Jakie jest napięcie przewodzenia i wsteczne diody. Zasada działania diody. Charakterystyka woltoamperowa. Awarie złącza p-n

Dioda półprzewodnikowa nazywana jest konwerterem elektrycznym urządzenie półprzewodnikowe z jednym prostowniczym złączem elektrycznym posiadającym dwa zaciski.

Dioda półprzewodnikowa- urządzenie półprzewodnikowe z jednym złączem elektrycznym i dwoma zaciskami (elektrodami). W przeciwieństwie do innych typów diod, zasada działania diody półprzewodnikowej opiera się na zjawisku p-n-przemiana.

Dioda (od starożytnego greckiego δις - dwa i -od oznacza ścieżkę) - dwuelektrodowa urządzenie elektroniczne, ma różną przewodność w zależności od kierunku prądu elektrycznego. Nazywa się elektrodę diodową podłączoną do dodatniego bieguna źródła prądu, gdy dioda jest otwarta (to znaczy ma niską rezystancję) anoda, podłączony do bieguna ujemnego - katoda.

Prąd w obwodzie anodowym lampy zależy od temperatury żarnika, czyli od liczby elektronów emitowanych z katody w jednostce czasu, a także od napięcia na anodzie. Jeżeli dodatnie napięcie na anodzie jest małe, wówczas przyciąga niewielką liczbę elektronów i prąd w obwodzie anodowym jest niewielki. Wraz ze wzrostem napięcia na anodzie wzrasta prąd w obwodzie.

Ryż. 2.2. Schemat budowy diody półprzewodnikowej (a) i jej oznaczenie graficzne(B)

Litery p i n oznaczają warstwy półprzewodników o przewodnościach odpowiednio typu p i n. W stykających się warstwach półprzewodnika (obszar złącza p-n na rys. 2.2) następuje dyfuzja dziur z warstwy p do warstwy n, co wynika z tego, że ich stężenie w warstwie p jest znacznie większe niż w warstwie warstwa nr. W rezultacie w obszarach granicznych warstwy p i warstwy n pojawia się tzw. warstwa zubożona, w której stężenie ruchomych nośników ładunku (elektronów i dziur) jest niskie. Warstwa zubożona ma wysoką rezystancję. Jony zanieczyszczeń warstwy zubożonej nie są kompensowane przez dziury ani elektrony.

Razem jony tworzą nieskompensowane ładunki kosmiczne, tworząc pole elektryczne o natężeniu E. Pole to uniemożliwia przejście dziur z warstwy p do warstwy n i przejście elektronów z warstwy n do warstwy p. Tworzy to tzw. przepływ dryfowy mobilnych nośników ładunku, przemieszczający dziury z warstwy n do warstwy p i elektrony z warstwy p do warstwy n. Zatem w zależności od polaryzacji prądu przepływającego przez diodę przewodność diody zmienia się znacząco, co prowadzi do zmiany wielkości przepływającego prądu.

Dioda jest urządzeniem elektronicznym o wyraźnym jednokierunkowym przewodnictwie prądu elektrycznego: przepuszcza przez siebie prąd dobrze w jednym kierunku i bardzo słabo w drugim. Ta podstawowa właściwość diody będzie wykorzystywana w szczególności do konwersji prąd przemienny elektryczną sieć oświetleniową na prąd stały niezbędny do zasilania elektronicznych urządzeń automatyki. Schematyczną budowę i symboliczne oznaczenie graficzne diody półprzewodnikowej pokazano na rysunku.

Jest to mała płytka z germanu lub krzemu, której jeden obszar (część objętości) ma przewodność elektryczną typu p, to znaczy „dziurę”, drugi ma przewodność elektryczną typu n, czyli elektronikę. Granica między nimi nazywana jest złączem p-n. Tutaj litery p i n są pierwszymi w łacińskich słowach positiv - „pozytywny” i negativ - „negatywny”. Obszar typu p oryginalnego półprzewodnika takiego urządzenia to anoda (elektroda dodatnia), a obszar typu n to katoda (elektroda ujemna) diody.

Zasadę działania diody ilustrują obwody pokazane na rysunku.

Jeśli podłączysz akumulator GB do diody VD przez żarówkę HL, tak aby zacisk dodatniego bieguna akumulatora był podłączony do anody, a zacisk ujemnego bieguna do katody diody (ryc. A), wówczas w powstałym obwodzie elektrycznym pojawi się prąd, co zostanie zasygnalizowane zapaleniem lampy HL. Maksymalna wartość tego prądu zależy od rezystancja p-n przejście diody i przyłożone do niej napięcie stałe. Ten stan diody nazywa się otwartym, przepływający przez nią prąd nazywa się prądem stałym I pr, a przyłożone do niego napięcie, dzięki któremu dioda jest w stanie otwartym, nazywa się napięciem przewodzenia Upr.

Jeżeli bieguny baterii GB zostaną odwrócone, jak pokazano na rys. B, wówczas lampa HL nie zaświeci się, ponieważ w tym przypadku dioda jest w stanie zamkniętym i zapewnia dużą rezystancję dla prądu w obwodzie. Mały prąd przez złącze pn diody będzie nadal płynął w odwrotnym kierunku, ale w porównaniu z prądem przewodzenia będzie na tyle nieznaczny, że żarnik lampy nawet nie zareaguje. Prąd ten nazywa się prądem wstecznym I arr., a napięcie, które go wytwarza, nazywa się napięciem wstecznym U arr.

Główne cechy i parametry diod:

Zakres częstotliwości diody;

Napięcie przebicia.

Diody półprzewodnikowe mają następujące właściwości Ustawienia główne:

Stały prąd diody wstecznej (Irev) - wartość prąd stały, przepływający przez diodę w kierunku odwrotnym przy danym napięciu wstecznym;

Stałe napięcie wsteczne diody (Urev) - wartość stałego napięcia przyłożonego do diody w kierunku odwrotnym;

Prąd stały diody do przodu (I pr) - wartość prądu stałego przepływającego przez diodę w kierunku do przodu;

Stałe napięcie przewodzenia diody (U pr) - wartość stałego napięcia na diodzie przy danym stałym prądzie przewodzenia;

Ograniczający tryb pracy diod charakteryzuje się maksymalne dopuszczalne parametry- parametry zapewniające określoną niezawodność, których wartości nie powinny być przekraczane w żadnych warunkach pracy:

Maksymalne dopuszczalne straty mocy (P max);

Maksymalny dopuszczalny prąd stały (I pr. max), którego wartość jest ograniczona przez nagrzewanie złącza p-n;

Maksymalne dopuszczalne stałe napięcie wsteczne (U arr. max);

Rezystancja różnicowa (r różnica);

Temperatury minimalne (T min) i maksymalne (T max). środowisko do pracy diodowej.

Dopuszczalne straty mocy (P max) określone są przez rezystancję termiczną diody (R t), dopuszczalna temperatura przejścia (T p max) i temperatury otoczenia (T o) zgodnie ze stosunkiem:

Maksymalny dopuszczalny prąd przewodzenia można określić na podstawie podanej maksymalnej dopuszczalnej mocy:

Odwrotne maksymalne dopuszczalne napięcie (U rev. max) dla różnych typów diod może przyjmować wartości od kilku jednostek do dziesiątek tysięcy woltów.

Jest on ograniczony przez napięcie przebicia:

Jesteś max? Próbki 0,8 U

Rezystancja różnicowa (r diff) jest równa stosunkowi przyrostu napięcia na diodzie do małego przyrostu prądu płynącego przez diodę, który to spowodował:

Różnica rezystancji r zależy od trybu pracy diody.

Minimalna temperatura otoczenia (Tmin), w której diody półprzewodnikowe mogą pracować, wynosi zwykle -60°C. Z więcej niskie temperatury pogarszają się właściwości elektryczne i mechaniczne kryształów półprzewodników i elementów konstrukcyjnych diod.

Do diod germanowych Maksymalna temperatura Tmaks. = +70°C. W przypadku krzemienia może osiągnąć +150°C. W wyższych temperaturach półprzewodnik ulega degeneracji: stężenia nośników większościowych i mniejszościowych zrównują się, przejście przestaje mieć właściwości przewodnictwa jednokierunkowego

Charakterystyka prądowo-napięciowa to zależność prądu i płynącego przez diodę od napięcia u przyłożonego do diody. Wykres tej zależności nazywany jest także charakterystyką prądowo-napięciową (ryc. 2.3).

Modelowym analogiem pojemności barierowej może być pojemność kondensatora płaskiego, którego płytki są R- I N-region i służy jako dielektryk р-n- przejście, w którym praktycznie nie ma ruchomych ładunków. Wartość pojemności bariery waha się od dziesiątek do setek pikofaradów; zmiana tej pojemności wraz ze zmianą napięcia może osiągnąć dziesięciokrotną wartość.

