kategorier: Utvalgte artikler » Begynnerelektrikere
Antall visninger: 175831
Kommentarer til artikkelen: 8
Kjennetegn på dioder, design og applikasjonsfunksjoner
Kjennetegn på dioder, design og applikasjonsfunksjoner
I forrige artikkel begynte vi å utforske halvlederdiode. I denne artikkelen vil vi ta hensyn til egenskapene til dioder, fordeler og ulemper, forskjellige design og funksjoner ved anvendelse i elektroniske kretsløp.
Strømspenningskarakteristikk for dioden
Strømspenningskarakteristikken (CVC) for en halvlederdiode er vist i figur 1.
Her, i en figur, er I - V-karakteristikkene til germanium (blå) og silisiumdioder (svart) vist. Det er lett å legge merke til at egenskapene er veldig like. Det er ingen tall på koordinatakslene, siden de for forskjellige typer dioder kan avvike betydelig: en kraftig diode kan passere en likestrøm på flere titalls ampere, mens en laveffekt bare kan overføre flere titalls eller hundrevis av milliampere.
Det finnes veldig mange dioder av forskjellige modeller, og alle kan ha forskjellige formål, selv om hovedoppgaven deres, den viktigste egenskapen er enveis strømledning. Det er denne egenskapen som tillater bruk av dioder i likerettere og detektorenheter. Det skal imidlertid bemerkes at for tiden ikke er germaniumdioder, så vel som transistorer, i bruk.
Figur 1. Strømspenningskarakteristikk for dioden
Direkte gren av CVC
En direkte gren av karakteristikken er lokalisert i den første kvadranten av koordinatsystemet, når dioden er i direkte forbindelse, er den positive utgangen fra strømkilden, eller den negative utgangen til katoden, koblet til anoden.
Når forspenningen Upr øker, begynner også fremstrømmen Ipr å øke. Men mens denne økningen er ubetydelig, har graflinjen en svak økning, vokser spenningen mye raskere enn strømmen. Til tross for at dioden er slått på i retning fremover, strømmen ikke strømmer gjennom den, er dioden praktisk talt låst.
Når et bestemt spenningsnivå er nådd, vises en knekk på karakteristikken: spenningen endrer seg praktisk talt ikke, og strømmen vokser raskt. Denne spenningen heter direkte spenningsfall over dioden, på karakteristikken er utpekt som Uд. For de fleste moderne dioder er denne spenningen i området 0,5 ... 1V.
Figuren viser at den direkte spenningen for en germaniumdiode er litt mindre (0,3 ... 0,4 V) enn for et silisium (0,7 ... 1,1 V). Hvis likestrømmen gjennom dioden multipliseres med spenningen fremover, vil resultatet ikke være mer enn kraften som blir spredt av dioden Pd = Ud * I.
Hvis denne kraften overskrides relativt akseptabel, kan overoppheting og ødeleggelse av p-n-krysset oppstå. Derfor er referansen begrenset til maksimal fremstrømog ikke strøm (det antas at den direkte spenningen er kjent). For å fjerne overflødig varme er kraftige dioder installert på kjøleribber - radiatorer.
Kraft spredt av diode
Det foregående er forklart på figur 2, som viser inkludering av en last, i dette tilfellet en lyspære, gjennom en diode.
Figur 2. Slå på lasten gjennom dioden
Se for deg at den nominelle spenningen til et batteri og en pære er 4,5V. Med denne inkluderingen vil 1V slippe på dioden, da vil bare 3,5V nå pæren. Ingen vil selvfølgelig praktisk talt samle en slik krets, dette er bare for å illustrere hvordan og hva den direkte spenningen på dioden påvirker.
Anta at pæren har begrenset strømmen i kretsen til nøyaktig 1A. Dette er for enkel beregning. Vi vil heller ikke ta hensyn til det faktum at pæren er et ikke-lineært element og ikke overholder Ohms lov (spiralens motstand avhenger av temperatur).
Det er lett å beregne at ved slike spenninger og strømmer dioden sprer effekten P = Ud * I eller 1V * 1A = 1W.Samtidig er lasten bare 3,5V * 1A = 3,5W. Det viser seg at mer enn 28 prosent av energien forbrukes ubrukelig, mer enn en fjerdedel.
Hvis likestrømmen gjennom dioden er 10 ... 20A, vil opptil 20W strøm være ubrukelig! Den har en slik kraft lite loddejern. I det beskrevne tilfellet vil dioden være et slikt loddejern.
Schottky Diodes
Det er helt åpenbart at man kan bli kvitt slike tap hvis det direkte spenningsfallet over dioden Ud reduseres. Disse diodene heter schottky dioder oppkalt etter oppfinneren av den tyske fysikeren Walter Schottky. I stedet for p-n-krysset bruker de metall-halvleder-krysset. Disse diodene har et direkte spenningsfall på 0,2 ... 0,4V, noe som reduserer kraften som frigjøres av dioden betydelig.
Kanskje den eneste ulempen med Schottky-dioder er den lave reversspenningen - bare noen få titalls volt. Maksimumsverdien på bakspenningen på 250V har en industridesign MBR40250 og dens analoger. Nesten alle strømforsyninger med moderne elektronisk utstyr har likerettere på Schottky-dioder.
