Diode. Lekcija fizike na temu "Poluvodiči. Električna struja kroz kontakt poluvodiča tipa p-n. Poluvodička dioda. Tranzistori" Prezentacija na temu vrste dioda
1 od 16
Prezentacija na temu: Dioda
Slajd br
Opis slajda:
Slajd br
Opis slajda:
Slajd br
Opis slajda:
Tunelska dioda. Prvi rad koji potvrđuje stvarnost stvaranja tunelskih uređaja bio je posvećen tunelskoj diodi, također nazvanoj Esaki dioda, a objavio ju je L. Esaki 1958. godine. Esaki je u procesu proučavanja unutarnje emisije polja u degeneriranom germanijevom p-n spoju otkrio "anomalnu" strujno-naponsku karakteristiku: diferencijalni otpor u jednom od dijelova karakteristike bio je negativan. Objasnio je taj učinak koristeći se konceptom kvantno mehaničkog tuneliranja te je ujedno dobio prihvatljivo slaganje između teoretskih i eksperimentalnih rezultata.
Slajd br
Opis slajda:
Tunelska dioda. Tunelska dioda je poluvodička dioda koja se temelji na p+-n+ spoju s jako dopiranim područjima, u čijem se izravnom presjeku strujno-naponske karakteristike uočava n-oblika ovisnosti struje o naponu. Kao što je poznato, u poluvodičima s visokom koncentracijom nečistoća nastaju energetske vrpce nečistoća. Kod n-poluvodiča se takav pojas preklapa s vodljivim, a kod p-poluvodiča s valentnim pojasom. Kao rezultat toga, Fermijeva razina u n-poluvodičima s visokom koncentracijom nečistoća leži iznad razine Ec, a u p-poluvodičima ispod razine Ev. Kao rezultat toga, unutar energetskog intervala DE=Ev-Ec, bilo koja razina energije u vodljivom pojasu n-poluvodiča može odgovarati istoj razini energije iza potencijalne barijere, tj. u valentnom pojasu p-poluvodiča.
Slajd br
Opis slajda:
Tunelska dioda. Tako su čestice u n i p poluvodičima s energetskim stanjima unutar DE intervala odvojene uskom potencijalnom barijerom. U valentnom pojasu p-poluvodiča i u vodljivom pojasu n-poluvodiča neka su energetska stanja u DE području slobodna. Posljedično, kroz tako usku potencijalnu barijeru, s obje strane koje se nalaze nezauzete energetske razine, moguće je tunelsko gibanje čestica. Kada se približavaju barijeri, čestice doživljavaju refleksiju iu većini slučajeva se vraćaju, ali još uvijek postoji vjerojatnost detekcije čestice iza barijere; kao rezultat tunelskog prijelaza, gustoća tunelske struje j t0 također je različita od nule. Izračunajmo geometrijsku širinu degeneriranog p-n spoja. Pretpostavit ćemo da je u ovom slučaju očuvana asimetrija p-n spoja (p+ je jače dopirano područje). Tada je širina p+-n+ prijelaza mala: Procijenit ćemo De Broglievu valnu duljinu elektrona iz jednostavnih odnosa:
Slajd br
Opis slajda:
Tunelska dioda. Ispostavilo se da je geometrijska širina p+-n+ prijelaza usporediva s de Broglieovom valnom duljinom elektrona. U tom slučaju, u degeneriranom p+-n+ spoju može se očekivati pojava kvantno mehaničkih učinaka, od kojih je jedan tuneliranje kroz potencijalnu barijeru. Kod uske barijere vjerojatnost procjeđivanja tunela kroz barijeru je različita od nule!!!
Slajd br
Opis slajda:
Tunelska dioda. Struje u tunelskoj diodi. U ravnoteži, ukupna struja kroz spoj je nula. Kada se napon primijeni na spoj, elektroni mogu tunelirati iz valentnog pojasa u vodljivi pojas ili obrnuto. Da bi struja tuneliranja mogla teći, moraju biti ispunjeni sljedeći uvjeti: 1) energetska stanja na strani prijelaza s koje se mora ispuniti tunel elektrona; 2) s druge strane prijelaza, energetska stanja s istom energijom moraju biti prazna; 3) visina i širina potencijalne barijere moraju biti dovoljno male da postoji konačna vjerojatnost tuneliranja; 4) kvazi-moment mora biti očuvan. Tunelska dioda.swf
Slajd br
Opis slajda:
Tunelska dioda. Kao parametri koriste se naponi i struje koji karakteriziraju posebne točke strujno-naponske karakteristike. Vršna struja odgovara maksimalnoj strujno-naponskoj karakteristici u području efekta tuneliranja. Povećanje napona odgovara struji Ip. Struja doline Iv i Uv karakteriziraju strujno-naponsku karakteristiku u području minimuma struje. Napon rješenja Upp odgovara trenutnoj vrijednosti Ip na difuzijskoj grani karakteristike. Padajući dio ovisnosti I=f(U) karakterizira negativni diferencijalni otpor rD= -dU/dI, čija se vrijednost može odrediti s određenom greškom formulom
Slajd br
Opis slajda:
Obrnute diode. Razmotrimo slučaj kada se Fermijeva energija u poluvodiču elektrona i šupljine podudara ili je udaljena ± kT/q od dna vodljivog pojasa ili vrha valentnog pojasa. U ovom slučaju, karakteristike strujnog napona takve diode pri reverznoj prednaponu bit će potpuno iste kao one kod tunelske diode, to jest, kako se reverzni napon povećava, doći će do brzog porasta reverzne struje. Što se tiče struje pod prednaponom, tunelska komponenta strujno-naponske karakteristike će biti potpuno odsutna zbog činjenice da nema potpuno ispunjenih stanja u vodljivom pojasu. Stoga, kada se takve diode pokreću naprijed na napone veće ili jednake polovici razmaka između pojaseva, neće biti struje. Sa stajališta ispravljačke diode, strujno-naponska karakteristika takve diode bit će inverzna, to jest, postojat će visoka vodljivost s obrnutom prednaponom i niska s prednjom prednaponom. U tom smislu, tunelske diode ovog tipa nazivaju se reverzne diode. Dakle, reverzna dioda je tunelska dioda bez sekcije s negativnim diferencijalnim otporom. Visoka nelinearnost strujno-naponske karakteristike pri niskim naponima blizu nule (reda mikrovolta) omogućuje da se ova dioda koristi za detekciju slabih signala u mikrovalnom području.
