Определяне на максималното обратно напрежение на диоди. Текуща корекция

Здравейте скъпи читатели на сайта sesaga.ru. В първата част на статията разбрахме какво е полупроводник и как възниква ток в него. Днес ще продължим започнатата тема и ще говорим за принципа на работа на полупроводниковите диоди.

Диодът е полупроводниково устройство с един pn преход, имащо два извода (анод и катод) и предназначено за коригиране, откриване, стабилизиране, модулиране, ограничаване и преобразуване електрически сигнали.

По мой собствен начин функционално предназначениедиодите се разделят на токоизправителни, универсални, импулсни, микровълнови диоди, ценерови диоди, варикапи, импулсни, тунелни диоди и др.

Теоретично знаем, че диодът пропуска ток в едната посока, а не в другата. Но как и по какъв начин той прави това, не се знае и разбира от мнозина.

Схематично диодът може да бъде представен като кристал, състоящ се от два полупроводника (области). Едната област на кристала има p-тип проводимост, а другата има n-тип проводимост.

На фигурата дупките, които преобладават в областта на p-типа, са конвенционално изобразени като червени кръгове, а електроните, които преобладават в областта на n-тип, са показани в синьо. Тези две области са електродите на диода, анода и катода:

Анодът е положителният електрод на диод, в който основните носители на заряд са дупки.

Катодът е отрицателният електрод на диода, в който основните носители на заряд са електроните.

Върху външните повърхности на зоните, към които са запоени проводниците на диодните електроди, се нанасят контактни метални слоеве. Такова устройство може да бъде само в едно от двете състояния:

1. Отворен - когато добре провежда ток; 2. Затворен - когато провежда ток лошо.

Директно свързване на диода. Постоянен ток.

Ако свържете източник на постоянно напрежение към електродите на диода: към клемата "плюс" на анода и към клемата "минус" на катода, тогава диодът ще бъде в отворено състояние и през него ще тече ток , чиято величина ще зависи от приложеното напрежение и свойствата на диода.

При такава полярност на свързване, електроните от областта от n-тип ще се втурнат към дупките в областта от p-тип, а дупките от областта от p-тип ще се придвижат към електроните в областта от n-тип. На границата между регионите, наречена електрон-дупка или p-n преход, те ще се срещнат, където настъпва тяхната взаимна абсорбция или рекомбинация.

Например. Основните носители на заряд в областта от n-тип, електроните, преодолявайки p-n прехода, навлизат в областта на дупките от p-тип, в която те стават малцинство. След като станат малцинствени електрони, те ще бъдат погълнати от мажоритарните носители в областта на дупките - дупките. По същия начин дупките, навлизащи в електронната област от n-тип, стават малцинствени носители на заряд в тази област и също ще бъдат погълнати от основните носители - електрони.

Диоден контакт, свързан към отрицателния полюс на източник на постоянно напрежение, ще отдаде почти неограничен брой електрони в областта от n-тип, допълвайки намаляването на електроните в тази област. И контактът, свързан към положителния полюс на източника на напрежение, е в състояние да приеме същия брой електрони от p-тип областта, поради което концентрацията на дупки в p-тип областта се възстановява. По този начин проводимостта p-n преходще стане голям и съпротивлението на тока ще бъде малко, което означава, че през диода ще тече ток, наречен прав ток на диода Ipr.

Обратно свързване на диода. Обратен ток.

Нека променим полярността на източника на постоянно напрежение - диодът ще бъде в затворено състояние.

В този случай електроните в областта от n-тип ще се преместят към положителния полюс на източника на енергия, отдалечавайки се от p-n прехода, а дупките в p-типа регион също ще се отдалечат от p-n прехода, движейки се към отрицателния полюс на източника на захранване. В резултат на това границата на регионите ще изглежда се разширява, което създава зона, обеднена на дупки и електрони, което ще осигури голяма устойчивост на тока.

Но тъй като малцинствените носители на заряд присъстват във всяка област на диода, малък обмен на електрони и дупки между областите все пак ще се случи. Следователно през диода ще тече ток многократно по-малък от предния ток и такъв ток се нарича обратен ток на диода (Irev). По правило на практика обратният ток на p-n прехода се пренебрегва и от това заключаваме, че p-n преходът има само еднопосочна проводимост.

Право и обратно диодно напрежение.

Напрежението, при което диодът се отваря и през него протича прав ток, се нарича прав (Upr), а напрежението на обратната полярност, при което диодът се затваря и през него протича обратен ток, се нарича обратен (Urev).

При право напрежение (Upr) съпротивлението на диода не надвишава няколко десетки ома, но при обратно напрежение (Urev) съпротивлението нараства до няколко десетки, стотици и дори хиляди килоома. Това не е трудно да се провери, ако измерите обратното съпротивление на диода с омметър.

Съпротивлението на p-n прехода на диода не е постоянно и зависи от напрежението в права посока (Upr), което се подава към диода. Колкото по-голямо е това напрежение, толкова по-малко съпротивление има p-n преходът, толкова по-голям е токът в права посока Ipr през диода. В затворено състояние почти цялото напрежение пада върху диода, следователно обратният ток, преминаващ през него, е малък и съпротивлението на p-n прехода е високо.

Например. Ако свържете диод към веригата променлив ток, тогава той ще се отвори при положителни полупериоди на анода, свободно преминавайки прав ток (Ipr), и ще се затвори при отрицателни полупериоди на анода, почти без преминаване на ток в обратна посока - обратен ток (Ibr). Тези свойства на диодите се използват за преобразуване на променлив ток в постоянен ток и такива диоди се наричат ​​изправителни диоди.

Характеристика ток-напрежение на полупроводников диод.

Зависимостта на тока, преминаващ през pn прехода от големината и полярността на приложеното към него напрежение, е изобразена под формата на крива, наречена характеристика ток-напрежение на диода.

Графиката по-долу показва такава крива. По вертикалната ос в горната част са посочени стойностите на предния ток (Ipr), а в долната част - обратния ток (Irev).Хоризонталната ос от дясната страна показва стойностите на предния ток напрежение Upr, а отляво - обратното напрежение (Urev).

Характеристиката ток-напрежение се състои от два клона: предният клон, в горната дясна част, съответства на правия (пропускащ) ток през диода, а обратният клон, в долната лява част, съответстващ на обратния (затворен) ток през диода.

Предният клон върви стръмно нагоре, притискайки вертикалната ос и характеризира бързото нарастване на предния ток през диода с увеличаване на предното напрежение.Обратният клон се движи почти успоредно на хоризонталната ос и характеризира бавния растеж на обратен ток. Колкото по-стръмен е предният клон към вертикалната ос и колкото по-близо е обратният клон към хоризонталата, толкова по-добри са изправителните свойства на диода. Наличието на малък обратен ток е недостатък на диодите. От характеристичната крива ток-напрежение става ясно, че правият ток на диода (Ipr) е стотици пъти по-голям от обратния ток (Irev).

Тъй като напрежението в посока напред през pn прехода се увеличава, токът първоначално се увеличава бавно, а след това започва част от бързо нарастване на тока. Това се обяснява с факта, че германиевият диод се отваря и започва да провежда ток при предно напрежение от 0,1 - 0,2V, а силициевият диод - при 0,5 - 0,6V.

Например. При напрежение Upr = 0,5 V, токът Ipr е равен на 50 mA (точка "a" на графиката), а вече при напрежение Upr = 1 V токът нараства до 150 mA (точка "b" на графиката).

Но такова увеличение на тока води до нагряване на полупроводниковата молекула. И ако количеството генерирана топлина е по-голямо от отделеното от кристала естествено или с помощта специални устройстваохлаждане (радиатори), тогава могат да настъпят необратими промени в молекулата на проводника, до разрушаване на кристалната решетка. Следователно, предният ток на p-n прехода е ограничен до ниво, което предотвратява прегряване на полупроводниковата структура. За да направите това, използвайте ограничителен резистор, свързан последователно с диода.

За полупроводникови диоди напрежението Upr при всички работни токове не надвишава: за германиеви диоди - 1V; за силициеви диоди - 1,5V.

С увеличаване на обратното напрежение (Urev), приложено към p-n прехода, токът леко се увеличава, както се вижда от обратния клон на характеристиката ток-напрежение. Да вземем диод с параметрите: Urev max = 100V, Irev max = 0,5 mA, където:

Urev max – максимално постоянно обратно напрежение, V Irev max – максимален обратен ток, µA.

С постепенно увеличаване на обратното напрежение до стойност от 100 V, можете да видите колко леко се увеличава обратният ток (точка "c" на графиката). Но с по-нататъшно увеличаване на напрежението, над максимума, за който е проектиран p-n преходът на диода, има рязко увеличение на обратния ток (пунктирана линия), нагряване на полупроводниковия кристал и в резултат на това разрушаване на възниква p-n преход.

Повреди на p-n прехода.

Разрушаването на pn преход е явлението на рязко увеличаване на обратния ток, когато обратното напрежение достигне определена критична стойност. Има електрически и термични повреди на p-n прехода. От своя страна електрическата повреда се разделя на тунелна и лавинна.

Електрическа повреда.

Електрическа повреда възниква в резултат на излагане на силно електрическо поле в pn преход. Такава повреда е обратима, т.е. не уврежда прехода и когато обратното напрежение намалява, свойствата на диода се запазват. Например. В този режим работят ценерови диоди - диоди, предназначени да стабилизират напрежението.

Разрушаване на тунела.

Разрушаването на тунела възниква в резултат на феномена на тунелния ефект, който се проявява във факта, че със силна напрегнатост на електрическото поле, действаща в p-n преход с малка дебелина, някои електрони проникват (изтичат) през прехода от p-тип регион към регион от n-тип, без да променят енергията си. Тънък p-nпреходите са възможни само при висока концентрация на примеси в молекулата на полупроводника.

В зависимост от мощността и предназначението на диода, дебелината на прехода електрон-дупка може да варира от 100 nm (нанометра) до 1 микрометър (микрометър).

Разрушаването на тунела се характеризира с рязко увеличаване на обратния ток при незначително обратно напрежение - обикновено няколко волта. Тунелните диоди работят въз основа на този ефект.

Благодарение на свойствата си, тунелните диоди се използват в усилватели, генератори на синусоидални релаксационни трептения и превключващи устройства с честоти до стотици и хиляди мегахерца.

Лавинен срив.

Лавинният разпад е, че под въздействието на силно електрическо поле малцинствените носители на заряд под въздействието на топлина в p-n преход се ускоряват толкова много, че са в състояние да избият един от неговите валентни електрони от атома и да го хвърлят в проводимост лента, като по този начин образува двойка електрон-дупка. Получените носители на заряд също ще започнат да се ускоряват и ще се сблъскват с други атоми, образувайки следните двойки електрон-дупка. Процесът придобива лавинообразен характер, което води до рязко увеличаване на обратния ток при практически постоянно напрежение.

Диодите, които използват ефекта на лавинен пробив, се използват в мощни токоизправителни устройства, използвани в металургичната и химическата промишленост, железопътния транспорт и други електрически продукти, в които може да възникне обратно напрежение, по-високо от допустимото.

Топлинна разбивка.

В резултат на това възниква термичен разпад прегряване p-nпреход в момента през него протича голям ток и с недостатъчно топлоотвеждане, което не осигурява стабилността на топлинния режим на прехода.

