Usměrňovací diody – diody určené k přeměně střídavého proudu na stejnosměrný proud. Obvykle neexistují žádné zvláštní požadavky na rychlost, kapacitu přechodu pn a stabilitu parametrů usměrňovacích diod. [ zdroj? ]

Hlavní parametry usměrňovacích diod:

průměrné propustné napětí Upr.prům. při uvedeném proudu Ipr.av;

průměrný zpětný proud Irev.prům. při daných hodnotách zpětného napětí Urev a teploty;

přípustná hodnota amplitudy zpětného napětí Urev.max.;

průměrný dopředný proud Ipr.av;

frekvence bez redukčních režimů.

Činnost usměrňovací diody je vysvětlena vlastnostmi elektrického p–n přechodu.

V blízkosti rozhraní dvou polovodičů vzniká vrstva, která je zbavena mobilních nosičů náboje (díky rekombinaci) a má vysoký elektrický odpor – tzv. blokovací vrstva. Tato vrstva určuje rozdíl kontaktních potenciálů (potenciální bariéru).

Pokud je na p–n přechod přivedeno vnější napětí, které vytváří elektrické pole ve směru opačném k poli elektrické vrstvy, pak se tloušťka této vrstvy zmenší a při napětí 0,4 – 0,6 V se blokovací vrstva zmenší. zmizí a proud se výrazně zvýší (tento proud se nazývá přímý).

Při připojení vnějšího napětí jiné polarity se zvýší blokovací vrstva a zvýší se odpor p–n přechodu a proud v důsledku pohybu menšinových nosičů náboje bude i při relativně vysokých napětích nepatrný.

Propustný proud diody je tvořen hlavními a zpětný proud tvoří menšinové nosiče náboje. Diodou prochází kladný (stejnosměrný) proud ve směru od anody ke katodě.

Na Obr. Obrázek 1 ukazuje konvenční grafické označení (UGO) a charakteristiky usměrňovacích diod (jejich ideální a skutečné proudově-napěťové charakteristiky). Viditelný zlom v proudově napěťové charakteristice (CVC) diody na počátku je spojen s různými stupnicemi proudů a napětí v prvním a třetím kvadrantu grafu. Dva vývody diody: anoda A a katoda K nejsou v UGO označeny a jsou pro upřesnění znázorněny na obrázku.

Proudově-napěťová charakteristika skutečné diody ukazuje oblast elektrického průrazu, kdy s mírným zvýšením zpětného napětí proud prudce roste.

Elektrický průraz je vratný jev. Při návratu do pracovní oblasti dioda neztrácí své vlastnosti. Pokud zpětný proud překročí určitou hodnotu, pak se elektrický průraz změní na nevratný tepelný průraz a zařízení selže.

Rýže. 1. Polovodičová usměrňovací dioda: a – konvenční grafické znázornění, b – ideální charakteristika proud-napětí, c – skutečná charakteristika proud-napětí

Průmysl vyrábí hlavně germaniové (Ge) a křemíkové (Si) diody.

6) Zenerova dioda napětí-proud.Hlavní parametry. Materiál pro výrobu zenerovy diody Symbol.

Obvod připojení Zenerovy diody Princip činnosti

Zenerova dioda (dioda Zener) – polovodičová dioda určená k udržení napětí napájecího zdroje na dané úrovni. Oproti běžným diodám má dosti nízké regulované průrazné napětí (při obráceném zapnutí) a dokáže toto napětí udržet na konstantní úrovni i při výrazné změně síly zpětného proudu. Materiály použité k vytvoření pn přechodu zenerových diod mají vysokou koncentraci legujících prvků (nečistot). Proto při relativně malých zpětných napětích vzniká v přechodu silné elektrické pole způsobující jeho elektrický průraz, který je v tomto případě vratný (pokud nedojde k tepelnému průrazu příliš velkým proudem).

READ
Co je to vodní adaptér?

Provoz zenerovy diody je založen na dvou mechanismech:

Lavinový rozpad pn křižovatky

Lavinový rozpad – elektrický průraz v dielektrikách a polovodičích, v důsledku toho, že v silném elektrickém poli mohou nosiče náboje získat energii dostatečnou pro nárazovou ionizaci atomů nebo molekul materiálu. V důsledku každé takové srážky se objeví dvojice opačně nabitých částic, z nichž jedna nebo obě se také začnou podílet na dopadové ionizaci. Z tohoto důvodu dochází k nárůstu počtu nosičů účastnících se impaktní ionizace jako lavina, odtud název rozpadu.

Navíc můžeme říci, že se nyní aktivně rozvíjí fraktální přístup k popisu složitých procesů spojených s výboji.

