Diode redresoare

Diodă - un dispozitiv semiconductor cu doi electrozi cu o joncțiune p-n, care are o conducție de curent unilaterală. Există multe tipuri diferite de diode - redresor, impuls, tunel, invers, diode cu microunde, precum și diode Zener, varicaps, fotodiode, LED-uri și multe altele.

Diode redresoare

Funcționarea diodei redresoare se explică prin proprietățile joncțiunii p — n electrice.

În apropierea graniței a doi semiconductori, se formează un strat care este lipsit de purtători mobili de sarcină (datorită recombinării) și are o rezistență electrică mare - așa-numita Strat de blocare. Acest strat determină diferența de potențial de contact (bariera de potențial).

Dacă se aplică o tensiune externă joncțiunii p — n, creând un câmp electric în direcția opusă câmpului stratului electric, atunci grosimea acestui strat va scădea și la o tensiune de 0,4 — 0,6 V stratul de blocare va dispar și curentul va crește semnificativ (acest curent se numește curent continuu).

Când este conectată o tensiune externă de polaritate diferită, stratul de blocare va crește și rezistența joncțiunii p — n va crește, iar curentul datorat mișcării purtătorilor de sarcină minoritari va fi neglijabil chiar și la tensiuni relativ ridicate.

Curentul direct al diodei este creat de purtătorii de sarcină majori și curentul invers de purtătorii de sarcină minoritari. O diodă trece curent pozitiv (înainte) în direcția de la anod la catod.

În fig. 1 prezintă denumirea grafică convențională (UGO) și caracteristicile diodelor redresoare (caracteristicile lor ideale și actuale curent-tensiune). Discontinuitatea aparentă a caracteristicii curent-tensiune a diodei (CVC) la origine este asociată cu diferite scări de curent și tensiune în primul și al treilea cadran al graficului. Două ieșiri de diode: anodul A și catodul K din UGO nu sunt specificate și sunt prezentate în figură pentru explicație.

Caracteristica curent-tensiune a unei diode reale arată regiunea de defectare electrică, când pentru o creștere mică a tensiunii inverse, curentul crește brusc.

Daunele electrice sunt reversibile. La întoarcerea în zona de lucru, dioda nu își pierde proprietățile. Dacă curentul invers depășește o anumită valoare, atunci defecțiunea electrică va deveni termică ireversibilă odată cu defecțiunea dispozitivului.

Orez. 1. Redresor cu semiconductor: a — reprezentare grafică convențională, b — caracteristică curent-tensiune ideală, c — caracteristică curent-tensiune reală

Industria produce în principal diode cu germaniu (Ge) și siliciu (Si).

Diodele de siliciu au curenți inversi mici, temperatură de funcționare mai mare (150 — 200 ° C față de 80 — 100 ° C), rezistă la tensiuni inverse mari și densități de curent (60 — 80 A / cm2 față de 20 — 40 A / cm2) . În plus, siliciul este un element comun (spre deosebire de diodele cu germaniu, care este un element de pământuri rare).

Avantajele diodelor cu germaniu includ o cădere scăzută de tensiune atunci când curge un curent continuu (0,3 — 0,6 V vs. 0,8 — 1,2 V). În plus față de materialele semiconductoare enumerate, arseniura de galiu GaAs este utilizat în circuitele cu microunde.

Conform tehnologiei de producție, diodele semiconductoare sunt împărțite în două clase: punctiforme și plane.

Diodele punctiforme formează o placă Si sau Ge de tip n cu o suprafață de 0,5 - 1,5 mm2 și un ac de oțel care formează o joncțiune p - n la punctul de contact. Ca urmare a suprafeței mici, joncțiunea are o capacitate scăzută, prin urmare, o astfel de diodă poate funcționa în circuite de înaltă frecvență.Dar curentul prin joncțiune nu poate fi mare (de obicei nu mai mult de 100 mA).

