Bestämning av den maximala backspänningen för dioder. Aktuell rättelse

Hej kära läsare av sajten sesaga.ru. I den första delen av artikeln kom vi på vad en halvledare är och hur ström uppstår i den. Idag kommer vi att fortsätta ämnet vi startade och prata om driftsprincipen för halvledardioder.

En diod är en halvledarenhet med en enda pn-övergång, med två terminaler (anod och katod), och designad för likriktning, detektering, stabilisering, modulering, begränsning och omvandling elektriska signaler.

På mitt sätt funktionellt syfte dioder är indelade i likriktare, universaldioder, pulsdioder, mikrovågsdioder, zenerdioder, varicaps, switchade, tunneldioder, etc.

Teoretiskt vet vi att en diod passerar ström i en riktning och inte i den andra. Men hur och på vilket sätt han gör detta vet och förstår inte många.

Schematiskt kan en diod representeras som en kristall bestående av två halvledare (regioner). En region av kristallen har ledningsförmåga av p-typ, och den andra har ledningsförmåga av n-typ.

I figuren avbildas hål som dominerar i p-typområdet konventionellt som röda cirklar, och elektroner som dominerar i n-typområdet visas i blått. Dessa två områden är diodens elektroder anod och katod:

Anod är den positiva elektroden på en diod, där huvudladdningsbärarna är hål.

Katoden är den negativa elektroden på dioden, i vilken de huvudsakliga laddningsbärarna är elektroner.

Kontaktmetallskikt appliceras på ytterytorna av områdena, till vilka ledarna för diodelektroderna är lödda. En sådan enhet kan bara vara i ett av två tillstånd:

1. Öppna - när den leder ström väl; 2. Stängd - när den leder ström dåligt.

Direkt anslutning av dioden. Likström.

Om du ansluter en konstant spänningskälla till diodens elektroder: till anodens "plus"-terminal och till katodens "minus"-terminal, kommer dioden att vara i öppet tillstånd och en ström kommer att flyta genom den , vars storlek kommer att bero på den applicerade spänningen och egenskaperna hos dioden.

Med en sådan anslutningspolaritet kommer elektroner från n-typområdet att rusa mot hålen i p-typområdet, och hål från p-typområdet kommer att röra sig mot elektronerna i n-typområdet. Vid gränsytan mellan regionerna, kallad elektron-hål eller p-n-övergång, kommer de att mötas, där deras ömsesidiga absorption eller rekombination sker.

Till exempel. Majoriteten av laddningsbärarna i n-typ-området, elektroner, som övervinner p-n-övergången, går in i p-typ-hålområdet, där de blir minoriteter. Efter att ha blivit minoritetselektroner kommer de att absorberas av majoritetsbärare i hålområdet - hål. På samma sätt blir hål som kommer in i den elektroniska regionen av n-typ minoritetsladdningsbärare i denna region, och kommer också att absorberas av majoritetsbärarna - elektroner.

En diodkontakt ansluten till den negativa polen av en konstant spänningskälla kommer att ge upp ett nästan obegränsat antal elektroner till n-typområdet, vilket fyller på minskningen av elektroner i denna region. Och kontakten som är ansluten till spänningskällans positiva pol kan acceptera samma antal elektroner från p-typområdet, på grund av vilket koncentrationen av hål i p-typområdet återställs. Alltså konduktivitet p-n korsning kommer att bli stort och motståndet mot strömmen blir litet, vilket innebär att en ström kommer att flyta genom dioden, kallad framåtströmmen för dioden Ipr.

Omvänd anslutning av dioden. Omvänd ström.

Låt oss ändra polariteten för konstantspänningskällan - dioden kommer att vara i stängt tillstånd.

I det här fallet kommer elektroner i n-typsområdet att röra sig mot strömkällans positiva pol, flytta sig bort från p-n-övergången, och hål i p-typområdet kommer också att röra sig bort från p-n-övergången, röra sig mot den negativa strömkällans pol. Som ett resultat kommer gränsen för regionerna att tyckas expandera, vilket skapar en zon utarmad av hål och elektroner, vilket kommer att ge stort motstånd mot strömmen.

Men eftersom minoritetsladdningsbärare finns i varje område av dioden, kommer ett litet utbyte av elektroner och hål mellan regionerna fortfarande att inträffa. Därför kommer en ström som är många gånger mindre än framåtströmmen att flyta genom dioden, och en sådan ström kallas diodens bakåtström (Irev). Som regel, i praktiken, försummas den omvända strömmen av p-n-övergången, och från detta drar vi slutsatsen att p-n-övergången endast har envägskonduktivitet.

Diodspänning framåt och bakåt.

Spänningen vid vilken dioden öppnar och framåtströmmen flyter genom den kallas framåt (Upr), och den omvänd polaritetsspänningen vid vilken dioden stänger och bakåtström flyter genom den kallas omvänd (Urev).

Vid framspänning (Upr) överstiger diodens resistans inte flera tiotals ohm, men vid omvänd spänning (Urev) ökar resistansen till flera tiotals, hundratals och till och med tusentals kiloohm. Detta är inte svårt att verifiera om du mäter diodens omvända resistans med en ohmmeter.

Resistansen i diodens p-n-övergång är inte konstant och beror på framspänningen (Upr) som tillförs dioden. Ju större denna spänning, desto mindre motstånd p-n-övergången har, desto större ström Ipr flyter genom dioden. I det stängda tillståndet faller nästan all spänning över dioden, därför är den omvända strömmen som passerar genom den liten och resistansen i p-n-övergången är hög.

Till exempel. Om du ansluter en diod till kretsen växelström, då kommer den att öppna vid positiva halvcykler vid anoden, fritt passera framåtström (Ipr), och stänga vid negativa halvcykler vid anoden, nästan utan att passera ström i motsatt riktning - backström (Ibr). Dessa egenskaper hos dioder används för att omvandla växelström till likström, och sådana dioder kallas likriktardioder.

Strömspänningskarakteristik för en halvledardiod.

Beroendet av strömmen som passerar genom pn-övergången på storleken och polariteten hos spänningen som appliceras på den visas i form av en kurva som kallas diodens ström-spänningskarakteristik.

Grafen nedan visar en sådan kurva. Längs den vertikala axeln i den övre delen indikeras värdena för framåtströmmen (Ipr) och i den nedre delen - den omvända strömmen (Irev). Den horisontella axeln på höger sida indikerar värdena på framåtriktat spänning Upr, och till vänster - den omvända spänningen (Urev).

Ström-spänningskarakteristiken består av två grenar: den främre grenen, i den övre högra delen, motsvarar den framåtgående (pass) strömmen genom dioden, och den omvända grenen, i den nedre vänstra delen, motsvarar den omvända (stängda) ström genom dioden.

Den framåtgående grenen går brant uppåt, trycker mot den vertikala axeln, och kännetecknar den snabba tillväxten av framåtströmmen genom dioden med en ökning av framåtspänningen. Den omvända grenen löper nästan parallellt med den horisontella axeln och kännetecknar den långsamma tillväxten av dioden. Omvänd ström. Ju brantare den främre grenen är mot den vertikala axeln och ju närmare den omvända grenen är den horisontella, desto bättre är diodens likriktande egenskaper. Närvaron av en liten omvänd ström är en nackdel med dioder. Från ström-spänningskarakteristiken är det tydligt att diodens framåtström (Ipr) är hundratals gånger större än backströmmen (Irev).

När framspänningen över pn-övergången ökar, ökar strömmen initialt långsamt, och sedan börjar en del av snabb strömtillväxt. Detta förklaras av det faktum att en germaniumdiod öppnar och börjar leda ström vid en framspänning på 0,1 - 0,2V och en kiseldiod vid 0,5 - 0,6V.

Till exempel. Vid en framspänning Upr = 0,5V är framströmmen Ipr lika med 50mA (punkt "a" på grafen), och redan vid en spänning Upr = 1V ökar strömmen till 150mA (punkt "b" på grafen).

Men en sådan ökning av strömmen leder till uppvärmning av halvledarmolekylen. Och om mängden värme som genereras är större än den som tas bort från kristallen naturligt, eller med hjälp speciella enheter kylning (radiatorer), då kan irreversibla förändringar ske i ledarmolekylen, upp till förstörelsen av kristallgittret. Därför är framströmmen för p-n-övergången begränsad till en nivå som förhindrar överhettning av halvledarstrukturen. För att göra detta, använd ett begränsningsmotstånd anslutet i serie med dioden.

För halvledardioder överstiger inte framspänningen Upr vid alla driftströmmar: för germaniumdioder - 1V; för kiseldioder - 1,5V.

Med en ökning av den omvända spänningen (Urev) applicerad på p-n-övergången, ökar strömmen något, vilket framgår av den omvända grenen av ström-spänningskarakteristiken. Låt oss ta en diod med parametrarna: Urev max = 100V, Irev max = 0,5 mA, där:

Urev max – maximal konstant backspänning, V; Irev max – maximal backström, µA.

Med en gradvis ökning av backspänningen till ett värde av 100V kan du se hur lätt backströmmen ökar (punkt "c" på grafen). Men med en ytterligare ökning av spänningen, över det maximala för vilket diodens p-n-övergång är utformad, sker en kraftig ökning av den omvända strömmen (streckad linje), uppvärmning av halvledarkristallen och, som ett resultat, nedbrytning av p-n-övergång uppstår.

Avbrott i p-n-korsningen.

Nedbrytning av en pn-övergång är fenomenet med en kraftig ökning av backströmmen när backspänningen når ett visst kritiskt värde. Det finns elektriska och termiska avbrott i p-n-övergången. I sin tur är elhaveriet uppdelat i tunnel- och lavinhaveri.

Elektriskt haveri.

Elektriskt haveri uppstår som ett resultat av exponering för ett starkt elektriskt fält i en pn-övergång. En sådan nedbrytning är reversibel, det vill säga den skadar inte korsningen, och när den omvända spänningen minskar bevaras diodens egenskaper. Till exempel. Zenerdioder - dioder designade för att stabilisera spänningen - fungerar i detta läge.

Tunnelhaveri.

Tunnelnedbrytning uppstår som ett resultat av fenomenet tunneleffekt, vilket visar sig i det faktum att med en stark elektrisk fältstyrka som verkar i en p-n-övergång med liten tjocklek, tränger (läcker) vissa elektroner genom övergången från p-typen region till n-typ regionen utan att ändra deras energi. Tunn p-növergångar är möjliga endast vid en hög koncentration av föroreningar i halvledarmolekylen.

Beroende på diodens effekt och syfte kan tjockleken på elektron-hålsövergången variera från 100 nm (nanometer) till 1 mikrometer (mikrometer).

Tunnelnedbrytning kännetecknas av en kraftig ökning av backströmmen vid en obetydlig backspänning - vanligtvis flera volt. Tunneldioder fungerar baserat på denna effekt.

På grund av deras egenskaper används tunneldioder i förstärkare, generatorer av sinusformade avslappningsoscillationer och kopplingsanordningar vid frekvenser på upp till hundratals och tusentals megahertz.

Lavinsammanbrott.

Lavinnedbrytning är att under påverkan av ett starkt elektriskt fält accelereras minoritetsladdningsbärare under påverkan av värme i en p-n-övergång så mycket att de kan slå ut en av dess valenselektroner från atomen och kasta in den i ledningen band och bildar därigenom ett elektron-hål-par. De resulterande laddningsbärarna kommer också att börja accelerera och kollidera med andra atomer och bilda följande elektron-hålpar. Processen får en lavinliknande karaktär, vilket leder till en kraftig ökning av backströmmen vid praktiskt taget konstant spänning.

Dioder som använder lavinbrytningseffekten används i kraftfulla likriktare som används inom metallurgisk och kemisk industri, järnvägstransporter och andra elektriska produkter där en högre backspänning än tillåtet kan uppstå.

Termiskt sammanbrott.

Termisk nedbrytning uppstår som ett resultat överhettning p-növergången i det ögonblick som en stor ström flyter genom den och med otillräcklig värmeavlägsnande, vilket inte säkerställer stabiliteten hos övergångens termiska regim.