Тъй като обратното напрежение (Urev), приложено към p-n прехода, се увеличава, разсейването на мощността в прехода се увеличава. Това води до повишаване на температурата на прехода и съседните области на полупроводника, вибрациите на кристалните атоми се увеличават и връзката на валентните електрони с тях отслабва. Има възможност за преместване на електрони в зоната на проводимост и образуване на допълнителни двойки електрон-дупка. При лоши условия за пренос на топлина от pn прехода настъпва лавинообразно повишаване на температурата, което води до разрушаване на прехода.

Нека приключим тук, а в следващата част ще разгледаме конструкцията и работата на изправителните диоди и диодния мост.Успех!

източник:

1. Борисов V.G - Млад радиолюбител. 19852. Горюнов Н.Н. Носов Ю.Р - Полупроводникови диоди. Параметри, методи за измерване. 1968 г

sesaga.ru

Основни параметри на диодите, прав диоден ток, обратно диодно напрежение

Основните параметри на диодите са диоден ток в права посока (Ipr) и максимално обратно диодно напрежение (Urev). Това са тези, които трябва да знаете, ако задачата е да се разработи нов токоизправител за източник на енергия.

Прав диоден ток

Токът на предния диод може лесно да се изчисли, ако е известен общият ток, който товарът на новото захранване ще извлече. След това, за да се осигури надеждност, е необходимо леко да увеличите тази стойност и ще получите ток, за който трябва да изберете диод за токоизправителя. Например, захранването трябва да издържа на ток от 800 mA. Затова избираме диод, чийто ток на предния диод е 1А.

Диодно обратно напрежение

Максималното обратно напрежение на диода е параметър, който зависи не само от стойността на входното AC напрежение, но и от вида на токоизправителя. За да обясните това твърдение, разгледайте следните фигури. Те показват всички основни вериги на изправителя.

Ориз. 1

Както казахме по-рано, напрежението на изхода на токоизправителя (на кондензатора) е равно на ефективното напрежение на вторичната намотка на трансформатора, умножено по √2. В полувълнов токоизправител (фиг. 1), когато напрежението на диодния анод е с положителен потенциал спрямо земята, филтърният кондензатор се зарежда до напрежение, което е 1,4 пъти ефективното напрежение на входа на токоизправителя. През следващия полупериод напрежението на анода на диода е отрицателно спрямо земята и достига стойността на амплитудата, а на катода е положително спрямо земята и има същата стойност. По време на този полупериод към диода се прилага обратно напрежение, което се получава поради последователното свързване на намотката на трансформатора и заредения филтърен кондензатор. Тези. Обратното напрежение на диода трябва да бъде не по-малко от двойно амплитудното напрежение на вторичната обмотка на трансформатора или 2,8 пъти по-високо от неговата ефективна стойност. При изчисляване на такива токоизправители е необходимо да се изберат диоди с максимално обратно напрежение 3 пъти по-високо от ефективната стойност на променливото напрежение.

Ориз. 2

Фигура 2 показва пълновълнов токоизправител с изход в средна точка. В него, както и в предишния, трябва да се изберат диоди с обратно напрежение 3 пъти по-високо от ефективната входна стойност.

Ориз. 3

Ситуацията е различна в случай на пълновълнов мостов токоизправител. Както може да се види на фиг. 3, във всеки полупериод двойно напрежение се прилага към два непроводими диода, свързани последователно.

katod-anod.ru

Принцип на действие и предназначение на диодите

Диодът е един от видовете устройства, проектирани на базата на полупроводници. Има един p-n преход, както и анодни и катодни изводи. В повечето случаи той е предназначен за модулация, корекция, преобразуване и други действия с входящи електрически сигнали.

Принцип на работа:

1. Върху катода действа електрически ток, нагревателят започва да свети и електродът започва да излъчва електрони.
2. Между двата електрода се образува електрическо поле.
3. Ако анодът има положителен потенциал, тогава той започва да привлича електрони към себе си и полученото поле е катализатор този процес. В този случай се генерира емисионен ток.
4. Между електродите се образува отрицателен пространствен заряд, който може да попречи на движението на електроните. Това се случва, ако анодният потенциал е твърде слаб. В този случай някои от електроните не могат да преодолеят влиянието на отрицателния заряд и започват да се движат в обратна посока, връщайки се отново към катода.
5. Всички електрони, които достигат до анода и не се връщат към катода, определят параметрите на катодния ток. Следователно този индикатор директно зависи от положителния аноден потенциал.
6. Потокът от всички електрони, които са успели да стигнат до анода, се нарича аноден ток, чиито показатели в диода винаги съответстват на параметрите на катодния ток. Понякога и двата индикатора могат да бъдат нула; това се случва в ситуации, когато анодът има отрицателен заряд. В този случай полето, което възниква между електродите, не ускорява частиците, а напротив, забавя ги и ги връща към катода. Диодът в този случай остава в заключено състояние, което води до отворена верига.

устройство

По-долу е Подробно описаниедиодни устройства, изучаването на тази информация е необходимо за по-нататъшно разбиране на принципите на работа на тези елементи:

1. Корпусът е вакуумен цилиндър, който може да бъде изработен от стъкло, метал или устойчиви керамични разновидности на материала.
2. Вътре в цилиндъра има 2 електрода. Първият е нагрят катод, който е предназначен да осигури процеса на емисия на електрони. Най-простият катод в конструкцията е нишка с малък диаметър, която се нагрява по време на работа, но днес електродите с индиректно нагряване са по-често срещани. Те представляват цилиндри, направени от метал и имат специален активен слой, способен да излъчва електрони.
3. Вътре в индиректно нагрятия катод има специфичен елемент - тел, който свети под въздействието на електрически ток, нарича се нагревател.
4. Вторият електрод е анодът, той е необходим за приемане на електроните, които са били освободени от катода. За да направите това, той трябва да има потенциал, който е положителен спрямо втория електрод. В повечето случаи анодът също е цилиндричен.
5. И двата електрода на вакуумните устройства са напълно идентични с емитера и основата на полупроводниковото разнообразие от елементи.
6. За направата на диоден кристал най-често се използва силиций или германий. Едната му част е електропроводима от p-тип и има дефицит на електрони, който се образува по изкуствен метод. Противоположната страна на кристала също има проводимост, но е n-тип и има излишък от електрони. Между двата региона има граница, която се нарича p-n преход.

Такива функции вътрешно устройстводиодите са надарени с основното си свойство - способността да провеждат електрически ток само в една посока.

Предназначение

По-долу са основните области на приложение на диодите, от които става ясно основното им предназначение:

1. Диодните мостове са 4, 6 или 12 диода, свързани един с друг, броят им зависи от вида на веригата, която може да бъде еднофазна, трифазна полумостова или трифазна пълномостова. Те изпълняват функциите на токоизправители; тази опция се използва най-често в автомобилните генератори, тъй като въвеждането на такива мостове, както и използването на четково-колекторни блокове с тях, направи възможно значително намаляване на размера на това устройствои повишаване на надеждността му. Ако свързването е последователно и в една посока, това увеличава минималното напрежение, необходимо за отключване на целия диоден мост.
2. Диодните детектори се получават чрез комбиниране на тези устройства с кондензатори. Това е необходимо, за да е възможно да се изолира нискочестотната модулация от различни модулирани сигнали, включително амплитудно модулираната разновидност на радиосигнала. Такива детектори са част от дизайна на много домакински уреди, като телевизори или радиоапарати.
3. Осигуряване на защита на консуматорите от неправилна полярност при включване на входове на веригата от възникващи претоварвания или превключватели от повреда от електродвижеща сила, възникваща при самоиндукция, възникваща при изключване на индуктивния товар. За да се гарантира безопасността на веригите от възникнали претоварвания, се използва верига, състояща се от няколко диода, свързани към захранващите шини в обратна посока. В този случай входът, към който се осигурява защита, трябва да бъде свързан към средата на тази верига. При нормална работа на веригата всички диоди са в затворено състояние, но ако открият, че входният потенциал е надхвърлил границите на допустимото напрежение, се задейства един от защитните елементи. Поради това този допустим потенциал е ограничен в рамките на допустимото захранващо напрежение в комбинация с директен спад на напрежението на защитното устройство.
4. Диодни превключватели се използват за превключване на високочестотни сигнали. Такава система се управлява с помощта на постоянен електрически ток, високочестотно разделяне и подаване на управляващ сигнал, който възниква поради индуктивност и кондензатори.
5. Създаване на диодна искрозащита. Използват се шунт-диодни бариери, които осигуряват безопасност чрез ограничаване на напрежението в съответната електрическа верига. В комбинация с тях се използват токоограничаващи резистори, които са необходими за ограничаване на електрическия ток, преминаващ през мрежата и повишаване на степента на защита.

Използването на диоди в електрониката днес е много широко разпространено, тъй като практически нито един модерен тип електронно оборудване не може без тези елементи.

Директно диодно свързване

P-n преходът на диода може да бъде повлиян от напрежение, подавано от външни източници. Индикатори като величина и полярност ще повлияят на неговото поведение и електрическия ток, провеждан през него.

По-долу разглеждаме подробно варианта, при който положителният полюс е свързан към областта от тип p, а отрицателният полюс към областта от тип n. В този случай ще се извърши директно превключване:

1. Под въздействието на напрежение от външен източник в p-n прехода ще се образува електрическо поле, чиято посока ще бъде противоположна на вътрешното дифузионно поле.
2. Напрежението на полето ще намалее значително, което ще доведе до рязко стесняване на блокиращия слой.
3. Под въздействието на тези процеси значителен брой електрони ще могат свободно да се движат от p-областта към n-областта, както и в обратната посока.
4. Индикаторите на тока на дрейфа по време на този процес остават същите, тъй като те пряко зависят само от броя на малцинствените заредени носители, разположени в областта на pn прехода.
5. Електроните имат повишено ниво на дифузия, което води до инжектиране на малцинствени носители. С други думи, в n-областта ще има увеличение на броя на дупките, а в p-областта ще се регистрира повишена концентрация на електрони.
6. Липсата на равновесие и увеличеният брой незначителни носители ги кара да навлизат дълбоко в полупроводника и да се смесват с неговата структура, което в крайна сметка води до разрушаване на свойствата му за електрическа неутралност.
7. В този случай полупроводникът може да възстанови неутралното си състояние, това се дължи на получаването на заряди от свързан външен източник, което допринася за появата на постоянен ток във външната електрическа верига.

Диодна обратна връзка

Сега ще разгледаме друг метод за включване, по време на който се променя полярността на външния източник, от който се предава напрежението:

1. Основната разлика от директното свързване е, че създаденото електрическо поле ще има посока, която напълно съвпада с посоката на вътрешното дифузионно поле. Съответно бариерният слой вече няма да се стеснява, а напротив, разширява се.
2. Полето, разположено в pn прехода, ще има ускоряващ ефект върху редица незначителни носители на заряд, поради тази причина индикаторите на дрейфовия ток ще останат непроменени. Той ще определи параметрите на получения ток, който преминава през pn прехода.
3. Тъй като обратното напрежение се увеличава, електрическият ток, протичащ през прехода, ще се стреми да достигне своя максимум. Има специално име - ток на насищане.
4. В съответствие с експоненциалния закон, с постепенно повишаване на температурата, индикаторите за ток на насищане също ще се увеличат.

Право и обратно напрежение

Напрежението, което влияе на диода, се разделя според два критерия:

1. Постоянното напрежение е това, при което диодът се отваря и през него започва да тече постоянен ток, докато съпротивлението на устройството е изключително ниско.
2. Обратното напрежение е това, което има обратна полярност и гарантира, че диодът се затваря с обратен ток, преминаващ през него. В същото време показателите за съпротивление на устройството започват да се увеличават рязко и значително.

