovnou časťou elektrické členenie charakteristiky prúdového napätia v oblasti spätných napätí (obr. 1.3).

V tejto časti zostáva napätie na dióde prakticky konštantné s výraznou zmenou prúdu pretekajúceho diódou. Podobnú charakteristiku majú zliatinové diódy so základňou z materiálu s nízkym odporom (vysoko legovaný). V tomto prípade sa vytvorí úzky prechod p-n, ktorý vytvára podmienky pre výskyt elektrického rozpadu pri relatívne nízkych reverzných napätiach (jednotky-desiatky voltov). Tieto napätia sú konkrétne potrebné na napájanie mnohých tranzistorových zariadení. V germániových diódach sa elektrický rozklad rýchlo zmení na tepelný, preto sa ako zenerove diódy používajú kremíkové diódy, ktoré sú odolnejšie voči tepelnému rozpadu. Pri stabilizátoroch slúži ako pracovník priamy úsek charakteristiky prúdového napätia (obr. 1.4). Obojstranné (dvojanódové) zenerove diódy majú dva navzájom prepojené p-n spojenia, z ktorých každý je hlavný pre opačnú polaritu.

Hlavné parametre:

Ust- stabilizačné napätie, napätie na zenerovej dióde, keď prúdi menovitý prúd;

StUst.nom- rozpätie nominálneho stabilizačného napätia, odchýlka napätia na Zenerovej dióde od nominálnej hodnoty;

Rdif.st- rozdielový odpor zenerovej diódy, pomer prírastku stabilizačného napätia na zenerovej dióde k malému prírastku prúdu, ktorý ju spôsobil v danom frekvenčnom rozsahu;

α CT je teplotný koeficient stabilizačného napätia, pomer relatívnej zmeny stabilizačného napätia k absolútnej zmene teploty okolia pri konštantnom stabilizačnom prúde.

Maximálne povolené parametre. Patria sem: maximum Ist.max, minimum Ist.min stabilizačné prúdy, maximálny prípustný prúd vpred Imax, maximálny povolený stratový výkon Pmax.

Princíp činnosti najjednoduchšieho polovodičového regulátora napätia (obr. 1.5) je založený na použití nelinearity charakteristík prúdového napätia zenerových diód (pozri obr. 1.3). Najjednoduchším polovodičovým stabilizátorom je delič napätia pozostávajúci z obmedzujúci odpor Rogr a silikónovú Zenerovu diódu VD. Zaťaženie Rn je pripojené k zenerovej dióde,

V tomto prípade je napätie na záťaži rovnaké ako napätie na zenerovej dióde

U R N = U VD = U ST(1.10)

a vstupné napätie je zdieľané medzi Rogr a VD

U IN = U R OGR + U ST(1.11)

Aktuálne cez Rogr podľa prvého Kirchhoffovho zákona sa rovná súčtu záťažových prúdov a zenerovej diódy

I R OGR = I ST + I N. (1.12)

Množstvo Rogr je zvolený tak, aby prúd zenerovou diódou bol rovný nominálnemu, t.j. zodpovedal stredu pracovnej oblasti.

I ST.NOM = (I ST.MIN + I ST.MAX) / 2 (1.13)

Dióda je druh polovodičového zariadenia. Má jeden prechod p-n, ako aj anódové a katódové svorky. Vo väčšine prípadov je určený na moduláciu, usmernenie, konverziu a ďalšie akcie s prichádzajúcimi elektrickými signálmi.

Princíp činnosti:

1. Elektrina pôsobí na katódu, ohrievač začne žiariť a elektróda vyžaruje elektróny.
2. Medzi dvoma elektródami vzniká elektrické pole.
3. Ak má anóda pozitívny potenciál, potom k sebe začne priťahovať elektróny a výsledné pole je katalyzátorom tohto procesu. V tomto prípade dochádza k tvorbe emisného prúdu.
4. Medzi elektródami vzniká priestorový negatívny náboj, ktorý môže interferovať s pohybom elektrónov. K tomu dôjde, ak je potenciál anódy príliš slabý. V tomto prípade časti elektrónov nedokážu prekonať vplyv negatívneho náboja a začnú sa pohybovať v opačnom smere, pričom sa opäť vrátia na katódu.
5. Všetky elektróny ktoré dosiahli anódu a nevrátili sa na katódu, určujú parametre katódového prúdu. Tento indikátor preto priamo závisí od potenciálu kladnej anódy.
6. Tok všetkých elektrónov ktorý by sa mohol dostať na anódu, sa nazýva anódový prúd, ktorého indikátory v dióde vždy zodpovedajú parametrom katódového prúdu. Niekedy môžu byť oba indikátory nulové, to sa stáva v situáciách, keď má anóda záporný náboj. V tomto prípade pole generované medzi elektródami častice nezrýchľuje, ale naopak spomaľuje a vracia ich späť na katódu. Dióda v tomto prípade zostáva v uzavretom stave, čo vedie k otvoreniu obvodu.

Zariadenie

Nasleduje podrobný popis diódového zariadenia, štúdium týchto informácií je potrebné pre ďalšie pochopenie princípov fungovania týchto prvkov:

1. Rám je vákuový valec, ktorý môže byť vyrobený zo skla, kovu alebo odolných keramických materiálov.
2. Vnútri balónika sú tam 2 elektródy. Prvým je vyhrievaná katóda, ktorá je navrhnutá tak, aby poskytovala proces emisie elektrónov. Katóda, ktorá je konštrukčne najjednoduchšia, je vlákno s malým priemerom, ktoré sa počas prevádzky zahrieva, ale dnes sú bežnejšie nepriamo vyhrievané elektródy. Sú to valce vyrobené z kovu a majú špeciálnu aktívnu vrstvu schopnú emitovať elektróny.
3. Vnútri katódy nepriame teplo existuje špecifický prvok - drôt, ktorý sa zahrieva pod vplyvom elektrického prúdu, nazýva sa ohrievač.
4. Druhá elektróda je anóda, je potrebná na príjem elektrónov, ktoré boli uvoľnené katódou. Na to musí mať kladný potenciál vzhľadom na druhú elektródu. Vo väčšine prípadov je anóda tiež valcová.
5. Obe elektródy vákuové zariadenia sú úplne identické s emitorom a základňou prvkov polovodičového typu.
6. Na výrobu diódového kryštálu Najčastejšie sa používa kremík alebo germánium. Jedna z jeho častí je u typu p elektricky vodivá a má nedostatok elektrónov, ktorý je vytvorený umelou metódou. Opačná strana kryštálu má tiež vodivosť typu n a má prebytok elektrónov. Medzi týmito dvoma oblasťami existuje hranica, ktorá sa nazýva križovatka p-n.

Takéto vlastnosti vnútorného zariadenia dodávajú diódam ich hlavnú vlastnosť - schopnosť viesť elektrický prúd iba v jednom smere.

Vymenovanie

Nasledujú hlavné oblasti použitia diód, na príklade ktorých je ich hlavný účel jasný:

1. Diódové mostíky sú navzájom prepojené 4, 6 alebo 12 diód, ich počet závisí od typu obvodu, ktorý môže byť jednofázový, trojfázový polovičný alebo trojfázový plný. Vykonávajú funkcie usmerňovačov, táto možnosť sa najčastejšie používa v automobilových generátoroch, pretože zavedenie takýchto mostov, ako aj používanie zostáv kefových kolektorov spolu s nimi umožnilo výrazne znížiť veľkosť tohto zariadenia a zvýšiť jeho stupeň spoľahlivosti. Ak je pripojenie vykonané v sérii a v jednom smere, potom sa tým zvýšia indikátory minimálneho napätia, ktoré budú potrebné na odomknutie celého diódového mostíka.
2. Diódové detektory sa získavajú kombinovaným používaním týchto zariadení s kondenzátormi. To je nevyhnutné na to, aby bolo možné izolovať nízkofrekvenčnú moduláciu od rôznych modulovaných signálov, vrátane amplitúdovo modulovaného typu rádiového signálu. Takéto detektory sú súčasťou konštrukcie mnohých domácich spotrebiteľov, ako sú televízory alebo rádiá.
3. Zabezpečenie ochrany spotrebiteľa pred nesprávnou polaritou pri zapnutí vstupov obvodu pred vznikajúcim preťažením alebo prepnutím pred poruchou elektromotorickou silou vyplývajúcou zo samoindukcie, ku ktorej dochádza pri odpojení indukčného zaťaženia. Na zaistenie bezpečnosti obvodov pred vzniknutým preťažením sa používa reťazec pozostávajúci z niekoľkých diód, ktoré sú v opačnom smere napojené na napájacie zbernice. V tomto prípade musí byť vstup, ktorému je poskytnutá ochrana, pripojený k stredu tohto reťazca. Počas normálnej prevádzky obvodu sú všetky diódy v uzavretom stave, ale ak zistili, že vstupný potenciál prekročil prípustné limity napätia, aktivuje sa jeden z ochranných prvkov. V dôsledku toho je tento prípustný potenciál obmedzený v rámci prípustného napájacieho napätia okrem priameho poklesu napätia cez ochranné zariadenie.
4. Prepínače na báze diód sa používajú na spínanie signálov s vysokými frekvenciami. Riadenie takého systému sa vykonáva pomocou jednosmerného elektrického prúdu, vysokofrekvenčného oddeľovania a napájania riadiaceho signálu, ku ktorému dochádza vďaka induktorom a kondenzátorom.
5. Vytvorenie diódovej ochrany pred iskrami... Používajú sa bariéry s bočníkovými diódami, ktoré zaisťujú bezpečnosť obmedzením napätia v príslušnom elektrickom obvode. Spolu s nimi sa používajú odpory obmedzujúce prúd, ktoré sú potrebné na obmedzenie indikátorov elektrického prúdu prechádzajúceho sieťou a zvýšenie stupňa ochrany.