Den omvendte grenen til CVC
En av ulempene bør tas i betraktning at selv når dioden slås på i motsatt retning, strømmer den motsatte strømmen gjennom den uansett, fordi det ikke er noen ideelle isolatorer i naturen. Avhengig av modellen til dioden, kan den variere fra nanoamps til enheter av microamp.
Sammen med reversstrømmen tildeles en viss mengde strøm til dioden, numerisk lik produktet av bakstrømmen og bakspenningen. Hvis denne kraften overskrides, er en nedbryting av p-n-krysset mulig, dioden blir til en konvensjonell motstand eller til og med en leder. På den motsatte grenen av I - V-karakteristikken tilsvarer dette punktet bøyningen av karakteristikken ned.
Kataloger indikerer vanligvis ikke strøm, men noen maksimal tillatt revers spenning. Omtrent det samme som den fremtidige strømbegrensningen, som ble nevnt like over.
Faktisk er det ofte disse to parametrene, nemlig likestrøm og revers spenning, som er de avgjørende faktorene når du velger en bestemt diode. Dette er tilfelle når dioden er konstruert for å operere med en lav frekvens, for eksempel en spennings likeretter med en frekvens av et industrielt nettverk på 50 ... 60 Hz.
Elektrisk kapasitans pn-kryss
Når du bruker dioder i høyfrekvente kretsløp, er det nødvendig å huske at pn-krysset, som en kondensator, har en elektrisk kapasitans, som også avhenger av spenningen som tilføres pn-krysset. Denne egenskapen til p-n-krysset brukes i spesielle dioder - varicaps som brukes til å justere svingningskretsene i mottakerne. Dette er sannsynligvis det eneste tilfellet når denne kapasiteten brukes for godt.
I andre tilfeller har denne kapasitansen en forstyrrende effekt, bremser koblingen av dioden og reduserer hastigheten. Denne kapasiteten kalles ofte parasittisk. Det er vist på figur 3.
Figur 3. Fantastisk kapasitans
Diodenes design.
Flat- og punktdioder
For å bli kvitt de skadelige effektene av bortkommen kapasitans, brukes spesielle høyfrekvente dioder, for eksempel punktverdier. Utformingen av en slik diode er vist i figur 25.
Figur 4. Punktdiode
Et trekk ved en punktdiode er utformingen av elektrodene, hvorav den ene er en metallnål. Under fremstillingsprosessen smeltes denne nålen som inneholder en urenhet (giver eller akseptor) til en halvlederkrystall, noe som resulterer i et pn-kryss av den nødvendige ledningsevne. En slik overgang har et lite område, og derfor en liten parasittisk kapasitans. På grunn av dette når driftsfrekvensen til punktdioder flere hundre megahertz.
I tilfelle en skarpere nål brukes, oppnådd uten elektroforming, kan driftsfrekvensen nå flere titalls gigahertz. Riktig spenning på slike dioder er riktignok ikke mer enn 3 ... 5V, og fremstrømmen er begrenset til flere milliamp.Men tross alt er disse diodene ikke likeretter, for disse formål brukes som regel plane dioder. Den plane diodeinnretningen er vist på figuren.
Figur 5. Plan diode
Det er lett å se at en slik diode har et pn-kryssområdet som er mye større enn et punkt. For kraftige dioder kan dette området nå opp til 100 eller flere kvadratmeter, så likestrømmen deres er mye større enn den for punktene. Det er plane dioder som brukes i likerettere som opererer ved lave frekvenser, som regel ikke mer enn flere titalls kilohertz.
Påføring av dioder
Man bør ikke tro at dioder bare brukes som ensretter og detektorenheter. I tillegg er det mange flere av yrkene deres. I - V som er karakteristisk for dioder gjør det mulig å bruke dem der det er nødvendig med ikke-lineær prosessering analoge signaler.
Dette er frekvensomformere, logaritmiske forsterkere, detektorer og andre enheter. Dioder i slike enheter brukes enten direkte som en omformer, eller danner egenskapene til enheten, inkludert i tilbakemeldingskretsen.
Dioder er mye brukt i stabiliserte strømforsyningersom kilder til referansespenning (zener dioder), eller som koblingselementer i lagringen spole (bryter spenningsregulatorer).
Ved bruk av dioder er det veldig enkelt å lage signalbegrensere: to dioder koblet i motsatt retning fungerer som utmerket beskyttelse for inngangen til en forsterker, for eksempel en mikrofon, fra å levere et økt signalnivå.
I tillegg til de nevnte enhetene, brukes dioder veldig ofte i signalbrytere, så vel som i logiske enheter. Det er nok å huske de logiske operasjonene AND, OR og deres kombinasjoner.
En av variantene av dioder er LED. En gang ble de bare brukt som indikatorer på forskjellige enheter. Nå er de overalt og overalt, fra de enkleste lommelyktene til TVer med LED - bakgrunnsbelysning, det er rett og slett umulig å ikke legge merke til dem.
Boris Aladyshkin
Se også på elektrohomepro.com
: