Mga kable 09.10.2018
0 (0 mga boto)

Anong boltahe ang tinatawag na direktang. semiconductor diode

D yodo- ang pinakasimpleng device sa maluwalhating pamilya ng mga semiconductor device. Kung kukuha tayo ng isang semiconductor plate, halimbawa, germanium, at ipinakilala ang isang acceptor impurity sa kaliwang kalahati nito, at isang donor impurity sa kanan nito, pagkatapos ay sa isang banda makakakuha tayo ng semiconductor ng type P, ayon sa pagkakabanggit, sa kabilang banda, type. N. Sa gitna ng kristal, nakuha namin ang tinatawag na P-N transition tulad ng ipinapakita sa figure 1.

Ang parehong figure ay nagpapakita ng conditional graphic na pagtatalaga ng diode sa mga diagram: ang output ng cathode (negatibong elektrod) ay halos kapareho sa "-" sign. Mas madaling matandaan ang ganoong paraan.

Sa kabuuan, sa naturang kristal mayroong dalawang mga zone na may iba't ibang kondaktibiti, kung saan lumabas ang dalawang lead, kaya tinawag ang nagresultang aparato. diode dahil ang prefix na "di" ay nangangahulugang dalawa.

Sa kasong ito, ang diode ay naging semiconductor, ngunit ang mga katulad na aparato ay kilala bago: halimbawa, sa panahon mga elektronikong tubo nagkaroon ng tube diode na tinatawag na kenotron. Ngayon ang mga naturang diode ay bumaba sa kasaysayan, bagaman ang mga tagasunod ng "tube" na tunog ay naniniwala na kahit na ang anode boltahe rectifier sa isang tube amplifier ay dapat na isang tubo!

Figure 1. Ang istraktura ng diode at ang pagtatalaga ng diode sa diagram

Sa junction ng semiconductors na may P at N conductivity, lumalabas ito P-N junction (P-N junction), na siyang batayan ng lahat ng mga aparatong semiconductor. Ngunit hindi tulad ng isang diode, na may isang junction lamang, mayroon silang dalawang P-N junction, at, halimbawa, binubuo sila ng apat na junction nang sabay-sabay.

P-N junction sa pahinga

Kahit na ang P-N junction, sa kasong ito, ang diode, ay hindi konektado kahit saan, ang mga kagiliw-giliw na pisikal na proseso ay nangyayari pa rin sa loob nito, na ipinapakita sa Figure 2.

Figure 2. Diode sa pamamahinga

Sa rehiyon ng N mayroong labis na mga electron, nagdadala ito ng negatibong singil, at sa rehiyon ng P ang singil ay positibo. Magkasama ang mga singil na ito electric field. Dahil ang magkasalungat na singil ay may posibilidad na makaakit, ang mga electron mula sa N zone ay tumagos sa positibong sisingilin na P zone, na pinupuno ang ilang mga butas. Bilang resulta ng naturang paggalaw sa loob ng semiconductor, ang isang kasalukuyang, bagaman napakaliit (mga yunit ng nanoamperes), ay bumangon pa rin.

Bilang resulta ng naturang paggalaw, ang density ng bagay sa P side ay tumataas, ngunit hanggang sa isang tiyak na limitasyon. Ang mga particle ay karaniwang may posibilidad na kumakalat nang pantay-pantay sa buong volume ng substance, tulad ng amoy ng pabango na kumakalat sa buong silid (diffusion), kaya maaga o huli, ang mga electron ay bumalik sa N zone.

Kung para sa karamihan ng mga mamimili ng kuryente ang direksyon ng kasalukuyang ay hindi gumaganap ng isang papel - ang ilaw na bombilya ay kumikinang, ang tile ay uminit, pagkatapos ay para sa diode ang direksyon ng kasalukuyang gumaganap ng isang malaking papel. Ang pangunahing pag-andar ng isang diode ay upang magsagawa ng kasalukuyang sa isang direksyon. Ito ang ari-arian na ibinibigay ng P-N junction.

I-on ang diode sa tapat na direksyon

Kung ikinonekta mo ang pinagmumulan ng kuryente sa isang semiconductor diode, tulad ng ipinapakita sa Figure 3, walang kasalukuyang dadaan sa P-N junction.

Figure 3. Binaligtad ang diode

Tulad ng makikita mo sa figure, ang positibong poste ng power supply ay konektado sa N area, at ang negatibong poste ay konektado sa P area. Bilang resulta, ang mga electron mula sa rehiyon N ay sumugod sa positibong poste ng pinagmulan. Sa turn, ang mga positibong singil (butas) sa rehiyon ng P ay naaakit ng negatibong poste ng pinagmumulan ng kuryente. Samakatuwid, sa Mga lugar ng P-N paglipat, tulad ng makikita sa figure, ang isang walang bisa ay nabuo, mayroon lamang walang dapat magsagawa ng kasalukuyang, walang mga carrier ng singil.

Habang tumataas ang boltahe ng suplay ng kuryente, ang mga electron at butas ay naaakit ng higit pa. electric field mga baterya, sa lugar ng P-N junction ng mga charge carrier, may mga mas kaunting charge carrier. Samakatuwid, sa reverse connection, walang kasalukuyang dumadaloy sa diode. Sa ganitong mga kaso, kaugalian na sabihin iyon semiconductor diode ay naka-lock sa pamamagitan ng reverse boltahe.

Ang pagtaas sa density ng bagay na malapit sa mga pole ng baterya ay humahantong sa pagsasabog, - ang pagnanais para sa isang pare-parehong pamamahagi ng sangkap sa buong volume. Ano ang mangyayari kapag naka-off ang baterya.


Baliktarin ang kasalukuyang semiconductor diode

Narito na ang oras upang alalahanin ang mga menor de edad na carrier na kondisyong nakalimutan. Ang katotohanan ay kahit na sa saradong estado, ang isang maliit na kasalukuyang dumadaan sa diode, na tinatawag na reverse. Ito baligtarin ang kasalukuyang at nilikha ng mga hindi pangunahing carrier, na maaaring gumalaw nang eksakto sa parehong paraan tulad ng mga pangunahing carrier, sa kabilang direksyon lamang. Naturally, ang gayong paggalaw ay nangyayari sa isang reverse boltahe. Ang reverse current ay kadalasang maliit, dahil sa maliit na bilang ng minority carriers.

Sa pagtaas ng temperatura ng kristal, tumataas ang bilang ng mga carrier ng minorya, na humahantong sa pagtaas ng reverse current, na maaaring humantong sa P-N pagkasira paglipat. Samakatuwid, ang mga operating temperatura para sa mga aparatong semiconductor - mga diode, transistors, microcircuits ay limitado. Upang maiwasan ang sobrang pag-init, ang mga makapangyarihang diode at transistor ay naka-install sa mga heat sink - mga radiator.

Ang pag-on sa diode sa pasulong na direksyon

Ipinapakita sa figure 4.

Figure 4. Diode direktang koneksyon

Ngayon baguhin natin ang polarity ng pinagmulan: ikonekta ang minus sa rehiyon ng N (cathode), at ang plus sa rehiyon ng P (anode). Sa pagsasama na ito sa rehiyon ng N, ang mga electron ay itataboy mula sa minus ng baterya, at lilipat sa P-N gilid paglipat. Sa rehiyon ng P, ang mga butas na may positibong charge ay itataboy mula sa positibong terminal ng baterya. Ang mga electron at butas ay nagmamadali patungo sa isa't isa.