O diodă plană constă din două plăci de Si sau Ge conectate cu conductivitati electrice diferite. Zona mare de contact are ca rezultat o capacitate mare de joncțiune și o frecvență de operare relativ scăzută, dar curentul care curge poate fi mare (până la 6000 A).

Principalii parametri ai diodelor redresoare sunt:

• curent direct maxim admisibil Ipr.max,

• tensiune inversă maximă admisă Urev.max,

• frecvența maximă admisă fmax.

Conform primului parametru, diodele redresoare sunt împărțite în diode:

• putere redusă, curent constant de până la 300 mA,

• putere medie, curent continuu 300 mA — 10 A,

• putere mare - putere, curentul direct maxim este determinat de clasă și este de 10, 16, 25, 40 - 1600 A.

Diodele cu impulsuri sunt utilizate în circuitele de putere mică cu caracter de impuls al tensiunii aplicate. O cerință distinctivă pentru ele este timpul scurt de tranziție de la starea închisă la starea deschisă și invers (timp tipic 0,1 — 100 μs). Diodele cu impuls UGO sunt aceleași cu diodele redresoare.

Smochin. 2. Procese tranzitorii în diodele cu impuls: a — dependența curentului la comutarea tensiunii de la direct la invers, b — dependența tensiunii atunci când un impuls de curent trece prin diodă

Parametrii specifici ai diodelor cu impuls includ:

• timpul de recuperare Tvosst

• acesta este intervalul de timp dintre momentul în care tensiunea diodei trece de la înainte la invers și momentul în care curentul invers scade la o valoare dată (Fig. 2, a),

• timpul de stabilire Tust este intervalul de timp dintre începutul curentului continuu al unei anumite valori prin diodă și momentul în care tensiunea de pe diodă atinge 1,2 din valoarea în regim staționar (Figura 2, b),

• curentul maxim de recuperare Iobr.imp.max., egal cu cea mai mare valoare a curentului invers prin diodă după comutarea tensiunii de la direct la invers (Fig. 2, a).

Diode inversate obținute atunci când concentrația de impurități în regiunile p și n este mai mare decât cea a redresoarelor convenționale. O astfel de diodă are o rezistență scăzută la curentul direct în timpul conexiunii inverse (Fig. 3) și o rezistență relativ mare în timpul conexiunii directe. Prin urmare, ele sunt utilizate în corectarea semnalelor mici cu o amplitudine a tensiunii de câteva zecimi de volt.

Orez. 3. UGO și VAC ale diodelor inversate

Diode Schottky obținute prin tranziție metal-semiconductor.În acest caz, se folosesc substraturi de n-siliciu (sau carbură de siliciu) cu rezistență scăzută, cu un strat epitaxial subțire de înaltă rezistență al aceluiași semiconductor (Fig. 4).

Orez. 4. UGO și structura diodei Schottky: 1 — cristal inițial de siliciu cu rezistență scăzută, 2 — strat epitaxial de siliciu cu rezistență mare, 3 — regiunea de încărcare spațială, 4 — contact cu metal

Un electrod metalic este aplicat pe suprafața stratului epitaxial, care oferă rectificare, dar nu injectează purtători minoritari în regiunea centrală (cel mai adesea aur). Prin urmare, în aceste diode nu există procese atât de lente precum acumularea și resorbția purtătorilor minoritari în bază. Prin urmare, inerția diodelor Schottky nu este mare. Este determinată de valoarea capacității de barieră a contactului redresorului (1 — 20 pF).

În plus, rezistența în serie a diodelor Schottky este semnificativ mai mică decât cea a diodelor redresoare, deoarece stratul metalic are o rezistență scăzută în comparație cu orice semiconductor, chiar foarte dopat. Acest lucru permite utilizarea diodelor Schottky pentru a rectifica curenți semnificativi (zeci de amperi). Ele sunt utilizate în general la comutarea secundarelor pentru a rectifica tensiuni de înaltă frecvență (până la câțiva MHz).

Potapov L.A.