Съпротивлението на pn преход е постоянно променящ се индикатор, повлиян основно от напрежението в права посока, приложено директно към диода. Ако напрежението се увеличи, съпротивлението на прехода ще намалее пропорционално.

Това води до увеличаване на параметрите на предния ток, преминаващ през диода. Когато това устройство е затворено, към него се прилага практически цялото напрежение, поради което обратният ток, преминаващ през диода, е незначителен и съпротивлението на прехода достига пикови параметри.

Работа на диода и неговите токово-напреженови характеристики

Характеристиката на напрежението на тези устройства се разбира като крива линия, която показва зависимостта на електрическия ток, протичащ през p-n прехода, от обема и полярността на напрежението, действащо върху него.

Такава графика може да бъде описана по следния начин:

1. Оста е разположена вертикално: горната зона съответства на стойностите на предния ток, долната зона на параметрите на обратния ток.
2. Хоризонтална ос: Областта отдясно е за стойности на напрежението в права посока; зона отляво за параметри на обратно напрежение.
3. Директният клон на характеристиката ток-напрежение отразява преминаващия електрически ток през диода. Той е насочен нагоре и се движи в непосредствена близост до вертикалната ос, тъй като представлява увеличението на електрическия ток в посока напред, което възниква, когато съответното напрежение се увеличи.
4. Вторият (обратен) клон съответства и показва състоянието на затворения електрически ток, който също преминава през устройството. Позицията му е такава, че се движи почти успоредно на хоризонталната ос. Колкото по-стръмен е този клон към вертикалата, толкова по-високи са коригиращите възможности на даден диод.
5. Според графиката може да се наблюдава, че след увеличаване на напрежението в права посока, протичащо през p-n прехода, настъпва бавно нарастване на електрическия ток. Постепенно обаче кривата достига област, в която се забелязва скок, след което настъпва ускорено увеличение на нейните показатели. Това се дължи на отварянето на диода и провеждането на ток при изправено напрежение. За устройства, изработени от германий, това се случва при напрежение от 0,1V до 0,2V (максимална стойност 1V), а за силициевите елементи е необходима по-висока стойност от 0,5V до 0,6V (максимална стойност 1,5V).
6. Посоченото увеличение на текущите показания може да доведе до прегряване на полупроводниковите молекули. Ако отстраняването на топлината, което се дължи на естествените процеси и работата на радиаторите, е по-малко от нивото на нейното освобождаване, тогава структурата на молекулите може да бъде унищожена и този процес ще бъде необратим. Поради тази причина е необходимо да се ограничат параметрите на тока напред, за да се предотврати прегряване на полупроводниковия материал. За да направите това, към веригата се добавят специални резистори, свързани последователно с диодите.
7. Чрез изследване на обратния клон можете да забележите, че ако обратното напрежение, приложено към pn прехода, започне да се увеличава, тогава увеличението на текущите параметри е практически незабележимо. Въпреки това, в случаите, когато напрежението достигне параметри, надвишаващи допустимите норми, може да възникне внезапен скок в обратния ток, което ще прегрее полупроводника и ще допринесе за последващото разпадане на p-n прехода.

Основни повреди на диоди

Понякога устройствата от този тип се провалят, това може да се случи поради естествена амортизация и стареене на тези елементи или по други причини.

Общо има 3 основни вида често срещани неизправности:

1. Разрушаването на кръстовището води до факта, че диодът, вместо полупроводниково устройство, става по същество много обикновен проводник. В това състояние той губи основните си свойства и започва да пропуска електрически ток в абсолютно всяка посока. Такава повреда се открива лесно с помощта на стандартен мултиметър, който започва да издава звуков сигнал и показва ниско ниво на съпротивление в диода.
2. Когато възникне прекъсване, възниква обратният процес - устройството като цяло спира да пропуска електрически ток във всяка посока, тоест по същество се превръща в изолатор. За точно определяне на прекъсване е необходимо да се използват тестери с висококачествени и работещи сонди, в противен случай те понякога могат фалшиво да диагностицират тази неизправност. При разновидностите на полупроводникови сплави такава повреда е изключително рядка.
3. Теч, при който се нарушава уплътнението на корпуса на устройството, в резултат на което то не може да функционира правилно.

Разрушаване на p-n преход

Такива аварии възникват в ситуации, при които обратният електрически ток започва внезапно и рязко да се увеличава, това се дължи на факта, че напрежението от съответния тип достига неприемливо високи стойности.

Обикновено има няколко вида:

1. Термични повреди, които се причиняват от рязко повишаване на температурата и последващо прегряване.
2. Електрически повреди, които възникват под въздействието на ток върху кръстовището.

Графиката на характеристиката ток-напрежение ви позволява визуално да изучавате тези процеси и разликата между тях.

Електрическа повреда

Последствията, причинени от електрически повреди, не са необратими, тъй като те не разрушават самия кристал. Следователно, с постепенно намаляване на напрежението, е възможно да се възстановят всички свойства и работни параметри на диода.

В същото време разбивките от този тип са разделени на два вида:

1. Тунелни повреди възникват, когато високо напрежение преминава през тесни кръстовища, което позволява на отделни електрони да избягат през него. Те обикновено възникват, ако полупроводниковите молекули съдържат голям брой различни примеси. По време на такава повреда обратният ток започва да нараства рязко и бързо, а съответното напрежение е на ниско ниво.
2. Възможни са лавинни типове сривове поради влиянието на силни полета, които могат да ускорят носителите на заряд до максимално ниво, поради което те избиват редица валентни електрони от атоми, които след това летят в проводящата област. Това явление е с лавинен характер, поради което този видповреди и получи това име.

Топлинна разбивка

Появата на такъв срив може да възникне по две основни причини: недостатъчно отвеждане на топлината и прегряване на p-n прехода, което възниква поради потока на електрически ток през него с твърде високи скорости.

Повишаването на температурата в прехода и съседните райони причинява следните последствия:

1. Нарастването на вибрациите на атомите, които изграждат кристала.
2. Електрони, навлизащи в проводящата лента.
3. Рязко повишаване на температурата.
4. Разрушаване и деформация на кристалната структура.
5. Пълен отказ и повреда на целия радио компонент.

slarkenergy.ru

Изправителен диод | Волт-инфо

Фигура 1. Характеристика ток-напрежение на изправителен диод.

Характеристика ток-напрежение на изправителен диод

На фигурата първият квадрант съдържа предния клон, а третият - обратния клон на диодната характеристика. Директният клон на характеристиката се отстранява под действието на предното напрежение, съответно обратният клон, когато обратното напрежение се прилага към диода. Правото напрежение върху диода е напрежението, при което се образува по-висок електрически потенциал на катода спрямо анода, а ако говорим на езика на знаците - на катода минус (-), на анода плюс (+), т.к. показано на фигура 2.

Фигура 2. Схема за изследване на характеристиките на тока и напрежението на диод, когато е свързан директно.

Фигура 1 показва следните символи:

Iр – работен ток на диода;

Ud – спад на напрежението върху диода;

Uо – обратно напрежение на диода;

Upr – пробивно напрежение;

Iу – ток на утечка, или обратен ток на диода.

Понятия и обозначения на характеристики

Работният ток на диода (Ip) е постоянен електрически ток, преминаващ през диода за дълго време, през което устройството не е подложено на необратимо температурно разрушаване и характеристиките му не претърпяват значителни качествени промени. В справочниците може да се посочи като постоянен максимален ток. Падането на напрежението върху диода (Ud) е напрежението на клемите на диода, което възниква, когато през него преминава постоянен работен ток. В справочниците може да се обозначи като предно напрежение на диода.

Постоянен ток протича, когато диодът е свързан директно.

Обратно напрежение на диода (Uо) е допустимото обратно напрежение върху диода, приложено към него продължително време, при което не настъпва необратимо разрушаване на неговия p-n преход. В референтната литература може да се нарече максимално обратно напрежение.

Напрежението на разрушаване (Upr) е обратното напрежение на диода, при което възниква необратим електрически пробив на p-n прехода и в резултат на това повреда на устройството.

Диоден обратен ток или ток на утечка (Iу) е обратен ток, който не причинява необратимо разрушаване (разрушаване) на p-n прехода на диода за дълго време.

При избора на токоизправителни диоди обикновено се ръководят от горните характеристики.

Диодна работа

Тънкости работа p-nпреход, тема за отделна статия. Нека опростим проблема и разгледаме работата на диода от гледна точка на еднопосочна проводимост. И така, диодът работи като проводник, когато е свързан напред, и като диелектрик (изолатор), когато е свързан наобратно. Разгледайте двете вериги на фигура 3.

Фигура 3. Обратна (а) и права (б) връзка на диода.

Фигурата показва две версии на една и съща верига. На фигура 3 (а) позицията на превключвателите S1 и S2 осигурява електрически контакт на диодния анод с минуса на източника на захранване и катода през HL1 електрическата крушка с плюса. Както вече решихме, това е обратното свързване на диода. В този режим диодът ще се държи като електроизолационен елемент, електрическата верига ще бъде практически отворена и лампата няма да свети.

При промяна на позицията на контактите S1 и S2, фигура 3 (b), се осигурява електрически контакт между анода на диода VD1 и плюса на източника на захранване и катода през електрическата крушка с минуса. В този случай е изпълнено условието за директно превключване на диода, той се „отваря” и през него, като по проводник, протича товарният (ламповият) ток.

Ако току-що сте започнали да изучавате електроника, може да сте малко объркани от сложността на превключвателите на Фигура 3. Направете аналогия въз основа на даденото описание, въз основа на опростените диаграми на Фигура 4. Това упражнение ще ви позволи да разберете и се ориентирайте малко относно принципа на изграждане и четене електрически схеми.

Фигура 4. Диаграма на обратно и директно свързване на диод (опростена).

На фигура 4 промяната на полярността на клемите на диода се осигурява чрез промяна на позицията на диода (чрез обръщането му).

Еднопосочна диодна проводимост

Фигура 5. Диаграми на напрежението преди и след токоизправителния диод.

Да приемем условно, че електрическият потенциал на превключвателя S2 винаги е равен на 0. Тогава разликата в напрежението –US1-S2 и +US1-S2 ще бъде приложена към анода на диода, в зависимост от положението на превключвателите S1 и S2. Диаграма на такова правоъгълно променливо напрежение е показана на фигура 5 (горна диаграма). Когато разликата в напрежението на анода на диода е отрицателна, той е заключен (работи като изолационен елемент), докато през лампата HL1 не тече ток и тя не гори, а напрежението на лампата е почти нула. Когато разликата в напрежението е положителна, диодът се включва (действа като електрически проводник) и токът протича през последователната верига диод-лампа. Напрежението на лампата се увеличава до UHL1. Това напрежение е малко по-малко от захранващото напрежение, тъй като част от напрежението пада върху диода. Поради тази причина разликите в напрежението понякога се наричат ​​"падове на напрежението" в електрониката и електротехниката. Тези. в този случай, ако лампата се счита за товар, тогава ще има товарно напрежение върху нея и спад на напрежението върху диода.