Ang mga sisingilin na particle na may iba't ibang polarity ay nagtitipon malapit sa P-N junction, isang electric field ang lumitaw sa pagitan nila. Samakatuwid, ang mga electron ay nagtagumpay sa P-N junction at patuloy na lumipat sa P zone. Kasabay nito, ang ilan sa kanila ay muling pinagsama sa mga butas, ngunit karamihan sa kanila ay nagmamadali sa plus ng baterya, ang kasalukuyang Id ay dumaan sa diode.

Ang agos na ito ay tinatawag direktang kasalukuyang. Ito ay limitado ng teknikal na data ng diode, ilang pinakamataas na halaga. Kung ang halaga na ito ay lumampas, pagkatapos ay mayroong panganib ng pagkabigo ng diode. Gayunpaman, dapat tandaan na ang direksyon ng direktang kasalukuyang sa figure ay tumutugma sa pangkalahatang tinatanggap, reverse na paggalaw ng mga electron.

Maaari din itong sabihin na sa direktang direksyon ng paglipat sa paglaban sa kuryente Ang diode ay medyo maliit. Kapag binuksan muli, ang paglaban na ito ay magiging maraming beses na mas malaki, walang kasalukuyang dumadaloy sa semiconductor diode (isang bahagyang reverse current ay hindi isinasaalang-alang dito). Mula sa nabanggit, maaari nating tapusin na ang diode ay kumikilos tulad ng isang maginoo na mekanikal na balbula: lumiko sa isang direksyon - ang tubig ay dumadaloy, lumiko sa isa pa - ang daloy ay tumigil. Para sa ari-arian na ito, pinangalanan ang diode balbula ng semiconductor.

Upang maunawaan nang detalyado ang lahat ng mga kakayahan at katangian ng isang semiconductor diode, dapat mong pamilyar sa volt - katangian ng ampere. Magandang ideya din na matutunan ang tungkol sa iba't ibang disenyo ng diode at mga katangian ng dalas, at ang mga kalamangan at kahinaan. Tatalakayin ito sa susunod na artikulo.

May isa pang paraan upang bawasan ang boltahe sa pagkarga, ngunit para lamang sa mga DC circuit. Tingnan ang tungkol dito.

Sa halip na isang karagdagang risistor, isang kadena ng mga diode na konektado sa serye sa pasulong na direksyon ay ginagamit.

Ang buong punto ay kapag ang kasalukuyang dumadaloy sa diode, ang isang "pasulong na boltahe" ay bumababa dito, katumbas, depende sa uri ng diode, ang kapangyarihan at kasalukuyang dumadaloy dito, mula 0.5 hanggang 1.2 Volts.

Sa germanium diode, ang boltahe ay bumaba ng 0.5 - 0.7 V, sa silicon diode mula 0.6 hanggang 1.2 Volts. Batay sa kung gaano karaming mga volts ang kailangan mong babaan ang boltahe sa pagkarga, i-on ang naaangkop na bilang ng mga diode.

Upang mapababa ang boltahe ng 6 V, dapat mong i-on ang humigit-kumulang: 6 V: 1.0 \u003d 6 na piraso ng silicon diodes, 6 V: 0.6 \u003d 10 piraso ng germanium diodes. Ang mga silicone diode ay ang pinakasikat at magagamit.

Ang circuit sa itaas na may mga diode ay mas mahirap sa pagpapatupad kaysa sa isang simpleng risistor. Ngunit, ang output boltahe, sa isang circuit na may mga diode, ay mas matatag at mahinang umaasa sa pagkarga. Ano ang pagkakaiba sa pagitan ng dalawang pamamaraang ito ng pagbabawas ng boltahe ng output?

Sa Fig 1 - karagdagang paglaban - risistor (wire resistance), Fig 2 - karagdagang paglaban - diode.

Ang isang risistor (wire resistance) ay may linear na relasyon sa pagitan ng kasalukuyang dumadaan dito at ang pagbaba ng boltahe dito. Kung gaano karaming beses ang pagtaas ng kasalukuyang, ang pagbaba ng boltahe sa risistor ay tataas ng parehong halaga.

Mula sa halimbawa 1: kung ikinonekta natin ang isa pa na kahanay sa ilaw na bombilya, kung gayon ang kasalukuyang sa circuit ay tataas, na isinasaalang-alang ang kabuuang pagtutol ng dalawang ilaw na bombilya hanggang sa 0.66 A. Ang pagbaba ng boltahe sa karagdagang risistor ay magiging : 12 Ohm * 0.66 A = 7.92 V Ang mga bombilya ay mananatili: 12 V - 7.92 V = 4.08 V. Sila ay masusunog sa sahig ng glow.


Ang isang ganap na magkakaibang larawan ay magiging kung sa halip na isang risistor mayroong isang kadena ng mga diode.

Ang ugnayan sa pagitan ng kasalukuyang dumadaloy sa isang diode at ang pagbaba ng boltahe sa kabuuan nito ay hindi linear. Ang kasalukuyang ay maaaring tumaas nang maraming beses, ang pagbaba ng boltahe sa diode ay tataas lamang ng ilang ikasampu ng isang bolta.

Yung. mas malaki ang kasalukuyang ng diode, mas mababa (kumpara sa risistor) ang pagtaas ng paglaban nito. Ang pagbaba ng boltahe sa mga diode ay maliit na nakasalalay sa kasalukuyang nasa circuit.

Ang mga diode sa naturang circuit ay kumikilos bilang isang stabilizer ng boltahe. Dapat piliin ang mga diode ayon sa pinakamataas na kasalukuyang sa circuit. Pinakamataas tinatanggap na kasalukuyang Ang mga diode ay dapat na mas malaki kaysa sa kasalukuyang sa kinakalkula na circuit.

Ang boltahe ay bumaba sa ilang mga diode sa isang kasalukuyang 0.5 A ay ibinibigay sa talahanayan.

Sa mga tanikala alternating current, bilang isang karagdagang pagtutol, maaari kang gumamit ng isang kapasitor, inductance, dinistor o thyristor (kasama ang pagdaragdag ng isang control circuit).

Semiconductor diode - elemento de-koryenteng circuit, na may dalawang terminal at may one-sided electrical conductivity. Ang lahat ng semiconductor diodes ay maaaring nahahati sa dalawang grupo: rectifier at espesyal. Ang mga rectifier diode, gaya ng ipinahihiwatig ng pangalan, ay idinisenyo upang maitama ang alternating current. Depende sa dalas at hugis AC boltahe nahahati sila sa high-frequency, low-frequency at pulse. Ang mga espesyal na uri ng semiconductor diodes ay gumagamit ng iba't ibang katangian pn mga transition: hindi pangkaraniwang bagay ng pagkasira, kapasidad ng hadlang, ang pagkakaroon ng mga seksyon na may negatibong pagtutol, atbp.

Sa istruktura, ang mga rectifier diode ay nahahati sa planar at point, at ayon sa teknolohiya ng pagmamanupaktura, sa haluang metal, pagsasabog at epitaxial. Planar diodes dahil sa malaking lugar pn-ginagamit ang mga junction upang itama ang matataas na agos. Ang mga point diode ay may maliit na junction area at, nang naaayon, ay idinisenyo upang itama ang maliliit na alon. Upang mapataas ang boltahe ng pagkasira ng avalanche, ginagamit ang mga pole ng rectifier, na binubuo ng isang serye ng mga diode na konektado sa serye.