Tunelový rozpad pn křižovatky (Zenerův efekt v anglické literatuře)

Konvenční diody monotónně zvyšují přenášený proud, když se zvyšuje propustné napětí. Při tunelování diodově-kvantově-mechanické tunelování elektronů přidává k charakteristice proud-napětí hrb a díky vysokému stupni dotování oblastí p a n je průrazné napětí sníženo téměř na nulu. Tunelový efekt umožňuje elektronům překonat energetickou bariéru v přechodové zóně o šířce 50..150 Á při takových napětích, kdy vodivostní pásmo v n-oblasti má stejné energetické hladiny jako valenční pásmo v p-oblasti. [1] S dalším nárůstem propustného napětí stoupá Fermiho hladina n-oblasti vzhledem k p-oblasti, spadá do zakázaného pásma p-oblasti, a protože tunelování nemůže změnit celkovou energii elektronu [ 2] pravděpodobnost přechodu elektronu z n-oblasti do p-oblasti prudce klesá. Tím se vytvoří úsek v propustné části charakteristiky proud-napětí, kde je zvýšení propustného napětí doprovázeno poklesem proudu. Tato oblast negativu rozdíl odpor a používá se k zesílení slabých mikrovlnných signálů.

Navzdory podobným výsledkům působení jsou tyto mechanismy odlišné, ačkoli jsou přítomny společně v jakékoli zenerově diodě, ale pouze jeden z nich převažuje. U zenerových diod do napětí 5,6 V převažuje průraz tunelu se záporným teplotním koeficientem [ zdroj neuveden 516 dní ], nad 5,6 voltu se stává dominantním lavinový rozpad s kladným teplotním koeficientem zdroj neuveden 516 dní ]. Při napětí 5,6 V jsou oba efekty vyvážené, takže volba tohoto napětí je optimálním řešením pro zařízení s širokým teplotním rozsahem použití [ zdroj neuveden 533 dní ].

Režim průrazu není spojen s injekcí menšinových nosičů náboje. Proto u zenerovy diody prakticky neexistují jevy vstřikování spojené s akumulací a resorpcí nosičů náboje během přechodu z oblasti průrazu do oblasti blokování a zpět. To umožňuje jejich použití v pulzních obvodech jako hladinové svorky a omezovače.

READ
Jak vybrat správnou elektrickou přímočarou pilu?

Označení zenerovy diody na schématech zapojení

7) Koncepce a typy tranzistorů

Konstrukce bipolárního tranzistoru

Fyzikální procesy v bipolárním tranzistoru

Tranzistor (Česky tranzistor) je elektronická součástka vyrobená z polovodičového materiálu, obvykle se třemi svorkami, která umožňuje vstupním signálům řídit proud v elektrickém obvodu. Obvykle se používá k zesílení, generování a převodu elektrických signálů. Na schématech obvodů je označena „VT„nebo“Q“.

Proud ve výstupním obvodu je řízen změnou vstupního napětí nebo proudu. Malá změna vstupních veličin může vést k výrazně větší změně výstupního napětí a proudu. Tato zesilovací vlastnost tranzistorů se využívá v analogové technice (analogová TV, rádio, komunikace atd.).

V současné době analogové technologii dominují bipolární tranzistory (BT) (mezinárodní termín je BJT, bipolar junction tranzistor). Dalším důležitým odvětvím elektroniky je digitální technika (logika, paměti, procesory, počítače, digitální komunikace atd.), kde jsou naopak bipolární tranzistory téměř zcela nahrazeny polními.

Bipolární tranzistor se nazývá elektrické konvertující polovodičové zařízení, které má ve své struktuře dva interagující pn přechody a tři vnější vývody a je určeno zejména k zesilování elektrických signálů. Termín „bipolární“ zdůrazňuje skutečnost, že princip činnosti zařízení je založen na interakci s elektrickým polem částic s kladným i záporným nábojem – děr a elektronů. V budoucnu mu pro stručnost budeme říkat jednoduše tranzistor.

Celá struktura je provedena na plátku křemíku, nebo germania nebo jiného polovodiče, ve kterém jsou vytvořeny tři oblasti s různými typy elektrické vodivosti. Obrázek ukazuje tranzistor typu npn, ve kterém má střední oblast vodivost otvorů a krajní oblasti mají elektronickou vodivost.

Střední oblast je tzv základna, jedna z extrémních oblastí – emitorA ten druhý – kolektor. Tranzistor má tedy dva pn přechody: emitor – mezi bází a emitorem a kolektor – mezi bází a kolektorem. Plocha základny musí být velmi tenká, mnohem tenčí než plochy emitoru a kolektoru (na obrázku je to zobrazeno neúměrně). Na tom závisí podmínka dobré činnosti tranzistoru.

