Likeretterdioder

Diode - en to-elektrode halvlederenhet med ett p-n-kryss, som har ensidig strømledning. Det finnes mange forskjellige typer dioder – likeretter, puls, tunnel, revers, mikrobølgedioder, samt zenerdioder, varicaps, fotodioder, LED og mer.

Likeretterdioder

Driften av likeretterdioden forklares av egenskapene til det elektriske p - n-krysset.

Nær grensen til to halvledere dannes det et lag som er blottet for mobile ladningsbærere (på grunn av rekombinasjon) og har høy elektrisk motstand — den s.k. Blokkerende lag. Dette laget bestemmer kontaktpotensialforskjellen (potensialbarriere).

Hvis en ekstern spenning påføres p - n-krysset, og skaper et elektrisk felt i motsatt retning av feltet til det elektriske laget, vil tykkelsen på dette laget avta, og ved en spenning på 0,4 - 0,6 V vil blokkeringslaget forsvinner og strømmen vil øke betydelig (denne strømmen kalles likestrøm).

Når en ekstern spenning med forskjellig polaritet kobles til, vil blokkeringslaget øke og motstanden til p-n-krysset vil øke, og strømmen på grunn av bevegelsen til minoritetsladningsbærere vil være ubetydelig selv ved relativt høye spenninger.

Foroverstrømmen til dioden skapes av de store ladebærerne og reversstrømmen av minoritetens ladebærere. En diode sender positiv (fremover) strøm i retning fra anoden til katoden.

I fig. 1 viser den konvensjonelle grafiske betegnelsen (UGO) og karakteristikkene til likeretterdioder (deres ideelle og faktiske strømspenningsegenskaper). Den tilsynelatende diskontinuiteten til diodestrøm-spenningskarakteristikken (CVC) ved origo er assosiert med forskjellige strøm- og spenningsskalaer i den første og tredje kvadranten av plottet. To diodeutganger: anode A og katode K i UGO er ikke spesifisert og er vist i figuren for forklaring.

Strømspenningskarakteristikken til en ekte diode viser området for elektrisk sammenbrudd, når strømmen øker kraftig for en liten økning i omvendt spenning.

Elektrisk skade er reversibel. Når du går tilbake til arbeidsområdet, mister ikke dioden sine egenskaper. Hvis den omvendte strømmen overskrider en viss verdi, vil den elektriske feilen bli irreversibel termisk med feil på enheten.

Ris. 1. Halvlederlikeretter: a — konvensjonell grafisk representasjon, b — ideell strøm-spenningskarakteristikk, c — reell strøm-spenningskarakteristikk

Industrien produserer hovedsakelig germanium (Ge) og silisium (Si) dioder.

Silisiumdioder har lave reversstrømmer, høyere driftstemperatur (150 — 200 ° C vs. 80 — 100 ° C), tåler høye reversspenninger og strømtettheter (60 — 80 A / cm2 vs. 20 — 40 A / cm2) . I tillegg er silisium et vanlig grunnstoff (i motsetning til germaniumdioder, som er et sjeldent jordartselement).

Fordelene med germaniumdioder inkluderer et lavt spenningsfall når en likestrøm flyter (0,3 - 0,6 V vs. 0,8 - 1,2 V). I tillegg til halvledermaterialene som er oppført, brukes galliumarsenid GaAs i mikrobølgekretser.

I henhold til produksjonsteknologien er halvlederdioder delt inn i to klasser: punkt og plan.

Punktdioder danner en n-type Si- eller Ge-plate med et areal på 0,5 - 1,5 mm2 og en stålnål som danner et p - n-kryss ved kontaktpunktet. Som et resultat av det lille området har krysset lav kapasitans, derfor kan en slik diode fungere i høyfrekvente kretser.Men strømmen gjennom krysset kan ikke være stor (vanligvis ikke mer enn 100 mA).

En plan diode består av to sammenkoblede Si- eller Ge-plater med ulik elektrisk ledningsevne. Det store kontaktområdet resulterer i en stor koblingskapasitans og en relativt lav driftsfrekvens, men strømmen kan være stor (opp til 6000 A).

Hovedparametrene til likeretterdioder er:

• maksimalt tillatt fremoverstrøm Ipr.max,

• maksimal tillatt reversspenning Urev.max,

• maksimalt tillatt frekvens fmax.

I henhold til den første parameteren er likeretterdioder delt inn i dioder:

• lav effekt, konstant strøm opp til 300 mA,

• gjennomsnittlig effekt, likestrøm 300 mA — 10 A,

• høy effekt — kraft, den maksimale foroverstrømmen bestemmes av klassen og er 10, 16, 25, 40 — 1600 A.

Pulsdioder brukes i laveffektkretser med en pulskarakter av den påførte spenningen. Et særegent krav for dem er den korte overgangstiden fra lukket tilstand til åpen tilstand og omvendt (typisk tid 0,1 — 100 μs). UGO pulsdioder er de samme som likeretterdioder.

Fig. 2. Transiente prosesser i pulsdioder: a — strømmens avhengighet når spenningen skiftes fra direkte til revers, b — avhengigheten til spenningen når en strømpuls passerer gjennom dioden

Spesifikke parametere for pulsdioder inkluderer:

• restitusjonstid Tvosst

• dette er tidsintervallet mellom øyeblikket når diodespenningen skifter fra forover til revers og øyeblikket når reversstrømmen avtar til en gitt verdi (fig. 2, a),

• utfellingstiden Tust er tidsintervallet mellom begynnelsen av likestrømmen til en gitt verdi gjennom dioden og øyeblikket når spenningen på dioden når 1,2 av verdien i stabil tilstand (Figur 2, b),

• den maksimale gjenvinningsstrømmen Iobr.imp.max., lik den største verdien av reversstrømmen gjennom dioden etter å ha byttet spenningen fra forover til revers (fig. 2, a).

Inverterte dioder oppnås når konsentrasjonen av urenheter i p- og n-regionene er større enn for konvensjonelle likerettere. En slik diode har lav motstand mot foroverstrømmen under reverskobling (fig. 3) og relativt høy motstand under direkte kobling. Derfor brukes de til å korrigere små signaler med en spenningsamplitude på flere tideler av en volt.

Ris. 3. UGO og VAC av inverterte dioder

Schottky-dioder oppnådd ved metall-halvleder-overgang.I dette tilfellet brukes n-silisium (eller silisiumkarbid)-substrater med lav motstand med et tynt epitaksielt lag med høy motstand av samme halvleder (fig. 4).

Ris. 4. UGO og strukturen til Schottky-dioden: 1 — initial silisiumkrystall med lav motstand, 2 — epitaksialt lag av silisium med høy motstand, 3 — romladningsområde, 4 — metallkontakt

En metallelektrode påføres overflaten av det epitaksiale laget, som gir oppretting, men som ikke injiserer minoritetsbærere inn i kjerneområdet (oftest gull). Derfor er det ikke slike langsomme prosesser i disse diodene som akkumulering og resorpsjon av minoritetsbærere i basen. Derfor er tregheten til Schottky-dioder ikke høy. Den bestemmes av verdien av barrierekapasitansen til likeretterkontakten (1 - 20 pF).

I tillegg er seriemotstanden til Schottky-dioder betydelig lavere enn for likeretterdioder fordi metalllaget har lav motstand sammenlignet med en hvilken som helst, til og med sterkt dopet, halvleder. Dette gjør det mulig å bruke Schottky-dioder for å rette opp betydelige strømmer (ti titalls ampere). De brukes vanligvis til å bytte sekundærer for å rette opp høyfrekvente spenninger (opptil flere MHz).

Potapov L.A.