Ang mga high power rectifier diode ay tinatawag na power diodes. Ang materyal para sa naturang mga diode ay kadalasang silikon o gallium arsenide. Ang Germanium ay halos hindi ginagamit dahil sa malakas na pagdepende sa temperatura ng reverse current. Ang mga silicone alloy diode ay ginagamit upang itama ang alternating current hanggang 5 kHz. Ang Silicon diffusion diodes ay maaaring gumana sa mga nakataas na frequency hanggang 100 kHz. Ang mga silicone epitaxial diode na may metal na substrate (na may Schottky barrier) ay maaaring gamitin sa mga frequency hanggang 500 kHz. Gallium arsenide diodes ay may kakayahang gumana sa hanay ng dalas hanggang sa ilang MHz.

Ang operasyon ng mga diode ay batay sa paggamit ng isang electron-hole junction - isang manipis na layer ng materyal sa pagitan ng dalawang lugar iba't ibang uri electrical conductivity - n at p. Ang pangunahing pag-aari ng paglipat na ito ay walang simetriko electrical conductivity, kung saan ang kristal ay pumasa sa kasalukuyang sa isang direksyon at hindi pumasa sa isa pa. Ang aparato ng paglipat ng electron-hole ay ipinapakita sa Fig. 1.1, a. Ang isang bahagi nito ay doped na may donor impurity at may electronic conductivity ( n-rehiyon); ang isa, doped na may acceptor impurity, ay may hole conductivity ( p-rehiyon). Ang mga konsentrasyon ng carrier sa mga rehiyon ay naiiba nang husto. Bilang karagdagan, ang parehong mga bahagi ay naglalaman ng isang maliit na konsentrasyon ng mga carrier ng minorya.

Fig.1.1. pn paglipat:

a - device, b - mga singil sa espasyo

Mga electron sa n- mga lugar ay may posibilidad na tumagos sa p- rehiyon kung saan mas mababa ang konsentrasyon ng elektron. Gayundin, mga butas p-lilipat ang mga lugar sa n-rehiyon. Bilang resulta ng paparating na paggalaw ng magkasalungat na mga singil, lumitaw ang tinatawag na diffusion current. Ang mga electron at butas, na dumaan sa interface, ay nag-iiwan ng magkasalungat na singil, na pumipigil sa karagdagang pagpasa ng kasalukuyang pagsasabog. Bilang resulta, ang dynamic na equilibrium ay itinatag sa hangganan, at kapag nagsasara p- at n- mga lugar na walang kasalukuyang dumadaloy sa circuit. Ang pamamahagi ng density ng singil sa espasyo sa paglipat ay ipinapakita sa Fig. 1.1, b. Sa kasong ito, sa loob ng kristal sa interface ay may sariling electric field E oct. , ang direksyon kung saan ay ipinapakita sa Fig. 1.1, a. Ang intensity nito ay maximum sa interface, kung saan may biglang pagbabago sa tanda ng space charge. At pagkatapos ay ang semiconductor ay neutral.

Potensyal na taas ng hadlang sa pn ang paglipat ay tinutukoy ng potensyal na pagkakaiba sa pakikipag-ugnay n- at p-mga lugar, na, sa turn, ay nakasalalay sa konsentrasyon ng mga impurities sa kanila:

, (1.1)

nasaan ang thermal potential, N n at Pp ay ang mga konsentrasyon ng mga electron at butas sa n- at p-mga lugar, n i ay ang konsentrasyon ng mga carrier ng singil sa undoped semiconductor.

Ang potensyal na pagkakaiba ng contact para sa germanium ay 0.6 ... 0.7 V, at para sa silicon - 0.9 ... 1.2 V. Ang taas ng potensyal na hadlang ay maaaring baguhin sa pamamagitan ng paglalapat ng panlabas na boltahe sa pn paglipat. Kung ang larangan ng panlabas na boltahe ay nag-tutugma sa panloob, kung gayon ang taas ng potensyal na hadlang ay tumataas; kapag ang inilapat na boltahe ay baligtad, ang taas ng hadlang ay bumababa. Kung ang inilapat na boltahe ay katumbas ng potensyal na pagkakaiba sa pakikipag-ugnay, pagkatapos ay ganap na mawala ang potensyal na hadlang.

Samakatuwid, kung ang isang panlabas na boltahe ay nagpapababa sa potensyal na hadlang, ito ay tinatawag na direkta, at kung ito ay nagpapataas nito, ito ay tinatawag na reverse.

Ang simbolo at kasalukuyang-boltahe na katangian (CVC) ng isang perpektong diode ay ipinapakita sa Fig. 1.2.

Ang output kung saan dapat ilapat ang isang positibong potensyal ay tinatawag na anode, ang output na may negatibong potensyal ay tinatawag na katod (Larawan 1.2, a). Ang isang perpektong diode sa direksyon ng conductive ay may zero resistance. Sa di-conductive na direksyon - isang walang katapusang malaking pagtutol (Larawan 1.2, b).

Larawan 1.2 Simbolo (a) at CVC

katangian ng isang perpektong diode (b)

sa semiconductor R-uri, ang mga butas ay ang pangunahing carrier. Ang mga butas na electrical conductivity ay nilikha sa pamamagitan ng pagpasok ng mga atomo ng isang acceptor impurity. Ang kanilang valency ay isang mas mababa kaysa sa mga semiconductor atoms. Sa kasong ito, ang mga impurity atoms ay kumukuha ng mga semiconductor electron at lumikha ng mga butas - mga mobile charge carrier.

sa semiconductor n-type ang pangunahing carrier ay mga electron. Ang electronic electrical conductivity ay nilikha sa pamamagitan ng pagpapakilala ng donor impurity atoms. Ang kanilang valency ay isa pa kaysa sa mga semiconductor atoms. Nabubuo mga covalent bond na may mga semiconductor atoms, ang impurity atoms ay hindi gumagamit ng 1 electron, na nagiging libre. Ang mga atom mismo ay nagiging hindi kumikibo na mga positibong ion.

Kung ang pinagmumulan ng boltahe ay konektado sa mga panlabas na terminal ng diode sa direksyong pasulong, kung gayon ang pinagmumulan ng boltahe na ito ay lilikha sa distrito paglipat ng electric field na nakadirekta patungo sa panloob. Ang resultang field ay bababa. Sisimulan nito ang proseso ng pagsasabog. Ang isang direktang kasalukuyang ay dadaloy sa diode circuit. Kung mas malaki ang halaga ng panlabas na boltahe, mas maliit ang halaga ng panloob na field, mas makitid ang blocking layer, mas malaki ang halaga ng forward current. Sa pagtaas ng panlabas na boltahe, ang direktang kasalukuyang pagtaas ng exponentially (Fig. 1.3). Kapag ang isang tiyak na halaga ng panlabas na diin ay naabot, ang lapad ng barrier layer ay bababa sa zero. Ang pasulong na kasalukuyang ay limitado lamang sa pamamagitan ng paglaban ng lakas ng tunog at tataas nang linear habang tumataas ang boltahe.

Fig.1.3. IV na katangian ng isang tunay na diode

Sa kasong ito, ang pagbaba ng boltahe sa buong diode ay isang pasulong na pagbaba ng boltahe. Ang halaga nito ay maliit at depende sa materyal:

germanium Sinabi ni Ge: U pr= (0.3 - 0.4) V;

silikon Si: U pr\u003d (0.6 - 1) V.

Kung babaguhin mo ang polarity ng panlabas na boltahe, kung gayon ang electric field ng pinagmulang ito ay magkakasabay sa panloob. Ang resultang field ay tataas, ang lapad ng barrier layer ay tataas, at ang kasalukuyang ay perpektong hindi dumadaloy sa kabaligtaran na direksyon; ngunit dahil ang mga semiconductor ay hindi perpekto at bilang karagdagan sa mga pangunahing mobile carrier mayroong isang maliit na bilang ng mga menor de edad, bilang isang resulta, isang reverse kasalukuyang arises. Ang halaga nito ay depende sa konsentrasyon ng mga carrier ng minorya at kadalasan ay iilan hanggang sampu-sampung microamperes.