По този начин периодите на отрицателна разлика в напрежението се игнорират от диода, прекъсват се и токът протича през товара само по време на периоди на положителна разлика в напрежението. Това преобразуване на променливото напрежение в еднополярно (пулсиращо или директно) се нарича изправяне.

volt-info.ru

1. Полупроводникови диоди, принцип на работа, характеристики:

ПОЛУПРОВОДНИКОВ ДИОД - полупроводниково устройство с два електрода, което има еднопосочна проводимост. Полупроводниковите диоди включват широка група устройства с p-n преходи, контакти метал-полупроводник и др. Най-често срещаните са електропреобразуващите полупроводникови диоди. Служи за трансформиране и генериране електрически вибрации. Един от основните модерни електронни устройства. Принцип на работа на полупроводников диод: Принципът на работа на полупроводников диод се основава на свойствата на прехода електрон-дупка, по-специално на силната асиметрия на характеристиката ток-напрежение спрямо нулата. По този начин се прави разлика между пряка и обратна връзка. При директно свързване диодът има ниско електрическо съпротивление и добре провежда електричество. Обратно - при напрежение, по-малко от пробивното, съпротивлението е много голямо и токът се блокира. Характеристики:

2. Полупроводникови диоди, директно и обратно свързване, напрежение:

Директна и обратна връзка:

Когато p-n преходът е директно свързан, външно напрежение създава поле в прехода, което е противоположно по посока на вътрешното дифузионно поле. Силата на полученото поле намалява, което е придружено от стесняване на блокиращия слой. В резултат на това голям брой мажоритарни носители на заряд са в състояние дифузно да се преместят в съседния регион (дрейфовият ток не се променя, тъй като зависи от броя на малцинствените носители, появяващи се на границите на прехода), т.е. резултантен ток ще тече през прехода, определен главно от дифузионния компонент. Дифузионният ток зависи от височината на потенциалната бариера и нараства експоненциално, когато намалява.

Повишената дифузия на носители на заряд през прехода води до увеличаване на концентрацията на дупки в областта от n-тип и електрони в областта от p-тип. Това увеличение на концентрацията на миноритарни носители поради влиянието на външно напрежение, приложено към прехода, се нарича инжектиране на миноритарни носители. Неравновесните малцинствени носители дифундират дълбоко в полупроводника и нарушават неговата електрическа неутралност. Възстановяването на неутралното състояние на полупроводника се дължи на подаването на носители на заряд от външен източник. Това е причината за възникването на ток във външната верига, наречен директен.

Когато pn преходът е включен в обратна посока, външно обратно напрежение създава електрическо поле, което съвпада по посока с дифузионното поле, което води до увеличаване на потенциалната бариера и увеличаване на ширината на блокиращия слой. Всичко това намалява дифузионните токове на основните носители. За миноритарните носители полето в pn прехода остава ускоряващо се и следователно дрейфовият ток не се променя.

По този начин през кръстовището ще тече произтичащ ток, определен главно от дрейфовия ток на малцинствения носител. Тъй като броят на дрейфиращите малцинствени носители не зависи от приложеното напрежение (влияе само на тяхната скорост), тогава с увеличаването на обратното напрежение токът през прехода клони към граничната стойност IS, която се нарича ток на насищане. Колкото по-висока е концентрацията на донорни и акцепторни примеси, толкова по-малък е токът на насищане, а с повишаване на температурата токът на насищане нараства експоненциално.

Графиката показва характеристиките ток-напрежение за право и обратно свързване на диода. Те също така казват предния и обратния клон на характеристиката ток-напрежение. Директният клон (Ipr и Upr) показва характеристиките на диода, когато е свързан директно (тоест, когато "плюс" е приложен към анода). Обратният клон (Irev и Urev) показва характеристиките на диода, когато е включен в обратна посока (т.е. когато "минус" е приложен към анода).

Синята дебела линия е характеристиката на германиев (Ge) диод, а черната тънка линия е характеристиката на силициев (Si) диод. Фигурата не показва мерни единици за осите на тока и напрежението, тъй като те зависят от конкретната марка диод.

Като начало, нека дефинираме, както за всяка плоска координатна система, четири координатни ъгъла (квадранта). Нека ви напомня, че за първи квадрант се счита този, който се намира горе вдясно (тоест там, където имаме буквите Ge и Si). След това квадрантите се броят обратно на часовниковата стрелка.

И така, нашите II и IV квадранти са празни. Това е така, защото можем да включим диода само по два начина - напред или назад. Невъзможна е ситуация, когато например през диод протича обратен ток и в същото време той се включва в права посока или, с други думи, невъзможно е едновременното прилагане на „плюс“ и „минус“ към един изход. По-точно, възможно е, но тогава ще бъде късо съединение. Остават само два случая за разглеждане: директно свързване на диод и обратно свързване на диод.

Графиката на директната връзка е начертана в първия квадрант. Това показва, че колкото по-голямо е напрежението, толкова по-голям е токът. Освен това до определен момент напрежението нараства по-бързо от тока. Но тогава настъпва повратна точка и напрежението остава почти непроменено, но токът започва да се увеличава. За повечето диоди тази повратна точка възниква в диапазона от 0,5...1 V. Твърди се, че това напрежение "пада" в диода. Това 0,5...1 V е спадът на напрежението върху диода. Бавното нарастване на тока до напрежение от 0,5...1V означава, че в този участък практически няма ток през диода, дори и в посока напред.

Графиката на обратното превключване е начертана в третия квадрант. От това се вижда, че на значителна площ течението остава почти непроменено, а след това се увеличава лавинообразно. Ако увеличите напрежението, например, до няколкостотин волта, тогава това високо напрежение ще "пробие" диода и токът ще тече през диода. Но "разбивката" е необратим процес (за диоди). Тоест, такава „разбивка“ ще доведе до изгаряне на диода и той или напълно ще спре да пропуска ток във всяка посока, или обратното – ще премине ток във всички посоки.

Характеристиките на конкретни диоди винаги показват максималното обратно напрежение - тоест напрежението, което диодът може да издържи без „разбивка“, когато е включен в обратна посока. Това трябва да се вземе предвид при разработването на устройства, които използват диоди.

Сравнявайки характеристиките на силициевите и германиевите диоди, можем да заключим, че в p-n преходите на силициев диод предните и обратните токове са по-малки, отколкото в германиев диод (при същите стойности на напрежението на клемите). Това се дължи на факта, че силицийът има по-голяма забранена зона и за да могат електроните да се преместят от валентната лента към зоната на проводимост, те трябва да получат повече допълнителна енергия.

studfiles.net

Максималното обратно напрежение на диодите се определя по формулата

Урев. макс. = 1,045Uср.

В редица практически приложения тиристорните преобразуватели се използват за коригиране на променлив ток и плавно управление на мощността, предавана към товара. В същото време малките управляващи токове позволяват да се управляват големи токове на натоварване.

Пример за най-простия тиристорен токоизправител с управлявана мощност е показан на фиг. 7.10.

Ориз. 7.10. Схема на тиристорен токоизправител

На фиг. Фигура 7.11 показва времедиаграми, които обясняват принципа на регулиране на средната стойност на изправеното напрежение.

Ориз. 7.11. Времеви диаграми на работа на тиристорния токоизправител

В тази схема се приема, че входното напрежение Uin за регулируем тиристор се генерира, например, от пълновълнов токоизправител. Ако в началото на всеки полупериод се подават управляващи импулси Uу с достатъчна амплитуда ( площ о-ана диаграмата Uout), изходното напрежение ще повтори напрежението на пълновълновия токоизправител. Ако изместите управляващите импулси към средата на всеки полупериод, тогава изходните импулси ще имат продължителност, равна на една четвърт от полупериода (раздел b-c). По-нататъшното изместване на управляващите импулси ще доведе до допълнително намаляване на средната амплитуда на изходните импулси (сечение d – e).

По този начин, чрез прилагане на управляващи импулси към тиристора, които са фазово изместени спрямо входното напрежение, можете да превърнете синусоидално напрежение (ток) в последователност от импулси с всякаква продължителност, амплитуда и полярност, тоест можете да промените ефективния стойност на напрежението (ток) в широк диапазон.

7.3 Филтри против нагласяне

Разгледаните вериги за коригиране позволяват да се получи еднополярно пулсиращо напрежение, което не винаги е приложимо за захранване на сложни електронни устройства, тъй като поради големи пулсации те водят до нестабилност на тяхната работа.

За значително намаляване на пулсациите се използват изглаждащи филтри. Най-важният параметър на изглаждащия филтър е коефициентът на изглаждане S, определен по формулата S=1/2, където 1 и 2 са коефициентите на пулсации съответно на входа и изхода на филтъра. Коефициентът на пулсации показва колко пъти филтърът намалява пулсациите. В практическите схеми коефициентът на пулсации на изхода на филтъра може да достигне стойности от 0,00003.

Основните елементи на филтрите са реактивни елементи - капацитет и индуктивност (дросели). Нека първо разгледаме принципа на работа на най-простия филтър за анти-алиасинг, чиято диаграма е показана на фиг. 7.12.

Ориз. 7.12. Верига на най-простия изглаждащ филтър с полувълнов токоизправител

В тази схема изглаждането на напрежението върху товара след полувълнов диоден токоизправител VD се извършва с помощта на кондензатор C, свързан паралелно с товара Rн.

Времевите диаграми, обясняващи работата на такъв филтър, са показани на фиг. 7.13. В участъка t1 – t2 входното напрежение отваря диода и зарежда кондензатора. Когато входното напрежение започне да намалява, диодът се затваря с напрежението, натрупано върху кондензатора Uc (сечение t1 - t2). През този интервал източникът на входно напрежение е изключен от кондензатора и товара и кондензаторът се разрежда през съпротивлението на товара Rн.

Ориз. 7.13. Времедиаграми на работа на филтъра с полувълнов токоизправител

Ако капацитетът е достатъчно голям, разреждането на капацитета през Rн ще се случи с голяма времеконстанта =RнС, поради което намаляването на напрежението върху кондензатора ще бъде малко, а ефектът на изглаждане ще бъде значителен. От друга страна, колкото по-голям е капацитетът, толкова по-къс е сегментът t1 - t2, през който диодът е отворен и през него протича ток i, нарастващ (за даден среден ток на натоварване) с намаляване на разликата t2 - t1. Този режим на работа може да доведе до повреда на токоизправителния диод и освен това е доста тежък за трансформатора.

Когато се използват пълновълнови токоизправители, размерът на пулсациите на изхода на капацитивния филтър намалява, тъй като кондензаторът е по-малък през времето между появата на импулси, което е добре илюстрирано на фиг. 7.14.

Ориз. 7.14. Изглаждане на пулсациите на пълновълнов токоизправител

За да изчислим големината на пулсациите на изхода на капацитивен филтър, ние ще приближим пулсациите на изходното напрежение, като използваме крива на зъб на тока, както е показано на фиг. 7.15.

Ориз. 7.15. Апроксимация на напрежението на пулсации

Промяната в заряда на кондензатора се дава от израза

∆Q=∆UC=I nT1,

където T1 е периодът на пулсация, In е средната стойност на тока на натоварване. Като вземем предвид факта, че Iн = Иср/ Rн, получаваме

От фиг. 7.15 следва, че

в този случай двойната амплитуда на пулсациите се определя от израза

Индуктивните филтри също имат изглаждащи свойства, а най-добрите изглаждащи свойства се намират във филтри, съдържащи индуктивност и капацитет, свързани, както е показано на фиг. 7.16.

Ориз. 7.16. Anti-aliasing филтър с индуктивност и капацитет

В тази схема капацитетът на кондензатора е избран така, че реактивното му съпротивление да е значително по-малко от съпротивлението на натоварване. Предимството на такъв филтър е, че намалява стойността на входната пулсация ∆U до стойност, където ω е честотата на пулсациите.

На практика са широко разпространени различни видове F-образни и U-образни филтри, конструктивните варианти на които са представени на фиг. 7.17.

