Что такое обратный ток диода. Выпрямительные диоды: характеристики, конструкция и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое выпрямительные диоды. Какими параметрами характеризуются выпрямительные диоды. Каковы особенности конструкции выпрямительных диодов. Где применяются выпрямительные диоды. Какие бывают типы выпрямительных диодов.

Содержание

Что такое выпрямительные диоды и их основные характеристики

Выпрямительные диоды — это полупроводниковые приборы, предназначенные для преобразования переменного тока в постоянный. Их главная особенность заключается в способности пропускать ток преимущественно в одном направлении.

Основные характеристики выпрямительных диодов:

Максимальный прямой ток
Максимальное обратное напряжение
Прямое падение напряжения
Обратный ток
Максимальная рабочая частота

Выпрямительные диоды классифицируют по мощности на:

Маломощные (прямой ток до 0,3 А)
Средней мощности (0,3-10 А)
Мощные (более 10 А)

Конструктивные особенности выпрямительных диодов

Выпрямительные диоды имеют плоскостную конструкцию p-n-перехода, что обеспечивает большую площадь контакта и способность пропускать значительные токи. Особенности конструкции:

Плоскостной p-n-переход большой площади
Массивные выводы для отвода тепла
Корпус с возможностью крепления радиатора для мощных диодов
Низкоомная база для уменьшения падения напряжения

Какие параметры определяют конструкцию выпрямительных диодов? Главным образом это максимальный прямой ток и рассеиваемая мощность. Чем они выше, тем больше должна быть площадь p-n-перехода и эффективнее теплоотвод.

Принцип работы и вольт-амперная характеристика выпрямительных диодов

Принцип работы выпрямительного диода основан на свойстве p-n-перехода пропускать ток преимущественно в одном направлении. При прямом включении сопротивление диода мало и через него протекает значительный ток. При обратном включении сопротивление очень велико и ток практически отсутствует.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) выпрямительного диода имеет ярко выраженный нелинейный характер:

Прямая ветвь — резкое возрастание тока при небольшом увеличении напряжения
Обратная ветвь — очень малый ток при значительном обратном напряжении
Область пробоя — резкое возрастание обратного тока при достижении напряжения пробоя

Что можно определить по ВАХ выпрямительного диода? Основные параметры — прямое падение напряжения, максимальный прямой ток, обратный ток, напряжение пробоя.

Основные параметры и характеристики выпрямительных диодов

Ключевые параметры выпрямительных диодов:

Максимальный прямой ток I_{пр.макс} — предельно допустимый постоянный прямой ток
Максимальное обратное напряжение U_{обр.макс} — наибольшее допустимое постоянное обратное напряжение

Прямое падение напряжения U_пр — напряжение на диоде при протекании прямого тока
Обратный ток I_обр — ток, протекающий через диод при обратном напряжении
Максимальная частота f_макс — предельная частота переменного напряжения, при которой диод сохраняет выпрямительные свойства

Какой параметр выпрямительного диода наиболее важен? Это зависит от конкретного применения, но обычно ключевыми являются максимальный прямой ток и обратное напряжение.

Применение выпрямительных диодов в электронных схемах

Основные области применения выпрямительных диодов:

Выпрямители переменного тока в источниках питания
Демодуляторы в радиоприемниках
Защита от обратного тока в цепях
Формирование импульсов в генераторах
Ограничители амплитуды сигналов
Умножители напряжения

Выпрямительные диоды широко используются в силовой электронике, радиотехнике, системах автоматики и других областях.

Типы и разновидности выпрямительных диодов

Основные типы выпрямительных диодов:

Кремниевые — наиболее распространенные, с хорошими параметрами
Германиевые — с меньшим прямым падением напряжения
Диоды Шоттки — с очень малым прямым падением напряжения
Лавинные — способные работать в режиме пробоя
Быстровосстанавливающиеся — для работы на повышенных частотах

Какой тип выпрямительных диодов лучше выбрать? Это зависит от конкретного применения — для низкочастотных мощных выпрямителей подойдут обычные кремниевые диоды, для импульсных источников питания — быстрые диоды Шоттки.

Особенности выбора и применения выпрямительных диодов

При выборе выпрямительного диода необходимо учитывать следующие факторы:

Максимальный прямой ток и обратное напряжение в схеме
Рабочую частоту
Допустимые потери мощности
Быстродействие (для импульсных схем)

Температурный диапазон работы

Важно правильно рассчитать тепловой режим и при необходимости использовать радиаторы охлаждения. Для повышения надежности рекомендуется выбирать диоды с запасом по току и напряжению.

Заключение: роль выпрямительных диодов в современной электронике

Выпрямительные диоды остаются одним из базовых элементов силовой электроники и источников питания. Несмотря на развитие более сложных полупроводниковых приборов, простые и надежные выпрямительные диоды по-прежнему широко применяются благодаря своим уникальным свойствам.

Основные преимущества выпрямительных диодов:

Простота применения
Высокая надежность
Низкая стоимость
Способность работать с большими токами и напряжениями

Дальнейшее совершенствование технологии производства позволяет улучшать параметры выпрямительных диодов, расширяя области их применения в современной электронной аппаратуре.

Обратный ток — диод — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Обратный ток — диод

Cтраница 1

Обратный ток диода / 0, если утечки малы, почти не зависит от напряжения на р — / г-переходе, но в сильной степени зависит от температуры. При достижении напряжения пробоя обратный ток резко возрастает за счет лавинного, или Зенеровского, пробоя. Если прибор не рассчитан специально для работы в области пробоя ( как, например, стабилитрон и обращенный диод), то вслед за лавинным наступает и тепловой пробой, и диод гибнет. Заметим, что иногда тепловой пробой развивается раньше всех остальных. [2]

Обратный ток диода растет с увеличением обратного напряжения. Главными причинами различия обратных ветвей характеристики реального и идеального диодов являются ток т е р м о — генерации в объеме и на поверхности перехода и ток утечки по поверхности перехода. В германиевых диодах при комнатной температуре ток термогенерации мал и обратный ток близок к току насыщения. В кремниевых диодах при комнатной температуре ток термогенерации является основной составляющей обратного тока. [3]

Обратный ток диода зависит от температуры корпуса еще сильнее и имеет положительный коэффициент. Так, при увеличении температуры на каждые 10 С обратный ток германиевых диодов увеличивается в 2 раза, а кремниевых — 2 5 раза. [4]

Обратный ток диода возрастает при освещении p — n — перехода. Этот эффект может использоваться для фотометрических измерений. С этой целью в корпусе фотодиода делается прозрачное окно. На рис. 10.5 показано схемное обозначение фотодиода, на рис. 10.6 приведена его схема замещения, а на рис. 10.7 представлено семейство характеристик. Для фотодиодов характерно наличие тока короткого замыкания, который пропорционален его освещенности, поэтому в отличие от фоторезисторов фотодиод может использоваться без дополнительного источника питания. Чувствительность фотодиодов обычно составляет около 0 1 мкА / лк. При подаче на фотодиод запирающего напряжения фототок практически не изменяется. Такой режим работы фотодиода предпочтителен, когда требуется получить большое быстродействие, так как с ростом запирающего напряжения уменьшается собственная емкость р-п-пе-рехода. [6]

Обратный ток диода изме-ряется микроамперметром ИТ. Выходное сопротивление генератора постоянного напряжения должно быть достаточно малым, так как выходное напряжение ГН не должно меняться более чем на 1 % при изменении величины / обр от нуля до максимального ( для испытываемого диода) значения. Вольтметр включают до измерителя тока и его блока защиты БЗ. Поэтому падение напряжения на измерителе тока и токонесущих элементах схемы защиты не должно превышать 2 % от устанавливаемой величины обратного напряжения. Если генератор напряжения питается от сети, то пульсации на его выходе не должны превышать 1 % от выходного напряжения. [7]

Обратный ток диода измеряют при фиксированной величине обратного напряжения. Подводимое напряжение может быть как постоянным, так и переменным. [9]

Обратный ток диода — ток, протекающий через диод, к которому приложено постоянное напряжение, равное наибольшему обратному напряжению. При этом отрицательный полюс источника напряжения присоединен к положительному выводу диода. [10]

Обратный ток диода измеряется с помощью осциллографа. Сигнал, пропорциональный току диода, снимается с небольшого сопротивления R и подается на вход вертикального усилителя осциллографа. Замыкание и размыкание ключа / Ci позволяет исследовать процессы в диоде соответственно при малом и большом внешнем сопротивлении в цепи диода. [12]

Обратный ток диода 1обр при температуре 50 не превышает 0 3 ма. [13]

Обратным током диода называется амплитудное значение тока, проходящего через диод в обратном направлении при приложении к диоду переменного напряжения, замеряемого пиковым прибором или осциллографом. [14]

Рассчитать обратный ток диода при 350 К, если при 300 К он равен 10 мкА, а Вд7500 К. [15]

Страницы: 1 2 3 4 5

Постоянный обратный ток диода — это… Что такое Постоянный обратный ток диода?

Постоянный обратный ток диода

10. Постоянный обратный ток диода

D. Sperrgleichstrom der Diode

E. Reverse continuous current

F. Courant inverse continu

I_обр

—

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации. academic.ru. 2015.

Постоянный корректор частотной (переходной) характеристики аппаратуры системы передачи с ЧРК
Постоянный обратный ток полупроводникового излучателя

Смотреть что такое «Постоянный обратный ток диода» в других словарях:

постоянный обратный ток диода — Iобр, IR [ГОСТ 25529 82] Тематики полупроводниковые приборы EN reverse continuous current DE Sperrgleichstrom der Diode FR courant inverse continu … Справочник технического переводчика
постоянный — 2.43 постоянный (continuous): Выполняемый непрерывно. [ИСО 14644 2:2000, статья 3.2.1] Источник: ГОСТ Р ИСО 14644 6 2010: Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды. Часть 6. Термины … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ток — ((continuous) current carrying capacity ampacity (US)): Максимальное значение электрического тока, который может протекать длительно по проводнику, устройству или аппарату при определенных условиях без превышения определенного значения их… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
постоянное прямое напряжение диода — постоянное прямое* напряжение диода Uпр, UF Постоянное значение прямого напряжения при заданном прямом токе полупроводникового диода. Примечание В каждом конкретном случае использования термина следует в его наименовании слова «диод»… … Справочник технического переводчика
Постоянное напряжение шумового диода — 146. Постоянное напряжение шумового диода * В каждом конкретном случае использования термина следует в его наименовании слова «диод» или «СВЧ диод» заменить понятием, определяющим группу диода, например «постоянный обратный ток диода» следует… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ 25529-82: Диоды полупроводниковые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров — Терминология ГОСТ 25529 82: Диоды полупроводниковые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров оригинал документа: 87. Временная нестабильность напряжения стабилизации стабилитрона D. Zeitliche Instabilitat der Z Spannung der Z… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами (электродами). В отличие от других типов диодов, принцип действия полупроводникового диода основывается на явлении p n перехода. Плоскостные p n переходы для… … Википедия
ПИ-МЕЗОНЫ — (p мезоны, пионы), группа из трёх нестабильных бесспиновых элем. ч ц двух заряженных (p+ и p ) и одной нейтральной (p°), относящихся к классу адронов и являющихся среди них наиболее лёгкими. Масса пионов промежуточная между массами протона и эл… … Физическая энциклопедия
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ — электронные компоненты, изготовленные в основном из полупроводниковых материалов (см. ниже). К числу таких компонентов относятся транзисторы, интегральные схемы, оптоэлектронные приборы, сверхвысокочастотные (СВЧ) приборы и выпрямители.… … Энциклопедия Кольера
Выпрямительный диод — Аналогия между работой обр … Википедия

Выпрямительный диод | Volt-info

Рисунок 1. Вольтамперная характеристика выпрямительного диода.