Slajd br
Opis slajda:
Prijelazni procesi. S brzim promjenama napona na poluvodičkoj diodi koja se temelji na konvencionalnom p-n spoju, vrijednost struje kroz diodu koja odgovara statičkoj strujno-naponskoj karakteristici ne uspostavlja se odmah. Proces uspostave struje tijekom takvih preklapanja obično se naziva prijelazni proces. Prijelazni procesi u poluvodičkim diodama povezani su s nakupljanjem manjinskih nositelja u bazi diode kada je izravno uključena i njihovom resorpcijom u bazi s brzom promjenom polariteta napona na diodi. Budući da u bazi konvencionalne diode nema električnog polja, kretanje manjinskih nositelja u bazi određeno je zakonima difuzije i događa se relativno sporo. Kao rezultat toga, kinetika nakupljanja nositelja u bazi i njihova resorpcija utječu na dinamička svojstva dioda u sklopnom modu. Razmotrimo promjene struje I kada se dioda prebacuje s prednjeg napona U na povratni napon.
Slajd br
Opis slajda:
Prijelazni procesi. U stacionarnom slučaju vrijednost struje u diodi opisana je jednadžbom Nakon završetka prijelaznih procesa vrijednost struje u diodi bit će jednaka J0. Razmotrimo kinetiku prijelaznog procesa, odnosno promjenu struje p-n spoja pri prelasku s istosmjernog na povratni napon. Kada je dioda usmjerena prema naprijed na temelju asimetričnog pn spoja, neravnotežne rupe se ubrizgavaju u bazu diode. Opisana je promjena u vremenu i prostoru neravnotežno injektiranih rupa u bazi. jednadžba kontinuiteta:
Slajd br
Opis slajda:
Prijelazni procesi. U trenutku t = 0, raspodjela injektiranih nositelja u bazi određena je iz jednadžbe difuzije i ima oblik: Iz općih odredbi jasno je da u trenutku prebacivanja napona u diodi iz izravnog u obrnuti, vrijednost reverzna struja bit će znatno veća od toplinske struje diode. To će se dogoditi jer je reverzna struja diode posljedica drift komponente struje, a njezina je vrijednost pak određena koncentracijom manjinskih nositelja. Ova koncentracija je značajno povećana u bazi diode zbog ubrizgavanja rupa iz emitera i opisana je u početnom trenutku istom jednadžbom.
Slajd br
Opis slajda:
Prijelazni procesi. Tijekom vremena koncentracija neravnotežnih nositelja će se smanjivati, a samim time će se smanjiti i reverzna struja. Tijekom vremena t2, koje se naziva vrijeme oporavka reverznog otpora ili vrijeme resorpcije, reverzna struja će dosegnuti vrijednost jednaku toplinskoj struji. Kako bismo opisali kinetiku ovog procesa, rubne i početne uvjete za jednadžbu kontinuiteta zapisujemo u sljedećem obliku. U trenutku t = 0 vrijedi jednadžba za raspodjelu injektiranih nositelja u bazi. Kada se u nekom trenutku uspostavi stacionarno stanje, stacionarna raspodjela neravnotežnih nositelja u bazi opisuje se relacijom:
Slajd br
Opis slajda:
Prijelazni procesi. Reverzna struja je uzrokovana samo difuzijom šupljina do granice područja prostornog naboja p-n spoja: Postupak za pronalaženje kinetike reverzne struje je sljedeći. Uzimajući u obzir rubne uvjete, rješava se jednadžba kontinuiteta i nalazi se ovisnost koncentracije neravnotežnih nositelja u bazi p(x,t) o vremenu i koordinatama. Na slici su prikazane koordinatne ovisnosti koncentracije p(x,t) u različitim vremenima. Koordinatne ovisnosti koncentracije p(x,t) u različitim vremenima
Slajd br
Opis slajda:
Prijelazni procesi. Zamjenom dinamičke koncentracije p(x,t) nalazimo kinetičku ovisnost reverzne struje J(t). Ovisnost reverzne struje J(t) ima sljedeći oblik: Ovdje je dodatna funkcija raspodjele pogreške jednaka Prvo proširenje dodatne funkcije pogreške ima oblik: Proširimo funkciju u niz u slučajevima malih i velikih puta: t > str. Dobivamo: Iz ovog odnosa slijedi da će u trenutku t = 0 veličina reverzne struje biti beskonačno velika. Fizičko ograničenje za ovu struju bit će maksimalna struja koja može teći kroz omski otpor baze diode rB pri reverznom naponu U. Vrijednost ove struje, koja se naziva granična struja Jav, jednaka je: Jav = U/rB. Vrijeme tijekom kojeg je povratna struja konstantna naziva se vrijeme prekida.