При ниски токове на натоварване F-образният токоизправител, показан на фиг. 7.16.

Ориз. 7.17. Опции за изграждане на филтър

В най-критичните схеми се използват филтриращи вериги с много връзки (фиг. 7.17 d).

Често индукторът се заменя с резистори, което донякъде намалява качеството на филтриране, но значително намалява цената на филтрите (фиг. 7.17 b, c).

Основната външна характеристика на токоизправителите с филтър е зависимостта на средната стойност на изходното напрежение Uav (напрежение на натоварване) от средната стойност на изходния ток.

В разглежданите схеми увеличаването на изходния ток води до намаляване на Uav поради увеличаване на падането на напрежението в намотките на трансформатора, диодите, проводниците и филтърните елементи.

Наклонът на външната характеристика при даден среден ток се определя чрез изходното съпротивление Rout, определено по формулата:

Icр – множество. Колкото по-малка е стойността на Rout, толкова по-малко изходното напрежение зависи от изходния ток, толкова по-добра е токоизправителната верига с филтър. На фиг. Фигура 7.18 показва типичните зависимости на Uav от Iav за различни опции за филтриране.

Ориз. 7.18. Типични зависимости на Uav от Iav за различни филтриращи схеми

studfiles.net

Какво е обратно напрежение? - Изграждане на вътрешен ремонт

Обратно напрежение

Обратното напрежение е вид енергиен сигнал, създаден, когато полярността на електрическия ток е обърната. Това напрежение често възниква, когато към диод се приложи обратна полярност, което кара диода да реагира, като работи в обратна посока. Тази обратна функция може също така да създаде пробивно напрежение в диода, тъй като това често прекъсва веригата, към която е приложено напрежението.

Обратно напрежение възниква, когато източникът на захранващ сигнал към веригата се прилага по обърнат начин. Това означава, че източникът на положителен проводник е свързан към земята или отрицателния проводник на веригата и обратно. Това прехвърляне на напрежение често не е предвидено, тъй като повечето електрически вериги не могат да се справят с напрежение.

Когато към верига или диод се приложи минимално напрежение, това може да доведе до обратна работа на веригата или диода. Това може да предизвика реакция като неправилно завъртане на двигателя на вентилатора на кутията. Елементът ще продължи да функционира в такива случаи.

Когато количеството напрежение, приложено към верига, е твърде голямо, сигналът за приемащата верига обаче се нарича напрежение на пробив. Ако входният сигнал, който е обърнат, надвишава допустимото напрежение за поддържане на веригата, веригата може да бъде повредена повече от останалата използваема част. Точката, в която веригата е повредена, се отнася до стойността на пробивното напрежение. Това напрежение на пробив има няколко други имена, обратно пиково напрежение или обратно напрежение на пробив.

Обратното напрежение може да причини напрежение на пробив, което също засяга работата на други компоненти на веригата. Освен увреждащите диоди и функциите на веригата за обратно напрежение, това може да се превърне и в пик на обратното напрежение. В такива случаи веригата не може да съдържа количеството входна мощност от сигнала, който е обърнат, и може да създаде пробивно напрежение между изолаторите.

Това напрежение на пробив, което може да възникне в компонентите на веригата, може да причини повреда на компоненти или изолатори на проводници. Това може да ги превърне в сигнални проводници и да повреди веригата чрез провеждане на напрежение към различни части на веригата, които не трябва да го приемат, причинявайки нестабилност в цялата верига. Това може да причини дъги на напрежение от компонент до компонент, които също могат да бъдат достатъчно мощни, за да запалят различни компоненти на веригата и да причинят пожар.

ТТ система в електрически инсталации с напрежение до 1000V

Дата на публикуване: 23.12.2017 г

Знаете ли какво е обратно напрежение?

Обратно напрежение

Обратното напрежение е вид енергиен сигнал, създаден, когато полярността на електрическия ток е обърната. Това напрежение често възниква, когато към диод се приложи обратна полярност, което кара диода да реагира, като работи в обратна посока. Тази обратна функция може също да създаде пробивно напрежение в диода, тъй като това често прекъсва веригата, към която е приложено напрежението.

Обратно напрежение възниква, когато източникът на захранващ сигнал към веригата се прилага по обърнат начин. Това означава, че източникът на положителен проводник е свързан към земята или отрицателния проводник на веригата и обратно. Това прехвърляне на напрежение често не е предвидено, тъй като повечето електрически вериги не могат да се справят с напрежение.

Когато към верига или диод се приложи минимално напрежение, това може да доведе до обратна работа на веригата или диода. Това може да предизвика реакция като неправилно завъртане на двигателя на вентилатора на кутията. Елементът ще продължи да функционира в такива случаи.

Когато количеството напрежение, приложено към верига, е твърде голямо, сигналът за приемащата верига обаче се нарича напрежение на пробив. Ако входният сигнал, който е обърнат, надвишава допустимото напрежение за поддържане на веригата, веригата може да бъде повредена повече от останалата използваема част. Точката, в която веригата е повредена, се отнася до стойността на пробивното напрежение. Това напрежение на пробив има няколко други имена, обратно пиково напрежение или обратно напрежение на пробив.

Обратното напрежение може да причини напрежение на пробив, което също засяга работата на други компоненти на веригата. Освен увреждащите диоди и функциите на веригата за обратно напрежение, това може да се превърне и в пик на обратното напрежение. В такива случаи веригата не може да съдържа количеството входна мощност от сигнала, който е обърнат, и може да създаде пробивно напрежение между изолаторите.

Това напрежение на пробив, което може да възникне в компонентите на веригата, може да причини повреда на компоненти или изолатори на проводници. Това може да ги превърне в сигнални проводници и да повреди веригата чрез провеждане на напрежение към различни части на веригата, които не трябва да го приемат, причинявайки нестабилност в цялата верига. Това може да причини дъги на напрежение от компонент до компонент, които също могат да бъдат достатъчно мощни, за да запалят различни компоненти на веригата и да причинят пожар.

Навигация на публикации

Здрави

Ремонт вътрешно строителство

По време на жизнения цикъл на една сграда в определени периоди са необходими ремонтни дейности, за да се актуализира интериорът. Модернизацията е необходима и когато интериорният дизайн или функционалност изостават от съвременността.

Многоетажно строителство

В Русия има повече от 100 милиона жилищни единици и повечето от тях са „еднофамилни къщи“ или вили. В градовете, предградията и селските райони собствените домове са много често срещан тип жилища.
Практиката на проектиране, изграждане и експлоатация на сгради най-често е колективно усилие на различни групи от специалисти и професии. В зависимост от размера, сложността и предназначението на конкретен строителен проект, екипът по проекта може да включва:
1. Разработчикът на недвижими имоти, който осигурява финансирането на проекта;
Една или повече финансови институции или други инвеститори, които предоставят финансиране;
2. Органи за местно планиране и управление;
3. Услуга, която извършва ALTA/ACSM и строителни проучвания по време на целия проект;
4. Ръководители на сгради, които координират усилията на различни групи участници в проекта;
5. Лицензирани архитекти и инженери, които проектират сгради и изготвят строителна документация;

Характеристики и параметри на токоизправителни и универсални диоди

Токоизправителните диоди се използват за коригиране на променлив ток с ниска честота. Коригиращите свойства на тези диоди се основават на принципа на еднопосочната проводимост на p-и-преходите на електрон-дупка.

Универсалните диоди се използват в различно електронно оборудване като високо- и нискочестотни AC токоизправители, умножители и честотни преобразуватели, детектори на големи и малки сигнали и др. Обхватът на работните токове и напрежения на токоизправителните и универсалните диоди е много широк, следователно те са произведени както с точкови, така и с равнинни pn преходи в полупроводниковата структура с площи от десети от квадратния милиметър до няколко квадратни сантиметра. Обикновено универсалните диоди използват кръстовища с малки площи и капацитети, но с относително високи стойности на токове напред и обратни напрежения. На тези изисквания отговарят точкови, планарни и мезапланарни диоди от микросплави. Характеристиките и параметрите на универсалните диоди са същите като тези на изправителните диоди.

Волт-амперни характеристики(волтова характеристика) на токоизправителните диоди изразява зависимостта на тока, преминаващ през диода, от стойността и полярността на приложеното към него директно напрежение.Директният клон на характеристиката показва зависимостта на тока през диода с директното чрез полярността на приложеното напрежение. Силата на предния ток зависи експоненциално от приложеното към диода напрежение и може да достигне големи стойности с малък (около 0,3 - 1 V) спад на напрежението в диода.

Обратният клон на характеристиката съответства на непроводимата посока на тока през диода с обратна полярност на напрежението, приложено към диода. Обратният ток (разрез OD) леко зависи от приложеното обратно напрежение. При сравнително високо обратно напрежение (точка B на характеристиката) възниква електрически пробив на p-n прехода, при който обратният ток бързо се увеличава, което може да доведе до термичен пробив и повреда на диода. С повишаването на температурата термичният ток и токът на генериране на носители на заряд в прехода ще се увеличат, което ще доведе до увеличаване на предния и обратния ток и промяна в характеристиките на диода.

Свойствата и взаимозаменяемостта на диодите се оценяват по техните параметри. Основните параметри включват токове и напрежения, свързани с характеристиката ток-напрежениеДиодите се използват както в AC, така и в DC вериги. Следователно, за да се оценят свойствата на диодите, заедно с параметрите се използват диференциални параметри, които характеризират тяхната работа при променлив ток.

Изправен (постоянен) ток Ipr е токът (средна стойност за период), преминаващ през диода, който осигурява неговата надеждна и дълготрайна работа. Силата на този ток е ограничена от нагряване или максимална мощност Pmax. Превишаването на предния ток води до термична повреда и повреда на диода.

• Падане на напрежението напред UPr.Av - средна стойност за период на диода, когато през него преминава допустимият прав ток.
• Допустимо обратно напрежение U0br е средната стойност за периода, при който се осигурява надеждна и дълготрайна работа на диода. Превишаването на обратното напрежение води до повреда и повреда на диодите. С повишаване на температурата стойностите на обратното напрежение и тока в посока намаляват.
• Обратен ток Irev - средна стойност за периода на обратен ток при приемливо Urev. Колкото по-нисък е обратният ток, толкова по-добре

Вие сте изправителните свойства на диода.Повишаването на температурата на всеки 10 °C води до увеличаване на обратния ток за германиеви и силициеви диоди с 1,5 - 2 пъти или повече.

Максимална константа, или средната мощност Pmax, разсейвана от диод за период, при който диодът може да работи дълго време, без да променя параметрите си. Тази мощност е сумата от продуктите на токовете и напреженията при предното и обратното отклонение на кръстовището, т.е. за положителните и отрицателните полупериоди на променливия ток. За устройства с висока мощност, работещи с добро разсейване на топлината, Pmax = (Tp.max - Tk)/Rpk. За устройства с ниска мощност, работещи без радиатор,

Pmax = (Tp.max - T s) / Rp.s.

Максимална температура на свързване Gp.max зависи от материала (забранената зона) на полупроводника и степента на неговото легиране, т.е. от съпротивлението на областта на p-n прехода - основата. Диапазонът на Gp.max за германий е в рамките на 80 - 110 °C, а за силиций 150 - 220 °C.

