Strāvas diodes

Elektronu caurumu savienojums

Lielākās daļas pusvadītāju ierīču darbības princips ir balstīts uz parādībām un procesiem, kas notiek uz robežas starp diviem pusvadītāju apgabaliem ar dažāda veida elektrovadītspēju - elektronu (n-tipa) un caurumu (p-tipa). N-tipa reģionā dominē elektroni, kas ir galvenie elektrisko lādiņu nesēji, p-apgabalā tie ir pozitīvie lādiņi (caurumi). Robežu starp diviem dažādu vadītspējas veidu apgabaliem sauc par pn krustojumu.

Funkcionāli diodi (1. att.) var uzskatīt par nekontrolētu elektronisku slēdzi ar vienpusēju vadītspēju. Diode atrodas vadošā stāvoklī (slēgts slēdzis), ja tai tiek pielikts tiešais spriegums.

Rīsi. 1. Diodes parastais grafiskais apzīmējums

Strāvu caur iF diodi nosaka ārējās ķēdes parametri, un sprieguma kritumam pusvadītāju struktūrā ir maza nozīme. Ja diodei tiek pielikts apgrieztais spriegums, tas atrodas nevadošā stāvoklī (atvērts slēdzis) un caur to plūst neliela strāva. Sprieguma kritumu pāri diodei šajā gadījumā nosaka ārējās ķēdes parametri.

Diožu aizsardzība

Tipiskākie diodes elektrisko bojājumu cēloņi ir augsts tiešās strāvas diF / dt pieauguma ātrums, kad tas ir ieslēgts, pārspriegums, kad tas ir izslēgts, tiešās strāvas maksimālās vērtības pārsniegšana un konstrukcijas pārrāvums ar nepieņemami augstu pretējo spriegumu.

Pie lielām diF / dt vērtībām diodes struktūrā parādās nevienmērīga lādiņu nesēju koncentrācija un rezultātā lokāla pārkaršana ar sekojošu struktūras bojājumu. Galvenais iemesls augstajām diF / dt vērtībām ir mazs induktivitāte ķēdē, kurā ir tiešā sprieguma avots un ieslēgta diode. Lai samazinātu diF / dt vērtības, induktivitāte ir virknē savienota ar diodi, kas ierobežo strāvas pieauguma ātrumu.

Lai samazinātu diodei pielikto spriegumu amplitūdu vērtības, kad ķēde ir izslēgta, tiek izmantots virknē savienots rezistors R un kondensators C ir tā sauktā RC ķēde, kas savienota paralēli diodei.

Lai aizsargātu diodes no strāvas pārslodzes avārijas režīmos, tiek izmantoti ātrgaitas elektriskie drošinātāji.

Galvenie jaudas diožu veidi

Pēc galvenajiem parametriem un mērķa diodes parasti iedala trīs grupās: vispārējas nozīmes diodes, ātrās atkopšanas diodes un Šotkija diodes.

Vispārējas nozīmes diodes

Šī diožu grupa izceļas ar augstām reversā sprieguma (no 50 V līdz 5 kV) un tiešās strāvas vērtībām (no 10 A līdz 5 kA). Diožu masīvā pusvadītāju struktūra pasliktina to veiktspēju. Tāpēc diožu reversais atkopšanas laiks parasti ir 25-100 μs robežās, kas ierobežo to izmantošanu ķēdēs ar frekvencēm virs 1 kHz.Parasti tie darbojas rūpnieciskajos tīklos ar frekvenci 50 (60) Hz. Nepārtrauktais sprieguma kritums šīs grupas diodēs ir 2,5-3 V.

Strāvas diodes tiek piegādātas dažādos iepakojumos. Visizplatītākie ir divi izpildes veidi: tapa un planšete (2. att. a, b).

Rīsi. 2. Diožu korpusu uzbūve: a — tapa; b - tablete

Ātrās atkopšanas diodes. Šīs grupas diožu ražošanā tiek izmantotas dažādas tehnoloģiskas metodes, lai samazinātu reversās atkopšanas laiku. Jo īpaši tiek izmantots silīcija dopings, izmantojot zelta vai platīna difūzijas metodi, kas ļauj samazināt atkopšanas laiku līdz 3-5 μs. Tomēr tas samazina pieļaujamās tiešās strāvas un reversās sprieguma vērtības. Pieļaujamās strāvas vērtības ir no 10 A līdz 1 kA, reversais spriegums - no 50 V līdz 3 kV. Ātrākajām diodēm reversais atkopšanas laiks ir 0,1-0,5 μs. Šādas diodes tiek izmantotas impulsu un augstfrekvences shēmās ar frekvencēm 10 kHz un augstākas. Šīs grupas diožu konstrukcija ir līdzīga vispārējas nozīmes diožu konstrukcijai.

Diode Šotki

Šotkija diožu darbības princips ir balstīts uz pārejas apgabala īpašībām starp metālu un pusvadītāju materiālu. Jaudas diodēm kā pusvadītājs tiek izmantots n-veida noplicināta silīcija slānis. Šajā gadījumā ir negatīvs lādiņš pārejas apgabalā metāla pusē un pozitīvs lādiņš pusvadītāja pusē.

Šotkija diožu īpatnība ir tāda, ka tiešā strāva ir saistīta tikai ar galveno nesēju - elektronu - kustību. Mazākuma nesēju uzkrāšanās trūkums ievērojami samazina Šotkija diožu inerci.Atkopšanas laiks parasti nav ilgāks par 0,3 μs, tiešā sprieguma kritums ir aptuveni 0,3 V. Reversās strāvas vērtības šajās diodēs ir par 2-3 kārtām lielākas nekā p-n-pārejas diodēs. Ierobežojošais reversais spriegums parasti nav lielāks par 100 V. Tos izmanto augstfrekvences un zemsprieguma impulsu ķēdēs.