Slajd br
Opis slajda:
Prijelazni procesi. Za pulsirajuće diode, vrijeme prekida τav i vrijeme oporavka τv reverznog otpora diode važni su parametri. Postoji nekoliko načina za smanjenje njihove vrijednosti. Prvo, moguće je smanjiti životni vijek neravnotežnih nositelja u bazi diode uvođenjem centara duboke rekombinacije u kvazi-neutralni volumen baze. Drugo, bazu diode možete učiniti tankom tako da se neravnotežni nosioci rekombiniraju na stražnjoj strani baze perpr_pn.swf Ovisnost obrnute struje o vremenu pri prebacivanju diode
Poglavlje 2 Poluvodičke diodePoluvodič
dioda
je
sami
poluvodički uređaj s jednim p-n spojem i dva
zaključke. Većina dioda temelji se na
asimetrični p-n spojevi. Ujedno, jedno od područja
dioda, obično (p+) visoko dopirana i naziva se emiter,
drugo
(n)
lako legirani
–
baza.
P-n spoj
postavljen u podlogu jer je lako legiran.
Struktura, simbol i naziv zaključaka
prikazano na sl. 3.1. Između svakog vanjskog područja
poluvodič i na njegovom izlazu postoji omski kontakt,
koji na Sl. 3.1 prikazana je podebljanom linijom.
Ovisno o tehnologiji proizvodnje, razlikuju se:
točkaste diode, legure i mikrolegure, s difuzijom
baza, epitaksijalni itd.
Po
funkcionalni
Svrha
diode
podijeljeno:
ispravljač, univerzalni, puls, zener diode i
stabistori, varikapi, tunelske i reverzne, kao i mikrovalne diode itd.
Podjela dioda po funkcijskoj namjeni i njihov UGO
2.1. Strujno-naponska karakteristika diode
Strujno-naponska karakteristika stvarne diode ima brojne razlike od strujno-naponske karakteristike p-n spoja (sl. 3.2).Za prednji pomak mora se uzeti u obzir volumetrijski otpor
područja baze rb i emitera re diode (sl. 3.3.), obično rb >> re. Pad
napon preko volumnog otpora od struje diode postaje
značajan pri strujama većim od nekoliko miliampera. Osim,
dio napona pada na otpor stezaljke. Kao rezultat
napon izravno na p-n spoju bit će manji od napona,
primijenjen na vanjske priključke diode. To dovodi do pomaka linije
grane strujno-naponske karakteristike desno (krivulja 2) i gotovo linearna ovisnost o primijenjenoj
napon.
Strujno-naponska karakteristika diode, uzimajući u obzir volumenski otpor, napisana je izrazom
φU
I I 0 i T 1
Uφ Irb
I I 0 i T 1
gdje je Upr napon primijenjen na stezaljke; r je ukupni otpor baze i
diodne elektrode, obično r=rb.
Kada je dioda reverzno prednaponska, struja diode ne ostaje konstantna jednaka I0
oni. uočava se povećanje reverzne struje.
To se objašnjava činjenicom da se obrnuta struja diode sastoji od tri komponente:
Iobr =I0 + Itr + Iut
U φ Irb
T
I I0 e
1
gdje je I0 toplinska struja prijelaza;
Itr – toplinska generacijska struja. Povećava se s povećanjem povratnog napona.
To je zbog činjenice da se pn spoj širi, njegov volumen se povećava i
posljedično, broj proizvedenih manjinskih nosača raste
u njemu zbog toplinske generacije. To je 4-5 redova veličine veće od struje I0.
Iut – struja curenja. Povezan je s konačnom vrijednošću površinske vodljivosti
kristal od kojeg je napravljena dioda. U modernim diodama uvijek je
manja toplinska struja.
Poluvodičke diode
Poluvodička dioda je električni pretvarački poluvodičuređaj s jednim električnim spojem i dva priključka, koji koristi
različita svojstva p-n spoja (jednostrana vodljivost, električni proboj,
efekt tunela, el. kapacitet).
Ispravljačka dioda
Germanijska dioda Silicijska dioda
Zener dioda
Varikap
Tunelska dioda
Obrnuta dioda
2.2. Diodni ekvivalentni krug
Ovo je krug koji se sastoji od električnih elemenata koji uzimaju u obzirfizikalni procesi koji se odvijaju u p-n spoju i utjecaj
strukturni elementi za električna svojstva.
Ekvivalentni ekvivalentni krug p-n spoja na malom
signala, kada se nelinearna svojstva diode mogu zanemariti
prikazano na sl. .
Ovdje je CD ukupni kapacitet diode, ovisno o načinu rada; Rp = Rdiff
- diferencijalni prijelazni otpor čija vrijednost
određuje pomoću statičke strujno-naponske karakteristike diode pri danom radu
bodova (Rdiff = U/ I|U=const); rb - distribuirani električni
otpor baze diode, njenih elektroda i priključaka, Rth –
otpornost na curenje.
Ponekad je ekvivalentni krug dopunjen kapacitetom između stezaljki
dioda SV, kapaciteti Svh i Svyh (prikazani isprekidanim linijama) i
induktivitet stezaljki LV.
Ekvivalentni krug za velike signale je sličan
prethodni. Međutim, uzima u obzir nelinearna svojstva p-n spoja zamjenom diferencijalnog otpora s
izvor struje ovisan o izvoru I = I0(eU/ T – 1).
2.3. Utjecaj temperature na strujno-naponsku karakteristiku diode
I0(T)=I(To)2(T-To)/T*,Temperatura okoline ima značajan utjecaj na
strujno-naponska karakteristika diode. Uz male promjene temperature
mijenja se tijek i prednje i obrnute grane strujno-naponske karakteristike.
S porastom temperature povećava se koncentracija nebazičnih tvari
nosioci u kristalu poluvodiča. To dovodi do povećanja povratne struje
tranzicija (zbog povećanja struje njegovih dviju komponenti: Io i Itr), kao i
smanjenje volumetrijskog otpora osnovnog područja. Prilikom povećanja
temperaturi, reverzna struja zasićenja povećava se približno 2 puta na
germanij i 2,5 puta za silicijske diode za svakih 10 °C. Ovisnost
reverzna struja u odnosu na temperaturu aproksimira se izrazom
I0(T)=I(To)2(T-To)/T*,
gdje je: I(T0)-struja izmjerena na temperaturi T0; T – trenutna temperatura; T*
- temperatura udvostručenja reverzne struje - (5-6) 0S – za Ge i (9-10) 0S – za Si.
