Stanovení maximálního zpětného napětí diod. Oprava proudu

Dobrý den, milí čtenáři webu sesaga.ru. V první části článku jsme přišli na to, co je to polovodič a jak v něm vzniká proud. Dnes budeme pokračovat v načatém tématu a povíme si o principu činnosti polovodičových diod.

Dioda je polovodičové zařízení s jedním pn přechodem, mající dva vývody (anodu a katodu) a určené pro usměrnění, detekci, stabilizaci, modulaci, omezení a konverzi. elektrické signály.

Svým vlastním způsobem funkční účel diody dělíme na usměrňovací, univerzální, pulzní, mikrovlnné diody, zenerovy diody, varikapy, spínací, tunelové diody atd.

Teoreticky víme, že dioda propouští proud v jednom směru a ve druhém ne. Ale jak a jakým způsobem to dělá, mnozí neznají a nechápou.

Schematicky lze diodu znázornit jako krystal sestávající ze dvou polovodičů (oblastí). Jedna oblast krystalu má vodivost typu p a druhá má vodivost typu n.

Na obrázku jsou díry, které převládají v oblasti typu p, běžně znázorněny jako červené kroužky a elektrony, které převládají v oblasti typu n, jsou znázorněny modře. Tyto dvě oblasti jsou anoda a katoda elektrod diody:

Anoda je kladná elektroda diody, ve které jsou hlavními nosiči náboje otvory.

Katoda je záporná elektroda diody, ve které jsou hlavními nosiči náboje elektrony.

Na vnější plochy ploch jsou naneseny kontaktní kovové vrstvy, ke kterým jsou připájeny drátové vývody diodových elektrod. Takové zařízení může být pouze v jednom ze dvou stavů:

1. Otevřeno - když dobře vede proud; 2. Uzavřený - když špatně vede proud.

Přímé připojení diody. Stejnosměrný proud.

Pokud k elektrodám diody připojíte zdroj konstantního napětí: ke svorce „plus“ anody a ke svorce „mínus“ katody, bude dioda v otevřeném stavu a bude jí protékat proud , jehož velikost bude záviset na použitém napětí a vlastnostech diody.

S takovou polaritou spojení budou elektrony z oblasti typu n spěchat směrem k otvorům v oblasti typu p a díry z oblasti typu p se budou pohybovat směrem k elektronům v oblasti typu n. Na rozhraní mezi oblastmi, zvaném elektron-díra nebo p-n přechod, se setkají, kde dochází k jejich vzájemné absorpci nebo rekombinaci.

Například. Většinové nosiče náboje v oblasti typu n, elektrony, překonávající p-n přechod, vstupují do oblasti díry typu p, ve které se stávají menšinovými. Poté, co se stanou minoritními elektrony, budou absorbovány majoritními nosiči v oblasti děr - děr. Stejně tak se díry vstupující do elektronové oblasti typu n stanou menšinovými nosiči náboje v této oblasti a budou také pohlceny majoritními nosiči – elektrony.

Diodový kontakt připojený k zápornému pólu zdroje konstantního napětí odevzdá téměř neomezený počet elektronů do oblasti typu n a doplní úbytek elektronů v této oblasti. A kontakt připojený ke kladnému pólu zdroje napětí je schopen přijmout stejný počet elektronů z oblasti typu p, díky čemuž se obnoví koncentrace děr v oblasti typu p. Tedy vodivost p-n křižovatka se zvětší a odpor vůči proudu bude malý, což znamená, že diodou bude protékat proud, nazývaný propustný proud diody Ipr.

Reverzní zapojení diody. Zpětný proud.

Změňme polaritu zdroje konstantního napětí - dioda bude v sepnutém stavu.

V tomto případě se elektrony v oblasti typu n budou pohybovat směrem ke kladnému pólu zdroje energie a budou se vzdalovat od p-n přechodu a díry v oblasti typu p se budou také pohybovat směrem od p-n přechodu směrem k zápornému pólu. pólu napájecího zdroje. V důsledku toho se bude zdát, že se hranice regionů rozšíří, což vytvoří zónu ochuzenou o díry a elektrony, což poskytne velký odpor vůči proudu.

Ale protože menšinové nosiče náboje jsou přítomny v každé oblasti diody, bude stále docházet k malé výměně elektronů a děr mezi oblastmi. Diodou tedy poteče proud mnohonásobně menší než propustný proud a takový proud se nazývá zpětný proud diody (Irev). Zpravidla se v praxi zpětný proud p-n přechodu zanedbává a z toho usuzujeme, že p-n přechod má pouze jednosměrnou vodivost.

Dopředné a zpětné napětí diody.

Napětí, při kterém se dioda otevírá a protéká jí dopředný proud, se nazývá dopředný (Upr) a napětí s obrácenou polaritou, při kterém se dioda zavírá a protéká jí zpětný proud, se nazývá zpětné (Urev).

Při propustném napětí (Upr) odpor diody nepřesahuje několik desítek ohmů, ale při zpětném napětí (Urev) se odpor zvyšuje na několik desítek, stovek a dokonce tisíců kiloohmů. To není těžké ověřit, pokud změříte zpětný odpor diody ohmmetrem.

Odpor p-n přechodu diody není konstantní a závisí na propustném napětí (Upr), které je přiváděno do diody. Čím větší je toto napětí, tím menší odpor má p-n přechod, tím větší propustný proud Ipr protéká diodou. V zavřeném stavu téměř všechno napětí na diodě klesá, proto je zpětný proud procházející skrz diodu malý a odpor p-n přechodu je vysoký.

Například. Pokud do obvodu připojíte diodu střídavý proud, pak se otevře při kladných půlcyklech na anodě, volně prochází dopředný proud (Ipr) a zavře při záporných půlcyklech na anodě, téměř bez průchodu proudu v opačném směru - zpětný proud (Ibr). Těchto vlastností diod se využívá k přeměně střídavého proudu na stejnosměrný proud a takové diody se nazývají usměrňovací diody.

Proudově-napěťová charakteristika polovodičové diody.

Závislost proudu procházejícího pn přechodem na velikosti a polaritě napětí, které je na něj aplikováno, je znázorněno ve formě křivky nazývané proudově-napěťová charakteristika diody.

Níže uvedený graf ukazuje takovou křivku. Podél svislé osy v horní části jsou uvedeny hodnoty dopředného proudu (Ipr) a ve spodní části zpětného proudu (Irev). Vodorovná osa na pravé straně ukazuje hodnoty dopředného proudu napětí Up, a vlevo - zpětné napětí (Urev).

Proudově napěťová charakteristika se skládá ze dvou větví: propustná větev v pravé horní části odpovídá dopřednému (průchozímu) proudu diodou a zpětná větev v levé dolní části odpovídá zpětné (uzavřené) proud přes diodu.

Propustná větev jde strmě vzhůru, tlačí proti svislé ose a charakterizuje rychlý růst propustného proudu diodou se zvýšením propustného napětí.Zpětná větev probíhá téměř rovnoběžně s vodorovnou osou a charakterizuje pomalý růst propustného proudu diodou. zpětný proud. Čím strmější je dopředná větev ke svislé ose a čím blíže je zpětná větev k horizontále, tím lepší jsou usměrňovací vlastnosti diody. Nevýhodou diod je přítomnost malého zpětného proudu. Z charakteristiky proud-napětí je zřejmé, že propustný proud diody (Ipr) je stokrát větší než zpětný proud (Irev).

Jak se zvyšuje dopředné napětí na přechodu pn, proud se zpočátku zvyšuje pomalu a pak začíná úsek rychlého růstu proudu. To se vysvětluje tím, že germaniová dioda se otevře a začne vést proud při propustném napětí 0,1 - 0,2 V a křemíková dioda při 0,5 - 0,6 V.

Například. Při propustném napětí Upr = 0,5V je propustný proud Ipr roven 50mA (bod „a“ na grafu) a již při napětí Upr = 1V se proud zvyšuje na 150mA (bod „b“ na grafu).

Ale takové zvýšení proudu vede k zahřívání molekuly polovodiče. A pokud je množství generovaného tepla větší než to, které je z krystalu odstraněno přirozeně nebo s pomocí speciální zařízení ochlazení (radiátory), pak může dojít k nevratným změnám v molekule vodiče, až k destrukci krystalové mřížky. Proto je propustný proud p-n přechodu omezen na úroveň, která zabraňuje přehřátí polovodičové struktury. K tomu použijte omezovací rezistor zapojený do série s diodou.

U polovodičových diod nepřekračuje propustné napětí Upr při všech provozních proudech: pro germaniové diody - 1V, pro křemíkové diody - 1,5V.

Se zvýšením zpětného napětí (Urev) aplikovaného na p-n přechod se proud mírně zvyšuje, což dokazuje zpětná větev charakteristiky proud-napětí. Vezměme si diodu s parametry: Urev max = 100V, Irev max = 0,5 mA, kde:

Urev max – maximální konstantní zpětné napětí, V; Irev max – maximální zpětný proud, µA.

S postupným zvyšováním zpětného napětí na hodnotu 100V je vidět, jak mírně vzrůstá zpětný proud (bod „c“ na grafu). Ale s dalším nárůstem napětí, nad maximum, pro které je p-n přechod diody navržen, dochází k prudkému nárůstu zpětného proudu (přerušovaná čára), zahřívání polovodičového krystalu a v důsledku toho k rozpadu dochází ke spojení p-n.

Poruchy p-n přechodu.

Porušení pn přechodu je jev prudkého nárůstu zpětného proudu, když zpětné napětí dosáhne určité kritické hodnoty. Dochází k elektrickým a tepelným průrazům p-n přechodu. Elektrická porucha se zase dělí na tunelové a lavinové poruchy.

Elektrická porucha.

Elektrický průraz nastává v důsledku vystavení silnému elektrickému poli v pn přechodu. Takový průraz je vratný, to znamená, že nepoškodí přechod a při poklesu zpětného napětí jsou vlastnosti diody zachovány. Například. V tomto režimu pracují Zenerovy diody - diody určené ke stabilizaci napětí.

Porucha tunelu.

Rozbití tunelu vzniká v důsledku jevu tunelového efektu, který se projevuje tím, že při silné síle elektrického pole působící v p-n přechodu malé tloušťky některé elektrony pronikají (unikají) přechodem z typu p. oblasti do oblasti typu n beze změny jejich energie. Tenké p-n přechody jsou možné pouze při vysoké koncentraci nečistot v molekule polovodiče.

V závislosti na výkonu a účelu diody se může tloušťka přechodu elektron-díra pohybovat od 100 nm (nanometrů) do 1 mikrometru (mikrometr).

Rozbití tunelu je charakterizováno prudkým nárůstem zpětného proudu při nevýznamném zpětném napětí - obvykle několik voltů. Na základě tohoto efektu fungují tunelové diody.

Tunelové diody se pro své vlastnosti používají v zesilovačích, generátorech sinusových relaxačních kmitů a spínacích zařízeních o frekvencích až stovky a tisíce megahertzů.

Lavinový rozpad.

Lavinový rozpad spočívá v tom, že pod vlivem silného elektrického pole jsou menšinové nosiče náboje pod vlivem tepla v p-n přechodu urychleny natolik, že jsou schopny vyrazit jeden z jeho valenčních elektronů z atomu a vrhnout jej do vedení. pás, čímž se vytvoří pár elektron-díra. Výsledné nosiče náboje se také začnou zrychlovat a srážet se s jinými atomy, čímž se vytvoří následující páry elektron-díra. Proces nabývá lavinovitého charakteru, což vede k prudkému nárůstu zpětného proudu při prakticky konstantním napětí.

Diody využívající efekt lavinového průrazu se používají ve výkonných usměrňovacích jednotkách používaných v hutním a chemickém průmyslu, železniční dopravě a dalších elektrotechnických výrobcích, ve kterých se může vyskytnout vyšší než přípustné zpětné napětí.

Tepelný rozpad.

V důsledku toho dochází k tepelnému rozpadu přehřátí p-n přechodu v okamžiku, kdy jím protéká velký proud a s nedostatečným odvodem tepla, který nezajišťuje stabilitu tepelného režimu přechodu.