Ang konsentrasyon ng mga carrier ng minorya ay mas mababa kaysa sa konsentrasyon ng mga pangunahing, kaya maliit ang reverse current. Ang magnitude ng kasalukuyang ito ay hindi nakasalalay sa magnitude ng reverse boltahe. Ang Silicon reverse current ay ilang mga order ng magnitude na mas mababa kaysa sa germanium, ngunit ang mga silicon diode ay may mas mataas na forward voltage drop. Ang konsentrasyon ng mga carrier ng minorya ay nakasalalay sa temperatura, at habang tumataas ito, tumataas ang reverse current, kaya tinatawag itong thermal current I o:

I o (T) \u003d I o (T o)e a D T,

DT=T-T o ; at Ge =0.09k -1; at Si \u003d 0.13k -1; I oGe >>I oSi . .

Mayroong tinatayang formula

I o (T)=I o (T o)2 T * ,

saan T*- pagtaas ng temperatura, na tumutugma sa pagdodoble ng thermal current,

T*Ge=8...10 o C; T*Si=6°C.

Analytical expression para sa VAC r-p ang paglipat ay mukhang:

, (1.2)

saan U ay ang inilapat na panlabas na boltahe.

Para sa temperatura na 20 ° C φ t = 0.025V.

Sa pagtaas ng temperatura dahil sa pagtaas ng thermal current at pagbaba sa potensyal na hadlang, pagbawas sa paglaban ng mga layer ng semiconductor, ang paglilipat ng direktang sangay ng katangian ng I-V ay nangyayari sa rehiyon ng mataas na alon. . Bumababa ang lakas ng paglaban ng mga semiconductor n at R. Bilang resulta, ang pasulong na pagbaba ng boltahe ay magiging mas mababa. Habang tumataas ang temperatura, dahil sa pagbaba ng pagkakaiba sa pagitan ng mga konsentrasyon ng major at minor carrier, bumababa ang potensyal na barrier ng barrier layer, na hahantong din sa pagbaba ng U pr, dahil ang barrier layer ay mawawala sa mas mababang boltahe.

Ang parehong kasalukuyang ay tumutugma sa iba't ibang mga pasulong na boltahe (Larawan 1.4), na bumubuo ng pagkakaiba sa DU,

saan e- temperatura koepisyent ng boltahe.

Kung ang kasalukuyang sa pamamagitan ng diode ay pare-pareho, ang pagbaba ng boltahe sa buong diode ay bababa. Sa pagtaas ng temperatura ng isang degree, ang pasulong na pagbagsak ng boltahe ay bumababa ng 2 mV.


kanin. 1.4. VAC r-p paglipat sa Fig. 1.5. CVC ng germanium at

iba't ibang temperatura ng mga diode ng silikon

Habang tumataas ang temperatura, ang reverse branch ng kasalukuyang-boltahe na katangian ay nagbabago pababa (Larawan 1.4). Ang operating temperature range para sa germanium diodes ay 80 ° C, para sa silicon diodes 150 ° C.

Ang mga katangian ng IV ng germanium at silicon diodes ay ipinapakita sa Fig. 1.5.

Differential resistance r-p paglipat (Larawan 1.6):

(1.3)

Sa pagtaas ng kasalukuyang r d- bumababa.

Fig. 1.6 Kahulugan ng kaugalian

paglaban sa diode

Paglaban direktang kasalukuyang r-p paglipat: .

Ang paglaban ng DC ay nailalarawan sa pamamagitan ng slope ng tuwid na linya na iginuhit mula sa pinagmulan hanggang ibinigay na punto. Ang paglaban na ito ay nakasalalay din sa magnitude ng kasalukuyang: sa pagtaas ng I, bumababa ang paglaban . R Ge< R Si .

Ang IV na katangian ng isang semiconductor diode ay medyo naiiba mula sa IV na katangian ng isang perpektong diode. Kaya, dahil sa kasalukuyang pagtagas sa ibabaw ng kristal, ang tunay na reverse current ay magiging mas malaki kaysa sa thermal current. Alinsunod dito, ang reverse resistance ng isang real diode ay mas mababa kaysa sa isang ideal. r-p paglipat.

Ang pasulong na pagbaba ng boltahe ay mas malaki kaysa sa perpekto r-p paglipat. Ito ay dahil sa pagbaba ng boltahe sa mga layer ng semiconductor. R at P uri. Bukod dito, sa mga totoong diode ang isa sa mga layer R o P ay may mas mataas na konsentrasyon ng mga pangunahing carrier kaysa sa iba. Ang isang layer na may mataas na konsentrasyon ng karamihan sa mga carrier ay tinatawag na isang emitter; ito ay may hindi gaanong pagtutol. Ang layer na may mas mababang konsentrasyon ng karamihan sa mga carrier ay tinatawag na base. Mayroon itong medyo maraming pagtutol.

Ang pagtaas sa pasulong na pagbaba ng boltahe ay nangyayari dahil sa pagbaba ng boltahe sa base resistance.

Upang makalkula ang mga electronic circuit na naglalaman ng mga diode ng semiconductor, kinakailangan na kumatawan sa kanila sa anyo ng mga katumbas na circuit. Ang katumbas na circuit ng isang semiconductor diode na may piecewise linear approximation ng CVC nito ay ipinapakita sa Fig. 1.7. Ipinapakita ng Figure 1.8 ang mga katumbas na circuit gamit ang mga katangian ng I–V ng isang ideal na diode at ang mga katangian ng I–V ng isang ideal. pn paglipat ( r d ay ang paglaban ng diode, r ay ang leakage resistance ng diode).

Fig.1.7. Approximation ng kasalukuyang-boltahe na katangian ng isang diode

mga linear na segment


Fig.1.8. Pagpapalit ng Diodes Gamit ang I-V Characteristics

ideal na diode (a) at CVC ideal pn paglipat (b)

Ang pagpapatakbo ng isang diode sa isang circuit na may load. Isaalang-alang ang pinakasimpleng circuit na may diode at isang risistor, at ang pagkilos ng isang bipolar boltahe sa input nito (Larawan 1.9). Ang pattern ng pamamahagi ng boltahe sa mga elemento ng circuit ay tinutukoy ng posisyon ng mga linya ng pag-load (Larawan 1.10) - sa graph ng CVC ng diode, dalawang puntos ang naka-plot kasama ang axis ng boltahe sa parehong direksyon, na tinutukoy ng +Um at –Um supply boltahe, na tumutugma sa boltahe sa kabuuan ng diode na may shorted load R n, at ang mga alon ay idineposito sa kasalukuyang axis sa parehong direksyon U m / R n at - U m / R n, na tumutugma sa isang pinaikling diode. Ang dalawang puntong ito ay konektado sa mga pares sa pamamagitan ng mga tuwid na linya, na tinatawag na load. Mag-load ng mga interseksyon ng linya R n sa una at ikatlong kuwadrante na may mga sanga

Ang mga katangian ng I-V ng diode para sa bawat yugto ng supply boltahe ay tumutugma sa



kanin. 1.9. Circuit na may diode at Fig. 1.10. CVC diode na may load

direktang pagkarga

ang kanilang magkaparehong mga alon (na kinakailangan kapag sila ay konektado sa serye) at matukoy ang posisyon ng mga operating point.

positibong kalahating alon U>0, U=Um.