Određuje se maksimalno dopušteno povećanje povratne struje diode
najveća dopuštena temperatura diode, koja je 80-100 ° C
za germanijske diode i 150 - 200 °C za silicijske diode..
Struja curenja slabo ovisi o temperaturi, ali može značajno
mijenjati tijekom vremena. Stoga uglavnom određuje vrijeme
nestabilnost reverzne grane strujno-naponske karakteristike.
S porastom temperature izravna grana strujno-naponske karakteristike pomiče se ulijevo i
postaje strmija (sl. 3.3). To se objašnjava rastom Ireva (3.2) i
smanjenjem rb, potonji smanjuje pad napona na bazi, i
napon izravno na spoju raste pri konstantnom naponu
na vanjskim klinovima.
Za procjenu temperaturne nestabilnosti izravne grane uvodimo
temperaturni koeficijent napona (TKN) t = U/ T, koji pokazuje
kako se mijenja napon naprijed na diodi s promjenom temperature za
10C pri fiksnoj struji naprijed. U temperaturnom rasponu od -60 do
+60 "S t -2,3 mV/°S.
2.4. Ispravljačke diode
Ispravljačke diode - dizajnirane za ispravljanje niske frekvencijeAC struja i obično se koriste u izvorima napajanja. Ispod ravnanja
razumjeti pretvorbu bipolarne struje u unipolarnu. Za ravnanje
Koristi se glavno svojstvo dioda - njihova jednosmjerna vodljivost.
Kao ispravljačke diode u napajanjima za ispravljanje velikih
struje pomoću planarnih dioda. Imaju veliku kontaktnu površinu p i n područja
i veliki kapacitet barijere (kapacitivnost Xc=1/(ωC), koji ne dopušta
ispraviti na visokim frekvencijama. Osim toga, takve diode imaju veliku vrijednost
povratna struja.
Glavni parametri koji karakteriziraju ispravljačke diode su
su (Slika 2.1):
- maksimalna prednja struja Ipr max;
- pad napona na diodi pri zadanoj vrijednosti prednje struje Ipr (Upr
0,3...0,7 V za germanijske diode i Upr 0,8...1,2 V za silicijske diode);
- najveći dopušteni konstantni povratni napon diode Urev max;
- povratna struja Irev pri danom povratnom naponu Urev (vrijednost
povratna struja germanijevih dioda je dva do tri reda veličine veća od struje
silicij);
- kapacitivnost barijere diode kada se na nju primijeni obrnuti napon
neke veličine;
- Fmax - frekvencijsko područje u kojem dioda može raditi bez značajnog
smanjenje ispravljene struje;
- raspon radne temperature (germanijeve diode rade u rasponu od 60...+70°C, silicijske diode - u rasponu od -60...+150°C, što se objašnjava malim
povratne struje silicijskih dioda).
Prosječna snaga rasipanja diode Rsr D – prosječna snaga tijekom perioda
rasipa dioda kada struja teče u smjeru naprijed i nazad.
Prekoračenje maksimalno dopuštenih vrijednosti dovodi do oštrog smanjenja razdoblja
servis ili kvar diode.
Poboljšanjem uvjeta hlađenja (ventilacija, korištenje radijatora) moguće je
povećati izlaznu snagu i izbjeći toplinski slom. Primjena radijatora
Također vam omogućuje povećanje struje naprijed. Jednofazni poluvalni ispravljač
Jednofazni puni val
ispravljač srednje točke
Industrija
izdaju se
silicij
ispravljačke diode za struje do stotine ampera i obrnuto
napona do tisuća volti. Ako je potrebno raditi na
povratni naponi koji prelaze dopušteni Urev za
jedna dioda, tada su diode spojene u seriju. Za
povećati
uspravio se
Trenutno
Limenka
primijeniti
paralelni spoj dioda.
1) Poluvalni ispravljač. Transformator
služi za smanjenje amplitude izmjeničnog napona.
Dioda služi za ispravljanje izmjenične struje.
2) Punovalni ispravljač. Prethodni dijagram
ima značajan nedostatak. Sastoji se u tome što nije
koristi se dio energije primarnog izvora napajanja
(negativni poluciklus). Nedostatak se otklanja u
punovalni ispravljački sklop.
U prvom pozitivnom (+) poluciklusu struja
nastavlja se ovako: +, VD3, RH↓, VD2, - .
U drugom – negativno (-) ovako: +, VD4, RH↓ , VD1,- .
U oba slučaja on
teče kroz teret u jednom
smjer ↓ - odozgo prema dolje, tj. dolazi do ravnanja
Trenutno
Jednofazni mosni ispravljač
2.5. Pulsne diode
Pulsne diode su diode koje su dizajnirane za rad u sklopnom načinu rada u pulsnim krugovimaU takvim krugovima oni djeluju kao električni prekidači. Električni ključ ima dva stanja:
1. Zatvoren kada je njegov otpor nula Rvd =0.
2. Otvoriti kada je njegov otpor beskonačan Rvd=∞.
Ove zahtjeve ispunjavaju diode ovisno o polaritetu primijenjenog napona. Imaju malo
otpor kada je nagnut u smjeru prema naprijed, i veliki otpor kada je nagnut u suprotnom smjeru.
1. Važan parametar sklopnih dioda je njihova brzina uključivanja. Čimbenici
ograničenja brzine prebacivanja diode su:
a) kapacitivnost diode.
b) brzinu difuzije i povezano vrijeme akumulacije i resorpcije manjinskih nositelja naboja.
