Geniş tətbiq elektronika sahəsində yarımkeçirici elementlər alınmışdır ki, onlardan biri də dioddur. Onlar demək olar ki, bütün cihazlarda istifadə olunur, lakin daha tez-tez müxtəlif enerji təchizatı və elektrik təhlükəsizliyini təmin etmək üçün istifadə olunur. Onların hər birinin özünəməxsus məqsədi var və spesifikasiyalar. Müxtəlif növ nasazlıqları müəyyən etmək və texniki məlumat əldə etmək üçün diodun cari gərginlik xüsusiyyətlərini bilməlisiniz.
Ümumi məlumat
Diod (D) - yarımkeçirici element, cərəyanı p-n qovşağından yalnız bir istiqamətdə keçirməyə xidmət edir. D-nin köməyi ilə siz dəyişən U-nu düzəldə bilərsiniz, ondan daimi pulsasiya edən birini əldə edə bilərsiniz. Dalğaları hamarlaşdırmaq üçün kondansatör və ya induktiv filtrlər istifadə olunur və bəzən birləşdirilir.
D yalnız anod (+) və katod (-) adlanan aparıcılarla p-n qovşağından ibarətdir. Cari bir keçiricidən keçərkən ona istilik təsir göstərir. Qızdırıldıqda, katod mənfi yüklü hissəciklər - elektronlar (E) buraxır. Anod müsbət yükə malik olduğu üçün elektronları cəlb edir. Prosesdə bir cərəyan (emissiya) meydana gəldiyi bir emissiya sahəsi meydana gəlir. (+) və (-) arasında elektronların sərbəst hərəkətinə mane olan mənfi fəza yükü əmələ gəlir.Anoda çatan elementlər anod cərəyanı, çatmayanlar isə katod cərəyanı əmələ gətirir. Anod və katod cərəyanları sıfırdırsa, D qapalı vəziyyətdədir.
D davamlı dielektrik materialdan hazırlanmış korpusdan ibarətdir. Korpusda 2 elektrod (anod və katod) olan vakuum sahəsi var. Aktiv təbəqəsi olan bir metalı təmsil edən elektrodlar dolayı yolla qızdırılır. Aktiv təbəqə qızdırıldıqda elektronlar buraxır. Katod elə qurulmuşdur ki, onun içərisində parlayan və elektronlar buraxan bir naqil var və anod onları qəbul etməyə xidmət edir.
Bəzi mənbələrdə anod və katod silikon (Si) və ya germaniumdan (Ge) hazırlanmış kristal adlanır. Onun biri komponentlər elektronların süni çatışmazlığı, digərində isə artıqlığı var (şək. 1). Bu kristallar arasında p-n qovşağı adlanan bir sərhəd var.
Şəkil 1 - p-n tipli yarımkeçiricinin sxematik təsviri.
Tətbiq sahələri
D enerji təchizatı (PSU), diod körpülərinin tikintisində AC rektifikatoru kimi, həmçinin müəyyən bir dövrənin tək elementi kimi geniş istifadə olunur. D, dövrəni enerji mənbəyi bağlantısının polaritesinə uyğun gəlməməkdən qoruya bilir. Hər hansı yarımkeçirici hissənin (məsələn, tranzistorun) pozulması dövrədə baş verə bilər və radio elementləri zəncirinin uğursuzluq prosesinə səbəb ola bilər. Bu halda, əks istiqamətdə birləşdirilmiş bir neçə D zəncirindən istifadə olunur. Kommutatorlar yüksək tezlikli siqnalların dəyişdirilməsi üçün yarımkeçiricilər əsasında yaradılır.
D kömür və metallurgiya sənayesində, xüsusilə tələb olunan elektrik dövrəsində U-nu məhdudlaşdıran diod maneələri şəklində daxili təhlükəsiz keçid sxemləri yaratarkən istifadə olunur. Diod maneələri I dəyərlərini azaltmaq və qorunma dərəcəsini artırmaq üçün cərəyan məhdudlaşdırıcıları (rezistorlar) ilə birlikdə istifadə olunur, buna görə də müəssisənin elektrik təhlükəsizliyi və yanğın təhlükəsizliyi.
Volt-amper xüsusiyyətləri
Cari gərginlik xarakteristikası yarımkeçirici elementin xarakteristikasıdır, p-n qovşağından keçən I-in U-nun dəyərindən və polaritesindən asılılığını göstərir (şəkil 1).
Şəkil 1 - Yarımkeçirici diodun cari gərginlik xarakteristikasının nümunəsi.
Cari gərginlik xüsusiyyətləri bir-birindən fərqlənir və bu, yarımkeçirici cihazın növündən asılıdır. Cari gərginlik xarakteristikasının qrafiki şaquli boyunca düz xəttin I dəyərləri (yuxarıda) qeyd olunan bir əyridir. Aşağıda əks əlaqə üçün I dəyərləri verilmişdir. U oxunuşları birbaşa və əks əlaqə üçün üfüqi olaraq göstərilir. Sxem 2 hissədən ibarətdir:
- Üst və sağ - D birbaşa əlaqədə işləyir. I ötürmə qabiliyyətini göstərir və xətt yuxarı qalxır, bu da birbaşa U (Upr) artımını göstərir.
- Soldakı aşağı hissə - D qapalı vəziyyətdədir. Xətt demək olar ki, oxa paralel gedir və İrevdə (əks cərəyan) yavaş bir artım göstərir.
Qrafikdən belə nəticəyə gələ bilərik: qrafikin şaquli hissəsi (1-ci hissə) nə qədər dik olarsa, alt xətt üfüqi oxa bir o qədər yaxın olar. Bu, yarımkeçirici qurğunun yüksək rektifikasiya xüsusiyyətlərini göstərir. Cari gərginliyin xarakteristikasının temperaturdan asılı olduğunu nəzərə almaq lazımdır mühit, temperaturun azalması ilə İrəvdə kəskin azalma var. Temperatur yüksəlirsə, deməli İrəv də qalxır.
Qrafikin çəkilməsi
Müəyyən bir növ yarımkeçirici cihaz üçün cərəyan gərginliyi xarakteristikasını qurmaq çətin deyil. Bunu etmək üçün sizə enerji təchizatı, multimetr (voltmetr və ampermetr) və diod (hər hansı yarımkeçirici cihaz üçün tikilə bilər) lazımdır. Cari gərginlik xarakteristikasının qurulması alqoritmi aşağıdakı kimidir:
- Enerji təchizatını diodla birləşdirin.
- U və I ölçmələrini aparın.
- Məlumatları cədvələ daxil edin.
- Cədvəl məlumatları əsasında I-nin U-dan asılılığının qrafikini qurun (şək. 2).
Şəkil 2 - Diodun qeyri-xətti I-V xarakteristikasının nümunəsi.
Hər yarımkeçirici üçün cari gərginlik xarakteristikaları fərqli olacaq. Məsələn, ən çox yayılmış yarımkeçiricilərdən biri alman fiziki W. Schottky tərəfindən adlandırılan Şottki diodudur (Şəkil 3).
Şəkil 3 - Schottky cərəyan gərginliyi xarakteristikası.
Təbiətdə asimmetrik olan qrafikə əsasən, bu tip diodun birbaşa qoşulduqda U-da kiçik bir düşmə ilə xarakterizə olunduğunu görmək olar. I və U-da eksponensial artım var. Baryerdəki cərəyan əks və irəli əyilmə altında mənfi yüklü hissəciklər tərəfindən yaranır. Schottkis yüksək sürətə malikdir, çünki diffuziya və rekombinasiya prosesləri yoxdur. Mən yük transferi proseslərində iştirak edən daşıyıcıların sayındakı dəyişikliklərə görə U-dan asılıdır.
Silikon yarımkeçirici demək olar ki, hər kəsdə geniş istifadə olunur elektrik diaqramları cihazlar. Şəkil 4 onun cari gərginlik xarakteristikasını göstərir.
Şəkil 4 - Silikon D-nin I-V xarakteristikası.
Şəkil 4-də cari gərginlik xarakteristikası 0,6-0,8 V-dən başlayır. Silikon D-dən əlavə, normal temperaturda normal işləyəcək germanium da var. Silikon daha aşağı Ipr və İrev-ə malikdir, buna görə də germanium D-nin termal dönməz parçalanması rəqibinə nisbətən daha tez baş verir (yüksək Urev təmin edildikdə).
D rektifikatoru dəyişən U-nu sabitə çevirmək üçün istifadə olunur və Şəkil 5 onun cərəyan gərginliyi xarakteristikasını göstərir.
Şəkil 5 - D rektifikatorunun I-V xarakteristikası.
Şəkil nəzəri (kesik əyri) və praktiki (eksperimental) cərəyan gərginliyi xarakteristikasını göstərir. Nəzəriyyənin müəyyən aspektləri nəzərə almaması səbəbindən bunlar üst-üstə düşmür:
- Kristalın, aparıcıların və kontaktların emitent bölgəsində R-nin (müqavimət) olması.
- Sızma cərəyanları.
- Nəsil və rekombinasiya prosesləri.
- Müxtəlif növ qırılmalar.
Bundan əlavə, ətraf mühitin temperaturu ölçmələrə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir və cari gərginlik xüsusiyyətləri üst-üstə düşmür, çünki nəzəri dəyərlər +20 dərəcə temperaturda əldə edilir. Yarımkeçiricilərin işin üzərindəki işarələrlə başa düşülən digər mühüm xüsusiyyətləri də var.
Əlavə xüsusiyyətlər də var. Onlar U və I ilə müəyyən bir dövrədə D-nin istifadəsi üçün lazımdır. U ilə icazə verilən maksimum Urev-dən çox olan cihazlarda aşağı gücə malik D istifadə etsəniz, elementin qırılması və sıradan çıxması baş verəcək və bu da səbəb ola bilər. digər hissələrin uğursuzluq zənciri.
Əlavə xüsusiyyətlər: İrev və Urevin maksimum dəyərləri; I və U-nun birbaşa dəyərləri; həddindən artıq yük cərəyanı; Maksimum temperatur; əməliyyat temperaturu və s.
Cari gərginlik xarakteristikası belə mürəkkəb nasazlıqları müəyyən etməyə kömək edir D: qovşağın pozulması və korpusun depressurizasiyası. Mürəkkəb nasazlıqlar bahalı hissələrin uğursuzluğuna səbəb ola bilər, buna görə də D-ni lövhəyə quraşdırmadan əvvəl onu yoxlamaq lazımdır.
Mümkün nasazlıqlar
Statistikaya görə, D və ya digər yarımkeçirici elementlər digər dövrə elementlərinə nisbətən daha tez-tez uğursuz olur. Arızalı element müəyyən edilə və dəyişdirilə bilər, lakin bəzən bu, funksionallığın itirilməsi ilə nəticələnir. Məsələn, p-n qovşağı pozulduqda, D adi bir rezistora çevrilir və belə bir transformasiya digər elementlərin sıradan çıxmasından tutmuş yanğına və ya elektrik cərəyanına qədər dəhşətli nəticələrə səbəb ola bilər. Əsas qüsurlara daxildir:
- Dağılma. Diod bir istiqamətdə cərəyan keçmək qabiliyyətini itirir və adi bir rezistora çevrilir.
- Struktur zədələnməsi.
- Bir sızma.
Qırılma zamanı D cərəyanının bir istiqamətdə keçməsinə icazə vermir. Bir neçə səbəb ola bilər və onlar müəyyən bir D üçün qəbuledilməz dəyərlər olan I və U-nun kəskin artması ilə yaranır. P-n qovşağının əsas nasazlıq növləri:
- Termal.
- Elektrik.
Termal səviyyədə, fiziki səviyyədə, atom titrəyişlərinin əhəmiyyətli dərəcədə artması, kristal şəbəkənin deformasiyası, keçidin həddindən artıq istiləşməsi və elektronların keçirici banda daxil olması müşahidə olunur. Proses geri dönməzdir və radio komponentinin zədələnməsinə səbəb olur.
