Düzəldici diodun tərifi və təsviri. Yarımkeçirici diodlar

Aşağı güclü diodlar əlavə istilik yayılmasını tələb etmir (istilik diod gövdəsindən istifadə edərək çıxarılır)

İstiliyi yuvaları ilə effektiv şəkildə çıxarmayan orta və yüksək güclü diodlar üçün əlavə bir istilik qəbuledicisi tələb olunur (radiator, tökmə və ya frezeleme istifadə edərək sünbüllərin düzəldildiyi bir metal kubudur və nəticədə istilik qəbuledicisinin səthində artım olur. Material - mis, bürünc, alüminium, silumin)

2. Daimi irəli gərginlik (U pr.)

Birbaşa irəli gərginlik, maksimum icazə verilən birbaşa cərəyanın axdığı zaman anod və katod arasında gərginliyin azalmasıdır. Xüsusilə aşağı təchizatı gərginliyində görünür.

Sabit irəli gərginlik diod materialından asılıdır (germanium - Ge, silikon - Si)

U av. Ge ≈ 0.3÷0.5 V (Almaniya) U ap. Si ≈ 0.5÷1 V (Silikon)

Germanium diodları təyin edilmişdir - GD (1D)

Silikon diodlar təyin olunur - KD (2D)

3. Təkrarlanan impuls əks maksimum gərginlik (U rev. maks.)

Elektrik qəzası amplituda dəyərinə (pulse) görə baş verir U arr. maksimum ≈ 0,7U El. qırılma (10÷100 V)

Güclü diodlar üçün U arr. maksimum = 1200 V.

Bu parametr bəzən diod sinfi adlanır (sinif 12 -U arr. max = 1200 V)

4. Maksimum əks diod cərəyanı (I max ..rev.)

Maksimum tərs gərginliyə (mA vahidlərinə) uyğun gəlir.

Silikon diodlar üçün maksimum əks cərəyan germanium diodlarının yarısıdır.

5. Diferensial (dinamik) müqavimət.

Düzləşdirici diodlar idarəetmə sxemlərində, kommutasiya sxemlərində, məhdudlaşdırıcı və ayırma sxemlərində, alternativ gərginliyin birbaşa gərginliyə çevrilməsi (düzəldilməsi) üçün enerji təchizatında, gərginliyin çoxaldılması sxemlərində və birbaşa gərginlik çeviricilərində istifadə olunur, burada tezlik və vaxt parametrlərinə yüksək tələblər qoyulmur. siqnallar. Maksimum düzəldilmiş cərəyanın dəyərindən asılı olaraq, var aşağı güclü düzəldici diodlar(\(I_(pr maks) \le (0,3 A)\)), orta güc(\((0,3 A)< I_{пр max} \le {10 А}\)) и yüksək güc(\(I_(pr maks) > (10 A)\)). Aşağı güclü diodlar, onların üzərində yaranan istiliyi öz yuvası ilə yaya bilər; orta və yüksək güclü diodlar, digər şeylər arasında təmin edilən xüsusi istilik qurğularında yerləşdirilməlidir. və bədənlərinin müvafiq dizaynı.

Tipik olaraq, \(p\)-\(n\) qovşağından keçən icazə verilən cərəyan sıxlığı 2 A/mm2-dən çox deyil, buna görə də düzəldici diodlarda orta rektifikasiya edilmiş cərəyanın yuxarıdakı dəyərlərini əldə etmək üçün planar \( p\)-\ (n\)-keçidlər. Belə qovşaqlar əhəmiyyətli bir tutuma malikdir, bu, rektifikator diodlarının icazə verilən maksimum işləmə tezliyini (\(f_р\)) məhdudlaşdırır.

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. 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. Buna görə də, diodlar birtərəfli keçiriciliyə malikdir, bu da onları düzəldici elementlər kimi istifadə etməyə imkan verir. Germanium və silikon diodların cari gərginlik xüsusiyyətləri (CV) fərqlidir. Şəkildə. Müqayisə üçün, Şəkil 2.3-1 müxtəlif mühit temperaturlarında germanium və silikon rektifikator diodları üçün tipik cərəyan gərginliyi xüsusiyyətlərini göstərir.

düyü. 2.3-1. Müxtəlif mühit temperaturlarında düzəldici diodların cərəyan-gərginlik xüsusiyyətləri