Вольтамперная характеристика выпрямительного диода

На рисунке в первом квадранте расположена прямая, в третьем – обратная ветвь характеристики диода. Прямая ветвь характеристики снимается при действии прямого напряжения, обратная соответственно – обратного напряжения на диод. Прямым напряжением на диоде называется такое напряжение, при котором на катоде образуется более высокий электрический потенциал по отношению к аноду, а если говорить языком знаков — на катоде минус (-), на аноде плюс (+), как показано на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема для изучения ВАХ диода при прямом включении.

На рисунке 1 приведены следующие условные обозначения:

Iр – рабочий ток диода;

Uд – падение напряжения на диоде;

Uо – обратное напряжение диода;

Uпр – напряжение пробоя;

Iу – ток утечки, или обратный ток диода.

Понятия и обозначения характеристик

Рабочий ток диода (Iр), это прямой электрический ток, длительное время проходящий через диод, при котором прибор не подвергается необратимому температурному разрушению, и его характеристики не претерпевают значительных качественных изменений. В справочниках может указываться как прямой максимальный ток. Падение напряжения на диоде (Uд) – напряжение на выводах диода, возникающее при прохождении через него прямого рабочего тока. В справочниках может быть обозначено как прямое напряжение на диоде.

Прямой ток течёт при прямом включении диода.

Обратное напряжение диода (Uо) – допустимое обратное напряжение на диоде, приложенное к нему длительное время, при котором не происходит необратимое разрушение его p-n перехода. В справочной литературе может называться максимальным обратным напряжением.

Напряжение пробоя (Uпр) – обратное напряжение на диоде, при котором происходит необратимый электрический пробой p-n перехода, и, как следствие, выход прибора из строя.

Обратный ток диода, или ток утечки (Iу) – обратный ток, длительное время не вызывающий необратимого разрушения (пробоя) p-n перехода диода.

При выборе выпрямительных диодов обычно руководствуются указанными выше его характеристиками.

Работа диода

Тонкости работы p-n перехода, тема отдельной статьи. Упростим задачу, и рассмотрим работу диода с позиции односторонней проводимости. И так, диод работает как проводник при прямом, и как диэлектрик (изолятор) при обратном включении. Рассмотрим две схемы на рисунке 3.

Рисунок 3. Обратное (а) и прямое (б) включение диода.

На рисунке изображены два варианта одной схемы. На рисунке 3 (а) положение переключателей S1 и S2 обеспечивают электрический контакт анода диода с минусом источника питания, а катода через лампочку HL1 с плюсом. Как мы уже определились, это обратное включение диода. В этом режиме диод будет вести себя как электрически изолирующий элемент, электрическая цепь будет практически разомкнута, лампа гореть не будет.

При изменении положения контактов S1 и S2, рисунок 3 (б), обеспечивается электрический контакт анода диода VD1 с плюсом источника питания, а катода через лампочку – с минусом. При этом выполняется условие прямого включения диода, он «открывается» и через него, как через проводник, течёт ток нагрузки (лампы).

Если Вы только начали изучать электронику, Вас может немного смутить сложность с переключателями на рисунке 3. Проведите аналогию по приведённому описанию, опираясь на упрощённые схемы рисунка 4. Это упражнение позволит Вам немного понять и сориентироваться относительно принципа построения и чтения электрических схем.

Рисунок 4. Схема обратного и прямого включения диода (упрощённая).

На рисунке 4 изменение полярности на выводах диода обеспечивается изменением положения диода (переворачиванием).

Однонаправленная проводимость диода

Рисунок 5. Диаграммы напряжений до и после выпрямительного диода.

Примем условно, что электрический потенциал переключателя S2 всегда равен 0. Тогда на анод диода будет подаваться разность напряжений –US1-S2 и +US1-S2 в зависимости от положения переключателей S1 и S2. Диаграмма такого переменного напряжения прямоугольной формы изображена на рисунке 5 (верхняя диаграмма). При отрицательной разности напряжений на аноде диода он заперт (работает как изолирующий элемент), при этом через лампу HL1 ток не течёт и она не горит, а напряжение на лампе практически равно нулю. При положительной разности напряжений диод отпирается (действует как электрический проводник) и по последовательной цепочке диод-лампа течёт ток. Напряжение на лампе возрастает до UHL1. Это напряжение немного меньше напряжения источника питания, поскольку часть напряжения падает на диоде. По этой причине, разность напряжений в электронике и электротехнике иногда называют «падением напряжения». Т.е. в данном случае, если лампу рассматривать как нагрузку, то на ней будет напряжение нагрузки, а на диоде — падение напряжения.

Таким образом, периоды отрицательной разности напряжения как бы игнорируются диодом, обрезаются, и через нагрузку течёт ток только в периоды положительной разности напряжений. Такое преобразование переменного напряжения в однополярное (пульсирующее или постоянное) назвали выпрямлением.

Конструкции и карактеристики диодов, особенности их применения

Диод — двухэлектродный электронный компонент, обладающий различной электрической проводимостью в зависимости от полярности приложенного к диоду напряжения. Диоды обладают нелинейной вольт-амперной характеристикой, но в отличие от ламп накаливания и терморезисторов, у диодов она несимметрична.

Вольтамперная характеристика диода

Вольтамперная характеристика (ВАХ) полупроводникового диода показана на рисунке 1.

Здесь в одном рисунке показаны ВАХ германиевого (синим цветом) и кремниевого (черным цветом) диодов. Нетрудно заметить, что характеристики очень похожи. На координатных осях нет никаких цифр, поскольку для разных типов диодов они могут существенно различаться: мощный диод может пропустить прямой ток в несколько десятков ампер, в то время как маломощный всего несколько десятков или сотен миллиампер.

Диодов разных моделей великое множество, и все они могут иметь разное назначение, хотя основной их задачей, основным свойством является обеспечение односторонней проводимости тока. Именно это свойство позволяет использовать диоды в выпрямителях и детекторных устройствах. Следует, однако, заметить, что в настоящее время германиевые диоды, равно как и транзисторы вышли из употребления.

Рисунок 1. Вольтамперная характеристика диода

Прямая ветвь ВАХ

В первом квадранте системы координат расположена прямая ветвь характеристики, когда диод находится в прямом включении, — к аноду подключен положительный вывод источника тока, соответственно отрицательный вывод к катоду.

По мере увеличения прямого напряжения Uпр, начинает возрастать и прямой ток Iпр. Но пока это возрастание незначительно, линия графика имеет незначительный подъем, напряжение растет значительно быстрее, чем ток. Другими словами, несмотря на то, что диод включен в прямом направлении, ток через него не идет, диод практически заперт.

При достижении определенного уровня напряжения на характеристике появляется излом: напряжение практически не меняется, а ток стремительно растет. Это напряжение называется прямым падением напряжения на диоде, на характеристике обозначено как Uд. Для большинства современных диодов это напряжение находится в пределах 0,5…1В.

На рисунке видно, что для германиевого диода прямое напряжение несколько меньше (0,3…0,4В), чем для кремниевого (0,7…1,1В). Если прямой ток через диод умножить на прямое напряжение, то полученный результат будет не что иное, как мощность, рассеиваемая на диоде Pд = Uд * I.

Если эта мощность будет превышена относительно допустимой, то может произойти перегрев и разрушение p-n перехода. Именно поэтому в справочниках ограничивается максимальный прямой ток, а не мощность (считается, что прямое напряжение известно). Для отведения излишнего тепла мощные диоды устанавливаются на теплоотводы — радиаторы.

Мощность, рассеиваемая на диоде

Сказанное поясняет рисунок 2, на котором показано включение нагрузки, в данном случае лампочки, через диод.

Рисунок 2. Включение нагрузки через диод

Представьте себе, что номинальное напряжение батарейки и лампочки 4,5В. При таком включении на диоде упадет 1В, тогда до лампочки дойдет лишь 3,5В. Конечно, такую схему никто практически собирать не будет, это просто для иллюстрации, как и на что влияет прямое напряжение на диоде.

Предположим, что лампочка ограничила ток в цепи на уровне ровно в 1А. Это для простоты расчета. Также не будем принимать во внимание то, что лампочка является элементом нелинейным, и закону Ома не подчиняется (сопротивление спирали зависит от температуры).

Нетрудно подсчитать, что при таких напряжениях и токах на диоде рассеивается мощность P = Uд * I или 1В * 1А = 1Вт. В то же время мощность на нагрузке всего 3,5В * 1А = 3,5Вт. Получается, что бесполезно расходуется 28 с лишним процентов энергии, больше, чем четвертая часть.

Если прямой ток через диод будет 10…20А, то бесполезно будет расходоваться до 20Вт мощности! Такую мощность имеет маленький паяльник. В описанном случае таким паяльником будет диод.

Диоды Шоттки

Совершенно очевидно, что избавиться от таких потерь можно, если снизить прямое падение напряжения на диоде Uд. Такие диоды получили название диодов Шоттки по имени изобретателя немецкого физика Вальтера Шоттки. Вместо p-n перехода в них используется переход металл – полупроводник. Эти диоды имеют прямое падение напряжения 0,2…0,4В, что значительно снижает мощность, выделяющуюся на диоде.

Единственным, пожалуй, недостатком диодов Шоттки является низкое обратное напряжение, — всего несколько десятков вольт. Максимальное значение обратного напряжения 250В имеет промышленный образец MBR40250 и его аналоги. Практически все блоки питания современной электронной аппаратуры имеют выпрямители на диодах Шоттки.

Обратная ветвь ВАХ

Одним из недостатков следует считать то, что даже при включении диода в обратном направлении через него все равно протекает обратный ток, ведь идеальных изоляторов в природе не бывает. В зависимости от модели диода он может варьироваться от наноампер до единиц микроампер.

Вместе с обратным током на диоде выделяется некоторая мощность, численно равная произведению обратного тока на обратное напряжение. Если эта мощность будет превышена, то возможен пробой p-n перехода, диод превращается в обычный резистор или даже проводник. На обратной ветви ВАХ этой точке соответствует загиб характеристики вниз.

Обычно в справочниках указывается не мощность, а некоторое предельно допустимое обратное напряжение. Примерно так же, как ограничение прямого тока, о котором было сказано чуть выше.

Собственно зачастую именно эти два параметра, а именно прямой ток и обратное напряжение и являются определяющими факторами при выборе конкретного диода. Это на тот случай, когда диод предназначается для работы на низкой частоте, например выпрямитель напряжения с частотой промышленной сети 50…60Гц.

Электрическая емкость p-n перехода

При использовании диодов в высокочастотных цепях приходится помнить о том, что p-n переход, подобно конденсатору имеет электрическую емкость, к тому же зависящую от напряжения, приложенного к p-n переходу. Это свойство p-n перехода используется в специальных диодах – варикапах, применяемых для настройки колебательных контуров в приемниках. Наверно, это единственный случай, когда эта емкость используется во благо.

В остальных случаях эта емкость оказывает мешающее воздействие, замедляет переключение диода, снижает его быстродействие. Такая емкость часто называется паразитной. Она показана на рисунке 3.

Рисунок 3. Паразитная емкость

Конструкция диодов.

Плоскостные и точечные диоды

Чтобы избавиться от вредного воздействия паразитной емкости, применяются специальные высокочастотные диоды, например точечные. Конструкция такого диода показана на рисунке 25.

Рисунок 4. Точечный диод

Особенностью точечного диода является конструкция его электродов, один из которых является металлической иглой. В процессе производства эта игла, содержащая примесь (донор или акцептор), вплавляется в кристалл полупроводника, в результате чего получается p-n переход требуемой проводимости. Такой переход имеет малую площадь, а, следовательно, малую паразитную емкость. Благодаря этому рабочая частота точечных диодов достигает нескольких сотен мегагерц.