Elektrik qəzaları müvəqqətidir (kristal deformasiya olunmur) və normal işə qayıtdıqdan sonra onun yarımkeçirici funksiyaları geri qayıdır. Struktur zədələnmə, ayaqların və bədənin fiziki zədələnməsinə aiddir. Cari sızma, korpusun təzyiqi azaldıqda baş verir.
D-ni yoxlamaq üçün bir ayağı lehimləmək və qovşağın pozulmasının olması üçün multimetr və ya ohmmetr ilə zəng etmək kifayətdir (yalnız bir istiqamətdə zəng etməlidir). Nəticədə, p-n qovşağının R dəyəri bir istiqamətdə, digərində isə cihaz sonsuzluq göstərəcək. Əgər 2 istiqamətə zəng edirsinizsə, deməli radio komponenti nasazdır.
Ayaq yıxılırsa, onu lehimləmək lazımdır. Korpus zədələnibsə, hissə xidmət edilə bilən biri ilə əvəz edilməlidir.
Gövdə təzyiqsizdirsə, cari gərginlik xarakteristikasının qrafikini qurmalı və onu müqayisə etməlisiniz. nəzəri dəyər, istinad ədəbiyyatından götürülmüşdür.
Beləliklə, cari gərginlik xarakteristikası yalnız bir diod və ya hər hansı yarımkeçirici element haqqında istinad məlumatlarını əldə etməyə deyil, həm də cihazla sınaqdan keçirildikdə müəyyən edilə bilməyən mürəkkəb nasazlıqları müəyyən etməyə imkan verir.
Cari gərginlik xarakteristikası (volt-amper xarakteristikası)- müqavimətdən keçən cərəyanın qrafik olaraq ifadə edilən bu müqavimətdəki gərginlikdən asılılığı. I-V xüsusiyyətləri xətti və qeyri-xətti ola bilər və bundan asılı olaraq müqavimətlər və bu müqavimətləri ehtiva edən sxemlər xətti və qeyri-xətti bölünür.
Beləliklə, cari gərginliyin xarakteristikası elektrik gərginliyinin elektrik dövrəsində və ya onun ayrı-ayrı elementlərində (reostat, kondansatör və s.) cərəyan gücündən asılılığıdır. Elektrik dövrəsinin xətti elementləri üçün cari gərginlik xarakteristikası düz xəttdir.
Yarımkeçiriciyə tətbiq olunan gərginlik artdıqca, onun içindəki cərəyan gərginlikdən çox daha sürətli artır (şəkil 1), yəni cərəyan və gərginlik arasında qeyri-xətti əlaqə müşahidə olunur. Əgər U gərginliyi tərsinə (-U) dəyişdikdə yarımkeçiricidə cərəyanın dəyişməsi eyni xarakter daşıyır, lakin əks istiqamətdədirsə, onda belə yarımkeçirici simmetrik cərəyan-gərginlik xarakteristikası.
İlə yarımkeçiricilərin seçimində fərqli növlər elektrik keçiriciliyi (n-tipi və p-tipi) əldə edilir asimmetrik cərəyan-gərginlik xarakteristikası(Şəkil 2).
Nəticədə, bir yarım dalğalı alternativ gərginliklə, yarımkeçirici düzəldici cərəyan keçir. Bu, alternativ gərginliyin birinci yarım dalğasının artması ilə sürətlə artan Ipr irəli istiqamətdə axan bir cərəyandır.
Gərginliyin ikinci yarım dalğasına məruz qaldıqda, iki yarımkeçirici sistemi (planar rektifikatorda) əks istiqamətdə cərəyan keçirmir. Yarımkeçiricilərdə (p tipli yarımkeçiricilərdə elektronlar və n tipli yarımkeçiricilərdə dəliklər) azlıqda olan cərəyan daşıyıcılarının olması səbəbindən p-n qovşağından çox az miqdarda cərəyan İrev keçir. Bunun səbəbi p tipli yarımkeçirici ilə n tipli yarımkeçirici arasında baş verən keçid qatının (p-n qovşağı) yüksək müqavimətidir.
Alternativ gərginliyin ikinci yarım dalğasının daha da artması ilə tərs cərəyan Irev yavaş-yavaş artmağa başlayacaq və maneə təbəqəsinin (p-n qovşağının) parçalanmasının baş verdiyi dəyərlərə çata bilər.
düyü. 1. Yarımkeçiricinin cərəyan-gərginlik xarakteristikası
düyü. 2. Yarımkeçirici düzəldicinin (planar diod) asimmetrik cərəyan-gərginlik xarakteristikası
İrəli cərəyanın tərs cərəyana nisbəti nə qədər böyükdürsə (eyni gərginlik dəyərlərində ölçülür), rektifikatorun xüsusiyyətləri daha yaxşıdır. Bu, eyni gərginlik dəyərində I'rev irəli cərəyanın I'rev tərs cərəyana nisbəti olan rektifikasiya əmsalının dəyəri ilə qiymətləndirilir:
Yarımkeçirici diod iki terminalı olan bir düzəldici elektrik qovşağı olan elektrik dəyişdirici yarımkeçirici cihaz adlanır. Yarımkeçirici kristalın p- və n bölgələrini ayıran düzəldici elektrik qovşağı kimi elektron-deşik (p-n) keçidindən (P) istifadə olunur (şək. 10.2).
Metal tellər kristalın p- və n-bölgələrinə qaynaqlanır və ya lehimlənir və bütün sistem metal, metal-keramika, şüşə və ya plastik korpusa bağlanır.
Dizaynlarına görə, onlar nöqtə və planar diodları fərqləndirirlər. Diodlar ikinci dərəcəli enerji təchizatında (rektifikatorlarda) geniş istifadə olunur.