När den omvända spänningen (Urev) som appliceras på p-n-övergången ökar, ökar effektförlusten vid övergången. Detta leder till en ökning av temperaturen på övergången och de intilliggande områdena av halvledaren, vibrationerna hos kristallatomerna ökar och bindningen av valenselektroner med dem försvagas. Det finns en möjlighet att elektroner rör sig in i ledningsbandet och bildandet av ytterligare elektron-hålpar. Under dåliga förhållanden för värmeöverföring från pn-övergången uppstår en lavinliknande temperaturökning, vilket leder till förstörelse av korsningen.

Låt oss avsluta här, och i nästa del ska vi titta på design och drift av likriktardioder och en diodbrygga. Lycka till!

Källa:

1. Borisov V.G - Ung radioamatör. 19852. Goryunov N.N. Nosov Yu.R - Halvledardioder. Parametrar, mätmetoder. 1968

sesaga.ru

Grundläggande parametrar för dioder, framåtdiodström, omvänd diodspänning

Huvudparametrarna för dioderna är den framåtriktade diodströmmen (Ipr) och den maximala omvända diodspänningen (Urev). Det är dessa du behöver veta om uppgiften är att utveckla en ny likriktare för en strömkälla.

Framåt diodström

Den framåtriktade diodströmmen kan enkelt beräknas om den totala strömmen som belastningen på det nya nätaggregatet kommer att dra är känd. Sedan, för att säkerställa tillförlitlighet, är det nödvändigt att öka detta värde något och du får en ström för vilken du måste välja en diod för likriktaren. Till exempel måste strömförsörjningen tåla en ström på 800 mA. Därför väljer vi en diod vars framåtdiodström är 1A.

Diod omvänd spänning

Den maximala omvända spänningen för en diod är en parameter som inte bara beror på värdet på AC-ingångsspänningen utan också på typen av likriktare. För att förklara detta uttalande, överväg följande figurer. De visar alla grundläggande likriktarkretsar.

Ris. 1

Som vi sa tidigare är spänningen vid utgången av likriktaren (vid kondensatorn) lika med den effektiva spänningen för transformatorns sekundärlindning multiplicerat med √2. I en halvvågslikriktare (fig. 1), när spänningen vid diodanoden är på en positiv potential i förhållande till jord, laddas filterkondensatorn till en spänning som är 1,4 gånger den effektiva spänningen vid likriktaringången. Under nästa halvcykel är spänningen vid diodens anod negativ i förhållande till jord och når amplitudvärdet, och vid katoden är den positiv i förhållande till jord och har samma värde. Under denna halvcykel appliceras en omvänd spänning på dioden, som erhålls på grund av seriekopplingen av transformatorlindningen och den laddade filterkondensatorn. De där. Diodens omvända spänning får inte vara mindre än dubbelt så stor som amplitudspänningen hos transformatorns sekundära eller 2,8 gånger högre än dess effektiva värde. Vid beräkning av sådana likriktare är det nödvändigt att välja dioder med en maximal backspänning 3 gånger högre än det effektiva värdet för växelspänningen.

Ris. 2

Figur 2 visar en helvågslikriktare med en mittpunktsutgång. I den, som i den föregående, måste dioder väljas med en omvänd spänning 3 gånger högre än det effektiva ingångsvärdet.

Ris. 3

Situationen är annorlunda i fallet med en helvågsbrygglikriktare. Som kan ses i fig. 3, i varje halvcykel, läggs dubbel spänning på två icke-ledande dioder kopplade i serie.

katod-anod.ru

Funktionsprincip och syfte för dioderna

En diod är en av de typer av enheter som är designade på halvledarbasis. Den har en p-n-övergång, samt anod- och katodterminaler. I de flesta fall är den designad för modulering, likriktning, konvertering och andra åtgärder med inkommande elektriska signaler.

Funktionsprincip:

1. En elektrisk ström verkar på katoden, värmaren börjar glöda och elektroden börjar avge elektroner.
2. Ett elektriskt fält bildas mellan de två elektroderna.
3. Om anoden har en positiv potential, börjar den attrahera elektroner till sig själv, och det resulterande fältet är en katalysator denna process. I detta fall genereras en emissionsström.
4. Mellan elektroderna bildas en negativ rumsladdning, som kan störa elektronernas rörelse. Detta händer om anodpotentialen är för svag. I det här fallet kan några av elektronerna inte övervinna påverkan av den negativa laddningen, och de börjar röra sig i motsatt riktning och återvänder till katoden igen.
5. Alla elektroner som når anoden och inte återvänder till katoden bestämmer parametrarna för katodströmmen. Därför beror denna indikator direkt på den positiva anodpotentialen.
6. Flödet av alla elektroner som kunde ta sig till anoden kallas anodströmmen, vars indikatorer i dioden alltid motsvarar parametrarna för katodströmmen. Ibland kan båda indikatorerna vara noll; detta händer i situationer där anoden har en negativ laddning. I det här fallet accelererar fältet som uppstår mellan elektroderna inte partiklarna, utan tvärtom saktar ner dem och återför dem till katoden. Dioden i detta fall förblir i ett låst tillstånd, vilket leder till en öppen krets.

Enhet

Under är detaljerad beskrivning diodenheter, att studera denna information är nödvändig för att ytterligare förstå principerna för driften av dessa element:

1. Huset är en vakuumcylinder som kan vara gjord av glas, metall eller slitstarka keramiska materialvarianter.
2. Det finns 2 elektroder inuti cylindern. Den första är en uppvärmd katod, som är utformad för att säkerställa processen för elektronemission. Den enklaste katoden i design är en glödtråd med liten diameter, som värms upp under drift, men idag är indirekt uppvärmda elektroder vanligare. De är cylindrar gjorda av metall och har ett speciellt aktivt lager som kan sända ut elektroner.
3. Inuti den indirekt uppvärmda katoden finns ett specifikt element - en tråd, som lyser under påverkan av elektrisk ström, det kallas en värmare.
4. Den andra elektroden är anoden, den behövs för att ta emot elektronerna som frigjordes av katoden. För att göra detta måste den ha en potential som är positiv i förhållande till den andra elektroden. I de flesta fall är även anoden cylindrisk.
5. Båda elektroderna på vakuumanordningar är helt identiska med emittern och basen av halvledarelementen.
6. Kisel eller germanium används oftast för att göra en diodkristall. En av dess delar är elektriskt ledande av p-typ och har en brist på elektroner, som bildas genom en konstgjord metod. Den motsatta sidan av kristallen har också konduktivitet, men den är av n-typ och har ett överskott av elektroner. Det finns en gräns mellan de två regionerna, som kallas en p-n-övergång.

Sådana funktioner intern enhet dioder är utrustade med sin huvudsakliga egenskap - förmågan att leda elektrisk ström i endast en riktning.

Syfte

Nedan är de huvudsakliga tillämpningsområdena för dioder, från vilka deras huvudsakliga syfte blir tydligt:

1. Diodbryggor är 4, 6 eller 12 dioder anslutna till varandra, deras antal beror på typen av krets, som kan vara enfas, trefas halvbrygga eller trefas helbrygga. De utför funktionerna som likriktare; detta alternativ används oftast i bilgeneratorer, eftersom införandet av sådana broar, såväl som användningen av borstsamlarenheter med dem, har gjort det möjligt att avsevärt minska storleken av denna enhet och öka dess tillförlitlighet. Om kopplingen görs i serie och i en riktning ökar detta den minimispänning som krävs för att låsa upp hela diodbryggan.
2. Dioddetektorer erhålls genom att kombinera dessa enheter med kondensatorer. Detta är nödvändigt så att det är möjligt att isolera lågfrekvent modulering från olika modulerade signaler, inklusive den amplitudmodulerade variationen av radiosignalen. Sådana detektorer är en del av designen av många hushållsapparater, såsom tv-apparater eller radioapparater.
3. Säkerställande av skydd av konsumenter från felaktig polaritet vid inkoppling av kretsingångar från förekommande överbelastningar eller omkopplare från genombrott av elektromotorisk kraft som uppstår under självinduktion, vilket uppstår när den induktiva lasten stängs av. För att säkerställa säkerheten hos kretsar från överbelastningar som uppstår används en kedja som består av flera dioder kopplade till matningsbussarna i motsatt riktning. I detta fall måste ingången till vilken skyddet tillhandahålls vara ansluten till mitten av denna kedja. Under normal drift av kretsen är alla dioder i ett stängt tillstånd, men om de har upptäckt att ingångspotentialen har gått över de tillåtna spänningsgränserna aktiveras ett av skyddselementen. På grund av detta begränsas denna tillåtna potential inom den tillåtna matningsspänningen i kombination med ett direkt spänningsfall på skyddsanordningen.
4. Diodbaserade omkopplare används för att växla högfrekventa signaler. Ett sådant system styrs med hjälp av likström, högfrekvent separation och tillförsel av en styrsignal, vilket uppstår på grund av induktans och kondensatorer.
5. Skapande av diodgnistskydd. Shuntdiodbarriärer används, som ger säkerhet genom att begränsa spänningen i motsvarande elektriska krets. I kombination med dem används strömbegränsande motstånd, som är nödvändiga för att begränsa den elektriska strömmen som passerar genom nätverket och öka skyddsgraden.

Användningen av dioder i elektronik idag är mycket utbredd, eftersom praktiskt taget ingen modern typ av elektronisk utrustning klarar sig utan dessa element.

Direkt diodanslutning

Diodens p-n-övergång kan påverkas av spänning som tillförs från externa källor. Indikatorer som storlek och polaritet kommer att påverka dess beteende och den elektriska ström som leds genom den.

Nedan överväger vi i detalj alternativet där den positiva polen är ansluten till p-typområdet och den negativa polen till n-typsområdet. I det här fallet kommer direktväxling att ske:

1. Under påverkan av spänning från en extern källa kommer ett elektriskt fält att bildas i p-n-övergången, och dess riktning kommer att vara motsatt det interna diffusionsfältet.
2. Fältspänningen kommer att minska avsevärt, vilket kommer att orsaka en kraftig avsmalning av blockeringsskiktet.
3. Under påverkan av dessa processer kommer ett betydande antal elektroner att kunna röra sig fritt från p-regionen till n-regionen, såväl som i motsatt riktning.
4. Driftströmindikatorerna under denna process förblir desamma, eftersom de direkt beror endast på antalet minoritetsladdade bärare som är belägna i området för pn-övergången.
5. Elektroner har en ökad diffusionsnivå, vilket leder till injicering av minoritetsbärare. Med andra ord, i n-regionen kommer det att ske en ökning av antalet hål, och i p-regionen kommer en ökad koncentration av elektroner att registreras.
6. Bristen på jämvikt och ett ökat antal minoritetsbärare gör att de går djupt in i halvledaren och blandas med dess struktur, vilket i slutändan leder till att dess elektriska neutralitetsegenskaper förstörs.
7. I det här fallet kan halvledaren återställa sitt neutrala tillstånd, detta sker på grund av mottagandet av laddningar från en ansluten extern källa, vilket bidrar till uppkomsten av likström i den externa elektriska kretsen.

Diod omvänd anslutning

Nu kommer vi att överväga en annan metod för att slå på, under vilken polariteten hos den externa källan från vilken spänningen överförs ändras:

1. Huvudskillnaden från direkt anslutning är att det skapade elektriska fältet kommer att ha en riktning som helt sammanfaller med riktningen för det interna diffusionsfältet. Följaktligen kommer barriärskiktet inte längre att smalna av, utan tvärtom expandera.
2. Fältet som ligger i pn-övergången kommer att ha en accelererande effekt på ett antal minoritetsladdningsbärare, av denna anledning kommer driftströmindikatorerna att förbli oförändrade. Det kommer att bestämma parametrarna för den resulterande strömmen som passerar genom pn-övergången.
3. När den omvända spänningen ökar, kommer den elektriska strömmen som flyter genom korsningen att tendera att nå sitt maximum. Den har ett speciellt namn - mättnadsström.
4. I enlighet med den exponentiella lagen, med en gradvis ökning av temperaturen, kommer mättnadsströmindikatorerna också att öka.