В случае, если используется более острая игла, полученная без электроформовки, рабочая частота может достигать нескольких десятков гигагерц. Правда, обратное напряжение таких диодов не более 3…5В, да и прямой ток ограничен несколькими миллиамперами. Но ведь эти диоды и не являются выпрямительными, для этих целей, как правило, применяются плоскостные диоды. Устройство плоскостного диода показано на рисунке

Рисунок 5. Плоскостный диод

Нетрудно видеть, что у такого диода площадь p-n перехода намного больше, чем у точечного. У мощных диодов эта площадь может достигать до 100 и более квадратных миллиметров, поэтому их прямой ток намного больше, чем у точечных. Именно плоскостные диоды используются в выпрямителях, работающих на низких частотах, как правило, не свыше нескольких десятков килогерц.

Применение диодов

Не следует думать, что диоды применяются лишь как выпрямительные и детекторные приборы. Кроме этого можно выделить еще множество их профессий. ВАХ диодов позволяет использовать их там, где требуется нелинейная обработка аналоговых сигналов.

Это преобразователи частоты, логарифмические усилители, детекторы и другие устройства. Диоды в таких устройствах используются либо непосредственно как преобразователь, либо формируют характеристики устройства, будучи включенными в цепь обратной связи.

Широкое применение диоды находят в стабилизированных источниках питания, как источники опорного напряжения (стабилитроны), либо как коммутирующие элементы накопительной катушки индуктивности (импульсные стабилизаторы напряжения).

С помощью диодов очень просто создать ограничители сигнала: два диода включенные встречно – параллельно служат прекрасной защитой входа усилителя, например, микрофонного, от подачи повышенного уровня сигнала.

Кроме перечисленных устройств диоды очень часто используются в коммутаторах сигналов, а также в логических устройствах. Достаточно вспомнить логические операции И, ИЛИ и их сочетания.

Одной из разновидностей диодов являются светодиоды. Когда-то они применялись лишь как индикаторы в различных устройствах. Теперь они везде и повсюду от простейших фонариков до телевизоров с LED — подсветкой, не заметить их просто невозможно.

Ранее ЭлектроВести писали, что в январе 2021 Украина снизила экспорт электроэнергии в 13,4 раза (на 645,3 млн кВт*ч) по сравнению с аналогичным периодом 2020 году – до 51,9 млн кВт*ч.

По материалам: electrik.info.

Выпрямительные диоды: Конструктивные особенности и особенности вольт-амперных характеристик выпрямительных диодов

Выпрямительные диоды применяются в цепях управления, коммутации, в ограничительных и развязывающих цепях, в источниках питания для преобразования (выпрямления) переменного напряжения в постоянное, в схемах умножения напряжения и преобразователях постоянного напряжения, где не предъявляются высокие требования к частотным и временным параметрам сигналов. В зависимости от значения максимального выпрямляемого тока различают выпрямительные диоды малой мощности (\(I_{пр max} \le {0,3 А}\)), средней мощности (\({0,3 А} < I_{пр max} \le {10 А}\)) и большой мощности (\(I_{пр max} > {10 А}\)). Диоды малой мощности могут рассеивать выделяемую на них теплоту своим корпусом, диоды средней и большой мощности должны располагаться на специальных теплоотводящих радиаторах, что предусматривается в т.ч. и соответствующей конструкцией их корпусов.

Обычно, допустимая плотность тока, проходящего через \(p\)-\(n\)-переход, не превышает 2 А/мм2, поэтому для получения указанных выше значений среднего выпрямленного тока в выпрямительных диодах используют плоскостные \(p\)-\(n\)-переходы. Такие переходы имеют существенную емкость, что ограничивает максимальную допустимую рабочую частоту (\(f_р\)) выпрямительных диодов.

Выпрямительные свойства диодов тем лучше, чем меньше обратный ток при заданном обратном напряжении и чем меньше падение напряжения при заданном прямом токе. Значения прямого и обратного токов отличаются на несколько порядков, а прямое падение напряжения не превышает единиц вольт по сравнению с обратным напряжением, которое может составлять сотни и более вольт. Поэтому диоды обладают односторонней проводимостью, что позволяет использовать их в качестве выпрямительных элементов. Вольт-амперные характеристики (ВАХ) германиевых и кремниевых диодов различаются. На рис. 2.3‑1 для сравнения показаны типичные ВАХ для германиевых и кремниевых выпрямительных диодов при различных температурах окружающей среды.

Рис. 2.3-1. Вольт-амперные характеристики выпрямительных диодов при различных температурах окружающей среды

По приведенным ВАХ видно, что обратный ток кремниевых диодов значительно меньше обратного тока германиевых диодов. Кроме того, обратная ветвь вольт-амперной характеристики кремниевых диодов не имеет явно выраженного участка насыщения, что обусловлено генерацией носителей зарядов в \(p\)-\(n\)-переходе и токами утечки по поверхности кристалла. При подаче обратного напряжения превышающего некий пороговый уровень происходит резкое увеличение обратного тока, что может привести к пробою \(p\)-\(n\)-перехода. У германиевых диодов, вследствие большой величины обратного тока, пробой имеет тепловой характер. У кремниевых диодов вероятность теплового пробоя мала, у них преобладает электрический пробой. Пробой кремниевых диодов имеет лавинный характер, поэтому у них, в отличие от германиевых диодов, пробивное напряжение повышается с увеличением температуры. Допустимое обратное напряжение кремниевых диодов (до 1600 В) значительно превосходит аналогичный параметр германиевых диодов.

Обратные токи в значительной степени зависят от температуры перехода. Из рисунка видно, что с ростом температуры обратный ток возрастает. Для приближенной оценки можно считать, что с увеличением температуры на 10 °С обратный ток германиевых диодов возрастает в 2, а кремниевых — в 2,5 раза. Верхний предел диапазона рабочих температур германиевых диодов составляет 75…80 °С, а кремниевых — 125 °С. Существенным недостатком германиевых диодов является их высокая чувствительность к кратковременным импульсным перегрузкам.

Вследствие меньшего обратного тока кремниевого диода его прямой ток, равный току германиевого диода, достигается при большем значении прямого напряжения. Поэтому мощность, рассеиваемая при одинаковых токах, в германиевых диодах меньше, чем в кремниевых. Прямое напряжение при малых прямых токах, когда преобладает падение напряжения на переходе, с ростом температуры уменьшается. При больших токах, когда преобладает падение напряжения на сопротивлении нейтральных областей полупроводника, зависимость прямого напряжения от температуры становится положительной. Точка, в которой отсутствует зависимость прямого напряжения от температуры (т.е. эта зависимость меняет знак), называется точкой инверсии. У большинства диодов малой и средней мощности допустимый прямой ток, как правило, не превышает точки инверсии, а у мощных диодов допустимый ток может быть выше этой точки.

< Предыдущая		Следующая >

Обратный ток диода формула. Обратное напряжение

U обр. m ах = 1,045U ср.

В ряде практических приложений для выпрямления переменного тока и плавного регулирования мощности передаваемой в нагрузку используют тиристорные преобразователи. При этом, малые токи управления позволяют управлять большими токами нагрузки.

Пример простейшего управляемого по мощности тиристорного выпрямителя показан на рис. 7.10.

Рис. 7.10. Тиристорная схема выпрямителя

На рис. 7.11 приведены временные диаграммы, поясняющие принцип регулирования среднего значения выпрямленного напряжения.

Рис. 7.11. Временные диаграммы работы тиристорного выпрямителя

В этой схеме предполагается, что входное напряжение U вх для регулируемого тиристорного формируется, например, двухполупериодным выпрямителем. Если управляющие импульсы U у достаточной амплитуды подаются в начале каждого полупериода (участок о-а на диаграмме U вых), выходное напряжение будет повторять напряжение двухполупериодного выпрямителя. Если сместить управляющие импульсы к середине каждого полупериода, то импульсы на выходе будут иметь длительность, равную четверти полупериода (участок b-с). Дальнейшее смещение управляющим импульсов приведет к дальнейшему уменьшению средней амплитуды выходных импульсов (участок d – e).

Таким образом, подавая на тиристор управляющие импульсы, сдвигающиеся по фазе относительно входного напряжения, можно превратить синусоидальное напряжение (ток) в последовательность импульсов любой длительности, амплитуды и полярности, то есть можно изменять действующее значение напряжения (тока) в широких пределах.

7.3 Сглаживающие фильтры

Рассмотренные схемы выпрямления позволяют получать однополярное пульсирующее напряжение, которое не всегда применимо для питания сложных электронных приборов, поскольку, из-за больших пульсаций, приводят к неустойчивости их работы.

Для значительного уменьшения пульсации применяют сглаживающие фильтры. Важнейшим параметром сглаживающего фильтра является коэффициент сглаживания S, определяемый по формуле S= 1 / 2 , где  1 и  2 – коэффициенты пульсаций на входе и выходе фильтра соответственно. Коэффициент пульсации показывает во сколько раз фильтр уменьшает пульсации. В практических схемах коэффициент пульсаций на выходе фильтра может достигать значений 0,00003.

Основными элементами фильтров являются реактивные элементы – емкости и индуктивности (дроссели). Рассмотрим вначале принцип работы простейшего сглаживающего фильтра, схема которого приведена на рис. 7.12.

Рис. 7.12. Схема простейшего сглаживающего фильтра с однополупериодным выпрямителем

В этой схеме сглаживание напряжения на нагрузке после однополупериодного диодного выпрямителя VD осуществляется с помощью конденсатора С, подключенного параллельно нагрузке R н.

Временные диаграммы, поясняющие работу такого фильтра, приведены на рис. 7.13. На участке t1 – t2 входным напряжением диод открывается, а конденсатор заряжается. Когда входное напряжение начнет уменьшаться, диод закрывается напряжением, накопленным на конденсаторе U с (участок t1 – t2). На этом интервале источник входного напряжения отключается от конденсатора и нагрузки, и конденсатор разряжается через сопротивления нагрузки R н.

Рис. 7.13. Временные диаграммы работы фильтра с однополупериодным выпрямителем

Если ёмкость достаточно велика, по разряд емкости через R н будет происходить с большой постоянной времени =R н С, и следовательно, уменьшение напряжение на конденсаторе будет небольшим, а эффект сглаживания – значительным. С другой стороны, чем больше емкость тем короче отрезок t1 – t2 в течении которого диод открыт и через него течет ток i  возрастающий (при заданном среднем токе нагрузки) при уменьшении разности t2 – t1. Такой режим работы может привести к выходу из строя выпрямительного диода, и, кроме того, является достаточно тяжелым и для трансформатора.

При использовании двухполупериодных выпрямителей величина пульсаций на выходе емкостного фильтра уменьшается, поскольку конденсатор за время между появлением импульсов на меньшую величину, что хорошо иллюстрируется рис. 7.14.

Рис. 7.14. Сглаживание пульсаций двухполупериодного выпрямителя

Для расчета величины пульсаций на выходе емкостного фильтра произведем аппроксимацию пульсаций выходного напряжения пилообразной кривой ток, как это показано на рис. 7.15.

Рис. 7.15. Аппроксимация напряжения пульсаций

Изменение заряда на конденсаторе определяется выражением

∆Q=∆UC=I н Т 1 ,

где Т 1 – период пульсаций, I н – среднее значение тока нагрузки. С учетом того, что I н = И ср / R н, получаем

Из рис. 7.15 следует, что

при этом двойная амплитуда пульсаций определяется выражением

Сглаживающими свойствами обладают и индуктивные фильтры, причем лучшими сглаживающими свойствами обладают фильтры, содержащие индуктивность и емкость, соединенные так, как показано на рис. 7.16.

Рис. 7.16. Сглаживающий фильтр с индуктивностью и емкостью

В этой схеме емкость конденсатора выбирается таким образом, чтобы его реактивное сопротивление было значительно меньшим сопротивления нагрузки. Достоинством такого фильтра является то, что он уменьшает величину входной пульсации ∆U до величины
, гдеω — частота пульсаций.

На практике широкое распространение получили различные типы F — образных и П – образных фильтров, варианты построения которых представлены на рис. 7.17.

При небольших токах нагрузки хорошо работает F — образный выпрямитель, представленный на рис. 7.16.

