Исправљачке диоде

Диода - полупроводнички уређај са две електроде са једним п-н спојем, који има једнострано провођење струје. Постоји много различитих типова диода - исправљачке, импулсне, тунелске, реверзне, микроталасне диоде, као и зенер диоде, варикапе, фотодиоде, ЛЕД диоде и још много тога.

Исправљачке диоде

Рад исправљачке диоде објашњава се особинама електричног п — н споја.

У близини границе два полупроводника формира се слој који је лишен мобилних носача наелектрисања (због рекомбинације) и има висок електрични отпор — тзв. Блокирајући слој. Овај слој одређује контактну потенцијалну разлику (потенцијалну баријеру).

Ако се на п — н спој примени спољашњи напон, стварајући електрично поље у смеру супротном од поља електричног слоја, онда ће се дебљина овог слоја смањити и при напону од 0,4 — 0,6 В блокирајући слој ће нестати и струја ће се значајно повећати (ова струја се назива једносмерна струја).

Када се прикључи спољни напон различитог поларитета, слој за блокирање ће се повећати и отпор п — н споја ће се повећати, а струја услед кретања мањинских носилаца наелектрисања ће бити занемарљива чак и при релативно високим напонима.

Предњу струју диоде стварају главни носиоци набоја, а реверзну струју мањински носиоци наелектрисања. Диода пропушта позитивну (напред) струју у правцу од аноде до катоде.

На сл. 1 приказана је конвенционална графичка ознака (УГО) и карактеристике исправљачких диода (њихове идеалне и стварне струјно-напонске карактеристике). Привидни дисконтинуитет струјно-напонске карактеристике диоде (ЦВЦ) у почетној фази је повезан са различитим струјним и напонским скалама у првом и трећем квадранту графикона. Два излаза диоде: анода А и катода К у УГО нису специфицирани и приказани су на слици ради објашњења.

Струјна-напонска карактеристика праве диоде показује област електричног слома, када за мало повећање обрнутог напона струја нагло расте.

Електрична оштећења су реверзибилна. Када се вратите у радно подручје, диода не губи својства. Ако обрнута струја премаши одређену вредност, електрични квар ће постати неповратан термички са кваром уређаја.

Пиринач. 1. Полупроводнички исправљач: а — конвенционални графички приказ, б — идеална струјно-напонска карактеристика, ц — реална струјно-напонска карактеристика

Индустрија углавном производи германијумске (Ге) и силицијумске (Си) диоде.

Силицијумске диоде имају ниске реверзне струје, вишу радну температуру (150 — 200 ° Ц наспрам 80 — 100 ° Ц), издржавају високе реверзне напоне и густине струје (60 — 80 А / цм2 наспрам 20 — 40 А / цм2). Поред тога, силицијум је уобичајен елемент (за разлику од германијумских диода, који је елемент ретких земаља).

Предности германијумских диода укључују низак пад напона када тече једносмерна струја (0,3 — 0,6 В наспрам 0,8 — 1,2 В). Поред наведених полупроводничких материјала, галијум арсенид ГаАс се користи у микроталасним колима.

Према технологији производње, полупроводничке диоде су подељене у две класе: тачкасте и планарне.

Тачкасте диоде формирају Си или Ге плочу н-типа са површином од 0,5-1,5 мм2 и челичном иглом која формира п-н спој у тачки контакта. Као резултат мале површине, спој има мали капацитет, стога таква диода може радити у високофреквентним колима.Али струја кроз спој не може бити велика (обично не више од 100 мА).

Планарна диода се састоји од две повезане Си или Ге плоче различите електричне проводљивости. Велика контактна површина резултира великом капацитивношћу споја и релативно ниском радном фреквенцијом, али струја која тече може бити велика (до 6000 А).

Главни параметри исправљачких диода су:

• максимална дозвољена струја напред Ипр.мак,

• максимални дозвољени реверзни напон Урев.мак,

• максимална дозвољена фреквенција фмак.

Према првом параметру, исправљачке диоде се деле на диоде:

• мала снага, константна струја до 300 мА,

• просечна снага, једносмерна струја 300 мА — 10 А,

• велика снага — снага, максимална струја унапред је одређена класом и износи 10, 16, 25, 40 — 1600 А.

Импулсне диоде се користе у колима мале снаге са пулсним карактером примењеног напона. Карактеристичан захтев за њих је кратко време преласка из затвореног у отворено стање и обрнуто (типично време 0,1 — 100 μс). УГО пулсне диоде су исте као исправљачке диоде.

Шипак. 2. Прелазни процеси у импулсним диодама: а — зависност струје при пребацивању напона са директног на реверзни, б — зависност напона када струјни импулс прође кроз диоду.

Специфични параметри импулсних диода укључују:

• време опоравка Твосст

• ово је временски интервал између тренутка када се напон диоде пребацује са унапред на обрнуто и тренутка када се реверзна струја смањује на дату вредност (слика 2, а),

• време смиривања Туст је временски интервал између почетка једносмерне струје дате вредности кроз диоду и тренутка када напон на диоди достигне 1,2 вредности у стационарном стању (слика 2, б),

• максимална струја опоравка Иобр.имп.мак., једнака највећој вредности реверзне струје кроз диоду након пребацивања напона са унапред на обрнуто (слика 2, а).

Инвертне диоде се добијају када је концентрација нечистоћа у п- и н-области већа од оне код конвенционалних исправљача. Таква диода има низак отпор према правој струји током реверзне везе (слика 3) и релативно висок отпор при директном повезивању. Због тога се користе у корекцији малих сигнала са амплитудом напона од неколико десетина волта.

Пиринач. 3. УГО и ВАЦ инвертованих диода

Шоткијеве диоде добијене прелазом метал-полупроводник.У овом случају се користе нискоотпорне н-силицијумске (или силицијум карбидне) подлоге са високоотпорним танким епитаксијалним слојем истог полупроводника (сл. 4).

Пиринач. 4. УГО и структура Шотки диоде: 1 — почетни кристал силицијума са малим отпором, 2 — епитаксијални слој силицијума високог отпора, 3 — област просторног набоја, 4 — метални контакт

Метална електрода се наноси на површину епитаксијалног слоја, која обезбеђује исправљање, али не убризгава мањинске носаче у регион језгра (најчешће злато). Дакле, у овим диодама нема тако спорих процеса као што су акумулација и ресорпција мањинских носача у бази. Дакле, инерција Шоткијевих диода није велика. Одређује се вредношћу капацитивности баријере контакта исправљача (1 — 20 пФ).

Поред тога, серијски отпор Шоткијевих диода је знатно нижи од отпора исправљачких диода јер метални слој има низак отпор у поређењу са било којим, чак и високо допираним полупроводником. Ово омогућава употребу Шоткијевих диода за исправљање значајних струја (десетине ампера). Обично се користе за пребацивање секундара за исправљање напона високе фреквенције (до неколико МХз).

Потапов Л.А.