Уравнението на характеристиката ток-напрежение на диода. Токоизправителни диоди: Обща информация, конструктивни характеристики и характеристики на токово-напреженовите характеристики

Има много устройства, предназначени за преобразуване на електрически ток, а изправителните диоди са едни от тях.

Токоизправителният диод е преобразувател на променлив към постоянен ток. Това е един от видовете полупроводници. Получи широко приложение поради основната характеристика - прехвърлянето на електрически ток строго в една посока.

Принцип на действие

Създава се желания ефект по време на работа на устройството характеристики p-nпреход. Те се състоят в това, че до кръстовището на два полупроводника е вграден слой, който се характеризира с две точки: висока устойчивост и липса на носители на заряд. Освен това, когато този блокиращ слой е изложен на променливо напрежение отвън, неговата дебелина намалява и впоследствие изчезва. Токът, който се увеличава по време на това, е постоянният ток, който преминава от анода към катода. В случай на промяна на полярността на външното променливо напрежение, блокиращият слой ще бъде по-голям и съпротивлението неизбежно ще се увеличи.

I-V характеристиката на токоизправителния диод (волт-амперна характеристика) също дава представа за спецификата на работата на токоизправителя и е нелинейна. Изглежда така: има два клона - директен и обратен. Първият отразява най-високата проводимост на полупроводника, когато възникне директна потенциална разлика. Вторият показва стойността на ниската проводимост при обратната потенциална разлика.

Характеристиките на тока и напрежението на токоизправителя са право пропорционални на температурата, с увеличаване на която потенциалната разлика се намалява. Електрическият ток няма да премине през устройството в случай на ниска проводимост, но възниква лавинообразен срив в случай на покачване на обратно напрежение до определено ниво.

Използване на сглобяване

При работа на токоизправителен полупроводников диод само половината от AC вълните са полезни, съответно повече от половината от входното напрежение се губи безвъзвратно.

За да се подобри качеството на преобразуването на променлив ток в постоянен ток, се използва комплект от четири устройства - диоден мост. Благоприятно се различава по това, че преминава през всеки полупериод. Диодните мостове се произвеждат под формата на комплект, затворен в пластмасова кутия.

електрическа схемадиоден мост

Физически и технически параметри

Основните параметри на токоизправителните диоди се основават на следните стойности:

• максимално допустимата стойност на потенциалната разлика при коригиране на тока, при която устройството няма да се повреди;
• най-високият среден изправен ток;
• най-високото обратно напрежение.

Индустрията произвежда токоизправители с различни физически характеристики. Съответно устройствата имат различна форма и начин на монтаж. Те са разделени на три групи:

1. Изправителни диодиголяма мощ. Характеризират се с тоководеща способност до 400 А и са високоволтови. Високоволтовите токоизправителни диоди се произвеждат в два вида корпуси - щифтови, където корпусът е запечатан и стъклен, и таблетен, където корпусът е от керамика.
2. Изправителни диоди със средна мощност. Имат капацитет от 300 mA до 10A.
3. Изправителни диоди с ниска мощност. Максимално допустимата стойност на тока е до 300 mA.

Избор на изправителни диоди

Когато купувате устройство, трябва да се ръководите от следните параметри:

• стойности на характеристиките на напрежението на максималния обратен и пиков ток;
• максимално допустимото обратно и право напрежение;
• средна сила на изправения ток;
• материал на устройството и вид монтаж.

В зависимост от физическите характеристики, върху тялото на устройството се прилага подходящо обозначение. Каталогът с маркировка на токоизправителни диоди е представен в специализирано ръководство. Трябва да знаете, че етикетирането на вносните аналози се различава от местните.

Също така си струва да се обърне внимание на факта, че токоизправителните вериги се различават по броя на фазите:

1. Монофазни. Широко използван за домакински електрически уреди. Има автомобилни диоди и за електродъгово заваряване.
2. Многофазен. Незаменим за индустриално оборудване, обществен и специален транспорт.

диод на Шотки

Отделна позиция заема диодът на Шотки. Той е изобретен във връзка с нарастващите нужди в развиващата се индустрия на радиоелектрониката. Основната му разлика от другите диоди е, че дизайнът му съдържа полупроводников метал като p-n алтернативапреход. Съответно, диодът на Шотки има свои собствени уникални свойства, с които не могат да се похвалят силициевите токоизправителни диоди. Някои от тях:

• оперативна възобновяемост на заряда поради ниската му стойност;
• минимален спад на напрежението през кръстовището с директна връзка;
• токът на утечка е висок.