Tranzistor pracuje ve třech režimech v závislosti na napětí na jeho přechodech. Při provozu v aktivním režimu je napětí na přechodu emitoru přímé a na přechodu kolektoru je opačné. V režimu cutoff je na oba spoje přivedeno zpětné napětí. Pokud je na tyto přechody přivedeno stejnosměrné napětí, bude tranzistor pracovat v saturačním režimu.

READ
Jak zútulnit malý pokoj?

Vezměme si tranzistor typu npn v režimu naprázdno, kdy jsou připojeny pouze dva zdroje konstantního napájecího napětí E1 a E2. Na přechodu emitoru je napětí stejnosměrné, na přechodu kolektoru obrácené (obr. 2). V souladu s tím je odpor přechodu emitoru nízký a napětí E je dostatečné pro získání normálního proudu1 desetiny voltu. Odpor kolektorového přechodu je vysoký a napětí E2 jsou obvykle desítky voltů.

Rýže. 2 – Pohyb elektronů a děr v npn tranzistoru.

V souladu s tím, jako dříve, tmavé malé kruhy se šipkami jsou elektrony, červené jsou díry, velké kruhy jsou kladně a záporně nabité atomy donorů a akceptorů.

Proudově napěťová charakteristika přechodu emitoru je charakteristikou polovodičové diody s propustným proudem a proudově napěťová charakteristika kolektorového přechodu je podobná proudově napěťové charakteristice diody se zpětným proudem.

Princip činnosti tranzistoru je následující. Propustné napětí přechodu emitoru ubýt ovlivňuje proud emitoru a kolektoru a čím je vyšší, tím větší jsou tyto proudy. Změny kolektorového proudu jsou jen o málo menší než změny proudu emitoru. Ukazuje se, že napětí na přechodu báze-emitor, tedy vstupní napětí, řídí kolektorový proud. Tento jev je založen na zesilování elektrických kmitů pomocí tranzistoru.

Jak se zvyšuje propustné vstupní napětí ubýt potenciální bariéra v přechodu emitoru klesá a v souladu s tím se zvyšuje proud procházející tímto přechodem, tj. Elektrony tohoto proudu jsou vstřikovány z emitoru do báze a díky difúzi pronikají bází do kolektorového přechodu a zvyšují kolektorový proud. Protože kolektorový přechod pracuje při zpětném napětí, vznikají v tomto přechodu prostorové náboje (velké kruhy na obrázku). Vzniká mezi nimi elektrické pole, které podporuje pohyb (extrakce) přes kolektorový přechod elektronů, které sem přišly z emitoru, tedy přitahují elektrony do oblasti kolektorového přechodu.

Označení diod a princip činnosti, proudově-napěťová charakteristika

Označení usměrňovací diody na schématu podle GOST 2.730-73 ESKD.

Podmíněná grafická označení ve schématech. Polovodičová zařízení.” V příloze tohoto GOST jsou uvedeny rozměry v modulární mřížce. Vypadá to takto:

Existují různé možnosti pro označení diod.

Podle OST 11366.919-81 následující alfanumerické označení:

1) První písmeno nebo číslo označuje materiál:
· 1 (G) – germanium Ge
· 2 (K) – křemík Si
· 3 (A) – galium Ga
· 4 (já) – indium In

2) Druhé písmeno je podtřídou polovodičové součástky. V našem případě je to písmeno D.

READ
Jak zkontrolovat originalitu nástroje?

3) Třetím číslem je funkčnost prvku v závislosti na třídě (diody, varikapy, zenerovy diody atd.).

Například pro usměrňovací diody (D):

101. 199 – nízkovýkonové diody s konstantní nebo průměrnou hodnotou propustného proudu menší než 0,3A.

201. 299 – diody středního výkonu s konstantním nebo průměrným propustným proudem od 0,3 do 10A.

Existují také vysoce výkonné diody s proudem vyšším než 10A. Odvod tepla pro diody s nízkým výkonem se provádí přes pouzdro, pro diody se středním a vysokým výkonem přes chladiče.

Do roku 1982 existovala jiná klasifikace:

  • od 1 do 100 – pro bodové germaniové diody;
  • od 101 do 200 – pro bodové křemíkové diody;
  • od 201 do 300 – pro planární křemíkové diody;
  • od 301 do 400 – pro planární germaniové diody;
  • od 401 do 500 – pro směšování mikrovlnných detektorů;
  • od 501 do 600 – pro násobící diody;
  • od 601 do 700 – pro video detektory;
  • od 701 do 749 – pro parametrické germaniové diody;
  • od 750 do 800 – pro parametrické křemíkové diody;
  • od 801 do 900 – pro zenerovy diody;
  • od 901 do 950 – pro varikapy;
  • od 951 do 1000 – pro tunelové diody;
  • od 1001 do 1100 – pro rektifikační kolony;

JEDEC systém (USA)

  • první číslice je počet pn přechodů (1 – dioda; 2 – tranzistor; 3 – tyristor);
  • potom N (číslo typu) a sériové číslo;
  • poté může být několik čísel o hodnocení a jednotlivých charakteristikách diody.

