Ensretterdioder

Diode - en to-elektrode halvlederenhed med en p-n-junction, som har ensidig strømledning. Der er mange forskellige typer dioder - ensretter, puls, tunnel, revers, mikrobølgedioder, såvel som zenerdioder, varicaps, fotodioder, LED'er og mere.

Ensretterdioder

Driften af ​​ensretterdioden forklares af egenskaberne af den elektriske p - n-forbindelse.

Nær grænsen af ​​to halvledere dannes et lag, der er blottet for mobile ladningsbærere (pga. rekombination) og har en høj elektrisk modstand — den såkaldte Blokerende lag. Dette lag bestemmer kontaktpotentialforskellen (potentialbarriere).

Hvis der påføres en ekstern spænding til p - n-krydset, der skaber et elektrisk felt i retning modsat feltet af det elektriske lag, vil tykkelsen af ​​dette lag falde, og ved en spænding på 0,4 - 0,6 V vil blokeringslaget forsvinder, og strømmen vil øges betydeligt (denne strøm kaldes jævnstrøm).

Når en ekstern spænding med forskellig polaritet er tilsluttet, vil blokeringslaget stige, og modstanden af ​​p-n-krydset vil stige, og strømmen på grund af bevægelsen af ​​minoritetsladningsbærere vil være ubetydelig selv ved relativt høje spændinger.

Diodens fremadgående strøm skabes af de store ladebærere og den omvendte strøm af minoritetsladningsbærerne. En diode sender positiv (fremad) strøm i retningen fra anoden til katoden.

I fig. 1 viser den konventionelle grafiske betegnelse (UGO) og karakteristika for ensretterdioder (deres ideelle og faktiske strøm-spændingskarakteristika). Den tilsyneladende diskontinuitet af diodestrøm-spændingskarakteristikken (CVC) ved oprindelsen er forbundet med forskellige strøm- og spændingsskalaer i den første og tredje kvadrant af plottet. To diodeudgange: anode A og katode K i UGO er ikke specificeret og er vist i figuren til forklaring.

Strømspændingskarakteristikken for en rigtig diode viser området for elektrisk nedbrud, når strømmen for en lille stigning i omvendt spænding stiger kraftigt.

Elektriske skader er reversible. Når du vender tilbage til arbejdsområdet, mister dioden ikke sine egenskaber. Hvis den omvendte strøm overstiger en vis værdi, vil den elektriske fejl blive irreversibel termisk med fejl på enheden.

Ris. 1. Halvlederensretter: a — konventionel grafisk repræsentation, b — ideel strøm-spændingskarakteristik, c — reel strøm-spændingskarakteristik

Industrien producerer hovedsageligt germanium (Ge) og silicium (Si) dioder.

Siliciumdioder har lave omvendte strømme, højere driftstemperatur (150 - 200 ° C vs. 80 - 100 ° C), modstår høje omvendte spændinger og strømtætheder (60 - 80 A / cm2 vs. 20 - 40 A / cm2) . Derudover er silicium et almindeligt grundstof (i modsætning til germaniumdioder, som er et sjældent jordarters grundstof).

Fordelene ved germaniumdioder inkluderer et lavt spændingsfald, når der løber en jævnstrøm (0,3 - 0,6 V vs. 0,8 - 1,2 V). Ud over de anførte halvledermaterialer anvendes galliumarsenid GaAs i mikrobølgekredsløb.

Ifølge produktionsteknologien er halvlederdioder opdelt i to klasser: punkt og plan.

Punktdioder danner en n-type Si- eller Ge-plade med et areal på 0,5-1,5 mm2 og en stålnål, der danner en p-n-forbindelse ved kontaktpunktet. Som et resultat af det lille areal har krydset en lav kapacitans, derfor kan en sådan diode fungere i højfrekvente kredsløb.Men strømmen gennem krydset kan ikke være stor (normalt ikke mere end 100 mA).