Použitie diód v elektronike je dnes veľmi široké, pretože v skutočnosti žiadny moderný typ elektronického zariadenia nie je úplný bez týchto prvkov.

Priame prepínanie diód

Prechod pn diódy môže byť ovplyvnený napätím dodávaným z externých zdrojov. Indikátory ako veľkosť a polarita ovplyvnia jeho správanie a elektrický prúd, ktorý ním prechádza.

Ďalej podrobne zvažujeme možnosť, v ktorej je plus pripojené k oblasti typu p, a záporný pól k oblasti typu n. V tomto prípade bude existovať priame spojenie:

1. Pod stresom z externého zdroja sa v križovatke p-n vytvorí elektrické pole, pričom jeho smer bude opačný k vnútornému difúznemu poľu.
2. Polné napätie sa výrazne zníži, čo spôsobí prudké zúženie bariérovej vrstvy.
3. Pod vplyvom týchto procesov značný počet elektrónov získa schopnosť voľne sa pohybovať z oblasti p do oblasti n, ako aj v opačnom smere.
4. Indikátory driftového prúdu počas tohto procesu zostávajú rovnaké, pretože priamo závisia iba od počtu menšinou nabitých nosičov umiestnených v oblasti križovatky pn.
5. Elektróny majú zvýšenú úroveň difúzie, čo vedie k injekcii menšinových nosičov. Inými slovami, v n-oblasti dôjde k zvýšeniu počtu dier a v p-oblasti bude zaznamenaná zvýšená koncentrácia elektrónov.
6. Nedostatok rovnováhy a zvýšený počet nosičov menšín núti ich ísť hlboko do polovodiča a zmiešať sa s jeho štruktúrou, čo v konečnom dôsledku vedie k zničeniu jeho vlastností elektroneutrality.
7. Polovodič zároveň je schopný obnoviť svoj neutrálny stav, je to kvôli príjmu nábojov z pripojeného externého zdroja, čo prispieva k vzniku jednosmerného prúdu vo vonkajšom elektrickom obvode.

Spätné zapnutie diódy

Teraz zvážime ďalší spôsob zapnutia, počas ktorého sa zmení polarita externého zdroja, z ktorého sa prenáša napätie:

1. Hlavný rozdiel od priameho pripojenia je v tomže generované elektrické pole bude mať smer, ktorý sa úplne zhoduje so smerom vnútorného difúzneho poľa. V súlade s tým sa blokujúca vrstva už nebude zužovať, ale naopak, rozširovať.
2. Pole nachádzajúce sa v križovatke p-n, bude mať akceleračný účinok na niekoľko menšinových nosičov nábojov, z tohto dôvodu ukazovatele driftového prúdu zostanú nezmenené. Zistí parametre výsledného prúdu, ktorý prechádza križovatkou pn.
3. Ako rastiete reverzné napätie, elektrický prúd pretekajúci križovatkou bude mať tendenciu dosahovať maximálny výkon. Má špeciálny názov - saturačný prúd.
4. Podľa exponenciálneho zákona, s postupným zvyšovaním teploty sa budú zvyšovať aj hodnoty saturačného prúdu.

Napätie vpred a vzad

Napätie, ktoré ovplyvňuje diódu, je rozdelené podľa dvoch kritérií:

1. Predné napätie- to je ten, pri ktorom sa dióda otvorí a začne ňou prechádzať dopredný prúd, zatiaľ čo indikátory odporu zariadenia sú extrémne nízke.
2. Reverzné napätie- to je ten, ktorý má opačnú polaritu a zaisťuje zatvorenie diódy prechodom opačného prúdu. Súčasne začnú ukazovatele odporu zariadenia prudko a výrazne rásť.

Odpor p-n-križovatky je neustále sa meniacim indikátorom, v prvom rade je ovplyvnený dopredným napätím aplikovaným priamo na diódu. Ak sa napätie zvýši, indikátory odporu spoja sa proporcionálne znížia.

To vedie k zvýšeniu parametrov dopredného prúdu prechádzajúceho diódou. Keď je toto zariadenie zatvorené, potom naň pôsobí prakticky celé napätie, a preto sú indikátory spätného prúdu prechádzajúceho diódou nevýznamné a odpor spoja súčasne dosahuje svoje špičkové parametre.

Prevádzka diódy a jej charakteristika prúdového napätia

Charakteristiky prúdového napätia týchto zariadení sa chápu ako zakrivená čiara, ktorá ukazuje závislosť elektrického prúdu pretekajúceho prechodom p-n na objeme a polarite napätia, ktoré naň pôsobí.

Takýto rozvrh je možné opísať nasledovne:

1. Vertikálna os: horná oblasť zodpovedá hodnotám dopredného prúdu, dolná oblasť zodpovedá parametrom spätného prúdu.
2. Horizontálna os: oblasť napravo je pre hodnoty predného napätia; ľavá oblasť pre parametre reverzného napätia.
3. Priama vetva charakteristiky prúdového napätia odráža elektrický prúd cez diódu. Je nasmerovaný nahor a prebieha v tesnej blízkosti vertikálnej osi, pretože odráža nárast elektrického prúdu vpred, ku ktorému dochádza pri zvyšovaní zodpovedajúceho napätia.
4. Druhá (reverzná) vetva zodpovedá a zobrazuje stav uzavretého elektrického prúdu, ktorý tiež preteká zariadením. Jeho poloha je taká, že prebieha prakticky rovnobežne s horizontálnou osou. Čím strmšie sa táto vetva blíži k vertikále, tým vyššie sú usmerňovacie schopnosti konkrétnej diódy.
5. Podľa harmonogramu môžete pozorovaťže po zvýšení dopredného napätia pretekajúceho prechodom p-n dochádza k pomalému nárastu indikátorov elektrického prúdu. Krivka však postupne dosahuje oblasť, v ktorej je skok viditeľný, po ktorej dochádza k zrýchlenému nárastu jeho ukazovateľov. Je to spôsobené otvorením diódy a vedením prúdu s predpätím. U zariadení vyrobených z germánia k tomu dochádza pri napätí 0,1 V až 0,2 V (maximálna hodnota 1 V) a pre kremíkové články je potrebná vyššia hodnota od 0,5 V do 0,6 V (maximálna hodnota 1,5 V).
6. Zobrazený nárast aktuálnych hodnôt môže viesť k prehriatiu polovodičových molekúl. Ak je odstránenie tepla, ku ktorému dochádza v dôsledku prirodzených procesov a práce radiátorov, menšie ako úroveň jeho uvoľnenia, potom môže byť štruktúra molekúl zničená a tento proces už bude nevratný. Z tohto dôvodu je potrebné obmedziť parametre dopredného prúdu, aby sa zabránilo prehriatiu polovodičového materiálu. Za týmto účelom sa do obvodu pridávajú špeciálne odpory, ktoré sú zapojené do série s diódami.
7. Prieskum reverznej vetvy je vidieť, že ak sa reverzné napätie, ktoré je aplikované na križovatku pn, začína zvyšovať, potom je zvýšenie súčasných parametrov prakticky nepostrehnuteľné. Avšak v prípadoch, keď napätie dosiahne parametre presahujúce prípustné limity, môže dôjsť k náhlemu skoku v opačnom prúde, čo spôsobí prehriatie polovodiča a prispeje k následnému rozpadu križovatky pn.

Základné poruchy diódy

Niekedy zariadenia tohto typu zlyhajú, môže to byť spôsobené prirodzeným znehodnotením a starnutím týchto prvkov alebo z iných dôvodov.

Celkovo existujú 3 hlavné typy bežných porúch:

1. Rozpis prechodu vedie k tomu, že dióda namiesto polovodičového zariadenia sa vo svojej podstate stáva najbežnejším vodičom. V tomto stave stráca svoje základné vlastnosti a začína prechádzať elektrickým prúdom absolútne akýmkoľvek smerom. Takéto zlyhanie sa dá ľahko zistiť pomocou štandardného, ​​ktorý začne vydávať zvukový signál a vykazovať v dióde nízky odpor.
2. Cez prestávku dochádza k opačnému procesu - zariadenie spravidla prestáva prechádzať elektrickým prúdom v ľubovoľnom smere, to znamená, že sa vo svojej podstate stáva izolátorom. Na presnosť určenia prestávky je potrebné použiť testery s kvalitnými a prevádzkyschopnými sondami, inak môžu niekedy túto poruchu nesprávne diagnostikovať. V legovaných polovodičových odrodách je takéto členenie extrémne zriedkavé.
3. Únik, počas ktorého je narušená tesnosť tela zariadenia, v dôsledku čoho nemôže správne fungovať.

Rozpis križovatky pn

K takýmto poruchám dochádza v situáciách, keď indikátory reverzného elektrického prúdu začnú náhle a prudko stúpať, je to spôsobené tým, že napätie zodpovedajúceho typu dosahuje neprijateľné vysoké hodnoty.

Obvykle existuje niekoľko typov:

1. Tepelné poruchy spôsobené prudkým nárastom teploty a následným prehriatím.
2. Elektrické poruchy vznikajúce pod vplyvom prúdu na križovatke.

Graf charakteristiky prúdového napätia vám umožňuje vizuálne študovať tieto procesy a rozdiel medzi nimi.

Elektrická porucha

Následky spôsobené elektrickými poruchami nie sú nevratné, pretože nespôsobujú zničenie samotného kryštálu. Preto s postupným poklesom napätia je možné obnoviť všetky vlastnosti a prevádzkové parametre diódy.

Členenia tohto typu sú zároveň rozdelené do dvoch typov:

1. Poruchy tunela nastávajú, keď vysoké napätie prechádza úzkymi spojmi, čo umožňuje, aby cez ne jednotlivé elektróny prekĺzli. Obvykle sa vyskytujú, ak polovodičové molekuly obsahujú veľké množstvo rôznych nečistôt. Počas takéhoto rozpadu začne spätný prúd prudko a rýchlo stúpať a zodpovedajúce napätie je na nízkej úrovni.
2. Lavínové poruchy sú možné vďaka pôsobeniu silných polí schopných urýchliť nosiče náboja na limitnú úroveň, vďaka čomu vyrazia z atómov množstvo valenčných elektrónov, ktoré potom vyletia do vodivej oblasti. Tento jav má lavínový charakter, vďaka ktorému dostal tento typ poruchy taký názov.