Pojemność dyfuzyjna. Zmianę wartości ładunku przestrzennego elektronów i dziur nierównowagowych spowodowaną zmianą prądu przewodzenia można rozpatrywać jako konsekwencję występowania tzw. pojemności dyfuzyjnej, która jest połączona równolegle z pojemnością barierową.

Wartości pojemności dyfuzyjnej mogą wynosić od setek do tysięcy pikofaradów. Dlatego przy napięciu przewodzenia pojemność р-n-przejście jest określane przede wszystkim przez pojemność dyfuzyjną, a w przypadku napięcia wstecznego - przez pojemność barierową.

Diody są zwykle charakteryzowane następujące parametry(ryc. 2.3):

Prąd wsteczny przy określonej wartości napięcia wstecznego I arr., µA;

Spadek napięcia na diodzie przy określonej wartości prądu przewodzenia przez diodę Upr, in;

Pojemność diody po przyłożeniu do niej napięcia wstecznego o określonej wartości C, pF;

Zakres częstotliwości, w którym możliwa jest praca bez zmniejszania prądu prostowanego fgr, kHz;

Diody różne rodzaje różnią się parametrami i właściwościami. Do głównych parametrów diody zalicza się: napięcie żarnika Un, prąd żarnika In, prąd emisji Ie, napięcie anody Ua. Ponadto diody różnią się nachyleniem ich charakterystyk. Im szybciej prąd anodowy diody rośnie wraz ze wzrostem napięcia anodowego, tym większe jest nachylenie charakterystyki diody. Nachylenie jest oznaczone przez S i pokazuje, o ile miliamperów wzrasta siła prądu anodowego diody, gdy napięcie anodowe wzrasta o 1 V:

gdzie?Ia jest zmianą natężenia prądu anodowego,

Ua to zmiana napięcia anodowego.

Jeśli więc transkonduktancja diody S wynosi 3 mA/V, to oznacza to, że wraz ze wzrostem napięcia anodowego o 1 V prąd anodowy wzrośnie o 3 mA.

Do parametrów charakteryzujących diodę zalicza się także wartość jej rezystancji wewnętrznej w przypadku prądu przemiennego. Wewnętrzna rezystancja diody nie jest stała, ale zależy od wielkości i polaryzacji napięcia anodowego przyłożonego do diody. Na przykład, gdy do anody zostanie przyłożone napięcie ujemne, nastąpi to opór wewnętrzny jest prawie nieskończenie duży i przez diodę nie przepływa żaden prąd.

Dioda ma najniższy opór wewnętrzny w środkowej prostej części Charakterystyki, gdzie występuje transkonduktancja najwyższa wartość. W dolnej części charakterystyki i w górnej części wzrasta rezystancja wewnętrzna lampy.

Wewnętrzny opór lampy jest oznaczony R;. Jest on równy stosunkowi zmiany napięcia anodowego (Ua) do odpowiadającej mu zmiany prądu anodowego:

Bardzo ważnym parametrem charakteryzującym każdą lampę jest wielkość dopuszczalnej mocy rozpraszanej na anodzie. Elektrony pod wpływem napięcia przyłożonego do anody rozwijają dużą prędkość i dlatego uderzają w nią ze znaczną siłą. W takim przypadku anoda po podgrzaniu może się nagrzać, a nawet stopić. Im wyższe napięcie anodowe, tym więcej prędkości elektrony. Im większy prąd przepływa przez diodę, tym większa jest liczba elektronów uderzających jednocześnie w anodę. Dlatego ilość ciepła wytwarzanego na anodzie zależy od napięcia anody i prądu anody. Iloczyn tych dwóch wielkości jest równy mocy rozproszonej na anodzie:

Wytwarzanie ciepła na anodzie jest bezużyteczną, ale nieuniknioną utratą mocy. Jeśli anoda za bardzo się nagrzeje, lampa ulegnie awarii. W związku z tym moc rozpraszania nie powinna przekraczać pewnej dopuszczalnej wartości dla tego typu rozmiar lampy.

Specyfikacje techniczne zwykle określają maksymalne (lub minimalne) wartości parametrów dla diod każdego typu. Na przykład ustawiana jest maksymalna możliwa wartość prądu wstecznego, spadku napięcia w kierunku przewodzenia i pojemności diody. Zakres częstotliwości jest ustalany przez minimalną wartość częstotliwości odcięcia fgr. Oznacza to, że parametry wszystkich diod nie przekraczają (a w przypadku częstotliwości - nie są niższe) od podanych Specyfikacja techniczna znaczenia.

Oznaczenie diody składa się z sześciu znaków:

Pierwszy znak (litera lub cyfra) oznacza materiał diody (cyfra oznacza diody wytrzymujące wyższe temperatury):

G lub 1 - german;

K lub 2 - krzem;

A lub 3 - związki galu;

Drugi znak (litera) oznacza podklasę urządzeń:

A - bardzo wysoka częstotliwość; B - z wolumetrycznym efektem Ganna; B - żylaki; G - generatory hałasu; D - prostownik uniwersalny, impulsowy; I - tunel i okładzina; K - stabilizatory prądu; L - promieniujący; N - dinistory; C - diody Zenera; Y - tyrystory; C - słupki i bloki prostujące;

Trzeci znak (cyfra) oznacza numer klasyfikacyjny, po którym rozróżniane są diody w obrębie danego typu (przykładowo: 1 - niska moc, 2 - średnia moc, 3 - duża moc, 4 - uniwersalna itp.).

Czwarty i piąty znak (cyfry) oznaczają numer seryjny opracowania (od 1 do 99).

Szósty znak (litera) wskazuje różnicę parametrów, które nie są klasyfikacją.

System klasyfikacji i notacji. Klasyfikacja współczesnych diod półprzewodnikowych (SD) ze względu na ich przeznaczenie, właściwości fizyczne, główny parametry elektryczne, konstrukcja i właściwości technologiczne, oryginalny materiał półprzewodnikowy znajduje odzwierciedlenie w systemie symboli diod zgodnie z GOST 20859.1-89.

Pierwszy element (cyfra lub litera) oznacza źródłowy materiał półprzewodnikowy, drugi (litera) - podklasę urządzeń, trzeci (cyfra) - główny funkcjonalność urządzenia, czwarty to liczba wskazująca numer seryjny opracowania, piąty element to litera warunkowo określająca klasyfikację (sortowanie według parametrów) urządzeń wyprodukowanych w jednej technologii.

Do oznaczenia źródłowego materiału półprzewodnikowego używane są następujące symbole:

G lub 1 - german lub jego związki; K lub 2 - krzem lub jego związki; A lub 3 - związki galu; I lub 4 - związki indu.

Do oznaczenia podklas diod stosuje się jedną z następujących liter:

D - diody prostownicze i impulsowe; C - słupki i bloki prostujące; B - żylaki; I - diody tunelowe; A - diody o ultrawysokiej częstotliwości; C - diody Zenera; G - generatory hałasu; L - emitujące urządzenia optoelektroniczne; O - transoptory.

Istnieją diody:

w zależności od celu :

Prostowniki; diody Zenera;żylaki; tunel; puls itp.;

w zależności od użytych surowców :

German; krzem; z arsenku galu;

zgodnie z technologią produkcji :

Stop; dyfuzja; planarny;

według zakresu częstotliwości:

Niska częstotliwość; Wysoka częstotliwość; Diody mikrofalowe (diody ultrawysokiej częstotliwości);

według rodzaju złącza p-n :

Planarny; punkt.

Diody Zenera- są to krzemowe diody planarne, których zadaniem jest stabilizacja poziomu napięcia stałego w obwodzie, gdy prąd płynący przez diodę zmienia się w określonych granicach. Jest to dioda półprzewodnikowa przeznaczona do pracy w trybie awarii elektrycznej. Jak zauważono w rozdz. 1.2, jeśli napięcie wsteczne przekracza wartość Jesteś Arr. itp, następuje załamanie lawinowe R-N-przejście, w którym prąd wsteczny gwałtownie wzrasta przy prawie stałym napięciu wstecznym. Taki przekrój charakterystyki (przekrój ab, patrz ryc. 1.8, A) użyj diod Zenera, których normalne włączenie do obwodu źródła napięcia stałego jest odwrotne (patrz ryc. 1.8, B).

Jeśli prąd wsteczny przez diodę Zenera nie przekracza określonej wartości Ja Sztuka. Maks, wówczas stan przebicia elektrycznego nie prowadzi do uszkodzenia diody i może się powtarzać przez dziesiątki i setki tysięcy godzin. Krzem jest używany jako materiał wyjściowy do produkcji diod Zenera, ponieważ prądy wsteczne krzemu R-N- przejścia są małe, dlatego nie ma warunków do samonagrzewania półprzewodnika i rozkładu termicznego R-N-przemiana.