Термична устойчивост Rp.k между прехода и корпуса се определя от температурната разлика между кръстовището Tpi корпус Tk и средната мощност Ra, освободена при прехода и е 1 - 3 ° C / W: Ra.K = (Ta - TK) / татко Топлинното съпротивление Rn c между прехода и околната среда зависи от температурната разлика между прехода Tp и околната среда Tc. Тъй като практически RPK

Режимът на ограничаване на използването на диода се характеризира с максимално допустимото обратно напрежение URev max, максималния ток на токоизправителя IPr max и максималната температура на прехода TPmax , С увеличаване на честотата на променливото напрежение, подавано към диода, неговите изправителни свойства се влошават. Следователно, за да се определят свойствата на токоизправителните диоди, обикновено се посочва работният честотен диапазон Df или максималната честота на коригиране fmax , При честоти, по-големи от fmax, малцинствените носители на заряд, натрупани по време на предния полупериод в основата, нямат време да компенсира, следователно, по време на обратния полупериод на изправеното напрежение, преходът остава предубеден за известно време (т.е. губи своите изправителни свойства). Това свойство се проявява по-значително, колкото по-голям е импулсът на предния ток или колкото по-висока е честотата на доставеното променливо напрежение. високи честотишунтиращият ефект на бариерата и дифузионния капацитет на p-n прехода започва да се появява, намалявайки неговите коригиращи свойства

При изчисляване на режима на токоизправителя се използват статичното съпротивление на постоянен ток и диференциалното съпротивление на диодите на променлив ток

• Диференциалсъпротивлението на променлив ток rdiff=dU/dI или rDiff=ДУ/ДI определя промяната на тока през диода при промяна на напрежението в близост до избраната работна точка на характеристиката на диода. При директно включване на напрежението rdif Pr = 0,026/ /IPr и ток Ipr > 10 mA възлиза на няколко ома.При свързване на обратното напрежение rdif pr е голям (от десетки килоома до няколко мега-ома). ома).
• Статичнодиодно съпротивление на постоянен ток rprd = Upr/Ipr, rrev d = Urev/Irev V В областта на правите токове rFor d>rdiff pr и в областта на обратните токове r0br d

Капацитетите на диодите оказват значително влияние върху тяхната работа при високи честоти и в импулсни режими. Паспортните данни на диодите обикновено дават общия капацитет на диода CD, който в допълнение към бариерния и дифузионния капацитет включва капацитета на корпуса на устройството.Този капацитет се измерва между външните токови изводи на диода при даден обрат. преднапрежение и честота на тока

Полупроводников диод - Това е полупроводниково устройство с един p-n преход и два електрода. Принципът на работа на полупроводниковия диод се основава на явлението p-n преход, така че за по-нататъшно изучаване на полупроводникови устройства трябва да знаете как работи.

Изправителен диод (наричан още вентил) е вид полупроводников диод, който служи за преобразуване на променлив ток в постоянен ток.

Диодът има два извода (електрода) анод и катод. Анодът е свързан към p слоя, катодът към n слоя. Когато към анода се приложи плюс, а към анода - минус (директно свързване на диода), диодът пропуска ток. Ако на анода се подаде минус, а на катода плюс (обратно свързване на диода), през диода няма да тече ток, това се вижда от волт-амперната характеристика на диода. Следователно, когато на входа на токоизправителния диод се подава променливо напрежение, през него преминава само една полувълна.

Характеристика ток-напрежение (волт-амперна характеристика) на диода.

Характеристиката ток-напрежение на диода е показана на фиг. I. 2. Първият квадрант показва директния клон на характеристиката, която описва състоянието на висока проводимост на диода с приложено към него изправено напрежение, което е линеаризирано от частично линейна функция

u = U 0 +R D i

където: u е напрежението на вентила при преминаване на ток i; U 0 - прагово напрежение; R d - динамично съпротивление.

В третия квадрант има обратен клон на характеристиката ток-напрежение, който описва състоянието на ниска проводимост при подаване на обратно напрежение към диода. В състояние на ниска проводимост през полупроводниковата структура практически не протича ток. Това обаче е вярно само до определена стойност на обратното напрежение. При обратно напрежение, когато напрегнатостта на електрическото поле в pn прехода достигне около 10 s V/cm, това поле може да придаде на подвижни носители на заряд - електрони и дупки, постоянно появяващи се в целия обем на полупроводниковата структура в резултат на термично генериране - кинетична енергия, достатъчна за йонизация на неутрални силициеви атоми. Получените дупки и електрони на проводимост от своя страна се ускоряват от електричество p-n полепреход и също йонизират неутрални силициеви атоми. В този случай се получава лавинообразно нарастване на обратния ток, т.е. д. лавинен срив.

Напрежението, при което възниква рязко увеличение на обратния ток, е наречено пробивно напрежение U 3 .

ТЕМА 3. ПОЛУПРОВОДНИКОВИ ДИОДИ

Полупроводников диод е електрически преобразуващо полупроводниково устройство с едно електрическо съединение и два терминала, което използва свойствата pn преходА.

Полупроводниковите диоди се класифицират:

1) по предназначение: токоизправител, високочестотен и свръхвисокочестотен (HF и микровълнови диоди), импулсен, полупроводникови ценерови диоди (референтни диоди), тунелни диоди, обратни диоди, варикапи и др.;

2) по конструктивни и технологични характеристики: равнинни и точкови;

3) по вид на изходния материал: германий, силиций, арсенид-галий и др.

Фигура 3.1 – Дизайн на точкови диоди

Точковият диод използва германиева или силициева плоча с n-тип електрическа проводимост (фиг. 3.1), с дебелина 0,1...0,6 mm и площ 0,5...1,5 mm2; Заострена жица (игла) с отложен примес влиза в контакт с плочата. В този случай примесите дифундират от иглата в основния полупроводник, което създава област с различен тип електрическа проводимост. Така близо до иглата се образува миниатюрен полусферичен pn преход.

За да се направят германиеви точкови диоди, волфрамова тел, покрита с индий, се заварява към германиева плоча. Индият е акцептор на германий. Получената област от р-тип германий е емитер.

Силициевите точкови диоди се изработват с помощта на n-тип силиций и жица, покрита с алуминий, която служи като акцептор за силиция.

В планарните диоди pn преходът се образува от два полупроводника с различни видове електрическа проводимост, а зоната на свързване на различни видове диоди варира от стотни от квадратен милиметър до няколко десетки квадратни сантиметра (мощни диоди).

Планарните диоди се произвеждат чрез методи на сливане (сливане) или дифузия (фиг. 3.2).

Фигура 3.2 - Проектиране на планарни диоди, произведени по метода на сплав (а) и дифузия (б)

Капка индий се слива в пластина от германий от n-тип при температура около 500 ° C (фиг. 3.2, а), която, слята с германий, образува слой от германий от p-тип. Областта с p-тип електрическа проводимост има по-висока концентрация на примеси от основната плоча и следователно е емитер. Оловни проводници, обикновено направени от никел, са запоени към основната германиева плоча и към индиевата плоча. Ако p-тип германий се вземе като изходен материал, тогава антимонът се топи в него и след това се получава n-тип емитерна област.

Дифузионният метод за производство на p-n преход се основава на факта, че примесните атоми дифундират в основния полупроводник (фиг. 3.2, b). За да се създаде p-слой, се използва дифузия на акцепторен елемент (бор или алуминий за силиций, индий за германий) през повърхността на изходния материал.

3.1 Токоизправителни диоди

Изправителният полупроводников диод е полупроводников диод, предназначен да преобразува променлив ток в постоянен ток.

Токоизправителните диоди са направени на базата на pn преход и имат две области, едната от които е с по-ниско съпротивление (съдържа по-висока концентрация на примеси) и се нарича емитер. Другата област, основата, е по-устойчива (съдържа по-ниска концентрация на примеси).

Работата на токоизправителните диоди се основава на свойството на еднопосочна проводимост на p-n прехода, което се крие във факта, че последният провежда добре ток (има ниско съпротивление), когато е свързан директно и практически не провежда ток (има много висока съпротивление), когато е свързано наобратно.

Както е известно, предният ток на диода се създава от основните, а обратният ток се създава от непървични носители на заряд. Концентрацията на основните носители на заряд е с няколко порядъка по-висока от концентрацията на не-основните носители, което определя вентилните свойства на диода.

Основните параметри на изправителните полупроводникови диоди са:

· прав ток на диода Iпр, който се нормализира при определено право напрежение (обикновено Uпр = 1...2V);

· максимално допустим прав ток Ipr max диод;

· максимално допустимото обратно напрежение на диода Urev max, при което диодът може да работи нормално още дълго време;

· постоянен обратен ток Irev, протичащ през диода при обратно напрежение, равно на Urev max;

· среден изправен ток Iвп.ср, който може да преминава през диода продължително време при приемлива температура на нагряването му;

· максимално допустима мощност Pmax, разсейвана от диода, при която се осигурява зададената надеждност на диода.

Според максимално допустимата стойност на средния ректифициран ток диодите се разделят на маломощни (Ivp.av £ 0,3A), средни мощности (0,3A 10А).

За да се запази производителността на германиев диод, температурата му не трябва да надвишава +85°C. Силициевите диоди могат да работят при температури до +150°C.

Фигура 3.3 – Изменение на волт-амперните характеристики на полупроводников диод в зависимост от температурата: а – за германиев диод; b – за силициев диод

Спадът на напрежението при преминаване на постоянен ток за германиеви диоди е DUпр = 0,3...0,6V, за силициеви диоди - DUпр = 0,8...1,2V. Големите спадове на напрежението при преминаване на постоянен ток през силициеви диоди в сравнение с постоянните спадове на напрежението на германиеви диоди са свързани с по-висока височина на потенциалната бариера на p-n преходите, образувани в силиция.

С повишаване на температурата спадът на напрежението в посока напред намалява, което е свързано с намаляване на височината на потенциалната бариера.

Когато се приложи обратно напрежение към полупроводников диод, в него възниква лек обратен ток, дължащ се на движението на малцинствени носители на заряд през pn прехода.

Тъй като температурата на pn прехода се повишава, броят на малцинствените носители на заряд се увеличава поради прехода на някои електрони от валентната зона към зоната на проводимост и образуването на двойки носители на заряд електрон-дупка. Следователно обратният ток на диода се увеличава.

Когато към диода се приложи обратно напрежение от няколкостотин волта, външното електрическо поле в блокиращия слой става толкова силно, че може да издърпа електрони от валентната лента в проводимата лента (ефект на Zener). В този случай обратният ток се увеличава рязко, което причинява нагряване на диода, допълнително увеличаване на тока и накрая термично разрушаване (разрушаване) на p-n прехода. Повечето диоди могат да работят надеждно при обратни напрежения, които не надвишават (0,7...0,8) Uprob.

Допустимото обратно напрежение на германиеви диоди достига - 100...400V, а на силициеви диоди - 1000...1500V.

В редица мощни преобразувателни инсталации изискванията за средната стойност на предния ток и обратното напрежение надвишават номиналната стойност на параметрите на съществуващите диоди. В тези случаи проблемът се решава чрез паралелно или последователно свързване на диоди.

Паралелното свързване на диоди се използва, когато е необходимо да се получи ток в права посока, по-голям от ограничаващия ток на един диод. Но ако диодите от един и същи тип са просто свързани паралелно, тогава поради несъответствието на директните клонове на характеристиката ток-напрежение, те ще бъдат различно натоварени и в някои случаи предният ток ще бъде по-голям от ограничаващия .

