Mga diode ng rectifier

Diode - isang dalawang-electrode semiconductor na aparato na may isang p-n junction, na may isang panig na kasalukuyang pagpapadaloy. Maraming iba't ibang uri ng diode—rectifier, pulse, tunnel, reverse, microwave diodes, pati na rin ang zener diodes, varicaps, photodiodes, LEDs, at higit pa.

Mga diode ng rectifier

Ang pagpapatakbo ng rectifier diode ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng mga katangian ng electrical p - n junction.

Malapit sa hangganan ng dalawang semiconductors, nabuo ang isang layer na walang mga mobile charge carriers (dahil sa recombination) at may mataas na electrical resistance — ang tinatawag na Layer ng pagharang. Tinutukoy ng layer na ito ang potensyal na pagkakaiba ng contact (potensyal na hadlang).

Kung ang isang panlabas na boltahe ay inilapat sa p - n junction, na lumilikha ng isang electric field sa direksyon na kabaligtaran sa field ng electric layer, pagkatapos ay ang kapal ng layer na ito ay bababa at sa isang boltahe ng 0.4 - 0.6 V ang blocking layer ay mawawala at ang kasalukuyang ay tataas nang malaki (ang kasalukuyang ito ay tinatawag na direktang kasalukuyang).

Kapag ang isang panlabas na boltahe ng iba't ibang polarity ay konektado, ang blocking layer ay tataas at ang resistensya ng p — n junction ay tataas, at ang kasalukuyang dahil sa paggalaw ng minority charge carriers ay magiging bale-wala kahit na sa medyo mataas na boltahe.

Ang pasulong na kasalukuyang ng diode ay nilikha ng mga pangunahing carrier ng singil at ang reverse na kasalukuyang ng mga carrier ng minorya. Ang isang diode ay nagpapasa ng positibo (pasulong) na kasalukuyang sa direksyon mula sa anode patungo sa katod.

Sa fig. Ipinapakita ng 1 ang conventional graphic designation (UGO) at mga katangian ng rectifier diodes (ang kanilang ideal at aktwal na kasalukuyang-boltahe na mga katangian). Ang maliwanag na discontinuity ng diode current-voltage characteristic (CVC) sa pinanggalingan ay nauugnay sa iba't ibang kasalukuyang at boltahe na kaliskis sa una at ikatlong quadrant ng plot. Dalawang diode output: anode A at cathode K sa UGO ay hindi tinukoy at ipinapakita sa figure para sa paliwanag.

Ang kasalukuyang-boltahe na katangian ng isang tunay na diode ay nagpapakita ng rehiyon ng electrical breakdown, kapag para sa isang maliit na pagtaas sa reverse boltahe ang kasalukuyang pagtaas nang husto.

Ang pagkasira ng kuryente ay nababaligtad. Kapag bumalik sa lugar ng pagtatrabaho, ang diode ay hindi nawawala ang mga katangian nito. Kung ang reverse current ay lumampas sa isang tiyak na halaga, kung gayon ang electrical failure ay magiging hindi maibabalik na thermal sa pagkabigo ng aparato.

kanin. 1. Semiconductor rectifier: a — conventional graphical representation, b — ideal current-voltage na katangian, c — real current-voltage na katangian

Ang industriya ay pangunahing gumagawa ng germanium (Ge) at silicon (Si) diodes.

Ang mga silicone diode ay may mababang reverse currents, mas mataas na operating temperature (150 — 200 ° C vs. 80 — 100 ° C), makatiis ng mataas na reverse voltages at kasalukuyang densidad (60 — 80 A / cm2 vs. 20 — 40 A / cm2) . Bilang karagdagan, ang silikon ay isang karaniwang elemento (hindi tulad ng germanium diodes, na isang bihirang elemento ng lupa).

Ang mga bentahe ng germanium diodes ay kinabibilangan ng mababang boltahe drop kapag ang isang direktang kasalukuyang daloy (0.3 — 0.6 V vs. 0.8 — 1.2 V). Bilang karagdagan sa mga materyales na semiconductor na nakalista, ang gallium arsenide GaAs ay ginagamit sa mga microwave circuit.

Ayon sa teknolohiya ng produksyon, ang mga semiconductor diode ay nahahati sa dalawang klase: point at planar.

Ang mga point diode ay bumubuo ng n-type na Si o Ge plate na may sukat na 0.5 — 1.5 mm2 at isang bakal na karayom ​​na bumubuo ng p — n junction sa contact point. Bilang isang resulta ng maliit na lugar, ang junction ay may mababang kapasidad, samakatuwid ang naturang diode ay maaaring gumana sa mga high-frequency circuits. Ngunit ang kasalukuyang sa pamamagitan ng junction ay hindi maaaring malaki (karaniwan ay hindi hihigit sa 100 mA).

Ang isang planar diode ay binubuo ng dalawang konektadong Si o Ge na mga plato na may magkakaibang mga electrical conductivity. Ang malaking contact area ay nagreresulta sa isang malaking junction capacitance at medyo mababa ang operating frequency, ngunit ang kasalukuyang dumadaloy ay maaaring malaki (hanggang sa 6000 A).

Ang mga pangunahing parameter ng rectifier diodes ay:

• maximum na pinapayagang forward na kasalukuyang Ipr.max,

• maximum na pinapayagang reverse boltahe Urev.max,

• maximum na pinapahintulutang dalas fmax.

Ayon sa unang parameter, ang mga rectifier diode ay nahahati sa mga diode:

• mababang kapangyarihan, pare-pareho ang kasalukuyang hanggang sa 300 mA,

• average na kapangyarihan, direktang kasalukuyang 300 mA - 10 A,

• mataas na kapangyarihan - kapangyarihan, ang maximum na pasulong na kasalukuyang ay tinutukoy ng klase at 10, 16, 25, 40 - 1600 A.

Ang mga diode ng pulso ay ginagamit sa mga circuit na may mababang kapangyarihan na may katangian ng pulso ng inilapat na boltahe. Ang isang natatanging kinakailangan para sa kanila ay ang maikling oras ng paglipat mula sa saradong estado patungo sa bukas na estado at kabaligtaran (karaniwang oras 0.1 — 100 μs). Ang mga diode ng pulso ng UGO ay kapareho ng mga diode ng rectifier.

Fig. 2. Lumilipas na mga proseso sa mga diode ng pulso: a — ang pag-asa ng kasalukuyang kapag inililipat ang boltahe mula direkta patungo sa baligtad, b — ang pag-asa ng boltahe kapag ang isang kasalukuyang pulso ay dumaan sa diode

Ang mga partikular na parameter ng pulse diodes ay kinabibilangan ng:

• oras ng pagbawi Tvosst

• ito ang agwat ng oras sa pagitan ng sandali kapag ang boltahe ng diode ay lumipat mula pasulong patungo sa baligtad at ang sandali kapag ang reverse current ay bumababa sa isang naibigay na halaga (Larawan 2, a),

• ang oras ng pag-aayos Tust ay ang agwat ng oras sa pagitan ng simula ng direktang kasalukuyang ng isang naibigay na halaga sa pamamagitan ng diode at ang sandali kapag ang boltahe sa diode ay umabot sa 1.2 ng halaga sa steady state (Figure 2, b),

• ang pinakamataas na kasalukuyang pagbawi Iobr.imp.max., katumbas ng pinakamalaking halaga ng reverse kasalukuyang sa pamamagitan ng diode pagkatapos ng paglipat ng boltahe mula pasulong patungo sa reverse (Larawan 2, a).

Inverted diodes nakuha kapag ang konsentrasyon ng mga impurities sa p- at n-rehiyon ay mas malaki kaysa sa mga maginoo rectifier. Ang ganitong diode ay may mababang pagtutol sa pasulong na kasalukuyang sa panahon ng reverse connection (Larawan 3) at medyo mataas na pagtutol sa panahon ng direktang koneksyon. Samakatuwid, ginagamit ang mga ito sa pagwawasto ng maliliit na signal na may boltahe na amplitude ng ilang tenths ng isang bolta.

kanin. 3. UGO at VAC ng inverted diodes

Schottky diodes na nakuha sa pamamagitan ng metal-semiconductor transition.Sa kasong ito, ang low-resistance n-silicon (o silicon carbide) substrates na may high-resistance thin epitaxial layer ng parehong semiconductor ay ginagamit (Fig. 4).

kanin. 4. UGO at ang istraktura ng Schottky diode: 1 — paunang silikon na kristal na may mababang resistensya, 2 — epitaxial layer ng silikon na may mataas na pagtutol, 3 — space charge region, 4 — metal contact

Ang isang metal na elektrod ay inilalapat sa ibabaw ng epitaxial layer, na nagbibigay ng pagwawasto ngunit hindi nag-iiniksyon ng mga minoryang carrier sa pangunahing rehiyon (madalas na ginto). Samakatuwid, sa mga diode na ito ay walang mga mabagal na proseso bilang akumulasyon at resorption ng mga carrier ng minorya sa base. Samakatuwid, ang inertia ng Schottky diodes ay hindi mataas. Ito ay tinutukoy ng halaga ng barrier capacitance ng rectifier contact (1 — 20 pF).

Bilang karagdagan, ang series resistance ng Schottky diodes ay makabuluhang mas mababa kaysa sa rectifier diodes dahil ang metal layer ay may mababang resistensya kumpara sa alinman, kahit na mataas ang doped, semiconductor. Ito ay nagpapahintulot sa paggamit ng Schottky diodes upang maitama ang mga makabuluhang alon (sampu-sampung amperes). Karaniwang ginagamit ang mga ito sa pagpapalit ng mga sekundarya upang maitama ang mga boltahe ng mataas na dalas (hanggang sa ilang MHz).

Potapov L.A.