En plan diode består af to forbundne Si- eller Ge-plader med forskellige elektriske ledningsevner. Det store kontaktareal resulterer i en stor krydskapacitans og en relativt lav driftsfrekvens, men strømmen kan være stor (op til 6000 A).

Hovedparametrene for ensretterdioder er:

• maksimalt tilladt fremstrøm Ipr.max,

• maksimalt tilladt omvendt spænding Urev.max,

• maksimalt tilladte frekvens fmax.

Ifølge den første parameter er ensretterdioder opdelt i dioder:

• lav effekt, konstant strøm op til 300 mA,

• gennemsnitlig effekt, jævnstrøm 300 mA — 10 A,

• høj effekt — effekt, den maksimale fremadgående strøm bestemmes af klassen og er 10, 16, 25, 40 — 1600 A.

Pulsdioder bruges i laveffektkredsløb med en pulskarakter af den påførte spænding. Et karakteristisk krav til dem er den korte overgangstid fra lukket tilstand til åben tilstand og omvendt (typisk tid 0,1 - 100 μs). UGO pulsdioder er det samme som ensretterdioder.

Fig. 2. Transiente processer i pulsdioder: a — strømmens afhængighed, når spændingen skiftes fra direkte til omvendt, b — spændingens afhængighed, når en strømimpuls passerer gennem dioden

Specifikke parametre for pulsdioder inkluderer:

• restitutionstid Tvosst

• dette er tidsintervallet mellem det øjeblik, hvor diodespændingen skifter fra fremad til baglæns, og det øjeblik, hvor tilbagestrømmen falder til en given værdi (fig. 2, a),

• indstillingstiden Tust er tidsintervallet mellem begyndelsen af ​​jævnstrømmen af ​​en given værdi gennem dioden og det øjeblik, hvor spændingen på dioden når 1,2 af værdien i stabil tilstand (figur 2, b),

• den maksimale genvindingsstrøm Iobr.imp.max., svarende til den største værdi af reversstrømmen gennem dioden efter skift af spændingen fra fremad til baglæns (fig. 2, a).

Inverterede dioder opnås, når koncentrationen af ​​urenheder i p- og n-regionerne er større end i konventionelle ensrettere. En sådan diode har en lav modstand over for fremstrømmen under omvendt forbindelse (fig. 3) og en relativt høj modstand under direkte tilslutning. Derfor bruges de til korrektion af små signaler med en spændingsamplitude på flere tiendedele af en volt.

Ris. 3. UGO og VAC af inverterede dioder

Schottky dioder opnået ved metal-halvleder overgang.I dette tilfælde anvendes n-silicium (eller siliciumcarbid)-substrater med lav modstand med et tyndt epitaksialt højmodstandslag af samme halvleder (fig. 4).

Ris. 4. UGO og strukturen af ​​Schottky-dioden: 1 — initial siliciumkrystal med lav modstand, 2 — epitaksialt lag af silicium med høj modstand, 3 — rumladningsområde, 4 — metalkontakt

En metalelektrode påføres overfladen af ​​det epitaksiale lag, som giver ensretning, men ikke injicerer minoritetsbærere i kerneområdet (oftest guld). Derfor er der i disse dioder ikke sådanne langsomme processer som akkumulering og resorption af minoritetsbærere i basen. Derfor er inertien af ​​Schottky-dioder ikke høj. Det bestemmes af værdien af ​​barrierekapaciteten for ensretterkontakten (1 - 20 pF).

Derudover er seriemodstanden for Schottky-dioder betydeligt lavere end den for ensretterdioder, fordi metallaget har en lav modstand sammenlignet med enhver, selv stærkt dopet, halvleder. Dette tillader brugen af ​​Schottky-dioder til at rette op på betydelige strømme (tivis af ampere). De bruges generelt til at skifte sekundære for at ensrette højfrekvente spændinger (op til flere MHz).

Potapov L.A.