Tepelné rozbitie

Výskyt takéhoto rozpadu môže nastať z dvoch hlavných dôvodov: nedostatočný odvod tepla a prehriatie p-n-križovatky, ku ktorému dochádza v dôsledku toku elektrického prúdu cez neho s príliš vysokými rýchlosťami.

Zvýšenie teplotného režimu v križovatke a priľahlých oblastiach má nasledujúce dôsledky:

1. Rastové vibrácie atómov súčasťou kryštálu.
2. Hit elektrónov do vodivej zóny.
3. Prudký nárast teploty.
4. Deštrukcia a deformácia kryštálová štruktúra.
5. Úplné zlyhanie a poruchu celého rádiového komponentu.

Dobrý deň, milí čitatelia stránok sesaga.ru. V prvej časti článku sme zistili, čo je to polovodič a ako v ňom vzniká prúd. Dnes budeme pokračovať v začatej téme a povieme si o princípe činnosti polovodičových diód.

Dióda je polovodičové zariadenie s jedným prechodom pn, ktoré má dva zvody (anóda a katóda) a je určené na usmernenie, detekciu, stabilizáciu, moduláciu, obmedzenie a prevod elektrických signálov.

Podľa funkčného účelu sú diódy rozdelené na usmerňovače, univerzálne, impulzné, mikrovlnné diódy, zenerove diódy, varicapy, spínacie, tunelové diódy atď.

Teoreticky vieme, že dióda prechádza prúdom v jednom smere, ale nie v druhom. Ale ako a ako to robí, to veľa ľudí nevie a nechápe.

Diódu možno schematicky znázorniť ako kryštál pozostávajúci z dvoch polovodičov (oblastí). Jedna oblasť kryštálu má vodivosť typu p a druhá má vodivosť typu n.

Na obrázku sú otvory prevládajúce v oblasti typu p konvenčne znázornené v červených kruhoch a elektróny prevládajúce v oblasti typu n sú znázornené modrou farbou. Tieto dve oblasti sú anódové a katódové elektródy diódy:

Anóda - kladná elektróda diódy, v ktorej sú otvory hlavnými nosičmi náboja.

Katóda je záporná elektróda diódy, v ktorej sú hlavným nosičom náboja elektróny.

Na vonkajšie povrchy oblastí sa nanášajú kontaktné kovové vrstvy, ku ktorým sú spájkované drôtové vývody diódových elektród. Takéto zariadenie môže byť iba v jednom z dvoch stavov:

1. otvorený - keď dobre vedie prúd; 2. Zatvorené - keď nevedie dobre prúd.

Priame pripojenie diódy. Priamy prúd.

Ak je k elektródam diódy pripojený zdroj konštantného napätia: k anódovému terminálu „plus“ a k výstupu katódy „mínus“, potom bude dióda v otvorenom stave a bude ňou prúdiť prúd, ktorých hodnota bude závisieť od použitého napätia a vlastností diódy.

S touto polaritou spojenia sa elektróny z oblasti typu n rútia smerom k otvorom v oblasti typu p a otvory z oblasti typu p sa budú pohybovať smerom k elektrónom v oblasti typu n. Na rozhraní medzi oblasťami, nazývanými elektrónové diery alebo p-n križovatka, sa stretnú, kde dochádza k ich vzájomnej absorpcii alebo rekombinácii.

Napríklad. Hlavné nosiče náboja v oblasti typu n, elektróny, ktoré prekonávajú križovatku p-n, vstupujú do oblasti dier typu p, v ktorej sa stávajú menšinovými. Keď sa elektróny stanú menšinovými, budú absorbované majoritnými nosičmi v oblasti dier - dier. Rovnakým spôsobom sa diery, spadajúce do elektronickej oblasti typu n, stanú v tejto oblasti menšinovými nosičmi a budú tiež absorbované väčšinovými nosičmi - elektrónmi.

Diódový kontakt spojený so záporným pólom zdroja konštantného napätia vydá oblasti typu n takmer neobmedzený počet elektrónov, čím sa doplní pokles elektrónov v tejto oblasti. A kontakt spojený s kladným pólom zdroja napätia je schopný prijať rovnaký počet elektrónov z oblasti typu p, vďaka čomu sa obnoví koncentrácia otvorov v oblasti typu p. Vodivosť p-n spoja sa teda zvýši a odpor voči prúdu bude malý, čo znamená, že diódou bude pretekať prúd, ktorý sa nazýva dopredný prúd diódy Ipr.

Spätné zapnutie diódy. Spätný prúd.

Zmeňme polaritu zdroja konštantného napätia - dióda bude v zatvorenom stave.

V tomto prípade sa elektróny v oblasti typu n budú pohybovať smerom k kladnému pólu zdroja energie, pričom sa budú vzďaľovať od križovatky pn a diery v oblasti typu p sa budú tiež vzďaľovať od križovatky pn, pričom sa budú presúvať do záporných pólov. pól zdroja energie. V dôsledku toho sa hranica oblastí akoby rozšíri, čo vytvorí zónu ochudobnenú v dierach a elektrónoch, ktorá bude poskytovať vysokú odolnosť voči prúdu.

Pretože však menšinové nosiče náboja sú prítomné v každej z oblastí diódy, medzi týmito oblasťami stále dôjde k malej výmene elektrónov a dier. Preto bude diódou pretekať prúd mnohokrát menší ako prúd vpred a tento prúd sa nazýva spätný prúd diódy (Iobr). V praxi je spravidla v opačnom prípade opačný prúd križovatky pn zanedbávaný, a z toho sa usudzuje, že križovatka pn má iba jednostrannú vodivosť.

Napätie diódy dopredu a dozadu.

Napätie, pri ktorom sa dióda otvára a preteká ňou dopredný prúd, sa nazýva priame (Upr) a napätie opačnej polarity, pri ktorom sa dióda zatvára a preteká ňou spätný prúd, sa nazýva reverzná (Urev).

Pri doprednom napätí (Upr) odpor diódy nepresiahne niekoľko desiatok ohmov, ale pri spätnom napätí (Urev) sa odpor zvýši na niekoľko desiatok, stoviek a dokonca tisícov kiloohmov. Nie je ťažké to overiť, ak meriate spätný odpor diódy ohmmetrom.

Odpor p-n prechodu diódy nie je konštantný a závisí od dopredného napätia (Upr), ktoré je do diódy dodávané. Čím vyššie je toto napätie, tým menší odpor má prechod p-n, tým väčší prúd Ipr preteká diódou. V uzavretom stave takmer celé napätie klesne na diódu, preto je spätný prúd, ktorý ním prechádza, malý a odpor p-n križovatky je veľký.

Napríklad. Ak zapnete diódu v striedavom obvode, otvorí sa s pozitívnymi polovičnými periódami na anóde, voľne prechádzajúcim prúdom dopredu (Ipr) a zatvorí sa so zápornými polovičnými periódami na anóde, takmer bez prechodu prúdu v opačný smer - spätný prúd (Irev). Tieto vlastnosti diód sa používajú na prevod striedavého prúdu na jednosmerný prúd a tieto diódy sa nazývajú usmerňovacie diódy.

Charakteristika prúdového napätia polovodičovej diódy.

Závislosť prúdu prechádzajúceho cez križovatku p-n na veľkosti a polarite napätia, ktoré je na ňu aplikované, je znázornená ako krivka nazývaná charakteristika prúdového napätia diódy.

Nasledujúci graf ukazuje takúto krivku. Zvislá os v hornej časti ukazuje hodnoty dopredného prúdu (Irev) a v spodnej časti - spätný prúd (Irev). Vodorovná os na pravej strane zobrazuje hodnoty predného napätia Upr , a v ľavej časti - spätné napätie (Urev).

Charakteristika prúdového napätia pozostáva akoby z dvoch vetiev: predná vetva v pravej hornej časti zodpovedá doprednému (priepustnému) prúdu cez diódu a reverzná vetva v dolnej ľavej časti zodpovedá spätný (uzavretý) prúd cez diódu.

Predná vetva ide strmo hore, tlačí na zvislú os a charakterizuje rýchly rast dopredného prúdu diódou so zvýšením dopredného napätia; reverzná vetva prebieha takmer rovnobežne s horizontálnou osou a charakterizuje pomalý rast spätný prúd. Čím strmšia je predná vetva k zvislej osi a čím bližšie k horizontálnej vratnej vetve, tým lepšie sú usmerňovacie vlastnosti diódy. Prítomnosť malého spätného prúdu je nevýhodou diód. Z charakteristickej krivky prúdového napätia je zrejmé, že dopredný prúd diódy (Ipr) je stokrát vyšší ako spätný prúd (Irev).

S nárastom dopredného napätia cez križovatku p-n sa prúd najskôr pomaly zvyšuje a potom začína časť rýchleho nárastu prúdu. Dôvodom je skutočnosť, že germániová dióda sa otvorí a začne viesť prúd pri priepustnom napätí 0,1 - 0,2 V a kremíková dióda pri 0,5 - 0,6 V.

Napríklad. Pri doprednom napätí Upr = 0,5 V je dopredný prúd Ipr 50 mA (bod „a“ na grafe) a už pri napätí Upr = 1 V sa prúd zvyšuje na 150 mA (bod „b“ na grafe).

Takéto zvýšenie prúdu však vedie k zahrievaniu polovodičovej molekuly. A ak je množstvo uvoľneného tepla väčšie ako množstvo odobraté z kryštálu prirodzeným spôsobom alebo pomocou špeciálnych chladiacich zariadení (radiátorov), môžu v molekule vodiča nastať nevratné zmeny až do deštrukcie kryštálovej mriežky. Preto je dopredný prúd prechodu p-n obmedzený na úroveň, ktorá vylučuje prehriatie polovodičovej štruktúry. Na tento účel použite obmedzovací odpor v sérii s diódou.