Verilmiş cərəyan gərginliyi xüsusiyyətlərindən aydın olur ki, silikon diodların əks cərəyanı germanium diodlarının tərs cərəyanından əhəmiyyətli dərəcədə azdır. Bundan əlavə, tərs filial cərəyan gərginliyi xüsusiyyətləri Silikon diodların aydın müəyyən edilmiş doyma bölgəsi yoxdur, bu, \(p\)-\(n\) qovşağında yük daşıyıcılarının yaranması və kristalın səthi boyunca sızma cərəyanları ilə əlaqədardır. Müəyyən bir eşik səviyyəsini aşan tərs gərginlik tətbiq edildikdə, tərs cərəyanda kəskin artım baş verir ki, bu da \(p\)-\(n\) qovşağının pozulmasına səbəb ola bilər. Germanium diodlarında, böyük tərs cərəyana görə, parçalanma termal xarakter daşıyır. Silikon diodların termal parçalanma ehtimalı azdır, onlarda elektrik qəzası üstünlük təşkil edir. Silikon diodların parçalanması uçqun xarakteri daşıyır, buna görə də germanium diodlarından fərqli olaraq, temperaturun artması ilə parçalanma gərginliyi artır. Silikon diodların icazə verilən tərs gərginliyi (1600 V-a qədər) germanium diodlarının gərginliyini əhəmiyyətli dərəcədə üstələyir.

Əks cərəyanlar qovşaq temperaturundan çox asılıdır. Şəkil göstərir ki, artan temperaturla tərs cərəyan artır. Təxmini bir qiymətləndirmə üçün, temperaturun 10 ° C artması ilə germanium diodlarının əks cərəyanının 2 dəfə, silikon diodların isə 2,5 dəfə artdığını güman edə bilərik. Germanium diodları üçün işləmə temperaturu diapazonunun yuxarı həddi 75...80 °C, silikon diodlar üçün isə 125 °C-dir. Germanium diodlarının əhəmiyyətli bir dezavantajı onların qısamüddətli nəbz həddindən artıq yüklənməsinə yüksək həssaslıqdır.

Silikon diodun aşağı tərs cərəyanına görə, onun germanium diodunun cərəyanına bərabər olan irəli cərəyanı daha yüksək irəli gərginlikdə əldə edilir. Buna görə də, germanium diodlarında eyni cərəyanlarda yayılan güc silikon diodlardan daha azdır. Aşağı irəli cərəyanlarda irəli gərginlik, qovşaqda gərginliyin düşməsi üstünlük təşkil etdikdə, temperaturun artması ilə azalır. Yüksək cərəyanlarda, yarımkeçiricinin neytral bölgələrinin müqavimətində gərginlik düşməsi üstünlük təşkil etdikdə, irəli gərginliyin temperaturdan asılılığı müsbət olur. İrəli gərginliyin temperaturdan asılılığının olmadığı nöqtə (yəni, bu asılılıq işarəni dəyişir) adlanır. inversiya nöqtəsi. Çox aşağı və orta güclü diodlar üçün icazə verilən irəli cərəyan, bir qayda olaraq, inversiya nöqtəsini keçmir və yüksək güclü diodlar üçün icazə verilən cərəyan bu nöqtədən daha yüksək ola bilər.

Biri elektron cihazlar, geniş istifadə olunur müxtəlif sxemlər, bir düzəldici dioddur, onun köməyi ilə alternativ cərəyan birbaşa cərəyana çevrilir. Onun dizaynı birtərəfli elektrik keçiriciliyi olan iki elektrodlu cihaz şəklində yaradılmışdır. AC rektifikasiyası metal-yarımkeçirici və yarımkeçirici-metal keçidlərində baş verir. Bəzi kristalların - germanium, silisium, seleniumun elektron-deşik keçidlərində də eyni effekt əldə edilir. Bu kristallar bir çox hallarda cihazların əsas elementləri kimi istifadə olunur.

Düzəldici diodlar müxtəlif elektron, radio və elektrik cihazlarında istifadə olunur. Onların köməyi ilə dövrələr bağlanır və açılır, impulslar və elektrik siqnalları aşkar edilir və dəyişdirilir, eləcə də digər oxşar çevrilmələr.

Düzəldici diodun iş prinsipi

Hər bir diod iki terminalla təchiz edilmişdir, yəni elektrodlar - anod və katod. Anod p-layına, katod isə n-layına bağlıdır. Diodun birbaşa qoşulması halında, artı anoda, mənfi isə katoda keçir. Nəticədə, elektrik cərəyanı dioddan axmağa başlayır.