При производството на диода на Шотки се използват материали като силиций и галиев арсенид, но понякога се използва и германий. Свойствата на материала са малко по-различни, но във всеки случай максимално допустимото обратно напрежение за токоизправител на Шотки е не повече от 1200 V.

За разлика от всички предимства, този тип дизайн има и недостатъци. Например, в мостовия монтаж устройството категорично не възприема излишъка от обратен ток. Нарушаването на условието води до повреда на токоизправителя. Също така се получава малък спад на напрежението при ниско напрежение от около 60-70 V. Ако стойността надвишава тази цифра, тогава устройството се превръща в обикновен токоизправител.

Струва си да се отбележи, че предимствата на мощен токоизправител Шотки диод значително надхвърлят недостатъците.

ценеров диод

За стабилизиране на напрежението се използва специално устройство, което може да работи в режим на повреда - ценеров диод, чието чуждестранно име е "Zener diode". Устройството изпълнява своята функция, като работи в режим на повреда при обратно напрежение. Увеличаването на тока се получава в момента на повреда, като в същото време диференциалната стойност пада до минимум, в резултат на което напрежението е стабилно и покрива доста сериозен диапазон от обратни токове.

Практическо използване на токоизправителен диод

Във връзка с неудържимото развитие на научно-техническия прогрес, използването на токоизправители засегна всички сфери на човешкия живот. Диодите за токоизправител се използват в такива възли и механизми:

• в захранването на основните двигатели на транспортни средства (наземни, въздушни и водни), промишлени машини и съоръжения, сондажни платформи;
• в конфигурацията на диодния мост за заваръчни машини;
• в ректификационни инсталации за вани за галванопластика, използвани за производство на цветни метали или нанасяне на защитно покритие върху част или продукт;
• в ректификационни инсталации за пречистване на водата и въздуха, различни видове филтри;
• за пренос на електроенергия на дълги разстояния чрез електропровод с високо напрежение.

AT ЕжедневиетоТокоизправителите се използват в различни транзисторни схеми. Предимно устройства с ниска мощност се използват както под формата на полувълнов токоизправител, така и под формата на диоден мост. Например диодите за токоизправител на генератор са добре познати на автомобилистите.

Wah-wah-wah ... Обикновено тези думи се използват, когато се разказват вицове за кавказците))) Кавказци, моля, не се обиждайте - аз уважавам Кавказ. Но, както се казва, не можете да изхвърлите думи от песен. А в нашия случай тази дума има друго значение. И това дори не е дума, а съкращение.

VACе волт-амперната характеристика. Е, в този раздел се интересуваме характеристика ток-напрежение на полупроводников диод.

I–V кривата на диода е показана на фиг. 6.

Ориз. 6. CVC на полупроводников диод.

Графиката показва ВАХ за право и обратно включване на диода. Те също така казват, че директният и обратният клон на характеристиката на тока и напрежението. Директният клон (Ipr и Upr) показва характеристиките на диода по време на директно свързване (тоест, когато към анода се приложи "плюс"). Обратният клон (Iobr и Uobr) показва характеристиките на диода, когато той се включи отново (тоест, когато към анода се приложи "минус").

На фиг. 6, синята дебела линия е характеристиката на германиевия диод (Ge), а черната тънка линия е характеристиката на силициевия (Si) диод. Фигурата не показва единиците за осите на тока и напрежението, тъй като те зависят от конкретната марка на диода.

Какво виждаме на диаграмата? Е, като за начало, нека дефинираме, както за всяка плоска координатна система, четири координатни ъгъла (квадранти). Нека ви напомня, че се разглежда първият квадрант, който се намира горе вдясно (тоест там, където имаме буквите Ge и Si). След това квадрантите се броят обратно на часовниковата стрелка.

И така, квадранти II и IV са празни. Това е така, защото можем да включим диода само по два начина - напред или назад. Невъзможна е ситуация, когато например преминава диод обратен токи в същото време се включва в права посока, или, с други думи, невъзможно е да се подават едновременно "плюс" и "минус" към един изход. По-точно, възможно е, но тогава ще бъде късо съединение))). Остава да разгледаме само два случая - директно свързване на диодаи обратно превключване на диода.

Графиката на директната връзка е начертана в първия квадрант. Това показва, че колкото по-високо е напрежението, толкова по-голям е токът. Освен това до определен момент напрежението расте по-бързо от тока. Но тогава се получава счупване и напрежението почти не се променя и токът започва да расте. За повечето диоди това прекъсване се случва в диапазона от 0,5 ... 1 V. Именно това напрежение се казва, че "пада" върху диода. Тоест, ако свържете електрическата крушка според първата верига на фиг. 3 и ще имате напрежение на батерията 9 V, тогава на крушката няма да падне 9 V, а 8,5 или дори 8 (в зависимост от вида на диода). Тези 0,5 ... 1 V са спадът на напрежението върху диода. Бавното увеличаване на тока до напрежение от 0,5 ... 1V означава, че в този участък токът през диода практически не тече дори в посока напред.

Обръщащата се графика е начертана в третия квадрант. От това се вижда, че в значителна област течението почти не се променя, а след това нараства лавинообразно. Какво означава? Ако включите електрическата крушка според втората верига на фиг. 3, тогава няма да свети, тъй като диодът не пропуска ток в обратна посока (по-точно преминава, както се вижда на графиката, но този ток е толкова малък, че лампата няма да свети). Но един диод не може да поддържа напрежението за неопределено време. Ако увеличите напрежението, например, до няколкостотин волта, тогава това високо напрежениеДиодът ще "пробие" (вижте инфлексията на обратния клон на графиката) и токът ще тече през диода. Това е просто "разбивка" - това е необратим процес (за диоди). Тоест, такава „разбивка“ ще доведе до изгаряне на диода и той или напълно ще спре да пропуска ток във всяка посока, или обратното - ще премине ток във всички посоки.

Характеристиките на конкретни диоди винаги показват максималното обратно напрежение - тоест напрежението, което диодът може да издържи без „разбивка“, когато е включен в обратна посока. Това трябва да се вземе предвид при проектирането на устройства, където се използват диоди.

Сравнявайки характеристиките на силициевите и германиевите диоди, можем да заключим, че в p-n преходите на силициев диод предните и обратните токове са по-малки, отколкото в германиев диод (при същите стойности на напрежението на клемите). Това се дължи на факта, че силицийът има по-голяма ширина на забранената зона и за прехода на електроните от валентната лента към проводимата зона, те трябва да придадат голяма допълнителна енергия.

РЕЗИСТОРИ, КОНДЕНЗАТОРИ

КРАТКИ ТЕОРЕТИЧНИ СВЕДЕНИЯ

Резистори

Резисторите са сред най-разпространените части на електронното оборудване. Те представляват от 20 до 50%, т.е. до половината от общия брой радиокомпоненти в устройството. Принципът на действие на резисторите се основава на използването на свойството на материалите да устояват на протичащия ток. Резисторите се характеризират със следните основни параметри:

Номинална стойност на съпротивлението. Измерва се в омове (Ohm), килооми (kOhm), мегаоми (MΩ). ,

Стойностите на номиналното съпротивление са посочени върху корпуса на резистора. Номиналната стойност на съпротивлението съответства на стойността от стандартни редовесъпротивления, дадени в Приложение 1.

Толерантностдействителното съпротивление на резистора от номиналната му стойност. Това отклонение се измерва в проценти, нормализира се и се определя от класа на точност. Най-широко използвани са три класа на точност: I - допускащ отклонение на съпротивлението от номиналната стойност с ± 5%, II - с ± 10%, III - с ± 20%. В съвременното електронно оборудване често се използват резистори с повишена точност на съпротивлението, те се произвеждат с допуски (%): ± 2; ±1; ±0,5; ±0,2; ±0,1; ±0,05; ±0,02; ±0,01 и т.н.

Оценена силаразсейващ резистор Rном. Този параметър се измерва във ватове (W). Това е максималната мощност на постоянен или променлив ток, при протичането на който през резистор може да работи дълго време без повреда. Мощност Рnom, ток I, протичащ през резистора, спад на напрежението U върху резистора и неговото съпротивление R са свързани със зависимостта: P=UI U=IR. В повечето устройства REA се използват резистори с номинална мощност на разсейване от 0,125 до 2 W.