U pulsnim diodama, velika brzina prebacivanja postiže se smanjenjem površine p-n spoja, što smanjuje
vrijednost kapacitivnosti diode. Međutim, to smanjuje maksimalnu prednju struju diode (Idirect maks.). Puls
diode karakteriziraju isti parametri kao i ispravljači, ali imaju i specifične
brzina prebacivanja. To uključuje: Vrijeme za uspostavljanje prednjeg napona na diodi (tset): tset. –
vrijeme tijekom kojeg napon na diodi, kada je struja uključena, dostigne svoju stacionarnu vrijednost sa
specificirana točnost. Ovo vrijeme je povezano sa brzinom difuzije i sastoji se od smanjenja otpora osnovnog područja
zbog nakupljanja manjinskih nositelja naboja koje injektira emiter. U početku je visoka, jer mali
koncentracija nositelja naboja. Nakon primjene pravog napona, koncentracija manjinskih nositelja naboja u bazi
povećava, to smanjuje prednji otpor diode. Vrijeme oporavka obrnutog otpora diode
(trecovery): definirano kao vrijeme tijekom kojeg dioda reverzira struju nakon prebacivanja
polaritet primijenjenog napona od izravnog do obrnutog doseže svoju stacionarnu vrijednost sa zadanom
točnost. Ovo vrijeme je povezano s resorpcijom iz baze manjinskih nositelja naboja nakupljenih tijekom strujanja
istosmjerna struja. trestore – vrijeme tijekom kojeg reverzna struja kroz diodu pri njenom prebacivanju dostigne svoj
stacionarna vrijednost, sa zadanom točnošću I0, obično 10% maksimalne povratne struje. trestore= t1.+ t2. , Gdje
t1. – vrijeme resorpcije tijekom kojeg se koncentracija manjinskih nositelja naboja na granici pn spoja pretvara u
nula, t2. – vrijeme pražnjenja difuzijskog kapaciteta, povezano s resorpcijom manjinskih naboja u volumenu baze diode. U
Općenito, vrijeme oporavka je vrijeme potrebno za isključivanje diode, poput prekidača.
2.7. Zener diode i stabilizatori
Zener dioda je poluvodička dioda napravljena od slabogdopiranog silicija, koji se koristi za stabilizaciju konstante
napon. Strujno-naponska karakteristika zener diode s obrnutom pristranošću ima mali dio
ovisnost napona o struji koja kroz njega teče. Ovo područje se pojavljuje iza
proračun električnog sloma (slika 1.5).
Zener diodu karakteriziraju sljedeći parametri:
Nazivni stabilizacijski napon Ust. nom - nazivni napon
na zener diodi u radnom načinu (pri zadanoj stabilizacijskoj struji);
nazivna stabilizacijska struja Ist.nom – struja kroz zener diodu pri
nazivni stabilizacijski napon;
minimalna stabilizacijska struja Is min - najmanja vrijednost struje
stabilizacija, u kojoj je način kvara stabilan;
najveća dopuštena stabilizacijska struja Ist max - najveća struja
stabilizacija, u kojoj zagrijavanje zener dioda ne prelazi dopuštene granice.
Diferencijalni otpor
Rst - omjer prirasta napona
stabilizacije na prirast stabilizacijske struje koji je uzrokuje: Rst =
TKN – temperaturni koeficijent stabilizacijskog napona:
TKN
Ust / Ist.
U st.nom.
100%
U st.nom. T
– relativna promjena napona na zener diodi smanjena na jedinicu
stupanj.
Ust.nom.< 5В – при туннельном пробое.
Ust.nom. > 5V – tijekom lavinskog kvara.
Parametri zener dioda također uključuju najveću dopuštenu struju naprijed
Imax, najveća dopuštena impulsna struja Ipr., max, najveća dopuštena
disipirana snaga P max. Parametarski stabilizator napona (slika 9.). Služi za pružanje
konstantni napon preko opterećenja (Un) kada se konstantni napon mijenja
opskrba (Upit) ili otpor opterećenja (Rn).
Opterećenje (potrošač) je spojeno paralelno s zener diodom. Restriktivno
otpor (Rogr) služi za uspostavljanje i održavanje ispravnog načina rada
stabilizacija. Obično se Rogr izračunava za središnju točku strujno-naponske karakteristike zener diode (slika 5).
Krug osigurava stabilizaciju napona zbog preraspodjele struja IVD i
U
Analizirajmo rad sklopa.
Prema drugom zakonu zapisujemo omjer: Upit = (IVD + IN) Rogr + Un
Promjena napona napajanja na Upit dovodi do pojave inkrementa
napon preko opterećenja pri Un i struje IVD = Un/rst, IH = Un/ Rn. Zapišimo to
izvorna jednadžba za inkremente:
Upit = (Un/prvi + Un/ Rn) Rogr+ Un = Un(1/prvi + 1/Rn) Rogr+ Un.
Razriješimo to s obzirom na Un, dobivamo Un = Un/
Kako je Rogr/rst velik, onda je Un malen. Što više Rogra i što manje prvo, to manje
promjene izlaznog napona.
Proračun strujnog kruga (obično su specificirani Usupply i RN):
Odabir zener diode VD1 iz uvjeta:
i Ist.nom.>In.
2) Izračun
Rolim.
Ušao si. U st.nom.
I st.nom.
U st.nom. U van
Vrste zener dioda:
1. Preciznost. Imaju malu vrijednost TKN i normaliziranu vrijednost
Ust.nom. Mali TKN se postiže spajanjem u seriju s zener diodom
(VD2), s pozitivnim TKN diodama (VD1) u smjeru naprijed, čiji TKN
negativan. Budući da je ukupni TKN jednak njihovom zbroju, ispada da je mali
veličina.
2. Zener dioda s dva čvora. Sastoji se od dvije uključene zener diode
kontra-sekvencijalno i koristi se za stabilizaciju amplitude varijabli
stres.