Фигура 3.4 – Паралелно свързване на токоизправителни диоди

За изравняване на токовете се използват диоди с малка разлика в директните клонове на характеристиката ток-напрежение (те се избират) или последователно с диодите се свързват изравнителни резистори със съпротивление от единици ома. Понякога се включват допълнителни резистори (фиг. 3.4, в) със съпротивление, няколко пъти по-голямо от прякото съпротивление на диодите, така че токът във всеки диод се определя главно от съпротивлението Rd, т.е. Rd>>rpr vd. Стойността на Rd е стотици ома.

Серийното свързване на диоди се използва за увеличаване на общото допустимо обратно напрежение. Когато е изложен на обратно напрежение, същият обратен ток Irev протича през последователно свързани диоди. въпреки това, поради разликата в обратните клонове на характеристиката ток-напрежение, общото напрежение ще бъде разпределено неравномерно между диодите. Диод, чийто обратен клон на характеристиката ток-напрежение е по-висок, ще има по-голямо напрежение, приложено към него. Може да е по-високо от ограничението, което ще доведе до повреда на диодите.

Фигура 3.5 – Серийно свързване на токоизправителни диоди

За да се гарантира, че обратното напрежение се разпределя равномерно между диодите, независимо от тяхното обратно съпротивление, диодите се шунтират с резистори. Съпротивленията Rsh на резисторите трябва да бъдат еднакви и значително по-малки от най-малкото обратно съпротивление на диодите Rsh 3.2 Ценерови диоди

Полупроводниковият ценеров диод е полупроводников диод, чието напрежение в областта на електрическия пробив слабо зависи от тока и който се използва за стабилизиране на напрежението.

Полупроводниковите ценерови диоди използват свойството на лека промяна в обратното напрежение на p-n прехода по време на електрически (лавинен или тунелен) срив. Това се дължи на факта, че малко увеличение на напрежението на pn прехода в режим на електрическо разрушаване причинява по-интензивно генериране на носители на заряд и значително увеличение на обратния ток.

Нисковолтовите ценерови диоди са направени на базата на силно легиран (с ниско съпротивление) материал. В този случай се образува тесен планарен преход, в който възниква тунелен електрически пробив при относително ниски обратни напрежения (по-малко от 6V). Ценерови диоди с високо напрежение са направени на базата на леко легиран (високоустойчив) материал. Следователно принципът им на действие е свързан с лавинен електрически срив.

Основни параметри на ценерови диоди:

· стабилизиращо напрежение Ust (Ust = 1…1000V);

· минимални Ist mіn и максимални Ist max токове на стабилизиране (Ist mіn" 1,0...10 mA, Ist max "0,05...2,0A);

· максимално допустима разсейвана мощност Рmax;

· диференциално съпротивление в участъка на стабилизация rd = DUst/DIst, (rd" 0,5...200 Ohm);

температурен коефициент на напрежение в секцията за стабилизиране:

TKU на ценеров диод показва с какъв процент ще се промени стабилизиращото напрежение, когато температурата на полупроводника се промени с 1°C

(TKU= −0,5…+0,2%/°С).

Фигура 3.6 - Волт-амперна характеристика на ценеровия диод и неговото символно графично обозначение

Ценеровите диоди се използват за стабилизиране на напреженията на захранващите устройства, както и за фиксиране на нивата на напрежение в различни вериги.

Стабилизиране на напрежението при ниско напрежение в рамките на 0,3...1V може да се постигне чрез използване на директния клон на I-V характеристиката на силициевите диоди. Диод, в който директният клон на характеристиката ток-напрежение се използва за стабилизиране на напрежението, се нарича стабистор. Има и двустранни (симетрични) ценерови диоди, които имат симетрична характеристика ток-напрежение спрямо произхода.

Ценерови диоди могат да бъдат свързани последователно, като полученото стабилизиращо напрежение е равно на сумата от напреженията на ценерови диоди:

Ust = Ust1 + Ust2 +…

Паралелното свързване на ценерови диоди е неприемливо, т.к поради разсейването на характеристиките и параметрите на всички паралелно свързани ценерови диоди, токът ще възникне само в един, който има най-ниското стабилизиращо напрежение Ust, което ще доведе до прегряване на ценерови диоди.

3.3 Тунелни и обратни диоди

Тунелният диод е полупроводников диод, базиран на дегенеративен полупроводник, при който тунелният ефект води до появата на отрицателна диференциална съпротивителна секция върху характеристиката ток-напрежение при изправено напрежение.

Тунелният диод е изработен от германиев или галиев арсенид с много висока концентрация на примеси, т.е. с много ниско съпротивление. Такива полупроводници с ниско съпротивление се наричат ​​изродени. Това прави възможно получаването на много тесен pn преход. При такива преходи възникват условия за относително свободно тунелиране на електрони през потенциална бариера (тунелен ефект). Тунелният ефект води до появата на участък с отрицателно диференциално съпротивление на директния клон на ток-напрежението на диода. Тунелният ефект е, че при достатъчно ниска височина на потенциалната бариера електроните могат да проникнат през бариерата, без да променят енергията си.

Основни параметри на тунелни диоди:

· пиков ток Iп – прав ток в максималната точка на ток-напрежението;

· valley current Iв – прав ток в минималната точка на ток-напрежението;

· съотношение на тунелните диодни токове Iп/Iв;

· пиково напрежение Uп – право напрежение, съответстващо на пиковия ток;

· долинно напрежение Uв – право напрежение, съответстващо на долинния ток;

· напрежение на разтвора Uрр.

Тунелните диоди се използват за генериране и усилване на електромагнитни трептения, както и във високоскоростни комутационни и импулсни вериги.

Фигура 3.7 – Характеристика ток-напрежение на тунелен диод

Обратният диод е диод, базиран на полупроводник с критична концентрация на примеси, в който проводимостта при обратно напрежение поради ефекта на тунелиране е значително по-голяма, отколкото при право напрежение.

Принципът на работа на обратния диод се основава на използването на тунелния ефект. Но в обратните диоди концентрацията на примеси е по-ниска, отколкото в конвенционалните тунелни диоди. Следователно контактната потенциална разлика за обърнатите диоди е по-малка и дебелината на pn прехода е по-голяма. Това води до факта, че под въздействието на постоянно напрежение не се създава постоянен тунелен ток. Правият ток в реверсираните диоди се създава чрез инжектиране на немажоритарни носители на заряд през p-n прехода, т.е. постоянен ток е дифузия. Когато напрежението е обърнато, през прехода протича значителен тунелен ток, създаден от движението на електрони през потенциалната бариера от p-областта към n-областта. Работната секция на характеристиката ток-напрежение на обърнат диод е обратният клон.

По този начин обърнатите диоди имат изправителен ефект, но тяхната посока на преминаване (проводяща) съответства на обратна връзка, а посоката на блокиране (непроводяща) съответства на директна връзка.

Фигура 3.8 – Волт-амперна характеристика на обърнат диод

Използват се обърнати диоди в импулсни устройства, а също и като сигнални преобразуватели (смесители и детектори) в радиотехнически устройства.

3.4 Варикапи

Варикапът е полупроводников диод, който използва зависимостта на капацитета от величината на обратното напрежение и е предназначен за използване като елемент с електрически контролиран капацитет.

Полупроводниковият материал за производството на варикапи е силиций.

Основни параметри на варикапите:

· номинален капацитет Sv – капацитет при дадено обратно напрежение (Sv = 10...500 pF);

Коефициент на припокриване на капацитета; (Ks = 5...20) - съотношението на варикапните капацитети при две дадени стойности на обратните напрежения.

Варикапите се използват широко в различни схеми за автоматично регулиране на честотата и в параметрични усилватели.

Фигура 3.9 – Капацитетно-волтажна характеристика на варикап

3.5 Изчисляване на електрически вериги с полупроводникови диоди.

В практическите схеми някакъв товар, например резистор, е свързан към диодната верига (фиг. 3.10, а). Правият ток протича, когато анодът има положителен потенциал спрямо катода.

Режимът на диода с товар се нарича работен режим. Ако диодът имаше линейно съпротивление, тогава изчисляването на тока в такава верига не би било трудно, тъй като общото съпротивление на веригата е равно на сумата от съпротивлението на диода срещу постоянен ток Ro и съпротивлението на товарния резистор Rн. Но диодът има нелинейно съпротивление и стойността му Ro се променя с промяната на тока. Следователно текущото изчисление се извършва графично. Задачата е следната: стойностите на E, Rn и характеристиките на диода са известни; необходимо е да се определи токът във веригата I и напрежението на диода Ud.

Фигура 3.10

Характеристиката на диода трябва да се разглежда като графика на някакво уравнение, свързващо величините I и U. А за съпротивлението Rн подобно уравнение е законът на Ом:

(3.1)

И така, има две уравнения с две неизвестни I и U и едното от уравненията е дадено графично. За да решите такава система от уравнения, трябва да построите графика на второто уравнение и да намерите координатите на пресечната точка на двете графики.

Уравнението за съпротивление Rн е уравнение от първа степен спрямо I и U. Графиката му е права линия, наречена товарна линия. Той се конструира с помощта на две точки на координатните оси. За I= 0, от уравнение (3.1) получаваме: E − U= 0 или U= E, което съответства на точка A на фиг. 3.10, б. И ако U= 0, то I= E/Rн. нанасяме този ток върху ординатната ос (точка B). Начертаваме права линия през точките A и B, която е товарната линия. Координатите на точка D дават решението на задачата.

Трябва да се отбележи, че графичното изчисляване на режима на работа на диода може да бъде пропуснато, ако Rн >> Ro. В този случай е допустимо съпротивлението на диода да се пренебрегне и токът да се определи приблизително: I»E/Rн.

Разгледаният метод за изчисляване на директно напрежение може да се приложи към амплитуда или моментни стойности, ако източникът осигурява променливо напрежение.

Тъй като полупроводниковите диоди провеждат ток добре в права посока и лошо в обратна посока, повечето полупроводникови диоди се използват за коригиране на променлив ток.

Най-простата схема за изправяне на променлив ток е показана на фиг. 3.11. Той е свързан последователно с източник на променлива едс - e, диод VD и товарен резистор Rн. Тази верига се нарича полувълнова.

Най-простият токоизправител работи по следния начин. По време на един полупериод напрежението за диода е директно и протича ток, създаващ спад на напрежението UR върху резистора Rн. През следващия полупериод напрежението е обърнато, практически няма ток и UR = 0. Така през диода и товарния резистор преминава пулсиращ ток под формата на импулси с продължителност половин цикъл. Този ток се нарича ректифициран ток. Той създава изправено напрежение върху резистора Rн. Графиките на фиг. 3.11, б илюстрират процесите в токоизправителя.

Фигура 3.11

Амплитудата на положителните полувълни на диода е много малка. Това се обяснява с факта, че при преминаване на постоянен ток по-голямата част от напрежението на източника пада върху товарния резистор Rн, чието съпротивление значително надвишава съпротивлението на диода. В такъв случай

За конвенционалните полупроводникови диоди напрежението в права посока е не повече от 1...2V. Например, нека източникът има ефективно напрежение E = 200V и . Ако Up max = 2V, тогава URmax = 278V.

При отрицателна полувълна на подаденото напрежение практически няма ток и спадът на напрежението върху резистора Rн е нула. Цялото напрежение на източника се прилага към диода и е обратното напрежение за него. По този начин максималната стойност на обратното напрежение е равна на амплитудата на източника emf.

Най-простата схема за използване на ценеров диод е показана на фиг. 3.12, а. Товарът (консуматорът) е свързан паралелно на ценеровия диод. Следователно, в режим на стабилизиране, когато напрежението на ценеровия диод е почти постоянно, същото напрежение ще бъде върху товара. Обикновено Rogr се изчислява за средната точка T на характеристиките на ценеровия диод.