Рис. 7.17. Варианты построения фильтра

В наиболее ответственных схемах используют многозвенные схемы фильтрации (рис. 7.17 г).

Часто дроссель заменяют резисторами, что несколько снижает качество фильтрации, но значительно удешевляет фильтры (рис. 7.17 б, в).

Основной внешней характеристикой выпрямителей с фильтром является зависимость среднего значения выходного напряжения U ср (напряжения на нагрузке) от среднего значения выходного тока.

В рассмотренных схемах увеличение выходного тока приводит к уменьшению U ср из-за увеличения падения напряжения на обмотках трансформатора, диодах, подводящих проводах, элементах фильтра.

Наклон внешней характеристики при заданном среднем токе определяют через выходное сопротивление R вых, определяемое по формуле:

I cр – задано. Чем меньше величина R вых, тем меньше выходное напряжение зависит от выходного тока, тем лучше схема выпрямителя с фильтром. На рис. 7.18 приведены типовые зависимости U ср от I ср для различных вариантов фильтрации.

Рис. 7.18. Типовые зависимости U ср от I ср для различных схем фильтрации

Published Date: 23.12.2017

А Вы знаете, что такое обратное напряжение?

Обратное напряжение

Обратное напряжение — это тип сигнала энергии, создаваемого при изменении полярности электрического тока. Такое напряжение часто возникает, когда обратная полярность подается на диод, заставляя диод реагировать, работая в обратном направлении. Эта обратная функция может также создавать напряжение пробоя внутри диода, так как это часто приводит к поломке схемы, к которой применяется напряжение.

Обратное напряжение возникает, когда источник подключения энергетического сигнала к цепи применяется инвертированным образом. Это означает, что положительный источник свинца подключен к заземленному или отрицательному проводнику цепи и наоборот. Эта передача напряжения часто не предназначена, так как большинство электрических схем не способны обрабатывать напряжения.

Когда минимальное напряжение подается на схему или на диод, это может привести к тому, что схема или диод будут работать в обратном порядке. Это может вызвать реакцию, такую как двигатель вентилятора коробки, вращаясь неправильно. Элемент будет продолжать функционировать в таких случаях.

Когда величина напряжения, приложенного к цепи, слишком велика, сигнал для принимаемой схемы, однако, это называется пробивным напряжением. Если входной сигнал, который был обратный, превышает допустимое напряжение для цепи для поддержания, схема может быть повреждена за пределами остальной используемой. Точка, в которой цепь повреждена, относится к значению напряжения пробоя. Это напряжение пробоя имеет пару других имен, пиковое обратное напряжение или обратное пробивное напряжение.

Обратное напряжение может вызвать напряжение пробоя, которое также влияет на работу других компонентов схемы. За пределами повреждающих диодов и функций цепи обратного напряжения он также может стать пиковым обратным напряжением. В таких случаях схема не может содержать количество входной мощности от сигнала, который был обращен вспять, и может создавать напряжение пробоя между изоляторами.

Это напряжение пробоя, которое может возникать через компоненты схемы, может вызвать пробой компонентов или проволочных изоляторов. Это может превратить их в сигнальные проводники и повредить цепь, проводя напряжение на разные части схемы, которые не должны принимать его, что приводит к нестабильности по всей цепи. Это может вызвать дуги напряжения от компонента к компоненту, что также может быть достаточно мощным, чтобы зажечь различные компоненты схемы и привести к пожару.

Навигация по записям

Полезно

Ремонт интерьер строительство

В течение жизненного цикла здания ремонтные работы в определенный период необходимы, чтобы обновить интерьер. Модернизация также необходима, когда дизайн интерьера или функциональность отстают от современности.

Многоэтажное строительство

В России насчитывается более 100 миллионов единиц жилья, а большинство из них — «односемейные дома» или коттеджи. В городах, в пригородах и в сельской местности, собственные дома являются очень распространенным видом жилья.
Практика проектирования, строительства и эксплуатации зданий чаще всего является коллективной работой различных групп профессионалов и профессий. В зависимости от размера, сложности и цели конкретного проекта здания команда проекта может включать:
1. Разработчик недвижимости, который обеспечивает финансирование проекта;
Один или несколько финансовых учреждений или других инвесторов, которые предоставляют финансирование;
2. Органы местного планирования и управления;
3. Служба, который выполняет ALTA / ACSM и строительные обследования в рамках всего проекта;
4. Руководители зданий, которые координируют усилия различных групп участников проекта;
5. Лицензированные архитекторы и инженеры, которые проектируют здания и готовят строительные документы;

Самым простым по конструкции в семействе полупроводников являются диоды, имеющие в конструкции всего два электрода, между которыми существует проводимость электрического тока в одну сторону. Такой вид проводимости в полупроводниках создается благодаря их внутреннему устройству.

Особенности устройства

Не зная конструктивных особенностей диода, нельзя понять его принципа действия. Структура диода состоит из двух слоев с проводимостью различного вида.

Диод состоит из следующих основных элементов:

Корпус . Выполняется в виде вакуумного баллона, материалом которого может быть керамика, металл, стекло и другие прочные материалы.
Катод . Он расположен внутри баллона, служит для образования эмиссии электронов. Наиболее простым устройством катода является тонкая нить, раскаляющаяся в процессе действия. Современные диоды оснащены косвенно накаляющимися электродами, которые выполнены в виде металлических цилиндров со свойством активного слоя, имеющего возможность испускать электроны.
Подогреватель . Это особый элемент в виде нити, раскаляющейся от электрического тока. Подогреватель расположен внутри косвенно накаляющегося катода.
Анод . Это второй электрод диода, служащий для приема электронов, вылетевших от катода. Анод имеет положительный потенциал, по сравнению с катодом. Форма анода чаще всего так же, как и катода, цилиндрическая. Оба электрода аналогичны эмиттеру и базе полупроводников.
Кристалл . Его материалом изготовления является германий или кремний. Одна часть кристалла имеет р-тип с недостатком электронов. Другая часть кристалла имеет n-тип проводимости с избытком электронов. Граница, расположенная между этими двумя частями кристалла, называется р-n переходом.

Эти особенности конструкции диода позволяют ему проводить ток в одном направлении.

Принцип действия

Работа диода характеризуется его различными состояниями, и свойствами полупроводника при нахождении в этих состояниях. Рассмотрим подробнее основные виды подключений диодов, и какие процессы происходят внутри полупроводника.

Диоды в состоянии покоя

Если диод не подключен к цепи, то внутри него все равно происходят своеобразные процессы. В районе «n» есть излишек электронов, что создает отрицательный потенциал. В области «р» сконцентрирован положительный заряд. Совместно такие заряды создают электрическое поле.

Так как заряды с разными знаками притягиваются, то электроны из «n» проходят в «р», при этом заполняют дырки. В итоге таких процессов в полупроводнике появляется очень слабый ток, увеличивается плотность вещества в области «р» до определенного значения. При этом частицы расходятся по объему пространства равномерно, то есть, происходит медленная диффузия. Вследствие этого электроны возвращаются в область «n».

Для многих электрических устройств направление тока не имеет особого значения, все работает нормально. Для диода же, большое значение имеет направление протекания тока. Основной задачей диода является пропускание тока в одном направлении, чему благоприятствует переход р-n.

Обратное включение

Если диоды подсоединять к питанию по изображенной схеме, то ток не будет проходить через р-n переход. К области «n» подсоединен положительный полюс питания, а к «р» — минусовой. В итоге электроны от области «n» переходят к плюсовому полюсу питания. Дырки притягиваются минусовым полюсом. На переходе возникает пустота, носители заряда отсутствуют.

При повышении напряжения дырки и электроны осуществляют притягивание сильнее, и на переходе нет носителей заряда. При обратной схеме включения диода ток не проходит.

Повышение плотности вещества возле полюсов создает диффузию, то есть, стремление к распределению вещества по объему. Это возникает при выключении питания.

Обратный ток

Вспомним о работе неосновных переносчиков заряда. При запертом диоде, через него проходит малая величина обратного тока. Он и образуется от неосновных носителей, двигающихся в обратном направлении. Такое движение возникает при обратной полярности питания. Обратный ток обычно незначительный, так как число неосновных носителей очень мало.

При возрастании температуры кристалла их число повышается и обуславливает повышение обратного тока, что обычно приводит к повреждению перехода. Для того, чтобы ограничить температуру работы полупроводников, их корпус монтируют на теплоотводящие радиаторы охлаждения.

Прямое включение

Поменяем местами полюса питания между катодом и анодом. На стороне «n» электроны будут отходить от отрицательного полюса, и проходить к переходу. На стороне «р» дырки, имеющие положительный заряд, оттолкнутся от положительного вывода питания. Поэтому электроны и дырки начнут стремительное движение друг к другу.

Частицы с разными зарядами скапливаются возле перехода, и между ними образуется электрическое поле. Электроны проходят через р-n переход и двигаются в область «р». Часть электронов рекомбинирует с дырками, а остальные проходят к положительному полюсу питания. Возникает прямой ток диода, который имеет ограничения его свойствами. При превышении этой величины диод может выйти из строя.

При прямой схеме диода, его сопротивление незначительное, в отличие от обратной схемы. Считается, что обратно ток по диоду не проходит. В результате мы выяснили, что диоды работают по принципу вентиля: повернул ручку влево – вода течет, вправо – нет воды. Поэтому их еще называют полупроводниковыми вентилями.

Прямое и обратное напряжение

Во время открытия диода, на нем имеется прямое напряжение. Обратным напряжением считается величина во время закрытия диода и прохождения через него обратного тока. Сопротивление диода при прямом напряжении очень мало, в отличие от обратного напряжения, возрастающего до тысяч кОм. В этом можно убедиться путем измерения мультиметром.

Сопротивление полупроводникового кристалла может изменяться в зависимости от напряжения. При увеличении этого значения сопротивление снижается, и наоборот.

Если диоды использовать в работе с переменным током, то при плюсовой полуволне синуса напряжения он будет открыт, а при минусовой – закрыт. Такое свойство диодов применяют для выпрямления напряжения. Поэтому такие устройства называются выпрямителями.

Характеристика диодов

Характеристика диода выражается графиком, на котором видна зависимость тока, напряжения и его полярности. Вертикальная ось координат в верхней части определяет прямой ток, в нижней части – обратный.

Горизонтальная ось справа обозначает прямое напряжение, слева – обратное. Прямая ветка графика выражает ток пропускания диода, проходит рядом с вертикальной осью, так как выражает повышение прямого тока.

Вторая ветка графика показывает ток при закрытом диоде, и проходит параллельно горизонтальной оси. Чем круче график, тем лучше диод выпрямляет ток. После возрастания прямого напряжения, медленно повышается ток. Достигнув области скачка, его величина резко нарастает.

На обратной ветви графика видно, что при повышении обратного напряжения, величина тока практически не возрастает. Но, при достижении границ допустимых норм происходит резкий скачок обратного тока. Вследствие этого диод перегреется и выйдет из строя.

Published Date: 23.12.2017

А Вы знаете, что такое обратное напряжение?

Обратное напряжение

Навигация по записям

Полезно

Ремонт интерьер строительство

Многоэтажное строительство

Что такое прямое и обратное напряжение? Пытаюсь понять принцип действия полевого транзистора. и получил лучший ответ

Ответ от Вовик[активный]
Прямое — к плюсу прикладывается плюс, к минусу — минус. Обратное — к плюсу — минус, к минусу — плюс.
Применительно к полевому транзистору — между истоком и затвором.
База и эмиттер есть у биполярного транзистора, не у полевого.
Биполярный транзистор представляет собой два встречно включенных р-п перехода с одним общим выходом — эмиттер — база (типа общий) — коллектор, как два диода, только общая «прослойка» тонкая и проводит ток, если подать прямое напряжение, которое называется открывающим, между эмиттером и базой.
Чем больше прямое напряжение между базой и эмиттером, тем больше открыт транзистор и меньше его сопротивление эмиттер-коллектор, т. е. между напряжением эмиттер-база и сопротивлением биполярного транзистора обратная зависимость.
Если между базой и эмиттером подать обратное напряжение, транзистор закроется совсем и не будет проводить ток.
Если подать напряжение только на базу и эмиттер или базу и коллектор, получится обычный диод.
Полевой транзистор устроен несколько по-иному. Там тоже три вывода, но называются сток, исток и затвор. Там только один р-п переход, затвор -> сток-исток или затвор

Ответ от ALEX R [гуру]
На 1 вопр прям и обр напр бывает у полупроводника (диода) т. е. диод в ппрямом нпр ток пропускает, а ежели ток течёт обратно, всё закрыт. Для ясности нипель велосипедной шины туда дуй, обратно нет. Полевой тр-р, вот чисто для понимания нет злектронной связи между затвором и сток исток, а ток пропускает за счёт зл поля созд на затворе. Вот как то так.

Ответ от Александр Егоров [гуру]
прямое — минус к области с n-проводимостью, плюс к области к с р-проводимостью
обратное наоборот
подавая только на эмитер и коллектор ток проходить не будет, т. к. ионизированные атомы базы будут отталкивать от pn перехода свободные заряды эмитера (которым итак непросто перескочить pn переход, тк это диэлектрик) . А если подать напряжение на базу, то оно «высосет» из базы свободные заряды и они уже не будут отталкивать заряды эмитера, мешая им пересекать pn переход. Транзистор откроется.
Кстати эмитер, коллектор и базу имеет не полевой, а биполярный транзистор.
Если подать напряжение только на базу и эмитер или базу и коллектор, то это будет простой диод (каждый pn переход это диод).

Ответ от User user [гуру]
полевой транзистор имеет канал р или n типа управляемый полем. выводы транзистора затвор сток исток

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) полупроводникового диода

Что такое идеальный диод?

Основная задача обычного выпрямительного диода – проводить электрический ток в одном направлении, и не пропускать его в обратном. Следовательно, идеальный диод должен быть очень хорошим проводником с нулевым сопротивлением при прямом подключении напряжения (плюс — к аноду, минус — к катоду), и абсолютным изолятором с бесконечным сопротивлением при обратном.

Вот так это выглядит на графике:

Такая модель диода используется в случаях, когда важна только логическая функция прибора. Например, в цифровой электронике.

ВАХ реального полупроводникового диода

Однако на практике, в силу своей полупроводниковой структуры, настоящий диод обладает рядом недостатков и ограничений по сравнению с идеальным диодом. Это можно увидеть на графике, приведенном ниже.

V

_ϒ(гамма) — напряжение порога проводимости

При прямом включении напряжение на диоде должно достигнуть определенного порогового значения — V_ϒ. Это напряжение, при котором PN-переход в полупроводнике открывается достаточно, чтобы диод начал хорошо проводить ток. До того как напряжение между анодом и катодом достигнет этого значения, диод является очень плохим проводником. V_ϒ у кремниевых приборов примерно 0.7V, у германиевых – около 0.3V.

I

_{D_MAX} — максимальный ток через диод при прямом включении

При прямом включении полупроводниковый диод способен выдержать ограниченную силу тока I_{D_MAX}. Когда ток через прибор превышает этот предел, диод перегревается. В результате разрушается кристаллическая структура полупроводника, и прибор становится непригодным. Величина данной силы тока сильно колеблется в зависимости от разных типов диодов и их производителей.

I

_OP – обратный ток утечки

При обратном включении диод не является абсолютным изолятором и имеет конечное сопротивление, хоть и очень высокое. Это служит причиной образования тока утечки или обратного тока I_OP. Ток утечки у германиевых приборов достигает до 200 µА, у кремниевых до нескольких десятков nА. Самые последние высококачественные кремниевые диоды с предельно низким обратным током имеют этот показатель около 0.5 nA.

PIV(Peak Inverse Voltage) — Напряжение пробоя

При обратном включении диод способен выдерживать ограниченное напряжение – напряжение пробоя PIV. Если внешняя разность потенциалов превышает это значение, диод резко понижает свое сопротивление и превращается в проводник. Такой эффект нежелательный, так как диод должен быть хорошим проводником только при прямом включении. Величина напряжения пробоя колеблется в зависимости от разных типов диодов и их производителей.

Паразитическая емкость PN-перехода

Даже если на диод подать напряжение значительно выше V_ϒ, он не начнет мгновенно проводить ток. Причиной этому является паразитическая емкость PN перехода, на наполнение которой требуется определенное время. Это сказывается на частотных характеристиках прибора.

Приближенные модели диодов

В большинстве случаев, для расчетов в электронных схемах, не используют точную модель диода со всеми его характеристиками. Нелинейность этой функции слишком усложняет задачу. Предпочитают использовать, так называемые, приближенные модели.

Приближенная модель диода «идеальный диод + V

_ϒ»

Самой простой и часто используемой является приближенная модель первого уровня. Она состоит из идеального диода и, добавленного к нему, напряжения порога проводимости V_ϒ.

Приближенная модель диода «идеальный диод + V

_ϒ + r_D»

Иногда используют чуть более сложную и точную приближенную модель второго уровня. В этом случае добавляют к модели первого уровня внутреннее сопротивление диода, преобразовав его функцию из экспоненты в линейную.

Как работает диод? (Часть 3 — Обратное смещение) -…

Если вы помните, отрицательная сторона внешнего напряжения смещения должна быть подключена к области n, а положительная сторона — к области p, чтобы диод имел прямое смещение. Теперь, чтобы диод был смещен в обратном направлении, внешнее напряжение смещения должно быть подключено противоположно тому, как оно было подключено к диоду в состоянии прямого смещения. Таким образом, положительная сторона подключена к n-области, а отрицательная сторона подключена к p-области.

В этом случае свободные электроны, которые являются основными носителями в n-области, притягиваются положительной стороной внешнего напряжения смещения, создавая больше положительных зарядов около pn-перехода. То же самое происходит в p-области. Отверстия, которые являются основными носителями, вытягиваются отрицательной стороной внешнего напряжения смещения, и рядом с pn-переходом создается больше отрицательных зарядов. Это приводит к расширению области истощения и увеличению напряженности электрического поля между положительным и отрицательным зарядами до тех пор, пока потенциал в области истощения не станет таким же, как внешнее напряжение смещения.

Если мы попытаемся взглянуть на энергетическую диаграмму в условиях обратного смещения, мы увидим, что область истощения теперь стала шире, а энергетический холм стал круче, что делает невозможным пересечение свободных электронов через pn-переход. Опять же, глядя на диаграммы энергетических зон, электроны хотят опускаться, а дырки — «всплывать» вверх. В этом случае через диод не будет протекать ток, за исключением очень небольшого обратного тока, которым обычно можно пренебречь.

Обратный ток в состоянии обратного смещения возникает из-за неосновных носителей в p- и n-областях.Они представляют собой термически образованные электронно-дырочные пары. Отрицательная сторона внешнего напряжения смещения подталкивает неосновные носители в p-области, которые являются свободными электронами, к pn-переходу. Поскольку зона проводимости в p-области находится на более высоком энергетическом уровне, чем зона проводимости в n-области, неосновные электроны могут легко проходить через обедненную область, поскольку дополнительной энергии не требуется.

Обратный ток в условиях обратного смещения должен быть действительно небольшим.Однако, если внешнее напряжение смещения увеличивается до значения, равного напряжению пробоя, обратный ток внезапно увеличивается.

Что происходит, так это то, что высокое напряжение обратного смещения дает достаточно энергии свободным неосновным электронам, так что, перемещаясь через p-область, они сталкиваются с атомами и выбивают валентные электроны с орбиты в зону проводимости. Теперь эти электроны, выбитые со своей орбиты, становятся электронами проводимости. Они также обладают высокой энергией и поэтому повторяют этот процесс столкновения с атомами, который приводит к умножению электронов проводимости.Поскольку эти электроны обладают высокой энергией, после того, как они пересекают область обеднения, они не объединяются с неосновными дырками, а проходят через n-область как электроны проводимости.

Умножение электронов проводимости приводит к резкому увеличению обратного тока. Если обратный ток не ограничен, это может привести к повреждению диода.

Итак, теперь мы знаем, как диод работает в режиме обратного смещения. Мы также узнали об обратном токе и о том, как увеличение напряжения обратного смещения до напряжения пробоя резко увеличивает обратный ток, который может повредить диод. -23 (Дж / K) Больцмана. константа, E_g — это энергетический уровень запрещенной зоны полупроводникового материала (эВ).

Что такое уравнение тока диода?

Уравнение идеального диода очень полезно в качестве формулы для зависимости тока от напряжения. Однако иногда обратное соотношение может быть более полезным; если преобразовать уравнение идеального диода и решить его для напряжения как функции тока, мы найдем: v (i) = ηVTln [(iIS) +1].

Как рассчитать обратное напряжение диода?

При обратном смещении на стороне n поддерживается более высокое напряжение, чем на стороне p. Если приложенное напряжение равно V, то полная разность потенциалов на диоде становится равной Vreverse bias = v0 + V (где v0 — потенциал барьера).

Какое напряжение нужно диоду?

Кремниевые диоды имеют прямое напряжение примерно 0,7 В. Прямое напряжение германиевых диодов составляет примерно 0,3 В. Максимальное напряжение обратного смещения, которое диод может выдержать без «поломки», называется пиковым обратным напряжением или номинальным значением PIV.

Что будет, если диод подключить с обратной полярностью?

Напряжение, подключенное к диоду в этом направлении, называется прямым смещением. Но если вы измените направление напряжения, приложив положительную сторону к катоду, а отрицательную — к аноду, ток не будет течь.Фактически диод становится изолятором. Обратное смещение не позволяет току течь.

Что произойдет, если закоротить диод?

Хороший диод прямого действия показывает падение напряжения от 0,5 до 0,8 В для наиболее часто используемых кремниевых диодов. Мультиметр будет отображать OL в обоих направлениях, когда диод открыт. Закороченный диод имеет одинаковое значение падения напряжения (примерно 0,4 В) в обоих направлениях.

Линия на диоде положительная или отрицательная?

Диод имеет два вывода.Положительная сторона называется анодом, а отрицательная — катодом. Обозначение диодной цепи с маркировкой анода и катода.

Как узнать значение диода?

Считывание полосок Держите диод отдельной цветной полосой слева. Полоса обозначает катод, то есть направление протекания тока. В этой позиции вы можете читать полосы слева направо. Определите первую и вторую полосы, если на диоде три полосы.

Для чего нужен диод?

Диод — это устройство, позволяющее току течь в одном направлении, но не в другом. Это достигается за счет встроенного электрического поля. Диод — это устройство, которое позволяет току течь в одном направлении, но не в другом.

Как измерить диод мультиметром?

Как проверить диод с помощью аналогового мультиметра

Удерживайте селекторный переключатель мультиметра в положении низкого сопротивления.
Подключите диод в прямом смещенном состоянии, подключив положительный вывод к аноду, а отрицательный — к катоду.
Если счетчик показывает низкое значение сопротивления, значит диод исправен.

Как работает диод?

Диод — это полупроводниковый прибор, который, по сути, действует как односторонний переключатель тока. Когда диод пропускает ток, он смещен в прямом направлении. Когда диод смещен в обратном направлении, он действует как изолятор и не пропускает ток.

Может ли перегореть диод?

Диод обычно не открывается из-за перегрузки по току.Это называется выгоранием металлизации и может происходить из-за таких вещей, как EOS (электрическое перенапряжение). Изображение показано ниже. Избыточный ток вызывает чрезмерный нагрев и буквально сжигает металл.

Диод преобразует переменный ток в постоянный?

Термин «выпрямитель» описывает диод, который используется для преобразования переменного тока в постоянный. Большинство выпрямительных схем содержат несколько диодов в определенной конфигурации для более эффективного преобразования мощности переменного тока в мощность постоянного тока, чем это возможно с одним диодом.