Główne parametry diody Zenera:

- znamionowe napięcie stabilizacji U st. nom — napięcie na diodzie Zenera w trybie pracy (przy danym prądzie stabilizacyjnym);

- minimalny prąd stabilizacji ja st.min — najmniejsza wartość prąd stabilizacji, przy którym tryb przebicia jest stabilny;

- maksymalny dopuszczalny prąd stabilizacji I st.max — najwyższy prąd stabilizacji, przy którym nagrzewanie diod Zenera nie przekracza dopuszczalnych wartości granicznych.

Opór różnicowy ul.g — stosunek przyrostu napięcia stabilizacyjnego do przyrostu prądu stabilizacyjnego, który go powoduje: g st =Pył/DYST.

Parametry diod Zenera obejmują również maksymalny dopuszczalny prąd przewodzenia Imaks , maksymalnie dopuszczalne prąd impulsowy ja pr.i maks , maksymalne dopuszczalne straty mocy R maks .

(TKN) - współczynnik temperaturowy napięcia stabilizacji.

Poziom napięcia stabilizacyjnego zależy od wielkości napięcia przebicia Jesteś Arr. itp, co z kolei zależy od szerokości R-N-przejście, a co za tym idzie stopień domieszkowania krzemu domieszką. Do produkcji diod Zenera niskiego napięcia stosuje się silnie domieszkowany krzem. Dlatego dla diod Zenera z napięciem stabilizacyjnym<5,4 В участок стабилизации определяется обратным током туннельного характера. У низковольтных стабилитронов с ростом температуры напряжение стабилизации уменьшается, а у высоковольтных увеличивается.

Schemat na ryc. 1,8, B wyjaśnia zasadę działania najprostszego stabilizatora napięcia stałego. Wzrost napięcia wejściowego jesteś w prowadzi do wzrostu prądu przez diodę Zenera i rezystancji R. Nadmiar napięcia wejściowego jest przydzielany do R, i napięcie wyszedłeś pozostaje praktycznie niezmieniona.

Ryż. 1.8 Charakterystyka prądowo-napięciowa (a) i obwód przełączający diody Zenera (b)

W diodach Zenera może wystąpić awaria tunelowa, lawinowa i mieszana, w zależności od rezystywności podstawy.

Stabistor. Jest to dioda półprzewodnikowa, której napięcie po bezpośrednim podłączeniu (około 0,7 V) w niewielkim stopniu zależy od prądu (bezpośrednie odgałęzienie w odpowiedniej sekcji jest prawie pionowe). Stabilizator przeznaczony jest do stabilizacji niskich napięć.

Varicap to specjalnie zaprojektowana dioda półprzewodnikowa stosowana jako kondensator zmienny. Wartość pojemności varicap zależy od jej pojemności R-N-przejście i zmiany, gdy zmienia się napięcie przyłożone do złącza (diody).

Jak wspomniano powyżej (patrz rozdział 1.2), nastawienie do przodu R-N-przejście charakteryzuje się w szczególności pojemnością dyfuzyjną, a spolaryzowane odwrotnie - pojemnością barierową. Warikapy wykorzystują pojemność barierową (wyrażenie 1,12), która charakteryzuje się niskim współczynnikiem temperaturowym, niskim poziomem szumów własnych i słabą zależnością od częstotliwości. Dlatego w trybie pracy do

Do żylaka przyłożone jest blokujące napięcie zewnętrzne. Ze względu na grubość P-N-przejście zależy od wielkości przyłożonego napięcia zewnętrznego U, następnie zmieniając to drugie, możesz dostosować wartość pojemności. Służy to w szczególności do dostrajania żądanego kanału w telewizorach i radiach.

Główne parametry varicaps obejmują:

1. Całkowita pojemność żylaka Sv to pojemność mierzona przy pewnym napięciu wstecznym (mierzona przy U= 5 V i wynosi dziesiątki - setki rF);

2. Współczynnik pokrywania się mocy produkcyjnych Kp = C w maks. / C w min- stosunek pojemności varicap przy dwóch skrajnych wartościach napięcia wstecznego ( Kp = 5-8 raz);

3. Współczynnik jakości Varicap Q = X s / r p Gdzie Xc- reaktancja żylaków; r str- odporność na straty aktywne;

4. jestem.- prąd stały przepływający przez żylaki w przeciwnym kierunku przy danym napięciu wstecznym.

Varicaps są szeroko stosowane do elektronicznej regulacji częstotliwości rezonansowej obwodów oscylacyjnych. Zmieniając napięcie na żylaku podłączonym do obwodu oscylacyjnego, możliwe jest zdalne i pozbawione bezwładności sterowanie częstotliwością rezonansową obwodu. Na przykład, aby uzyskać niezbędne wartości częstotliwości pośrednich, należy zapewnić płynną zmianę częstotliwości w lokalnym oscylatorze odbiornika telewizyjnego.

W starszych typach telewizorów ustawienie to odbywa się poprzez ręczną regulację pojemności kondensatora zawartego w obwodzie oscylacyjnym lokalnego oscylatora, a w nowoczesnych telewizorach odbywa się to za pomocą varicapa podłączonego do obwodu oscylacyjnego lokalnego oscylatora. Kiedy zmienia się napięcie dostarczane do varicapa, zmienia się jego pojemność, a co za tym idzie, zmienia się częstotliwość lokalnego oscylatora. Zmiany napięcia na żylaku można dokonać ręcznie (za pomocą potencjometru) lub za pomocą układu automatycznego dopasowywania częstotliwości lokalnego oscylatora.

Dioda tunelowa to dioda półprzewodnikowa wykorzystująca zjawisko przebicia tunelu przy włączeniu w kierunku do przodu. Cechą charakterystyczną diody tunelowej jest obecność na gałęzi przewodzenia charakterystyki prądowo-napięciowej odcinka o ujemnej rezystancji różnicowej.

Na przykład na ryc. Rysunek 1.12 pokazuje bezpośrednią gałąź charakterystyki prądowo-napięciowej germanowej diody wzmacniającej tunelowej 1I104A ( ja pr.max= 1 mA - stały prąd przewodzenia, U obr.maks= 20 mV), przeznaczony do wzmacniania w zakresie długości fal 2-10 cm (odpowiada to częstotliwości większej niż 1 GHz).

Ryż. 1.12 Charakterystyka I-V diody tunelowej

Całkowita pojemność diody w minimalnym punkcie charakterystyki wynosi 0,8-1,9 pF. Diody tunelowe mogą pracować przy bardzo wysokich częstotliwościach - więcej niż 1 GHz. Obecność sekcji o ujemnej rezystancji różnicowej na charakterystyce prądowo-napięciowej umożliwia zastosowanie diod tunelowych jako elementu wzmacniającego i jako głównego elementu generatorów. Obecnie diody tunelowe są stosowane właśnie w tej pojemności w zakresie ultrawysokich częstotliwości.

Diody prostownicze przeznaczony do prostowania prądu przemiennego o niskiej częstotliwości (50-100 000 Hz). Obecnie krzemowe diody prostownicze z R-N- złącza typu planarnego, które mają wielokrotnie mniejsze prądy zwrotne i wyższe napięcia wsteczne w porównaniu do złącz germanowych.

Głównym elementem diody prostowniczej jest płytka półprzewodnikowa, w której a R-N-przemiana. Krzemowy R-N-złącze powstaje, gdy oryginalny kryształ krzemu typu n jest stopiony z borem lub aluminium. Aby chronić przed wpływami zewnętrznymi, a także zapewnić dobre odprowadzanie ciepła, stosuje się płytę półprzewodnikową R-N-przejście i dwa zewnętrzne piny z warstw P I N leży w ciele

Diody prostownicze dzielą się na małe diody ( Środa < 0,3 А), средней (0,3 А < Środa < 10 А) и большой (ja pr.sr.> 10 A) moc. Aby zwiększyć dopuszczalne napięcie wsteczne, produkowane są słupy wysokiego napięcia, w których kilka diod jest połączonych szeregowo. Ponadto produkowane są masowo zespoły prostownicze, które zawierają diody połączone szeregowo i równolegle (w celu zwiększenia prądu przewodzenia).

Ryż. 1.11 Konstrukcja (a) i charakterystyka prądowo-napięciowa (b) diody punktowej

Diody prostownicze służy do prostowania prądów przemiennych o częstotliwości 50 Hz - 100 kHz. Korzystają z głównej właściwości p-n-przejście - przewodzenie jednokierunkowe. główna cecha diody prostownicze duże obszary p-n-przejście, ponieważ są przeznaczone do prostowania dużych prądów. Podano główne parametry diod prostowniczych w odniesieniu do ich pracy w prostowniku półfalowym przy obciążeniu czynnym (bez kondensatora wygładzającego tętnienia).