V prípade polovodičových diód neprekročí dopredné napätie Upr pri všetkých prevádzkových prúdoch: pre germánium - 1 V; pre kremík - 1,5 V.

So zvýšením spätného napätia (Urev) aplikovaného na križovatku p-n sa prúd zvyšuje bezvýznamne, o čom svedčí reverzná vetva charakteristiky prúdového napätia. Zoberme si diódu s parametrami: Urev max = 100V, Iobr max = 0,5 mA, kde:

Urev max - maximálne konštantné spätné napätie, V; Irev max - maximálny spätný prúd, μA.

S postupným nárastom spätného napätia na hodnotu 100V vidíte, ako bezvýznamne sa zvyšuje spätný prúd (bod „b“ na grafe). Ale s ďalším zvýšením napätia, nad maximum, pre ktoré je pn križovatka diódy navrhnutá, dôjde k prudkému zvýšeniu spätného prúdu (prerušovaná čiara), polovodičový kryštál sa zahreje a v dôsledku toho dôjde k poruche dochádza k spojeniu pn.

Členenie križovatky p-n.

Porucha križovatky p-n je jav prudkého zvýšenia spätného prúdu, keď spätné napätie dosiahne určitú kritickú hodnotu. Rozlišujte elektrické a tepelné poruchy križovatky pn. Na druhej strane je elektrická porucha rozdelená na tunelové a lavínové poruchy.

Elektrická porucha.

K elektrickému zlyhaniu dochádza v dôsledku vystavenia silnému elektrickému poľu v križovatke pn. Takéto členenie je reverzibilné, to znamená, že nepoškodí križovatku a keď sa spätné napätie zníži, vlastnosti diódy sa zachovajú. Napríklad. V tomto režime fungujú zenerove diódy - diódy určené na stabilizáciu napätia.

Rozpis tunela.

K rozpadu tunela dochádza v dôsledku fenoménu tunelového efektu, ktorý sa prejavuje v skutočnosti, že so silným elektrickým poľom pôsobiacim v križovatke pn s malou hrúbkou niektoré elektróny prenikajú (presakujú) prechodom z oblasti typu p do regiónu typu n bez zmeny ich energie ... Tenké p-n spojenia sú možné iba pri vysokej koncentrácii nečistôt v polovodičovej molekule.

V závislosti od výkonu a účelu diódy sa hrúbka spoja elektrónových dier môže pohybovať od 100 nm (nanometre) do 1 mikrónu (mikrometra).

Rozbitie tunela je charakterizované prudkým nárastom spätného prúdu pri nevýznamnom spätnom napätí - spravidla niekoľko voltov. Na základe tohto efektu fungujú tunelové diódy.

Tunelové diódy sa vďaka svojim vlastnostiam používajú v zosilňovačoch, generátoroch sínusových relaxačných oscilácií a spínacích zariadeniach pri frekvenciách až stovky a tisíce megahertzov.

Lavínový zlom.

Lavínový rozpad spočíva v tom, že pôsobením silného elektrického poľa sa menšinové nosiče náboja pôsobením tepla v križovatke pn zrýchlia natoľko, že môžu z atómu vyraziť jeden z jeho valenčných elektrónov a preniesť ho na pásmo vedenia, čím sa vytvorí pár elektrón-diera. Výsledné nosiče náboja sa tiež začnú zrýchľovať a zrážať sa s inými atómami, čím sa vytvoria ďalšie páry elektrón-diera. Tento proces nadobúda lavínový charakter, čo vedie k prudkému zvýšeniu spätného prúdu pri prakticky nezmenenom napätí.

Diódy, ktoré využívajú účinok lavínového rozpadu, sa používajú vo výkonných usmerňovacích jednotkách používaných v metalurgickom a chemickom priemysle, železničnej doprave a iných elektrických výrobkoch, v ktorých môže dôjsť k opačnému napätiu, ktoré je vyššie ako prípustné napätie.

Tepelné členenie.

K tepelnému rozpadu dochádza v dôsledku prehriatia križovatky p-n v okamihu, keď ňou preteká veľký prúd a pri nedostatočnom odoberaní tepla, čo nezabezpečuje stabilitu tepelného režimu križovatky.

So zvýšením spätného napätia (Urev) aplikovaného na križovatku p-n sa rozptýlený výkon na križovatke zvyšuje. To vedie k zvýšeniu teploty prechodu a priľahlých oblastí polovodiča, k zvýšeniu vibrácií atómov kryštálu a k oslabeniu väzby valenčných elektrónov s nimi. Vzniká pravdepodobnosť prechodu elektrónov do vodivého pásma a vzniku ďalších párov elektrón-diera. Za zlých podmienok prenosu tepla z križovatky p-n dochádza k lavínovému zvýšeniu teploty, čo vedie k zničeniu križovatky.

Dokončime to a v ďalšej časti sa budeme zaoberať štruktúrou a činnosťou usmerňovacích diód, diódovým mostíkom.

Zdroj:

1. Borisov VG - Mladý rádioamatér. 1985 2. Goryunov N.N. Nosov Yu.R. - Polovodičové diódy. Parametre, metódy merania. 1968

sesaga.ru

Základné parametre diód, dopredný prúd diódy, spätné napätie diódy

Hlavnými parametrami diód sú dopredný prúd diódy (Ipr) a maximálne spätné napätie diódy (Urev). Práve oni musia vedieť, či je úlohou vyvinúť nový usmerňovač pre napájanie.

Prúdový diódový prúd

Dopredný prúd diódy sa dá ľahko vypočítať, ak je známy celkový prúd, ktorý bude čerpať nové zaťaženie PSU. Potom, aby ste zaistili spoľahlivosť, musíte túto hodnotu mierne zvýšiť a získate prúd, pre ktorý musíte vybrať diódu pre usmerňovač. Napríklad napájací zdroj musí byť schopný vydržať 800 mA. Preto vyberáme diódu, v ktorej je dopredný prúd diódy 1A.

Reverzné napätie diódy

Maximálne spätné napätie diódy je parameter, ktorý závisí nielen od hodnoty striedavého napätia na vstupe, ale aj od typu usmerňovača. Na vysvetlenie tohto tvrdenia zvážte nasledujúce obrázky. Zobrazujú všetky hlavné obvody usmerňovača.

Ryža. 1

Ako sme už uviedli, napätie na výstupe usmerňovača (cez kondenzátor) sa rovná efektívnemu napätiu sekundárneho vinutia transformátora vynásobenému √2. V polovičnom usmerňovači (obr. 1), keď má napätie na anóde diódy kladný potenciál vzhľadom na uzemnenie, sa filtračný kondenzátor nabije na napätie, ktoré prekročí efektívne napätie na vstupe usmerňovača o 1,4 krát. Počas nasledujúceho polcyklu je napätie na anóde diódy voči zemi záporné a dosahuje hodnotu amplitúdy a na katóde je voči zemi kladné a má rovnakú hodnotu. Počas tohto polcyklu sa na diódu aplikuje spätné napätie, ktoré sa získa v dôsledku sériového pripojenia vinutia transformátora a nabitého filtračného kondenzátora. Títo. spätné napätie diódy nesmie byť menšie ako napätie dvojnásobnej amplitúdy sekundárnej časti transformátora alebo 2,8 -krát vyššie ako jej účinná hodnota. Pri výpočte takýchto usmerňovačov je potrebné zvoliť diódy s maximálnym spätným napätím 3 -krát vyšším ako je účinná hodnota striedavého napätia.

Ryža. 2

Obrázok 2 zobrazuje celovlnný usmerňovač s výstupom stredového bodu. V ňom, rovnako ako v predchádzajúcom, musia byť zvolené diódy s reverzným napätím 3 -krát vyšším ako je efektívna hodnota vstupu.

Ryža. 3

Iná je situácia v prípade usmerňovača mosta s plnou vlnou. Ako môžete vidieť na obr. 3, v každom z polcyklov je na dve nevodivé, sériovo zapojené diódy aplikované dvojnásobné napätie.

katod-anod.ru

Princíp činnosti a účel diód

Dióda je druh polovodičového zariadenia. Má jeden prechod p-n, ako aj anódové a katódové svorky. Vo väčšine prípadov je určený na moduláciu, usmernenie, konverziu a ďalšie akcie s prichádzajúcimi elektrickými signálmi.

Princíp činnosti:

1. Na katódu pôsobí elektrický prúd, ohrievač začne žiariť a elektróda vyžaruje elektróny.
2. Medzi dvoma elektródami sa generuje elektrické pole.
3. Ak má anóda pozitívny potenciál, začne k sebe priťahovať elektróny a výsledné pole je katalyzátorom tohto procesu. V tomto prípade dochádza k tvorbe emisného prúdu.
4. Medzi elektródami sa vytvára negatívny priestorový náboj, ktorý môže interferovať s pohybom elektrónov. K tomu dôjde, ak je potenciál anódy príliš slabý. V tomto prípade časti elektrónov nedokážu prekonať vplyv negatívneho náboja a začnú sa pohybovať v opačnom smere, pričom sa opäť vrátia na katódu.
5. Všetky elektróny, ktoré dosiahli anódu a nevrátili sa na katódu, určujú parametre katódového prúdu. Tento indikátor preto priamo závisí od potenciálu kladnej anódy.
6. Tok všetkých elektrónov, ktoré by sa mohli dostať na anódu, sa nazýva anódový prúd, ktorého indikátory v dióde vždy zodpovedajú parametrom katódového prúdu. Niekedy môžu byť oba indikátory nulové, to sa stáva v situáciách, keď má anóda záporný náboj. V tomto prípade pole generované medzi elektródami častice nezrýchľuje, ale naopak spomaľuje a vracia ich späť na katódu. Dióda v tomto prípade zostáva v uzavretom stave, čo vedie k otvoreniu obvodu.