Зачем использовать диод в цепи постоянного тока?

Наиболее распространенная функция диода — пропускать электрический ток в одном направлении (называемом прямым направлением диода), блокируя его в противоположном направлении (обратном направлении).Формы выпрямителей, диодов могут быть использованы для таких задач, как извлечение модуляции из радиосигналов в радиоприемниках.

Что такое диод со схемой?

Диод, электрический компонент, который позволяет току течь только в одном направлении. На принципиальных схемах диод представлен треугольником с линией, пересекающей одну вершину.

Можно ли использовать диод в качестве источника напряжения?

Но ответ был такой: диод нельзя использовать в качестве источника напряжения. Потенциал противостоит току и создает состояние равновесия, а не источник энергии.

Что такое диод и его характеристики?

Основными статическими характеристиками диодов являются прямое напряжение VF и прямой ток IF, а также обратное напряжение и ток VR и IR. Область, обведенная оранжевой пунктирной линией на диаграмме справа, указывает полезную площадь выпрямительных диодов.

Обратно смещенный диод p-n перехода

процесс, с помощью которого, a p-n переходной диод блокирует электрический ток в наличие приложенного напряжения называется диодом с обратным смещением p-n-перехода.

В обратносмещенный диод p-n перехода, положительный вывод аккумулятор подключен к n-типу полупроводниковый материал и отрицательный вывод аккумулятор подключен к р-типу полупроводниковый материал.

Когда внешнее напряжение подается на диод p-n перехода в таким образом, чтобы отрицательная клемма была подключена к Полупроводник p-типа и положительный вывод подключен к полупроводник n-типа, дырки со стороны p притягиваются к отрицательной терминал тогда как бесплатно электроны с n-стороны притягиваются к положительный вывод.

В диод с обратным смещением p-n-перехода, свободные электроны начинаются их путешествие на отрицательном терминале, тогда как дыры начинаются их путешествие к положительному полюсу. Свободные электроны, которые начинают свой путь с отрицательной клеммы, найдите большое количество дырок на полупроводнике p-типа и заполнение их с электронами.Атом, который получает дополнительную электрон, становится заряженным атомом или отрицательным ионом, или неподвижный заряд. Эти отрицательные ионы на p-n переходе (p-сторона) противодействует потоку свободных электронов с n-стороны.

Вкл. с другой стороны, дырки или положительные заряды, которые начинают свое Путешествие к положительному терминалу, найдите большое количество бесплатных электроны на полупроводнике n-типа и заменяют положение электронов с дырками.Атом, теряющий электрон, становится заряженным атомом или положительным ионом. Эти положительные ионы на p-n переходе (n-сторона) противодействуют потоку положительные носители заряда (дырки) со стороны р.

Если обратное смещенное напряжение, приложенное к диоду p-n перехода еще больше увеличивается, то еще больше количество бесплатных электроны и дырки отталкиваются от p-n-перехода.Это увеличивает ширину истощения область. Следовательно, ширина обедненной области увеличивается с увеличением напряжения. Широкое истощение область диода p-n-перехода полностью блокирует большинство носителей заряда. Следовательно, большинство носителей заряда не может проводить электрический ток.

Однако Диод с p-n переходом позволяет использовать неосновные носители заряда.В положительный полюс аккумулятора проталкивает отверстия (меньшинство носители) к полупроводнику p-типа. В аналогичном Кстати, отрицательная клемма АКБ выталкивает свободный электроны (неосновные носители) к n-типу полупроводник.

положительные носители заряда (дырки), которые пересекают p-n переход притягиваются к отрицательной клемме аккумулятор.С другой стороны, отрицательные носители заряда (свободные электроны), которые пересекают p-n-переход, притягиваются к положительной клемме аккумулятора. Таким образом неосновные носители заряда переносят электрический ток в обратносмещенный диод p-n перехода.

электрический ток, переносимый неосновными носителями заряда, равен очень маленький.Следовательно, ток неосновных носителей заряда рассматривается как незначительный.

Типы диодов

различные типы диодов следующие:

стабилитрон диод
Лавинный диод
Фотодиод
Свет Излучающий диод
Лазер диод
Туннель диод
Шоттки диод
Варактор диод
P-N переходной диод

Время обратного восстановления — обзор

11.1.3 Диоды

Есть много разных диодов (выпрямителей). К важным параметрам относятся: напряжение обратного пробоя, номинальный прямой ток (средний и пиковый), прямое падение напряжения, время обратного восстановления и обратный ток утечки.

Диоды Шоттки

имеют наименьшее прямое падение напряжения и наименьшее время обратного восстановления, но они более дороги, чем стандартные диоды, и обычно имеют ограниченный диапазон обратного напряжения пробоя. Вместо полупроводникового перехода P- и N-типа диод Шоттки имеет переход полупроводника и металла N-типа.Обратная утечка выше, чем у большинства диодов с P – N переходом. Они используются во многих приложениях, включая защиту от обратной полярности и в качестве диодов маховика в схемах переключения низкого напряжения. Обратите внимание, что прямое падение напряжения на переходе Шоттки имеет тенденцию увеличиваться с номинальным напряжением диода, поэтому используйте самое низкое номинальное напряжение, подходящее для сведения потерь проводимости к минимуму.

Диоды иногда обозначают временем обратного восстановления. Когда напряжение на диоде внезапно меняется на противоположное, начальный ток протекает в обратном направлении.Время обратного восстановления ( T _rr) — это время, необходимое для прекращения проводимости при обратном смещении диода. Иногда даются ярлыки быстро, сверхбыстро и сверхбыстро. Стандартный выпрямительный диод, такой как 1N4007, имеет типичное время обратного восстановления 30 мкс, но сверхбыстрая версия UF4007 имеет T _rr = 75 нс, что примерно в 500 раз быстрее. Более современные устройства намного быстрее, например, STTh2R06 — это выпрямитель на 600 В, 1 А с T _rr ∼ 30 нс.

В настоящее время высоковольтные диоды Шоттки доступны от нескольких поставщиков, особенно от Cree и ST Microelectronics. Они известны как диоды из карбида кремния (SiC) и рассчитаны на напряжение от 600 В до более 1 кВ. Этот тип диодов очень полезен в таких схемах, как повышающие схемы с коррекцией коэффициента мощности и понижающие схемы высокого напряжения, высокого тока, где короткое время обратного восстановления предотвращает высокие коммутационные потери. Они, как правило, дороже, чем диоды со сверхбыстрым переходом.

Более короткое время обратного восстановления снижает коммутационные потери.Это связано с тем, что обратный ток часто протекает через переключатель MOSFET, когда напряжение на MOSFET высокое, поэтому более короткое время дает меньшие потери. Однако «резкий» диод иногда может создавать радиопомехи (EMI) из-за быстрого выключения, вызывающего высокочастотный звон. В некоторых приложениях следует использовать диод с «мягким восстановлением», где скорость выключения в условиях обратного смещения высока, но с контролируемой скоростью изменения. Если необходимо использовать более медленные диоды, может потребоваться замедление скорости переключения MOSFET путем добавления резистора последовательно с затвором, чтобы предотвратить перегрев диода.

В источниках питания с обратным ходом через первичную обмотку размещается последовательно соединенная RC-демпферная цепь для предотвращения очень высоких напряжений при выключении переключателя MOSFET. В некоторых демпфирующих схемах используется диод средней скорости, соединенный последовательно с резистором, так что диод блокирует ток во время включения переключателя, но проводит в обоих направлениях в течение примерно 250 нс после выключения переключателя. Это позволяет любому звенящему току протекать через резистор и, таким образом, быстро затухать. В качестве альтернативы, быстрый диод, соединенный последовательно с высоковольтным стабилитроном (два анода, соединенных вместе), может использоваться для ограничения звона.

Ток в диоде

Далее: Диод PN как Up: PN Junction и Предыдущая: PN Junction и

Поведение диода зависит от его полярности в цепи. (рисунок 4.2). Если диод смещен в обратном направлении, (положительный потенциал на N-типе материала) область истощения увеличивается. Единственные носители заряда, способные поддерживать чистый ток через PN переход являются неосновными носителями, и, следовательно, обратный ток равен очень маленький.Диод с прямым смещением (положительный потенциал на материале P-типа) имеет уменьшенную область истощения; большинство носителей могут диффундировать через перекресток. Напряжение может стать достаточно высоким, чтобы исключить область истощения. полностью.

Рисунок 4.2: Подключение диодной цепи : a) с обратным смещением и б) смещение вперед.

Приближение к току в области PN-перехода дается выражением (показано на рисунке 4.3а)

где оба и зависят от температуры. Это уравнение дает достаточно точное предсказание вольт-амперная зависимость самого PN-перехода — особенно колебания температуры — и можно несколько улучшить, выбрав и опытным путем подобрать конкретный диод. Однако для настоящего диода важны и другие факторы: в частности, краевые эффекты вокруг границы соединения вызывают фактический обратный ток немного увеличивается с обратным напряжением, и конечная проводимость легированного полупроводника в конечном итоге ограничивает прямой ток линейным увеличением с увеличением приложенное напряжение.Лучшая вольт-амперная кривая для реального диода показана на рисунке. рисунок 4.3b.

Рисунок 4.3: Зависимость тока от напряжения a) в PN-переходе область и б) для реального диода PN.

Можно выделить различные участки кривой: линейный участок прямое смещение, нелинейная переходная область, напряжение включения () и область обратного смещения. Мы можем присвоить диоду динамическое сопротивление в каждом из линейных регионы: в области прямого смещения и в область с обратным смещением.Эти сопротивления определяются как обратный наклон кривой: . Напряжение представляет собой эффективное падение напряжения на прямой смещенный PN переход (напряжение включения). Для германиевого диода это примерно 0,3 В, а для германиевого диода кремниевый диод он близок к 0,6 В.

Далее: Диод PN как Up: PN Junction и Предыдущая: PN Junction и

Дуг Гингрич
Вт 13 июля 16:55:15 EDT 1999

Твердотельные диоды и характеристики диодов [Analog Devices Wiki]

В электронике диод — это двухконтактный компонент с несимметричным током vs.характеристика напряжения, с низким (в идеале нулевым) сопротивлением току в одном направлении и высоким (идеально бесконечным) в другом. Кремниевый полупроводниковый диод, наиболее распространенный тип, представляет собой монокристаллический кусок полупроводникового материала с PN-переходом, подключенным к двум электрическим выводам.

5.1 PN-переход

PN-переход формируется путем соединения полупроводников p-типа и n-типа вместе в единую кристаллическую решетку. Термин переход относится к границе раздела, где встречаются две области полупроводника.Если переход был построен из двух отдельных частей, это привело бы к разрыву в кристаллической решетке, поэтому PN-переходы создаются в монокристалле полупроводника путем введения определенных примесей, называемых легирующими добавками, например, ионной имплантацией, диффузией или эпитаксией (выращиванием). слой кристалла, легированного примесями n-типа, поверх слоя кристалла, легированного примесями p-типа, например).

PN-переходы являются элементарными строительными блоками почти всех полупроводниковых электронных устройств, таких как диоды, транзисторы, солнечные элементы, светодиоды и интегральные схемы; они являются активными сайтами, где происходит электронное действие устройства.Например, общий тип транзистора, транзистор с биполярным соединением, состоит из двух последовательно соединенных PN-переходов в форме NPN или PNP.

5.1.1 Свойства PN-перехода

PN-переход демонстрирует некоторые интересные свойства, которые находят полезное применение в твердотельной электронике. Полупроводник, легированный p-примесью, относительно проводящий. То же самое верно и для полупроводника с примесью n-типа, но переход между областями p- и n-типа является непроводником. Этот непроводящий слой, называемый обедненным слоем, возникает из-за того, что электрически заряженные носители, электроны в кремнии n-типа и дырки в кремнии p-типа, диффундируют в материал другого типа ( i.е. электронов p-типа и дырок в n-типе) и устраняют друг друга в процессе, называемом рекомбинацией. Эта диффузия заряда вызывает встроенную разность потенциалов в обедненной области. Путем манипулирования этим непроводящим слоем PN-переходы обычно используются как диоды: элементы схемы, которые пропускают электрический ток в одном направлении, но не в другом (противоположном) направлении. Это свойство объясняется в терминах прямого смещения и обратного смещения, где термин смещение относится к приложению электрического напряжения к PN-переходу.PN-переход будет проводить ток, когда приложенное внешнее напряжение превышает встроенный потенциал перехода.

5.1.2 Равновесие (нулевое смещение)

В PN-переходе без внешнего приложенного напряжения достигается состояние равновесия, при котором на переходе образуется разность потенциалов. Эта разность потенциалов называется встроенным потенциалом, В _BI.

На стыке полупроводников p-типа и n-типа более высокая концентрация электронов в области n-типа вблизи интерфейса PN имеет тенденцию диффундировать в область p-типа.По мере того как электроны диффундируют, они оставляют положительно заряженные ионы (доноры) в n-области. Точно так же более высокая концентрация дырок на стороне p-типа вблизи интерфейса PN начинает диффундировать в область n-типа, оставляя фиксированные ионы (акцепторы) с отрицательным зарядом. Области, непосредственно прилегающие по обе стороны от интерфейса PN, теряют свою нейтральность и становятся заряженными, образуя область пространственного заряда или обедненный слой (см. Рисунок 5.1).

Рисунок 5.1 PN-переход в состоянии равновесия.

Электрическое поле, создаваемое областью пространственного заряда, препятствует процессу диффузии как для электронов, так и для дырок.Есть два одновременных явления: процесс диффузии, который имеет тенденцию генерировать больший объемный заряд, и электрическое поле, создаваемое объемным зарядом, которое стремится противодействовать диффузии. В состоянии равновесия эти две силы уравновешивают друг друга. Профиль концентрации носителей в состоянии равновесия показан на рисунке 5.1 синими и красными линиями. Также показаны два уравновешивающих явления, которые устанавливают равновесие.

Область пространственного заряда — это зона с чистым зарядом, обеспечиваемым фиксированными ионами (донорами или акцепторами), которые остались незакрытыми из-за диффузии основных носителей заряда.Когда равновесие достигнуто, плотность заряда аппроксимируется ступенчатой функцией, отображаемой на графике Q (x) на рисунке 5.2. Фактически, область полностью обеднена основными носителями (оставляя плотность заряда равной чистому уровню легирования), а граница между областью пространственного заряда и нейтральной областью довольно резкая. Область пространственного заряда имеет одинаковый заряд по обе стороны от интерфейса PN, поэтому она простирается дальше на менее легированную сторону (сторона n на рисунках 5.1 и 5.2).

5.1.3 Прямое смещение

При прямом смещении положительное напряжение прикладывается к стороне p-типа по отношению к стороне n-типа перехода. При приложении напряжения таким образом дырки в области p-типа и электроны в области n-типа вытесняются в сторону перехода. Это уменьшает ширину истощающего слоя. Положительный заряд, приложенный к материалу p-типа, отталкивает дырки, в то время как отрицательный заряд, приложенный к материалу n-типа, отталкивает электроны.Расстояние между электронами и дырками уменьшается по мере того, как они движутся к стыку. Это снижает встроенный потенциальный барьер. С увеличением напряжения прямого смещения обедненный слой в конечном итоге становится достаточно тонким, чтобы встроенное электрическое поле больше не могло противодействовать движению носителей заряда через PN-переход, что, в свою очередь, снижает электрическое сопротивление. Электроны, которые пересекают PN-переход в материал p-типа (или дырки, которые проникают в материал n-типа), будут диффундировать в почти нейтральную область.Следовательно, степень диффузии неосновной части в зонах, близких к нейтральной, определяет величину тока, который может протекать через диод.

Только основные носители (электроны в материале n-типа или дырки в материале p-типа) могут протекать через полупроводник на макроскопическую длину. Имея это в виду, рассмотрим поток электронов через переход. Прямое смещение вызывает силу на электронах, толкающую их со стороны N к стороне P. При прямом смещении область обеднения достаточно узкая, чтобы электроны могли пересекать переход и инжектироваться в материал p-типа.Однако они не продолжают течь через материал p-типа бесконечно, потому что для них энергетически выгодно рекомбинировать с дырками. Средняя длина, которую электрон проходит через материал p-типа до рекомбинации, называется диффузионной длиной, и обычно она составляет порядка микрон.

Хотя электроны проникают в материал p-типа только на короткое расстояние до рекомбинации, электрический ток продолжается непрерывно, потому что дырки (основные носители) начинают течь в противоположном направлении, заменяя те, с которыми рекомбинируются электроны неосновных носителей.Полный ток (сумма токов электронов и дырок) постоянен в пространстве, потому что любое изменение вызовет накопление заряда с течением времени (это текущий закон Кирхгофа). Поток дырок из области p-типа в область n-типа в точности аналогичен потоку электронов от N к P (электроны и дырки меняются ролями, и знаки всех токов и напряжений меняются местами).

Таким образом, макроскопическая картина протекания тока через диод включает в себя электроны, протекающие через область n-типа к переходу, дырки, протекающие через область p-типа в противоположном направлении к переходу, и два типа носителей, постоянно рекомбинирующих в близость (определяемая диффузионной длиной) перехода.Электроны и дырки движутся в противоположных направлениях, но они также имеют противоположные заряды, поэтому общий ток идет в одном направлении с обеих сторон диода, если требуется.

5.1.4 Обратное смещение

Обратное смещение обычно относится к тому, как диод используется в цепи. Если диод смещен в обратном направлении, напряжение на катоде выше, чем на аноде. Следовательно, ток не будет течь, пока электрическое поле не станет настолько сильным, что диод не сломается.

Поскольку материал p-типа теперь подключен к отрицательной стороне приложенного напряжения, отверстия в материале p-типа отодвигаются от перехода, что приводит к увеличению толщины обедненного слоя.Точно так же, поскольку область n-типа подключена к положительной стороне, электроны также будут отводиться от перехода. Следовательно, обедненный слой расширяется и увеличивается с увеличением напряжения обратного смещения. Это увеличивает барьер напряжения, вызывая высокое сопротивление потоку носителей заряда, таким образом, позволяя только очень небольшому электрическому току протекать через PN-переход.

Напряженность электрического поля обедненного слоя увеличивается по мере увеличения напряжения обратного смещения.Как только напряженность электрического поля превышает критический уровень, слой истощения PN-перехода разрушается, и начинает течь ток, обычно в результате процессов пробоя Зенера или лавинного пробоя. Оба эти процесса пробоя являются неразрушающими и обратимыми, пока величина протекающего тока не достигает уровней, которые вызывают перегрев полупроводникового материала и термическое повреждение.

Этот эффект используется в схемах стабилизаторов на стабилитронах.Стабилитроны имеют четко определенное низкое обратное напряжение пробоя по своей конструкции. Типичное значение напряжения пробоя составляет, например, 6,2 В. Это означает, что напряжение на катоде никогда не может быть более чем на 6,2 В выше, чем напряжение на аноде, потому что диод выйдет из строя и, следовательно, станет проводящим, если напряжение станет выше. Это эффективно ограничивает напряжение на диоде.

Другое применение, где используются диоды с обратным смещением, — это варакторные диоды (переменные конденсаторы).Слой обеднения действует как изолятор между двумя проводящими пластинами или выводами диода. Емкость зависит от ширины изоляционного слоя и его площади. Ширина зоны истощения любого диода изменяется в зависимости от приложенного напряжения. Это изменяет емкость диода. Варакторы специально сконструированы так, чтобы одна сторона PN перехода была слегка легированной, поэтому на этой стороне диода будет большая область обеднения. Эта более толстая область также будет больше зависеть от приложенного напряжения смещения, и, таким образом, изменение емкости диода (ΔC / ΔV) будет сильно зависеть от приложенного напряжения смещения.

Сводка раздела

Свойства прямого смещения и обратного смещения PN-перехода предполагают, что он может использоваться в качестве диода. Диод с PN-переходом позволяет электрическим зарядам течь в одном направлении, но не в противоположном; отрицательные заряды (электроны) могут легко проходить через переход от N к P, но не от P к N, и обратное верно для дырок. Когда PN-переход смещен в прямом направлении, электрический заряд течет свободно из-за пониженного сопротивления PN-перехода.Однако, когда PN-переход имеет обратное смещение, барьер перехода (и, следовательно, сопротивление) становится больше, а поток заряда очень мал.

5.2 Фактические диоды

На рисунке 5.3 ниже схематично изображен диод (a) и показан типичный лабораторный диод (b). Диоды — довольно распространенные и полезные устройства. Можно представить себе диод как устройство, которое позволяет току течь только в одном направлении. Это чрезмерное упрощение, но хорошее приближение.

Рисунок 5.3: (a) Схематический символ диода (b) малосигнальный диод.

Как обсуждалось ранее, полупроводниковые диоды изготавливаются в виде двухслойной структуры, образующей PN переход. Полупроводники, такие как кремний или германий, можно легировать небольшими концентрациями определенных примесей, чтобы получить материал, который проводит электричество посредством переноса электронов (n-тип) или через дырки (p-тип). Когда слои из этих двух типов легированного полупроводника построены так, чтобы сформировать PN-переход, электроны мигрируют от стороны n-типа, а дырки мигрируют от стороны p-типа, как показано на рисунке.5.1. Это перераспределение заряда приводит к появлению потенциального промежутка В, , _BI,, поперек перехода, как показано на рисунке. Этот зазор равен VBI ~ 0 . 7 V для кремния и ~ 0 . 3 V для германия.

Рисунок 5.4 PN-переход, образующий промежуток напряжения на переходе.

Когда этот диод с PN-переходом теперь подключен к внешнему напряжению, это может эффективно увеличивать или уменьшать встроенный потенциальный зазор.Это приводит к очень разному поведению в зависимости от полярности этого внешнего напряжения, как показано на типичном графике В — I на рисунке. 5.5. Когда диод смещен в обратном направлении, как показано на рисунке 5.6, зазор увеличивается, и через переход проходит очень небольшой ток (до тех пор, пока в конечном итоге в этом примере не произойдет пробой поля при ~ 6,2 В). Напротив, конфигурация с прямым смещением уменьшает зазор, приближаясь к нулю для внешнего напряжения, равного напряжению зазора, и ток может течь легко.

Выражение для напряжения на диоде (прямое смещение) В _D выглядит следующим образом:

(5.1)

Где:
В _D = приложенное напряжение на диоде
к = постоянная Больцмана (1,38E-23 Дж / Кельвин)
T = абсолютная температура в Кельвинах
q = заряд электрона (1,6E-19 Кулонов)
I _D = фактический ток через диод
I _S = ток диффузии (постоянная, зависящая от устройства)
(Так называемое тепловое напряжение, В _T, составляет кТ / q = 26 мВ при комнатной температуре.)

Приведенное выше уравнение можно изменить, чтобы получить I _D:

(5.2)

Таким образом, при обратном смещении диод ведет себя как разомкнутый переключатель; и при прямом смещении для токов примерно 10 мА или больше диод дает почти постоянное падение напряжения ~ 0,7 В . Диффузионный ток I _S, зависит от уровня легирования примесей n-типа и p-типа, площади диода и (в очень большой степени) от температуры.Разумной отправной точкой для диода интегральной схемы с малой геометрией является I _S = 1E ^-16.

Рисунок 5.5: Зависимость напряжения В _D от тока, поведение диода I _D

Противоположные заряды в полупроводниковом переходе не отличаются от зарядов на пластинах конденсатора. Итак, у каждого перехода есть емкость; но поскольку расстояние между электронами и дырками, обедненный слой, изменяется с приложенным напряжением, емкость зависит от приложенного напряжения.Чем ниже напряжение, тем выше емкость, и она будет увеличиваться прямо в область прямого смещения.