S rostoucím zpětným napětím (Urev) aplikovaným na p-n přechod se ztrátový výkon na přechodu zvyšuje. To vede ke zvýšení teploty přechodu a přilehlých oblastí polovodiče, zvyšují se vibrace atomů krystalu a slábne vazba valenčních elektronů s nimi. Existuje možnost přesunu elektronů do vodivostního pásma a vytvoření dalších párů elektron-díra. Za špatných podmínek pro přenos tepla z pn přechodu dochází k lavinovitému zvýšení teploty, které vede k destrukci přechodu.

Zde skončíme a v příštím díle se podíváme na konstrukci a činnost usměrňovacích diod a diodového můstku Hodně štěstí!

Zdroj:

1. Borisov V.G - Mladý radioamatér. 19852. Gorjunov N.N. Nosov Yu.R - Polovodičové diody. Parametry, metody měření. 1968

sesaga.ru

Základní parametry diod, propustný proud diody, napětí zpětné diody

Hlavní parametry diod jsou propustný proud diody (Ipr) a maximální napětí zpětné diody (Urev). To jsou ty, které potřebujete vědět, pokud je úkolem vyvinout nový usměrňovač pro napájecí zdroj.

Dopředný proud diody

Proud diody v propustném směru lze snadno vypočítat, pokud je znám celkový proud, který bude zátěž nového napájecího zdroje odebírat. Poté je pro zajištění spolehlivosti nutné tuto hodnotu mírně zvýšit a získáte proud, pro který je třeba vybrat diodu pro usměrňovač. Například napájecí zdroj musí odolat proudu 800 mA. Proto volíme diodu, jejíž propustný proud diody je 1A.

Reverzní napětí diody

Maximální zpětné napětí diody je parametr, který závisí nejen na hodnotě vstupního střídavého napětí, ale také na typu usměrňovače. Pro vysvětlení tohoto tvrzení zvažte následující obrázky. Zobrazují všechny základní obvody usměrňovače.

Rýže. 1

Jak jsme si řekli dříve, napětí na výstupu usměrňovače (na kondenzátoru) se rovná efektivnímu napětí sekundárního vinutí transformátoru vynásobenému √2. U půlvlnného usměrňovače (obr. 1), když je napětí na anodě diody na kladném potenciálu vůči zemi, je filtrační kondenzátor nabit na napětí, které je 1,4násobkem efektivního napětí na vstupu usměrňovače. Během dalšího půlcyklu je napětí na anodě diody vůči zemi záporné a dosahuje hodnoty amplitudy a na katodě je vůči zemi kladné a má stejnou hodnotu. Během tohoto půlcyklu je na diodu přivedeno zpětné napětí, které je získáno díky sériovému zapojení vinutí transformátoru a nabitého filtračního kondenzátoru. Tito. Zpětné napětí diody nesmí být menší než dvojnásobek amplitudového napětí sekundárního transformátoru nebo 2,8krát vyšší než jeho efektivní hodnota. Při výpočtu takových usměrňovačů je nutné zvolit diody s maximálním zpětným napětím 3x vyšším, než je efektivní hodnota střídavého napětí.

Rýže. 2

Obrázek 2 ukazuje celovlnný usměrňovač se středovým výstupem. V něm, stejně jako v předchozím, musí být vybrány diody se zpětným napětím 3krát vyšším, než je efektivní vstupní hodnota.

Rýže. 3

Jiná situace je v případě plnovlnného můstkového usměrňovače. Jak je vidět na Obr. 3, v každé půlperiodě je na dvě nevodivé diody zapojené v sérii přivedeno dvojnásobné napětí.

katod-anod.ru

Princip činnosti a účel diod

Dioda je jedním z typů zařízení navržených na polovodičové bázi. Má jeden p-n přechod, stejně jako anodové a katodové vývody. Ve většině případů je určen pro modulaci, usměrnění, konverzi a další akce s příchozími elektrickými signály.

Princip fungování:

1. Na katodu působí elektrický proud, ohřívač začne svítit a elektroda začne emitovat elektrony.
2. Mezi dvěma elektrodami se vytvoří elektrické pole.
3. Pokud má anoda kladný potenciál, pak k sobě začne přitahovat elektrony a výsledné pole je katalyzátor tento proces. V tomto případě vzniká emisní proud.
4. Mezi elektrodami se vytváří negativní prostorový náboj, který může rušit pohyb elektronů. To se stane, pokud je anodový potenciál příliš slabý. V tomto případě se některým elektronům nepodaří překonat vliv záporného náboje a začnou se pohybovat opačným směrem a znovu se vracejí ke katodě.
5. Všechny elektrony, které dosáhnou anody a nevrátí se na katodu, určují parametry katodového proudu. Proto tento indikátor přímo závisí na kladném anodovém potenciálu.
6. Tok všech elektronů, které se dokázaly dostat k anodě, se nazývá anodový proud, jehož indikátory v diodě vždy odpovídají parametrům katodového proudu. Někdy mohou být oba indikátory nulové; to se stává v situacích, kdy má anoda záporný náboj. Pole, které vzniká mezi elektrodami, v tomto případě částice neurychluje, ale naopak zpomaluje a vrací zpět ke katodě. Dioda v tomto případě zůstává v uzamčeném stavu, což vede k přerušení obvodu.

přístroj

Níže je Detailní popis diodová zařízení, studium těchto informací je nezbytné pro další pochopení principů fungování těchto prvků:

1. Pouzdro je vakuový válec, který může být vyroben ze skla, kovu nebo odolného keramického materiálu.
2. Uvnitř válce jsou 2 elektrody. První je vyhřívaná katoda, která má zajistit proces emise elektronů. Konstrukčně nejjednodušší katodou je vlákno s malým průměrem, které se během provozu zahřívá, ale dnes jsou běžnější nepřímo žhavené elektrody. Jsou to válce vyrobené z kovu a mají speciální aktivní vrstvu schopnou emitovat elektrony.
3. Uvnitř nepřímo žhavené katody je specifický prvek - drát, který pod vlivem žhaví elektrický proud, říká se tomu ohřívač.
4. Druhá elektroda je anoda, je potřeba pro příjem elektronů, které byly uvolněny katodou. K tomu musí mít potenciál, který je kladný vzhledem k druhé elektrodě. Ve většině případů je anoda také válcová.
5. Obě elektrody vakuových zařízení jsou zcela totožné s emitorem a bází polovodičové řady prvků.
6. K výrobě diodového krystalu se nejčastěji používá křemík nebo germanium. Jedna z jeho částí je elektricky vodivá typu p a má nedostatek elektronů, který je tvořen umělou metodou. Opačná strana krystalu má také vodivost, ale je typu n a má přebytek elektronů. Mezi těmito dvěma oblastmi existuje hranice, která se nazývá p-n přechod.

Takové vlastnosti vnitřní struktura diody jsou obdařeny svou hlavní vlastností - schopností vést elektrický proud pouze jedním směrem.

Účel

Níže jsou uvedeny hlavní oblasti použití diod, ze kterých je jasný jejich hlavní účel:

1. Diodové můstky jsou 4, 6 nebo 12 vzájemně propojených diod, jejich počet závisí na typu obvodu, který může být jednofázový, třífázový polomůstkový nebo třífázový celomůstkový. Vykonávají funkce usměrňovačů; tato možnost se nejčastěji používá v automobilových generátorech, protože zavedení takových můstků, jakož i použití kartáčových sběračů s nimi, umožnilo výrazně snížit velikost tohoto zařízení a zvýšit jeho spolehlivost. Pokud je zapojení provedeno sériově a v jednom směru, zvyšuje se minimální napětí potřebné k odblokování celého diodového můstku.
2. Diodové detektory se získávají kombinací těchto zařízení s kondenzátory. To je nezbytné, aby bylo možné izolovat nízkofrekvenční modulaci od různých modulovaných signálů, včetně amplitudově modulované řady rádiového signálu. Takové detektory jsou součástí designu mnoha domácích spotřebičů, jako jsou televize nebo rádia.
3. Zajištění ochrany spotřebičů před nesprávnou polaritou při zapínání obvodových vstupů před vzniklým přetížením nebo vypínačem před průrazem elektromotorickou silou, ke kterému dochází při samoindukci, ke které dochází při vypnutí indukční zátěže. Pro zajištění bezpečnosti obvodů před přetížením, ke kterému dochází, se používá řetězec skládající se z několika diod připojených k napájecím sběrnicím v opačném směru. V tomto případě musí být vstup, kterému je poskytována ochrana, připojen ke středu tohoto řetězce. Při běžném provozu obvodu jsou všechny diody v sepnutém stavu, pokud však zjistí, že vstupní potenciál překročil povolené meze napětí, aktivuje se jeden z ochranných prvků. Tím je tento přípustný potenciál omezen v rámci přípustného napájecího napětí v kombinaci s přímým poklesem napětí na ochranném zařízení.
4. Spínače na bázi diod se používají ke spínání vysokofrekvenčních signálů. Takový systém je řízen pomocí stejnosměrného elektrického proudu, vysokofrekvenční separace a dodávky řídicího signálu, ke kterému dochází vlivem indukčnosti a kondenzátorů.
5. Vytvoření diodové jiskrové ochrany. Používají se bočníkové diodové bariéry, které zajišťují bezpečnost omezením napětí v odpovídajícím elektrickém obvodu. V kombinaci s nimi se používají odpory omezující proud, které jsou nutné pro omezení elektrického proudu procházejícího sítí a zvýšení stupně ochrany.

Použití diod v elektronice je dnes velmi rozšířené, protože bez těchto prvků se neobejde prakticky žádný moderní typ elektronického zařízení.

Přímé připojení diody

P-n přechod diody může být ovlivněn napětím přiváděným z externích zdrojů. Indikátory, jako je velikost a polarita, ovlivní jeho chování a elektrický proud, který jím prochází.

Níže podrobně zvážíme možnost, ve které je kladný pól připojen k oblasti typu p a záporný pól k oblasti typu n. V tomto případě dojde k přímému přepnutí:

1. Vlivem napětí z vnějšího zdroje se v p-n přechodu vytvoří elektrické pole, jehož směr bude opačný než vnitřní difúzní pole.
2. Napětí pole se výrazně sníží, což způsobí prudké zúžení blokovací vrstvy.
3. Pod vlivem těchto procesů se značný počet elektronů bude moci volně pohybovat z p-oblasti do n-oblasti, stejně jako v opačném směru.
4. Indikátory driftového proudu během tohoto procesu zůstávají stejné, protože přímo závisí pouze na počtu minoritních nabitých nosičů umístěných v oblasti pn přechodu.
5. Elektrony mají zvýšenou úroveň difúze, což vede k vstřikování menšinových nosičů. Jinými slovy, v n-oblasti dojde ke zvýšení počtu děr a v p-oblasti bude zaznamenána zvýšená koncentrace elektronů.
6. Nedostatek rovnováhy a zvýšený počet menšinových nosičů způsobí, že proniknou hluboko do polovodiče a smísí se s jeho strukturou, což nakonec vede ke zničení jeho vlastností elektrické neutrality.
7. V tomto případě je polovodič schopen obnovit svůj neutrální stav, k tomu dochází v důsledku příjmu nábojů z připojeného externího zdroje, což přispívá ke vzniku stejnosměrného proudu ve vnějším elektrickém obvodu.

Reverzní zapojení diody

Nyní zvážíme další způsob zapnutí, během kterého se změní polarita externího zdroje, ze kterého je přenášeno napětí:

1. Hlavním rozdílem od přímého spojení je, že vytvořené elektrické pole bude mít směr, který se zcela shoduje se směrem vnitřního difúzního pole. V souladu s tím se bariérová vrstva již nebude zužovat, ale naopak roztahovat.
2. Pole umístěné v pn přechodu bude mít zrychlující účinek na řadu menšinových nosičů náboje, z tohoto důvodu zůstanou indikátory driftového proudu nezměněny. Určí parametry výsledného proudu, který prochází pn přechodem.
3. Jak se zpětné napětí zvyšuje, elektrický proud protékající přechodem bude mít tendenci dosáhnout svého maxima. Má zvláštní název - saturační proud.
4. V souladu s exponenciálním zákonem se s postupným zvyšováním teploty budou zvyšovat i ukazatele saturačního proudu.