Ang polarity na ito ay direkta para sa isang diode. Ang kasalukuyang at boltahe ay palaging makakatugon sa mga katangian ng kasalukuyang boltahe:

,

Bukod dito:

U d \u003d U m - I d R H;

sa I d \u003d 0, U d \u003d U m;

sa U d \u003d 0, I d \u003d U m / R H;

na may direktang koneksyon U m >> U pr(Larawan 1.10).

Sa praktikal na aplikasyon U pr>0 (U pr- pasulong na boltahe) kapag nakabukas ang diode. Kapag ang diode ay nagpapatakbo sa pasulong na direksyon, ang boltahe sa kabuuan nito ay minimal - ( Sinabi ni Ge-0.4V; Si-0.7 V), at maaari itong ituring na humigit-kumulang katumbas ng zero. Ang kasalukuyang ay magiging maximum.



Fig.1.11. Boltahe at kasalukuyang signal sa isang diode circuit na may load

.

negatibong kalahating alon U<0, U= -U m .

Ang katangian ng diode ay pareho, ngunit

U d \u003d -U m -I d R H,;

I d \u003d 0, U d \u003d U m;

U d =0, I d =U m /R H ; U H<

Mga kapasidad r-p paglipat. Kapag naka-on r-p paglipat sa kabaligtaran ng direksyon, pati na rin sa maliliit na pasulong na boltahe sa rehiyon r-p transition mayroong double electric layer: in R mga lugar - negatibo, sa P mga lugar - positibo.

Ang akumulasyon ng isang uncompensated charge sa layer na ito ay humahantong sa hitsura ng isang kapasidad r-p transition, na tinatawag na barrier capacitance. Ito ay nagpapakilala sa pagbabago sa naipon na singil na may pagbabago sa panlabas na boltahe ayon sa Fig. 1.12. C b \u003d dQ / dU .

kanin. 1.12. Pagdepende sa kapasidad ng hadlang

mula sa reverse boltahe.

Ang kapasidad ng hadlang ay nakasalalay sa mga geometric na sukat r-p paglipat. Sa pagtaas Arr lapad r-p tumataas ang paglipat, at bumababa ang kapasidad.

Kapag ang diode ay naka-on sa pasulong na direksyon, ang barrier capacitance ay halos nawawala, at sa base layer ng diode, ang mga minoryang carrier na inilipat mula sa emitter ay naipon. Ang akumulasyon ng singil na ito ay lumilikha din ng capacitance effect, na tinatawag na diffusion capacitance. C d karaniwang lumalampas C b.

Natutukoy ang kapasidad ng pagsasabog C d \u003d dQ d / dU.

Ang mga kapasidad na ito ay nakakaapekto sa pagpapatakbo ng mga diode sa mataas na frequency. Mga kapasidad r-p ang paglipat ay kasama sa katumbas na circuit (Larawan 1.13).


kanin. 1.13. Ang mga katumbas na circuit ng diode na isinasaalang-alang ang mga kapasidad:

a – kapasidad ng hadlang; b - kapasidad ng pagsasabog

Lumilipas na mga proseso sa diodes. Kapag ang mga diode ay nagpapatakbo ng mga signal na may mataas na dalas (1-10 MHz), ang proseso ng paglipat mula sa isang non-conductive na estado patungo sa isang conductive na estado at vice versa ay hindi nangyayari kaagad dahil sa pagkakaroon ng kapasidad sa paglipat, dahil sa akumulasyon ng mga singil sa base ng diode.

Ipinapakita ng Figure 1.14 ang mga timing diagram ng pagbabago sa mga alon sa pamamagitan ng diode at ang load na may mga rectangular pulses ng supply boltahe. Ang mga kapasidad sa diode circuit ay nakakasira sa nangunguna at sumusunod na mga gilid ng mga pulso, na nagiging sanhi ng paglitaw ng oras ng pagsipsip tp.

Kapag pumipili ng isang diode para sa isang partikular na circuit, ang mga katangian ng dalas at bilis nito ay dapat isaalang-alang.

kanin. 1.14. Lumilipas na mga proseso sa

switching diode:

t f1- ang tagal ng nangungunang gilid ng paglipat;

t f2- ang tagal ng trailing edge;

tp- oras ng paglusaw.

Pagkasira r-p paglipat. Ang reverse boltahe ng diode ay hindi maaaring tumaas sa isang di-makatwirang malaking halaga. Sa ilang reverse boltahe, katangian ng bawat uri ng diode, mayroong isang matalim na pagtaas sa reverse kasalukuyang. Ang epektong ito ay tinatawag na transition breakdown. Mayroong ilang mga uri ng pagkasira (Larawan 1.15):

1 - pagkasira ng avalanche, kapag ang pagtaas sa reverse current ay nangyayari dahil sa pagdami ng avalanche ng mga hindi pangunahing carrier;

kanin. 1.15. CVC para sa iba't ibang uri ng pagkasira

2-tunnel breakdown, kapag ang overcoming ng potensyal na hadlang at ang blocking layer ay nangyayari dahil sa tunnel effect.

Sa panahon ng avalanche at tunnel breakdown, ang reverse current ay tumataas sa isang pare-parehong reverse boltahe.

Ito ay mga pagkasira ng kuryente. Ang mga ito ay nababaligtad. Pagkatapos tanggalin Arr binabawi ng diode ang mga katangian nito.

3- thermal breakdown, ito ay nangyayari kapag ang dami ng init na inilabas r-p junction, mas maraming init ang ibinibigay ng ibabaw ng diode sa kapaligiran. Gayunpaman, sa pagtaas ng temperatura r-p paglipat, ang konsentrasyon ng mga carrier ng minorya ay tumataas, na humahantong sa isang mas malaking pagtaas sa reverse current, na, naman, ay humahantong sa pagtaas ng temperatura, atbp. Dahil para sa mga diode na ginawa batay sa germanium, I arr higit pa kaysa sa mga diode na nakabatay sa silikon, pagkatapos ay para sa una, ang posibilidad ng thermal breakdown ay mas mataas kaysa sa huli. Samakatuwid, ang pinakamataas na temperatura ng pagpapatakbo para sa mga diode ng silikon ay mas mataas (150 o ... 200 o C) kaysa sa mga germanium (75 o ... 90 o C).

Sa breakdown na ito r-p ang paglipat ay nawasak.

Mga tanong sa pagsusulit.

1. Ano ang semiconductor diode? Katangian ng kasalukuyang boltahe ng isang perpekto at tunay na diode?

2. Anong mga materyales ang ginagamit sa paggawa ng semiconductor diodes? Paano lumikha ng mga rehiyon ng isa o ibang uri ng conductivity sa isang semiconductor substrate?

3. Ano ang intrinsic electric field sa isang kristal sa hangganan p-n- paglipat? Paano ito nagbabago kapag ang isang panlabas na boltahe ay inilapat?

4. Ano ang nagpapaliwanag sa epekto ng one-way conduction p-n- junction sa isang semiconductor?

5. Mga katangian ng kasalukuyang boltahe pn-transisyon para sa germanium at silicon diodes kapag nagbabago ang panlabas na temperatura?

6. Paano tinutukoy ang differential resistance ng isang diode?

7. Paano nabuo ang kasalukuyang-boltahe na mga katangian ng isang diode na may tuwid na linya ng pagkarga?

8. Ipaliwanag ang mekanismo ng pagbuo ng barrier at diffusion capacitances ng diode? Paano sila makakaapekto sa pagpapatakbo ng diode sa AC circuits?

