Strømdioder

Elektronhullsammensetning

Prinsippet for drift av de fleste halvlederenheter er basert på fenomener og prosesser som oppstår på grensen mellom to områder av en halvleder med forskjellige typer elektrisk ledningsevne - elektron (n-type) og hull (p-type). I n-typen dominerer elektroner, som er hovedbærerne av elektriske ladninger, i p-regionen er dette positive ladninger (hull). Grensen mellom to regioner med forskjellige konduktivitetstyper kalles et pn-kryss.

Funksjonelt kan dioden (fig. 1) betraktes som en ukontrollert elektronisk bryter med ensidig ledning. En diode er i ledende tilstand (lukket bryter) hvis en foroverspenning påføres den.

Ris. 1. Konvensjonell grafisk betegnelse på dioden

Strømmen gjennom iF-dioden bestemmes av parametrene til den eksterne kretsen, og spenningsfallet i halvlederstrukturen er av liten betydning. Hvis en omvendt spenning påføres dioden, er den i en ikke-ledende tilstand (åpen bryter) og en liten strøm flyter gjennom den. Spenningsfallet over dioden i dette tilfellet bestemmes av parametrene til den eksterne kretsen.

Beskyttelse av diodene

De mest typiske årsakene til elektriske feil på en diode er en høy stigningshastighet av foroverstrømmen diF / dt når den er på, overspenning når den er av, overskridelse av maksimalverdien av foroverstrømmen og bryte strukturen med en uakseptabel høy reversspenning.

Ved høye verdier på diF / dt vises en ujevn konsentrasjon av ladningsbærere i diodestrukturen og som et resultat lokal overoppheting med påfølgende skade på strukturen. Hovedårsaken til de høye verdiene til diF / dt er de små induktans i en krets som inneholder en foroverspenningskilde og en på-diode. For å redusere verdiene til diF / dt, er en induktans koblet i serie med dioden, noe som begrenser stigningshastigheten til strømmen.

For å redusere verdiene til amplitudene til spenningene som påføres dioden når kretsen er slått av, brukes en seriekoblet motstand R og kondensator C er den såkalte RC-kretsen koblet parallelt med dioden.

For å beskytte diodene mot strømoverbelastning i nødmodus, brukes høyhastighets elektriske sikringer.

De viktigste typene strømdioder

I henhold til hovedparametrene og formålet er dioder vanligvis delt inn i tre grupper: generelle dioder, hurtiggjenopprettingsdioder og Schottky-dioder.

Generelle dioder

Denne gruppen av dioder utmerker seg ved høye verdier av revers spenning (fra 50 V til 5 kV) og foroverstrøm (fra 10 A til 5 kA). Den massive halvlederstrukturen til dioder forringer ytelsen deres. Derfor er reverseringstiden for dioder vanligvis i området 25-100 μs, noe som begrenser deres bruk i kretser med frekvenser over 1 kHz.Som regel jobber de i industrielle nettverk med en frekvens på 50 (60) Hz. Det kontinuerlige spenningsfallet over diodene i denne gruppen er 2,5-3 V.

Strømdioder kommer i forskjellige pakker. De mest utbredte er to typer utførelse: en pinne og en tablett (fig. 2 a, b).

Ris. 2. Konstruksjon av diodelegemer: a — pinne; b - nettbrett

Rask gjenopprettingsdioder. I produksjonen av denne gruppen av dioder brukes ulike teknologiske metoder for å redusere tiden for omvendt gjenoppretting. Spesielt benyttes silisiumdoping med diffusjonsmetoden gull eller platina, som gjør det mulig å redusere utvinningstiden til 3-5 μs. Dette reduserer imidlertid de tillatte verdiene for fremoverstrøm og reversspenning. De tillatte strømverdiene er fra 10 A til 1 kA, omvendt spenning - fra 50 V til 3 kV. De raskeste diodene har en reverseringstid på 0,1-0,5 μs. Slike dioder brukes i puls- og høyfrekvente kretser med frekvenser på 10 kHz og høyere. Utformingen av dioder i denne gruppen ligner på dioder for generell bruk.

Diode Schottky

Prinsippet for drift av Schottky-dioder er basert på egenskapene til overgangsområdet mellom metallet og halvledermaterialet. For strømdioder brukes et lag av n-type utarmet silisium som halvleder. I dette tilfellet er det en negativ ladning i overgangsområdet på metallsiden og en positiv ladning på halvledersiden.

En særegenhet ved Schottky-dioder er at foroverstrømmen skyldes bevegelsen til bare hovedbærerne - elektroner. Mangelen på minoritetsbæreakkumulering reduserer tregheten til Schottky-dioder betydelig.Gjenopprettingstiden er vanligvis ikke mer enn 0,3 μs, foroverspenningsfallet er ca. 0,3 V. Reversstrømverdiene i disse diodene er 2-3 størrelsesordener høyere enn i p-n-junction dioder. Den begrensende reversspenningen er vanligvis ikke mer enn 100 V. De brukes i høyfrekvente og lavspente pulskretser.