Карактеристике диода, дизајна и карактеристике примене

Карактеристике диода, дизајна и карактеристике примене

У претходном чланку започели смо са истраживањем полуводичка диода. У овом чланку ћемо размотрити својства диода, њихове предности и недостатке, различите изведбе и карактеристике примене у електронским круговима.

Струјна-напонска карактеристика диоде

Карактеристика напона струје (ЦВЦ) полуводичке диоде приказана је на слици 1.

Овде су на једној слици приказане И - В карактеристике германијум (плаве) и силицијумске (црне) диоде. Лако је приметити да су карактеристике веома сличне. На координатним осовинама нема бројева, јер се за различите врсте диода могу значајно разликовати: моћна диода може проћи директну струју од неколико десетина ампера, док мала снага може пренијети само неколико десетина или стотина милиампера.

Постоји велики број диода различитих модела и све могу имати различите намене, мада је њихов главни задатак главно својство једносмерна струјна проводљивост. Управо ово својство омогућава употребу диода у исправљачима и детекторским уређајима. Међутим, треба имати на уму да тренутно германијумске диоде, као и транзистори, више нису у употреби.

Слика 1. Карактеристика напона струје диоде

Директна грана ЦВЦ-а

У првом квадранту координатног система налази се равна грана карактеристике када је диода у директној вези - позитивни терминал струјног извора, односно негативни терминал на катоди, повезан је са анодом.

Како се напон Упр напред повећава, Ипр напредна струја такође почиње да се повећава. Али иако је ово повећање незнатно, линија графа има незнатан пораст, напон расте много брже од струје. Другим речима, упркос чињеници да је диода укључена у смеру напред, кроз њу не тече струја, диода је практично закључана.

Када се достигне одређени ниво напона, на карактеристици се појављује кинк: напон се практично не мења, а струја брзо расте. Овај напон се назива директан пад напона преко диоде, на карактеристици је означено као Уд. За већину савремених диода, овај напон је у опсегу 0,5 ... 1В.

На слици је приказано да је директни напон за германијеву диоду нешто мањи (0,3 ... 0,4 В) него за силицијум (0,7 ... 1,1 В). Ако се директна струја кроз диоду помножи са напредним напоном, тада резултат неће бити ништа више од снаге која се расподељује диодом Пд = Уд * И.

Ако се та снага прекорачи релативно прихватљиво, може доћи до прегревања и уништавања п-н спајања. Зато је референца ограничена на максимална струја унапреда не снаге (верује се да је напон напона познат). Да би се уклонила сувишна топлота, на топлотне судове - радијаторе уграђују се моћне диоде.

Снага се распршила диодом

Претходно је објашњено на слици 2, која приказује укључивање терета, у овом случају сијалицу, кроз диоду.

Слика 2. Укључивање терета кроз диоду

Замислите да је називни напон батерије и сијалице 4,5 В. Са овим укључењем, 1В падне на диоду, а само 3.5В ће доћи до сијалице. Наравно, нико неће практично прикупити такав круг, ово је само да илуструје како и на шта утиче директан напон на диоди.

Претпоставимо да је сијалица ограничила струју у кругу на тачно 1А. Ово је за лакше израчунавање. Такође, нећемо узети у обзир чињеницу да је сијалица елемент нелинеарних и да се не покорава Охмовом закону (отпор спирале зависи од температуре).

Лако је израчунати да се при таквим напонима и струјама снага П = Уд * И или 1В * 1А = 1В распрши на диоди.У исто време, снага оптерећења је само 3,5 В * 1А = 3,5 В. Испада да се више од 28 процената енергије троши бескорисно, више од четвртине.

Ако је једносмерна струја кроз диоду 10 ... 20А, снага до 20В ће бити бескорисна! Има такву моћ мало лемљење. У описаном случају диода ће бити такво лемљење.

Сцхоттки Диодес

Сасвим је очигледно да се такви губици могу ослободити ако се смањи директан пад напона преко диоде Уд. Ове диоде се називају диоде шкотске названа по проналазачу немачког физичара Валтера Сцхотткија. Уместо п-н спајања, користе спој метал-полуводич. Ове диоде имају директан пад напона од 0,2 ... 0,4 В, што значајно смањује снагу која диода ослобађа.

Можда је једина мана Сцхоттки диоде низак напон назад - само неколико десетина волти. Максимална вредност повратног напона од 250 В има индустријски дизајн МБР40250 и његове аналоге. Скоро сва напајања модерне електронске опреме имају исправљаче на Сцхоттки диодама.