Lektura 2 Mga espesyal na uri

Ang mga semiconductor ay mga sangkap na sumasakop sa isang intermediate na posisyon sa pagitan ng mga conductor at insulator sa kanilang mga electrically conductive properties.
Sa semiconductors, tulad ng sa mga metal, ang kasalukuyang ay isang nakaayos na paggalaw ng mga sisingilin na particle.
Gayunpaman, kasama ang paggalaw ng mga negatibong singil (mga electron) sa mga semiconductor, mayroong isang iniutos na paggalaw ng mga positibong singil, ang tinatawag na. - butas.

butas nakuha sa pakikilahok mga ion semiconductor substance - mga atomo na may runaway na mga electron. Sa katotohanan, ang mga ionized na atom ay hindi umaalis sa kanilang lugar sa kristal na sala-sala. Sa katunayan, mayroong unti-unting pagbabago sa estado ng mga atomo ng bagay, kapag ang mga electron ay tumalon mula sa isang atom patungo sa isa pa. Mayroong isang proseso na sa panlabas ay mukhang isang nakaayos na paggalaw ng ilang mga particle na may kondisyon na positibong sisingilin - butas.

Sa isang ordinaryong, purong semiconductor, ang ratio butas at libreng electrodes 50%:50%.
Ngunit ito ay nagkakahalaga ng pagdaragdag ng isang maliit na halaga ng sangkap - mga impurities sa semiconductor, dahil ang ratio na ito ay sumasailalim sa mga makabuluhang pagbabago. Depende sa mga tampok ng idinagdag na substansiya, ang semiconductor ay nakakakuha ng alinman sa isang binibigkas na electronic conductivity (n-type), o mga butas (p-type) ang naging pangunahing carrier nito.

Semiconductor junction(p-n) ay nabuo sa junction ng dalawang fragment ng isang semiconductor material na may magkaibang conductivity. Ito ay isang lubhang manipis na rehiyon na naubos ng parehong uri ng mga carrier. Ang p-n junction ay may maliit na pagtutol kapag ang direksyon ng kasalukuyang ay pasulong, at isang napakalaking pagtutol kapag ang direksyon ng kasalukuyang ay baligtad.

Ang isang maginoo na semiconductor diode ay binubuo ng isang solong semiconductor junction na may dalawang terminal - anode(positibong elektrod) at katod- negatibong elektrod. Alinsunod dito, ang diode ay may ari-arian unilateral na pagpapadaloy- ito ay nagsasagawa ng kasalukuyang mahusay sa pasulong na direksyon at masama sa tapat na direksyon.

Ano ang ibig sabihin nito sa pagsasanay?
Isipin ang isang de-koryenteng circuit na binubuo ng isang baterya at isang maliwanag na bombilya na konektado sa serye sa pamamagitan ng isang semiconductor diode. Ang lampara ay sisindi lamang kung anode(positibong elektrod) ay konektado sa plus ng power source (baterya) at katod(negatibong elektrod) hanggang sa minus - sa pamamagitan ng filament ng bombilya.

Ito ang direktang pagsasama ng isang semiconductor diode. Kung i-reverse mo ang polarity ng power supply, ang diode ay i-on sa reverse - ang ilaw ay hindi sisindi. Bigyang-pansin ang hitsura ng pagtatalaga ng isang semiconductor diode sa diagram - isang tatsulok na arrow na nagpapahiwatig ng direktang koneksyon ay tumutugma sa direksyon ng kasalukuyang karaniwang tinatanggap sa electrical engineering - mula sa plus ng pinagmumulan ng kapangyarihan hanggang sa minus. Ang patayong gitling na katabi nito ay sumisimbolo sa isang balakid sa paggalaw ng kasalukuyang sa tapat na direksyon.

Mayroong isang kinakailangan para sa normal na operasyon ng anumang semiconductor diode. Ang boltahe ng power supply ay dapat lumampas sa isang tiyak na threshold (ang halaga ng potensyal na panloob na bias p-n junction). Para sa rectifier diodes, ito ay karaniwang mas mababa sa 1 volt, para sa germanium high-frequency diodes ito ay tungkol sa 0.1 volts, para sa LEDs maaari itong lumampas sa 3 volts. Ang pag-aari na ito ng semiconductor diodes ay maaaring gamitin upang lumikha ng mababang boltahe na nagpapatatag ng mga suplay ng kuryente.

Kung ikinonekta mo ang diode pabalik at unti-unting tataas ang boltahe ng pinagmumulan ng kapangyarihan, sa ilang mga punto ay tiyak na magaganap ang isang reverse electrical breakdown ng p-n junction. Ang diode ay magsisimulang magpasa ng kasalukuyang sa kabaligtaran na direksyon, at ang junction ay masisira. Ang halaga ng maximum na pinahihintulutang reverse voltage (Ureverse) ay malawak na nag-iiba para sa iba't ibang uri ng semiconductor diodes at ito ay isang napakahalagang parameter.

Ang pangalawa, walang gaanong mahalagang parameter ay maaaring tawaging limitasyon ng halaga ng pasulong na kasalukuyang-Upr. Ang parameter na ito ay direktang nakasalalay sa magnitude ng pagbaba ng boltahe sa junction ng semiconductor diode, ang materyal ng semiconductor at ang mga katangian ng paglipat ng init ng kaso.


Ang paggamit ng anumang mga materyales sa pahinang ito ay pinapayagan kung mayroong isang link sa site

Ito ay lubos na nakasalalay sa konsentrasyon ng mga impurities. Ang mga semiconductor na ang mga katangian ng electrophysical ay nakasalalay sa mga impurities ng iba pang mga elemento ng kemikal ay tinatawag na impurity semiconductors. Mayroong dalawang uri ng impurities, donor at acceptor.

Donor tinatawag ang isang karumihan, ang mga atomo nito ay nagbibigay sa semiconductor ng mga libreng electron, at ang electrical conductivity na nakuha sa kasong ito, na nauugnay sa paggalaw ng mga libreng electron, ay elektroniko. Ang isang semiconductor na may electronic conductivity ay tinatawag na electronic semiconductor at conventionally na tinutukoy ng Latin na letrang n - ang unang titik ng salitang "negatibo".

Isaalang-alang natin ang proseso ng pagbuo ng electronic conductivity sa isang semiconductor. Kinukuha namin ang silikon bilang pangunahing materyal na semiconductor (ang mga semiconductor ng silikon ang pinakakaraniwan). Ang Silicon (Si) ay may apat na electron sa panlabas na orbit ng atom, na tumutukoy sa mga katangian ng electrophysical nito (iyon ay, gumagalaw sila sa ilalim ng impluwensya ng boltahe upang lumikha ng isang electric current). Kapag ang arsenic (As) impurity atoms ay ipinakilala sa silicon, na mayroong limang electron sa outer orbit, apat na electron ang nakikipag-ugnayan sa apat na electron ng silicon, na bumubuo ng covalent bond, at ang ikalimang electron ng arsenic ay nananatiling libre. Sa ilalim ng mga kondisyong ito, madali itong humiwalay sa atom at nakakakuha ng pagkakataong lumipat sa sangkap.

tumanggap Ang isang karumihan ay tinatawag na isang karumihan na ang mga atomo ay tumatanggap ng mga electron mula sa mga atomo ng pangunahing semiconductor. Ang nagresultang electrical conductivity, na nauugnay sa paggalaw ng mga positibong singil - mga butas, ay tinatawag na butas. Ang semiconductor na may hole electrical conductivity ay tinatawag na hole semiconductor at conventionally na tinutukoy ng Latin na letrang p - ang unang titik ng salitang "positibo".