Średnie napięcie przewodzenia U pr. Poślubić jest średnim napięciem przewodzenia na diodzie w okresie, w którym przepływa przez nią maksymalny dopuszczalny prąd wyprostowany.

Średni prąd wsteczny jestem. Poślubić - średni prąd wsteczny w okresie, mierzony przy maksymalnym napięciu wstecznym.

Maksymalne dopuszczalne napięcie wsteczne Jesteś Arr. maks (Jesteś Arr. i maks) - najwyższe stałe (lub impulsowe) napięcie wsteczne, przy którym dioda może pracować długo i niezawodnie.

Maksymalny dopuszczalny prąd wyprostowany ja rozdz. średnio maks - średni prąd płynący przez diodę w okresie (składowa stała), który zapewnia jej niezawodną i długotrwałą pracę.

Przekroczenie maksymalnych dopuszczalnych wartości prowadzi do gwałtownego skrócenia żywotności lub awarii diody.

Maksymalna częstotliwość f maks - najwyższa częstotliwość podawanego napięcia, przy której prostownik na danej diodzie pracuje dość wydajnie, a nagrzewanie diody nie przekracza wartości dopuszczalnej.

W urządzeniu prostowniczym energia prądu przemiennego jest przekształcana w energię prądu stałego w wyniku jednokierunkowego przewodzenia diod.

Na ryc. Rysunek 5 przedstawia schemat prostownika półfalowego. Prostownik działa w następujący sposób. Jeżeli generator wytwarza napięcie sinusoidalne,

mi(t) = EMgrzechwT,

następnie podczas dodatniego ( + ) napięcie półcyklu diody jest bezpośrednie, jej rezystancja jest niska, a przez rezystor przepływa prąd, który tworzy RH spadek napięcia Wychodzisz, powtarzając napięcie wejściowe e(t). W następnym negatywnym ( - ) półcykl, napięcie na diodzie jest odwrócone, rezystancja diody jest wysoka, praktycznie nie ma prądu i dlatego Wychodzisz = 0 . Zatem przez diodę i RH Płynie pulsujący, wyprostowany prąd. Tworzy się na rezystorze RH pulsujące napięcie wyprostowane Wychodzisz .

Użyteczną częścią wyprostowanego napięcia jest jego składowa stała lub wartość średnia U śr(na połowę okresu):

U cp =U maks. /P =0,318 Umaks

Zatem, U śr wynosi około 30% wartości maksymalnej.

Napięcie wyprostowane jest powszechnie stosowane jako napięcie zasilania obwodów elektronicznych.

Dioda Schottky’ego. Dioda Schottky'ego nie wykorzystuje złącza pn, ale styk prostowniczy metal-półprzewodnik. Symboliczne oznaczenie graficzne diody Schottky'ego pokazano na ryc. 2,5, ur.

W normalnych warunkach prąd przewodzenia wytwarzany przez elektrony pasma przewodnictwa przemieszczające się z półprzewodnika do metalu jest bardzo mały. Jest to konsekwencja braku elektronów, których energia pozwoliłaby pokonać tę barierę.

Aby zwiększyć prąd przewodzenia, konieczne jest „rozgrzanie” elektronów w półprzewodniku i zwiększenie ich energii. Takie ogrzewanie można przeprowadzić za pomocą pola elektrycznego.

Jeśli podłączysz zewnętrzne źródło napięcia z plusem do metalu i minusem do półprzewodnika typu n, bariera potencjału zmniejszy się i przez złącze zacznie płynąć prąd stały. Przy przeciwnym połączeniu bariera potencjału wzrasta, a prąd okazuje się bardzo mały.

Diody Schottky'ego są urządzeniami bardzo szybkimi, mogą pracować na częstotliwościach do kilkudziesięciu gigaherców (1 GHz = 1109 Hz). Dioda Schottky'ego może mieć niski prąd wsteczny i niskie napięcie przewodzenia (przy niskich prądach przewodzenia) - około 0,5 V, czyli mniej niż w przypadku urządzeń krzemowych. Maksymalny dopuszczalny prąd przewodzenia może wynosić dziesiątki i setki amperów, a maksymalne dopuszczalne napięcie może wynosić setki woltów.

Odwrócona dioda. Jest to dioda półprzewodnikowa, której zjawiska fizyczne są podobne do zjawisk fizycznych zachodzących w diodzie tunelowej, dlatego też dioda odwrotna jest często uważana za odmianę diody tunelowej. W tym przypadku sekcja o ujemnej rezystancji różnicowej na charakterystyce prądowo-napięciowej odwróconej diody jest nieobecna lub bardzo słabo wyrażona.

Odwrotna gałąź charakterystyki IV-V diody odwrotnej (charakteryzująca się bardzo małym spadkiem napięcia) jest wykorzystywana jako gałąź do przodu „diody konwencjonalnej”, a gałąź do przodu jako gałąź odwrotna. Stąd nazwa - dioda odwrotna.

Konwencjonalne oznaczenie graficzne odwróconej diody pokazano na ryc. 2,5, zm.

Rozważmy na przykład charakterystykę prądowo-napięciową germanowej diody zwrotnej 1I104A (ryc. 2.9), przeznaczonej między innymi do pracy w urządzeniach impulsowych (stały prąd przewodzenia - nie więcej niż 0,3 mA, stały prąd wsteczny - nie więcej niż 4 mA (przy ), całkowita pojemność w punkcie minimalnym charakterystyki prądowo-napięciowej wynosi 1,2...1,5 pF).

Jak widać z wykresu (rys. 2.9), obie gałęzie charakterystyki prądowo-napięciowej są prawie symetryczne (w odbiciu lustrzanym) względem początku współrzędnych. Sekcja ujemnej rezystancji różnicowej znajduje się w odcinku dodatniego napięcia od 0,1 do 0,3 V. W tym przypadku amplituda prądu w odcinku z ujemną rezystancją różnicową nie przekracza 0,05 mA.

Ryż. 2.9. Charakterystyka prądowo-napięciowa diody odwróconej

Zbuduj obwód synchronicznego jednostopniowego przerzutnika RS z wykorzystaniem elementów NAND. Utwórz tabelę przełączania. Używając jednostopniowych synchronicznych przerzutników RS, narysuj schemat obwodu dwustopniowego przerzutnika RS. Wyjaśnij różnicę w pracy.

Każdy system klasyfikacji charakteryzuje wyzwalacze według różnych wskaźników i dlatego wzajemnie się uzupełnia. Można na przykład włączyć wyzwalacze typu RS synchroniczny I asynchroniczny wydajność.

Asynchroniczny wyzwalacz zmienia swój stan natychmiast w momencie pojawienia się odpowiedniego sygnału(ów) informacyjnego, z pewnym opóźnieniem równym sumie opóźnień elementów tworzących dany wyzwalacz.

Synchroniczny wyzwalacze reagują na sygnały informacyjne tylko wtedy, gdy na tzw. wejściu synchronizacyjnym C (z zegara angielskiego) pojawi się odpowiedni sygnał. To wejście jest również określane jako „takt”. Takie sygnały informacyjne nazywane są synchronicznymi. Wyzwalacze synchroniczne dzielimy z kolei na wyzwalacze ze sterowaniem statycznym i dynamicznym za pomocą wejścia synchronizacyjnego C.

Wyzwalacze sterowane statycznie postrzegają sygnały informacyjne po doprowadzeniu do wejścia C jako logiczne (wejście bezpośrednie) lub logiczne zero (wejście odwrotne).

Wyzwalacze dynamiczne postrzegają sygnały informacyjne, gdy sygnał na wejściu C zmienia się (zmienia) z 0 na 1 (bezpośrednie dynamiczne wejście C) lub z 1 na 0 (odwrotne dynamiczne wejście C). Znaleziono również nazwę „wyzwalacz sterowany zboczem”.

Pojedyncza scena wyzwalacze ( zatrzask, zatrzaski) składają się z jednego stopnia, który jest elementem pamięci i obwodem sterującym, z reguły mają sterowanie statyczne. Wyzwalacze jednostopniowe sterowane dynamicznie stosowane są w pierwszym stopniu wyzwalaczy dwustopniowych sterowanych dynamicznie. Jednostopniowy spust w UGO jest oznaczony jedną literą - T.

Dwustopniowy wyzwalacze ( flip-flop, klapsy) dzielą się na wyzwalacze ze sterowaniem statycznym i wyzwalacze z kontrolą dynamiczną. Przy jednym poziomie sygnału na wejściu C informacja zgodnie z logiką wyzwalacza jest zapisywana do pierwszego stopnia (drugi stopień jest blokowany do zapisu).