Обрнута грана ЦВЦ-а

Један од недостатака треба узети у обзир да чак и када је диода укључена у супротном смеру, реверзна струја ионако тече кроз њу, јер у природи не постоје идеални изолатори. Зависно од модела диоде, она може варирати од наноампера до јединица микроампере.

Заједно са реверзном струјом, диоди се додељује одређена количина снаге, која је бројчано једнака производу реверзне струје и обрнутог напона. Ако се та снага прекорачи, тада је могућ прекид п-н спајања, диода се претвара у конвенционални отпорник или чак у проводник. На наличју гране И - В карактеристике, та тачка одговара савијању карактеристике према доле.

Обично у именицима није наведена снага, већ неки максимални дозвољени обрнути напон. Отприлике исто као и ограничење струје према напред, које је поменуто мало изнад.

Заправо су управо ова два параметра, наиме једносмерна струја и напон уназад, пресудни фактори приликом избора одређене диоде. То је случај када је диода дизајнирана да ради на ниским фреквенцијама, на пример исправљач напона са фреквенцијом индустријске мреже од 50 ... 60 Хз.

Електрични капацитивни пн спој

Када користите диоде у високофреквентним круговима, потребно је запамтити да пн спој, попут кондензатора, има електрични капацитет, који такође зависи од напона примењеног на пн спој. Ово својство п-н спајања користи се у посебним диодама - варицапсима који се користе за подешавање осцилацијских кругова у пријемницима. Ово је вероватно једини случај када се овај капацитет користи добро.

У осталим случајевима, овај капацитет има ометајући ефекат, успорава пребацивање диоде и смањује њену брзину. Тај се капацитет често назива паразитски. Приказана је на слици 3.

Слика 3. Лажни капацитет

Дизајн диода.

Равне и тачке диоде

Да бисте се решили штетних ефеката залуталих капацитета, користе се посебне високофреквентне диоде, на пример тачке. Дизајн такве диоде приказан је на слици 25.

Слика 4. Диодна тачка

Карактеристика тачке диоде је дизајн њених електрода, од којих је једна метална игла. Током процеса производње, ова игла која садржи нечистоћу (донор или акцептор) се топи у полуводички кристал, што резултира у пн споју потребне проводљивости. Такав прелаз има мало подручје, а самим тим и малу залуталу способност. Због тога радна фреквенција тачкастих диода достиже неколико стотина мегахерца.

У случају да се користи оштрија игла добијена без електроформирања, радна фреквенција може достићи неколико десетина гигахерца. Тачно, обрнути напон таквих диода није већи од 3 ... 5В, а напредна струја је ограничена на неколико милиампера.Али на крају крајева, те диоде нису исправљачи, у те сврхе се по правилу користе планарне диоде. Равни диодни уређај приказан је на слици.

Слика 5. Равна диода

Лако је видети да таква диода има површину пн спојнице која је много већа од тачке. За моћне диоде, ово подручје може достићи до 100 или више квадратних милиметара, тако да је њихова директна струја много већа од оне у точковним. Планарне диоде се користе у исправљачима који раде на ниским фреквенцијама, по правилу не већим од неколико десетина килохерца.

Примена диода

Не бисте требали мислити да се диоде користе само као исправљачи и детекторски уређаји. Поред тога, постоји још много њихових занимања. И - В карактеристика диода омогућава њихово коришћење тамо где је потребна нелинеарна обрада аналогни сигнали.

То су фреквентни претварачи, логаритамска појачала, детектори и други уређаји. Диоде у таквим уређајима користе се било директно као претварач, или формирају карактеристике уређаја, укључене у повратни круг.

Диоде се широко користе у стабилизовани извори напајањакао извор референтног напона (зенер диоде) или као прекидачки елементи складишта индуктор (преклопни регулатори напона).

Користећи диоде врло је једноставно створити ограничиваче сигнала: две диоде спојене у супротном смеру служе као одлична заштита за улаз појачала, на пример, микрофона од напајања повећаним нивоом сигнала.

Поред наведених уређаја, диоде се често користе у сигналним прекидачима, као и у логичким уређајима. Довољно је присјетити се логичних операција АНД, ОР и њихових комбинација.

Једна од сорти диода су ЛЕД. Једном су кориштени само као индикатори у разним уређајима. Сада су они свуда и свуда од најједноставнијих батерија до телевизора са ЛЕД-позадинским осветљењем, једноставно их је немогуће не приметити.

Борис Аладисхкин