Stabilizatori su poluvodičke diode u kojima za
Stabilizacija napona koristi izravnu granu strujno-naponske karakteristike. Takav
Kod dioda je baza jako dopirana primjesama (rb→0), pa stoga i njihova izravna
Grana ide gotovo okomito. Parametri stabistora su slični
parametri zener diode. Koriste se za stabilizaciju malih
napon (Ust.nom. ≈0,6V), struja stabistora – od 1mA do nekoliko
deseci mA i negativni TKN.
2.9. Tunelske i reverzne diode
Na granici jako dopiranih (degeneriranih) p-n struktura s koncentracijom primjesapostoji efekt tunela. n 10 20 el/cm 3
Očituje se u činjenici da se s prednaponom strujno-naponska karakteristika pojavljuje na izravnoj grani
padajući presjek AB s negativnim otporom Rdiff = U/ I|AB=r- 0.
Točkasta linija na grafikonu prikazuje strujno-naponsku karakteristiku diode.
To omogućuje korištenje takve diode u pojačalima i električnim generatorima.
vibracije u mikrovalnom području, kao iu pulsnim uređajima.
S obrnutim prednaprezanjem, struja zbog kvara tunela naglo se povećava na malom
naponi
Glavni parametri tunelske diode su sljedeći:
vršna struja i vršni napon Ip, Up - struja i napon u točki A;
struja i napon u dolini IB - struja i napon u točki B;
omjer struje Ip/Iv;
vršni napon - prednji napon koji odgovara vršnoj struji;
napon rješenja Up - istosmjerni napon, veći od napona doline, pri
u kojem je struja jednaka vrhu; induktivitet LD - ukupni serijski induktivitet
dioda u danim uvjetima; specifični kapacitet Sd/Ip - omjer kapaciteta tunela
dioda do vršne struje; diferencijalni otpor gdif - recipročna vrijednost
strmost strujno-naponske karakteristike; rezonantna frekvencija tunelske diode fo - projektirana frekvencija, at
što je ukupna reaktancija p-n spoja i induktiviteta kućišta
tunelska dioda ide na nulu; granična otporna frekvencija fR - izračunata
frekvencija na kojoj je aktivna komponenta impedancije u seriji
krug koji se sastoji od p-n spoja i otpora gubitka postaje nula; buka
konstanta tunelske diode Ksh - vrijednost koja određuje faktor buke diode;
otpornost gubitka tunelske diode Rn je ukupni otpor kristala,
kontaktne veze i zaključci.
Najveći dopušteni parametri uključuju najveću dopuštenu konstantu
prednja struja tunelske diode Ipr max, najveća dopuštena prednja impulsna struja
Ipr. i najveća dopuštena konstantna povratna struja Irev max,
maksimalna dopuštena mikrovalna snaga R mikrovalna max koju dioda rasipa. Shema generatora harmonijskih oscilacija na
TD je prikazan na sl. . Namjena elemenata: R1,
R2 – otpornici, postavljaju radnu točku tunela
dioda u sredini I-V karakteristike s minusom
otpornost; Lk, Ck – oscilatorni krug; SBL
kapacitet
blokiranje,
Po
varijabla
komponenta povezuje tunelsku diodu
paralelno s oscilatornim krugom.
Tunelska dioda spojena paralelno
oscilatorni
kontura
nadoknađuje
njegov
negativan
otpornost
otpornost
gubici titrajnog kruga, a time i oscilacije
može se nastaviti unedogled.
Obrnute diode su vrsta
tunelske diode. Koncentracija nečistoća u njima
nešto manje nego kod tunelskih. Zbog ovoga,
ih
odsutan
zemljište
S
negativan
otpornost. Na ravnoj grani do naprezanja
0,3-0,4 V
dostupno
praktički
horizontalna
područje s niskom istosmjernom strujom (sl.), dok
Kako
Trenutno
obrnuti
grane
početak
S
mali
napon, zbog proboja tunela, oštro
povećava se. U ovim diodama, za male varijable
signali,
direktno
podružnica
Limenka
računati
Ne
provodi struju, a obrnuto provodi. Stoga
naziv ovih dioda.
Preobraćenici
diode
su korišteni
Za
ispravljanje mikrovalnih signala malih amplituda (100300) mV.
2.10. Označavanje poluvodičkih dioda
Oznaka se sastoji od šest elemenata, na primjer:KD217A
ili K C 1 9 1 E
123456
123456
1 - Slovo ili broj koji označava vrstu materijala od kojeg je izrađena dioda:
1 ili G – Ge (germanij); 2 ili K – Si (silicij); 3 ili A – GeAs.
2 - slovo, označava vrstu diode prema funkcionalnoj namjeni:
D – dioda; C – zener dioda, stabilizator; B – varikap; I – tunelska dioda; A -
Mikrovalne diode.
3. Namjena i električna svojstva.
4 i - 5 označavaju serijski broj razvoja ili električna svojstva
(u zener diodama - ovo je stabilizacijski napon; u diodama - redni
broj).
6. - Slovo, označava podjelu dioda u parametarske skupine (in
ispravljačke diode – podjela prema parametru Urev.max, kod zener dioda
podjela prema TKN).
Disciplina: Elektrotehnika i elektronika
Predavač: Pogodin Dmitrij Vadimovičkandidat tehničkih znanosti,
Izvanredni profesor Odsjeka za RIIT
(Zavod za radioelektroniku i
informacija i mjerenja
tehnologija)
elektrika i elektronika
Za pregled prezentacije sa slikama, dizajnom i slajdovima, preuzmite njegovu datoteku i otvorite je u programu PowerPoint na vašem računalu.