Температурен коефициент на съпротивление (TCR) на резистора. Характеризира относителната промяна в съпротивлението на резистора при промяна на температурата на околната среда с 1 ° C и се изразява като процент. В резисторите TCR е незначителен и е средно десети - единици от процента.

Електродвижеща сила (ЕМС) на собствения шум. Присъщият шум на резистора възниква поради неподреденото движение на част от електроните, когато към него се приложи напрежение. EMF на шума (Esh) се измерва в микроволта на волт приложено напрежение (µV/V). Тази стойност за резисторите също е незначителна и възлиза на няколко микроволта на волт.

Собствена индуктивност и капацитет на резистори. Те се определят от габаритните размери, дизайна и влияят върху честотния диапазон на резисторите.

Резисторите се използват за ограничаване на силата на тока във веригите, за създаване на необходимите падания на напрежението в определени участъци от веригите, за различни настройки (сила на звука, тембри и т.н.) и в много други случаи.

Условно графично обозначение на резистори и схеми на свързване

Съгласно GOST2.728-74, UGO на постоянен жичен резистор има следната форма:

Ориз. 1. Жичен резистор UGO

Има два основни вида вериги за свързване на резистори - последователно свързване на резистори и паралелно.

Когато резисторите са свързани последователно, тяхното еквивалентно съпротивление ще бъде равно на сумата от всички отделни съпротивления

Когато резисторите са свързани паралелно, тяхното еквивалентно съпротивление може да се изчисли по формулата

.

Кондензатори

електрически кондензаторнаречени устройства, предназначени да натрупват електрически заряд.

Принципът на работа на кондензатора се основава на натрупването на електрически заряд между два близко разположени проводника. Такива проводници се наричат ​​още плочи. В зависимост от вида на диелектрика, който разделя плочите, има видове кондензатори.

Основните параметри на кондензатора включват:

Номинален електрически капацитет- способността на кондензатора да натрупва електрически заряди върху плочите под въздействието на електрическо поле. Номиналният капацитет е посочен на кондензатора или в придружаващата документация, избран в съответствие с инсталирания брой. Измерва се във фаради [F], но 1F е доста голяма стойност, така че стойността на конвенционалните кондензатори се използва с префиксите нано- (10 -9), микро- (10 -6), мили - (10 - 3).

Толерантностдействителният капацитет на кондензатора от номиналната му стойност. Това отклонение се измерва в проценти, нормализира се и се определя от класа на точност.

Температурен коефициент на капацитет (TKE)- относителната промяна в капацитета на кондензатора под въздействието на температурата. Под въздействието на температурата плочите на кондензатора променят своите геометрични размери, разстоянието между тях и стойността на диелектричната константа на диелектричната промяна, следователно стойността на капацитета на кондензатора също се променя. За всички кондензатори тази зависимостнелинеен, но в зависимост от вида на диелектрика, за някои се доближава до линейния.

Номинално напрежение U- максимално допустимата стойност на директното напрежение (или сумата от постоянния компонент и амплитудата на променливия компонент), при която кондензаторът може да работи през целия гарантиран експлоатационен живот при нормална температура.

Условно графично обозначение на кондензатори и схеми на свързване

Според GOST2.728-74, това е фундаментално електрически схемикондензаторите са маркирани:

Ориз. 2. UGO кондензатор

Има два основни вида кондензаторни вериги - последователни и паралелни.

Когато кондензаторите са свързани паралелно, техният капацитет се добавя по формулата

.

Когато кондензаторите са свързани последователно, техният еквивалентен капацитет може да се изчисли по формулата

.

Маркиране на резистори и кондензатори

Маркировка на резистора

Съгласно GOST 28883-90 - индустриално произведени резистори, се използват следните системи за маркиране:

Писмото пълно

Параметрите и характеристиките, включени в пълния символ на резистора, са посочени в следната последователност: номинална разсейвана мощност, номинално съпротивление и буквено обозначение на мерната единица, допустимо отклонение на съпротивлението в проценти (%), функционална характеристика, обозначение на края на вала и дължината на изпъкналата част на вала.