Çirklərin daha yüksək konsentrasiyasına (və buna görə də əsas yük daşıyıcılarına) malik olan kristalın yarımkeçirici bölgələrindən biri emitent, daha az konsentrasiyası olan ikincisi isə əsas adlanır. Emitent p-bölgəsidirsə, bunun üçün əsas yük daşıyıcıları p p deşikləri, əsası isə n-regiondur (əsas yük daşıyıcıları elektronlar n n), onda p p ≥n n şərti ödənilir.
p p - p-regionda deşiklərin təyin edilməsi; onda onların azlıq yük daşıyıcıları olduğu n-regionda deşiklərin təyini müvafiq olaraq p n olacaqdır.
Əməliyyat prinsipi. yaxınlığında yerləşən yarımkeçirici kristalın həcmində dəliklərin (p-dən n-bölgəyə) və elektronların (n-dən p-bölgəyə) əks diffuziyası nəticəsində diod terminallarına tətbiq edilən xarici gərginlik olmadıqda. müxtəlif keçiriciliyə malik iki bölgə arasındakı interfeys, hərəkətsiz çirk ionlarının yükləri (p-bölgəsi üçün qəbuledicilər və n-region üçün donorlar) kompensasiya olunmayacaq, bu da yarımkeçiricinin interfeysinin hər iki tərəfində kosmik yük bölgəsi yaradacaqdır. kristal (Şəkil 10.2). Yarımkeçirici strukturun elektrik neytrallığını qorumaq üçün bir bölgədən p-n qovşağından yayılan əsas yük daşıyıcılarının sayı digər bölgədən yayılan əsas yük daşıyıcılarının sayına bərabər olmalıdır. Bazadakı elektron konsentrasiyasının n n emitentdəki deşik konsentrasiyasından p p əhəmiyyətli dərəcədə az olduğunu nəzərə alsaq, Şəkil 1-də göstərildiyi kimi, baza tərəfindəki kosmik yük bölgəsi emitent tərəfdəkindən daha böyük olacaqdır. 10.2. Əks diffuziya nəticəsində əmələ gələn kosmik yük əsas yük daşıyıcılarının daha da əks diffuziyasının qarşısını alan elektrik sahəsinin gücü E yükü yaradır.
düyü. 10.2. Yarımkeçirici diodun keçid dövrəsi və xarici gərginlik olmadıqda p-n qovşağının boşluq yüklərinin fəzada paylanması
Yük daşıyıcılarının enerjisi yaradılmış yükü dəf etmək üçün kifayət etmədikdə diffuziya praktiki olaraq dayanır. potensial maneə.
Şəkildə göstərildiyi kimi diod terminallarına birbaşa gərginlik tətbiq edilərsə. 10.2, onda onun yaratdığı elektrik sahəsinin gücü E kosmik yük intensivliyinin istiqamətinə əks olacaq və baza bölgəsinə (U gərginliyi artdıqca) artan sayda dəliklər daxil ediləcək (yerləşəcək). və diod I-nin irəli cərəyanını təşkil edən bazanın n-regionu üçün əsas yük daşıyıcıları. P p ≥n n nəzərə alınmaqla, emitent bölgəyə əks inyeksiya n n diqqətdən kənarda qala bilər.
Əgər diod terminallarına tərs gərginlik (-U) tətbiq edilərsə, onda onun yaratdığı elektrik sahəsinin gücü (-E) kosmik yük yükü E ilə istiqamətdə üst-üstə düşür, potensial maneəni artırır və əsas yük daşıyıcılarının keçidinin qarşısını alır. qonşu rayona. Bununla belə, elektrik sahələrinin ümumi gücü azlıq yük daşıyıcılarının çıxarılmasına (çıxarılmasına) kömək edir: n p - p-dən n-bölgəyə və p n - n-dən p-bölgəyə qədər, p-n qovşağının əks cərəyanını təşkil edir. . Azlıq yük daşıyıcılarının sayı temperaturla əhəmiyyətli dərəcədə dəyişir, temperaturla artır. Buna görə də, azlıq daşıyıcıları səbəbindən yaranan əks cərəyan deyilir istilik cərəyanı(I 0).
Diodun cari gərginlik xarakteristikası (volt-amper xarakteristikası).Şəkildə göstərilən formaya malikdir. 10.3 (bərk xətt) və ifadəsi ilə təsvir olunur
(10.1)
burada U D p-n qovşağında gərginlikdir;
k Boltzman sabitidir; T - mütləq temperatur; q elektronun yüküdür. İfadə (10.1) ideal p-n keçidinin cari gərginlik xarakteristikasına uyğundur və real diodun bəzi xüsusiyyətlərini əks etdirmir.
Müəyyən bir gərginlik dəyərində U arr, p-n qovşağının (şəkil 10.3-də AB seqmenti) elektrik parçalanmasına uyğun gələn cərəyan I arr artmasının uçquna bənzər bir prosesi başlayır. Bu anda cərəyan məhdud deyilsə, elektrik qəzası termal parçalanmaya çevrilir (B nöqtəsindən sonra cərəyan gərginliyi xarakteristikasının bölməsi). I arr cərəyanını artıran uçquna bənzər prosesin bu ardıcıllığı silikon diodlar üçün xarakterikdir. Germanium diodları üçün, artan tərs gərginliklə, p-n qovşağının termal parçalanması, cari I arr artan uçquna bənzər bir prosesin başlanğıcı ilə demək olar ki, eyni vaxtda baş verir. Elektrik qəzası geri çevrilir, yəni Urev gərginliyini azaltdıqdan sonra diod əməliyyatı cərəyan gərginliyi xarakteristikasının tərs filialının düz hissəsinə uyğun gəlir. Termal parçalanma geri dönməzdir, çünki p-n keçidini məhv edir.
Diodun irəli cərəyanı da ətraf mühitin temperaturundan asılıdır, tərs cərəyandan daha az dərəcədə olsa da, artdıqca artır. Temperaturun dəyişməsi ilə cərəyan-gərginlik xarakteristikasının birbaşa şaxəsinin dəyişməsinin xarakteri Şəkil 1-də göstərilmişdir. 10.3. Diodun cari gərginlik xarakteristikasının irəli qolunun temperaturdan asılılığını qiymətləndirmək üçün gərginliyin temperatur əmsalı (TCV), °K -1 istifadə olunur.