Zariadenie

Nasleduje podrobný popis diódového zariadenia, štúdium týchto informácií je potrebné pre ďalšie pochopenie princípov fungovania týchto prvkov:

1. Telo je vákuový valec, ktorý môže byť vyrobený zo skla, kovu alebo odolných keramických materiálov.
2. Vnútri balónika sú 2 elektródy. Prvým je vyhrievaná katóda, ktorá je navrhnutá tak, aby poskytovala proces emisie elektrónov. Katóda, ktorá je konštrukčne najjednoduchšia, je vlákno s malým priemerom, ktoré sa počas prevádzky zahrieva, ale dnes sú bežnejšie nepriamo vyhrievané elektródy. Sú to valce vyrobené z kovu a majú špeciálnu aktívnu vrstvu schopnú emitovať elektróny.
3. Vo vnútri nepriamo vyhrievanej katódy je špecifický prvok - drôt, ktorý sa ohrieva pod vplyvom elektrického prúdu, nazýva sa ohrievač.
4. Druhá elektróda je anóda a je potrebná na príjem elektrónov, ktoré boli uvoľnené katódou. Na to musí mať kladný potenciál vzhľadom na druhú elektródu. Vo väčšine prípadov je anóda tiež valcová.
5. Obe elektródy vákuových zariadení sú úplne identické s emitorom a základňou polovodičového typu prvkov.
6. Na výrobu diódového kryštálu sa najčastejšie používa kremík alebo germánium. Jedna z jeho častí je u typu p elektricky vodivá a má nedostatok elektrónov, ktorý je vytvorený umelou metódou. Opačná strana kryštálu má tiež vodivosť typu n a má prebytok elektrónov. Medzi týmito dvoma oblasťami existuje hranica, ktorá sa nazýva križovatka p-n.

Takéto vlastnosti vnútorného zariadenia dodávajú diódam ich hlavnú vlastnosť - schopnosť viesť elektrický prúd iba v jednom smere.

Vymenovanie

Nasledujú hlavné oblasti použitia diód, na príklade ktorých je ich hlavný účel jasný:

1. Diódové mostíky sú 4, 6 alebo 12 diód navzájom spojených, ich počet závisí od typu obvodu, ktorý môže byť jednofázový, trojfázový polovičný alebo trojfázový plný. Vykonávajú funkcie usmerňovačov, táto možnosť sa najčastejšie používa v automobilových generátoroch, pretože zavedenie takýchto mostov, ako aj používanie zostáv kefových kolektorov spolu s nimi umožnilo výrazne znížiť veľkosť tohto zariadenia a zvýšiť jeho stupeň spoľahlivosti. Ak je pripojenie vykonané v sérii a v jednom smere, potom sa tým zvýšia indikátory minimálneho napätia, ktoré budú potrebné na odomknutie celého diódového mostíka.
2. Diodové detektory sa získavajú kombinovaným použitím týchto zariadení s kondenzátormi. To je nevyhnutné na to, aby bolo možné izolovať nízkofrekvenčnú moduláciu od rôznych modulovaných signálov, vrátane amplitúdovo modulovaného typu rádiového signálu. Takéto detektory sú súčasťou konštrukcie mnohých domácich spotrebiteľov, ako sú televízory alebo rádiá.
3. Zabezpečenie ochrany spotrebiteľa pred nesprávnou polaritou pri zapnutí vstupov obvodu pred vznikajúcim preťažením alebo prepnutím pred poruchou elektromotorickou silou vyplývajúcou zo samoindukcie, ku ktorej dochádza pri odpojení indukčného zaťaženia. Na zaistenie bezpečnosti obvodov pred vzniknutým preťažením sa používa reťazec pozostávajúci z niekoľkých diód, ktoré sú v opačnom smere napojené na napájacie zbernice. V tomto prípade musí byť vstup, ktorému je poskytnutá ochrana, pripojený k stredu tohto reťazca. Počas normálnej prevádzky obvodu sú všetky diódy v uzavretom stave, ale ak zistili, že vstupný potenciál prekročil prípustné limity napätia, aktivuje sa jeden z ochranných prvkov. V dôsledku toho je tento prípustný potenciál obmedzený v rámci prípustného napájacieho napätia okrem priameho poklesu napätia cez ochranné zariadenie.
4. Na prepínanie vysokofrekvenčných signálov slúžia diódové spínače. Riadenie takého systému sa vykonáva pomocou jednosmerného elektrického prúdu, vysokofrekvenčného oddeľovania a napájania riadiaceho signálu, ku ktorému dochádza vďaka induktorom a kondenzátorom.
5. Vytvorenie diódovej ochrany pred iskrami. Používajú sa bariéry s bočníkovými diódami, ktoré zaisťujú bezpečnosť obmedzením napätia v príslušnom elektrickom obvode. Spolu s nimi sa používajú odpory obmedzujúce prúd, ktoré sú potrebné na obmedzenie indikátorov elektrického prúdu prechádzajúceho sieťou a zvýšenie stupňa ochrany.

Použitie diód v elektronike je dnes veľmi široké, pretože v skutočnosti žiadny moderný typ elektronického zariadenia nie je úplný bez týchto prvkov.

Priame prepínanie diód

Prechod pn diódy môže byť ovplyvnený napätím dodávaným z externých zdrojov. Indikátory ako veľkosť a polarita ovplyvnia jeho správanie a elektrický prúd, ktorý ním prechádza.

Ďalej podrobne zvažujeme možnosť, v ktorej je plus pripojené k oblasti typu p, a záporný pól k oblasti typu n. V tomto prípade bude existovať priame spojenie:

1. Vplyvom napätia z externého zdroja sa v križovatke p-n vytvorí elektrické pole, pričom jeho smer bude opačný voči vnútornému difúznemu poľu.
2. Polné napätie sa výrazne zníži, čo spôsobí prudké zúženie bariérovej vrstvy.
3. Pod vplyvom týchto procesov získa značný počet elektrónov schopnosť voľne sa pohybovať z oblasti p do oblasti n, ako aj v opačnom smere.
4. Indexy driftového prúdu počas tohto procesu zostávajú rovnaké, pretože priamo závisia iba od počtu menšinou nabitých nosičov umiestnených v oblasti križovatky pn.
5. Elektróny majú zvýšenú úroveň difúzie, čo vedie k injekcii menšinových nosičov. Inými slovami, v n-oblasti dôjde k zvýšeniu počtu dier a v p-oblasti bude zaznamenaná zvýšená koncentrácia elektrónov.
6. Nedostatok rovnováhy a zvýšený počet menšinových nosičov ich núti ísť hlboko do polovodiča a zmiešať sa s jeho štruktúrou, čo v konečnom dôsledku vedie k zničeniu jeho vlastností elektroneutrality.
7. Polovodič je zároveň schopný obnoviť svoj neutrálny stav, je to kvôli príjmu nábojov z pripojeného externého zdroja, čo prispieva k vzniku jednosmerného prúdu vo vonkajšom elektrickom obvode.

Spätné zapnutie diódy

Teraz zvážime ďalší spôsob zapnutia, počas ktorého sa zmení polarita externého zdroja, z ktorého sa prenáša napätie:

1. Hlavným rozdielom od priameho pripojenia je, že generované elektrické pole bude mať smer, ktorý sa úplne zhoduje so smerom vnútorného difúzneho poľa. V súlade s tým sa blokujúca vrstva už nebude zužovať, ale naopak, rozširovať.
2. Pole nachádzajúce sa v križovatke pn bude mať akceleračný účinok na niekoľko menšinových nosičov náboja, z tohto dôvodu indikátory driftového prúdu zostanú nezmenené. Zistí parametre výsledného prúdu, ktorý prechádza križovatkou pn.
3. Ako stúpa spätné napätie, elektrický prúd pretekajúci križovatkou bude mať tendenciu dosahovať svoj maximálny výkon. Má špeciálny názov - saturačný prúd.
4. V súlade s exponenciálnym zákonom s postupným nárastom teploty sa zvýši aj saturačný prúd.

Napätie vpred a vzad

Napätie, ktoré ovplyvňuje diódu, je rozdelené podľa dvoch kritérií:

1. Dopredné napätie je napätie, pri ktorom sa dióda otvorí a začne ňou prechádzať dopredný prúd, zatiaľ čo indikátory odporu zariadenia sú extrémne nízke.
2. Reverzné napätie je napätie s opačnou polaritou, ktoré zaisťuje vypnutie diódy a pretekanie opačného prúdu. Súčasne začnú ukazovatele odporu zariadenia prudko a výrazne rásť.

Odpor p-n-križovatky je neustále sa meniacim indikátorom, v prvom rade je ovplyvnený dopredným napätím aplikovaným priamo na diódu. Ak sa napätie zvýši, indikátory odporu spoja sa proporcionálne znížia.

To vedie k zvýšeniu parametrov dopredného prúdu prechádzajúceho diódou. Keď je toto zariadenie zatvorené, potom naň pôsobí prakticky celé napätie, a preto sú indikátory spätného prúdu prechádzajúceho diódou nevýznamné a odpor spoja súčasne dosahuje svoje špičkové parametre.

Prevádzka diódy a jej charakteristika prúdového napätia

Charakteristiky prúdového napätia týchto zariadení sa chápu ako zakrivená čiara, ktorá ukazuje závislosť elektrického prúdu pretekajúceho prechodom p-n na objeme a polarite napätia, ktoré naň pôsobí.