Да разгледаме случая, когато E = const, а Rн варира от Rн min до Rн max.

Стойността на Rolim може да се намери по следната формула:

(3.3)

където Iav = 0.5(Ist min+Ist max) – среден ток на ценеров диод;

Iн = Ust/Rн – ток на натоварване (при Rн = const);

In.av = 0,5 (In min+In max), (с Rn = var),

и И .

Фигура 3.12

Работата на веригата в този режим може да се обясни по следния начин. Тъй като Rogr е постоянен и спадът на напрежението върху него, равен на (E − Ust), също е постоянен, токът в Rogr, равен на (Ist + In.sr), трябва да бъде постоянен. Но последното е възможно само ако токът на ценеровия диод I и токът на натоварването Inн се променят в еднаква степен, но в противоположни посоки. Например, ако In се увеличи, токът I намалява със същото количество, а сумата им остава непроменена.

Нека разгледаме принципа на работа на ценеров диод, използвайки примера на верига, състояща се от последователно свързан източник на променлива EMF - e, ценеров диод VD и резистор R (фиг. 3.13, а).

По време на положителния полупериод към ценеровия диод се прилага обратно напрежение и до напрежението на пробив на ценеровия диод цялото напрежение се прилага към ценеровия диод, тъй като токът във веригата е нула. След електрическо повреда на ценеровия диод напрежението на ценеровия диод VD остава непроменено и цялото оставащо напрежение на източника на ЕМП ще бъде приложено към резистора R. По време на отрицателния полупериод ценеровият диод се включва в посоката на провеждане , спадът на напрежението върху него е около 1 V, а оставащото напрежение на източника на ЕМП се прилага към резистор R.

Полупроводниковият диод е полупроводниково устройство с един електрически преход и два извода, което използва едно или друго свойство на електрическия преход. Електрическият преход може да бъде преход електрон-дупка, преход метал-полупроводник или хетеропреход.

Областта на диодния полупроводников кристал, която има по-висока концентрация на примеси (и следователно повечето носители на заряд), се нарича емитер, а другата, с по-ниска концентрация, се нарича база. Страната на диода, към която е свързан отрицателният полюс на източника на захранване, когато е свързан директно, често се нарича катод, а другият се нарича анод.

Според предназначението си диодите се делят на:

1. токоизправители (мощност), предназначени за преобразуване на променливо напрежение от захранващи устройства с индустриална честота в постоянно напрежение;

2. Ценерови диоди (референтни диоди), предназначени да стабилизират напреженията , имащ на обратния клон на характеристиката ток-напрежение участък със слаба зависимост на напрежението от протичащия ток:

3. Варикапи, предназначени за използване като капацитет, контролиран от електрическо напрежение;

4. импулсни, предназначени за работа във високоскоростни импулсни вериги;

5. тунелни и обратни, предназначени да усилват, генерират и комутират високочестотни трептения;

6. свръхвисокочестотни, предназначени за преобразуване, комутация и генериране на свръхвисокочестотни трептения;

7. Светодиоди, предназначени да преобразуват електрически сигнал в светлинна енергия;

8. фотодиоди, предназначени да преобразуват светлинната енергия в електрически сигнал.

Системата и списъкът от параметри, включени в техническите описания и характеризиращи свойствата на полупроводниковите диоди, са избрани, като се вземат предвид техните физически и технологични характеристики и обхват на приложение. В повечето случаи е важна информацията за техните статични, динамични и гранични параметри.

Статичните параметри характеризират поведението на устройствата при постоянен ток, динамичните параметри характеризират техните времево-честотни свойства, граничните параметри определят зоната на стабилна и надеждна работа.

1.5. Токово напрежение на диода

Характеристиката на токовото напрежение (волт-амперната характеристика) на диода е подобна на характеристиката на токовото напрежение п-н-преходен и има два клона – прав и обратен.

Характеристиката ток-напрежение на диода е показана на фигура 5.

Ако диодът е включен в посока напред ("+" - към областта Р, а “-” – към площта н), тогава когато се достигне праговото напрежение UТогава диодът се отваря и през него протича постоянен ток. Когато се включи отново ("-" към областта Р, а “+” – към областта н) през диода протича незначителен обратен ток, т.е. диодът всъщност е затворен. Следователно можем да считаме, че диодът пропуска ток само в една посока, което позволява да се използва като токоизправителен елемент.

Стойностите на предния и обратния ток се различават с няколко порядъка, а спадът на напрежението в права посока не надвишава няколко волта в сравнение с обратното напрежение, което може да бъде стотици или повече волта. Коригиращите свойства на диодите са по-добри, колкото по-малък е обратният ток при дадено обратно напрежение и толкова по-малък е спадът на напрежението при даден прав ток.

Параметрите на характеристиката ток-напрежение са: динамично (диференциално) съпротивление на диода на променлив ток и статично съпротивление на постоянен ток.

Статичното съпротивление на диода на постоянен ток в права и обратна посока се изразява със съотношението:

, (2)

Където UИ азпосочете конкретни точки от характеристиката ток-напрежение на диода, при които се изчислява съпротивлението.

Динамичното AC съпротивление определя промяната в тока през диод с промяна в напрежението близо до избрана работна точка на характеристиката на диода:

. (3)

Тъй като типичната I-V характеристика на диод има секции с повишена линейност (една на предния клон, една на обратния клон), r d се изчислява като съотношението на малко увеличение на напрежението през диода към малко увеличение на тока през него при даден режим:

. (4)

Да се ​​изведе израз за r d, по-удобно е да вземем ток като аргумент аз, и разгледайте напрежението като функция и, като вземете логаритъм от уравнение (1), го доведете до формата:

. (5)

. (6)

От това следва, че с увеличаване на предния ток r d намалява бързо, тъй като когато диодът е включен директно аз>>аз С .

В линейния участък на характеристиката ток-напрежение, когато диодът е свързан директно, статичното съпротивление винаги е по-голямо от динамичното съпротивление: Р st > rг. При повторно включване на диода Рул rд.

По този начин електрическото съпротивление на диода в посока напред е много по-малко, отколкото в обратна посока. Следователно диодът има еднопосочна проводимост и се използва за коригиране на променлив ток.

Диодите често се наричат ​​​​"напред" и "назад". С какво е свързано това? Каква е разликата между "напред" диод и "обратен" диод?

Какво е "напред" диод?

Диодът е полупроводник, който има 2 извода, а именно анод и катод. Използва се за обработка различни начиниелектрически сигнали. Например с цел тяхното изправяне, стабилизиране, трансформиране.

Особеността на диода е, че той пропуска ток само в една посока. В обратна посока – не. Това е възможно поради факта, че диодната структура съдържа 2 вида полупроводникови области, които се различават по проводимост. Първият условно съответства на анода, който има положителен заряд, чиито носители са така наречените дупки. Вторият е катодът, който има отрицателен заряд, неговите носители са електрони.

Диодът може да работи в два режима:

• отворен;
• затворен

В първия случай токът протича добре през диода. Във втория режим - трудно.

Можете да отворите диода чрез директна връзка. За да направите това, трябва да свържете положителния проводник от източника на ток към анода, а отрицателния проводник към катода.

Директното напрежение може да се нарече и диодно напрежение. Неофициално, самото полупроводниково устройство. Така не той е „директен“, а връзката към него или напрежението. Но за по-лесно разбиране, в електротехниката самият диод често се нарича "директен".

Какво е "flyback" диод?

Полупроводникът се затваря, като на свой ред се прилага обратно напрежение. За да направите това, трябва да промените полярността на проводниците от източника на ток. Както в случая на преден диод, се генерира обратно напрежение. По аналогия с предишния сценарий, самият диод също се нарича "обратен".

Сравнение

Основната разлика между "напред" диод и "обратен" диод е в метода на подаване на ток към полупроводника. Ако се приложи за отваряне на диода, тогава полупроводникът става "прав". Ако полярността на проводниците от източника на ток се промени, тогава полупроводникът се затваря и става „обратен“.

След като разгледахме разликата между диод "напред" и диод "обратно", ще отразим основните изводи в таблицата.

Дата на публикуване: 23.12.2017 г

Знаете ли какво е обратно напрежение?

Обратно напрежение

Обратното напрежение е вид енергиен сигнал, създаден, когато полярността на електрическия ток е обърната. Това напрежение често възниква, когато към диод се приложи обратна полярност, което кара диода да реагира, като работи в обратна посока. Тази обратна функция може също да създаде пробивно напрежение в диода, тъй като това често прекъсва веригата, към която е приложено напрежението.

Обратно напрежение възниква, когато източникът на захранващ сигнал към веригата се прилага по обърнат начин. Това означава, че източникът на положителен проводник е свързан към земята или отрицателния проводник на веригата и обратно. Това прехвърляне на напрежение често не е предвидено, тъй като повечето електрически вериги не могат да се справят с напрежение.

Когато към верига или диод се приложи минимално напрежение, това може да доведе до обратна работа на веригата или диода. Това може да предизвика реакция като неправилно завъртане на двигателя на вентилатора на кутията. Елементът ще продължи да функционира в такива случаи.

Когато количеството напрежение, приложено към верига, е твърде голямо, сигналът за приемащата верига обаче се нарича напрежение на пробив. Ако входният сигнал, който е обърнат, надвишава допустимото напрежение за поддържане на веригата, веригата може да бъде повредена повече от останалата използваема част. Точката, в която веригата е повредена, се отнася до стойността на пробивното напрежение. Това напрежение на пробив има няколко други имена, обратно пиково напрежение или обратно напрежение на пробив.

Обратното напрежение може да причини напрежение на пробив, което също засяга работата на други компоненти на веригата. Освен увреждащите диоди и функциите на веригата за обратно напрежение, това може да се превърне и в пик на обратното напрежение. В такива случаи веригата не може да съдържа количеството входна мощност от сигнала, който е обърнат, и може да създаде пробивно напрежение между изолаторите.

Това напрежение на пробив, което може да възникне в компонентите на веригата, може да причини повреда на компоненти или изолатори на проводници. Това може да ги превърне в сигнални проводници и да повреди веригата чрез провеждане на напрежение към различни части на веригата, които не трябва да го приемат, причинявайки нестабилност в цялата верига. Това може да причини дъги на напрежение от компонент до компонент, които също могат да бъдат достатъчно мощни, за да запалят различни компоненти на веригата и да причинят пожар.

Навигация на публикации

Здрави

Ремонт вътрешно строителство

По време на жизнения цикъл на една сграда в определени периоди са необходими ремонтни дейности, за да се актуализира интериорът. Модернизацията е необходима и когато интериорният дизайн или функционалност изостават от съвременността.

Многоетажно строителство

В Русия има повече от 100 милиона жилищни единици и повечето от тях са „еднофамилни къщи“ или вили. В градовете, предградията и селските райони собствените домове са много често срещан тип жилища.
Практиката на проектиране, изграждане и експлоатация на сгради най-често е колективно усилие на различни групи от специалисти и професии. В зависимост от размера, сложността и предназначението на конкретен строителен проект, екипът по проекта може да включва:
1. Разработчикът на недвижими имоти, който осигурява финансирането на проекта;
Една или повече финансови институции или други инвеститори, които предоставят финансиране;
2. Органи за местно планиране и управление;
3. Услуга, която извършва ALTA/ACSM и строителни проучвания по време на целия проект;
4. Ръководители на сгради, които координират усилията на различни групи участници в проекта;
5. Лицензирани архитекти и инженери, които проектират сгради и изготвят строителна документация;