Fram- och bakåtspänning

Spänningen som påverkar dioden är uppdelad enligt två kriterier:

1. Likspänning är den där dioden öppnar och likström börjar flyta genom den, medan enhetens motstånd är extremt lågt.
2. Omvänd spänning är en som har omvänd polaritet och ser till att dioden stänger med omvänd ström som passerar genom den. Samtidigt börjar enhetens motståndsindikatorer att öka kraftigt och avsevärt.

Resistansen i en pn-övergång är en ständigt föränderlig indikator, främst påverkad av framåtspänningen som appliceras direkt på dioden. Om spänningen ökar kommer korsningsmotståndet att minska proportionellt.

Detta leder till en ökning av parametrarna för framåtströmmen som passerar genom dioden. När denna enhet är stängd appliceras praktiskt taget hela spänningen på den, av denna anledning är den omvända strömmen som passerar genom dioden obetydlig, och övergångsresistansen når toppparametrar.

Dioddrift och dess ström-spänningsegenskaper

Strömspänningskarakteristiken för dessa enheter förstås som en krökt linje som visar beroendet av den elektriska ström som flyter genom p-n-övergången på volymen och polariteten hos spänningen som verkar på den.

En sådan graf kan beskrivas på följande sätt:

1. Axeln är placerad vertikalt: det övre området motsvarar de främre strömvärdena, det nedre området motsvarar de omvända strömparametrarna.
2. Horisontell axel: Området till höger är för framåtspänningsvärden; område till vänster för omvänd spänningsparametrar.
3. Den direkta grenen av ström-spänningskarakteristiken reflekterar den elektriska ström som passerar genom dioden. Den är riktad uppåt och löper i omedelbar närhet av den vertikala axeln, eftersom den representerar ökningen i framåt elektrisk ström som uppstår när motsvarande spänning ökar.
4. Den andra (omvända) grenen motsvarar och visar tillståndet för den slutna elektriska strömmen, som också passerar genom enheten. Dess position är sådan att den löper praktiskt taget parallellt med den horisontella axeln. Ju brantare denna gren närmar sig vertikalen, desto högre är likriktningsförmågan hos en viss diod.
5. Enligt grafen kan det observeras att efter en ökning av framåtspänningen som strömmar genom p-n-övergången sker en långsam ökning av den elektriska strömmen. Men gradvis når kurvan ett område där ett hopp är märkbart, varefter en accelererad ökning av dess indikatorer inträffar. Detta beror på att dioden öppnar och leder ström vid framspänning. För enheter gjorda av germanium sker detta vid en spänning på 0,1V till 0,2V (maximalt värde 1V), och för kiselelement krävs ett högre värde från 0,5V till 0,6V (maximalt värde 1,5V).
6. Den indikerade ökningen av strömavläsningarna kan leda till överhettning av halvledarmolekyler. Om värmeavlägsnandet som uppstår på grund av naturliga processer och driften av radiatorer är mindre än nivån för dess frisättning, kan molekylernas struktur förstöras, och denna process kommer att vara irreversibel. Av denna anledning är det nödvändigt att begränsa framströmsparametrarna för att förhindra överhettning av halvledarmaterialet. För att göra detta läggs speciella motstånd till kretsen, kopplade i serie med dioderna.
7. Genom att undersöka den omvända grenen kan du märka att om den omvända spänningen som appliceras på pn-övergången börjar öka, är ökningen av strömparametrarna praktiskt taget omärkbar. Men i de fall där spänningen når parametrar som överskrider de tillåtna normerna, kan ett plötsligt hopp i den omvända strömmen inträffa, vilket kommer att överhetta halvledaren och bidra till den efterföljande nedbrytningen av p-n-övergången.

Grundläggande diodfel

Ibland misslyckas enheter av denna typ, detta kan uppstå på grund av naturlig avskrivning och åldrande av dessa element eller av andra skäl.

Totalt finns det tre huvudtyper av vanliga fel:

1. Nedbrytning av korsningen leder till det faktum att dioden, istället för en halvledarenhet, blir i huvudsak en mycket vanlig ledare. I detta tillstånd förlorar den sina grundläggande egenskaper och börjar passera elektrisk ström i absolut vilken riktning som helst. Ett sådant sammanbrott upptäcks lätt med hjälp av en vanlig multimeter, som börjar pipa och visar en låg resistansnivå i dioden.
2. När ett avbrott inträffar sker den omvända processen - enheten slutar i allmänhet att passera elektrisk ström i vilken riktning som helst, det vill säga den blir i huvudsak en isolator. För att exakt bestämma ett avbrott är det nödvändigt att använda testare med högkvalitativa och funktionsdugliga prober, annars kan de ibland felaktigt diagnostisera detta fel. I legeringshalvledarvarianter är en sådan uppdelning extremt sällsynt.
3. En läcka under vilken förseglingen av enhetens kropp är bruten, som ett resultat av vilken den inte kan fungera korrekt.

Fördelning av p-n-övergång

Sådana sammanbrott inträffar i situationer där den omvända elektriska strömmen börjar plötsligt och kraftigt öka, detta händer på grund av det faktum att spänningen av motsvarande typ når oacceptabla höga värden.

Det finns vanligtvis flera typer:

1. Termiska sammanbrott, som orsakas av en kraftig ökning av temperaturen och efterföljande överhettning.
2. Elektriska haverier som uppstår under påverkan av ström på korsningen.

Grafen över strömspänningskarakteristiken låter dig visuellt studera dessa processer och skillnaden mellan dem.

Elektriskt haveri

Konsekvenserna av elektriska haverier är inte irreversibla, eftersom de inte förstör själva kristallen. Därför, med en gradvis minskning av spänningen, är det möjligt att återställa alla egenskaper och driftsparametrar för dioden.

Samtidigt är uppdelningar av denna typ indelade i två typer:

1. Tunnelavbrott inträffar när högspänning passerar genom smala korsningar, vilket gör att enskilda elektroner kan fly genom den. De uppstår vanligtvis om halvledarmolekyler innehåller ett stort antal olika föroreningar. Under ett sådant sammanbrott börjar den omvända strömmen att öka kraftigt och snabbt, och motsvarande spänning är på en låg nivå.
2. Lavintyper av sammanbrott är möjliga på grund av påverkan av starka fält som kan accelerera laddningsbärare till maximal nivå, på grund av vilken de slår ut ett antal valenselektroner från atomer, som sedan flyger in i det ledande området. Detta fenomen är av lavinartad karaktär, på grund av vilket den här typen haverier och fick detta namn.

Termiskt sammanbrott

Förekomsten av en sådan sammanbrott kan uppstå av två huvudorsaker: otillräcklig värmeavlägsnande och överhettning av p-n-övergången, vilket uppstår på grund av flödet av elektrisk ström genom den vid för höga hastigheter.

En ökning av temperaturen i övergången och närliggande områden orsakar följande konsekvenser:

1. Tillväxten av vibrationer av atomerna som utgör kristallen.
2. Elektroner som kommer in i det ledande bandet.
3. En kraftig ökning av temperaturen.
4. Förstörelse och deformation av kristallstrukturen.
5. Fullständigt fel och haveri av hela radiokomponenten.

slarkenergy.ru

Likriktardiod | Volt-info

Figur 1. Strömspänningskarakteristik för en likriktardiod.

Ström-spänningskarakteristik för en likriktardiod

I figuren innehåller den första kvadranten den främre grenen och den tredje - den omvända grenen av diodkarakteristiken. Den direkta grenen av karakteristiken tas bort under inverkan av framåtspänning, den omvända grenen, respektive när den omvända spänningen appliceras på dioden. Framspänningen på dioden är den spänning vid vilken en högre elektrisk potential bildas vid katoden i förhållande till anoden, och om vi talar på teckenspråk - vid katoden minus (-), vid anoden plus (+), som visas i figur 2.

Figur 2. Krets för att studera ström-spänningsegenskaperna för en diod när den är direkt ansluten.

Figur 1 visar följande symboler:

Iр – diodens driftsström;

Ud – spänningsfall över dioden;

Uо – diod omvänd spänning;

Upr – genomslagsspänning;

Iу – läckström, eller omvänd ström för dioden.

Begrepp och beteckningar av egenskaper

Diodens driftsström (Ip) är en likström som passerar genom dioden under lång tid, under vilken enheten inte utsätts för irreversibel temperaturförstöring och dess egenskaper inte genomgår betydande kvalitativa förändringar. I referensböcker kan det anges som likström. Spänningsfall över dioden (Ud) är spänningen vid diodterminalerna som uppstår när en likström passerar genom den. I referensböcker kan det betecknas som framspänning på dioden.

Likström flyter när dioden ansluts direkt.

Diod omvänd spänning (U®) är den tillåtna omvända spänningen på dioden, applicerad på den under lång tid, vid vilken irreversibel förstörelse av dess p-n-övergång inte inträffar. I referenslitteratur kan det kallas maximal backspänning.

Genombrottsspänning (Upr) är den omvända spänningen på dioden, vid vilken irreversibel elektrisk nedbrytning av p-n-övergången inträffar, och som ett resultat fel på enheten.

Diodbackström, eller läckström (Iу) är en omvänd ström som inte orsakar irreversibel förstörelse (nedbrytning) av diodens p-n-övergång under lång tid.

När du väljer likriktardioder styrs de vanligtvis av ovanstående egenskaper.

Dioddrift

Finesser arbeta p-növergång, ett ämne för en separat artikel. Låt oss förenkla problemet och överväga diodens funktion ur envägskonduktivitetens perspektiv. Och så fungerar dioden som en ledare när den är ansluten framåt, och som en dielektrikum (isolator) när den är ansluten bakåt. Betrakta de två kretsarna i figur 3.

Figur 3. Omvänd (a) och framåt (b) anslutning av dioden.

Figuren visar två versioner av samma krets. I figur 3 (a) säkerställer läget för omkopplarna S1 och S2 elektrisk kontakt mellan diodanoden och strömkällans minus, och katoden genom HL1-glödlampan med plus. Som vi redan har bestämt är detta den omvända anslutningen av dioden. I detta läge kommer dioden att bete sig som ett elektriskt isolerande element, den elektriska kretsen kommer att vara praktiskt taget öppen och lampan tänds inte.

Vid ändring av positionen för kontakterna S1 och S2, figur 3 (b), tillhandahålls elektrisk kontakt mellan anoden på dioden VD1 och strömkällans plus, och katoden genom glödlampan med minus. I det här fallet är villkoret för direkt omkoppling av dioden uppfyllt, den "öppnar" och lastströmmen (lampan) flyter genom den, som genom en ledare.

Om du precis har börjat studera elektronik kan du bli lite förvirrad av komplexiteten hos switcharna i figur 3. Rita en analogi utifrån den givna beskrivningen, baserat på de förenklade diagrammen i figur 4. Den här övningen låter dig förstå och orientera dig lite angående principen om konstruktion och läsning elektriska diagram.

Figur 4. Diagram över omvänd och direkt anslutning av en diod (förenklat).

I figur 4 säkerställs ändringen i polaritet vid diodterminalerna genom att ändra diodens position (genom att vända den).

Enkelriktad diodledning

Figur 5. Spänningsdiagram före och efter likriktardioden.

Låt oss villkorligt anta att den elektriska potentialen för omkopplare S2 alltid är lika med 0. Då kommer spänningsskillnaden –US1-S2 och +US1-S2 att appliceras på diodens anod, beroende på positionen för omkopplarna S1 och S2. Ett diagram över en sådan rektangulär växelspänning visas i figur 5 (översta diagrammet). När spänningsskillnaden vid diodens anod är negativ är den låst (fungerar som ett isolerande element), medan ingen ström flyter genom HL1-lampan och den brinner inte, och spänningen över lampan är nästan noll. När spänningsskillnaden är positiv slås dioden på (fungerar som en elektrisk ledare) och ström flyter genom diod-lampseriens krets. Lampspänningen ökar till UHL1. Denna spänning är något lägre än nätspänningen eftersom en del av spänningen faller över dioden. Av denna anledning kallas spänningsskillnader ibland för "spänningsfall" inom elektronik och elektroteknik. De där. i det här fallet, om lampan betraktas som en belastning, kommer det att finnas en belastningsspänning över den och ett spänningsfall över dioden.