Przy różnym poziomie tego sygnału stan pierwszego stopnia jest kopiowany do drugiego (pierwszy stopień jest blokowany do zapisu), w tym momencie pojawia się sygnał wyjściowy z opóźnieniem równym opóźnieniu reakcji stopnia. Zazwyczaj dwustopniowe przerzutniki są używane w obwodach, w których funkcje logiczne wejść przerzutnika zależą od jego wyjść, aby uniknąć wyścigów czasowych. Dwustopniowy spust w UGO jest oznaczony dwiema literami - TT.

Wyzwalacze z złożona logika Istnieją również jedno- i dwustopniowe. W wyzwalaczach tych obok sygnałów synchronicznych występują także sygnały asynchroniczne. Taki wyzwalacz pokazano na ryc. 1, górne (S) i dolne (R) sygnały wejściowe są asynchroniczne.

Ryż. 2,39. Synchroniczne przerzutniki RS: synchroniczne przerzutniki RS oparte na elementach AND-NOT symbol;

Synchroniczny dwustopniowy wyzwalacz RS (master-slave, co tłumaczy się jako „master-asystent”) składa się z dwóch synchronicznych wyzwalaczy RS i falownika, ryc. 2.41, a. Wejścia C obu wyzwalaczy połączone są ze sobą poprzez falownik DD1.1. Jeśli C = 1, to pierwszy przerzutnik działa zgodnie z sygnałami na swoich wejściach S i R. Drugi przerzutnik nie może działać, ponieważ ma C = 0. Jeśli C = 0, to pierwszy przerzutnik nie nie działa, ale dla drugiego przerzutnika C = 1 i zmienia swój stan w zależności od sygnałów na wyjściach pierwszego przerzutnika.

Ryż. 2.41. Synchroniczny dwustopniowy przerzutnik RS: a - obwód wyzwalający oparty na elementach logicznych AND-NOT; b - symbole i diagramy czasowe impulsu zegarowego.

Zasady podziału kanałów w metodach wielodostępu z podziałem częstotliwości i czasu (FDMA i TDMA), ich cechy i obszary zastosowań. Koncepcje budowy ram dla BS i AS podczas MDVR.

Wielodostęp jest typowy dla kanałów satelitarnych, radiowych i kanałów komunikacji mobilnej.

1. Technologia FDMA (Frequency Division Multiple Access) manipuluje tylko jednym parametrem sygnału informacyjnego – częstotliwością. Każdemu kanałowi przydzielone jest własne, dość wąskie pasmo (20–25 kHz) w widmie częstotliwości. Pomiędzy tymi pasmami występują dodatkowe przedziały częstotliwości - ochronne, ograniczające wzajemne oddziaływanie jednego kanału na drugi. Separacja odbioru i transmisji realizowana jest także częstotliwościowo – FDD (Frequency Division Duplex). Technologia FDMA/FDD leży u podstaw standardów analogowych komunikacja komórkowa, na przykład NMT-450 i S-450.schb

Wadami tej metody separacji kanałów są:

wąskopasmowy kanał informacyjny, a co za tym idzie jego wrażliwość na selektywne zanikanie (niska odporność na zakłócenia);
irracjonalne wykorzystanie odcinków widma (zakresu) częstotliwości - trudności w korzystaniu z tych samych odcinków widma na tym samym terytorium.

Zalety obejmują:

względna łatwość wdrożenia;
wysoka jakość w części niskoczęstotliwościowej przewodu konwersacyjnego pod względem takiego parametru, jak barwa barwy mowy (wpływa na rozpoznawanie mówiącego). Przy braku znaczących zakłóceń jest to jakość zbliżona do kanałów telefonii przewodowej.

2. Technologia TDMA (Time Division Multiple Access) manipuluje dwoma parametrami sygnału informacyjnego – częstotliwością i czasem. W tym przypadku każdemu kanałowi przypisane jest szersze (w stosunku do FDMA) pasmo częstotliwości (do 200 kHz), które z kolei jest podzielone na kanały logiczne (oddzielone w czasie). Separacja odbioru i transmisji może odbywać się zarówno częstotliwościowo – FDD (Frequency Division Duplex), jak i czasowo TDD (Time Division Duplex). Technologia TDMA/FDD jest wykorzystywana w cyfrowych standardach komórkowych, takich jak GSM-900/1800 i D-AMPS. Technologia TDMA/TDD leży u podstaw standardu DECT – cyfrowej telefonii bezprzewodowej.

Zalety tej metody obejmują:

wyższa odporność na zakłócenia (w porównaniu do FDMA), osiągnięta poprzez cyfryzację sygnału informacyjnego;
możliwość ponownego wykorzystania tych samych pasm częstotliwości na tym samym terytorium – wyższy wskaźnik ponownego wykorzystania.

Wady to:

uporczywy wąskopasmowy (względny), a w konsekwencji - podatność na selektywne zanikanie, które objawia się w postaci „rechotania” i „bulgotania” (utrata użytecznego sygnału) w części toru rozmowy o niskiej częstotliwości;
nieefektywne wykorzystanie widma częstotliwości – utrzymanie procedury planowania częstotliwości.

Dostęp z podziałem częstotliwości (FDMA) FDMA jest najprostszą i najpowszechniejszą metodą stosowaną zarówno w analogowych, jak i cyfrowych SSS. W przypadku FDMA każdy ES przesyła swoje sygnały w części przydzielonej mu przepustowości wzmacniacza. Główną wadą FDMA jest zmniejszenie przepustowości w porównaniu do trybu jednosygnałowego, spowodowane koniecznością zmniejszenia mocy wzmacniacza wyjściowego przemiennika o 4-6 dB ze względu na pojawienie się zakłóceń intermodulacyjnych. Ponadto konieczne jest zapewnienie wysokiej stabilności częstotliwości i mocy sygnału emitowanego przez każdy ES.

W systemach wyposażonych w FDMA transmisja może odbywać się zarówno przy użyciu sygnałów wielokanałowych, jak i sygnałów jednokanałowych, stosując zasadę transmisji „single Channel per Carrier” (OCC). Metodę OKN stosuje się głównie w sieci stacji o małej liczbie kanałów. Główną zaletą metody jest możliwość realizacji zasady udostępniania kanałów na żądanie. Metoda FDMA jest szeroko stosowana w systemie satelitarnym Intersputnik, Intelsacie i krajowych sieciach satelitarnych wielu krajów. Ta metoda trudne w użyciu do połączenia duża liczba komputerowe stacje abonenckie i sieci komputerowe.

Dostęp z podziałem czasu (TDMA) Metoda TDMA znalazła zastosowanie w związku z realizacją metod transmisji cyfrowej. Dzięki tej metodzie każdemu ES przydzielany jest określony, okresowo powtarzany przedział czasu na emisję sygnałów. Przedziały emisji wszystkich stacji są wzajemnie zsynchronizowane, dzięki czemu nie nakładają się na siebie. W każdym momencie przez przemiennik przechodzi sygnał tylko jednej stacji i we wzmacniaczu przemiennika nie występuje nieliniowe oddziaływanie sygnałów z różnych stacji.

Rozwijana jest metoda TDMA do transmisji danych z dużej liczby stacji abonenckich podłączonych do cyfrowej sieci telefonicznej, a przy pomocy urządzeń do multipleksowania kanałów transmisja jest organizowana przez główne stacje terytorialne. Służy do łączenia dużej liczby autonomicznych komputerowych stacji abonenckich i sieci komputerowych z bezpośrednim połączeniem ze stacją satelitarną, przy czym wymagane są znaczne koszty niepełnosprawności według liczby AP.

Rama MDVR składa się z czterech ramy pomocnicze(okna). Wielostrzałowy zawiera 18 klatek, hiperramka-50 multiramek. Czas trwania klatki wynosi 53,37 ms, czas trwania wielu klatek wynosi 1,02 s. Każdy kanał częstotliwości zawiera cztery kanały fizyczne z odstępem częstotliwości między kanałami 25 kHz lub dwa kanały z odstępem częstotliwości 12,5 kHz.
W oknie przesyłany jest pakiet zawierający 510 bitów. Dostępnych jest sześć standardowych pakietów: BRYŁKA- pakiet standardowy dla kierunku w górę (ryc. 9.2, a); N.D.B.- standardowy pakiet dla kierunku w dół (ryc. 9.2, b); S.B.- pakiet synchronizacyjny dla głośników (rys. 9.2.c); pojedynczy standardowy pakiet w dół; pojedynczy pakiet synchronizacji dla głośników i pakiet sterowania.