Пример за пълен символ за постоянен безжичен резистор с регистрационен номер 4, номинална разсейвана мощност 0,5 W, номинално съпротивление 10 kOhm, с допустимо отклонение ± 1%, ниво на шум група A, TKS група - B, всички климатични модификации ° С.

Р1-4‑0.5‑10kOhm±1% A-B-V ОЖО.467.157 ТУ

Буквени съкращения

Поради факта, че пълният символ заема значително място върху тялото на резистора, използването му не винаги е възможно и удобно, поради което е въведено съкратено буквено обозначение, което включва обозначението на номиналното съпротивление и допустимото отклонение. Номиналното съпротивление е посочено като код. Кодираното обозначение на номиналното съпротивление се състои от три или четири знака, включително две или три цифри и буква от латинската азбука. Буквата на кода от руската или латинската азбука показва множителя, който съставлява съпротивлението, и определя позицията на десетичната запетая. Буквите R, K, M, G, T означават съответно множителите 1, 10 3 , 10 6 , 10 9 , 10 12. Примери за кодирани обозначения за номинално съпротивление са както следва: 215 Ohm - 215R, 150 kOhm - 150K,2,2 MΩ - 2M2.6.8 GΩ - 6G8.1 TΩ - 1T0 Кодираното обозначение за толеранса се състои от буква, съответстваща на отклонението в %. Значението на кодиращите букви е дадено в Приложение 2.

В допълнение към кодирането, описано по-горе, наличните в търговската мрежа резистори използват цветно кодиране.

Маркировка на кондензатора

Кратко буквено маркиране на кондензатор се извършва по същите правила като маркировката на резистори. Номиналният капацитет на кондензатор се изразява с помощта на 3-4 числа и код на множителя. Прието е да се използват следните букви p, n, μ, m, съответстващи на множителите пико-, нано-, микро-, мифарад.

Пример за маркиране на кондензатор: p10 - 0.1pF; 1μ5 - 1,5μF.

ПОЛУПРОВОДНИКОВИ ДИОДИ:

VAC НА ИЗПРАВИТЕЛНИЯ ДИОД

Сравняване на характеристиката на реален диод с характеристиката перфектен p-nпреход.

Известно е, че статичната CVC на идеализиран полупроводников диод се описва с израза:

,

където азе токът на диода; U- напрежението, приложено към него; Е- ток на насищане, определен параметри p-nпреход; kT/р– топлинен потенциал ( kT/р\u003d 0,0259 V при T \u003d 300K).

Типът характеристика, описана с този израз, е показана на фиг. 3.

Ориз. 3. CVC на идеален p-n преход.

При показване на CVC скалата по осите на предното и обратното напрежение се избира по различен начин, тъй като тези стойности се различават по порядъци. Различните скали създават впечатлението за прекъсване на характеристиката в нулевата точка, но в действителност I–V характеристиката е различно гладка. На директния клон на характеристиката зависимостта на тока от напрежението е експоненциална и след преминаване на напрежението през праговата стойност UПо-нататъшна промяна на напрежението с десети от волта причинява значителна промяна в тока през диода.

Единственият CVC параметър, свързан с физическите и структурните параметри и геометричните размери на активната област на диода, е токът на насищане аз с.

където ре зарядът на електрона; н i е присъщата концентрация на носители на заряд в полупроводника; н db и Л pb е коефициентът на дифузия и дължината на дифузия на незначителните носители в него; У b е дебелината на основата; Е – p-n областпреход.

CVC на реален диод се различава от характеристиките на идеален p-n преход по редица причини:

Рекомбинация и генериране на дупки и електрони в прехода SCR

Падане на напрежението върху обемното съпротивление на основата

・Ефекти на външния вид високо нивовисокотоково инжектиране

Наличието на токове на утечка през p-n прехода

Началото на разрушаването на обратния клон на характеристиката ток-напрежение

Нехомогенно базово легиране

Загряване на p-n прехода с разпределената мощност

Тези ефекти водят до факта, че CVC на диода се описва само качествено.

Обратният клон на CVC се формира от сумата от три компонента:

ток на насищане аз с, топлинно генериране на ток в SCR p-n прехода аз Ги ток на утечка аз ут. Съотношението между тези компоненти за диоди от различни полупроводникови материали е различно

Топлинният генериращ ток в p-n прехода се описва с формулата

където δ - ширина на p-n-преход; τpnе ефективният живот, характеризиращ скоростта на генериране на двойки електрон-дупка в преходния SCR. Токът зависи от приложеното обратно напрежение чрез зависимостта δ (U).