Dopředné a zpětné napětí

Napětí, které ovlivňuje diodu, je rozděleno podle dvou kritérií:

1. Stejnosměrné napětí je takové, při kterém se dioda otevře a začne jí protékat stejnosměrný proud, přičemž odpor zařízení je extrémně nízký.
2. Zpětné napětí je takové, které má obrácenou polaritu a zajišťuje, že se dioda zavře, když jí prochází zpětný proud. Současně se indikátory odporu zařízení začnou prudce a výrazně zvyšovat.

Odpor pn přechodu je neustále se měnící indikátor, primárně ovlivněný propustným napětím aplikovaným přímo na diodu. Pokud se napětí zvýší, pak se přechodový odpor úměrně sníží.

To vede ke zvýšení parametrů propustného proudu procházejícího diodou. Když je toto zařízení zavřené, je na něj aplikováno prakticky celé napětí, z tohoto důvodu je zpětný proud procházející diodou nevýznamný a přechodový odpor dosahuje špičkových parametrů.

Činnost diody a její proudově-napěťová charakteristika

Proudově-napěťová charakteristika těchto zařízení je chápána jako křivka, která znázorňuje závislost elektrického proudu protékajícího p-n přechodem na objemu a polaritě napětí, které na něj působí.

Takový graf lze popsat následovně:

1. Osa je umístěna vertikálně: horní oblast odpovídá dopředným hodnotám proudu, spodní oblast parametrům zpětného proudu.
2. Horizontální osa: Oblast vpravo je pro hodnoty napětí v propustném směru; oblast vlevo pro parametry zpětného napětí.
3. Přímá větev proudově-napěťové charakteristiky odráží procházející elektrický proud diodou. Směřuje nahoru a probíhá v těsné blízkosti svislé osy, protože představuje nárůst dopředného elektrického proudu, ke kterému dochází, když se zvyšuje odpovídající napětí.
4. Druhá (reverzní) větev odpovídá a zobrazuje stav uzavřeného elektrického proudu, který také prochází zařízením. Jeho poloha je taková, že probíhá prakticky rovnoběžně s vodorovnou osou. Čím strměji se tato větev blíží vertikále, tím vyšší jsou usměrňovací schopnosti konkrétní diody.
5. Podle grafu lze pozorovat, že po zvýšení propustného napětí protékajícího p-n přechodem dochází k pomalému nárůstu elektrického proudu. Postupně se však křivka dostává do oblasti, ve které je patrný skok, po kterém dochází ke zrychlenému nárůstu jejích ukazatelů. To je způsobeno otevřením diody a vedením proudu při propustném napětí. U zařízení z germania k tomu dochází při napětí 0,1V až 0,2V (maximální hodnota 1V) a u křemíkových prvků je vyžadována vyšší hodnota od 0,5V do 0,6V (maximální hodnota 1,5V).
6. Uvedený nárůst hodnot proudu může vést k přehřátí polovodičových molekul. Pokud je odvod tepla, ke kterému dochází v důsledku přírodních procesů a provozu radiátorů, menší než úroveň jeho uvolňování, může být struktura molekul zničena a tento proces bude nevratný. Z tohoto důvodu je nutné omezit parametry propustného proudu, aby nedošlo k přehřátí polovodičového materiálu. K tomu jsou do obvodu přidány speciální odpory, zapojené do série s diodami.
7. Zkoumáním reverzní větve si můžete všimnout, že pokud se reverzní napětí aplikované na pn přechod začne zvyšovat, pak je nárůst parametrů proudu prakticky nepozorovatelný. V případech, kdy napětí dosáhne parametrů překračujících přípustné normy, může dojít k náhlému skoku zpětného proudu, který přehřeje polovodič a přispěje k následnému rozpadu p-n přechodu.

Základní poruchy diod

Někdy zařízení tohoto typu selžou, k tomu může dojít v důsledku přirozeného znehodnocování a stárnutí těchto prvků nebo z jiných důvodů.

Celkem existují 3 hlavní typy běžných poruch:

1. Porušení přechodu vede k tomu, že se z diody místo polovodičového zařízení stane v podstatě velmi obyčejný vodič. V tomto stavu ztrácí své základní vlastnosti a začíná procházet elektrický proud absolutně jakýmkoliv směrem. Taková porucha je snadno detekována pomocí standardního multimetru, který začne pípat a ukazuje nízkou úroveň odporu v diodě.
2. Když dojde k přerušení, dojde k opačnému procesu - zařízení obecně přestane procházet elektrický proud v jakémkoli směru, to znamená, že se v podstatě stane izolátorem. Pro přesné určení zlomu je nutné použít testery s kvalitními a provozuschopnými sondami, jinak mohou někdy tuto poruchu falešně diagnostikovat. U druhů slitinových polovodičů je takové zhroucení extrémně vzácné.
3. Netěsnost, při které dojde k porušení těsnění těla zařízení, v důsledku čehož nemůže správně fungovat.

Rozdělení p-n přechodu

K takovým poruchám dochází v situacích, kdy se zpětný elektrický proud začne náhle a prudce zvyšovat, k tomu dochází v důsledku skutečnosti, že napětí odpovídajícího typu dosahuje nepřijatelně vysokých hodnot.

Obvykle existuje několik typů:

1. Tepelné poruchy, které jsou způsobeny prudkým zvýšením teploty a následným přehřátím.
2. Elektrické poruchy, ke kterým dochází pod vlivem proudu na křižovatce.

Graf charakteristiky proud-napětí umožňuje vizuálně studovat tyto procesy a rozdíl mezi nimi.

Elektrická porucha

Následky způsobené elektrickými poruchami nejsou nevratné, protože nezničí samotný krystal. Postupným poklesem napětí je tedy možné obnovit všechny vlastnosti a provozní parametry diody.

Současně jsou poruchy tohoto typu rozděleny do dvou typů:

1. K průrazům tunelů dochází, když vysoké napětí prochází úzkými spoji, což umožňuje jednotlivým elektronům unikat přes něj. Obvykle se vyskytují, pokud polovodičové molekuly obsahují velké množství různých nečistot. Při takovém průrazu se zpětný proud začne prudce a rychle zvyšovat a odpovídající napětí je na nízké úrovni.
2. Lavinové typy průrazů jsou možné vlivem silných polí, která dokážou urychlit nosiče náboje na maximální úroveň, díky čemuž vyrazí z atomů řadu valenčních elektronů, které pak vletí do vodivé oblasti. Tento jev má lavinový charakter, v důsledku čehož tenhle typ poruch a dostal toto jméno.

Tepelný rozpad

Výskyt takového průrazu může nastat ze dvou hlavních důvodů: nedostatečného odvodu tepla a přehřátí p-n přechodu, ke kterému dochází v důsledku toku elektrického proudu přes něj při příliš vysokých rychlostech.

Zvýšení teploty v přechodových a sousedních oblastech má následující důsledky:

1. Růst vibrací atomů, které tvoří krystal.
2. Elektrony vstupující do vodivého pásma.
3. Prudký nárůst teploty.
4. Destrukce a deformace krystalové struktury.
5. Úplná porucha a porucha celého rádiového komponentu.

slarkenergy.ru

Usměrňovací dioda | Volt-informace

Obrázek 1. Proudově-napěťová charakteristika usměrňovací diody.

Proudově-napěťová charakteristika usměrňovací diody

Na obrázku první kvadrant obsahuje dopřednou větev a třetí - zpětnou větev diodové charakteristiky. Přímá větev charakteristiky je odstraněna působením propustného napětí, respektive zpětná větev, když je zpětné napětí přivedeno na diodu. Propustné napětí na diodě je napětí, při kterém se na katodě vytvoří vyšší elektrický potenciál vzhledem k anodě, a pokud mluvíme znakovou řečí - na katodě mínus (-), na anodě plus (+), jako zobrazeno na obrázku 2.

Obrázek 2. Obvod pro studium proudově-napěťové charakteristiky diody při přímém zapojení.

Obrázek 1 ukazuje následující symboly:

Iр – provozní proud diody;

Ud – úbytek napětí na diodě;

U® – zpětné napětí diody;

Upr – průrazné napětí;

Iу – svodový proud, neboli zpětný proud diody.

Pojmy a označení vlastností

Provozní proud diody (Ip) je stejnosměrný elektrický proud procházející diodou po dlouhou dobu, během které zařízení nepodléhá nevratné teplotní destrukci a jeho charakteristiky nedochází k výrazným kvalitativním změnám. V referenčních knihách může být označen jako stejnosměrný maximální proud. Úbytek napětí na diodě (Ud) je napětí na svorkách diody, ke kterému dochází, když jí prochází stejnosměrný provozní proud. V referenčních knihách může být označeno jako propustné napětí na diodě.

Když je dioda připojena přímo, teče stejnosměrný proud.

Zpětné napětí diody (U®) je přípustné zpětné napětí na diodě, působící na diodu po dlouhou dobu, při kterém nedochází k nevratné destrukci jejího p-n přechodu. V referenční literatuře se může nazývat maximální zpětné napětí.

Průrazné napětí (Upr) je zpětné napětí na diodě, při kterém dochází k nevratnému elektrickému průrazu p-n přechodu a v důsledku toho k poruše zařízení.

Diodový zpětný proud, neboli únikový proud (Iу) je zpětný proud, který dlouhodobě nezpůsobí nevratnou destrukci (průraz) p-n přechodu diody.

Při výběru usměrňovacích diod se obvykle řídí výše uvedenými charakteristikami.

Provoz diody

Jemnosti práce p-n přechod, téma na samostatný článek. Zjednodušme si problém a uvažujme činnost diody z pohledu jednosměrné vodivosti. Dioda tak funguje jako vodič, když je zapojena dopředu, a jako dielektrikum (izolátor), když je zapojena opačně. Zvažte dva obvody na obrázku 3.

Obrázek 3. Reverzní (a) a dopředné (b) zapojení diody.

Obrázek ukazuje dvě verze stejného obvodu. Na obrázku 3 (a) poloha spínačů S1 a S2 zajišťuje elektrický kontakt anody diody se záporným znaménkem zdroje energie a katody přes žárovku HL1 s kladným pólem. Jak jsme již rozhodli, jedná se o obrácené zapojení diody. V tomto režimu se dioda bude chovat jako elektricky izolační prvek, elektrický obvod bude prakticky otevřený a lampa nebude svítit.

Při změně polohy kontaktů S1 a S2, obrázek 3 (b), je zajištěn elektrický kontakt mezi anodou diody VD1 a plusem zdroje energie a katodou přes žárovku s mínusem. V tomto případě je splněna podmínka pro přímé sepnutí diody, ta se „otevře“ a protéká jí proud zátěže (lampy) jako vodičem.

Pokud jste právě začali studovat elektroniku, může vás trochu zmást složitost přepínačů na obrázku 3. Nakreslete analogii na základě uvedeného popisu na základě zjednodušených schémat na obrázku 4. Toto cvičení vám umožní pochopit a trochu se orientovat ohledně principu stavby a čtení elektrická schémata.

Obrázek 4. Schéma zpětného a přímého zapojení diody (zjednodušeně).

Na obrázku 4 je změna polarity na vývodech diody zajištěna změnou polohy diody (převrácením).

Jednosměrné vedení diody

Obrázek 5. Diagramy napětí před a za usměrňovací diodou.

Předpokládejme podmíněně, že elektrický potenciál spínače S2 je vždy roven 0. Potom bude na anodu diody přiveden rozdíl napětí –US1-S2 a +US1-S2 v závislosti na poloze spínačů S1 a S2. Schéma takového obdélníkového střídavého napětí je na obrázku 5 (horní schéma). Při záporném rozdílu napětí na anodě diody je tato uzamčena (funguje jako izolační prvek), přičemž výbojkou HL1 neprotéká proud a nedochází k jejímu spálení a napětí na výbojce je téměř nulové. Když je rozdíl napětí kladný, dioda se zapne (funguje jako elektrický vodič) a proud protéká sériovým obvodem dioda-lampa. Napětí lampy se zvýší na UHL1. Toto napětí je o něco menší než napájecí napětí, protože část napětí na diodě klesá. Z tohoto důvodu se rozdíly napětí někdy v elektronice a elektrotechnice nazývají „úbytky napětí“. Tito. v tomto případě, pokud je lampa považována za zátěž, pak na ní bude zátěžové napětí a pokles napětí na diodě.

Období záporného rozdílu napětí jsou tedy diodou jakoby ignorovány, přerušeny a proud protéká zátěží pouze během období kladného rozdílu napětí. Tato přeměna střídavého napětí na unipolární (pulzující nebo přímá) se nazývá usměrnění.

volt-info.ru

1. Polovodičové diody, princip činnosti, vlastnosti:

SEMICONDUCTOR DIODE - polovodičová součástka se dvěma elektrodami, která má jednosměrnou vodivost. Mezi polovodičové diody patří široká skupina zařízení s p-n přechody, kov-polovodičovými kontakty atd. Nejběžnější jsou elektrokonverzní polovodičové diody. Slouží k transformaci a generování elektrické vibrace. Jeden z hlavních moderních elektronická zařízení. Princip činnosti polovodičové diody: Princip činnosti polovodičové diody je založen na vlastnostech přechodu elektron-díra, zejména na silné asymetrii charakteristiky proud-napětí vůči nule. Tímto způsobem se rozlišuje přímé a zpětné zapojení. Při přímém zapojení má dioda nízký elektrický odpor a dobře vede elektrický proud. Opačným způsobem - při napětí menším, než je průrazné napětí, je odpor velmi vysoký a proud je blokován. Vlastnosti:

2. Polovodičové diody, přímé a zpětné zapojení, napětí:

Přímé a zpětné připojení:

Když je p-n přechod přímo připojen, vnější napětí vytvoří v přechodu pole, které je opačného směru než vnitřní difúzní pole. Síla výsledného pole klesá, což je doprovázeno zúžením blokující vrstvy. Díky tomu se velké množství majoritních nosičů náboje může difúzně pohybovat do sousední oblasti (driftový proud se nemění, protože závisí na počtu menšinových nosičů objevujících se na hranicích přechodu), tzn. přechodem bude protékat výsledný proud určený především difúzní složkou. Difúzní proud závisí na výšce potenciální bariéry a roste exponenciálně, jak se snižuje.

Zvýšená difúze nosičů náboje přes přechod vede ke zvýšení koncentrace děr v oblasti typu n a elektronů v oblasti typu p. Toto zvýšení koncentrace minoritního nosiče v důsledku vlivu vnějšího napětí aplikovaného na přechod se nazývá injekce minoritního nosiče. Nerovnovážné menšinové nosiče difundují hluboko do polovodiče a narušují jeho elektrickou neutralitu. K obnovení neutrálního stavu polovodiče dochází v důsledku příchodu nosičů náboje z externího zdroje. To je důvod pro výskyt proudu ve vnějším obvodu, nazývaném přímý.

Když je pn přechod zapnut v opačném směru, vnější zpětné napětí vytváří elektrické pole, které se shoduje ve směru s difúzním polem, což vede ke zvýšení potenciálové bariéry a zvětšení šířky blokovací vrstvy. To vše snižuje difúzní proudy většinových nosičů. U menšinových nosičů zůstává pole v pn přechodu zrychlující se, a proto se driftový proud nemění.

Výsledný proud bude tedy protékat přechodem, určený hlavně proudem unášecího proudu menšinové nosné. Vzhledem k tomu, že počet driftujících minoritních nosičů nezávisí na přiloženém napětí (ovlivňuje pouze jejich rychlost), pak při zvýšení zpětného napětí proud přes přechod směřuje k mezní hodnotě IS, která se nazývá saturační proud. Čím vyšší je koncentrace donorových a akceptorových nečistot, tím nižší je saturační proud a s rostoucí teplotou roste saturační proud exponenciálně.

V grafu jsou znázorněny proudově-napěťové charakteristiky pro dopředné a zpětné zapojení diody. Říkají také dopřednou a zpětnou větev charakteristiky proud-napětí. Přímá větev (Ipr a Upr) zobrazuje charakteristiky diody při přímém připojení (to znamená, když je na anodu přiloženo „plus“). Reverzní větev (Irev a Urev) zobrazuje charakteristiku diody při obráceném zapnutí (to znamená, když je na anodu aplikováno „mínus“).

Modrá tlustá čára je charakteristika germaniové (Ge) diody a černá tenká čára je charakteristika křemíkové (Si) diody. Obrázek neukazuje jednotky měření pro proudovou a napěťovou osu, protože závisí na konkrétní značce diody.

Pro začátek definujme, jako pro jakýkoli plochý souřadnicový systém, čtyři souřadnicové úhly (kvadranty). Připomínám, že za první kvadrant se považuje ten, který se nachází vpravo nahoře (tedy tam, kde máme písmena Ge a Si). Dále se počítají kvadranty proti směru hodinových ručiček.

Takže naše II a IV kvadranty jsou prázdné. Diodu totiž můžeme zapnout pouze dvěma způsoby – vpřed nebo vzad. Situace je nemožná, když například diodou protéká zpětný proud a zároveň je zapnuta v propustném směru, nebo jinými slovy, nelze současně aplikovat „plus“ i „mínus“ na jeden výstup. Přesněji je to možné, ale pak to bude zkrat. K uvážení zbývají pouze dva případy: přímé zapojení diody a zpětné zapojení diody.

Graf přímého spojení je nakreslen v prvním kvadrantu. To ukazuje, že čím větší napětí, tím větší proud. Navíc do určitého bodu napětí roste rychleji než proud. Ale pak nastane bod obratu a napětí zůstane téměř nezměněno, ale proud se začne zvyšovat. U většiny diod se tento bod obratu vyskytuje v rozsahu 0,5...1 V. Je to toto napětí, o kterém se říká, že „klesne“ na diodě. Těchto 0,5...1 V je úbytek napětí na diodě. Pomalý nárůst proudu na napětí 0,5...1V znamená, že v tomto úseku diodou prakticky neteče žádný proud ani v propustném směru.

Graf reverzního přepínání je nakreslen ve třetím kvadrantu. Z toho je vidět, že na významné ploše zůstává proud téměř nezměněn a pak se zvětšuje jako lavina. Pokud zvýšíte napětí například na několik stovek voltů, pak toto vysoké napětí „prorazí“ diodu a diodou bude protékat proud. Ale „rozpad“ je nevratný proces (pro diody). To znamená, že takový „průraz“ povede k vyhoření diody a buď úplně přestane procházet proud v libovolném směru, nebo naopak – propustí proud ve všech směrech.

Charakteristiky konkrétních diod vždy udávají maximální reverzní napětí - tedy napětí, které dioda vydrží bez „průrazu“ při zapnutí ve zpětném směru. To je třeba vzít v úvahu při vývoji zařízení, která používají diody.

Porovnáním charakteristik křemíkových a germaniových diod můžeme dojít k závěru, že v p-n přechodech křemíkové diody jsou dopředné a zpětné proudy menší než u germaniové diody (při stejných hodnotách napětí na svorkách). To je způsobeno skutečností, že křemík má větší zakázané pásmo a aby se elektrony přesunuly z valenčního pásma do vodivostního pásma, je třeba jim dodat více energie navíc.

studfiles.net

Maximální zpětné napětí na diodách je určeno vzorcem

Urev. max = 1,045 Uav.

V řadě praktických aplikací se tyristorové měniče používají k usměrnění střídavého proudu a plynulé regulaci výkonu přenášeného do zátěže. Malé řídicí proudy zároveň umožňují řídit velké proudy zátěže.

Příklad nejjednoduššího výkonově řízeného tyristorového usměrňovače je na Obr. 7.10.

Rýže. 7.10. Obvod tyristorového usměrňovače

Na Obr. Obrázek 7.11 ukazuje časové diagramy, které vysvětlují princip regulace průměrné hodnoty usměrněného napětí.

Rýže. 7.11. Časové diagramy činnosti tyristorového usměrňovače

V tomto zapojení se předpokládá, že vstupní napětí Uin pro nastavitelný tyristor je generováno např. celovlnným usměrňovačem. Pokud jsou na začátku každého půlcyklu dodány řídicí impulsy Uу dostatečné amplitudy ( plocha o-a na diagramu Uout), výstupní napětí bude opakovat napětí celovlnného usměrňovače. Pokud přesunete řídicí impulsy do středu každé půlpery, pak budou mít výstupní impulsy dobu trvání rovnající se čtvrtině půlcyklu (část b-c). Další posunutí řídicích impulsů povede k dalšímu snížení průměrné amplitudy výstupních impulsů (oddíl d – e).

Aplikací řídicích impulzů na tyristor, které jsou fázově posunuty vzhledem ke vstupnímu napětí, můžete tedy změnit sinusové napětí (proud) na sekvenci impulzů libovolné doby trvání, amplitudy a polarity, to znamená, že můžete změnit efektivní hodnota napětí (proudu) v širokém rozsahu.

7.3 Antialiasingové filtry

Uvažované usměrňovací obvody umožňují získat unipolární pulzující napětí, které není vždy použitelné pro napájení složitých elektronických zařízení, protože v důsledku velkých pulzací vedou k nestabilitě jejich provozu.

Pro výrazné snížení zvlnění se používají vyhlazovací filtry. Nejdůležitějším parametrem vyhlazovacího filtru je koeficient vyhlazení S, určený vzorcem S=1/2, kde 1 a 2 jsou koeficienty zvlnění na vstupu a výstupu filtru. Faktor zvlnění ukazuje, kolikrát filtr zvlnění snižuje. V praktických obvodech může faktor zvlnění na výstupu filtru dosáhnout hodnot 0,00003.

Hlavními prvky filtrů jsou reaktivní prvky - kapacita a indukčnost (tlumivky). Uvažujme nejprve o principu činnosti nejjednoduššího antialiasingového filtru, jehož schéma je na Obr. 7.12.

Rýže. 7.12. Obvod nejjednoduššího vyhlazovacího filtru s půlvlnným usměrňovačem

V tomto obvodu se vyhlazení napětí na zátěži za půlvlnným diodovým usměrňovačem VD provádí pomocí kondenzátoru C zapojeného paralelně se zátěží Rn.

Časové diagramy vysvětlující činnost takového filtru jsou znázorněny na Obr. 7.13. V úseku t1 – t2 vstupní napětí otevře diodu a nabíjí kondenzátor. Když vstupní napětí začne klesat, dioda se uzavře s napětím akumulovaným na kondenzátoru Uc (sekce t1 - t2). Během tohoto intervalu se odpojí zdroj vstupního napětí od kondenzátoru a zátěže a kondenzátor se vybije přes zatěžovací odpor Rн.

Rýže. 7.13. Časové diagramy provozu filtru s půlvlnným usměrňovačem

Pokud je kapacita dostatečně velká, dojde k vybití kapacity přes Rн s velkou časovou konstantou =RнС, a proto bude pokles napětí na kondenzátoru malý a vyhlazovací efekt bude významný. Na druhou stranu, čím větší je kapacita, tím kratší je segment t1 - t2, během kterého je dioda otevřená a protéká jí proud i, který se (pro daný průměrný zatěžovací proud) zvětšuje se snižujícím se rozdílem t2 - t1. Tento způsob provozu může vést k poruše usměrňovací diody a navíc je pro transformátor poměrně těžký.

Při použití celovlnných usměrňovačů se velikost zvlnění na výstupu kapacitního filtru snižuje, protože kondenzátor je menší během doby mezi výskytem impulsů, což je dobře znázorněno na obr. 7.14.

Rýže. 7.14. Full-Wave Rectifier Ripple Smoothing

Pro výpočet velikosti zvlnění na výstupu kapacitního filtru aproximujeme zvlnění výstupního napětí pomocí křivky pilového proudu, jak je znázorněno na Obr. 7.15.

Rýže. 7.15. Aproximace zvlnění napětí

Změna náboje na kondenzátoru je dána výrazem

∆Q=∆UC=I nТ1,

kde T1 je perioda pulsace, In je průměrná hodnota zatěžovacího proudu. Vezmeme-li v úvahu skutečnost, že Iн = Иср/ Rн, získáme

Z Obr. 7.15 z toho vyplývá

v tomto případě je dvojnásobná amplituda pulsací určena výrazem

Indukční filtry mají také vyhlazovací vlastnosti a nejlepší vyhlazovací vlastnosti mají filtry obsahující indukčnost a kapacitu zapojené tak, jak je znázorněno na obr. 7.16.

Rýže. 7.16. Antialiasingový filtr s indukčností a kapacitou

V tomto zapojení je kapacita kondenzátoru zvolena tak, aby jeho reaktance byla výrazně menší než odpor zátěže. Výhodou takového filtru je, že snižuje hodnotu vstupního zvlnění ∆U na hodnotu, kde ω je frekvence zvlnění.