Tekstualni sadržaj slajdova prezentacije: ODJELJAK 1. Poluvodički uređaji Tema: Poluvodičke diodeAutor: Larisa Mikhailovna Bazhenova, nastavnica na Angarskom politehničkom koledžu Irkutske regije, 2014. Sadržaj1. Dizajn, klasifikacija i glavni parametri poluvodičkih dioda1.1. Podjela i simboli poluvodičkih dioda1.2. Projektiranje poluvodičkih dioda1.3. Strujno-naponske karakteristike i glavni parametri poluvodičkih dioda2. Ispravljačke diode2.1. Opće karakteristike ispravljačkih dioda 2.2. Uključivanje ispravljačkih dioda u ispravljačkim krugovima 1.1. Klasifikacija dioda Poluvodička dioda je poluvodički uređaj s jednim p-n spojem i dva vanjska izvoda. 1.1. Označavanje diode Materijal poluvodiča Vrsta diode Skupina po parametrima Modifikacija u skupiniKS156AGD507BAD487VG (1) – germanij; K (2) – silicij; A (3) – ispravljač, RF i pulsne diode, B – tunelske diode, L – ispravljački stupovi .grupe: Prva znamenka za “D”: 1 – Ipr< 0,3 A2 – Iпр = 0,3 A…10A3 – Iпр > 0,3 A 1,1. Konvencionalni grafički prikaz dioda (UGO)a) Ispravljač, visokofrekventni, mikrovalni, impulsni; b) zener diode; c) varikapa; d) tunelske diode; e) Schottky diode; f) LED diode; g) fotodiode; h) ispravljački blokovi 1.2. Dizajn poluvodičkih dioda Akceptorska nečistoća se nanosi na bazu i u vakuumskoj peći na visokoj temperaturi (oko 500 °C) akceptorska nečistoća difundira u bazu diode, što rezultira stvaranjem područja vodljivosti p-tipa a izlaz iz p-područja velike ravnine naziva se anoda, a izlaz iz n-područja je katoda. 1) Planarna dioda Poluvodički kristal. tip poluvodičkog kristala, koji se naziva baza 1.2. Projektiranje poluvodičkih dioda 2) Točkasta dioda Na bazu točkaste diode dovodi se volframova žica dopirana akceptorskim atomima nečistoća i kroz nju prolaze strujni impulsi do 1A. Na točki zagrijavanja, atomi akceptorske nečistoće pomiču se u bazu, tvoreći p-područje. To rezultira p-n spojem vrlo male površine. Zbog toga će točkaste diode biti visokofrekventne, ali mogu raditi samo pri niskim prednjim strujama (desetke miliampera diode se proizvode spajanjem mikrokristala p- i n-tipa poluvodiča). Mikrolegirane diode bit će planarne prirode, a točkaste po svojim parametrima. 1.3. Strujno-naponska karakteristika i glavni parametri poluvodičkih dioda Strujno-naponska karakteristika stvarne diode niža je od one idealnog p-n spoja: utječe na utjecaj otpora baze. 1.3. Osnovni parametri dioda Najveća dopuštena struja naprijed Ipr.max. Prednji pad napona na diodi pri maks. istosmjerna struja Upr.max. Najveći dopušteni povratni napon Urev.max = ⅔ ∙ Uel.samp. Povratna struja pri max. dopušteni povratni napon Irev.max. Prednji i povratni statički otpor diode pri zadanim prednjim i povratnim naponima Rst.pr.=Upr./Ipr.; Rst.rev.=Urev./ Irev. Dinamički otpor diode naprijed i nazad. Rd.pr.=∆ Upr./ ∆ Ipr. 2. Ispravljačke diode 2.1. Opće karakteristike. Ispravljačka dioda je poluvodička dioda namijenjena za pretvaranje izmjenične struje u istosmjernu u strujnim krugovima, odnosno u izvorima napajanja. Ispravljačke diode su uvijek planarne; mogu biti germanijeve ili silicijeve. Ako je ispravljena struja veća od najveće dopuštene struje diode, dopušteno je paralelno spajanje dioda. Dodatni otpor Rd (1-50 Ohm) za izjednačavanje struja u granama Ako napon u strujnom krugu premaši najveći dopušteni Urev. dioda, tada je u ovom slučaju dopušteno sekvencijalno povezivanje dioda. 2.2. Uključivanje ispravljačkih dioda u ispravljačke krugove 1) Poluvalni ispravljač Ako uzmete jednu diodu, tada će struja u opterećenju teći u jednoj polovici perioda, stoga se takav ispravljač naziva poluvalni. Njegov nedostatak je niska učinkovitost. 2) Punovalni ispravljač Premosni krug 3) Punovalni ispravljač sa srednjim izlazom iz sekundarnog namota transformatora Ako silazni transformator ima srednju točku (izlaz iz sredine sekundarnog namota), tada puni val ispravljač se može napraviti pomoću dvije paralelno spojene diode. Nedostaci ovog ispravljača su: Potreba za korištenjem transformatora sa srednjom točkom; Povećani zahtjevi za diode u pogledu reverznog napona.. Zadatak: Odrediti koliko pojedinačnih dioda ima u krugu, a koliko diodnih mostova. Zadaci1. Dešifrirajte nazive poluvodičkih uređaja: Opcija 1: 2S733A, KV102A, AL306D2 opcija: KS405A, 3L102A, GD107B Opcija 3: KU202G, KD202K, KS211B Opcija 4: 2D504A, KV107G, 1A304B5 opcija: AL102 A; 2V117A; KV123A2. Prikažite trenutni put u dijagramu: 1, 3, 5 var.: Na gornjem "plus" priključku izvora 2.4 prom.: Na gornjem "minus" terminalu izvora.