Токът на утечка се дължи на проводими канали вътре в p-n прехода и на повърхността на кристала. Зависи от площта и периметъра на кръстовището и редица други фактори и има приблизително линейна зависимост от обратното напрежение.

Предният клон на характеристиката ток-напрежение на реален диод запазва експоненциалната зависимост на тока от напрежението, така че може да бъде описан с изрази като:

където аз 0и мса параметрите на характеристиката, които могат да варират в различните части на CVC.

Сравнение на характеристиките на диоди от различни
материали

Изследваните в работата диоди са направени от различни полупроводникови материали, но имат приблизително еднакви физически и структурни параметри. Разликата в техните характеристики се дължи на разликата в параметрите:

ширина на забранената лента

Подвижност на носители на заряд

Животът на носителите на заряд и др.

Най-голямо влияниеразликата в параметрите се влияе от разликата в стойностите на забранената лента напр. Той определя присъщата концентрация на носители на заряд n iкойто е включен в израза на CVC параметрите.

Стойност на пропуска напри n iса дадени в Приложение 3.

Токовете на насищане на всички диоди, с изключение на германиевите, са много малки и възлизат на няколко наноампера, така че основният компонент на обратния ток на тези диоди е токът на утечка. Основната разлика между директните клонове на I–V характеристиките на различните диоди е различната стойност на тока на насищане. Приложение 3 дава стойностите U OLполучено теоретично за реални диоди, то може да се различава по редица причини, главно поради спада на обемното съпротивление на основата.

ПРОЦЕДУРА НА РАБОТА

За да изучават характеристиките ток-напрежение на реален диод, студентите трябва да сглобят експерименталната верига

Ориз. 4. Схема на експеримента

Цифров осцилоскоп или цифрови мултиметри могат да се използват като милиамперметър и волтметър. Като източник се използва контролираният източник на напрежение на тренировъчната стойка NI ELVIS. За да се осигури непрекъсната работа на стенд генератора, е необходимо да се включи ограничително съпротивление R във веригата, чиято стойност студентите трябва да изчислят с помощта на параметрите на стенда.

След като сглобят веригата и я проверят от учителя, учениците трябва да направят серия от експерименти. Чрез регулиране на стойността на напрежението на изхода от генератора и записване на показанията на инструмента в таблица.

За да контролирате посоката на електрическия ток, е необходимо да използвате различни радио и електрически части. По-специално, съвременната електроника използва полупроводников диод за тази цел, използването му осигурява плавен ток.

устройство

Полупроводников електрически диод или диоден вентил е устройство, което е направено от полупроводникови материали (обикновено силиций) и работи само с еднопосочен поток от заредени частици. Основният компонент е кристална част с p-n преход, която е свързана към два електрически контакта. Вакуумните диодни тръби имат два електрода: плоча (анод) и нагрят катод.

Фото - полупроводников диод

За създаване на полупроводникови диоди се използват германий и селен, както преди повече от 100 години. Тяхната структура позволява използването на части за подобряване на електронни вериги, преобразуване на AC и DC в еднопосочни пулсиращи и за подобряване на различни устройства. На диаграмата изглежда така:

Фотодиодно обозначение

Съществуват различни видовеполупроводникови диоди, тяхната класификация зависи от материала, принципа на работа и областта на използване: ценерови диоди, импулсни, сплавни, точкови, варикапи, лазерни и други видове. Доста често се използват аналози на мостове - това са планарни и поликристални токоизправители. Тяхното съобщение също се прави с помощта на два контакта.

Основните предимства на полупроводниковия диод:

1. Пълна взаимозаменяемост;
2. Отлични параметри на производителност;
3. Наличност. Те могат да бъдат закупени във всеки магазин за електрически стоки или безплатно премахнати от стари вериги. Цената започва от 50 рубли. В нашите магазини са представени както местни марки (KD102, KD103 и др.), така и чуждестранни.

Маркиране

Маркировката на полупроводников диод е съкращение за основните параметри на устройството. Например, KD196V е силициев диод с напрежение на пробив до 0,3 V, напрежение 9,6, модел на третото развитие.