Takýto rozvrh je možné opísať nasledovne:

1. Vertikálna os: horná oblasť zodpovedá hodnotám dopredného prúdu, dolná oblasť zodpovedá parametrom spätného prúdu.
2. Vodorovná os: oblasť napravo je pre hodnoty napätia vpred; ľavá oblasť pre parametre reverzného napätia.
3. Predná vetva charakteristiky prúdového napätia odráža elektrický prúd prechádzajúci diódou. Je nasmerovaný nahor a prebieha v tesnej blízkosti vertikálnej osi, pretože odráža nárast elektrického prúdu vpred, ku ktorému dochádza pri zvyšovaní zodpovedajúceho napätia.
4. Druhá (spätná) vetva zodpovedá a zobrazuje stav uzavretého elektrického prúdu, ktorý tiež preteká zariadením. Jeho poloha je taká, že prebieha prakticky rovnobežne s horizontálnou osou. Čím strmšie sa táto vetva blíži k vertikále, tým vyššie sú usmerňovacie schopnosti konkrétnej diódy.
5. Podľa grafu je možné pozorovať, že po zvýšení dopredného napätia pretekajúceho cez križovatku p-n dochádza k pomalému nárastu indikátorov elektrického prúdu. Krivka však postupne dosahuje oblasť, v ktorej je skok viditeľný, po ktorej dochádza k zrýchlenému nárastu jeho ukazovateľov. Je to spôsobené otvorením diódy a vedením prúdu s predpätím. U zariadení vyrobených z germánia k tomu dochádza pri napätí 0,1 V až 0,2 V (maximálna hodnota 1 V) a pre kremíkové články je potrebná vyššia hodnota od 0,5 V do 0,6 V (maximálna hodnota 1,5 V).
6. Uvedené zvýšenie hodnôt prúdu môže viesť k prehriatiu polovodičových molekúl. Ak je odstránenie tepla, ku ktorému dochádza v dôsledku prirodzených procesov a práce radiátorov, menšie ako úroveň jeho uvoľnenia, potom môže byť štruktúra molekúl zničená a tento proces už bude nevratný. Z tohto dôvodu je potrebné obmedziť parametre dopredného prúdu, aby sa zabránilo prehriatiu polovodičového materiálu. Za týmto účelom sa do obvodu pridávajú špeciálne odpory, ktoré sú zapojené do série s diódami.
7. Pri skúmaní reverznej vetvy môžete vidieť, že ak sa reverzné napätie, ktoré je aplikované na križovatku p-n, začína zvyšovať, potom je zvýšenie súčasných parametrov prakticky nepostrehnuteľné. Avšak v prípadoch, keď napätie dosiahne parametre presahujúce prípustné limity, môže dôjsť k náhlemu skoku v opačnom prúde, čo spôsobí prehriatie polovodiča a prispeje k následnému rozpadu križovatky pn.

Základné poruchy diódy

Niekedy zariadenia tohto typu zlyhajú, môže to byť spôsobené prirodzeným znehodnotením a starnutím týchto prvkov alebo z iných dôvodov.

Celkovo existujú 3 hlavné typy bežných porúch:

1. Rozbitie križovatky vedie k tomu, že dióda namiesto polovodičového zariadenia sa stáva vo svojej podstate najbežnejším vodičom. V tomto stave stráca svoje základné vlastnosti a začína prechádzať elektrickým prúdom absolútne akýmkoľvek smerom. Takéto zlyhanie je možné ľahko zistiť pomocou štandardného multimetra, ktorý začne pípať a vykazovať v dióde nízky odpor.
2. V prípade prerušenia dôjde k opačnému procesu - zariadenie spravidla prestane prenášať elektrický prúd v ľubovoľnom smere, to znamená, že sa v podstate stane izolátorom. Na presnosť určenia prestávky je potrebné použiť testery s kvalitnými a prevádzkyschopnými sondami, inak môžu niekedy túto poruchu nesprávne diagnostikovať. V legovaných polovodičových odrodách je takéto členenie extrémne zriedkavé.
3. Únik, počas ktorého je porušená tesnosť tela zariadenia, v dôsledku čoho nemôže správne fungovať.

Rozpis križovatky pn

K takýmto poruchám dochádza v situáciách, keď indikátory reverzného elektrického prúdu začnú náhle a prudko stúpať, je to spôsobené tým, že napätie zodpovedajúceho typu dosahuje neprijateľné vysoké hodnoty.

Obvykle existuje niekoľko typov:

1. Tepelné poruchy, ktoré sú spôsobené prudkým nárastom teploty a následným prehriatím.
2. Elektrické poruchy vznikajúce pod vplyvom prúdu na križovatke.

Graf charakteristiky prúdového napätia vám umožňuje vizuálne študovať tieto procesy a rozdiel medzi nimi.

Elektrická porucha

Následky spôsobené elektrickými poruchami nie sú nevratné, pretože nespôsobujú zničenie samotného kryštálu. Preto s postupným poklesom napätia je možné obnoviť všetky vlastnosti a prevádzkové parametre diódy.

Členenia tohto typu sú zároveň rozdelené do dvoch typov:

1. K poruche tunela dochádza vtedy, keď vysoké napätie prechádza úzkymi spojmi, čo umožňuje jednotlivým elektrónom prekĺznuť. Obvykle sa vyskytujú, ak polovodičové molekuly obsahujú veľké množstvo rôznych nečistôt. Počas takéhoto rozpadu začne spätný prúd prudko a rýchlo stúpať a zodpovedajúce napätie je na nízkej úrovni.
2. Lavínové typy rozpadov sú možné v dôsledku pôsobenia silných polí, ktoré môžu urýchliť nosiče náboja na limitnú úroveň, vďaka čomu vyrazia z atómov niekoľko valenčných elektrónov, ktoré potom vyletia do vodivej oblasti. Tento jav má lavínový charakter, vďaka ktorému dostal tento typ poruchy taký názov.

Tepelné rozbitie

Výskyt takéhoto rozpadu môže nastať z dvoch hlavných dôvodov: nedostatočný odvod tepla a prehriatie p-n-križovatky, ku ktorému dochádza v dôsledku toku elektrického prúdu cez neho s príliš vysokými rýchlosťami.

Zvýšenie teplotného režimu v križovatke a priľahlých oblastiach má nasledujúce dôsledky:

1. Rast vibrácií atómov, ktoré tvoria kryštál.
2. Zásah elektrónov vo vodivej zóne.
3. Prudký nárast teploty.
4. Deštrukcia a deformácia kryštálovej štruktúry.
5. Úplné zlyhanie a porucha celého rádiového komponentu.

slarkenergy.ru

Usmerňovacia dióda | Volt-info

Obrázok 1. Charakteristiky prúdového napätia usmerňovacej diódy.

Voltampérová charakteristika usmerňovacej diódy

Na obrázku je v prvom kvadrante predná vetva, v treťom - reverzná vetva charakteristiky diódy. Predná vetva charakteristiky je odstránená pôsobením dopredného napätia, opačného spätného napätia na dióde. Dopredné napätie na dióde je napätie, pri ktorom sa na katóde vo vzťahu k anóde vytvára vyšší elektrický potenciál, a keď hovoríme jazykom znakov - na katóde mínus ( -), na anóde plus (+), ako znázornený na obrázku 2.

Obrázok 2. Schéma štúdia charakteristiky I - V diódy s priamym pripojením.

Obrázok 1 ukazuje nasledujúce konvencie:

Iр je prevádzkový prúd diódy;

Uд - pokles napätia na dióde;

Uо - spätné napätie diódy;

Upr - poruchové napätie;

IOU - zvodový prúd alebo spätný prúd diódy.

Pojmy a označenia charakteristík

Prevádzkový prúd diódy (Iр) je jednosmerný elektrický prúd, ktorý prechádza diódou po dlhú dobu, pri ktorej zariadenie nepodlieha nevratnému tepelnému zničeniu a jeho charakteristiky neprechádzajú výraznými kvalitatívnymi zmenami. V adresároch to môže byť uvedené ako priamy maximálny prúd. Pokles napätia na dióde (Uд) je napätie na svorkách diódy, ku ktorému dochádza, keď ním prechádza priamy prevádzkový prúd. V referenčných knihách môže byť označené ako dopredné napätie cez diódu.

Priamy prúd tečie, keď je dióda priamo zapnutá.

Reverzné napätie diódy (Uo) - prípustné reverzné napätie na dióde, aplikované naň dlho, pri ktorom nedochádza k nevratnému zničeniu jeho p -n spojenia. V referenčnej literatúre sa môže uvádzať ako maximálne spätné napätie.

Prierazné napätie (Upr) je spätné napätie na dióde, pri ktorom dôjde k nevratnému elektrickému zlyhaniu spojenia p-n, a v dôsledku čoho zariadenie zlyhá.

Reverzný prúd diódy alebo zvodový prúd (Iу) - spätný prúd, ktorý po dlhú dobu nespôsobuje nevratné zničenie (rozpad) pn prechodu diódy.

Pri výbere usmerňovacích diód sa spravidla riadia vyššie uvedenými charakteristikami.

Prevádzka diódy

Jemnosti prechodu p-n, téma pre samostatný článok. Zjednodušme úlohu a zvážime činnosť diódy z polohy jednostranného vedenia. Takže dióda funguje ako vodič, keď je vpred, a ako dielektrikum (izolátor), keď je opäť zapnutá. Zvážte dva obvody na obrázku 3.

Obrázok 3. Reverzné (a) a priame (b) zapnutie diódy.

Na obrázku sú dve verzie toho istého obvodu. Na obrázku 3 (a) polohy prepínačov Sl a S2 poskytujú elektrický kontakt anódy diódy s mínusom zdroja energie a katódy cez žiarovku HL1 s plusom. Ako sme už určili, ide o reverzné zapnutie diódy. V tomto režime sa dióda bude správať ako elektricky izolačný prvok, elektrický obvod bude prakticky otvorený, lampa nebude horieť.

Pri zmene polohy kontaktov S1 a S2, obrázok 3 (b), je k dispozícii elektrický kontakt anódy diódy VD1 s plusom napájania a katóda cez žiarovku - s mínusom. V tomto prípade je podmienka priameho zapnutia diódy splnená, "otvorí sa" a prúdom záťaže (žiarovka) ním preteká, ako cez vodič.