Perioder med negativ spänningsskillnad ignoreras så att säga av dioden, avbryts och ström flyter genom lasten endast under perioder med positiv spänningsskillnad. Denna omvandling av växelspänning till unipolär (pulserande eller direkt) kallas likriktning.

volt-info.ru

1. Halvledardioder, funktionsprincip, egenskaper:

SEMICONDUCTOR DIODE - en halvledarenhet med två elektroder som har envägsledningsförmåga. Halvledardioder inkluderar en bred grupp enheter med p-n-övergångar, metall-halvledarkontakter etc. De vanligaste är elektriskt konverterande halvledardioder. Tjäna till att transformera och generera elektriska vibrationer. En av de viktigaste moderna elektroniska apparater. Funktionsprincipen för en halvledardiod: Funktionsprincipen för en halvledardiod är baserad på egenskaperna hos elektron-hålsövergången, i synnerhet den starka asymmetrin hos ström-spänningskarakteristiken i förhållande till noll. På så sätt skiljer man mellan direkt och omvänd koppling. När den är direktansluten har dioden lågt elektriskt motstånd och leder ström bra. På motsatt sätt - vid en spänning mindre än genombrottsspänningen är motståndet mycket högt och strömmen blockerad. Egenskaper:

2. Halvledardioder, direkt och omvänd anslutning, spänning:

Direkt och omvänd anslutning:

När en p-n-övergång är direkt ansluten skapar en extern spänning ett fält i korsningen som är motsatt i riktning mot det interna diffusionsfältet. Styrkan hos det resulterande fältet minskar, vilket åtföljs av en förträngning av blockeringsskiktet. Som ett resultat kan ett stort antal majoritetsladdningsbärare diffust röra sig in i den angränsande regionen (driftströmmen ändras inte, eftersom den beror på antalet minoritetsbärare som uppträder vid övergångens gränser), dvs. en resulterande ström kommer att flyta genom korsningen, främst bestäms av diffusionskomponenten. Diffusionsströmmen beror på potentialbarriärens höjd och ökar exponentiellt när den minskar.

Ökad diffusion av laddningsbärare genom korsningen leder till en ökning av koncentrationen av hål i n-typområdet och elektroner i p-typområdet. Denna ökning i minoritetsbärarkoncentration på grund av påverkan av en extern spänning som appliceras på kopplingen kallas minoritetsbärarinjektion. Minoritetsbärare utan jämvikt diffunderar djupt in i halvledaren och stör dess elektriska neutralitet. Återställandet av halvledarens neutrala tillstånd sker på grund av ankomsten av laddningsbärare från en extern källa. Detta är orsaken till förekomsten av ström i den externa kretsen, kallad direkt.

När en pn-övergång slås på i omvänd riktning skapar en extern backspänning ett elektriskt fält som sammanfaller i riktning med diffusionsfältet, vilket leder till en ökning av potentialbarriären och en ökning av spärrskiktets bredd. Allt detta minskar diffusionsströmmarna för majoritetsbärarna. För minoritetsbärare förblir fältet i pn-övergången accelererande, och därför ändras inte driftströmmen.

Således kommer en resulterande ström att flyta genom korsningen, huvudsakligen bestämd av minoritetsbärardriftströmmen. Eftersom antalet drivande minoritetsbärare inte beror på den applicerade spänningen (det påverkar bara deras hastighet), så tenderar strömmen genom korsningen till gränsvärdet IS, vilket kallas mättnadsströmmen, när den omvända spänningen ökar. Ju högre koncentration av donator- och acceptorföroreningar, desto lägre är mättnadsströmmen, och med ökande temperatur växer mättnadsströmmen exponentiellt.

Grafen visar ström-spänningsegenskaperna för framåt- och bakåtkoppling av dioden. De säger också framåt och bakåt för ström-spänningskarakteristiken. Den direkta grenen (Ipr och Upr) visar egenskaperna för dioden när den är ansluten direkt (det vill säga när "plus" appliceras på anoden). Den omvända grenen (Irev och Urev) visar diodens egenskaper när den slås på i omvänd riktning (det vill säga när "minus" appliceras på anoden).

Den blå tjocka linjen är kännetecknet för en germanium (Ge) diod, och den svarta tunna linjen är kännetecknet för en kisel (Si) diod. Figuren visar inte måttenheter för ström- och spänningsaxlarna, eftersom de beror på det specifika diodmärket.

Till att börja med, låt oss definiera, som för alla platt koordinatsystem, fyra koordinatvinklar (kvadranter). Låt mig påminna dig om att den första kvadranten anses vara den som ligger längst upp till höger (det vill säga där vi har bokstäverna Ge och Si). Därefter räknas kvadranterna moturs.

Så våra II och IV kvadranter är tomma. Det beror på att vi bara kan slå på dioden på två sätt - framåt eller bakåt. En situation är omöjlig när till exempel en omvänd ström flyter genom en diod och den samtidigt slås på i framåtriktningen, eller med andra ord, det är omöjligt att samtidigt applicera både "plus" och "minus" till en utgång. Mer exakt är det möjligt, men då blir det en kortslutning. Det finns bara två fall kvar att överväga: direktanslutning av en diod och omvänd anslutning av en diod.

Den direkta anslutningsgrafen ritas i den första kvadranten. Detta visar att ju högre spänning, desto större ström. Dessutom, upp till en viss punkt, ökar spänningen snabbare än strömmen. Men sedan inträffar en vändpunkt, och spänningen förblir nästan oförändrad, men strömmen börjar öka. För de flesta dioder sker denna vändpunkt i intervallet 0,5...1 V. Det är denna spänning som sägs "falla" över dioden. Dessa 0,5...1 V är spänningsfallet över dioden. En långsam ökning av strömmen till en spänning på 0,5...1V innebär att det i denna sektion praktiskt taget ingen ström flyter genom dioden, även i framåtriktningen.

Den omvända växlingsgrafen ritas i den tredje kvadranten. Av detta kan man se att över ett betydande område förblir strömmen nästan oförändrad, och ökar sedan som en lavin. Om du till exempel ökar spänningen till flera hundra volt, kommer denna höga spänning att "bryta igenom" dioden och ström kommer att flyta genom dioden. Men "nedbrytning" är en oåterkallelig process (för dioder). Det vill säga, en sådan "nedbrytning" kommer att leda till utbränning av dioden och den kommer antingen att helt sluta passera ström i vilken riktning som helst, eller vice versa - den kommer att passera ström i alla riktningar.

Egenskaperna för specifika dioder indikerar alltid den maximala omvända spänningen - det vill säga den spänning som dioden kan motstå utan "nedbrytning" när den slås på i motsatt riktning. Detta måste beaktas när man utvecklar enheter som använder dioder.

Genom att jämföra egenskaperna hos kisel- och germaniumdioder kan vi dra slutsatsen att i p-n-korsningarna av en kiseldiod är framåt- och bakåtströmmarna mindre än i en germaniumdiod (vid samma spänningsvärden vid terminalerna). Detta beror på att kisel har ett större bandgap och för att elektroner ska flytta från valensbandet till ledningsbandet måste de ges mer extra energi.

studfiles.net

Den maximala backspänningen på dioderna bestäms av formeln

Urev. max = 1,045 Uav.

I ett antal praktiska tillämpningar används tyristoromvandlare för att likrikta växelström och smidigt kontrollera den effekt som överförs till lasten. Samtidigt gör små styrströmmar det möjligt att styra stora lastströmmar.

Ett exempel på den enklaste effektstyrda tyristorlikriktaren visas i fig. 7.10.

Ris. 7.10. Tyristorlikriktarkrets

I fig. Figur 7.11 visar tidsdiagram som förklarar principen för att reglera medelvärdet för den likriktade spänningen.

Ris. 7.11. Tidsdiagram för tyristorlikriktardrift

I denna krets antas det att inspänningen Uin för en justerbar tyristor genereras till exempel av en helvågslikriktare. Om styrpulser Uу med tillräcklig amplitud tillförs i början av varje halvcykel ( område o-a på Uout-diagrammet), kommer utspänningen att upprepa spänningen för helvågslikriktaren. Om du flyttar styrpulserna till mitten av varje halvcykel, kommer utpulserna att ha en varaktighet lika med en fjärdedel av halvcykeln (avsnitt b-c). Ytterligare förskjutning av styrpulserna kommer att leda till en ytterligare minskning av utgångspulsernas medelamplitud (avsnitt d – e).

Således, genom att applicera kontrollpulser på tyristorn som är fasförskjutna i förhållande till inspänningen, kan du omvandla en sinusformad spänning (ström) till en sekvens av pulser av valfri varaktighet, amplitud och polaritet, det vill säga du kan ändra den effektiva värdet på spänningen (strömmen) inom ett brett område.

7.3 Utjämningsfilter

De övervägda likriktningskretsarna gör det möjligt att erhålla en unipolär pulserande spänning, som inte alltid är tillämplig för att driva komplexa elektroniska enheter, eftersom de på grund av stora pulsationer leder till instabilitet i deras drift.

För att avsevärt minska rippel används utjämningsfilter. Den viktigaste parametern för utjämningsfiltret är utjämningskoefficienten S, bestämd av formeln S=1/2, där 1 och 2 är rippelkoefficienterna vid filtrets ingång respektive utgång. Rippelfaktorn visar hur många gånger filtret minskar rippel. I praktiska kretsar kan rippelfaktorn vid filterutgången nå värden på 0,00003.

Huvudelementen i filter är reaktiva element - kapacitans och induktans (chokes). Låt oss först överväga funktionsprincipen för det enklaste anti-aliasing-filtret, vars diagram visas i fig. 7.12.

Ris. 7.12. Krets av det enklaste utjämningsfiltret med en halvvågslikriktare

I denna krets utförs utjämning av spänningen över belastningen efter en halvvågsdiodlikriktare VD med hjälp av en kondensator C kopplad parallellt med belastningen Rн.

Tidsdiagram som förklarar funktionen av ett sådant filter visas i fig. 7.13. I sektionen t1 – t2 öppnar inspänningen dioden och laddar kondensatorn. När inspänningen börjar minska stänger dioden med spänningen som samlats på kondensatorn Uc (sektion t1 - t2). Under detta intervall kopplas inspänningskällan från kondensatorn och belastningen, och kondensatorn laddas ur genom belastningsmotståndet Rн.

Ris. 7.13. Tidsdiagram för filterdrift med en halvvågslikriktare

Om kapacitansen är tillräckligt stor, kommer urladdningen av kapacitansen genom Rн att ske med en stor tidskonstant =RнС, och därför kommer minskningen av spänningen på kondensatorn att vara liten, och utjämningseffekten kommer att vara betydande. Å andra sidan, ju större kapacitans, desto kortare segment t1 - t2 under vilket dioden är öppen och ström i flyter genom den, ökar (för en given genomsnittlig belastningsström) när skillnaden t2 - t1 minskar. Detta driftsätt kan leda till fel på likriktardioden och är dessutom ganska tungt för transformatorn.

Vid användning av helvågslikriktare minskar mängden rippel vid utgången av det kapacitiva filtret, eftersom kondensatorn är mindre under tiden mellan uppkomsten av pulser, vilket är väl illustrerat i fig. 7.14.

Ris. 7.14. Fullvågslikriktare Ripple Smoothing

För att beräkna storleken på rippel vid utgången av ett kapacitivt filter, kommer vi att approximera rippeln av utgångsspänningen med hjälp av en sågtandsströmkurva, som visas i fig. 7.15.

Ris. 7.15. Ripple spänning approximation

Förändringen i laddningen på kondensatorn ges av uttrycket

∆Q=∆UC=I nT1,

där T1 är pulsationsperioden, In är medelvärdet för belastningsströmmen. Med hänsyn till det faktum att IN = Иср/ Rн får vi

Från fig. 7.15 följer att

i detta fall bestäms den dubbla amplituden av pulsationerna av uttrycket

Induktiva filter har också utjämningsegenskaper, och de bästa utjämningsegenskaperna finns i filter som innehåller induktans och kapacitans kopplade som visas i Fig. 7.16.