Въз основа на това:

1. Първата буква идентифицира материала, от който е направено устройството;
2. Име на устройството;
3. Числото, което определя целта;
4. напрежение на устройството;
5. Число, което определя други параметри (зависи от вида на детайла).

Видео: използването на диоди

Принцип на действие

Полупроводниковите или токоизправителните диоди имат доста прост принцип на работа. Както вече казахме, диодът е изработен от силиций по такъв начин, че единият му край е p-тип, а другият край е n-тип. Това означава, че двата контакта имат различни характеристики. Единият има излишък от електрони, докато другият има излишък от дупки. Естествено, в устройството има област, в която всички електрони запълват определени празнини. Това означава, че няма външни такси. Поради факта, че този регион е изчерпан от носители на заряд и е известен като обединяващ регион.

Снимка - принципът на работа

Въпреки факта, че свързващата секция е много малка (често нейният размер е няколко хилядни от милиметъра), токът не може да тече в нея по обичайния начин. Ако се приложи напрежение, така че областта от p-тип да стане положителна, а зоната от n-тип, съответно, отрицателна, дупките отиват към отрицателния полюс и помагат на електроните да преминат през зоната за обединяване. По същия начин електроните се придвижват към положителния контакт и сякаш заобикалят обединяващия. Въпреки факта, че всички частици се движат с различни заряди в различни посоки, в крайна сметка те образуват еднопосочен ток, който помага за коригиране на сигнала и предотвратяване на пренапрежения на диодните контакти.

Ако се приложи напрежение към полупроводников диод в обратна посока, през него няма да тече ток. Причината е, че дупките се привличат от отрицателния потенциал, който е в областта от p-тип. По подобен начин електроните се привличат от положителен потенциал, който се прилага към областта от n-тип. Това води до увеличаване на размера на зоната на сливане, което прави потока от насочени частици невъзможен.

Фото - характеристики на полупроводниците

IV-характеристика

Характеристиката на напрежението на полупроводниковия диод зависи от материала, от който е направен, и някои параметри. Например идеалният полупроводников токоизправител или диод има следните параметри:

1. Съпротивление на пряка връзка - 0 ohm;
2. Топлинен потенциал - VG \u003d + -0,1 V .;
3. В правия участък RD > rD, т.е. прякото съпротивление е по-голямо от диференциалното.

Ако всички параметри съвпадат, тогава се получава следната графика:

Снимка - CVC на идеален диод

Такъв диод се използва в цифровата електротехника, лазерната индустрия, а също така се използва при разработването на медицинско оборудване. Това е необходимо за високи изисквания към логическите функции. Примери за това са лазерен диод, фотодиод.

На практика тези параметри са много различни от реалните. Много устройства просто не са в състояние да работят с такава висока точност или такива изисквания не са необходими. Характеристиката на еквивалентната схема на истински полупроводник показва, че има сериозни недостатъци:

Снимка - CVC в реален полупроводников диод

Тази IV характеристика на полупроводников диод показва, че по време на директно превключване контактите трябва да достигнат максимално напрежение. Тогава полупроводникът ще се отвори за преминаване на електронни заредени частици. Тези свойства също показват, че токът ще тече нормално и без прекъсване. Но докато всички параметри не са съгласувани, диодът не провежда ток. В същото време за силициев токоизправител напрежението варира в рамките на 0,7, а за германиев - 0,3 волта.

Работата на устройството е много зависима от нивото на максималния посочен ток, който може да премине през диода. На диаграмата той се определя от ID_MAX. Устройството е проектирано така, че при пряко включване да издържа само електричествоограничена сила. В противен случай токоизправителят ще прегрее и ще изгори като нормален светодиод. За контрол на температурата се използват различни видове устройства. Естествено някои от тях влияят на проводимостта, но удължават работата на диода.

Друг недостатък е, че при преминаване на променлив ток диодът не е идеално изолиращо устройство. Работи само в една посока, но винаги трябва да се има предвид токът на утечка. Формулата му зависи от останалите параметри на използвания диод. Най-често схемите го обозначават като I OP. Проучване на независими експерти установи, че германият преминава до 200 µA, а силицият до 30 µA. В същото време много внесени модели са ограничени до изтичане от 0,5 µA.