Isaalang-alang natin ang proseso ng pagbuo ng conductivity ng butas. kapag ang indium (In) impurity atoms ay ipinapasok sa silicon, na mayroong tatlong electron sa panlabas na orbit, nagbubuklod sila sa tatlong electron ng silicon, ngunit ang bono na ito ay lumalabas na hindi kumpleto: kulang ang isa pang electron upang mag-bond sa ikaapat na electron ng silikon. Ang impurity atom ay nakakabit sa nawawalang electron mula sa isa sa mga kalapit na atomo ng pangunahing semiconductor, pagkatapos nito ay nakagapos sa lahat ng apat na kalapit na atomo. Dahil sa pagdaragdag ng isang elektron, nakakakuha ito ng labis na negatibong singil, iyon ay, ito ay nagiging negatibong ion. Kasabay nito, ang semiconductor atom, kung saan ang ikaapat na elektron ay umalis para sa impurity atom, ay lumalabas na konektado sa mga kalapit na atom sa pamamagitan lamang ng tatlong electron. kaya, mayroong labis na positibong singil at lumilitaw ang isang hindi napunong bono, iyon ay butas.

Ang isa sa mga mahalagang katangian ng isang semiconductor ay na sa pagkakaroon ng mga butas, ang isang kasalukuyang ay maaaring dumaan dito, kahit na walang mga libreng electron sa loob nito. Ito ay dahil sa kakayahan ng mga butas na lumipat mula sa isang semiconductor atom patungo sa isa pa.

Paglipat ng "mga butas" sa isang semiconductor

Sa pamamagitan ng pagpapasok ng isang donor impurity sa isang bahagi ng isang semiconductor at isang acceptor impurity sa isa pang bahagi, posible na makakuha ng mga rehiyon na may electron at hole conductivity dito. Ang tinatawag na electron-hole transition ay nabuo sa hangganan sa pagitan ng mga rehiyon ng electronic at hole conduction.

P-N junction

Isaalang-alang ang mga prosesong nagaganap kapag dumaan ang kasalukuyang paglipat ng electron-hole. Ang kaliwang layer, na may label na n, ay electronic na conductive. Ang kasalukuyang nasa loob nito ay nauugnay sa paggalaw ng mga libreng electron, na conventionally na ipinahiwatig ng mga bilog na may minus sign. Ang kanang layer, na tinutukoy ng titik p, ay may butas na conductivity. Ang kasalukuyang sa layer na ito ay nauugnay sa paggalaw ng mga butas, na ipinahiwatig ng mga bilog na may "plus" sa figure.




Paggalaw ng mga electron at butas sa direktang pagpapadaloy ng rehimen




Ang paggalaw ng mga electron at butas sa reverse conduction na rehimen.

Kapag ang mga semiconductor na may iba't ibang uri ng conductivity ay nakipag-ugnayan, ang mga electron ay dahil sa pagsasabog ay magsisimulang lumipat sa p-rehiyon, at mga butas - sa n-rehiyon, bilang isang resulta kung saan ang boundary layer ng n-rehiyon ay positibong sinisingil, at ang hangganan na layer ng p-rehiyon ay negatibong sisingilin. Ang isang electric field ay lumitaw sa pagitan ng mga rehiyon, na kung saan ay, tulad nito, mga hadlang para sa mga pangunahing kasalukuyang carrier, dahil sa kung saan ang isang rehiyon na may pinababang konsentrasyon ng singil ay nabuo sa p-n junction. Ang electric field sa p-n junction ay tinatawag na potential barrier, at ang p-n junction ay tinatawag na blocking layer. Kung ang direksyon ng panlabas na electric field ay kabaligtaran sa direksyon ng patlang ng p-n junction ("+" sa p-rehiyon, "-" sa n-rehiyon), pagkatapos ay bumababa ang potensyal na hadlang, ang konsentrasyon ng mga singil sa p-n junction ay tumataas, ang lapad at, samakatuwid, ang transition resistance ay bumababa. Kapag ang polarity ng pinagmulan ay binago, ang panlabas na electric field ay tumutugma sa direksyon ng field ng p-n junction, ang lapad at paglaban ng junction ay tumataas. Samakatuwid, ang p-n junction ay may mga katangian ng balbula.

semiconductor diode

diode tinatawag na electrically converting semiconductor device na may isa o higit pang p-n junction at dalawang lead. Depende sa pangunahing layunin at ang kababalaghan na ginamit sa p-n junction, mayroong ilang mga pangunahing functional na uri ng semiconductor diodes: rectifier, high-frequency, pulse, tunnel, zener diodes, varicaps.

Basic mga katangian ng semiconductor diodes ay ang kasalukuyang-boltahe na katangian (VAC). Para sa bawat uri ng semiconductor diode, ang katangian ng I–V ay may ibang anyo, ngunit lahat sila ay batay sa katangian ng I–V ng isang junction rectifier diode, na mayroong anyo:


Kasalukuyang-boltahe na katangian (CVC) ng diode: 1 - direktang kasalukuyang-boltahe na katangian; 2 - reverse kasalukuyang-boltahe na katangian; 3 - lugar ng pagkasira; 4 - rectilinear approximation ng direktang kasalukuyang-boltahe na katangian; Sa itaas ay ang threshold boltahe; rdyn ay dynamic na pagtutol; Uprob - breakdown boltahe

Ang sukat sa kahabaan ng y-axis para sa mga negatibong halaga ng mga alon ay pinili nang maraming beses na mas malaki kaysa sa mga positibo.

Ang kasalukuyang-boltahe na mga katangian ng mga diode ay dumadaan sa zero, ngunit ang isang sapat na kapansin-pansing kasalukuyang lilitaw lamang kapag boltahe ng threshold(U noon), na para sa germanium diodes ay 0.1 - 0.2 V, at para sa silicon diodes ito ay 0.5 - 0.6 V. Sa rehiyon ng mga negatibong halaga ng boltahe​​sa diode, sa medyo mababang boltahe (U arr. ) nangyayari baligtarin ang kasalukuyang(I arr). Ang kasalukuyang ito ay nilikha ng mga carrier ng minorya: mga electron ng p-rehiyon at mga butas ng n-rehiyon, ang paglipat kung saan mula sa isang rehiyon patungo sa isa pa ay pinadali ng isang potensyal na hadlang malapit sa interface. Sa isang pagtaas sa reverse boltahe, ang isang pagtaas sa kasalukuyang ay hindi nangyayari, dahil ang bilang ng mga carrier ng minorya na lumilitaw sa hangganan ng paglipat sa bawat yunit ng oras ay hindi nakasalalay sa boltahe na inilapat mula sa labas, kung ito ay hindi masyadong malaki. Ang reverse current para sa mga diode ng silicon ay ilang mga order ng magnitude na mas mababa kaysa sa mga germanium. Karagdagang pagtaas sa reverse boltahe sa pagkasira ng boltahe(U sample) ay humahantong sa katotohanan na ang mga electron mula sa valence band ay pumasa sa conduction band, mayroon epekto ng zener. Sa kasong ito, ang reverse current ay tumataas nang husto, na nagiging sanhi ng pag-init ng diode at ang karagdagang pagtaas sa kasalukuyang ay humahantong sa thermal breakdown at pagkasira ng p-n junction.