Ak ste práve začali študovať elektroniku, môžete byť trochu zmätení zo zložitosti prepínačov na obrázku 3. Nakreslite analógiu podľa vyššie uvedeného popisu na základe zjednodušených diagramov na obrázku 4. Toto cvičenie vám umožní porozumieť a trochu sa zorientovať v princípe stavby a čítania elektrických obvodov.

Obrázok 4. Schéma prepínania diódy dozadu a dopredu (zjednodušené).

Na obrázku 4 je zmena polarity na svorkách diódy zaistená zmenou polohy diódy (inverzia).

Jednosmerná vodivosť diódy

Obrázok 5. Schémy napätí pred a za usmerňovacou diódou.

Predpokladajme podmienečne, že elektrický potenciál spínača S2 je vždy rovný 0. Potom bude na diódovú anódu dodaný rozdiel napätia –US1-S2 a + US1-S2 v závislosti od polohy spínačov S1 a S2. Schéma takého obdĺžnikového striedavého napätia je znázornená na obrázku 5 (horný diagram). S negatívnym rozdielom napätia na anóde diódy je zablokovaný (funguje ako izolačný prvok), pričom prúd nepreteká lampou HL1 a nehorí a napätie na žiarovke je prakticky nulové. S kladným rozdielom napätia je dióda odblokovaná (funguje ako elektrický vodič) a prúd preteká obvodom série dióda-lampa. Napätie na žiarovke stúpa na UHL1. Toto napätie je o niečo menšie ako napájacie napätie, pretože časť napätia klesá cez diódu. Z tohto dôvodu je rozdiel v napätí v elektronike a elektrotechnike niekedy označovaný ako „pokles napätia“. Títo. v tomto prípade, ak je lampa považovaná za záťaž, bude na nej napätie záťaže a pokles napätia na dióde.

Periódy záporného rozdielu napätia sú teda diódou ignorované, prerušené a prúd preteká záťažou iba počas období kladného rozdielu napätia. Táto premena striedavého napätia na unipolárne (pulzujúce alebo konštantné) sa nazýva rektifikácia.

volt-info.ru

1. Polovodičové diódy, princíp činnosti, charakteristiky:

SEMICONDUCTOR DIODE - polovodičové zariadenie s dvoma elektródami, ktoré má jednostrannú vodivosť. Polovodičové diódy zahŕňajú rozsiahlu skupinu zariadení s prechodom pn, kovovo-polovodičovým kontaktom atď. Najbežnejšími sú elektrokonvertujúce polovodičové diódy. Slúži na transformáciu a generovanie elektrických vibrácií. Jedno z hlavných moderných elektronických zariadení. Princíp činnosti polovodičovej diódy: Princíp činnosti polovodičovej diódy je založený na vlastnostiach spojenia elektrónových dier, najmä na silnej asymetrii charakteristiky prúdového napätia vzhľadom na nulu. Rozlišuje sa teda priame a reverzné začlenenie. V priamom spojení má dióda nízky elektrický odpor a dobre vedie elektrický prúd. V opačnom prípade, keď je napätie menšie ako prierazné napätie, je odpor veľmi vysoký a prúd je zablokovaný. Technické údaje:

2. Polovodičové diódy, prepínanie dopredu a dozadu, vosk:

Priame a reverzné zaradenie:

Keď je prechod pn zapnutý priamo, externé napätie vytvorí v spoji pole, ktoré je opačné v smere k vnútornému difúznemu poľu. Výsledná intenzita poľa klesá, čo je sprevádzané zúžením blokujúcej vrstvy. Výsledkom je, že veľký počet hlavných nosičov náboja je schopný difúzne preniesť do susedného regiónu (driftový prúd sa v tomto prípade nemení, pretože závisí od počtu menšinových nosičov objavujúcich sa na hraniciach prechodu), t.j. výsledný prúd bude pretekať spojom, ktorý je určený hlavne difúznou zložkou. Difúzny prúd závisí od výšky potenciálnej bariéry a exponenciálne sa zvyšuje, pretože klesá.

Zvýšená difúzia nosičov náboja prechodom vedie k zvýšeniu koncentrácie otvorov v oblasti typu n a elektrónov v oblasti typu p. Toto zvýšenie koncentrácie menšinového nosiča v dôsledku účinku externého napätia aplikovaného na križovatku sa nazýva injekcia menšinového nosiča. Nerovnovážné menšinové nosiče difundujú hlboko do polovodiča a narúšajú jeho elektroneutralitu. K obnoveniu neutrálneho stavu polovodiča dochádza v dôsledku dodávky nosičov náboja z externého zdroja. To je dôvod výskytu prúdu vo vonkajšom obvode, ktorý sa nazýva priamy.

Keď je prechod pn zapnutý v opačnom smere, vonkajšie spätné napätie vytvára elektrické pole, ktoré sa zhoduje v smere s difúznym, čo vedie k zvýšeniu potenciálnej bariéry a zvýšeniu šírky blokujúcej vrstvy. To všetko znižuje difúzne prúdy väčšinových nosičov. Pre menšinové nosiče pole v križovatke pn zostáva akceleračné, a preto sa driftový prúd nemení.

Výsledný prúd teda bude pretekať spojom, ktorý je určený hlavne driftovým prúdom menšinových nosičov. Pretože počet unášaných menšinových nosičov nezávisí od aplikovaného napätia (ovplyvňuje iba ich rýchlosť), potom so zvýšením spätného napätia prúd cez križovatku smeruje k limitnej hodnote IS, ktorá sa nazýva saturačný prúd. Čím vyššia je koncentrácia darcovských a akceptorových nečistôt, tým nižší je saturačný prúd a so zvýšením teploty saturačný prúd exponenciálne rastie.

Graf zobrazuje charakteristiky I - V pre zapnutie diódy vpred a vzad. Tiež hovoria, že predná a spätná vetva charakteristiky prúdového napätia. Priama vetva (Ipr a Upr) zobrazuje charakteristiky diódy počas priameho pripojenia (to znamená, keď je na anódu aplikované „plus“). Reverzná vetva (Iobr a Uobr) zobrazuje charakteristiky diódy, keď je opäť zapnutá (to znamená, keď je na anódu aplikované „mínus“).

Modrá hrubá čiara je charakteristická pre germániovú diódu (Ge) a čierna tenká čiara je charakteristická pre kremíkovú (Si) diódu. Na obrázku nie sú uvedené jednotky merania pre prúdovú a napäťovú os, pretože závisia od konkrétnej značky diódy.

Na začiatku definujeme, ako pre každý rovinný súradnicový systém, štyri súradnicové uhly (kvadranty). Pripomeniem, že sa zvažuje prvý kvadrant, ktorý sa nachádza vpravo hore (teda tam, kde máme písmená Ge a Si). Ďalej sú kvadranty počítané proti smeru hodinových ručičiek.

II. A IV. Kvadrant sú teda prázdne. Je to spôsobené tým, že diódu môžeme zapnúť iba dvoma spôsobmi - dopredu alebo dozadu. Situácia je nemožná, keď napríklad diódou preteká spätný prúd a súčasne je zapnutý vpred, alebo inými slovami, nie je možné súčasne aplikovať „plus“ aj „mínus“ na jeden terminál. Presnejšie je to možné, ale potom to bude skrat. Zostáva zvážiť iba dva prípady - priame zapnutie diódy a spätné zapnutie diódy.

Graf priameho začlenenia je nakreslený v prvom kvadrante. Z toho je zrejmé, že čím väčšie je napätie, tým väčší je prúd. Navyše, do určitého bodu, napätie rastie rýchlejšie ako prúd. Potom však dôjde k prerušeniu a napätie zostane takmer nezmenené a prúd začne stúpať. U väčšiny diód dochádza k tomuto zlomu v rozmedzí 0,5 ... 1 V. Práve toto napätie, ako sa hovorí, „klesá“ cez diódu. Týchto 0,5 ... 1 V je pokles napätia na dióde. Pomalý nárast prúdu na napätie 0,5 ... 1V znamená, že v tomto úseku prúd diódou prakticky nejde ani v smere dopredu.

Graf reverzného zapojenia je nakreslený v treťom kvadrante. Z toho je zrejmé, že prúd zostáva vo významnej časti takmer nezmenený a potom sa zvyšuje ako lavína. Ak zvýšite napätie, napríklad až na niekoľko stoviek voltov, potom toto vysoké napätie „prerazí“ diódu a prúd bude prúdiť diódou. Tu sú len „rozpady“ - to je nevratný proces (pre diódy). To znamená, že takéto „zlyhanie“ povedie k vyhoreniu diódy a buď úplne prestane prechádzať prúdom v ľubovoľnom smere, alebo naopak - bude prechádzať prúdom vo všetkých smeroch.

V charakteristikách konkrétnych diód je vždy uvedené maximálne reverzné napätie - to znamená napätie, ktoré dióda vydrží bez „poruchy“ pri zapnutí v opačnom smere. Toto je potrebné vziať do úvahy pri vývoji zariadení, kde sa používajú diódy.

Porovnaním charakteristík kremíkových a germániových diód môžeme dospieť k záveru, že predné a spätné prúdy v spojoch pn kremíkovej diódy sú menšie ako v germániovej dióde (s rovnakými hodnotami napätia na svorkách). Dôvodom je skutočnosť, že kremík má širšiu medzeru pásma a na prechod elektrónov z valenčného pásma do vodivého pásma im musí byť poskytnutá veľká dodatočná energia.

studfiles.net

Maximálne spätné napätie cez diódy je určené vzorcom

Urev. max = 1,045 Uav.

V mnohých praktických aplikáciách sa tyristorové meniče používajú na usmernenie striedavého prúdu a modulačné riadenie výkonu prenášaného na záťaž. Malé riadiace prúdy zároveň umožňujú ovládať veľké záťažové prúdy.