Рисунок 5.6 Характеристики напряжения в зависимости от тока стабилитрона на 6,2 В

Еще одна вещь, на которую следует обратить внимание в отношении реальных диодов, — это последовательное сопротивление в полупроводниковом материале, не принимаемое областью обеднения. Для обычной концентрации 5E ¹⁵ (количество атомов примеси на кубический сантиметр, что дает практическое напряжение пробоя в ИС около 25 В), объемное удельное сопротивление составляет около 1 Ом · см для кремния, легированного фосфором (n-типа), и 3 Ом-см для бора (р-тип).Для сравнения, такой металл, как алюминий, имеет удельное сопротивление 2,8 мкОм-см, медь — 1,7 мкОм-см. Объемное удельное сопротивление (ρ или rho) измеряется между противоположными поверхностями куба материала с длиной стороны (w, h, l) 1 см (10 мм).

5.3 Температурные характеристики диодов

Из уравнения для напряжения диода 5.1 мы можем видеть, что оно содержит член абсолютной температуры T. Кроме того, диффузионный ток I _S на самом деле не является постоянным, но сильно зависит от температуры.На нижнем наборе графиков на рисунке 5.7 смоделированное напряжение диода в зависимости от температуры показано для четырех различных токов диода (зеленый = 1 мА , синий = 2 мА , красный = 5 мА и голубой = 10 мА). Из графиков видно, что напряжение на диоде имеет довольно сильную отрицательную температурную зависимость.

На верхнем графике показана разница между кривыми 2 мА и 1 мА вместе с разницей между кривыми 5 мА и 10 мА. Эти два результата лежат точно друг на друге.Причина этого станет очевидной, если мы рассмотрим уравнение напряжения на диоде более внимательно.

Рисунок 5.7 Зависимость напряжения диода от температуры при 1 мА, 2 мА, 5 мА и 10 мА

(5,3)

Переставляя и принимая I _S1 = I _S2, получаем:

(5,4)

Теперь сильный температурный эффект I _S выпадает из уравнения, и у нас остается только абсолютный температурный член T, который делает ΔV _D пропорциональным абсолютной температуре (PTAT).Оба V _D2 — V _D1 и V _D4 — V _D3 имеют одинаковое соотношение 2: 1 для их токов, и, таким образом, кривые ΔV _D будут точно лежать на друг над другом. При комнатной температуре тепловое напряжение В _T составляет около 26 мВ , что при умножении на ln (2) дает примерно 18 мВ, видимые на графике при 25 градусах.

5.4 Линейная модель

Линейная модель диода аппроксимирует экспоненциальные характеристики I — V прямой линией, касательной к реальной кривой в точке смещения постоянного тока.На рисунке 5.8 показана кривая с касательной в точке ( V _D, I _D). Кривая пересекает горизонтальную ось при напряжении В _D0. Для небольших изменений в V _D и I _D относительно точки касания касательная линия дает хорошее приближение к реальной кривой.

Рисунок 5.8 Характеристики I — V с касательной при ( V _D, I _D)

Наклон касательной определяется по формуле:

(5.5)

I _D часто намного больше, чем I _S, поэтому уравнение часто упрощается до:

(5,6)

Уравнение касательной:

(5,7)

5.5 Модель слабого сигнала

Поскольку уравнение диода для I _D как функции V _D является нелинейным, инструменты анализа линейных цепей не могут быть применены к схемам, содержащим диоды, так же, как это было бы для схемы, содержащей только резисторы.Однако, если ток диода известен для конкретного напряжения, можно использовать линейный анализ цепи для прогнозирования изменения тока при заданном изменении напряжения, при условии, что это изменение будет постепенно небольшим. Такой подход называется анализом слабого сигнала. Несколько слов об обозначениях:

Где:
V _D и I _D — значения смещения постоянного тока, а v _d и i _d — малосигнальные изменения значений смещения.

Сопротивление слабого сигнала определяется как отношение v _d к i _d и определяется как:

(5,8)

Это приводит к тому же r _d, что и в модели линейного касательного диода на рисунке 5.8. Таким образом, слабосигнальная модель диода при прямом смещении представляет собой резистор номиналом r _d. Значение r _d обратно пропорционально протекающему через него току. Каждый раз, когда ток удваивается, сопротивление уменьшается вдвое.Из модели линейного диода следует, что r _d можно графически интерпретировать как обратную величину наклона кривой i _D по сравнению с v _D в точке ( V _D, I _D) .

Сводка раздела

Полупроводники содержат два типа мобильных носителей заряда: положительно заряженные дырки и отрицательно заряженные электроны.
Полупроводник может быть легирован донорными примесями (легирование n-типа) так, чтобы он содержал подвижные заряды, являющиеся электронами.
Полупроводник может быть легирован акцепторными примесями (легирование p-типа), так что он содержит подвижные заряды, которые являются дырками.
Есть два важных механизма протекания тока в полупроводнике:
1. диффузия носителей в результате градиента концентрации; и
2. дрейф носителей в электрическом поле.
В состоянии равновесия через PN-переход создается встроенный потенциальный или потенциальный барьер В _BI вольт.
При приложении напряжения прямого смещения В _DF встроенный потенциал снижается до В _BI — В _D, и ток течет через диод, когда В _DF больше V _BI.
При приложении напряжения обратного смещения В _DR высота потенциального барьера увеличивается до В _BI + В _DR, и может течь небольшой ток.
Когда В _BI + В _DR больше некоторого критического напряжения, где электрическое поле выше, чем электрическая прочность полупроводника, происходит обратный пробой перехода и течет ток.
Полный ток диода I _D связан с приложенным напряжением В _D соотношением

ADALM1000 Лабораторное занятие 2. Диод I vs.Кривые V
Лабораторная работа ADALM1000, Зависимая от напряжения емкость PN-перехода

Лабораторное занятие ADALM2000 2. Кривые зависимости диода I от V
Лабораторное занятие ADALM2000, зависимая от напряжения емкость PN-перехода
Лабораторное занятие ADALM2000: датчик дифференциальной температуры

Вернуться к предыдущей главе

Перейти к следующей главе

Вернуться к содержанию

Время обратного восстановления диода

Диод, когда он работает в состоянии прямого смещения, имеет почти нулевую область истощения.То есть приложенное внешнее напряжение питания будет использоваться устройством для преодоления барьерного потенциала, который налагается на него из-за присутствия неподвижных носителей заряда в его обедненной области. Теперь представьте, что это напряжение смещается в обратном направлении, инвертируя полярности, подключенные к клеммам диода. В идеале это должно немедленно перевести диод из включенного состояния в выключенное. То есть ожидается, что диод, который проводит ток в прямом направлении, немедленно перестанет проводить.

Однако на практике это невозможно, поскольку поток основных носителей заряда через диод не прекращается прямо в момент реверсирования смещения. Фактически, им потребуется определенное время перед остановкой, и это время известно как время обратного восстановления диода .

В течение этого времени обратного восстановления диода можно увидеть, что через диод будет протекать довольно большой ток, но в противоположном направлении (I _rr на рисунке 1).Однако его величина уменьшается и насыщается до значения обратного тока насыщения, как только временная шкала пересекает время обратного восстановления (t _rr) диода. Графически можно описать время обратного восстановления диода как общее время, которое начинается с момента, когда обратный ток начинает течь через диод, до момента времени, когда он достигает нуля (или любого другого заранее заданного значения). низкий уровень, скажем 25% от I _rr на рисунке) при распаде (t _d) при достижении своих отрицательных максимумов (t _p).

Отношение этих двух временных факторов (а именно, t _p и t _d) известно как коэффициент мягкости. В случае нормального диода время затухания тока (t _d) будет меньше по сравнению со временем, которое требуется току для достижения своего отрицательного пика (t _p). С другой стороны, для диода с мягким восстановлением ситуация будет обратной. То есть здесь t _d будет больше по сравнению с t _p. Мы можем видеть, что коэффициент мягкости дает меру потерь полупроводника, возникающих при переключении.Это соотношение больше; больше будут потери переключения. Из этого можно сделать вывод, что при использовании диодов с мягким восстановлением потери при переключении полупроводников больше, чем при использовании обычных диодов.

Это явление обратного восстановления в основном является паразитным эффектом, наблюдаемым в случае диодов, и, как видно, зависит от уровня легирования кремния и его геометрии. Кроме того, видно, что даже температура перехода, скорость падения прямого тока и значение прямого тока непосредственно перед подачей обратного смещения также влияют на его значение.Больше время обратного восстановления; медленнее будет диод и наоборот. Таким образом, предпочтительны диоды с меньшим временем обратного восстановления, особенно когда требуется высокая скорость переключения. Более того, в течение этого временного интервала будет протекать значительный ток обратно к источнику питания, который обеспечивает питание диода.

Что такое выпрямительные диоды и их основные характеристики

Конструктивные особенности выпрямительных диодов

Принцип работы и вольт-амперная характеристика выпрямительных диодов

Основные параметры и характеристики выпрямительных диодов

Применение выпрямительных диодов в электронных схемах

Типы и разновидности выпрямительных диодов

Особенности выбора и применения выпрямительных диодов

Заключение: роль выпрямительных диодов в современной электронике

Обратный ток — диод — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Обратный ток — диод

Постоянный обратный ток диода — это… Что такое Постоянный обратный ток диода?

Смотреть что такое «Постоянный обратный ток диода» в других словарях:

Выпрямительный диод | Volt-info

Вольтамперная характеристика выпрямительного диода

Понятия и обозначения характеристик

Работа диода

Однонаправленная проводимость диода

Конструкции и карактеристики диодов, особенности их применения

Выпрямительные диоды: Конструктивные особенности и особенности вольт-амперных характеристик выпрямительных диодов

Обратный ток диода формула. Обратное напряжение

7.3 Сглаживающие фильтры

Обратное напряжение

Навигация по записям

Полезно

Ремонт интерьер строительство

Многоэтажное строительство

Диод состоит из следующих основных элементов:

Обратное напряжение

Навигация по записям

Полезно

Ремонт интерьер строительство

Многоэтажное строительство

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) полупроводникового диода

Что такое идеальный диод?

ВАХ реального полупроводникового диода

V

I

I

PIV(Peak Inverse Voltage) — Напряжение пробоя

Паразитическая емкость PN-перехода

Приближенные модели диодов

Приближенная модель диода «идеальный диод + V

Приближенная модель диода «идеальный диод + V

Как работает диод? (Часть 3 — Обратное смещение) -…

Что такое уравнение тока диода?

Как рассчитать обратное напряжение диода?

Какое напряжение нужно диоду?

Что будет, если диод подключить с обратной полярностью?

Что произойдет, если закоротить диод?

Линия на диоде положительная или отрицательная?

Как узнать значение диода?

Для чего нужен диод?

Как измерить диод мультиметром?

Как работает диод?

Может ли перегореть диод?

Диод преобразует переменный ток в постоянный?

Зачем использовать диод в цепи постоянного тока?

Что такое диод со схемой?

Можно ли использовать диод в качестве источника напряжения?

Что такое диод и его характеристики?

Обратно смещенный диод p-n перехода

Типы диодов

Время обратного восстановления — обзор

11.1.3 Диоды

Ток в диоде

Твердотельные диоды и характеристики диодов [Analog Devices Wiki]

5.1 PN-переход

5.1.1 Свойства PN-перехода

5.1.2 Равновесие (нулевое смещение)

5.1.3 Прямое смещение

5.1.4 Обратное смещение

Сводка раздела

5.2 Фактические диоды

5.3 Температурные характеристики диодов

5.4 Линейная модель

5.5 Модель слабого сигнала

Сводка раздела

Время обратного восстановления диода

Похожие записи

Особенности питания кормящей мамы: что можно и нельзя есть при грудном вскармливании