Ris. 7.16. Anti-aliasing filter med induktans och kapacitans

I denna krets väljs kondensatorns kapacitans så att dess reaktans är betydligt mindre än belastningsresistansen. Fördelen med ett sådant filter är att det minskar värdet på ingångsrippeln ∆U till ett värde där ω är rippelfrekvensen.

I praktiken har olika typer av F-formade och U-formade filter blivit utbredda, vars konstruktionsalternativ presenteras i fig. 7.17.

Vid låga belastningsströmmar fungerar den F-formade likriktaren som visas i fig. bra. 7.16.

Ris. 7.17. Filterkonstruktionsalternativ

I de mest kritiska scheman används flerlänksfiltreringskretsar (fig. 7.17 d).

Ofta ersätts induktorn med resistorer, vilket något minskar kvaliteten på filtreringen, men avsevärt minskar kostnaden för filter (Fig. 7.17 b, c).

Den huvudsakliga yttre egenskapen hos likriktare med ett filter är beroendet av medelvärdet för utspänningen Uav (lastspänning) på medelvärdet av utströmmen.

I de betraktade kretsarna leder en ökning av utströmmen till en minskning av Uav på grund av en ökning av spänningsfallet över transformatorlindningarna, dioderna, ledningstrådarna och filterelementen.

Lutningen för den yttre karakteristiken vid en given medelström bestäms genom utgångsmotståndet Rout, bestämt av formeln:

Icр – set. Ju mindre värdet på Rout är, desto mindre beror utspänningen på utströmmen, desto bättre är likriktarkretsen med ett filter. I fig. Figur 7.18 visar typiska beroenden av Uav på Iav för olika filtreringsalternativ.

Ris. 7.18. Typiska beroenden av Uav på Iav för olika filtreringssystem

studfiles.net

Vad är omvänd spänning? - Invändig renoveringskonstruktion

Omvänd spänning

Omvänd spänning är en typ av energisignal som skapas när polariteten hos en elektrisk ström vänds. Denna spänning uppstår ofta när omvänd polaritet appliceras på en diod, vilket får dioden att reagera genom att arbeta i motsatt riktning. Denna omvända funktion kan också skapa en genombrottsspänning i dioden, eftersom detta ofta bryter kretsen till vilken spänningen appliceras.

Omvänd spänning uppstår när kraftsignalanslutningskällan till en krets appliceras på ett inverterat sätt. Detta innebär att den positiva ledningskällan är ansluten till kretsens jord eller negativa ledare och vice versa. Denna spänningsöverföring är ofta inte avsedd, eftersom de flesta elektriska kretsar inte kan hantera spänningar.

När lägsta spänning appliceras på en krets eller diod kan det göra att kretsen eller dioden fungerar i omvänd riktning. Detta kan orsaka en reaktion som att boxens fläktmotor vrider sig felaktigt. Elementet kommer att fortsätta att fungera i sådana fall.

När mängden spänning som appliceras på en krets är för stor, kallas signalen för den mottagande kretsen emellertid genombrottsspänning. Om insignalen som har vänts överskrider den tillåtna spänningen för kretsen att upprätthålla, kan kretsen skadas utöver resten av det användbara. Den punkt där kretsen skadas hänvisar till genombrottsspänningsvärdet. Denna genombrottsspänning har ett par andra namn, omvänd toppspänning eller omvänd genombrottsspänning.

Omvänd spänning kan orsaka genombrottsspänning, vilket också påverkar funktionen hos andra kretskomponenter. Utöver de skadliga dioderna och funktionerna för omvänd spänningskrets kan det också bli en omvänd spänningstopp. I sådana fall kan kretsen inte innehålla mängden ineffekt från signalen som har vänts och kan skapa en genombrottsspänning mellan isolatorerna.

Denna genombrottsspänning, som kan uppstå över kretskomponenter, kan orsaka haveri av komponenter eller trådisolatorer. Detta kan förvandla dem till signalledare och skada kretsen genom att leda spänning till olika delar av kretsen som inte ska ta emot den, vilket orsakar instabilitet i hela kretsen. Detta kan orsaka spänningsbågar från komponent till komponent, som också kan vara tillräckligt kraftfulla för att antända olika kretskomponenter och orsaka brand.

TT-system i elinstallationer med spänning upp till 1000V

Publiceringsdatum: 2017-12-23

Vet du vad backspänning är?

Omvänd spänning

Omvänd spänning är en typ av energisignal som skapas när polariteten hos en elektrisk ström vänds. Denna spänning uppstår ofta när omvänd polaritet appliceras på en diod, vilket får dioden att reagera genom att arbeta i motsatt riktning. Denna omvända funktion kan också skapa en genombrottsspänning i dioden, eftersom detta ofta bryter kretsen till vilken spänningen appliceras.

Omvänd spänning uppstår när kraftsignalanslutningskällan till en krets appliceras på ett inverterat sätt. Detta innebär att den positiva ledningskällan är ansluten till kretsens jord eller negativa ledare och vice versa. Denna spänningsöverföring är ofta inte avsedd, eftersom de flesta elektriska kretsar inte kan hantera spänningar.

När lägsta spänning appliceras på en krets eller diod kan det göra att kretsen eller dioden fungerar i omvänd riktning. Detta kan orsaka en reaktion som att boxens fläktmotor vrider sig felaktigt. Elementet kommer att fortsätta att fungera i sådana fall.

När mängden spänning som appliceras på en krets är för stor, kallas signalen för den mottagande kretsen emellertid genombrottsspänning. Om insignalen som har vänts överskrider den tillåtna spänningen för kretsen att upprätthålla, kan kretsen skadas utöver resten av det användbara. Den punkt där kretsen skadas hänvisar till genombrottsspänningsvärdet. Denna genombrottsspänning har ett par andra namn, omvänd toppspänning eller omvänd genombrottsspänning.

Omvänd spänning kan orsaka genombrottsspänning, vilket också påverkar funktionen hos andra kretskomponenter. Utöver de skadliga dioderna och funktionerna för omvänd spänningskrets kan det också bli en omvänd spänningstopp. I sådana fall kan kretsen inte innehålla mängden ineffekt från signalen som har vänts och kan skapa en genombrottsspänning mellan isolatorerna.

Denna genombrottsspänning, som kan uppstå över kretskomponenter, kan orsaka haveri av komponenter eller trådisolatorer. Detta kan förvandla dem till signalledare och skada kretsen genom att leda spänning till olika delar av kretsen som inte ska ta emot den, vilket orsakar instabilitet i hela kretsen. Detta kan orsaka spänningsbågar från komponent till komponent, som också kan vara tillräckligt kraftfulla för att antända olika kretskomponenter och orsaka brand.

Postnavigering

Friska

Renovering invändig konstruktion

Under en byggnads livscykel krävs renoveringsarbeten under vissa perioder för att uppdatera inredningen. Modernisering är också nödvändig när inredning eller funktionalitet släpar efter modern tid.

Flervåningskonstruktion

Det finns mer än 100 miljoner bostäder i Ryssland, och de flesta av dem är "enfamiljshus" eller stugor. I städer, förorter och på landsbygden är egna hem en mycket vanlig boendetyp.
Praxis med att designa, bygga och driva byggnader är oftast en kollektiv ansträngning mellan olika grupper av yrkesverksamma och yrkesgrupper. Beroende på storleken, komplexiteten och syftet med ett visst byggprojekt kan projektgruppen inkludera:
1. Fastighetsutvecklaren som tillhandahåller finansiering för projektet;
En eller flera finansiella institutioner eller andra investerare som tillhandahåller finansiering;
2. Lokala planerings- och ledningsorgan;
3. Service som utför ALTA/ACSM och byggundersökningar under hela projektet;
4. Byggnadschefer som samordnar olika grupper av projektdeltagares insatser;
5. Licensierade arkitekter och ingenjörer som ritar byggnader och förbereder bygghandlingar;

Egenskaper och parametrar för likriktare och universella dioder

Likriktardioder används för att likrikta lågfrekvent växelström. De likriktande egenskaperna hos dessa dioder är baserade på principen om envägskonduktivitet för elektron-hål p-och-övergångar.

Universaldioder används i olika elektronisk utrustning som hög- och lågfrekventa växelriktare, multiplikatorer och frekvensomvandlare, detektorer för stora och små signaler, etc. Omfånget av driftströmmar och spänningar för likriktare och universella dioder är mycket brett, därför är de produceras med både punkt- och plana pn-övergångar i halvledarstrukturen med ytor från tiondels kvadratmillimeter till flera kvadratcentimeter. Vanligtvis använder universella dioder korsningar med små ytor och kapacitanser, men med relativt höga värden på framåtströmmar och omvända spänningar. Dessa krav uppfylls av spets-, mikrolegerade plana och mesaplanära dioder. Karakteristiken och parametrarna för universella dioder är desamma som för likriktardioder.

Volt-ampere egenskaper(volt-spänningskarakteristik) för likriktardioder uttrycker beroendet av strömmen som passerar genom dioden av värdet och polariteten för den likspänning som appliceras på den. Den direkta grenen av karakteristiken visar beroendet av strömmen genom dioden med likspänningen genom polariteten hos den applicerade spänningen. Styrkan på framåtströmmen beror exponentiellt på den framåtspänning som appliceras på dioden och kan nå stora värden med ett litet (ca 0,3 - 1 V) spänningsfall över dioden.

Den omvända grenen av karakteristiken motsvarar den icke-ledande strömriktningen genom dioden med omvänd polaritet för spänningen som appliceras på dioden. Den omvända strömmen (sektion OD) beror något på den applicerade backspänningen. Vid en relativt hög backspänning (punkt B på karakteristiken) inträffar elektriskt genombrott av p-n-övergången, vid vilken backströmmen snabbt ökar, vilket kan leda till termiskt genombrott och skador på dioden. När temperaturen stiger kommer den termiska strömmen och genereringsströmmen för laddningsbärare i korsningen att öka, vilket kommer att leda till en ökning av framåt- och bakåtströmmar och en förskjutning av diodens egenskaper.

Diodernas egenskaper och utbytbarhet bedöms utifrån deras parametrar. Huvudparametrarna inkluderar strömmar och spänningar förknippade med ström-spänningskarakteristiken Dioder används i både AC- och DC-kretsar. Därför, för att utvärdera egenskaperna hos dioder, tillsammans med parametrarna, används differentialparametrar som karakteriserar deras funktion på växelström.

Likriktad (lik)ström Ipr är strömmen (medelvärde per period) som passerar genom dioden, vilket säkerställer dess tillförlitliga och långsiktiga drift. Styrkan på denna ström begränsas av uppvärmning eller maximal effekt Pmax. Överskridande av framåtströmmen leder till termiskt genombrott och skador på dioden.

• Framåt spänningsfall UPr.Av - medelvärde över en period på dioden när den tillåtna framåtströmmen passerar genom den.
• Tillåten backspänning U0br är medelvärdet under den period då tillförlitlig och långvarig drift av dioden säkerställs. Överskridande av backspänningen leder till haveri och fel på dioderna. När temperaturen ökar minskar värdena för backspänningen och framåtströmmen.
• Omvänd ström Irev - medelvärde för perioden med omvänd ström vid en acceptabel Urev. Ju lägre backström desto bättre

Du är diodens likriktande egenskaper. En ökning av temperaturen för varje 10 °C leder till en ökning av backströmmen för germanium- och kiseldioder med 1,5 - 2 gånger eller mer.

Maximal konstant eller medeleffekten Pmax som förbrukas av en diod under en period, vid vilken dioden kan arbeta under lång tid utan att ändra dess parametrar. Denna effekt är summan av produkterna av strömmar och spänningar vid kopplingens framåt- och bakåtförspänningar, d.v.s. för de positiva och negativa halvcyklerna av växelströmmen. För högeffektsenheter som arbetar med god värmeavledning, Pmax = (Tp.max - Tk)/Rpk. För lågeffektsenheter som fungerar utan kylfläns,

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

Maximal korsningstemperatur Gp.max beror på halvledarens material (bandgap) och graden av dess dopning, d.v.s. på resistiviteten hos p-n-övergångsområdet - basen. Gp.max-intervallet för germanium ligger inom 80 - 110 °C och för kisel 150 - 220 °C.