Bu əmsal irəli cərəyanın müəyyən bir dəyərində temperaturun 1 ̊K dəyişməsi nəticəsində irəli gərginliyin nisbi dəyişməsini göstərir.
düyü. 10.3. Yarımkeçirici diodun cərəyan gərginliyi xüsusiyyətləri
Diod müqaviməti və tutumu. Yarımkeçirici diod statik və diferensial (dinamik) müqavimətlərlə xarakterizə olunur, cərəyan-gərginlik xüsusiyyətləri ilə asanlıqla müəyyən edilir. Diferensial müqavimət ədədi olaraq sonsuz kiçik gərginlik artımının diodun müəyyən bir iş rejimində müvafiq cərəyan artımına nisbətinə bərabərdir və nəzərə alınan iş nöqtəsində E olan tangens bucağının absis oxuna tangensi kimi qrafik olaraq təyin edilə bilər. (Şəkil 10.3-ə baxın):
(10.2)
burada ∆U və ∆I əməliyyat nöqtəsi E yaxınlığında gərginliyin və cərəyanın son artımlarıdır; mI və mU cərəyan və gərginlik oxlarının şkalasıdır.
Çox vaxt maraqlı olan, müəyyən bir nöqtənin yaxınlığındakı gərginlik və cərəyanın artımları deyil, müəyyən bir elementdəki gərginlik və cərəyanın özləridir. Bu vəziyyətdə, seçilmiş əməliyyat nöqtəsinin yaxınlığında diod xarakteristikasının nə olduğu tamamilə laqeyddir. Bu halda, U E elementindəki gərginliyin ondan keçən cərəyana nisbətinə bərabər olan statik müqavimətdən istifadə etmək rahatdır I E (şəkil 10.3). Şəkildən göründüyü kimi, bu müqavimət cərəyan gərginliyi xarakteristikasının verilmiş iş nöqtəsi vasitəsilə başlanğıcdan çəkilmiş düz xəttin absis oxuna meyl bucağının tangensinə bərabərdir:
Verilmiş əməliyyat nöqtəsinin cərəyan-gərginlik xarakteristikasının hansı hissəsində yerləşdiyindən asılı olaraq, R st-nin dəyəri R fərqinin dəyərindən az, böyük və ya ona bərabər ola bilər. Bununla belə, R st həmişə müsbətdir, R fərqi isə mənfi ola bilər. Xətti cərəyan-gərginlik xüsusiyyətlərinə malik elementlər üçün statik və diferensial müqavimətlər bərabərdir.
Yüksək tezliklərdə və impuls rejimlərində işləyərkən, verilmiş gərginlik və tezlik dəyərlərində diod terminalları arasında ölçülən diod tutumu C D rol oynamağa başlayır. Bu tutuma diffuziya tutumu C fərqi, yüklənmə (maneə) tutumu C yükü və diod gövdəsinin tutumu C k daxildir:
Diffuziya tutumu diodun irəli gərginliyi p-n qovşağının yaxın təmas təbəqəsində olduqda, irəli gərginlik dəyişdikdə yayılan dəliklərin və elektronların sayının dəyişməsi səbəbindən baş verir. Doldurma qabiliyyəti gərginliyin əksinə olduqda baş verir və boşluq yükünün dəyişməsindən qaynaqlanır.
Kapasitansın dəyəri C D diodun iş rejimi ilə müəyyən edilir. İrəli gərginlikdə
əks gərginliklə
Diodların təsnifatı cədvəldə təqdim olunur. 10.1.
Cədvəl 10.1 Diodların təsnifatı
Onların praktikada ən çox istifadə olunan bəzilərinə nəzər salaq.
Düzləşdirici diod, şərti qrafik təyinatŞəkildə göstərilən. 10.4, 1, p-n qovşağının klapan xüsusiyyətlərindən istifadə edir və rektifikatorlarda istifadə olunur alternativ cərəyan. Düzləşdirici diodların istehsalında başlanğıc material kimi germanium və silikon istifadə olunur.
Düzəldici dioddur elektron açar, ona tətbiq olunan gərginliklə idarə olunur. İrəli gərginlik ilə açar bağlanır, əks gərginliklə açıqdır. Lakin hər iki halda bu açar ideal deyil. Birbaşa gərginlik U tətbiq edildikdə, keçid kiçik bir diferensial müqavimətə malikdir. Buna görə də, açıq diodda U pr gərginlik düşməsi səbəbindən yük qurğusundan çıxarılan rektifikasiya edilmiş gərginlik giriş gərginliyindən bir qədər aşağıdır (U pr germanium diodları üçün 0,5 V, silikon diodlar üçün 1,5 V-dan çox deyil; tez-tez silikon diodlar diodları üçün U pr dəyəri, 0,7 V gərginlik qəbul edilir).
Düzəldici diodların əsas parametrləri bunlardır:
Ipr av max - diodun orta irəli cərəyanının maksimum (giriş gərginliyi dövründə) dəyəri;
U əks əlavə - diodun sabit tərs gərginliyinin icazə verilən maksimum dəyəri;
f max - icazə verilən maksimum giriş gərginliyi tezliyi;
U pr - müəyyən bir irəli cərəyanda diodda irəli gərginliyin düşməsinin dəyəri.
Düzləşdirici diodlar Onlar həmçinin güc və tezliyə görə təsnif edilir.
Güclə: aşağı güc I pr av max<0,3 A; средней мощности 0,3 A10 A.
Tezliyə görə: aşağı tezlik f max<1000 Гц; высокочастотные f max >1000 Hz.
Düzləşdirici metal yarımkeçirici qovşağında hazırlanmış diodlar (Şottki diodları) da düzəldici kimi istifadə olunur. Onlar p-n qovşağı olan diodlardan daha aşağı gərginlik U pr və daha yüksək tezlik xüsusiyyətləri ilə fərqlənirlər.
Pulse diodu- qısa müddətə keçici proseslərə malik olan yarımkeçirici diod, məsələn, rektifikator diod kimi, cərəyan gərginliyi xarakteristikasının irəli və geri şaxələrindən istifadə edir.