V praxi se rozšířily různé typy filtrů ve tvaru F a U, jejichž konstrukční možnosti jsou uvedeny na Obr. 7.17.

Při nízkých zatěžovacích proudech dobře funguje usměrňovač ve tvaru F znázorněný na Obr. 7.16.

Rýže. 7.17. Možnosti konstrukce filtru

V nejkritičtějších schématech se používají vícečlánkové filtrační obvody (obr. 7.17 d).

Často je induktor nahrazen rezistory, což poněkud snižuje kvalitu filtrace, ale výrazně snižuje cenu filtrů (obr. 7.17 b, c).

Hlavní vnější charakteristikou usměrňovačů s filtrem je závislost průměrné hodnoty výstupního napětí Uav (napětí zátěže) na průměrné hodnotě výstupního proudu.

V uvažovaných obvodech vede zvýšení výstupního proudu ke snížení Uav v důsledku zvýšení úbytku napětí na vinutích transformátoru, diodách, přívodních vodičích a filtračních prvcích.

Strmost vnější charakteristiky při daném průměrném proudu je určena prostřednictvím výstupního odporu Rout, určeného podle vzorce:

Icр – sada. Čím menší je hodnota Rout, tím méně závisí výstupní napětí na výstupním proudu, tím lepší je obvod usměrňovače s filtrem. Na Obr. Obrázek 7.18 ukazuje typické závislosti Uav na Iav pro různé možnosti filtrace.

Rýže. 7.18. Typické závislosti Uav na Iav pro různá schémata filtrování

studfiles.net

Co je zpětné napětí? - rekonstrukce interiérů

Reverzní napětí

Zpětné napětí je typ energetického signálu, který vzniká při obrácení polarity elektrického proudu. Toto napětí se často vyskytuje, když je na diodu aplikována obrácená polarita, což způsobuje, že dioda reaguje tak, že pracuje v opačném směru. Tato reverzní funkce může také vytvořit průrazné napětí uvnitř diody, protože to často přeruší obvod, na který je napětí přivedeno.

Zpětné napětí nastane, když je zdroj připojení napájecího signálu k obvodu přiveden obráceným způsobem. To znamená, že zdroj kladného vodiče je připojen k zemi nebo zápornému vodiči obvodu a naopak. Tento přenos napětí často není zamýšlen, protože většina elektrických obvodů není schopna napětí zvládnout.

Když je na obvod nebo diodu přivedeno minimální napětí, může to způsobit, že obvod nebo dioda budou fungovat obráceně. To může způsobit reakci, jako je nesprávné otáčení motoru ventilátoru skříně. V takových případech bude prvek nadále fungovat.

Když je napětí aplikované na obvod příliš velké, signál pro přijímací obvod se nazývá průrazné napětí. Pokud vstupní signál, který byl obrácen, překročí povolené napětí pro udržení obvodu, obvod může být poškozen nad rámec zbytku použitelného obvodu. Bod, ve kterém je obvod poškozen, se vztahuje k hodnotě průrazného napětí. Toto průrazné napětí má několik dalších názvů, reverzní špičkové napětí nebo reverzní průrazné napětí.

Zpětné napětí může způsobit průrazné napětí, které také ovlivňuje činnost ostatních součástí obvodu. Kromě škodlivých diod a funkcí obvodu zpětného napětí se může stát také špičkou zpětného napětí. V takových případech obvod nemůže obsahovat množství vstupního výkonu ze signálu, který byl obrácen, a může vytvořit průrazné napětí mezi izolátory.

Toto průrazné napětí, které se může vyskytnout na součástech obvodu, může způsobit poruchu součástek nebo izolátorů vodičů. To je může změnit na signální vodiče a poškodit obvod tím, že vede napětí do různých částí obvodu, které by ho neměly přijímat, což způsobuje nestabilitu v celém obvodu. To může způsobit napěťové oblouky mezi součástmi, které mohou být také dostatečně silné, aby zapálily různé součásti obvodu a způsobily požár.

Systém TT v elektroinstalacích s napětím do 1000V

Datum zveřejnění: 23.12.2017

Víte, co je zpětné napětí?

Reverzní napětí

Zpětné napětí je typ energetického signálu, který vzniká při obrácení polarity elektrického proudu. Toto napětí se často vyskytuje, když je na diodu aplikována obrácená polarita, což způsobuje, že dioda reaguje tak, že pracuje v opačném směru. Tato reverzní funkce může také vytvořit průrazné napětí uvnitř diody, protože to často přeruší obvod, na který je napětí přivedeno.

Zpětné napětí nastane, když je zdroj připojení napájecího signálu k obvodu přiveden obráceným způsobem. To znamená, že zdroj kladného vodiče je připojen k zemi nebo zápornému vodiči obvodu a naopak. Tento přenos napětí často není zamýšlen, protože většina elektrických obvodů není schopna napětí zvládnout.

Když je na obvod nebo diodu přivedeno minimální napětí, může to způsobit, že obvod nebo dioda budou fungovat obráceně. To může způsobit reakci, jako je nesprávné otáčení motoru ventilátoru skříně. V takových případech bude prvek nadále fungovat.

Když je napětí aplikované na obvod příliš velké, signál pro přijímací obvod se nazývá průrazné napětí. Pokud vstupní signál, který byl obrácen, překročí povolené napětí pro udržení obvodu, obvod může být poškozen nad rámec zbytku použitelného obvodu. Bod, ve kterém je obvod poškozen, se vztahuje k hodnotě průrazného napětí. Toto průrazné napětí má několik dalších názvů, reverzní špičkové napětí nebo reverzní průrazné napětí.

Zpětné napětí může způsobit průrazné napětí, které také ovlivňuje činnost ostatních součástí obvodu. Kromě škodlivých diod a funkcí obvodu zpětného napětí se může stát také špičkou zpětného napětí. V takových případech obvod nemůže obsahovat množství vstupního výkonu ze signálu, který byl obrácen, a může vytvořit průrazné napětí mezi izolátory.

Toto průrazné napětí, které se může vyskytnout na součástech obvodu, může způsobit poruchu součástek nebo izolátorů vodičů. To je může změnit na signální vodiče a poškodit obvod tím, že vede napětí do různých částí obvodu, které by ho neměly přijímat, což způsobuje nestabilitu v celém obvodu. To může způsobit napěťové oblouky mezi součástmi, které mohou být také dostatečně silné, aby zapálily různé součásti obvodu a způsobily požár.

Navigace příspěvku

Zdravý

Rekonstrukce interiérů

Během životního cyklu budovy jsou v určitých obdobích nutné renovační práce, aby se interiér aktualizoval. Modernizace je nutná i tehdy, když design či funkčnost interiéru zaostává za moderní dobou.

Vícepodlažní konstrukce

V Rusku je více než 100 milionů bytových jednotek a většina z nich jsou „rodinné domy“ nebo chaty. Ve městech, na předměstích a na venkově jsou vlastní domy velmi běžným typem bydlení.
Praxe projektování, výstavby a provozu budov je nejčastěji kolektivním úsilím různých skupin odborníků a profesí. V závislosti na velikosti, složitosti a účelu konkrétního stavebního projektu může projektový tým zahrnovat:
1. Realitní developer, který zajišťuje financování projektu;
Jedna nebo více finančních institucí nebo jiných investorů, kteří poskytují financování;
2. Místní plánovací a řídící orgány;
3. Služba, která provádí ALTA/ACSM a stavební průzkumy v průběhu projektu;
4. Manažeři budov, kteří koordinují úsilí různých skupin účastníků projektu;
5. licencovaní architekti a inženýři, kteří navrhují budovy a připravují stavební dokumentaci;

Charakteristika a parametry usměrňovačů a univerzálních diod

Usměrňovací diody se používají k usměrnění nízkofrekvenčního střídavého proudu. Usměrňovací vlastnosti těchto diod jsou založeny na principu jednosměrné vodivosti p-a-přechodů elektron-díra.

Univerzální diody se používají v různých elektronických zařízeních jako střídavé usměrňovače vysokých a nízkých frekvencí, násobiče a frekvenční měniče, detektory velkých a malých signálů atd. Rozsah pracovních proudů a napětí usměrňovačů a univerzálních diod je velmi široký, proto jsou vyráběny s bodovými i planárními pn přechody v polovodičové struktuře s plochami od desetin čtverečního milimetru do několika čtverečních centimetrů. Univerzální diody obvykle používají přechody s malými plochami a kapacitami, ale s relativně vysokými hodnotami propustných proudů a zpětných napětí. Tyto požadavky splňují bodové, mikroslitiny planární a mesaplanární diody. Charakteristiky a parametry univerzálních diod jsou stejné jako u usměrňovacích diod.

Voltampérové ​​charakteristiky(volt-napěťová charakteristika) usměrňovacích diod vyjadřuje závislost proudu procházejícího diodou na hodnotě a polaritě stejnosměrného napětí na ni přivedeného Přímá větev charakteristiky znázorňuje závislost proudu diodou s stejnosměrným napětím. přes polaritu přiloženého napětí. Síla propustného proudu závisí exponenciálně na propustném napětí aplikovaném na diodu a může dosáhnout velkých hodnot při malém (asi 0,3 - 1 V) poklesu napětí na diodě.

Reverzní větev charakteristiky odpovídá nevodivému směru proudu diodou s obrácenou polaritou napětí přivedeného na diodu. Zpětný proud (sekce OD) mírně závisí na použitém zpětném napětí. Při relativně vysokém zpětném napětí (bod B na charakteristice) dochází k elektrickému průrazu p-n přechodu, při kterém rychle narůstá zpětný proud, což může vést k tepelnému průrazu a poškození diody. Se stoupající teplotou se zvýší tepelný proud a generační proud nosičů náboje v přechodu, což povede ke zvýšení propustných a zpětných proudů a posunu charakteristik diody.

Vlastnosti a zaměnitelnost diod se posuzují podle jejich parametrů. Mezi hlavní parametry patří proudy a napětí související s charakteristikou proud-napětí Diody se používají ve střídavých i stejnosměrných obvodech. Proto se pro hodnocení vlastností diod spolu s parametry používají diferenciální parametry, které charakterizují jejich činnost na střídavý proud.

Usměrněný (stejnosměrný) proud Ipr je proud (průměrná hodnota za periodu) procházející diodou, který zajišťuje její spolehlivý a dlouhodobý provoz. Síla tohoto proudu je omezena ohřevem nebo maximálním výkonem Pmax. Překročení propustného proudu vede k tepelnému průrazu a poškození diody.

• Dopředný pokles napětí UPr.Av - průměrná hodnota za dobu na diodě, kdy jí prochází přípustný propustný proud.
• Povolené zpětné napětí U0br je průměrná hodnota za dobu, při které je zajištěn spolehlivý a dlouhodobý provoz diody. Překročení zpětného napětí vede k poruše a selhání diod. S rostoucí teplotou se hodnoty zpětného napětí a dopředného proudu snižují.
• Zpětný proud Irev - průměrná hodnota za dobu zpětného proudu při přijatelné Urev. Čím nižší je zpětný proud, tím lépe

Jste usměrňovací vlastnosti diody. Zvýšení teploty o každých 10 °C vede ke zvýšení zpětného proudu u germaniových a křemíkových diod 1,5 až 2krát i vícekrát.

Maximální konstantní nebo průměrný výkon Pmax rozptýlený diodou za dobu, při které může dioda pracovat po dlouhou dobu, aniž by se změnily její parametry. Tento výkon je součtem součinů proudů a napětí na dopředném a zpětném předpětí přechodu, tj. pro kladné a záporné půlcykly střídavého proudu. Pro výkonná zařízení pracující s dobrým odvodem tepla platí Pmax = (Tp.max - Tk)/Rpk. Pro nízkoenergetická zařízení pracující bez chladiče,

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

Maximální teplota přechodu Gp.max závisí na materiálu (mezipásu) polovodiče a stupni jeho dotování, tj. na měrném odporu oblasti p-n přechodu - báze. Rozsah Gp.max pro germanium leží v rozmezí 80 - 110 °C a pro křemík 150 - 220 °C.

