Teho diodit

Elektronien reikäyhdiste

Useimpien puolijohdelaitteiden toimintaperiaate perustuu ilmiöihin ja prosesseihin, jotka tapahtuvat puolijohteen kahden alueen rajalla, jolla on erilainen sähkönjohtavuus - elektroni (n-tyyppi) ja aukko (p-tyyppi). N-tyypin alueella hallitsevat elektronit, jotka ovat pääasiallisia sähkövarausten kantajia, p-alueella nämä ovat positiivisia varauksia (reikiä). Kahden eri johtavuustyypin alueen välistä rajaa kutsutaan pn-liitokseksi.

Toiminnallisesti diodia (kuva 1) voidaan pitää ohjaamattomana elektronisena kytkimenä, jolla on yksipuolinen johtavuus. Diodi on johtavassa tilassa (suljettu kytkin), jos siihen syötetään myötäjännite.

Riisi. 1. Diodin tavanomainen graafinen merkintä

IF-diodin läpi kulkeva virta määräytyy ulkoisen piirin parametrien mukaan, ja puolijohderakenteen jännitehäviöllä ei ole merkitystä. Jos diodiin kytketään käänteinen jännite, se on johtamattomassa tilassa (avoin kytkin) ja sen läpi kulkee pieni virta. Jännitteen pudotus diodin yli määräytyy tässä tapauksessa ulkoisen piirin parametrien mukaan.

Diodien suojaus

Diodin sähkövikojen tyypillisimpiä syitä ovat myötävirran diF / dt nopea nousu päällä, ylijännite katkaistuna, myötävirran maksimiarvon ylittäminen ja rakenteen rikkoutuminen liian korkealla paluujännitteellä.

Suurilla diF / dt-arvoilla diodirakenteeseen ilmestyy epätasainen varauksenkuljettajien pitoisuus ja sen seurauksena paikallinen ylikuumeneminen, jonka seurauksena rakenne vaurioituu. Suurin syy diF / dt:n korkeisiin arvoihin on pieni induktanssi piirissä, joka sisältää lähtöjännitelähteen ja ondiodin. DiF / dt-arvojen pienentämiseksi induktanssi on kytketty sarjaan diodin kanssa, mikä rajoittaa virran nousunopeutta.

Diodille kohdistettujen jännitteiden amplitudien arvojen pienentämiseksi, kun piiri on sammutettu, käytetään sarjaan kytkettyä vastusta R ja kondensaattori C on ns. RC-piiri, joka on kytketty rinnan diodin kanssa.

Diodien suojaamiseksi virran ylikuormitukselta hätätiloissa käytetään nopeita sähkösulakkeita.

Virtadiodien päätyypit

Pääparametrien ja käyttötarkoituksen mukaan diodit jaetaan yleensä kolmeen ryhmään: yleisdiodit, pikapalautusdiodit ja Schottky-diodit.

Yleiskäyttöiset diodit

Tämä diodiryhmä erottuu korkeista paluujännitteen (50 V - 5 kV) ja myötävirran (10 A - 5 kA) arvoista. Diodien massiivinen puolijohderakenne heikentää niiden suorituskykyä. Siksi diodien käänteinen palautumisaika on yleensä välillä 25-100 μs, mikä rajoittaa niiden käyttöä piireissä, joiden taajuudet ovat yli 1 kHz.Yleensä ne toimivat teollisuusverkoissa taajuudella 50 (60) Hz. Jatkuva jännitehäviö tämän ryhmän diodien yli on 2,5-3 V.

Tehodiodit toimitetaan eri pakkauksissa. Yleisimmät ovat kaksi suoritustyyppiä: neula ja tabletti (kuvat 2 a, b).

Riisi. 2. Diodirunkojen rakenne: a — nasta; b - tabletti

Nopeasti palautuvat diodit. Tämän diodiryhmän valmistuksessa käytetään erilaisia ​​teknisiä menetelmiä käänteisen palautumisajan lyhentämiseksi. Erityisesti käytetään kullan tai platinan diffuusiomenetelmää käyttävää piiseostusta, joka mahdollistaa palautumisajan lyhentämisen 3-5 μs:iin. Tämä kuitenkin vähentää myötävirran ja paluujännitteen sallittuja arvoja. Sallitut virta-arvot ovat 10 A - 1 kA, käänteinen jännite - 50 V - 3 kV. Nopeimpien diodien käänteinen palautumisaika on 0,1-0,5 μs. Tällaisia ​​diodeja käytetään pulssi- ​​ja suurtaajuuspiireissä, joiden taajuudet ovat 10 kHz tai korkeammat. Tämän ryhmän diodien rakenne on samanlainen kuin yleisdiodien.

Diodi Schottky

Schottky-diodien toimintaperiaate perustuu metallin ja puolijohdemateriaalin välisen siirtymäalueen ominaisuuksiin. Tehodiodeissa puolijohteena käytetään kerrosta n-tyypin köyhdytettyä piitä. Tässä tapauksessa siirtymäalueella metallin puolella on negatiivinen varaus ja puolijohteen puolella positiivinen varaus.

Schottky-diodien erikoisuus on, että eteenpäin suuntautuva virta johtuu vain pääkantoaaltojen - elektronien - liikkeestä. Vähemmistökantoaaltojen kertymisen puute vähentää merkittävästi Schottky-diodien inertiaa.Palautumisaika on yleensä korkeintaan 0,3 μs, myötäsuuntainen jännitehäviö on noin 0,3 V. Käänteisvirran arvot näissä diodeissa ovat 2-3 suuruusluokkaa korkeammat kuin p-n-liitosdiodeissa. Rajoittava paluujännite on yleensä enintään 100 V. Niitä käytetään suurtaajuus- ja pienjännitepulssipiireissä.