Diodda keçid dövrlərinin müddəti (Şəkil 10.4) ona verilən gərginlik dəyişdikdə ondan keçən cərəyanın istiqamətinin və dəyərinin dəyişməsinin, tutumun yenidən doldurulması səbəbindən dərhal baş verə bilməməsi ilə əlaqədardır. rektifikasiya qovşağı və bazaya vurulan azlıq yük daşıyıcılarının rezorbsiyasının inertial prosesləri. Sonuncu fenomen diodların işini müəyyən edir və xüsusi bir parametr ilə xarakterizə olunur - onun əks müqavimətinin bərpa müddəti t. Bərpa müddəti, dioddakı gərginliyin birbaşadan tərsinə keçid anı ilə gərginliyin dəyişdirildiyi anda irəli cərəyana bərabər olan əks cərəyanın minimum dəyərinə çatdığı an arasındakı vaxt intervalına bərabərdir.
düyü. 10.4. Yarımkeçirici diodda keçidlər
Buna görə də, düzəldici xassələri xarakterizə edən I pr av max, U arr, U pr parametrlərinə əlavə olaraq, iş qabiliyyətini xarakterizə edən impulslu diodlar üçün t rec parametri təqdim olunur.
Performansı artırmaq (tresləri azaltmaq) üçün impulslu diodlar p-n qovşağının minimum sahəsini və buna görə də C yükünün minimum dəyərini təmin edən nöqtə strukturları şəklində istehsal olunur. Eyni zamanda, diodların minimum bərpa müddətinə nail olmaq üçün bazanın qalınlığı mümkün qədər kiçik edilir.
Schottky diodları impuls diodları kimi də istifadə olunur.
Ultra yüksək tezlikli diod(mikrodalğalı diod) - yüksək tezlikli siqnalları (onlarla və yüzlərlə GHz-ə qədər) çevirmək və emal etmək üçün nəzərdə tutulmuş yarımkeçirici diod. Mikrodalğalı diodlar mikrodalğalı diapazonda elektromaqnit rəqslərinin yaradılması və gücləndirilməsində, tezliklərin çoxaldılmasında, modulyasiyasında, siqnalların tənzimlənməsində və məhdudlaşdırılmasında və s. üçün geniş istifadə olunur. iki tezlik), detektor (daimi komponent mikrodalğalı siqnalın seçilməsi) və keçid (mikrodalğalı siqnalın güc səviyyəsinə nəzarət) diodları. Nəbz və mikrodalğalı diodların şərti qrafik təyinatı düzəldici diodların təyinatına bənzəyir (Şəkil 10.0, 1).
Zener diod və stabilizator gərginliyi sabitləşdirmək üçün qeyri-xətti DC dövrələrində istifadə olunur. Bir zener diodu və bir stabilistor arasındakı fərq, gərginliyi sabitləşdirmək üçün istifadə olunan cari gərginlik xarakteristikasının filialıdır. Şəkildən göründüyü kimi. 10.3, diodun I-V xarakteristikası AB və CD bölmələrinə malikdir, burada cərəyanın əhəmiyyətli dəyişməsi nisbətən xətti asılılıqla gərginliyin cüzi dəyişməsinə uyğundur. Yüksək gərginliyi (>3 V) sabitləşdirmək üçün cərəyan gərginliyi xarakteristikasının tərs qolu (AB bölməsi) istifadə olunur. Bu məqsədlə istifadə olunan diodlara zener diodları deyilir. Kiçik gərginlik dəyərlərini sabitləşdirmək üçün (< 1 В -например, в интегральных схемах) используют прямую ветвь (участок CD) ВАХ, а применяемые в этом случае диоды называют стабисторами. Условное обозначение стабилитрона и стабистора показано на рис. 10.0, 2.
Zener diodları və stabilizatorları adətən silikondan hazırlanır. Yüksək qatqılı silisiumdan (çirklərin yüksək konsentrasiyası və buna görə də pulsuz yük daşıyıcıları) istifadə edərkən sabitləşmə gərginliyi azalır və silisiumun dopinq dərəcəsinin azalması ilə artır. Müvafiq olaraq, sabitləşmə gərginliyi 3 ilə 400 V arasında olan aşağı və yüksək gərginlikli zener diodları arasında fərq qoyulur.
Zener diodunun əsas parametrlərinə aşağıdakılar daxildir:
U st - müəyyən bir cərəyanda sabitləşmə gərginliyi;
R diferensial - müəyyən bir cərəyanda diferensial müqavimət;
I st min - minimum icazə verilən stabilləşdirmə cərəyanı;
I st max - icazə verilən maksimum stabilləşmə cərəyanı;
P max - icazə verilən maksimum güc itkisi;
burada ∆U st temperaturun ∆T diapazonunda dəyişdiyi zaman gərginliyin U st nominal qiymətdən kənarlaşmasıdır.
Bipolyar gərginlik sabitləşdirmə sxemlərində simvolik qrafik simvolu Şəkil 1-də göstərilən simmetrik bir zener diodundan istifadə olunur. 10.0, 3.
Varikap- yarımkeçirici diod, işləməsi C yükünün tətbiq olunan gərginliyin dəyərindən asılılığına əsaslanır. Bu, elektriklə idarə olunan kapasitansı olan bir element kimi varikapdan istifadə etməyə imkan verir.
Varikapın əsas xarakteristikası tutum-gərginlik xarakteristikasıdır (şəkil 10.5) - yüklənmə tutumundan və cihazın gövdəsinin tutumundan ibarət C V varikap tutumunun tətbiq olunan əks gərginliyin dəyərindən asılılığı. Ticarət olaraq istehsal olunan varikaplarda C B tutumunun dəyəri vahidlərdən yüzlərlə pikofarada qədər dəyişə bilər.
düyü. 10.5. Varikapın tutum-gərginlik xarakteristikası
Varikapın əsas parametrləri bunlardır:
C V - verilmiş tərs gərginlikdə varikapın terminalları arasında ölçülən tutum;
K C, C B =f(U arr) asılılığını qiymətləndirmək üçün istifadə olunan tutumun üst-üstə düşmə əmsalıdır və əks gərginliyin verilmiş iki dəyərində varikap tutumlarının nisbətinə bərabərdir (K C =2...20).