Teplotní odolnost Rp.k mezi přechodem a pouzdrem je určeno teplotním rozdílem mezi přechodem Tpi pouzdra Tk a průměrným výkonem Ra uvolněným při přechodu a je 1 - 3 °C / W: Ra.K = (Ta - TK) / Pa. Tepelný odpor Rnc mezi spojem a okolím závisí na rozdílu teplot mezi přechodem Tp a prostředím Tc. Od prakticky RPK

Omezující režim použití diody je charakterizován maximálním přípustným zpětným napětím URev max, maximálním proudem usměrňovače IPr max a maximální teplotou přechodu TPmax.S nárůstem frekvence střídavého napětí přiváděného do diody se zhoršují její usměrňovací vlastnosti. Pro stanovení vlastností usměrňovacích diod se proto obvykle uvádí pracovní frekvenční rozsah Df nebo maximální usměrňovací frekvence fmax.Při frekvencích větších než fmax nestihnou menšinové nosiče náboje nashromážděné během dopředného půlcyklu v bázi kompenzovat, proto během zpětného půlcyklu usměrněného napětí zůstává přechod nějakou dobu dopředně zaujatý (to znamená, že ztrácí své usměrňovací vlastnosti). Tato vlastnost se projevuje výrazněji, čím větší je propustný proudový impuls nebo čím vyšší je frekvence přiváděného střídavého napětí.Navíc na vysoké frekvence začíná se projevovat bočníkový efekt bariéry a difúzní kapacity p-n přechodu, což snižuje jeho usměrňovací vlastnosti

Při výpočtu režimu usměrňovače se používá statický odpor proti stejnosměrnému proudu a diferenciální odpor diod proti střídavému proudu

• Rozdíl Odpor střídavého proudu rdiff=dU/dI nebo rDiff=ДU/ДI určuje změnu proudu diodou, když se napětí změní v blízkosti zvoleného pracovního bodu na charakteristice diody. Při přímém zapnutí napětí rdif Pr = 0,026/ /IPr a proudu Ipr > 10 mA činí několik ohmů, při připojení zpětného napětí je rdif pr velké (od desítek kiloohmů až po několik mega- ohmy).
• Statický odolnost diody proti stejnosměrnému proudu rprd = Upr/Ipr, rrev d = Urev/Irev V V oblasti propustných proudů rFor d>rdiff pr, a v oblasti zpětných proudů r0br d

Diodové kapacity mají významný vliv na jejich výkon při vysokých frekvencích a v pulzních režimech. Pasový údaj diod obvykle udává celkovou kapacitu diody CD, která kromě bariérové ​​a difúzní kapacity zahrnuje i kapacitu těla zařízení.Tato kapacita je měřena mezi vnějšími proudovými vývody diody při daném reverzu. předpětí a proudová frekvence

Polovodičová dioda - Jedná se o polovodičové zařízení s jedním p-n přechodem a dvěma elektrodami. Princip činnosti polovodičové diody je založen na jevu p-n přechodu, takže pro další studium jakýchkoli polovodičových zařízení musíte vědět, jak to funguje.

Usměrňovací dioda (také nazývaný ventil) je typ polovodičové diody, která slouží k přeměně střídavého proudu na stejnosměrný.

Dioda má dva vývody (elektrody) anodu a katodu. Anoda je připojena k vrstvě p, katoda k vrstvě n. Když je na anodu přivedeno plus a na anodu mínus (přímé zapojení diody), dioda prochází proudem. Pokud je na anodě přivedeno mínus a na katodu plus (obrácené zapojení diody), nebude diodou procházet žádný proud, to je patrné z voltampérové ​​charakteristiky diody. Když je tedy na vstup usměrňovací diody přivedeno střídavé napětí, prochází jím pouze jedna půlvlna.

Proudově-napěťová charakteristika (voltampérová charakteristika) diody.

Proudově napěťová charakteristika diody je na Obr. I. 2. První kvadrant ukazuje přímou větev charakteristiky, která popisuje stav vysoké vodivosti diody s propustným napětím, které je linearizováno po částech lineární funkcí

u = Uo+RDi

kde: u je napětí na ventilu při průchodu proudu i; U 0 - prahové napětí; R d - dynamický odpor.

Ve třetím kvadrantu je zpětná větev proudově-napěťové charakteristiky, která popisuje stav nízké vodivosti při přivedení zpětného napětí na diodu. Ve stavu nízké vodivosti neprotéká polovodičovou strukturou prakticky žádný proud. To však platí pouze do určité hodnoty zpětného napětí. Při zpětném napětí, kdy intenzita elektrického pole v pn přechodu dosáhne asi 10 s V/cm, může toto pole udělit mobilním nosičům náboje - elektronům a dírám, které se neustále objevují v celém objemu polovodičové struktury v důsledku tepelného generování. - kinetická energie dostatečná pro ionizaci neutrálních atomů křemíku. Výsledné díry a vodivostní elektrony jsou zase urychlovány elektřinou p-n pole přechod a také ionizují neutrální atomy křemíku. V tomto případě dochází k lavinovitému nárůstu zpětného proudu, tzn. e. lavinový rozpad.

Napětí, při kterém dochází k prudkému nárůstu zpětného proudu je tzv. průrazné napětí U 3 .

TÉMA 3. POLOVODIČOVÉ DIODY

Polovodičová dioda je elektrické konvertující polovodičové zařízení s jedním elektrickým přechodem a dvěma vývody, které využívá vlastnosti pn křižovatka A.

Polovodičové diody jsou klasifikovány:

1) podle účelu: usměrňovač, vysokofrekvenční a ultravysokofrekvenční (HF a mikrovlnné diody), pulsní, polovodičové zenerovy diody (referenční diody), tunelové diody, reverzní diody, varikapy atd.;

2) podle konstrukčních a technologických znaků: rovinné a bodové;

3) podle typu výchozího materiálu: germanium, křemík, arsenid-gallium atd.

Obrázek 3.1 – Návrh bodových diod

Bodová dioda používá germaniovou nebo křemíkovou desku s elektrickou vodivostí typu n (obr. 3.1), tloušťku 0,1...0,6 mm a plochu 0,5...1,5 mm2; Naostřený drát (jehla) s usazenou nečistotou přichází do kontaktu s deskou. V tomto případě nečistoty difundují z jehly do hlavního polovodiče, čímž vzniká oblast s jiným typem elektrické vodivosti. V blízkosti jehly se tak vytvoří miniaturní polokulový pn přechod.

Pro výrobu germaniových bodových diod je k germaniové desce přivařen wolframový drát potažený indiem. Indium je akceptor pro germanium. Výsledná oblast germania typu p je emitorem.

Křemíkové bodové diody jsou vyrobeny z křemíku typu n a drátu potaženého hliníkem, který slouží jako akceptor křemíku.

U planárních diod je pn přechod tvořen dvěma polovodiči s různými typy elektrické vodivosti a oblast přechodu různých typů diod se pohybuje od setin čtverečního milimetru do několika desítek čtverečních centimetrů (výkonové diody).

Planární diody se vyrábí fúzní (fusing) nebo difúzní metodou (obr. 3.2).

Obrázek 3.2 – Návrh planárních diod vyrobených slitinovou (a) a difúzní metodou (b)

Kapka india je zatavena do destičky germania typu n při teplotě asi 500 °C (obr. 3.2, a), která, srostlá s germaniem, tvoří vrstvu germania typu p. Oblast s elektrickou vodivostí typu p má vyšší koncentraci nečistot než hlavní deska a je proto emitorem. Olověné dráty, obvykle vyrobené z niklu, jsou připájeny k hlavní germaniové desce a k indiové desce. Pokud se jako výchozí materiál vezme germanium typu p, pak se do něj zataví antimon a pak se získá oblast emitoru typu n.

Difúzní metoda výroby p-n přechodu je založena na skutečnosti, že atomy nečistot difundují do hlavního polovodiče (obr. 3.2, b). K vytvoření p-vrstvy se využívá difúze akceptorového prvku (bór nebo hliník pro křemík, indium pro germanium) povrchem výchozího materiálu.

3.1 Usměrňovací diody

Usměrňovací polovodičová dioda je polovodičová dioda určená k přeměně střídavého proudu na stejnosměrný proud.

Usměrňovací diody jsou vyrobeny na bázi pn přechodu a mají dvě oblasti, jedna z nich má nižší odpor (obsahuje vyšší koncentraci nečistot) a nazývá se emitor. Druhá oblast, báze, je odolnější (obsahuje nižší koncentraci nečistot).

Činnost usměrňovacích diod je založena na vlastnosti jednosměrné vodivosti p-n přechodu, která spočívá v tom, že tento při přímém zapojení dobře vede proud (má malý odpor) a prakticky nevede proud (má velmi vysoký odpor) při obráceném zapojení.

Jak je známo, propustný proud diody je vytvářen hlavními a zpětný proud je tvořen neprimárními nosiči náboje. Koncentrace většinových nosičů náboje je o několik řádů vyšší než koncentrace nevětšinových nosičů, což určuje vlastnosti ventilu diody.

Hlavní parametry usměrňovacích polovodičových diod jsou:

· propustný proud diody Ipr, který je normalizován při určitém propustném napětí (obvykle Upr = 1...2V);

· maximální přípustný propustný proud Ipr max dioda;

· maximální přípustné zpětné napětí diody Urev max, při kterém může dioda ještě dlouhou dobu normálně fungovat;

· konstantní zpětný proud Irev protékající diodou při zpětném napětí rovném Urev max;

· průměrný usměrněný proud Ivp.sr, který může diodou procházet dlouhou dobu při přijatelné teplotě jejího ohřevu;

· maximální přípustný výkon Pmax rozptýlený diodou, při kterém je zajištěna předepsaná spolehlivost diody.

Podle maximální přípustné hodnoty průměrného usměrněného proudu se diody dělí na nízkopříkonové (Ivp.av £ 0,3A), středně výkonové (0,3A 10A).

Pro zachování výkonu germaniové diody by její teplota neměla překročit +85°C. Křemíkové diody mohou pracovat při teplotách až +150°C.

Obrázek 3.3 – Změna voltampérové ​​charakteristiky polovodičové diody v závislosti na teplotě: a – pro germaniovou diodu; b – pro křemíkovou diodu

Úbytek napětí při průchodu stejnosměrného proudu u germaniových diod je DUpr = 0,3...0,6V, u křemíkových diod - DUpr = 0,8...1,2V. Velké poklesy napětí při průchodu stejnosměrného proudu křemíkovými diodami ve srovnání s přímými poklesy napětí na germaniových diodách jsou spojeny s vyšší výškou potenciálové bariéry p-n přechodů vytvořených v křemíku.

S rostoucí teplotou klesá propustný úbytek napětí, což je spojeno s poklesem výšky potenciálové bariéry.

Při přivedení zpětného napětí na polovodičovou diodu v ní vzniká mírný zpětný proud, v důsledku pohybu menšinových nosičů náboje přes pn přechod.

Se zvyšující se teplotou pn přechodu se zvyšuje počet menšinových nosičů náboje v důsledku přechodu některých elektronů z valenčního pásma do vodivostního pásma a tvorby párů nosičů náboje elektron-díra. Proto vzrůstá zpětný proud diody.

Když je na diodu přivedeno zpětné napětí několik set voltů, vnější elektrické pole v blokovací vrstvě zesílí natolik, že může stáhnout elektrony z valenčního pásma do vodivostního pásma (Zenerův efekt). V tomto případě se zpětný proud prudce zvýší, což způsobí zahřátí diody, další zvýšení proudu a nakonec tepelný průraz (zničení) p-n přechodu. Většina diod může spolehlivě pracovat při zpětném napětí nepřesahujícím (0,7...0,8) Uprob.

Přípustné zpětné napětí germaniových diod dosahuje - 100...400V a pro křemíkové diody - 1000...1500V.

V řadě instalací výkonných měničů překračují požadavky na průměrnou hodnotu propustného proudu a zpětného napětí jmenovitou hodnotu parametrů stávajících diod. V těchto případech se problém řeší paralelním nebo sériovým zapojením diod.

Paralelní zapojení diod se používá, když je potřeba získat propustný proud větší, než je mezní proud jedné diody. Ale pokud jsou diody stejného typu jednoduše zapojeny paralelně, pak v důsledku nesouladu přímých větví charakteristiky proud-napětí budou jinak zatíženy a v některých bude propustný proud větší než limitní. .