Снимка - домашни диоди

Всички видове диоди са податливи на прекъсване на напрежението. Това е свойство на мрежата, което се характеризира с ограничено напрежение. Всяко стабилизиращо устройство трябва да го издържи (ценеров диод, транзистор, тиристор, диоден мост и кондензатор). Когато външната потенциална разлика на контактите на изправителен полупроводников диод е значително по-висока от ограниченото напрежение, тогава диодът става проводник, намалявайки съпротивлението до минимум за една секунда. Предназначението на устройството не му позволява да прави това скокове, в противен случай това ще изкриви VAC.

Полупроводниковият диод е полупроводниково устройство с един p-n преход и два извода.

Според функционалното предназначение те разграничават:

1) Изправителни диоди.

2) Ценерови диоди.

3) Импулсни и високочестотни диоди.

4) Тунелни диоди.

5) Варикапи.

Изправителни диодипредназначени за изправяне на променлив ток с честота 50 Hz в постоянен ток. Използва се основното свойство на прехода електрон-дупка - еднопосочна проводимост.

Това е едно p-n съединение в запечатан корпус с два проводника. Положителният извод се нарича анод, отрицателният извод се нарича катод.

Фигура 19 показва структурата на токоизправителен диод.

Фигура 19 - Структурата на токоизправителния диод

Диодът в електрическите вериги е обозначен в съответствие с фигура 20.

Фигура 20 - Изображение на диод в електрически вериги

Графиката на връзката между тока и напрежението се нарича характеристика ток-напрежение (VAC). Токоизправителният диод има нелинейна IV характеристика.

Характеристиката за директно свързване на диода първоначално има значителна нелинейност, тъй като тъй като напрежението напред нараства, съпротивлението на бариерния слой нараства постепенно. При определено напрежение бариерният слой практически изчезва и тогава характеристиката става почти линейна.

При повторно включване токът се увеличава рязко. Това се случва поради рязко увеличениепотенциална бариера пред p-n преход, дифузионният ток рязко намалява, а дрейфовият ток се увеличава. Въпреки това, при по-нататъшно увеличаване на обратното напрежение, увеличението на тока е незначително.

Фигура 21 показва характеристиката ток-напрежение на токоизправителен диод.

Фигура 21 - IV характеристика на токоизправителен диод

Параметрите на токоизправителните диоди са стойност, която характеризира най-значимите свойства на устройството.

Има: статични и ограничаващи параметри.

Статично: Определя се от статичните характеристики (виж фигура 22).

Фигура 22 - Допълнителни конструкции за определяне на статичните параметри на токоизправителния диод

1. Стръмността на характеристиката на тока и напрежението:

S = DI / DU, mA / V

където DI е текущото увеличение;

DU - увеличение на напрежението.

Наклонът на характеристиката ток-напрежение показва колко милиампера ще се промени токът с увеличаване на напрежението с 1 волт.

2. Вътрешно съпротивление на диода на променлив ток.

Ri \u003d DU / DI, Ом

3. Диодно постоянно съпротивление.

R 0 \u003d U / I, Ом

Опции за ограничен режим:

Превишаването им води до повреда на устройството. Като се вземат предвид тези параметри, се изгражда електрическа верига.

1. I PR.DOP - допустима стойност на постоянен ток;

2. U ОБР.ДОП - допустима стойност на обратното напрежение;

3. R ​​​​RASS - допустимо разсейване на мощността.

Основният недостатък на всички полупроводникови устройства е зависимостта на техните параметри от температурата. С повишаване на температурата концентрацията на носители на заряд се увеличава и проводимостта на прехода се увеличава. Обратният ток се увеличава значително. С повишаване на температурата електрическият срив настъпва по-рано. Фигура 23 показва ефекта на температурата върху CVC.

Фигура 23 - Ефект на температурата върху CVC на диода

На базата на токоизправителен диод можете да изградите проста полувълнова токоизправителна верига (вижте Фигура 24).

Фигура 24 - Схема на най-простия токоизправител

Веригата се състои от трансформатор T, който служи за преобразуване на първоначалното напрежение в напрежение с желаната стойност; Изправителен диод VD, който служи за коригиране на променлив ток, кондензатор C, който служи за изглаждане на пулсации и натоварване R n.