Príklad najjednoduchšieho výkonovo riadeného tyristorového usmerňovača je znázornený na obr. 7.10.

Ryža. 7.10. Okruh tyristorového usmerňovača

Na obr. 7.11 ukazuje časové diagramy vysvetľujúce princíp regulácie priemernej hodnoty usmerneného napätia.

Ryža. 7.11. Časové diagramy činnosti tyristorového usmerňovača

V tomto obvode sa predpokladá, že vstupné napätie Uin pre nastaviteľný tyristor je tvorené napríklad plnovlnným usmerňovačom. Ak sa na začiatku každého polcyklu aplikujú riadiace impulzy Uy s dostatočnou amplitúdou (časť o-a na Uoutovom diagrame), výstupné napätie bude opakovať napätie plnovlnného usmerňovača. Ak posunieme riadiace impulzy do stredu každého polcyklu, potom budú mať impulzy na výstupe trvanie rovné štvrtine pol cyklu (časť b-c). Ďalšie posunutie riadiacich impulzov povedie k ďalšiemu zníženiu priemernej amplitúdy výstupných impulzov (časť d - e).

Dodávaním riadiacich impulzov do tyristora, ktoré sú fázovo posunuté vzhľadom na vstupné napätie, je teda možné transformovať sínusové napätie (prúd) na sekvenciu impulzov s akýmkoľvek trvaním, amplitúdou a polaritou, tj. Efektívne napätie (aktuálnu) hodnotu je možné zmeniť v širokom rozsahu.

7.3 Vyhlazovacie filtre

Uvažované rektifikačné obvody umožňujú získať unipolárne zvlnené napätie, ktoré nie je vždy použiteľné na napájanie komplexných elektronických zariadení, pretože v dôsledku veľkých zvlnení vedú k nestabilite ich prevádzky.

Na výrazné zníženie zvlnenia sa používajú vyhladzovacie filtre. Najdôležitejším parametrom vyhladzovacieho filtra je koeficient vyhladzovania S určený vzorcom S = 1 / 2, kde 1 a 2 sú koeficienty zvlnenia na vstupe a výstupe filtra. Faktor zvlnenia ukazuje, koľkokrát filter znižuje zvlnenie. V praktických obvodoch môže faktor zvlnenia na výstupe filtra dosiahnuť hodnoty 0,00003.

Hlavnými prvkami filtrov sú reaktívne prvky - kapacitné a indukčné (tlmivky). Najprv zvážime princíp činnosti najjednoduchšieho vyhladzovacieho filtra, ktorého diagram je znázornený na obr. 7.12.

Ryža. 7.12. Schéma najjednoduchšieho vyhladzovacieho filtra s polvlnným usmerňovačom

V tomto obvode sa vyhladenie napätia na záťaži za polovodičovým diódovým usmerňovačom VD vykonáva pomocou kondenzátora C zapojeného paralelne so záťažou Rn.

Časové schémy vysvetľujúce činnosť takéhoto filtra sú znázornené na obr. 7.13. V úseku t1 - t2 sa dióda otvorí so vstupným napätím a kondenzátor sa nabije. Keď vstupné napätie začne klesať, dióda sa uzavrie napätím nahromadeným na kondenzátore Uc (časť t1 - t2). V tomto intervale sa zdroj vstupného napätia odpojí od kondenzátora a záťaže a kondenzátor sa vybije cez odpor záťaže Rn.

Ryža. 7.13. Časové schémy filtra s polovlnným usmerňovačom

Ak je kapacita dostatočne veľká, vybitie kapacity cez Rn nastane s veľkou časovou konštantou  = RnC, a preto pokles napätia na kondenzátore bude malý a vyhladzovací účinok bude významný. Na druhej strane, čím väčšia je kapacita, tým kratší je segment t1 - t2, počas ktorého je dióda otvorená a prúd i ním preteká, pričom sa zvyšuje (pri danom priemernom prúde záťaže) so znižovaním rozdielu t2 - t1. Tento režim prevádzky môže viesť k poruche usmerňovacej diódy a navyše je pre transformátor dosť ťažký.

Pri použití usmerňovačov s plnou vlnou sa hodnota zvlnenia na výstupe kapacitného filtra znižuje, pretože kondenzátor v čase medzi výskytom impulzov klesá o menšiu hodnotu, čo je dobre znázornené na obr. 7.14.

Ryža. 7.14. Vyhladenie zvlnenia usmerňovača s plnou vlnou

Na výpočet hodnoty zvlnenia na výstupe kapacitného filtra aproximujeme zvlnenie výstupného napätia pomocou krivky pílového prúdu, ako je znázornené na obr. 7.15.

Ryža. 7.15. Aproximácia zvlneného napätia

Zmena náboja na kondenzátore je určená výrazom

∆Q = ∆UC = I nT1,

kde T1 je perióda zvlnenia, In je priemerná hodnota zaťažovacieho prúdu. Berúc do úvahy, že In = Isr / Rn, dostaneme

Obr. 7.15 z toho vyplýva

v tomto prípade je dvojnásobná amplitúda pulzácií určená výrazom

Indukčné filtre majú tiež vyhladzovacie vlastnosti a najlepšie vyhladzovacie vlastnosti majú filtre obsahujúce indukčnosť a kapacitu, prepojené podľa obr. 7.16.

Ryža. 7.16. Vyrovnávací filter s indukčnosťou a kapacitou

V tomto obvode je kapacita kondenzátora zvolená tak, aby jeho reaktancia bola výrazne nižšia ako odpor zaťaženia. Výhodou takéhoto filtra je, že znižuje vstupné zvlnenie ∆U na hodnotu, kde ω je frekvencia zvlnenia.

V praxi sa široko používajú rôzne typy filtrov v tvare F a U, ktorých konštrukčné možnosti sú znázornené na obr. 7.17.

Pri nízkych zaťažovacích prúdoch usmerňovač v tvare F zobrazený na obr. 7.16.

Ryža. 7.17. Možnosti filtra

V najkritickejších schémach sa používajú viacstupňové filtračné schémy (obr. 7.17 d).

Tlmivka je často nahradená odpormi, čo trochu znižuje kvalitu filtrácie, ale výrazne znižuje náklady na filtre (obr. 7.17 b, c).

Hlavnou vonkajšou charakteristikou usmerňovačov s filtrom je závislosť priemernej hodnoty výstupného napätia Uav (napätie na zaťažení) od priemernej hodnoty výstupného prúdu.

V uvažovaných obvodoch zvýšenie výstupného prúdu vedie k zníženiu Uav v dôsledku zvýšenia poklesu napätia cez vinutia transformátora, diódy, napájacie vodiče, filtračné prvky.

Sklon vonkajšej charakteristiky pri danom priemernom prúde je určený pomocou trasy výstupného odporu, určenej vzorcom:

Icr - sada. Čím menšia je hodnota Rout, tým menej závisí výstupné napätie od výstupného prúdu, tým lepší je obvod usmerňovača s filtrom. Na obr. 7.18 ukazuje typické závislosti Uav na Iav pre rôzne možnosti filtrácie.

Ryža. 7.18. Typické závislosti Uav na Iav pre rôzne schémy filtrácie

studfiles.net

Čo je to reverzné napätie? - Rekonštrukcia interiéru

Reverzné napätie

Reverzné napätie je typ energetického signálu, ktorý vzniká pri obrátení polarity elektrického prúdu. K tomuto napätiu často dochádza, keď je na diódu aplikovaná opačná polarita, čo spôsobuje, že dióda reaguje pôsobením v opačnom smere. Táto inverzná funkcia môže tiež vytvoriť prierazné napätie v dióde, pretože často prerušuje obvod, na ktorý je napätie aplikované.

Reverzné napätie nastáva, keď je zdroj spájajúci energetický signál s obvodom aplikovaný obrátene. To znamená, že kladný zvodový zdroj je pripojený k uzemnenému alebo zápornému vodiču obvodu a naopak. Tento prenos napätia nie je často navrhnutý, pretože väčšina elektrických obvodov nie je schopná zvládnuť napätie.

Keď je na obvod alebo diódu privedené minimálne napätie, môže to spôsobiť, že obvod alebo dióda pracuje opačne. To môže spôsobiť, že sa reakcia, ako napríklad motor ventilátora skrinky, bude otáčať nesprávne. V takýchto prípadoch bude prvok naďalej fungovať.

Keď je veľkosť napätia privádzaného do obvodu príliš veľká, signál do prijatého obvodu sa však nazýva poruchové napätie. Ak vstupný signál, ktorý bol obrátený, prekročí prípustné napätie, ktoré má obvod udržiavať, môže dôjsť k poškodeniu obvodu mimo zvyšku jeho použitia. Bod, v ktorom je obvod poškodený, sa týka hodnoty prierazného napätia. Toto prierazné napätie má niekoľko ďalších názvov, špičkové reverzné napätie alebo reverzné prierazné napätie.

Reverzné napätia môžu spôsobiť poruchové napätie, ktoré má vplyv aj na činnosť ostatných komponentov v obvode. Mimo škodlivých diód a funkcií obvodu spätného napätia sa môže stať aj špičkovým reverzným napätím. V takýchto prípadoch obvod nemôže obsahovať množstvo vstupného výkonu zo signálu, ktorý bol obrátený, a môže vytvoriť poruchové napätie medzi izolátormi.

Toto prierazné napätie, ktoré sa môže vyskytnúť naprieč komponentami obvodu, môže spôsobiť poruchu komponentov alebo vodičov izolátora. To z nich môže urobiť signálne vodiče a poškodiť obvod pôsobením napätia na rôzne časti obvodu, ktoré by ho nemali prijímať, čo má za následok nestabilitu celého obvodu. To môže spôsobiť napäťové oblúky od komponentu k komponentu, ktoré môžu byť tiež dostatočne silné na zapálenie rôznych komponentov obvodu a spôsobiť požiar.

Systém TT v elektrických inštaláciách do 1000v