Obrázek 3.4 – Paralelní zapojení usměrňovacích diod

Pro vyrovnání proudů se používají diody s malým rozdílem v přímých větvích proudově-napěťové charakteristiky (volí se) nebo se s diodami sériově zapojují vyrovnávací odpory s odporem jednotek Ohm. Někdy jsou zahrnuty přídavné rezistory (obr. 3.4, c) s odporem několikanásobně větším než je přímý odpor diod, takže proud v každé diodě je určen převážně odporem Rd, tzn. Rd>>rpr vd. Hodnota Rd je stovky ohmů.

Sériové zapojení diod slouží ke zvýšení celkového přípustného zpětného napětí. Při vystavení zpětnému napětí protéká stejný zpětný proud Irev diodami zapojenými do série. vzhledem k rozdílu v reverzních větvích charakteristiky proud-napětí však bude celkové napětí rozloženo na diodách nerovnoměrně. Dioda, jejíž zpětná větev charakteristiky proud-napětí je vyšší, bude mít větší napětí. Může být vyšší než limit, což povede k poruše diod.

Obrázek 3.5 – Sériové zapojení usměrňovacích diod

Aby bylo zajištěno rovnoměrné rozložení zpětného napětí mezi diody bez ohledu na jejich zpětný odpor, jsou diody bočníkem s odpory. Odpory Rsh rezistorů musí být stejné a výrazně menší než nejmenší zpětný odpor diod Rsh 3.2 Zenerovy diody

Polovodičová zenerova dioda je polovodičová dioda, jejíž napětí v oblasti elektrického průrazu slabě závisí na proudu a která se používá ke stabilizaci napětí.

Polovodičové zenerovy diody využívají vlastnosti mírné změny zpětného napětí na p-n přechodu při elektrickém (lavinovém nebo tunelovém) průrazu. Je to způsobeno tím, že malé zvýšení napětí na pn přechodu v režimu elektrického průrazu způsobí intenzivnější generování nosičů náboje a výrazné zvýšení zpětného proudu.

Nízkonapěťové zenerovy diody jsou vyrobeny na bázi silně legovaného (nízkoodporového) materiálu. V tomto případě je vytvořen úzký planární přechod, ve kterém dochází k tunelovému elektrickému průrazu při relativně nízkých zpětných napětích (méně než 6V). Vysokonapěťové zenerovy diody jsou vyrobeny na bázi lehce legovaného (vysokoodolného) materiálu. Proto je jejich princip fungování spojen s lavinový elektrický průraz.

Hlavní parametry zenerových diod:

· stabilizační napětí Ust (Ust = 1…1000V);

· minimální Ist mіn a maximální Ist max stabilizační proudy (Ist mіn" 1,0...10 mA, Ist max "0,05...2,0A);

· maximální povolený ztrátový výkon Рmax;

· diferenciální odpor ve stabilizační sekci rd = DUst/DIst, (rd" 0,5...200 Ohm);

teplotní koeficient napětí ve stabilizační části:

TKU zenerovy diody ukazuje, o kolik procent se změní stabilizační napětí, když se teplota polovodiče změní o 1°C

(TKU= -0,5…+0,2 %/°С).

Obrázek 3.6 – Voltampérová charakteristika zenerovy diody a její symbolické grafické označení

Zenerovy diody se používají ke stabilizaci napětí napájecích zdrojů a také k fixaci napěťových úrovní v různých obvodech.

Stabilizace nízkého napětí v rozmezí 0,3...1V lze dosáhnout použitím přímé větve I-V charakteristiky křemíkových diod. Dioda, ve které se přímá větev proudově-napěťové charakteristiky používá ke stabilizaci napětí, se nazývá stabistor. Existují také oboustranné (symetrické) zenerovy diody, které mají symetrickou charakteristiku proud-napětí vzhledem k původu.

Zenerovy diody lze zapojit do série, přičemž výsledné stabilizační napětí se rovná součtu napětí zenerových diod:

Ust = Ust1 + Ust2 +…

Paralelní zapojení zenerových diod je nepřijatelné, protože vlivem rozptylu charakteristik a parametrů všech paralelně zapojených zenerových diod bude vznikat proud pouze v jedné, která má nejnižší stabilizační napětí Ust, což způsobí přehřátí zenerovy diody.

3.3 Tunelové a reverzní diody

Tunelová dioda je polovodičová dioda založená na degenerovaném polovodiči, ve které tunelový efekt vede k výskytu negativního úseku diferenciálního odporu na charakteristice proud-napětí při propustném napětí.

Tunelová dioda je vyrobena z germania nebo arsenidu galia s velmi vysokou koncentrací nečistot, tzn. s velmi nízkým odporem. Takové polovodiče s nízkým odporem se nazývají degenerované. To umožňuje získat velmi úzký pn přechod. Při takových přechodech vznikají podmínky pro relativně volné tunelování elektronů přes potenciální bariéru (tunelový efekt). Tunelový efekt vede ke vzniku úseku se záporným rozdílovým odporem na přímé větvi charakteristiky proud-napětí diody. Tunelový efekt spočívá v tom, že při dostatečně nízké výšce potenciální bariéry mohou elektrony proniknout bariérou, aniž by změnily svou energii.

Hlavní parametry tunelových diod:

· špičkový proud Iп – dopředný proud v maximálním bodě charakteristiky proud-napětí;

· údolní proud Iв – dopředný proud v minimálním bodě charakteristiky proud-napětí;

· poměr proudů tunelových diod Iп/Iв;

· špičkové napětí Uп – propustné napětí odpovídající špičkovému proudu;

· údolní napětí Uв – dopředné napětí odpovídající údolnímu proudu;

· napětí roztoku Uрр.

Tunelové diody se používají pro generování a zesilování elektromagnetických oscilací, stejně jako ve vysokorychlostních spínacích a pulzních obvodech.

Obrázek 3.7 – Proudově-napěťová charakteristika tunelové diody

Reverzní dioda je dioda na bázi polovodiče s kritickou koncentrací nečistot, u které je vodivost při zpětném napětí v důsledku tunelovacího efektu výrazně větší než při propustném napětí.

Princip činnosti reverzní diody je založen na využití tunelového efektu. Ale u reverzních diod je koncentrace nečistot nižší než u konvenčních tunelových diod. Proto je rozdíl kontaktních potenciálů pro reverzní diody menší a tloušťka pn přechodu je větší. To vede k tomu, že pod vlivem stejnosměrného napětí nevzniká stejnosměrný tunelový proud. Propustný proud v reverzních diodách vzniká injektováním nevětšinových nosičů náboje přes p-n přechod, tzn. stejnosměrný proud je difúzní. Při obrácení napětí protéká přechodem významný tunelovací proud, který vzniká pohybem elektronů přes potenciálovou bariéru z p-oblasti do n-oblasti. Pracovní úsek proudově-napěťové charakteristiky reverzní diody je zpětná větev.

Reverzní diody tedy mají usměrňovací účinek, ale jejich procházející (vodivý) směr odpovídá zpětnému zapojení a blokovací (nevodivý) směr odpovídá přímému zapojení.

Obrázek 3.8 – Voltampérová charakteristika reverzní diody

Používají se reverzní diody pulzní zařízení a také jako převodníky signálu (směšovače a detektory) v radiotechnických zařízeních.

3.4 Varicaps

Varikap je polovodičová dioda, která využívá závislosti kapacity na velikosti zpětného napětí a je určena pro použití jako prvek s elektricky řízenou kapacitou.

Polovodičovým materiálem pro výrobu varikapů je křemík.

Základní parametry varicaps:

· jmenovitá kapacita Sv – kapacita při daném zpětném napětí (Sv = 10...500 pF);

koeficient překrytí kapacity; (Ks = 5...20) – poměr varikapových kapacit při dvou daných hodnotách zpětných napětí.

Varikapy jsou široce používány v různých obvodech pro automatické nastavení frekvence a v parametrických zesilovačích.

Obrázek 3.9 – Kapacitně-napěťová charakteristika varikapu

3.5 Výpočet elektrických obvodů s polovodičovými diodami.

V praktických obvodech je k obvodu diody připojena nějaká zátěž, například odpor (obr. 3.10, a). Stejnosměrný proud protéká, když má anoda kladný potenciál vzhledem ke katodě.

Režim diody se zátěží se nazývá provozní režim. Pokud by dioda měla lineární odpor, pak by výpočet proudu v takovém obvodu nebyl obtížný, protože celkový odpor obvodu je roven součtu odporu diody vůči stejnosměrnému proudu Ro a odporu zatěžovacího odporu Rн. Ale dioda má nelineární odpor a její hodnota Ro se mění se změnou proudu. Proto je aktuální výpočet proveden graficky. Úkol je následující: jsou známy hodnoty E, Rn a charakteristiky diody, je nutné určit proud v obvodu I a napětí na diodě Ud.

Obrázek 3.10

Charakteristiku diody je třeba považovat za graf nějaké rovnice spojující veličiny I a U. A pro odpor Rн je podobnou rovnicí Ohmův zákon:

(3.1)

Existují tedy dvě rovnice se dvěma neznámými I a U a jedna z rovnic je uvedena graficky. Chcete-li vyřešit takový systém rovnic, musíte sestavit graf druhé rovnice a najít souřadnice průsečíku obou grafů.

Rovnice pro odpor Rн je rovnice prvního stupně vzhledem k I a U. Jejím grafem je přímka nazývaná zatěžovací čára. Je konstruován pomocí dvou bodů na souřadnicových osách. Pro I= 0 z rovnice (3.1) získáme: E − U= 0 nebo U= E, což odpovídá bodu A na Obr. 3,10, b. A pokud U= 0, pak I= E/Rn. tento proud vyneseme na souřadnicovou osu (bod B). Body A a B vedeme přímkou, což je čára zatížení. Souřadnice bodu D dávají řešení problému.

Je třeba poznamenat, že grafický výpočet provozního režimu diody lze vynechat, pokud Rн >> Ro. V tomto případě je přípustné zanedbat odpor diody a určit proud přibližně: I»E/Rн.

Uvažovaná metoda pro výpočet stejnosměrného napětí může být aplikována na amplitudu nebo okamžité hodnoty, pokud zdroj poskytuje střídavé napětí.

Protože polovodičové diody vedou proud dobře v propustném směru a špatně ve zpětném směru, většina polovodičových diod se používá k usměrnění střídavého proudu.

Nejjednodušší obvod pro usměrnění střídavého proudu je na Obr. 3.11. Je zapojen do série se zdrojem střídavého emf - e, diodou VD a zatěžovacím rezistorem Rн. Tento obvod se nazývá půlvlna.

Nejjednodušší usměrňovač funguje následovně. Během jednoho půlcyklu je napětí pro diodu stejnosměrné a prochází proud, který vytváří úbytek napětí UR na rezistoru Rн. Během dalšího půlcyklu se napětí obrátí, prakticky neteče proud a UR = 0. Diodou a zatěžovacím rezistorem tedy prochází pulzující proud ve formě pulzů trvajících půl cyklu. Tento proud se nazývá usměrněný proud. Na rezistoru Rн vytváří usměrněné napětí. Grafy na Obr. 3.11, b znázorňují procesy v usměrňovači.

Obrázek 3.11

Amplituda kladných půlvln na diodě je velmi malá. To je vysvětleno skutečností, že při průchodu stejnosměrného proudu většina napětí zdroje klesne na zatěžovacím rezistoru Rн, jehož odpor výrazně převyšuje odpor diody. V tomto případě

U konvenčních polovodičových diod není propustné napětí větší než 1...2V. Zdroj nechť má například efektivní napětí E = 200V a . Pokud Up max = 2V, pak URmax = 278V.

Při záporné půlvlně přiváděného napětí prakticky neprotéká žádný proud a úbytek napětí na rezistoru Rн je nulový. Celé napětí zdroje je přivedeno na diodu a je pro ni zpětným napětím. Maximální hodnota zpětného napětí je tedy rovna amplitudě emf zdroje.

Nejjednodušší schéma použití zenerovy diody je na Obr. 3.12, a. Zátěž (spotřebitel) je zapojena paralelně se zenerovou diodou. Proto v režimu stabilizace, kdy je napětí na zenerově diodě téměř konstantní, bude stejné napětí na zátěži. Obvykle se Rogr vypočítává pro střední bod T charakteristiky zenerovy diody.