Podle tohoto systému se zařízení dělí na průmyslová a domácí. Zařízení pro domácnost jsou kódována dvěma písmeny a třemi čísly od 100 do 999. Průmyslová zařízení budou mít tři písmena a dvě čísla od 10 do 99. Pro diody:
1) První písmeno:
· A – germanium Ge
· B – křemík Si
· C – galium Ga
· R – ostatní polovodiče
2) Druhé písmeno je písmeno A, označující nízkopříkonové spínací a univerzální diody.
3) Třetí písmeno odpovídá za příslušnost prvku do oblasti speciálního použití (průmysl, armáda). „Z“, „Y“, „X“ nebo „W“.
4) Čtvrté je 2, 3 nebo 4místné sériové číslo zařízení.
5) Doplňkový kód – u usměrňovacích diod udává maximální amplitudu zpětného napětí.

Systém JIS (Japonsko)

  • První číslice je počet přechodů (0 – fototranzistor, fotodioda; 1 – dioda; 2 – tranzistor; 3 – tyristor);
  • Dále písmeno S (semiconductors) – polovodič;
  • Potom písmeno odpovědné za typ zařízení:
  • A – RF tranzistory pnp;
  • B – LF tranzistory pnp;
  • С – VF tranzistory npn;
  • D – nízkofrekvenční tranzistory npn;
  • E – diody;
  • F – tyristory;
  • G – Gunnovy diody;
  • H – unijunkční tranzistory;
  • J – tranzistory s efektem pole s p-kanálem;
  • K – tranzistory s efektem pole s n-kanálem;
  • M – symetrické tyristory;
  • Q – diody vyzařující světlo;
  • R – usměrňovací diody;
  • S – diody s malým signálem;
  • T – lavinové diody;
  • V – varikapy, kolíkové diody, diody pro uchovávání náboje;
  • Z – Zenerovy diody, stabilizátory, omezovače.
  • Reg. číslo zařízení;
  • Úprava zařízení;
  • Dále může být index popisující speciální vlastnosti.
READ
Co znamená pohovka s ortopedickou základnou?

Princip činnosti usměrňovací diody

Polovodiče jsou svými elektrickými vlastnostmi někde mezi vodiči a dielektriky.

Jak se chová dioda při připojení vpřed a vzad.

Směr vpřed – směr stejnosměrného proudu, ve kterém má dioda nejmenší odpor.

Opačný směr – směr stejnosměrného proudu, ve kterém má dioda největší odpor.

Uvažujme chování proudu v obvodu při přímém a zpětném připojení na střídavé a stejnosměrné napětí. Zpočátku budeme mít sinusovou vlnu, která se získá ze zdroje střídavého proudu.

S takovými způsoby připojení je polovina sinusovky, pozitivní nebo negativní, odříznuta. Výstupem je pulzující střídavý proud stejného znaménka (považujte jej za konstantní, jediný háček je v tom, že jej nikdo nepoužívá).

  • anoda (pro přímé spojení připojíme na plus), základna trojúhelníku;
  • katoda (připojit k mínus pro přímé připojení) hůl.

Uvažujme chování diody ve stejnosměrném obvodu. Na levém obrázku teče proud, prochází napětí – kontrolka svítí (černá) – jedná se o přímé spínání. Na pravém obrázku dioda neprochází dostatečný proud a napětí k rozsvícení žárovky – zpětné spínání.

I-V charakteristiky usměrňovacích diod (Ge, Si)

Proudově-napěťové charakteristiky (voltampérové ​​charakteristiky) diod jsou grafy propustných a zpětných proudů (Y) a napětí (X) při různých teplotách.

Když je aplikováno zpětné napětí, které překročí prahovou hodnotu, zpětný proud se zvýší a dojde k porušení vrstvy pn. Stojí za to věnovat pozornost pořadí čísel podél os. Velikost zpětného proudu je řádově menší než dopředný proud. Hodnoty dopředného napětí jsou o řád nižší než zpětné napětí. Po dosažení prahové hodnoty propustného napětí se propustný proud začne lavinovitě zvyšovat.

Rozdíl mezi diodami je v tom, že zpětný proud křemíkových diod je menší než u germaniových diod. V důsledku vyššího proudu je proto u Ge diod průraz tepelného charakteru, zatímco u Si diod převažuje elektrický průraz. Výkon rozptýlený při stejných proudech je u germaniových diod menší.