Priložene datoteke
Slični dokumenti
Strujno-naponske karakteristike diode, njezina ispravljačka svojstva, karakterizirana omjerom obrnutog otpora prema prednjem otporu. Osnovni parametri zener diode. Posebnost tunelske diode. Korištenje LED-a kao indikatora.
predavanje, dodano 04.10.2013
Schottky ispravljačke diode. Vrijeme ponovnog punjenja kapacitivnosti barijernog spoja i otpora baze diode. I-V karakteristike silicijske Schottky diode 2D219 pri različitim temperaturama. Pulsne diode. Nomenklatura komponenti diskretnih poluvodičkih elemenata.
sažetak, dodan 20.06.2011
Temeljne prednosti optoelektroničkih instrumenata i uređaja. Glavna zadaća i materijali fotodetektora. Mehanizmi generiranja manjinskih nositelja u području prostornog naboja. Diskretni MTD fotodetektori (metal - dielektrik - poluvodič).
sažetak, dodan 06.12.2017
Opće informacije o poluvodičima. Uređaji čiji se rad temelji na korištenju svojstava poluvodiča. Karakteristike i parametri ispravljačkih dioda. Parametri i namjena zener dioda. Strujno-naponska karakteristika tunelske diode.
sažetak, dodan 24.04.2017
Fizikalne osnove poluvodičke elektronike. Površinske i kontaktne pojave u poluvodičima. Poluvodičke diode i otpornici, fotonaponski poluvodički uređaji. Bipolarni tranzistori i tranzistori s efektom polja. Analogni integrirani krugovi.
tutorial, dodano 06.09.2017
Ispravljačke diode. Radni parametri diode. Nadomjesna shema ispravljačke diode za rad na ultravisokim frekvencijama. Pulsne diode. Zener diode (referentne diode). Osnovni parametri i strujno-naponske karakteristike zener diode.
Električna vodljivost poluvodiča, djelovanje poluvodičkih elemenata. Rekombinacija elektrona i šupljina u poluvodiču i njihova uloga u uspostavljanju ravnotežnih koncentracija. Nelinearni poluvodički otpornici. Gornji dopušteni energetski pojasevi.
predavanje, dodano 04.10.2013
Strujno-naponska karakteristika tunelske diode. Opisi varikapa koji koristi kapacitet p-n spoja. Proučavanje načina rada fotodioda. Svjetleće diode su pretvarači električne energije u energiju optičkog zračenja.
prezentacija, dodano 20.07.2013
Određivanje vrijednosti otpora graničnog otpornika. Proračun napona otvorenog kruga diodnog spoja. Ovisnost vodljivosti primješnog poluvodiča o temperaturi. Razmatranje strukture i principa rada diodnog tiristora.
test, dodan 26.09.2017
Skupine poluvodičkih otpornika. Varistori, voltna nelinearnost. Fotootpornici su poluvodički elementi koji mijenjaju svoj otpor pod utjecajem svjetlosnog toka. Maksimalna spektralna osjetljivost. Planarne poluvodičke diode.
Diodni ispravljači Larionov A. N. trofazni ispravljač na tri polumosta Diode se široko koriste za pretvaranje izmjenične struje u istosmjernu (točnije, u jednosmjernu pulsirajuću struju). Diodni ispravljač ili diodni most (to jest, 4 diode za jednofazni krug (6 za trofazni polumostni krug ili 12 za trofazni puni most), međusobno spojeni u krug) je glavni komponenta napajanja za gotovo sve elektroničke uređaje. Trofazni diodni ispravljač prema shemi A. N. Larionova na tri paralelna polumosta koristi se u automobilskim generatorima; pretvara izmjeničnu trofaznu struju generatora u istosmjernu struju putne mreže vozila. Primjena generatora izmjenične struje u kombinaciji s diodnim ispravljačem umjesto generatora istosmjerne struje sa sklopom četka-komutator omogućila je značajno smanjenje veličine automobilskog alternatora i povećanje njegove pouzdanosti. Neki ispravljački uređaji još uvijek koriste selenske ispravljače. To je zbog osobitosti ovih ispravljača da kada se prekorači najveća dopuštena struja, selen izgara (u sekcijama), što ne dovodi (u određenoj mjeri) niti do gubitka ispravljačkih svojstava niti do kratkog spoja - kvara . Visokonaponski ispravljači koriste selenske visokonaponske stupove iz niza serijski spojenih selenskih ispravljača i silikonske visokonaponske stupove iz niza serijski spojenih silicijskih dioda. Diodni detektori Diode, u kombinaciji s kondenzatorima, koriste se za izolaciju niskofrekventne modulacije od amplitudno moduliranih radio signala ili drugih moduliranih signala. Diodni detektori koriste se u gotovo svim [izvor nije naveden 180 dana] radio prijemnim uređajima: radijima, televizorima itd. Koristi se kvadratni dio strujno-naponske karakteristike diode. Zaštita dioda Diode se također koriste za zaštitu raznih uređaja od pogrešnog sklopnog polariteta i sl. Poznata je shema zaštite dioda za istosmjerne krugove s induktivitetima od prenapona pri isključenju struje. Dioda je spojena paralelno sa zavojnicom tako da je u "radnom" stanju dioda zatvorena. U tom slučaju, ako naglo isključite sklop, kroz diodu će se pojaviti struja i jakost struje će se polako smanjivati (inducirana emf bit će jednaka padu napona na diodi), a neće biti snažnog napona prenapon koji dovodi do iskrenja kontakata i pregorjelih poluvodiča. Diodne sklopke Služe za preklapanje visokofrekventnih signala. Upravljanje se provodi istosmjernom strujom, RF i upravljački signal odvojeni su pomoću kondenzatora i induktora. Diodna zaštita od iskrenja Ovime nije iscrpljena uporaba dioda u elektronici, ali ostali su sklopovi, u pravilu, vrlo visoko specijalizirani. Posebne diode imaju potpuno drugačije područje primjene, pa će se o njima raspravljati u zasebnim člancima.