Cari təchizatı əks şəkildə aparılırsa - anoda bir mənfi tətbiq edilir və katoda bir artı tətbiq edilirsə, diodun sözdə tərs keçidini alırsınız. Bu vəziyyətdə, rektifikator diodunun cari gərginlik xarakteristikasında göstərildiyi kimi, cərəyan axını olmayacaqdır. Buna görə, girişə gəldikdə, dioddan yalnız bir yarım dalğa keçəcəkdir.

Təqdim olunan rəqəm diodun cari gərginlik xarakteristikasını aydın şəkildə əks etdirir. Onun birbaşa qolu qrafikin birinci kvadrantında yerləşir. İrəli gərginlik tətbiq edildikdə, yüksək keçiricilik vəziyyətində olan bir diod təsvir edir. Bu budaq hissə-hissə xətti funksiya kimi ifadə edilir u = U 0 + R D x i, burada u cərəyan i-nin keçməsi zamanı klapan üzərindəki gərginliyi təmsil edir. Müvafiq olaraq, U 0 və R D eşik gərginliyi və dinamik müqavimətdir.

Üçüncü kvadrant, diodda əks gərginlik tətbiq edildikdə aşağı keçiriciliyi göstərən cərəyan gərginliyi xarakteristikasının tərs qolunu ehtiva edir. Bu vəziyyətdə, yarımkeçirici strukturdan praktiki olaraq heç bir cərəyan axını yoxdur.

Bu mövqe yalnız müəyyən bir tərs gərginlik dəyərinə qədər düzgün olacaqdır. Bu halda pn qovşağının bölgəsində elektrik sahəsinin gücü 105 V/sm səviyyəsinə çata bilər. Belə bir sahə neytral silisium atomlarının ionlaşmasına səbəb ola biləcək elektronlara və dəliklərə - mobil yük daşıyıcılarına - kinetik enerji verir.

Düzəldici diodun standart quruluşu, keçirici strukturun bütün həcmi boyunca istilik generasiyasının təsiri altında daim yaranan deşiklərin və keçirici elektronların mövcudluğunu nəzərdə tutur. Sonradan, onlar p-n qovşağının elektrik sahəsinin təsiri altında sürətlənir. Yəni neytral silisium atomlarının ionlaşmasında elektronlar və dəliklər də iştirak edir. Bu zaman əks cərəyan uçqun kimi artır və uçqun qırılmaları deyilən hallar baş verir. Əks cərəyanın kəskin artdığı gərginlik şəkildə U3 qırılma gərginliyi kimi göstərilmişdir.

Düzəldici diodların əsas parametrləri

Düzəldici elementlərin parametrlərini təyin edərkən aşağıdakı amillər nəzərə alınmalıdır:

• , cərəyanı düzəldərkən, cihaz hələ uğursuz ola bilməyəndə icazə verilən maksimum.
• Orta düzəldilmiş cərəyanın maksimum dəyəri.
• Maksimum tərs gərginlik.

Düzəldici qurğular müxtəlif formalarda mövcuddur və müxtəlif yollarla quraşdırıla bilər.

Fiziki xüsusiyyətlərinə görə onlar aşağıdakı qruplara bölünür:

• 400 A-a qədər ötürmə qabiliyyəti olan yüksək güclü düzəldici diodlar. Onlar yüksək gərginlikli kateqoriyaya aiddir və iki növ vəziyyətdə mövcuddur. Sancaq korpusu şüşədən, planşetin korpusu isə keramikadan hazırlanıb.
• Gücü 300 mA-dan 10 A-a qədər olan orta güclü düzəldici diodlar.
• Maksimum cərəyan dərəcəsi 300 mA-a qədər olan aşağı güclü rektifikator diodları.

Müəyyən bir cihazı seçərkən, əks və pik maksimum cərəyanların cərəyan-gərginlik xüsusiyyətlərini, maksimum icazə verilən irəli və tərs gərginliyi, düzəldilmiş cərəyanın orta gücünü, həmçinin məhsulun materialını nəzərə almaq lazımdır. və onun quraşdırılması növü. Düzəldici diodun bütün əsas xüsusiyyətləri və onun parametrləri korpusda simvollar şəklində qeyd olunur. Elementlərin markalanması onların seçilməsini sürətləndirən və asanlaşdıran xüsusi arayış kitablarında və kataloqlarda göstərilir.

Düzəldici diodlardan istifadə edən sxemlər fazaların sayında fərqlənir:

• Tək fazalı tapıldı geniş tətbiq V məişət elektrik cihazları, elektrik qövs qaynağı üçün avtomobillər və avadanlıqlar.
• Polifaza istifadə olunur sənaye avadanlıqları, xüsusi və ictimai nəqliyyat.