Ang pagtatalaga at kahulugan ng pangunahing mga de-koryenteng parameter ng diodes


Ang pagtatalaga ng semiconductor diode

Tulad ng nabanggit kanina, ang diode ay nagsasagawa ng kasalukuyang sa isang direksyon (ibig sabihin, sa isip, ito ay isang konduktor lamang na may mababang pagtutol), sa kabilang direksyon ay hindi ito (i.e., ito ay nagiging isang konduktor na may napakataas na pagtutol), sa isang salita , mayroon itong unilateral na pagpapadaloy. Alinsunod dito, mayroon lamang siyang dalawang konklusyon. Sila, gaya ng nakagawian mula noong panahon ng teknolohiya ng lampara, ay tinatawag anode(positibong konklusyon) at katod(negatibo).

Ang lahat ng semiconductor diodes ay maaaring nahahati sa dalawang grupo: rectifier at espesyal. Rectifier Diodes, gaya ng ipinahihiwatig ng pangalan, ay idinisenyo upang itama ang alternating current. Depende sa dalas at hugis ng alternating boltahe, nahahati sila sa high-frequency, low-frequency at pulse. Espesyal ang mga uri ng semiconductor diodes ay gumagamit ng iba't ibang katangian p-n-transisyon; kababalaghan ng pagkasira, kapasidad ng hadlang, ang pagkakaroon ng mga lugar na may negatibong pagtutol, atbp.

Rectifier Diodes

Sa istruktura, ang mga rectifier diode ay nahahati sa planar at point, at ayon sa teknolohiya ng pagmamanupaktura, sa haluang metal, pagsasabog at epitaxial. Ang mga planar diode, dahil sa malaking lugar ng p-n junction, ay ginagamit upang ituwid mataas na agos. Ang mga point diode ay may maliit na junction area at, nang naaayon, ay idinisenyo para sa pagwawasto maliliit na agos. Upang mapataas ang boltahe ng pagkasira ng avalanche, ginagamit ang mga pole ng rectifier, na binubuo ng isang serye ng mga diode na konektado sa serye.

Ang mga high power rectifier diode ay tinatawag kapangyarihan. Ang materyal para sa naturang mga diode ay kadalasang silikon o gallium arsenide. Ang mga diode ng silikon na haluang metal ay ginagamit upang itama ang alternating current na may dalas na hanggang 5 kHz. Ang Silicon diffusion diodes ay maaaring gumana sa mas mataas na frequency, hanggang sa 100 kHz. Ang mga silicone epitaxial diode na may metal na substrate (na may Schottky barrier) ay maaaring gamitin sa mga frequency hanggang 500 kHz. Gallium arsenide diodes ay may kakayahang gumana sa hanay ng dalas hanggang sa ilang MHz.

Ang mga power diode ay karaniwang nailalarawan sa pamamagitan ng isang hanay ng mga static at dynamic na mga parameter. Upang mga static na parameter Kasama sa mga diode ang:

  • pagbaba ng boltahe U CR sa diode sa isang tiyak na halaga ng direktang kasalukuyang;
  • baligtarin ang kasalukuyang Nakarating ako sa isang tiyak na halaga ng reverse boltahe;
  • ibig sabihin direktang kasalukuyang I pr.cf. ;
  • pabigla-bigla baligtad na boltahe Arr. ;

Upang mga dynamic na parameter Ang diode ay ang mga katangian ng oras at dalas nito. Kasama sa mga opsyong ito ang:

  • oras ng pagbawi t reverse boltahe;
  • oras ng pagtaas direct current ako palabas. ;
  • limitahan ang dalas nang hindi binabawasan ang mga mode ng diode f max .

Ang mga static na parameter ay maaaring itakda ayon sa kasalukuyang boltahe na katangian ng diode.

Ang reverse recovery time ng diode tvos ay ang pangunahing parameter ng rectifier diodes, na nagpapakilala sa kanilang mga inertial properties. Natutukoy ito sa pamamagitan ng paglipat ng diode mula sa isang naibigay na pasulong na kasalukuyang I CR sa isang ibinigay na reverse boltahe U arr. Sa panahon ng paglipat, ang boltahe sa kabuuan ng diode ay nakakakuha ng kabaligtaran na halaga. Dahil sa pagkawalang-galaw ng proseso ng pagsasabog, ang kasalukuyang sa diode ay hindi agad huminto, ngunit sa paglipas ng panahon t nar. Sa esensya, mayroong resorption ng mga singil sa hangganan ng p-n junction (ibig sabihin, isang discharge ng katumbas na kapasidad). Ito ay sumusunod mula dito na ang mga pagkawala ng kuryente sa diode ay tumaas nang husto kapag ito ay naka-on, lalo na kapag ito ay naka-off. Dahil dito, pagkalugi sa diode pagtaas sa pagtaas ng dalas ng rectified boltahe.

Kapag nagbabago ang temperatura ng diode, nagbabago ang mga parameter nito. Ang pasulong na boltahe sa diode at ang reverse current nito ay higit na nakadepende sa temperatura. Humigit-kumulang, maaari nating ipagpalagay na ang TKN (voltage temperature coefficient) Upr \u003d -2 mV / K, at ang reverse current ng diode ay may positibong koepisyent. Kaya sa pagtaas ng temperatura para sa bawat 10 ° C, ang reverse current ng germanium diodes ay tumataas ng 2 beses, at silikon - 2.5 beses.

Diodes na may Schottky barrier

Para sa pagwawasto ng mga maliliit na boltahe ng mataas na dalas ay malawakang ginagamit schottky barrier diodes. Sa mga diode na ito, sa halip na isang p-n junction, isang metal surface contact ang ginagamit. Sa punto ng contact, lumilitaw ang mga semiconductor layer na naubos sa mga charge carrier, na tinatawag na shut-off layers. Ang mga diode na may Schottky barrier ay naiiba sa mga diode na may p-n junction sa mga sumusunod na paraan:

  • higit pa mababang tuwid pagbaba ng boltahe;
  • magkaroon ng higit pa mababang baligtad Boltahe;
  • higit pa mataas na agos pagtagas;
  • halos walang bayad baligtad na pagbawi.

Dalawang pangunahing katangian ang gumagawa ng mga diode na ito na kailangang-kailangan: mababang pasulong na pagbagsak ng boltahe at mabilis na reverse boltahe na oras ng pagbawi. Bilang karagdagan, ang kawalan ng menor de edad na media na nangangailangan ng oras ng pagbawi ay nangangahulugan ng pisikal walang lugi upang ilipat ang diode mismo.

Ang maximum na boltahe ng modernong Schottky diodes ay humigit-kumulang 1200 V. Sa boltahe na ito, ang pasulong na boltahe ng Schottky diode ay mas mababa kaysa sa pasulong na boltahe ng mga diode na may p-n junction ng 0.2 ... 0.3 V.

Ang mga bentahe ng Schottky diode ay nagiging lalong kapansin-pansin kapag nagwawasto ng mga mababang boltahe. Halimbawa, ang isang 45-volt Schottky diode ay may pasulong na boltahe na 0.4 ... 0.6 V, at sa parehong kasalukuyang, ang isang p-n-junction diode ay may boltahe na drop ng 0.5 ... 1.0 V. Kapag ang reverse boltahe ay bumaba sa 15 V, ang pasulong na boltahe ay bumababa sa 0.3 ... 0.4 V. Sa karaniwan, ang paggamit ng Schottky diodes sa rectifier ay ginagawang posible na bawasan ang mga pagkalugi ng halos 10 ... 15%. Ang maximum na dalas ng pagpapatakbo ng Schottky diodes ay lumampas sa 200 kHz.

Ang teorya ay mabuti, ngunit ang teorya na walang kasanayan ay nanginginig lamang sa hangin.



Pinapayuhan ka naming basahin



Mga katulad na post