Termisk resistans Rp.k mellan övergången och huset bestäms av temperaturskillnaden mellan korsningen Tpi-huset Tk och medeleffekten Ra som frigörs i övergången och är 1 - 3 ° C / W: Ra.K = (Ta - TK) / Pa. Den termiska resistansen Rn c mellan korsningen och omgivningen beror på temperaturskillnaden mellan korsningen Tp och miljön Tc. Sedan praktiskt taget RPK

Begränsningsläget för diodanvändning kännetecknas av den maximalt tillåtna backspänningen URev max, den maximala likriktarströmmen IPr max och den maximala kopplingstemperaturen TPmax. Med en ökning av frekvensen av växelspänningen som tillförs dioden försämras dess likriktande egenskaper. För att bestämma likriktardiodernas egenskaper specificeras vanligtvis arbetsfrekvensområdet Df eller den maximala likriktarfrekvensen fmax. Vid frekvenser större än fmax hinner inte minoritetsladdningsbärarna som ackumulerats under den framåtgående halvcykeln i basen att kompensera därför, under den omvända halvcykeln av den likriktade spänningen, förblir övergången framåtspänd under en tid (det vill säga den förlorar sina likriktande egenskaper). Denna egenskap manifesteras mer signifikant, ju större framåtströmpulsen är eller desto högre frekvensen på den tillförda växelspänningen. höga frekvenser shunteffekten av barriären och diffusionskapacitanserna för p-n-övergången börjar uppträda, vilket minskar dess likriktande egenskaper

Vid beräkning av likriktarläget används det statiska motståndet mot likström och dioders differentialresistans mot växelström

• Differentiell växelströmsresistans rdiff=dU/dI eller rDiff=ДU/ДI bestämmer förändringen i ström genom dioden när spänningen ändras nära den valda arbetspunkten på diodkarakteristiken. När spänningen slås på direkt, rdif Pr = 0,026/ /IPr och strömmen Ipr > 10 mA, uppgår den till flera ohm. Vid inkoppling av backspänningen är rdif pr stor (från tiotals kilo-ohm till flera mega- ohm). ohm).
• Statisk diodresistans mot likström rprd = Upr/Ipr, rrev d = Urev/Irev V I området för framåtströmmar rFor d>rdiff pr, och i området för backströmmar r0br d

Diodkapacitanser har en betydande inverkan på deras prestanda vid höga frekvenser och i pulsade lägen. Diodernas passdata ger vanligtvis den totala kapacitansen för dioden CD, som förutom spärr- och diffusionskapacitansen inkluderar kapacitansen för enhetens kropp. Denna kapacitans mäts mellan diodens externa strömledningar vid en given omkastning förspänning och strömfrekvens

Halvledardiod - Detta är en halvledarenhet med en p-n-övergång och två elektroder. Funktionsprincipen för en halvledardiod är baserad på fenomenet p-n-övergång, så för ytterligare studier av alla halvledarenheter behöver du veta hur det fungerar.

Likriktardiod (även kallad en ventil) är en typ av halvledardiod som tjänar till att omvandla växelström till likström.

Dioden har två terminaler (elektroder) anod och katod. Anoden är ansluten till p-skiktet, katoden till n-skiktet. När ett plus läggs på anoden och ett minus på anoden (direktanslutning av dioden), passerar dioden ström. Om ett minus appliceras på anoden och ett plus på katoden (omvänd anslutning av dioden), kommer det inte att gå någon ström genom dioden, detta kan ses från diodens volt-amperekarakteristika. Därför, när en växelspänning tillförs likriktardiodens ingång, passerar endast en halvvåg genom den.

Strömspänningskarakteristik (volt-amperekarakteristik) för dioden.

Strömspänningskarakteristiken för dioden visas i fig. I. 2. Den första kvadranten visar den direkta grenen av karakteristiken, som beskriver tillståndet för hög ledningsförmåga hos dioden med en framåtspänning pålagd på den, som är linjäriserad av en bitvis linjär funktion

u = Uo +R D i

där: u är spänningen på ventilen när ström i passerar; U 0 - tröskelspänning; R d - dynamiskt motstånd.

I den tredje kvadranten finns en omvänd gren av ström-spänningskarakteristiken, som beskriver tillståndet med låg konduktivitet när en omvänd spänning appliceras på dioden. I ett tillstånd med låg konduktivitet flyter praktiskt taget ingen ström genom halvledarstrukturen. Detta är dock bara sant upp till ett visst omvänd spänningsvärde. Med omvänd spänning, när den elektriska fältstyrkan i pn-övergången når cirka 10 s V/cm, kan detta fält ge mobila laddningsbärare - elektroner och hål, som ständigt uppträder genom hela volymen av halvledarstrukturen som ett resultat av termisk generering - Kinetisk energi tillräcklig för joniseringsneutrala kiselatomer. De resulterande hålen och ledningselektronerna accelereras i sin tur av elektriska p-n fältövergång och även jonisera neutrala kiselatomer. I detta fall uppstår en lavinliknande ökning av backströmmen, d.v.s. e. lavinhaveri.

Spänningen vid vilken en kraftig ökning av backström sker är kallad genomslagsspänning U 3 .

ÄMNE 3. HALVLEDARDIODER

En halvledardiod är en elektriskt omvandlande halvledarenhet med en elektrisk koppling och två terminaler, som använder egenskaperna pn-korsning A.

Halvledardioder är klassificerade:

1) efter ändamål: likriktare, högfrekventa och ultrahöga (HF- och mikrovågsdioder), puls-, halvledar-zenerdioder (referensdioder), tunneldioder, omvända dioder, varicaps, etc.;

2) enligt design och tekniska egenskaper: plan och punkt;

3) efter typ av källmaterial: germanium, kisel, arsenid-gallium, etc.

Figur 3.1 – Design av punktdioder

En punktdiod använder en germanium- eller kiselplatta med elektrisk ledningsförmåga av n-typ (Fig. 3.1), 0,1...0,6 mm tjock och 0,5...1,5 mm2 i area; En vässad tråd (nål) med en förorening avsatt på den kommer i kontakt med plattan. I det här fallet diffunderar föroreningar från nålen in i huvudhalvledaren, vilket skapar ett område med en annan typ av elektrisk ledningsförmåga. Således bildas en halvsfärisk pn-övergång i miniatyr nära nålen.

För att göra germaniumpunktdioder svetsas en volframtråd belagd med indium på en germaniumplatta. Indium är en acceptor för germanium. Den resulterande regionen av germanium av p-typ är emitter.

Kiselpunktsdioder är gjorda av kisel av n-typ och en tråd belagd med aluminium, som fungerar som en acceptor för kislet.

I plana dioder bildas en pn-övergång av två halvledare med olika typer av elektrisk ledningsförmåga, och korsningsarean för olika typer av dioder sträcker sig från hundradelar av en kvadratmillimeter till flera tiotals kvadratcentimeter (effektdioder).

Plana dioder tillverkas genom fusions- (fusing) eller diffusionsmetoder (Fig. 3.2).

Figur 3.2 – Design av plana dioder tillverkade med legering (a) och diffusionsmetod (b)

En droppe indium smälts samman i en platta av n-typ germanium vid en temperatur av cirka 500°C (Fig. 3.2, a), som, sammansmält med germanium, bildar ett lager av p-typ germanium. Området med elektrisk ledningsförmåga av p-typ har en högre föroreningskoncentration än huvudplattan och är därför en emitter. Blytrådar, vanligtvis gjorda av nickel, är lödda till huvudgermaniumplattan och till indiumplattan. Om germanium av p-typ tas som utgångsmaterial, smälts antimon in i det och sedan erhålls ett emitterande område av n-typ.

Diffusionsmetoden för att tillverka en p-n-övergång är baserad på det faktum att föroreningsatomer diffunderar in i huvudhalvledaren (Fig. 3.2, b). För att skapa ett p-skikt används diffusionen av ett acceptorelement (bor eller aluminium för kisel, indium för germanium) genom ytan av källmaterialet.

3.1 Likriktardioder

En likriktande halvledardiod är en halvledardiod utformad för att omvandla växelström till likström.

Likriktardioder är gjorda på basis av en pn-övergång och har två regioner, en av dem är lägre resistans (innehåller en högre föroreningskoncentration), och kallas emitter. Det andra området, basen, är mer motståndskraftigt (innehåller en lägre koncentration av föroreningar).

Driften av likriktardioder är baserad på egenskapen hos envägsledningsförmågan hos p-n-övergången, vilket ligger i det faktum att den senare leder ström väl (har låg resistans) när den är ansluten direkt och praktiskt taget inte leder ström (har en mycket hög motstånd) när den är ansluten omvänt.

Som bekant skapas diodens framåtström av de viktigaste, och den omvända strömmen skapas av icke-primära laddningsbärare. Koncentrationen av majoritetsladdningsbärare är flera storleksordningar högre än koncentrationen av icke-majoritetsbärare, vilket bestämmer diodens ventilegenskaper.

Huvudparametrarna för att likrikta halvledardioder är:

· framåtström av dioden Ipr, som är normaliserad vid en viss framåtspänning (vanligtvis Upr = 1...2V);

· högsta tillåtna framåtström Ipr max diod;

· den maximalt tillåtna backspänningen för dioden Urev max, vid vilken dioden fortfarande kan fungera normalt under lång tid;

· konstant backström Irev som flyter genom dioden vid en backspänning lika med Urev max;

· genomsnittlig likriktad ström Ivp.sr, som kan passera genom dioden under lång tid vid en acceptabel temperatur för dess uppvärmning;

· maximalt tillåten effekt Pmax som avges av dioden, vid vilken diodens specificerade tillförlitlighet säkerställs.

Enligt det högsta tillåtna värdet för den genomsnittliga likriktade strömmen delas dioder in i lågeffekt (Ivp.av £ 0,3A), medeleffekt (0,3A) 10A).

För att bibehålla prestanda hos en germaniumdiod bör dess temperatur inte överstiga +85°C. Kiseldioder kan fungera vid temperaturer upp till +150°C.

Figur 3.3 – Ändring av volt-ampere-egenskaperna för en halvledardiod beroende på temperatur: a – för en germaniumdiod; b – för en kiseldiod

Spänningsfallet vid passering av likström för germaniumdioder är DUpr = 0,3...0,6V, för kiseldioder - DUpr = 0,8...1,2V. Stora spänningsfall när likström passerar genom kiseldioder jämfört med likspänningsfall på germaniumdioder är förknippade med en högre potentiell barriärhöjd av p-n-övergångar bildade i kisel.

Med ökande temperatur minskar framåtspänningsfallet, vilket är förknippat med en minskning av potentialbarriärens höjd.

När en omvänd spänning appliceras på en halvledardiod, uppstår en liten omvänd ström i den, på grund av rörelsen av minoritetsladdningsbärare genom pn-övergången.

När temperaturen på pn-övergången ökar, ökar antalet minoritetsladdningsbärare på grund av övergången av vissa elektroner från valensbandet till ledningsbandet och bildandet av elektron-hålladdningsbärarpar. Därför ökar diodens omvända ström.

När en omvänd spänning på flera hundra volt appliceras på dioden blir det externa elektriska fältet i blockeringsskiktet så starkt att det kan dra elektroner från valensbandet in i ledningsbandet (zenereffekt). I det här fallet ökar den omvända strömmen kraftigt, vilket orsakar uppvärmning av dioden, en ytterligare ökning av strömmen och slutligen termisk nedbrytning (förstörelse) av p-n-övergången. De flesta dioder kan fungera tillförlitligt vid backspänningar som inte överstiger (0,7...0,8) Uprob.

Den tillåtna backspänningen för germaniumdioder når - 100...400V, och för kiseldioder - 1000...1500V.

I ett antal kraftfulla omvandlarinstallationer överstiger kraven på medelvärdet av framåtströmmen och backspänningen det nominella värdet av parametrarna för befintliga dioder. I dessa fall löses problemet genom parallell- eller seriekoppling av dioder.