İstifadə olunan materialdan asılı olaraq, rektifikator diodları və diod sxemləri germanium və ya silikon ola bilər. Sonuncu seçim sayəsində ən çox istifadə olunur fiziki xassələri silikon Bu diodlar eyni gərginlikdə əhəmiyyətli dərəcədə aşağı tərs cərəyana malikdirlər, buna görə də icazə verilən tərs gərginlik çox yüksəkdir, 1000-1500 volt aralığında.

Müqayisə üçün, germanium diodları üçün bu dəyər 100-400 V-dir. Silikon diodlar - 60 ilə + 150 dərəcə arasında, germanium diodları isə yalnız - 60 ilə + 850C arasında olan temperatur aralığında işləyir. Bu dəyəri aşan temperaturda yüksək sürətlə elektron-deşik cütləri əmələ gəlir ki, bu da əks cərəyanın kəskin artmasına və rektifikatorun səmərəliliyinin azalmasına səbəb olur.

Rektifikator diodunun əlaqə sxemi

Ən sadə rektifikator aşağıdakı sxemə uyğun işləyir. Giriş verilir AC gərginliyi müsbət və mənfi yarım dövrəli şəbəkələr, müvafiq olaraq qırmızı rəngli və mavi rənglər. Çıxışda normal yük RH bağlanır və diod VD düzəldici element olacaqdır.

Anodda müsbət yarım dövrələr gərginliyi tətbiq edildikdə, diod açılır. Bu dövrdə birbaşa diod cərəyanı Ipr dioddan və rektifikatordan qidalanan yükdən keçəcək. Sağdakı diaqramda bu dalğa qırmızı rənglə göstərilmişdir.

Anodda mənfi yarım dövrəli gərginlik tətbiq edildikdə, diod bağlanır və bütün dövrə boyunca bir qədər tərs cərəyan axmağa başlayır. Bu vəziyyətdə, alternativ cərəyanın mənfi yarım dalğası bir diodla kəsilir. Bu kəsilmiş yarım dalğa mavi ilə göstərilir qırıq xətt. Diaqramda rektifikator diodunun simvolu həmişə olduğu kimi eynidır, simvolun üstündə yalnız VD simvolları yerləşdirilmişdir.

Nəticədə, artıq alternativ cərəyan deyil, bir istiqamətdə pulsasiya edən bir cərəyan bir diod vasitəsilə şəbəkəyə qoşulmuş yükdən axacaq. Əslində, bu, düzəldilmiş alternativ cərəyandır. Bununla belə, bu gərginlik yalnız AC gücü ilə işləyən aşağı güclü yüklər üçün uyğundur. Bunlar xüsusi güc şərtləri tələb etməyən közərmə lampaları ola bilər. Bu halda, gərginlik yalnız impulslar zamanı lampadan keçəcək - müsbət dalğalar. 50 Hz tezliyi ilə lampanın bir az titrəməsi var.

Eyni gərginlik qəbulediciyə və ya güc gücləndiricisinə qoşulduqda, dinamik və ya dinamiklərdə AC uğultu kimi tanınan alçaq səsli 50 Hz uğultu eşidiləcək. Bu hallarda, avadanlıq "çirklənməyə" başlayır. Bu vəziyyətin səbəbi yükdən keçən və içərisində pulsasiya edən bir gərginlik yaradan pulsasiya edən cərəyan hesab olunur. Bu fon yaradır.

Bu çatışmazlıq, yükə paralel olaraq böyük tutumlu bir filtr elektrolitik kondansatör Sf birləşdirilməklə qismən aradan qaldırılır. Müsbət yarım dövrlər zamanı cərəyanlarla yüklənir, mənfi yarım dövrlərdə isə RH yükündən istifadə edərək boşaldılır. Kondansatörün böyük tutumu bütün yarım dövrlərdə yük üzərində davamlı cərəyanı saxlamağa imkan verir - müsbət və mənfi. Qrafikdə belə bir cərəyan möhkəm dalğalı qırmızı xəttdir.

Bununla belə, bu hamarlanmış cərəyan hələ də normal işləməyi təmin etmir, çünki yalnız bir yarım dövr istifadə edildikdə, düzəliş zamanı giriş gərginliyinin yarısı itirilir. Bu çatışmazlıq, sözdə bir diod körpüsünə yığılmış güclü rektifikator diodları ilə kompensasiya edilir. Bu dövrə dörd elementdən ibarətdir ki, bu da bütün yarım dövrlərdə cərəyanın keçməsinə imkan verir. Bunun sayəsində alternativ cərəyanın sabit cərəyana çevrilməsi daha səmərəlidir.