Pakiety standardowe służą do przesyłania informacji o ruchu i kanale kontrolnym. Pojedyncze pakiety - do tych samych celów. Wykorzystuje się je jedynie w trybach podziału czasu np. przy tymczasowym dzieleniu kanałów pomiędzy strefami w rozbudowanym systemie. Pakiet sterujący (rys. 9, 2. d i e) składa się z dwóch niezależnych półpakietów: górnego (LB) i dolnego (CB). LB - półpakiet sygnału sterującego mocą. Zajmuje tylko jedną (lewą) półpaczkę. SV - półpakiet kanału sterowania mocą. Zajmuje jedną połowę pakietu, ale można go przesyłać w dowolnym z nich (lewym i prawym).

Strukturę pakietu (ryc. 9.2) tworzą następujące pola i bity:

P - bit kontroli mocy;

01 - standardowa sekwencja treningowa;

02 - rozszerzona sekwencja treningowa;

F - bity regulacji fazy;

F - bity korekcji częstotliwości;

S - sekwencja synchronizacji.

Pola do przesyłania informacji w kanale rozmownym i kanale kontrolnym są oznaczone jako INF i I2, przy czym INF oznacza, że to pole może być zajęte przez bity dowolnego z tych kanałów, a I2 - tylko kanał sterujący. Jedna linia na rys. 9.2 pola bitów przejściowych są przekreślone, a przedziały czasu ochronnego przekreślone dwiema liniami. Na ryc. 9.2 wskazuje liczbę bitów każdego pola.

Sekwencje szkoleniowe służą do regulacji korektora, utrzymywania synchronizacji ramek pakietów i przekazywania informacji o strukturze pakietu. Istnieją trzy standardowe sekwencje szkoleniowe po 22 bity i jedna rozszerzona o długości 30 bitów. Dwa z nich wskazują, że w standardowym pakiecie przesyłany jest jeden lub dwa kanały logiczne.

Funkcje autokorelacji sygnałów sekwencji uczącej mają jeden pik o szerokości jednego przedziału zegarowego i niski poziom składowych bocznych. Umożliwia to niezawodne określenie początku sekwencji podczas odbioru w celu utrzymania synchronizacji ramek. Według rodzaju funkcji interkorelacji można wiarygodnie rozróżnić sekwencje.

Do pojedynczych pakietów wprowadza się odstęp czasowy ochronny, aby zredukować zakłócenia międzykanałowe. W tym przedziale nie jest emitowana żadna nośna. Bity regulacji fazy służą do przywracania faza początkowa przewoźnik. Do korekcji częstotliwości przewidziano 80-bitowe pole. W polu tym powstają trzy impulsy radiowe o znanych częstotliwościach.

Diody są często określane jako „do przodu” i „do tyłu”. Z czym to się wiąże? Jaka jest różnica między diodą „do przodu” a diodą „do tyłu”?

Co to jest dioda „do przodu”?

Dioda to półprzewodnik, który ma 2 końcówki, a mianowicie anodę i katodę. Służy do przetwarzania różne sposoby sygnały elektryczne. Na przykład w celu ich wyprostowania, ustabilizowania, przekształcenia.

Cechą diody jest to, że przepuszcza prąd tylko w jednym kierunku. W przeciwnym kierunku – nie. Jest to możliwe dzięki temu, że struktura diody zawiera 2 rodzaje obszarów półprzewodnikowych różniących się przewodnością. Pierwszy warunkowo odpowiada anodzie, która ma ładunek dodatni, którego nośnikami są tak zwane dziury. Druga to katoda, która ma ładunek ujemny, a jej nośnikami są elektrony.

Dioda może pracować w dwóch trybach:

otwarty;
Zamknięte

W pierwszym przypadku prąd przepływa dobrze przez diodę. W drugim trybie - z trudem.

Diodę można otworzyć poprzez bezpośrednie połączenie. Aby to zrobić, należy podłączyć przewód dodatni ze źródła prądu do anody, a przewód ujemny do katody.

Napięcie stałe można również nazwać napięciem diodowym. Nieoficjalnie samo urządzenie półprzewodnikowe. Zatem nie to jest „bezpośrednie”, ale połączenie z nim lub napięcie. Jednak dla ułatwienia zrozumienia w elektrotechnice sama dioda jest często określana jako „bezpośrednia”.

Co to jest dioda „flyback”?

Półprzewodnik jest zamykany poprzez z kolei przyłożenie napięcia wstecznego. Aby to zrobić, należy zmienić polaryzację przewodów ze źródła prądu. Podobnie jak w przypadku diody przewodzenia, generowane jest napięcie wsteczne. Analogicznie do poprzedniego scenariusza sama dioda nazywana jest również „rewersem”.

Porównanie

Główna różnica między diodą „do przodu” a diodą „do tyłu” polega na sposobie dostarczania prądu do półprzewodnika. Jeśli zostanie zastosowany do otwarcia diody, półprzewodnik stanie się „prosty”. Jeśli zmieni się polaryzacja przewodów źródła prądu, półprzewodnik zamyka się i staje się „odwrotny”.

Po rozważeniu różnicy między diodą „do przodu” a diodą „do tyłu” odzwierciedlimy główne wnioski w tabeli.

Dziś diody można znaleźć niemal w każdym sprzęt gospodarstwa domowego. Wiele osób nawet składa niektóre urządzenia w swoim domowym laboratorium. Aby jednak poprawnie wykorzystać te elementy obwodu elektrycznego, musisz wiedzieć, jaka jest charakterystyka prądowo-napięciowa diody. To właśnie na tej cesze skupi się ten artykuł.

Co to jest

VAC oznacza charakterystykę prądowo-napięciową półprzewodnika diodowego. Odzwierciedla zależność prądu przepływającego przez złącze p-n diody. Charakterystyka prądowo-napięciowa określa zależność prądu od wielkości, a także polaryzację przyłożonego napięcia. Charakterystyka prądowo-napięciowa ma postać wykresu (schematu). Ten wykres wygląda następująco:

Charakterystyka IV dla diody

Dla każdego typu diody wykres charakterystyki prądowo-napięciowej będzie miał swój specyficzny wygląd. Jak widać wykres zawiera krzywą. Wartości prądu przewodzenia (połączenie bezpośrednie) zaznaczone są u góry pionowo, a u dołu odwrotnie. Ale diagram poziomy i wykres przedstawiają napięcie, podobnie w kierunku do przodu i do tyłu. Zatem schemat charakterystyki prądowo-napięciowej będzie składał się z dwóch części:

część górna i prawa - element pracuje w kierunku do przodu. Odzwierciedla przepływający prąd. Linia w tej części idzie ostro w górę. Charakteryzuje się znacznym wzrostem napięcia przewodzenia;
dolna lewa część - element działa w przeciwnym kierunku. Odpowiada zamkniętemu (wstecznemu) prądowi płynącemu przez złącze. Tutaj linia przebiega prawie równolegle do osi poziomej. Odzwierciedla powolny wzrost prądu wstecznego.

Notatka! Im bardziej stroma pionowa Górna część wykres, a im dolna linia znajduje się bliżej osi poziomej, tym lepsze będą właściwości prostujące półprzewodnika.

Warto zauważyć, że charakterystyka prądowo-napięciowa silnie zależy od temperatury otoczenia. Na przykład wzrost temperatury powietrza może prowadzić do gwałtownego wzrostu prądu wstecznego.
Możesz zbudować krzywą prądu i napięcia własnymi rękami w następujący sposób:

weź zasilacz;
podłącz go do dowolnej diody (minus do katody, plus do anody);
Pomiarów dokonujemy za pomocą multimetru.

Na podstawie uzyskanych danych konstruowana jest charakterystyka prądowo-napięciowa dla konkretnego elementu. Jego diagram lub wykres może wyglądać następująco.

Nieliniowa charakterystyka prądowo-napięciowa

Wykres pokazuje charakterystykę prądowo-napięciową, która w tym projekcie nazywa się nieliniową.
Spójrzmy na przykłady różnych typów półprzewodników. Dla każdego indywidualnego przypadku ta cecha będzie miała swój własny harmonogram, chociaż wszystkie będą miały ten sam charakter, z niewielkimi zmianami.

CVC dla shotky'ego

Jedną z najpopularniejszych obecnie diod jest Schottky. Półprzewodnik ten został nazwany na cześć niemieckiego fizyka Waltera Schottky’ego. Dla Schottky’ego charakterystyka prądowo-napięciowa będzie miała następującą postać.

CVC dla Schottky’ego

Jak widać, Schottky charakteryzuje się niskim spadkiem napięcia w sytuacji bezpośredniego połączenia. Sam wykres jest wyraźnie asymetryczny. W strefie przemieszczenia do przodu obserwuje się wykładniczy wzrost prądu i napięcia. Przy polaryzacji odwrotnej i przewodnej dla danego elementu prąd w barierze wynika z elektronów. W rezultacie takie elementy charakteryzują się szybkim działaniem, ponieważ nie ma procesów dyfuzji i rekombinacji. W tym przypadku asymetria charakterystyki prądowo-napięciowej będzie typowa dla konstrukcji typu barierowego. Tutaj zależność prądu od napięcia jest określona przez zmianę liczby nośników biorących udział w procesach przenoszenia ładunku.