Varikap parametrlərinin temperaturdan asılılığı tutumun temperatur əmsalı ilə xarakterizə olunur.
burada ∆C V /C V ətraf mühitin temperaturunun ∆T dəyişməsi ilə varikapın tutumunun nisbi dəyişməsidir.
Varikapın simvolik qrafik təyinatı 10.0, 4-də göstərilmişdir.
Emissiya diod- p-n qovşağının bölgəsindən enerji kvantlarını yayan yarımkeçirici diod. Radiasiya diod korpusuna yerləşdirilən şəffaf şüşə lövhə vasitəsilə yayılır.
Şüalanma xüsusiyyətlərinə görə, emissiya diodları iki qrupa bölünür: spektrin görünən bölgəsində şüalanma olan diodlar, LED adlanır; spektrin infraqırmızı bölgəsində emissiya edən diodlar, bu da öz növbəsində IR diodları adlanır. Hər iki diod qrupunun iş prinsipi eynidir və düzləşdirici elektrik qovşağı vasitəsilə yük daşıyıcılarının birbaşa cərəyanla kortəbii rekombinasiyasına əsaslanır. Fizika kursundan məlumdur ki, yük daşıyıcılarının rekombinasiyası enerji kvantının buraxılması ilə müşayiət olunur. Sonuncunun tezlik spektri mənbə yarımkeçirici materialın növü ilə müəyyən edilir.
LED-lərin istehsalı üçün əsas materiallar qalium fosfid, qalium arsenid fosfidi və silisium karbiddir. Yük daşıyıcılarının rekombinasiyası zamanı bu materiallarda ayrılan enerjinin böyük hissəsi istilik enerjisidir. Ən yaxşı halda görünən şüalanmanın enerjisi 10...20% təşkil edir. Buna görə LED-lərin səmərəliliyi aşağıdır.
IR diodlarının istehsalı üçün başlanğıc materiallar qalium arsenid və qalium fosfiddir. Bu diodlar qrupunun ümumi radiasiya gücü diod gərginliyi 1,2...3 V və irəli cərəyan onlarla yüzlərlə milliamperdə vahidlərdən yüzlərlə millivata qədər dəyişir.
Emissiya diodlarının simvolik qrafik təyinatı Şəkil 1-də göstərilmişdir. 10.0, 5.
LED-lər işıq göstəriciləri kimi, IR diodları isə optoelektronik cihazlarda şüalanma mənbəyi kimi istifadə olunur.
Yarımkeçirici diod, elektrik qovşağının bu və ya digər xassəsindən istifadə edən bir elektrik qovşağı və iki terminalı olan yarımkeçirici bir cihazdır. Elektrik qovşağı elektron-deşik qovşağı, metal-yarımkeçirici qovşağı və ya heteroqovşaq ola bilər.
Diod yarımkeçirici kristalının çirklərin daha yüksək konsentrasiyasına (və buna görə də əksər yük daşıyıcılarına) malik olan bölgəsi emitent, daha az konsentrasiyası olan digəri isə baza adlanır. Birbaşa qoşulduqda enerji mənbəyinin mənfi qütbünün bağlandığı diodun tərəfi çox vaxt katod, digəri isə anod adlanır.
Məqsədlərinə görə diodlar aşağıdakılara bölünür:
1. dəyişən gərginliyi sənaye tezlikli enerji mənbələrindən birbaşa gərginliyə çevirmək üçün nəzərdə tutulmuş rektifikatorlar (güc);
2. Gərginlikləri sabitləşdirmək üçün nəzərdə tutulmuş zener diodları (istinad diodları). , cərəyan-gərginlik xarakteristikasının tərs qolunda gərginliyin axan cərəyana zəif asılılığı olan bir hissəyə malik olan:
3. elektrik gərginliyi ilə idarə olunan tutum kimi istifadə üçün nəzərdə tutulmuş varikaplar;
4. impuls, yüksək sürətli impuls sxemlərində işləmək üçün nəzərdə tutulmuşdur;
5. yüksək tezlikli salınımları gücləndirmək, yaratmaq və dəyişdirmək üçün nəzərdə tutulmuş tunel və əks;
6. ultra yüksək tezlikli, konversiya, kommutasiya və ultra yüksək tezlikli rəqslərin yaradılması üçün nəzərdə tutulmuşdur;
7. Elektrik siqnalını işıq enerjisinə çevirmək üçün nəzərdə tutulmuş LEDlər;
8. işıq enerjisini elektrik siqnalına çevirmək üçün nəzərdə tutulmuş fotodiodlar.
Texniki təsvirlərə daxil olan və yarımkeçirici diodların xassələrini xarakterizə edən sistem və parametrlərin siyahısı onların fiziki və texnoloji xüsusiyyətləri və tətbiq dairəsi nəzərə alınmaqla seçilir. Əksər hallarda onların statik, dinamik və limit parametrləri haqqında məlumat vacibdir.
Statik parametrlər birbaşa cərəyanda cihazların davranışını, dinamik parametrlər onların vaxt-tezlik xüsusiyyətlərini, məhdudiyyət parametrləri sabit və etibarlı işləmə sahəsini müəyyənləşdirir.
1.5. Diodun cərəyan gərginliyi xarakteristikası
Diodun cari gərginlik xarakteristikası (volt-amper xarakteristikası) cərəyan gərginliyi xarakteristikasına bənzəyir. p-n-keçid və iki budaq var - irəli və geri.
Diodun cərəyan gərginliyi xarakteristikası Şəkil 5-də göstərilmişdir.