Uvažujme případ, kdy E = konst a Rн se mění od Rн min do Rн max.

Hodnotu Rolimu lze zjistit pomocí následujícího vzorce:

(3.3)

kde Iav = 0,5(Ist min+Ist max) – průměrný proud zenerovy diody;

Iн = Ust/Rн – zatěžovací proud (při Rн = konst);

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

a A .

Obrázek 3.12

Činnost obvodu v tomto režimu lze vysvětlit následovně. Protože Rogr je konstantní a úbytek napětí na něm rovný (E − Ust) je také konstantní, pak proud v Rogr rovný (Ist + In.sr) musí být konstantní. To je však možné pouze tehdy, pokud se proud I zenerovy diody a proud zátěže Iн mění ve stejném rozsahu, ale v opačných směrech. Pokud se například zvýší In, sníží se proud I o stejnou hodnotu a jejich součet zůstane nezměněn.

Uvažujme princip fungování zenerovy diody na příkladu obvodu sestávajícího ze sériově zapojeného zdroje proměnného EMF - e, zenerovy diody VD a odporu R (obr. 3.13, a).

Během kladného půlcyklu se na zenerovu diodu přivede zpětné napětí a až do průrazného napětí zenerovy diody se veškeré napětí přivede na zenerovu diodu, protože proud v obvodu je nulový. Po elektrickém průrazu zenerovy diody zůstane napětí na zenerově diodě VD nezměněno a celé zbývající napětí zdroje EMF bude přivedeno na rezistor R. Během záporné půlperiody je zenerova dioda zapnuta ve vodivém směru. úbytek napětí na něm je asi 1V a zbývající napětí zdroje EMF je přivedeno na rezistor R.

Polovodičová dioda je polovodičové zařízení s jedním elektrickým přechodem a dvěma vývody, které využívá jednu nebo druhou vlastnost elektrického přechodu. Elektrický přechod může být přechod elektron-díra, přechod kov-polovodič nebo heteropřechod.

Oblast krystalu diodového polovodiče, která má vyšší koncentraci nečistot (a tedy většinových nosičů náboje), se nazývá emitor a druhá s nižší koncentrací se nazývá báze. Strana diody, ke které je při přímém připojení připojen záporný pól zdroje energie, se často nazývá katoda a druhá strana se nazývá anoda.

Podle účelu se diody dělí na:

1. usměrňovače (výkonové), určené k přeměně střídavého napětí z průmyslových frekvenčních napájecích zdrojů na stejnosměrné napětí;

2. Zenerovy diody (referenční diody) určené ke stabilizaci napětí , mající na zpětné větvi charakteristiky proud-napětí úsek se slabou závislostí napětí na protékajícím proudu:

3. varikapy určené k použití jako kapacitní řízené elektrickým napětím;

4. pulzní, konstruované pro práci ve vysokorychlostních pulzních obvodech;

5. tunelové a reverzní, určené k zesilování, generování a spínání vysokofrekvenčních oscilací;

6. ultravysokofrekvenční, určené pro konverzi, přepínání a generování ultravysokofrekvenčních oscilací;

7. LED diody určené k přeměně elektrického signálu na světelnou energii;

8. fotodiody určené k přeměně světelné energie na elektrický signál.

Systém a seznam parametrů obsažených v technických popisech a charakterizujících vlastnosti polovodičových diod jsou voleny s ohledem na jejich fyzikální a technologické vlastnosti a rozsah použití. Ve většině případů jsou důležité informace o jejich statických, dynamických a limitních parametrech.

Statické parametry charakterizují chování zařízení při stejnosměrném proudu, dynamické parametry charakterizují jejich časově-frekvenční vlastnosti, limitní parametry určují oblast stabilního a spolehlivého provozu.

1.5. Proudově-napěťová charakteristika diody

Proudově napěťová charakteristika (voltampérová charakteristika) diody je podobná proudově napěťové charakteristice p-n-přechod a má dvě větve – vpřed a vzad.

Proudově napěťová charakteristika diody je na obrázku 5.

Pokud je dioda zapnuta v dopředném směru ("+" - do oblasti R, a „-“ – do oblasti n), poté při dosažení prahového napětí U Poté se dioda otevře a protéká jí stejnosměrný proud. Po opětovném zapnutí ("-" do oblasti R, a „+“ – do oblasti n) diodou protéká nepatrný zpětný proud, to znamená, že dioda je vlastně zavřená. Můžeme tedy uvažovat, že dioda propouští proud pouze v jednom směru, což umožňuje její použití jako usměrňovací prvek.

Hodnoty dopředného a zpětného proudu se liší o několik řádů a pokles napětí v propustném směru nepřesahuje několik voltů ve srovnání se zpětným napětím, které může být stovky nebo více voltů. Usměrňovací vlastnosti diod jsou lepší, čím nižší je zpětný proud při daném zpětném napětí a tím nižší je úbytek napětí při daném propustném proudu.

Parametry proudově-napěťové charakteristiky jsou: dynamický (diferenciální) odpor diody proti střídavému proudu a statický odpor proti stejnosměrnému proudu.

Statický odpor diody proti stejnosměrnému proudu v propustném a zpětném směru vyjadřuje vztah:

, (2)

Kde U A já specifikujte konkrétní body na charakteristice proudového napětí diody, při kterých se vypočítá odpor.

Dynamický střídavý odpor určuje změnu proudu diodou se změnou napětí v blízkosti zvoleného pracovního bodu na charakteristice diody:

. (3)

Protože typická I-V charakteristika diody má sekce se zvýšenou linearitou (jedna na propustné větvi, jedna na zpětné větvi), r d se vypočítá jako poměr malého přírůstku napětí na diodě k malému přírůstku proudu přes diodu v daném režimu:

. (4)

K odvození výrazu pro r d, je vhodnější brát proud jako argument já a uvažujte napětí jako funkci a logaritmováním rovnice (1) ji přiveďte do tvaru:

. (5)

. (6)

Z toho vyplývá, že s rostoucím dopředným proudem r d rychle klesá, protože když je dioda zapnuta přímo já>>já S .

V lineárním úseku charakteristiky proud-napětí, když je dioda připojena přímo, je statický odpor vždy větší než dynamický odpor: R st > r d. Při opětovném rozsvícení diody R Svatý r d.

Elektrický odpor diody v propustném směru je tedy mnohem menší než v opačném směru. Proto má dioda jednosměrnou vodivost a používá se k usměrnění střídavého proudu.

Diody jsou často označovány jako "dopředné" a "reverzní". S čím to souvisí? Jaký je rozdíl mezi „dopřednou“ diodou a „reverzní“ diodou?

Co je to "dopředná" dioda?

Dioda je polovodič, který má 2 vývody, a to anodu a katodu. Používá se ke zpracování různé způsoby elektrické signály. Například za účelem jejich narovnání, stabilizace, přeměny.

Zvláštností diody je, že propouští proud pouze v jednom směru. V opačném směru - ne. To je možné díky skutečnosti, že struktura diody obsahuje 2 typy polovodičových oblastí, které se liší vodivostí. První podmíněně odpovídá anodě, která má kladný náboj, jehož nosiči jsou tzv. otvory. Druhá je katoda, která má záporný náboj, jejími nosiči jsou elektrony.

Dioda může pracovat ve dvou režimech:

• OTEVŘENO;
• ZAVŘENO

V prvním případě proud prochází diodou dobře. Ve druhém režimu - s obtížemi.

Diodu můžete otevřít přímým připojením. Chcete-li to provést, musíte připojit kladný vodič ze zdroje proudu k anodě a záporný vodič ke katodě.

Stejnosměrné napětí lze také nazývat napětí diody. Neoficiálně samotné polovodičové zařízení. Není to tedy „přímé“, ale připojení k němu nebo napětí. Ale pro snazší pochopení je v elektrotechnice samotná dioda často označována jako „přímá“.

Co je to "flyback" dioda?

Polovodič je uzavřen přivedením zpětného napětí. Chcete-li to provést, musíte změnit polaritu vodičů ze zdroje proudu. Stejně jako v případě propustné diody je generováno zpětné napětí. Analogicky s předchozím scénářem se samotná dioda také nazývá „reverzní“.

Srovnání

Hlavní rozdíl mezi „dopřednou“ diodou a „reverzní“ diodou je ve způsobu dodávání proudu do polovodiče. Pokud se použije k otevření diody, polovodič se stane „rovným“. Pokud se změní polarita vodičů ze zdroje proudu, polovodič se uzavře a stane se „reverzním“.

Po zvážení rozdílu mezi „dopřednou“ diodou a „reverzní“ diodou uvedeme hlavní závěry v tabulce.

Datum zveřejnění: 23.12.2017

Víte, co je zpětné napětí?

Reverzní napětí

Zpětné napětí je typ energetického signálu, který vzniká při obrácení polarity elektrického proudu. Toto napětí se často vyskytuje, když je na diodu aplikována obrácená polarita, což způsobuje, že dioda reaguje tak, že pracuje v opačném směru. Tato reverzní funkce může také vytvořit průrazné napětí uvnitř diody, protože to často přeruší obvod, na který je napětí přivedeno.

Zpětné napětí nastane, když je zdroj připojení napájecího signálu k obvodu přiveden obráceným způsobem. To znamená, že zdroj kladného vodiče je připojen k zemi nebo zápornému vodiči obvodu a naopak. Tento přenos napětí často není zamýšlen, protože většina elektrických obvodů není schopna napětí zvládnout.

Když je na obvod nebo diodu přivedeno minimální napětí, může to způsobit, že obvod nebo dioda budou fungovat obráceně. To může způsobit reakci, jako je nesprávné otáčení motoru ventilátoru skříně. V takových případech bude prvek nadále fungovat.

Když je napětí aplikované na obvod příliš velké, signál pro přijímací obvod se nazývá průrazné napětí. Pokud vstupní signál, který byl obrácen, překročí povolené napětí pro udržení obvodu, obvod může být poškozen nad rámec zbytku použitelného obvodu. Bod, ve kterém je obvod poškozen, se vztahuje k hodnotě průrazného napětí. Toto průrazné napětí má několik dalších názvů, reverzní špičkové napětí nebo reverzní průrazné napětí.

Zpětné napětí může způsobit průrazné napětí, které také ovlivňuje činnost ostatních součástí obvodu. Kromě škodlivých diod a funkcí obvodu zpětného napětí se může stát také špičkou zpětného napětí. V takových případech obvod nemůže obsahovat množství vstupního výkonu ze signálu, který byl obrácen, a může vytvořit průrazné napětí mezi izolátory.

Toto průrazné napětí, které se může vyskytnout na součástech obvodu, může způsobit poruchu součástek nebo izolátorů vodičů. To je může změnit na signální vodiče a poškodit obvod tím, že vede napětí do různých částí obvodu, které by ho neměly přijímat, což způsobuje nestabilitu v celém obvodu. To může způsobit napěťové oblouky mezi součástmi, které mohou být také dostatečně silné, aby zapálily různé součásti obvodu a způsobily požár.

Navigace příspěvku

Zdravý

Rekonstrukce interiérů

Během životního cyklu budovy jsou v určitých obdobích nutné renovační práce, aby se interiér aktualizoval. Modernizace je nutná i tehdy, když design či funkčnost interiéru zaostává za moderní dobou.

Vícepodlažní konstrukce

V Rusku je více než 100 milionů bytových jednotek a většina z nich jsou „rodinné domy“ nebo chaty. Ve městech, na předměstích a na venkově jsou vlastní domy velmi běžným typem bydlení.
Praxe projektování, výstavby a provozu budov je nejčastěji kolektivním úsilím různých skupin odborníků a profesí. V závislosti na velikosti, složitosti a účelu konkrétního stavebního projektu může projektový tým zahrnovat:
1. Realitní developer, který zajišťuje financování projektu;
Jedna nebo více finančních institucí nebo jiných investorů, kteří poskytují financování;
2. Místní plánovací a řídící orgány;
3. Služba, která provádí ALTA/ACSM a stavební průzkumy v průběhu projektu;
4. Manažeři budov, kteří koordinují úsilí různých skupin účastníků projektu;
5. licencovaní architekti a inženýři, kteří navrhují budovy a připravují stavební dokumentaci;