Dioda krzemowa i jej charakterystyka prądowo-napięciowa

Oprócz Schottky'ego bardzo popularne są obecnie półprzewodniki krzemowe. W przypadku diody krzemowej charakterystyka prądowo-napięciowa wygląda następująco.

Charakterystyka IV diody krzemowej i germanowej

W przypadku takich półprzewodników charakterystyka ta zaczyna się od około 0,5-0,7 wolta. Bardzo często półprzewodniki krzemowe porównuje się z półprzewodnikami germanowymi. Jeśli temperatury otoczenia są równe, oba urządzenia będą wykazywać pasmo wzbronione. W takim przypadku element krzemowy będzie miał niższy prąd przewodzenia niż element wykonany z germanu. Ta sama zasada dotyczy prądu wstecznego. Dlatego półprzewodniki germanowe zwykle natychmiast ulegają rozkładowi termicznemu, jeśli występuje wysokie napięcie wsteczne.
W rezultacie, przy tej samej temperaturze i napięciu przewodzenia, bariera potencjału dla półprzewodników krzemowych będzie wyższa, a prąd wtrysku niższy.

Charakterystyka IV i dioda prostownicza

Podsumowując, chciałbym rozważyć tę cechę dla diody prostowniczej. Dioda prostownicza jest jednym z rodzajów półprzewodników używanych do konwersji prądu przemiennego na prąd stały.

Charakterystyka IV dla diody prostowniczej

Na wykresie przedstawiono doświadczalną charakterystykę prądowo-napięciową oraz teoretyczną (linia przerywana). Jak widać nie pasują. Powodem tego jest fakt, że w obliczeniach teoretycznych nie uwzględniono niektórych czynników:

obecność rezystancji omowej w obszarach podstawy i emitera kryształu;
jego ustalenia i kontakty;
możliwość występowania prądów upływowych wzdłuż powierzchni kryształu;
występowanie procesów rekombinacji i generacji w przejściu dla nośników;
różnego rodzaju awarie itp.

Wszystkie te czynniki mogą mieć wpływ inny wpływ, co prowadzi do rzeczywistej charakterystyki prądowo-napięciowej różniącej się od teoretycznej. Co więcej, znaczący wpływ na wygląd Na grafikę w tej sytuacji wpływa temperatura otoczenia.
Charakterystyka prądowo-napięciowa diody prostowniczej pokazuje wysoką przewodność urządzenia, gdy przyłożone jest do niego napięcie w kierunku do przodu. W przeciwnym kierunku obserwuje się niską przewodność. W takiej sytuacji prąd praktycznie nie przepływa przez element w przeciwnym kierunku. Dzieje się tak jednak tylko przy określonych parametrach napięcia wstecznego. W przypadku jego przekroczenia na wykresie widać lawinowy wzrost prądu w przeciwnym kierunku.

Wniosek

Charakterystyka prądowo-napięciowa elementów diodowych jest uważana za ważny parametr, odzwierciedlający specyfikę przewodzenia prądu w kierunku do tyłu i do przodu. Określa się go w zależności od napięcia i temperatury otoczenia.

Diody prostownicze nazywane są urządzeniami półprzewodnikowymi z jednym złączem p-n. Główną właściwością leżącą u podstaw działania diod prostowniczych jest przewodzenie jednokierunkowe. Przykład takiej diody pokazano na rysunku 1.

Rysunek 1. Charakterystyka prądowo-napięciowa diody prostowniczej.

Charakterystyka prądowo-napięciowa diody prostowniczej

Na rysunku pierwsza ćwiartka zawiera gałąź do przodu, a trzecia gałąź odwrotną charakterystyki diody. Bezpośrednia gałąź charakterystyki jest usuwana pod działaniem napięcia przewodzenia, odpowiednio gałąź odwrotna, gdy do diody przyłożone jest napięcie wsteczne. Napięcie stałe na diodzie nazywa się tak, że na katodzie powstaje wyższy potencjał elektryczny w stosunku do anody , a jeśli mówimy językiem znaków - na katodzie minus (-), na anodzie plus (+) , jak pokazano na rysunku 2.

Rysunek 2. Obwód do badania charakterystyki prądowo-napięciowej diody podłączonej bezpośrednio.

Rysunek 1 przedstawia następujące symbole:

IP– prąd pracy diody;

Ud– spadek napięcia na diodzie;

U®– napięcie wsteczne diody;

wzwyż- napięcie przebicia;

ja– prąd upływowy, czyli prąd wsteczny diody.

Pojęcia i oznaczenia cech

Prąd pracy diody (Ir) jest to bezpośrednie przejście przez diodę przez długi czas, podczas którego urządzenie nie ulega nieodwracalnemu zniszczeniu temperaturowemu, a jego charakterystyka nie ulega znaczącym zmianom jakościowym. W podręcznikach może być oznaczony jako stały prąd maksymalny.

na diodzie (Ud) – napięcie na zaciskach diody powstające przy przepływie przez nią stałego prądu roboczego. W podręcznikach można go oznaczyć jako napięcie przewodzenia na diodzie.

Prąd stały płynie, gdy dioda jest włączona bezpośrednio .

Napięcie wsteczne diody (U®) – dopuszczalne napięcie wsteczne na diodzie, przyłożone do niej przez długi czas, przy którym nie następuje jej nieodwracalne zniszczenie złącze p-n. W literaturze przedmiotu można to nazwać maksymalnym napięciem wstecznym.

Napięcie przebicia (Upr) – napięcie wsteczne na diodzie, przy którym następuje nieodwracalne napięcie elektryczne podział p-n przejścia i w rezultacie awarii urządzenia.

Prąd wsteczny diody, Lub prąd upływowy (Iу) – prąd wsteczny, który przez długi czas nie powoduje nieodwracalnego zniszczenia (przebicia) złącza p-n diody.

Wybierając diody prostownicze, zwykle kierują się powyższymi cechami.

Działanie diody

Subtelności praca p-n przejścia, temat na osobny artykuł. Uprośćmy problem i rozważmy działanie diody z punktu widzenia przewodności jednokierunkowej. Więc, Dioda działa jako przewodnik przy podłączeniu do przodu i jako dielektryk (izolator) przy podłączeniu odwrotnie. Rozważmy dwa obwody na rysunku 3.

Rysunek 3. Odwrotne (a) i do przodu (b) podłączenie diody.

Rysunek przedstawia dwie wersje tego samego obwodu. Na rysunku 3 (a) położenie przełączników S1 i S2 zapewnia kontakt elektryczny anody diody z minusem źródła zasilania, a katody poprzez żarówkę HL1 z plusem. Jak już ustaliliśmy, to odwrotne załączenie diody. W tym trybie dioda będzie zachowywać się jak element izolujący elektrycznie, obwód elektryczny będzie praktycznie otwarta, lampa nie będzie się świecić.

Przy zmianie położenia styków S1 i S2, rysunek 3 (b), zapewniony jest kontakt elektryczny między anodą diody VD1 i plusem źródła zasilania, a katodą przez żarówkę z minusem. W której warunek bezpośredniego załączenia diody jest spełniony, dioda „otwiera się” i przepływa przez nią prąd obciążenia (lampy), jak przez przewodnik.

Jeśli dopiero zaczynasz naukę elektroniki, możesz być nieco zdezorientowany złożonością przełączników na rysunku 3. Na podstawie podanego opisu narysuj analogię w oparciu o uproszczone schematy z rysunku 4. To ćwiczenie pozwoli ci zrozumieć i zorientuj się trochę w zasadach konstruowania i odczytywania obwodów elektrycznych.

Rysunek 4. Schemat odwrotnego i bezpośredniego podłączenia diody (uproszczony).

Na rysunku 4 zmianę polaryzacji na zaciskach diody zapewnia się poprzez zmianę położenia diody (poprzez jej odwrócenie).

Przewodzenie diody jednokierunkowej

Można zauważyć, że synchroniczna zmiana pozycji przełączników S1 i S2 (rysunek 3) symuluje zasilanie szeregowego obwodu dioda-lampa, rysunek 5.

Rysunek 5. Wykresy napięć przed i za diodą prostowniczą.

