Diod penerus

Diod - peranti semikonduktor dua elektrod dengan satu persimpangan p-n, yang mempunyai pengaliran arus satu sisi. Terdapat pelbagai jenis diod—penerus, nadi, terowong, terbalik, diod gelombang mikro, serta diod zener, varikap, fotodiod, LED dan banyak lagi.

Diod penerus

Operasi diod penerus dijelaskan oleh sifat-sifat simpang p — n elektrik.

Berhampiran sempadan dua semikonduktor, lapisan terbentuk yang tidak mempunyai pembawa cas mudah alih (kerana penggabungan semula) dan mempunyai rintangan elektrik yang tinggi — yang dipanggil Lapisan menyekat. Lapisan ini menentukan perbezaan potensi sentuhan (penghalang berpotensi).

Jika voltan luaran dikenakan pada persimpangan p — n, mewujudkan medan elektrik dalam arah yang bertentangan dengan medan lapisan elektrik, maka ketebalan lapisan ini akan berkurangan dan pada voltan 0.4 — 0.6 V lapisan penyekat akan hilang dan arus akan meningkat dengan ketara (arus ini dipanggil arus terus).

Apabila voltan luaran dengan kekutuban yang berbeza disambungkan, lapisan penyekat akan meningkat dan rintangan persimpangan p — n akan meningkat, dan arus yang disebabkan oleh pergerakan pembawa cas minoriti akan diabaikan walaupun pada voltan yang agak tinggi.

Arus hadapan diod dicipta oleh pembawa cas utama dan arus balikan oleh pembawa cas minoriti. Diod menghantar arus positif (ke hadapan) ke arah dari anod ke katod.

Dalam rajah. 1 menunjukkan penetapan grafik konvensional (UGO) dan ciri-ciri diod penerus (ciri-ciri voltan semasa yang ideal dan sebenar). Ketakselanjaran ketara bagi ciri voltan arus diod (CVC) pada asalan dikaitkan dengan skala arus dan voltan yang berbeza dalam kuadran pertama dan ketiga plot. Dua output diod: anod A dan katod K dalam UGO tidak dinyatakan dan ditunjukkan dalam rajah untuk penjelasan.

Ciri voltan semasa diod sebenar menunjukkan kawasan kerosakan elektrik, apabila untuk peningkatan kecil dalam voltan terbalik arus meningkat dengan mendadak.

Kerosakan elektrik boleh diterbalikkan. Apabila kembali ke kawasan kerja, diod tidak kehilangan sifatnya. Sekiranya arus terbalik melebihi nilai tertentu, maka kegagalan elektrik akan menjadi haba tidak dapat dipulihkan dengan kegagalan peranti.

nasi. 1. Penerus semikonduktor: a — perwakilan grafik konvensional, b — ciri voltan arus ideal, c — ciri voltan arus sebenar

Industri ini terutamanya menghasilkan diod germanium (Ge) dan silikon (Si).

Diod silikon mempunyai arus songsang yang rendah, suhu operasi yang lebih tinggi (150 — 200 ° C berbanding 80 — 100 ° C), menahan voltan songsang yang tinggi dan ketumpatan arus (60 — 80 A / cm2 vs. 20 — 40 A / cm2) . Di samping itu, silikon ialah unsur biasa (tidak seperti diod germanium, yang merupakan unsur nadir bumi).

Kelebihan diod germanium termasuk penurunan voltan rendah apabila arus terus mengalir (0.3 — 0.6 V vs. 0.8 — 1.2 V). Sebagai tambahan kepada bahan semikonduktor yang disenaraikan, galium arsenide GaAs digunakan dalam litar gelombang mikro.

Menurut teknologi pengeluaran, diod semikonduktor dibahagikan kepada dua kelas: titik dan planar.

Diod titik membentuk plat Si atau Ge jenis-n dengan keluasan 0.5 — 1.5 mm2 dan jarum keluli membentuk simpang p — n pada titik sentuhan. Hasil daripada kawasan kecil, persimpangan mempunyai kapasitansi yang rendah, oleh itu diod sedemikian boleh berfungsi dalam litar frekuensi tinggi.Tetapi arus melalui persimpangan tidak boleh besar (biasanya tidak lebih daripada 100 mA).

Diod planar terdiri daripada dua plat Si atau Ge yang disambungkan dengan kekonduksian elektrik yang berbeza. Kawasan sentuhan yang besar menghasilkan kapasitansi simpang yang besar dan frekuensi operasi yang agak rendah, tetapi arus yang mengalir boleh menjadi besar (sehingga 6000 A).

Parameter utama diod penerus ialah:

• Ipr.max arus hadapan maksimum yang dibenarkan,

• voltan terbalik maksimum yang dibenarkan Urev.max,

• kekerapan maksimum yang dibenarkan fmax.

Menurut parameter pertama, diod penerus dibahagikan kepada diod:

• kuasa rendah, arus malar sehingga 300 mA,

• kuasa purata, arus terus 300 mA — 10 A,

• kuasa tinggi — kuasa, arus hadapan maksimum ditentukan oleh kelas dan ialah 10, 16, 25, 40 — 1600 A.

Diod nadi digunakan dalam litar kuasa rendah dengan ciri nadi voltan yang digunakan. Keperluan tersendiri bagi mereka ialah masa peralihan yang singkat dari keadaan tertutup ke keadaan terbuka dan sebaliknya (masa biasa 0.1 — 100 μs). Diod nadi UGO adalah sama dengan diod penerus.

Rajah. 2. Proses sementara dalam diod nadi: a — pergantungan arus apabila menukar voltan daripada terus ke terbalik, b — pergantungan voltan apabila nadi arus melalui diod

Parameter khusus diod nadi termasuk:

• masa pemulihan Tvosst

• ini ialah selang masa antara saat apabila voltan diod bertukar dari hadapan ke belakang dan saat apabila arus songsang berkurangan kepada nilai tertentu (Rajah 2, a),

• masa penyelesaian Tust ialah selang masa antara permulaan arus terus nilai tertentu melalui diod dan momen apabila voltan pada diod mencapai 1.2 daripada nilai dalam keadaan mantap (Rajah 2, b),

• arus pemulihan maksimum Iobr.imp.max., sama dengan nilai terbesar arus terbalik melalui diod selepas menukar voltan dari hadapan ke belakang (Rajah 2, a).

Diod terbalik diperoleh apabila kepekatan bendasing di kawasan p- dan n lebih besar daripada penerus konvensional. Diod sedemikian mempunyai rintangan yang rendah kepada arus hadapan semasa sambungan terbalik (Rajah 3) dan rintangan yang agak tinggi semasa sambungan terus. Oleh itu, ia digunakan dalam pembetulan isyarat kecil dengan amplitud voltan beberapa persepuluh volt.

nasi. 3. UGO dan VAC diod terbalik

Diod Schottky diperolehi melalui peralihan logam-separa konduktor.Dalam kes ini, substrat n-silikon (atau silikon karbida) rintangan rendah dengan lapisan epitaxial nipis rintangan tinggi semikonduktor yang sama digunakan (Rajah 4).

nasi. 4. UGO dan struktur diod Schottky: 1 — kristal silikon awal dengan rintangan rendah, 2 — lapisan epitaxial silikon dengan rintangan tinggi, 3 — kawasan cas ruang, 4 — sentuhan logam

Elektrod logam digunakan pada permukaan lapisan epitaxial, yang menyediakan pembetulan tetapi tidak menyuntik pembawa minoriti ke kawasan teras (paling kerap emas). Oleh itu, dalam diod ini tidak ada proses yang lambat seperti pengumpulan dan penyerapan pembawa minoriti di pangkalan. Oleh itu, inersia diod Schottky tidak tinggi. Ia ditentukan oleh nilai kapasitansi penghalang kenalan penerus (1 — 20 pF).

Di samping itu, rintangan siri diod Schottky adalah jauh lebih rendah daripada diod penerus kerana lapisan logam mempunyai rintangan yang rendah berbanding dengan mana-mana semikonduktor, walaupun berdop tinggi. Ini membolehkan penggunaan diod Schottky untuk membetulkan arus ketara (berpuluh-puluh ampere). Ia biasanya digunakan dalam menukar sekunder untuk membetulkan voltan frekuensi tinggi (sehingga beberapa MHz).

Potapov L.A.