Diyot irəli istiqamətdə işə salınarsa ("+" - sahəyə R, və “-” – sahəyə n), sonra eşik gərginliyinə çatdıqda U Sonra diod açılır və ondan birbaşa cərəyan keçir. Yenidən işə salındıqda ("-" sahəyə R, və “+” – sahəyə n) dioddan əhəmiyyətsiz bir tərs cərəyan keçir, yəni diod əslində bağlıdır. Buna görə də, diodun cərəyanı yalnız bir istiqamətdə keçirdiyini hesab edə bilərik ki, bu da onu düzəldici element kimi istifadə etməyə imkan verir.
İrəli və tərs cərəyanların dəyərləri bir neçə böyüklük sırası ilə fərqlənir və irəli gerilim düşməsi yüzlərlə və ya daha çox volt ola bilən tərs gərginliklə müqayisədə bir neçə voltdan çox deyil. Diodların düzəldici xassələri daha yaxşıdır, müəyyən bir tərs gərginlikdə əks cərəyan nə qədər aşağı olarsa və verilən irəli cərəyanda gerilim düşməsi bir o qədər az olar.
Cari gərginlik xarakteristikasının parametrləri bunlardır: diodun dəyişən cərəyana dinamik (diferensial) müqaviməti və birbaşa cərəyana statik müqavimət.
Diodun irəli və tərs istiqamətlərdə birbaşa cərəyana statik müqaviməti əlaqə ilə ifadə edilir:
, (2)
Harada U Və I müqavimətin hesablandığı diodun cari gərginlik xarakteristikasında xüsusi nöqtələri göstərin.
Dinamik AC müqaviməti, diod xarakteristikasında seçilmiş bir əməliyyat nöqtəsi yaxınlığında gərginliyin dəyişməsi ilə bir diod vasitəsilə cərəyandakı dəyişikliyi müəyyən edir:
. (3)
Diodun tipik bir I-V xarakteristikasında artan xətti olan bölmələr olduğundan (biri irəli qolda, biri arxa budaqda), r d, müəyyən bir rejimdə diodda kiçik bir gərginlik artımının ondan keçən kiçik bir cərəyan artımına nisbəti kimi hesablanır:
. (4)
üçün ifadə çıxarmaq r d, cərəyanı arqument kimi qəbul etmək daha əlverişlidir I, və gərginliyi bir funksiya kimi nəzərdən keçirin və (1) tənliyinin loqarifmini götürərək onu formaya gətirin:
. (5)
. (6)
Buradan irəli cərəyan artması ilə nəticələnir r d tez azalır, çünki diod birbaşa işə salındıqda I>>I S .
Diod birbaşa qoşulduqda cərəyan gərginliyi xarakteristikasının xətti hissəsində statik müqavimət həmişə dinamik müqavimətdən böyükdür: R st > r d) Diodu yenidən işə saldıqda R st < r d.
Beləliklə, diodun irəli istiqamətdə elektrik müqaviməti tərs istiqamətdən çox azdır. Buna görə də, diod birtərəfli keçiriciliyə malikdir və alternativ cərəyanı düzəltmək üçün istifadə olunur.
Yarımkeçirici diod — Bu, bir p-n qovşağı və iki elektrod olan yarımkeçirici bir cihazdır. Yarımkeçirici diodun iş prinsipi əsaslanır p-n fenomeni keçid, buna görə də hər hansı yarımkeçirici cihazları daha da öyrənmək üçün onun necə işlədiyini bilməlisiniz.
Düzləşdirici diod (klapan da deyilir) alternativ cərəyanı birbaşa cərəyana çevirmək üçün istifadə olunan yarımkeçirici diod növüdür.
Diodun iki terminalı (elektrodlar) anod və katod var. Anod p təbəqəsinə, katod n təbəqəsinə bağlanır. Anodda bir artı və anoda bir mənfi tətbiq edildikdə (diodun birbaşa əlaqəsi), diod cərəyanı keçir. Anodda bir mənfi və katoda bir artı tətbiq edilərsə (diodun əks əlaqəsi), dioddan cərəyan olmayacaq, bunu diodun volt-amper xüsusiyyətlərindən görmək olar. Buna görə də, rektifikator diodunun girişi qəbul edildikdə AC gərginliyi Oradan yalnız bir yarım dalğa keçir.
Diodun cari gərginlik xarakteristikası (volt-amper xarakteristikası).
Diodun cari gərginlik xarakteristikası Şəkil 1-də göstərilmişdir. I. 2. Birinci kvadrant xarakteristikanın birbaşa qolunu göstərir ki, bu da ona tətbiq olunan irəli gərginlikli diodun yüksək keçiricilik vəziyyətini təsvir edir, bu da hissə-hissə xətti funksiya ilə xəttiləşdirilmişdir.
u = U 0 +R D i
burada: u cərəyan i keçdikdə klapandakı gərginlikdir; U 0 - eşik gərginliyi; R d - dinamik müqavimət.
Üçüncü kvadrantda dioda əks gərginlik tətbiq edildikdə aşağı keçiriciliyin vəziyyətini təsvir edən cərəyan gərginliyi xarakteristikasının tərs filialı var. Aşağı keçiricilik vəziyyətində yarımkeçirici strukturdan praktiki olaraq heç bir cərəyan keçmir. Ancaq bu, yalnız müəyyən bir tərs gərginlik dəyərinə qədər doğrudur. Ters gərginliklə, pn qovşağında elektrik sahəsinin gücü təxminən 10 s V/sm-ə çatdıqda, bu sahə istilik əmələ gəlməsi nəticəsində yarımkeçirici strukturun bütün həcmi boyunca daim görünən mobil yük daşıyıcılarına - elektronlara və dəliklərə verə bilər. - neytral silisium atomlarının ionlaşması üçün kifayət qədər kinetik enerji. Yaranan deşiklər və keçirici elektronlar, öz növbəsində, elektriklə sürətləndirilir p-n sahəsi keçid və həmçinin neytral silisium atomlarını ionlaşdırır. Bu vəziyyətdə tərs cərəyanda uçqun kimi bir artım baş verir, yəni. e. uçqun dağılması.
Əks cərəyanda kəskin artımın baş verdiyi gərginlikdir U 3 qırılma gərginliyi adlanır.