Załóżmy warunkowo, że potencjał elektryczny przełącznika S2 jest zawsze równy 0. Następnie na anodę diody zostanie przyłożona różnica napięcia –US1-S2 I +US1-S2 w zależności od położenia przełączników S1 i S2. Schemat takiego Napięcie prądu przemiennego kształt prostokątny pokazano na rysunku 5 (górny schemat). Gdy różnica napięcia na anodzie diody jest ujemna, dioda zostaje zablokowana (działa jako element izolacyjny), natomiast przez lampę HL1 nie przepływa prąd i nie pali się, ale Napięcie na lampie jest prawie zerowe . Gdy różnica napięć jest dodatnia, dioda zostaje odblokowana (zachowuje się jak przewód elektryczny) I Prąd przepływa przez obwód szeregowy dioda-lampa. Napięcie lampy wzrasta do UHL1. Napięcie to jest nieco mniejsze od napięcia zasilania ponieważ część napięcia spadnie na diodzie . Z tego powodu w elektronice i elektrotechnice różnice napięcia nazywane są czasami „spadkami napięcia”. Te. w tym przypadku, jeśli lampa zostanie uznana za obciążenie, wówczas tak będzie napięcie obciążenia, a na diodzie - spadek napięcia.

Zatem, okresy ujemnej różnicy napięć są niejako ignorowane przez diodę, odcinane, a prąd przepływa przez obciążenie tylko w okresach dodatniej różnicy napięć. Ta konwersja napięcia przemiennego na jednobiegunowe (pulsujące lub bezpośrednie) nazywa się prostowaniem.

Dioda półprzewodnikowa- najprostsze urządzenie półprzewodnikowe, składające się z jednego złącza PN. Jego główną funkcją jest dyrygowanie Elektryczność w jednym kierunku i nie pomijaj go w przeciwnym kierunku. Dioda składa się z dwóch warstw półprzewodników typu N i P.

Na styku połączeń P i N powstaje złącze PN. Elektrodę podłączoną do P nazywa się anodą. Elektroda połączona z N nazywana jest katodą. Dioda przewodzi prąd w kierunku od anody do katody i nie przewodzi go z powrotem.

Dioda w stanie spoczynku

Zobaczmy, co dzieje się wewnątrz złącza PN, gdy dioda półprzewodnikowa jest w stanie spoczynku. To znaczy, gdy do anody lub katody nie jest podłączone żadne napięcie.

Zatem w części N znajdują się wolne elektrony - cząstki naładowane ujemnie. Część P zawiera jony naładowane dodatnio – dziury. W rezultacie w miejscu, w którym znajdują się cząstki o ładunkach o różnych znakach, powstaje pole elektryczne, które przyciąga je do siebie.

Pod wpływem tego pola wolne elektrony z części N dryfują przez złącze PN do części P i wypełniają pewne dziury. Rezultatem jest bardzo słaby prąd elektryczny mierzony w nanoamperach. W efekcie wzrasta gęstość substancji w części P i następuje dyfuzja (tendencja substancji do równomiernego stężenia), wypychając cząstki z powrotem na stronę N.

Odwrotne podłączenie diody

Zobaczmy teraz, jak dioda półprzewodnikowa spełnia swoją główną funkcję - przewodzi prąd tylko w jednym kierunku. Podłączmy źródło zasilania - plus do katody, minus do anody.

Zgodnie z siłą przyciągania, która powstaje pomiędzy ładunkami o różnej polaryzacji, elektrony z N zaczną przesuwać się w stronę plusa i oddalać się od złącza PN. Podobnie dziury z P będą przyciągane do minusa, a także będą oddalać się od złącza PN. W rezultacie wzrasta gęstość substancji na elektrodach. Dyfuzja wchodzi w grę i zaczyna wypychać cząsteczki z powrotem, dążąc do jednolitej gęstości materii.

Jak widać, w tym stanie dioda nie przewodzi prądu. Wraz ze wzrostem napięcia w złączu PN będzie coraz mniej naładowanych cząstek.

Bezpośrednie podłączenie diody

Zmieniamy polaryzację źródła zasilania - plus na anodę, minus na katodę. W tej pozycji pomiędzy ładunkami o tej samej polaryzacji powstaje siła odpychająca. Ujemnie naładowane elektrony oddalają się od ładunku ujemnego i zbliżają się do złącza pn. Z kolei dodatnio naładowane dziury są odpychane od plusa i kierowane w stronę elektronów. Złącze PN jest wzbogacone naładowanymi cząstkami o różnej polaryzacji, pomiędzy którymi powstaje pole elektryczne - wewnętrzne pole elektryczne złącza PN. Pod jego wpływem elektrony zaczynają dryfować na stronę P. Niektóre z nich rekombinują z dziurami (wypełniają miejsce w atomach, w którym jest za mało elektronu). Pozostałe elektrony pędzą na dodatnią stronę akumulatora. Przez diodę płynął prąd I D.

Aby uniknąć nieporozumień, przypomnę, że kierunek prądu to schematy elektryczne przeciwnym do kierunku przepływu elektronów.

Wady prawdziwej diody półprzewodnikowej

W praktyce w prawdziwej diodzie przy odwróceniu napięcia pojawia się bardzo mały prąd mierzony w mikro lub nanoamperach (w zależności od modelu urządzenia). W rezultacie również Wysokie napięcie, struktura krystaliczna półprzewodnika w diodzie może się załamać. W takim przypadku urządzenie zacznie dobrze przewodzić prąd nawet przy odwrotnym polaryzacji. To napięcie nazywa się napięcie przebicia. Procesu niszczenia struktury półprzewodnikowej nie można przywrócić, a urządzenie staje się bezużyteczne.

Przy bezpośrednim połączeniu napięcie między anodą a katodą musi osiągnąć określoną wartość V ϒ, aby dioda zaczęła dobrze przewodzić prąd. W przypadku urządzeń krzemowych V ϒ wynosi około 0,7 V, a dla urządzeń germanowych około 0,3 V. Ta i inne cechy półprzewodnikowej diody prostowniczej zostaną omówione bardziej szczegółowo w artykule Charakterystyka I-V diody półprzewodnikowej.

POWIĄZANE LINKI:

Charakterystyka prądowo-napięciowa (charakterystyka woltoamperowa) diody

Zastosowanie diod

Półprzewodniki. Część III. Wpływ zanieczyszczeń na przewodnictwo

UWAGI:

Tambu

napisał: 22.10.2013

Tekst jest oczywiście przystępny. Po prostu przyczyny spoczynku są zdezorientowane. Przed kontaktem obszarów p i n były one elektrycznie obojętne - w obszarze p domieszka grupy III pobiera elektron z półprzewodnika IV, półprzewodnik staje się „dziurą”, ale dodatkowy elektron z domieszki nie znika wszędzie, podobnie dla zanieczyszczeń z grupy V - elektron odlatuje, ale jon dodatni pozostaje. Pole elektryczne nie ma skąd pochodzić - opłaty znoszą się nawzajem. Nie jest też jasne, dlaczego elektrony miałyby odlecieć z powrotem do obszaru n, gdzie elektronów jest bez nich mnóstwo, z obszaru p, gdzie elektronów praktycznie nie ma. Dyfuzja jest procesem losowym. Po prostu biorą elektrony i latają, gdzie chcą. Z rejonu n do p wylatuje garstka ludzi i praktycznie nie ma już kto lecieć z powrotem. W obszarze p następuje akumulacja losowo przybywających elektronów, część z nich rekombinuje z „dziurami”, a część pozostaje wolna. I tutaj już następuje naruszenie neutralności elektrycznej - obszar p okazuje się naładowany ujemnie, n - dodatnio. Tworzy się obszar ładunku kosmicznego. Pojawia się pole elektryczne, a dryf przenosi elektrony z powrotem do obszaru n. Dryf kompensuje dyfuzję, a nie odwrotnie.

123

napisał: 2013-11-22

1) Wpadają dziury n i elektrony w p z powodu ruchu termicznego i tam łączą się ponownie i powstaje nadmiar ładunku - w obszarze p i + w obszarze n w pobliżu granicy faz. jaka inna dyfuzja? O to właśnie chodzi, że ładunki te mają jądra atomowe, co oznacza, że nie mogą się rekombinować, lecz tworzą potencjalną barierę. 2) przewodzenie zachodzi w zupełnie inny sposób. przy bezpośrednim podłączeniu. bariera „rozpuszcza się” pod wpływem pola elektrycznego, a dziury z elektronami pędzą (pod wpływem tego samego pola) w kierunku granica p-n w rezultacie łączą się tam ponownie. elektron nie przechodzi przez oba przejścia. Z katody elektrony „biegną” do obszaru n, a do anody „pobierają” elektrony z obszaru p. wszystko to odbywa się pod wpływem pola elektrycznego źródła. W drugą stronę też nic podobnego. Anoda po prostu „pobiera” elektrony z obszaru n, a katoda oddaje je dziurom, dlatego w obszarze p obszar jonów naładowanych ujemnie się rozszerza, a w obszarze n rozszerza się obszar jonów naładowanych dodatnio ( patrz wyżej – bariera potencjału rozszerza się).