Parallellkoppling av dioder används när det är nödvändigt att erhålla en framåtström som är större än begränsningsströmmen för en diod. Men om dioder av samma typ helt enkelt är parallellkopplade, kommer de, på grund av oöverensstämmelsen mellan de direkta grenarna av ström-spänningskarakteristiken, att vara olika belastade och i vissa kommer framströmmen att vara större än den begränsande. .

Bild 3.4 – Parallellkoppling av likriktardioder

För att utjämna strömmarna används dioder med en liten skillnad i de direkta grenarna av ström-spänningskarakteristiken (de är valda) eller utjämningsmotstånd med en resistans på enheter av ohm är anslutna i serie med dioderna. Ibland ingår ytterligare resistorer (fig. 3.4, c) med en resistans som är flera gånger större än diodernas direkta resistans, så att strömmen i varje diod huvudsakligen bestäms av resistansen Rd, d.v.s. Rd>>rpr vd. Värdet på Rd är hundratals ohm.

Seriekoppling av dioder används för att öka den totala tillåtna backspänningen. När den utsätts för backspänning flyter samma backström Irev genom dioder kopplade i serie. men på grund av skillnaden i de omvända grenarna av ström-spänningskarakteristiken kommer den totala spänningen att fördelas ojämnt över dioderna. En diod vars omvända gren av ström-spänningskarakteristiken är högre kommer att ha en högre spänning på den. Det kan vara högre än gränsen, vilket kommer att leda till nedbrytning av dioderna.

Bild 3.5 – Seriekoppling av likriktardioder

För att säkerställa att backspänningen fördelas jämnt mellan dioderna oavsett deras backresistans, shuntas dioder med resistorer. Resistanserna Rsh för motstånden måste vara desamma och väsentligt mindre än den minsta omvända resistansen för dioderna Rsh 3.2 Zenerdioder

En halvledarzenerdiod är en halvledardiod, vars spänning i området för elektriskt genombrott svagt beror på strömmen och som används för att stabilisera spänningen.

Halvledarzenerdioder använder egenskapen av en liten förändring i omvänd spänning vid p-n-övergången under ett elektriskt (lavin eller tunnel) haveri. Detta beror på det faktum att en liten ökning av spänningen vid pn-övergången i det elektriska genombrottsläget orsakar en mer intensiv generering av laddningsbärare och en betydande ökning av den omvända strömmen.

Lågspänningszenerdioder är gjorda på basis av kraftigt legerat (lågmotstånd) material. I det här fallet bildas en smal plan korsning, i vilken ett elektriskt genombrott i tunnel uppstår vid relativt låga backspänningar (mindre än 6V). Högspänningszenerdioder är gjorda på basis av lättlegerade (högresistans) material. Därför är deras funktionsprincip förknippad med lavinelektriskt haveri.

Huvudparametrar för zenerdioder:

· stabiliseringsspänning Ust (Ust = 1…1000V);

· minimum Ist mіn och maximum Ist max stabiliseringsströmmar (Ist mіn" 1,0...10 mA, Ist max "0,05...2,0A);

· maximalt tillåtet effektförlust Рmax;

· differentialresistans i stabiliseringssektionen rd = DUst/DIst, (rd" 0,5...200 Ohm);

temperaturkoefficient för spänning i stabiliseringssektionen:

TKU för en zenerdiod visar med vilken procentandel stabiliseringsspänningen kommer att ändras när halvledarens temperatur ändras med 1°C

(TKU= -0,5...+0,2%/°С).

Figur 3.6 – Volt-amperekarakteristik för zenerdioden och dess symboliska grafiska beteckning

Zenerdioder används för att stabilisera spänningarna hos nätaggregat, samt för att fixera spänningsnivåer i olika kretsar.

Lågspänningsstabilisering inom 0,3...1V kan uppnås genom att använda den direkta grenen av I-V-karakteristiken för kiseldioder. En diod där den direkta grenen av ström-spänningskarakteristiken används för att stabilisera spänningen kallas en stabistor. Det finns också dubbelsidiga (symmetriska) zenerdioder som har en symmetrisk ström-spänningskarakteristik i förhållande till origo.

Zenerdioder kan kopplas i serie, med den resulterande stabiliseringsspänningen lika med summan av zenerdiodspänningarna:

Ust = Ust1 + Ust2 +...

Parallell anslutning av zenerdioder är oacceptabelt, eftersom på grund av spridningen av egenskaper och parametrar för alla parallellkopplade zenerdioder, kommer ström endast att uppstå i en, som har den lägsta stabiliseringsspänningen Ust, vilket kommer att orsaka överhettning av zenerdioden.

3.3 Tunnel- och backdioder

En tunneldiod är en halvledardiod baserad på en degenererad halvledare, i vilken tunneleffekten leder till uppkomsten av en negativ differentialresistanssektion på ström-spänningskarakteristiken vid framspänning.

Tunneldioden är gjord av germanium eller galliumarsenid med mycket hög koncentration av föroreningar, d.v.s. med mycket låg resistivitet. Sådana halvledare med låg resistans kallas degenererade. Detta gör det möjligt att få en mycket smal pn-övergång. I sådana övergångar uppstår förutsättningar för relativt fri tunnling av elektroner genom en potentialbarriär (tunneleffekt). Tunneleffekten leder till uppkomsten av en sektion med negativt differentialmotstånd på den direkta grenen av diodens ström-spänningskarakteristik. Tunneleffekten är att vid en tillräckligt låg höjd av potentialbarriären kan elektroner tränga igenom barriären utan att ändra sin energi.

Huvudparametrar för tunneldioder:

· toppström Iп – framåtström vid maxpunkten för ström-spänningskarakteristiken;

· dalström Iв – framåtström vid minimipunkten för ström-spänningskarakteristiken;

· förhållandet mellan tunneldiodströmmar Iп/Iв;

· toppspänning Uп – framåtspänning som motsvarar toppströmmen;

· dalspänning Uв – framåtspänning som motsvarar dalströmmen;

· lösningsspänning Uрр.

Tunneldioder används för att generera och förstärka elektromagnetiska oscillationer, såväl som i höghastighetsomkopplings- och pulskretsar.

Figur 3.7 – Strömspänningskarakteristik för en tunneldiod

En omvänd diod är en diod baserad på en halvledare med en kritisk koncentration av föroreningar, där konduktiviteten vid omvänd spänning på grund av tunneleffekten är betydligt större än vid framspänning.

Principen för driften av en omvänd diod är baserad på användningen av tunneleffekten. Men i omvända dioder är koncentrationen av föroreningar lägre än i konventionella tunneldioder. Därför är kontaktpotentialskillnaden för omvända dioder mindre och tjockleken på pn-övergången är större. Detta leder till det faktum att under inverkan av likspänning skapas inte en likström i tunneln. Framströmmen i omvända dioder skapas genom insprutning av icke-majoritetsladdningsbärare genom p-n-övergången, dvs. likström är diffusion. När spänningen vänds, flyter en betydande tunnelström genom korsningen, skapad av elektronernas rörelse genom potentialbarriären från p-regionen till n-regionen. Arbetssektionen av ström-spänningskarakteristiken för en omvänd diod är den omvända grenen.

Således har omvända dioder en likriktande effekt, men deras passerande (ledande) riktning motsvarar omvänd anslutning, och den blockerande (icke-ledande) riktningen motsvarar direkt anslutning.

Figur 3.8 – Volt-ampere karakteristik för en omvänd diod

Omvända dioder används i pulsanordningar, och även som signalomvandlare (blandare och detektorer) i radiotekniska enheter.

3.4 Varicaps

En varicap är en halvledardiod som använder kapacitansens beroende av storleken på backspänningen och är avsedd att användas som ett element med elektriskt styrd kapacitans.

Halvledarmaterialet för tillverkning av varicaps är kisel.

Grundläggande parametrar för varicaps:

· nominell kapacitans Sv – kapacitans vid en given backspänning (Sv = 10...500 pF);

Kapacitetsöverlappningskoefficient; (Ks = 5...20) – förhållandet mellan varicap-kapacitanserna vid två givna värden för backspänningar.

Varicaps används ofta i olika kretsar för automatisk frekvensjustering och i parametriska förstärkare.

Figur 3.9 – Kapacitans-spänningskarakteristik för en varicap

3.5 Beräkning av elektriska kretsar med halvledardioder.

I praktiska kretsar är viss belastning, till exempel ett motstånd, ansluten till diodkretsen (fig. 3.10, a). Likström flyter när anoden har en positiv potential i förhållande till katoden.

Läget för dioden med en belastning kallas driftläge. Om dioden hade linjärt motstånd, skulle det inte vara svårt att beräkna strömmen i en sådan krets, eftersom kretsens totala resistans är lika med summan av diodens motstånd mot likström Ro och resistansen hos belastningsmotståndet Rн. Men dioden har ett olinjärt motstånd, och dess Ro-värde ändras när strömmen ändras. Därför görs den aktuella beräkningen grafiskt. Uppgiften är följande: värdena på E, Rn och diodens egenskaper är kända; det är nödvändigt att bestämma strömmen i kretsen I och spänningen på dioden Ud.

Figur 3.10

Diodkarakteristiken bör betraktas som en graf av någon ekvation som förbinder storheterna I och U. Och för resistans Rн är en liknande ekvation Ohms lag:

(3.1)

Så det finns två ekvationer med två okända I och U, och en av ekvationerna ges grafiskt. För att lösa ett sådant ekvationssystem måste du konstruera en graf av den andra ekvationen och hitta koordinaterna för skärningspunkten mellan de två graferna.

Ekvationen för motstånd Rн är en ekvation av första graden med avseende på I och U. Dess graf är en rät linje som kallas lastlinjen. Den är konstruerad med hjälp av två punkter på koordinataxlarna. För I= 0, från ekvation (3.1) får vi: E − U= 0 eller U= E, vilket motsvarar punkt A i fig. 3,10, b. Och om U= 0, då I= E/Rн. vi plottar denna ström på ordinataaxeln (punkt B). Vi drar en rät linje genom punkterna A och B, som är belastningslinjen. Koordinaterna för punkt D ger lösningen på problemet.

Det bör noteras att en grafisk beräkning av dioddriftsläget kan utelämnas om Rн >> Ro. I detta fall är det tillåtet att försumma diodens resistans och bestämma strömmen ungefär: I»E/Rн.

Den övervägda metoden för att beräkna likspänning kan tillämpas på amplitud eller momentana värden om källan ger växelspänning.

Eftersom halvledardioder leder ström bra i framåtriktningen och dåligt i motsatt riktning, används de flesta halvledardioder för att likrikta växelström.

Den enklaste kretsen för att likrikta växelström visas i fig. 3.11. Den är ansluten i serie med en källa för alternerande emf - e, en diod VD och ett belastningsmotstånd Rн. Denna krets kallas halvvåg.

Den enklaste likriktaren fungerar enligt följande. Under en halvcykel är spänningen för dioden direkt och en ström passerar, vilket skapar ett spänningsfall UR över motståndet Rн. Under nästa halvcykel vänds spänningen, det finns praktiskt taget ingen ström och UR = 0. Således passerar en pulserande ström genom dioden och belastningsmotståndet i form av pulser som varar en halv cykel. Denna ström kallas likriktad ström. Den skapar en likriktad spänning över motståndet Rн. Grafer i fig. 3.11, b illustrerar processerna i likriktaren.

Figur 3.11

Amplituden för de positiva halvvågorna på dioden är mycket liten. Detta förklaras av det faktum att när likström passerar sjunker det mesta av källspänningen över belastningsmotståndet Rн, vars resistans avsevärt överstiger diodens resistans. I detta fall

För konventionella halvledardioder är framspänningen inte mer än 1...2V. Låt till exempel källan ha en effektiv spänning E = 200V och . Om Up max = 2V, då URmax = 278V.

Med en negativ halvvåg av den tillförda spänningen finns det praktiskt taget ingen ström och spänningsfallet över motståndet Rн är noll. Hela källspänningen appliceras på dioden och är den omvända spänningen för den. Således är det maximala värdet för backspänningen lika med amplituden för källemf.

Det enklaste diagrammet för att använda en zenerdiod visas i fig. 3.12, a. Lasten (konsument) kopplas parallellt med zenerdioden. Därför, i stabiliseringsläge, när spänningen på zenerdioden är nästan konstant, kommer samma spänning att vara på lasten. Vanligtvis beräknas Rogr för mittpunkten T för zenerdiodens egenskaper.

Låt oss överväga fallet när E = const, och Rн varierar från Rн min till Rн max..

Värdet på Rolim kan hittas med följande formel:

(3.3)

där Iav = 0,5(Ist min+Ist max) – genomsnittlig zenerdiodström;

IN = Ust/Rн – belastningsström (vid Rн = const);

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

och Och .

Figur 3.12

Funktionen av kretsen i detta läge kan förklaras enligt följande. Eftersom Rogr är konstant och spänningsfallet över den, lika med (E − Ust), också är konstant, måste strömmen i Rogr, lika med (Ist + In.sr), vara konstant. Men det senare är endast möjligt om zenerdiodströmmen I och belastningsströmmen In ändras i samma utsträckning, men i motsatta riktningar. Till exempel, om In ökar, minskar strömmen I med samma belopp, och deras summa förblir oförändrad.

Låt oss överväga principen för driften av en zenerdiod med hjälp av exemplet på en krets bestående av en seriekopplad källa för variabel EMF - e, en zenerdiod VD och ett motstånd R (Fig. 3.13, a).

Under den positiva halvcykeln appliceras en omvänd spänning på zenerdioden, och upp till zenerdiodens genombrottsspänning appliceras all spänning på zenerdioden, eftersom strömmen i kretsen är noll. Efter elektriskt genombrott av zenerdioden förblir spänningen på zenerdioden VD oförändrad och hela den återstående spänningen från EMF-källan kommer att appliceras på motståndet R. Under den negativa halvcykeln slås zenerdioden på i ledande riktning , spänningsfallet över den är cirka 1V, och den återstående spänningen från EMF-källan appliceras på motståndet R.

En halvledardiod är en halvledarenhet med en elektrisk koppling och två terminaler, som använder en eller annan egenskap hos den elektriska kopplingen. Den elektriska övergången kan vara en elektron-hålövergång, en metall-halvledarövergång eller en heteroövergång.

Området av diodhalvledarkristallen som har en högre koncentration av föroreningar (och därför majoriteten av laddningsbärare) kallas emitter, och den andra, med en lägre koncentration, kallas bas. Den sida av dioden som strömkällans negativa pol är ansluten till när den är direkt ansluten kallas ofta katoden, och den andra kallas anoden.

Enligt deras syfte är dioder indelade i:

1. Likriktare (effekt), utformade för att omvandla växelspänning från industriella frekvensströmförsörjningar till likspänning.

2. Zenerdioder (referensdioder) utformade för att stabilisera spänningar , med på den omvända grenen av ström-spänningskarakteristiken en sektion med ett svagt spänningsberoende på den strömmande strömmen:

3. varicaps avsedda att användas som en kapacitans som styrs av elektrisk spänning.

4. puls, utformad för att fungera i höghastighetspulskretsar.

5. Tunnel och back, utformade för att förstärka, generera och koppla om högfrekventa svängningar.

6. Ultrahögfrekvens, designad för omvandling, omkoppling och generering av ultrahögfrekventa svängningar.

7. Lysdioder utformade för att omvandla en elektrisk signal till ljusenergi.

8. fotodioder, utformade för att omvandla ljusenergi till en elektrisk signal.

Systemet och listan över parametrar som ingår i de tekniska beskrivningarna och som karakteriserar egenskaperna hos halvledardioder väljs med hänsyn till deras fysiska och tekniska egenskaper och tillämpningsområde. I de flesta fall är information om deras statiska, dynamiska och gränsparametrar viktig.

Statiska parametrar kännetecknar enheters beteende vid likström, dynamiska parametrar kännetecknar deras tidsfrekvensegenskaper, gränsparametrar bestämmer området för stabil och tillförlitlig drift.

1.5. Strömspänningskarakteristik för dioden

Strömspänningskarakteristiken (volt-amperekarakteristik) för dioden liknar strömspänningskarakteristiken p-n-övergång och har två grenar – framåt och bakåt.

Diodens ström-spänningskarakteristik visas i figur 5.

Om dioden är påslagen i framåtriktningen ("+" - till området R, och "-" - till området n), sedan när tröskelspänningen nås U Då öppnas dioden och likström går genom den. När den slås på igen ("-" till området R, och “+” – till området n) en obetydlig backström flyter genom dioden, det vill säga dioden är faktiskt stängd. Därför kan vi överväga att dioden bara passerar ström i en riktning, vilket gör att den kan användas som ett likriktarelement.

Värdena på framåt- och bakåtströmmarna skiljer sig åt med flera storleksordningar, och framåtspänningsfallet överstiger inte några få volt jämfört med backspänningen, som kan vara hundratals eller mer volt. Diodernas likriktande egenskaper är bättre, ju lägre backströmmen är vid en given backspänning och desto lägre är spänningsfallet vid en given framström.

Parametrarna för ström-spänningskarakteristiken är: dynamiskt (differentiellt) motstånd hos dioden mot växelström och statiskt motstånd mot likström.

Diodens statiska motstånd mot likström i framåt- och bakåtriktningen uttrycks av förhållandet:

, (2)

Var U Och jag specificera specifika punkter på diodens ström-spänningskarakteristik vid vilka resistansen beräknas.

Dynamisk växelströmsresistans bestämmer förändringen i ström genom en diod med en spänningsändring nära en vald driftspunkt på diodkarakteristiken:

. (3)

Eftersom en typisk I-V-karaktäristik för en diod har sektioner med ökad linjäritet (en på den främre grenen, en på den omvända grenen), r d beräknas som förhållandet mellan en liten spänningsökning över dioden och en liten strömökning genom den i ett givet läge:

. (4)

Att härleda ett uttryck för r d, det är bekvämare att ta aktuell som ett argument jag, och betrakta spänningen som en funktion och ta logaritmen av ekvation (1), för den till formen:

. (5)

. (6)

Det följer med ökande framåtström r d minskar snabbt, sedan när dioden slås på direkt jag>>jag S .

I den linjära sektionen av ström-spänningskarakteristiken när dioden är ansluten direkt, är det statiska motståndet alltid större än det dynamiska motståndet: R st > r d. När du slår på dioden igen R st r d.

Således är diodens elektriska motstånd i riktning framåt mycket mindre än i riktning bakåt. Därför har dioden envägsledningsförmåga och används för att likrikta växelström.

Dioder kallas ofta för "framåt" och "bakåt". Vad är detta kopplat till? Vad är skillnaden mellan en "framåt" diod och en "omvänd" diod?

Vad är en "framåt" diod?

En diod är en halvledare som har 2 terminaler, nämligen anoden och katoden. Det används för bearbetning olika sätt elektriska signaler. Till exempel i syfte att räta ut, stabilisera, omvandla dem.

Det speciella med en diod är att den bara skickar ström i en riktning. I motsatt riktning - nej. Detta är möjligt på grund av det faktum att diodstrukturen innehåller 2 typer av halvledarregioner som skiljer sig i konduktivitet. Den första motsvarar villkorligt anoden, som har en positiv laddning, vars bärare är så kallade hål. Den andra är katoden, som har en negativ laddning, dess bärare är elektroner.

Dioden kan fungera i två lägen:

• öppen;
• stängd

I det första fallet flyter ström bra genom dioden. I det andra läget - med svårighet.

Du kan öppna dioden genom direktanslutning. För att göra detta måste du ansluta den positiva ledningen från strömkällan till anoden och den negativa ledningen till katoden.

Likspänning kan också kallas diodspänning. Inofficiellt själva halvledarenheten. Det är alltså inte det som är "direkt", utan kopplingen till den eller spänningen. Men för att underlätta förståelsen kallas själva dioden inom elektroteknik ofta för "direkt".

Vad är en "flyback"-diod?

Halvledaren stängs genom att i sin tur applicera omvänd spänning. För att göra detta måste du ändra polariteten på ledningarna från den aktuella källan. Som i fallet med en framåtdiod genereras en backspänning. I analogi med det tidigare scenariot kallas själva dioden också "omvänd".

Jämförelse

Den största skillnaden mellan en "framåt" diod och en "omvänd" diod är metoden för att mata ström till halvledaren. Om den används för att öppna dioden, blir halvledaren "rak". Om polariteten på ledningarna från strömkällan ändras, stänger halvledaren och blir "omvänd".

Efter att ha övervägt skillnaden mellan en "framåt" diod och en "omvänd" diod, kommer vi att återspegla de viktigaste slutsatserna i tabellen.

Publiceringsdatum: 2017-12-23

Vet du vad backspänning är?

Omvänd spänning

Omvänd spänning är en typ av energisignal som skapas när polariteten hos en elektrisk ström vänds. Denna spänning uppstår ofta när omvänd polaritet appliceras på en diod, vilket får dioden att reagera genom att arbeta i motsatt riktning. Denna omvända funktion kan också skapa en genombrottsspänning i dioden, eftersom detta ofta bryter kretsen till vilken spänningen appliceras.

Omvänd spänning uppstår när kraftsignalanslutningskällan till en krets appliceras på ett inverterat sätt. Detta innebär att den positiva ledningskällan är ansluten till kretsens jord eller negativa ledare och vice versa. Denna spänningsöverföring är ofta inte avsedd, eftersom de flesta elektriska kretsar inte kan hantera spänningar.

När lägsta spänning appliceras på en krets eller diod kan det göra att kretsen eller dioden fungerar i omvänd riktning. Detta kan orsaka en reaktion som att boxens fläktmotor vrider sig felaktigt. Elementet kommer att fortsätta att fungera i sådana fall.

När mängden spänning som appliceras på en krets är för stor, kallas signalen för den mottagande kretsen emellertid genombrottsspänning. Om insignalen som har vänts överskrider den tillåtna spänningen för kretsen att upprätthålla, kan kretsen skadas utöver resten av det användbara. Den punkt där kretsen skadas hänvisar till genombrottsspänningsvärdet. Denna genombrottsspänning har ett par andra namn, omvänd toppspänning eller omvänd genombrottsspänning.

Omvänd spänning kan orsaka genombrottsspänning, vilket också påverkar funktionen hos andra kretskomponenter. Utöver de skadliga dioderna och funktionerna för omvänd spänningskrets kan det också bli en omvänd spänningstopp. I sådana fall kan kretsen inte innehålla mängden ineffekt från signalen som har vänts och kan skapa en genombrottsspänning mellan isolatorerna.

Denna genombrottsspänning, som kan uppstå över kretskomponenter, kan orsaka haveri av komponenter eller trådisolatorer. Detta kan förvandla dem till signalledare och skada kretsen genom att leda spänning till olika delar av kretsen som inte ska ta emot den, vilket orsakar instabilitet i hela kretsen. Detta kan orsaka spänningsbågar från komponent till komponent, som också kan vara tillräckligt kraftfulla för att antända olika kretskomponenter och orsaka brand.

Postnavigering

Friska

Renovering invändig konstruktion

Under en byggnads livscykel krävs renoveringsarbeten under vissa perioder för att uppdatera inredningen. Modernisering är också nödvändig när inredning eller funktionalitet släpar efter modern tid.

Flervåningskonstruktion

Det finns mer än 100 miljoner bostäder i Ryssland, och de flesta av dem är "enfamiljshus" eller stugor. I städer, förorter och på landsbygden är egna hem en mycket vanlig boendetyp.
Praxis med att designa, bygga och driva byggnader är oftast en kollektiv ansträngning mellan olika grupper av yrkesverksamma och yrkesgrupper. Beroende på storleken, komplexiteten och syftet med ett visst byggprojekt kan projektgruppen inkludera:
1. Fastighetsutvecklaren som tillhandahåller finansiering för projektet;
En eller flera finansiella institutioner eller andra investerare som tillhandahåller finansiering;
2. Lokala planerings- och ledningsorgan;
3. Service som utför ALTA/ACSM och byggundersökningar under hela projektet;
4. Byggnadschefer som samordnar olika grupper av projektdeltagares insatser;
5. Licensierade arkitekter och ingenjörer som ritar byggnader och förbereder bygghandlingar;