Doğrultucu diyotlar

diyot - tek taraflı akım iletimi olan bir p-n bağlantı noktasına sahip iki elektrotlu bir yarı iletken cihaz. Doğrultucu, darbe, tünel, ters, mikrodalga diyotların yanı sıra zener diyotlar, varikaplar, fotodiyotlar, LED'ler ve daha fazlası gibi birçok farklı diyot türü vardır.

Doğrultucu diyotlar

Doğrultucu diyotun çalışması, elektriksel p - n bağlantısının özellikleri ile açıklanır.

İki yarı iletken sınırının yakınında, hareketli yük taşıyıcılardan yoksun (rekombinasyon nedeniyle) ve yüksek bir elektrik direncine sahip olan bir katman oluşur - sözde Engelleme katmanı. Bu katman temas potansiyel farkını (potansiyel bariyer) belirler.

P - n bağlantısına, elektrik katmanının alanının tersi yönde bir elektrik alanı oluşturarak harici bir voltaj uygulanırsa, bu katmanın kalınlığı azalacak ve 0,4 - 0,6 V'luk bir voltajda engelleme katmanı olacaktır. kaybolur ve akım önemli ölçüde artar (bu akıma doğru akım denir).

Farklı kutuplara sahip bir harici voltaj bağlandığında, engelleme katmanı artacak ve p - n bağlantısının direnci artacak ve azınlık yük taşıyıcılarının hareketinden kaynaklanan akım, nispeten yüksek voltajlarda bile ihmal edilebilir olacaktır.

Diyotun ileri akımı ana yük taşıyıcıları tarafından ve ters akımı azınlık yük taşıyıcıları tarafından oluşturulur. Bir diyot, pozitif (ileri) akımı anottan katoda doğru iletir.

İncirde. Şekil 1, geleneksel grafik tanımını (UGO) ve doğrultucu diyotların özelliklerini (ideal ve gerçek akım-gerilim özellikleri) gösterir. Diyot akım-gerilim karakteristiğinin (CVC) orijindeki belirgin süreksizliği, grafiğin birinci ve üçüncü çeyreğinde farklı akım ve gerilim ölçekleri ile ilişkilidir. İki diyot çıkışı: UGO'da anot A ve katot K belirtilmemiştir ve açıklama için şekilde gösterilmiştir.

Gerçek bir diyotun akım-gerilim özelliği, ters voltajdaki küçük bir artış için akım keskin bir şekilde arttığında, elektriksel arıza bölgesini gösterir.

Elektrik hasarı geri dönüşümlüdür. Çalışma alanına dönerken diyot özelliklerini kaybetmez. Ters akım belirli bir değeri aşarsa, cihazın arızalanması ile elektrik arızası geri dönüşü olmayan bir ısıl hale gelecektir.

Pirinç. 1. Yarı iletken doğrultucu: a — geleneksel grafik gösterimi, b — ideal akım-gerilim özelliği, c — gerçek akım-gerilim özelliği

Endüstri ağırlıklı olarak germanyum (Ge) ve silikon (Si) diyotları üretir.

Silikon diyotlar düşük ters akımlara, daha yüksek çalışma sıcaklığına (150 — 200°C'ye karşı 80 — 100°C), yüksek ters gerilimlere ve akım yoğunluklarına (60 — 80 A/cm2'ye karşılık 20 — 40 A/cm2) sahiptir. Ek olarak, silikon yaygın bir elementtir (nadir bir toprak elementi olan germanyum diyotların aksine).

Germanyum diyotların avantajları, doğru akım aktığında düşük voltaj düşüşü içerir (0,3 - 0,6 V - 0,8 - 1,2 V). Listelenen yarı iletken malzemelere ek olarak, mikrodalga devrelerde galyum arsenit GaAs kullanılır.

Üretim teknolojisine göre yarı iletken diyotlar noktasal ve düzlemsel olmak üzere iki sınıfa ayrılır.

Nokta diyotlar, 0,5 - 1,5 mm2 alana sahip n tipi bir Si veya Ge plakası ve temas noktasında bir p - n bağlantısı oluşturan çelik bir iğne oluşturur. Küçük alanın bir sonucu olarak, bağlantı noktasının kapasitansı düşüktür, bu nedenle böyle bir diyot yüksek frekans devrelerinde çalışabilir, ancak bağlantı noktasından geçen akım büyük olamaz (genellikle 100 mA'dan fazla olamaz).

Bir düzlemsel diyot, farklı elektrik iletkenliklerine sahip birbirine bağlı iki Si veya Ge plakasından oluşur. Geniş temas alanı, büyük bağlantı kapasitansı ve nispeten düşük çalışma frekansı ile sonuçlanır, ancak akan akım büyük olabilir (6000 A'ya kadar).

Doğrultucu diyotların ana parametreleri şunlardır:

• izin verilen maksimum ileri akım Ipr.max,

• izin verilen maksimum ters gerilim Urev.max,

• izin verilen maksimum frekans fmax.

İlk parametreye göre doğrultucu diyotlar diyotlara ayrılır:

• düşük güç, 300 mA'e kadar sabit akım,

• ortalama güç, doğru akım 300 mA — 10 A,

• yüksek güç — güç, maksimum ileri akım sınıfa göre belirlenir ve 10, 16, 25, 40 — 1600 A'dır.

Darbe diyotları, uygulanan voltajın darbe karakterine sahip düşük güç devrelerinde kullanılır. Onlar için ayırt edici bir gereklilik, kapalı durumdan açık duruma kısa geçiş süresidir ve bunun tersi de geçerlidir (tipik süre 0,1 - 100 μs). UGO darbe diyotları, doğrultucu diyotlarla aynıdır.

İncir. 2. Darbe diyotlarında geçici süreçler: a — gerilimi doğrudan tersine değiştirirken akımın bağımlılığı, b — diyottan bir akım darbesi geçtiğinde gerilimin bağımlılığı

Darbe diyotlarının belirli parametreleri şunları içerir:

• iyileşme süresi

• bu, diyot voltajının ileriden geriye geçtiği an ile ters akımın belirli bir değere düştüğü an arasındaki zaman aralığıdır (Şekil 2, a),

• oturma süresi Tust, diyot üzerinden belirli bir değerdeki doğru akımın başlaması ile diyot üzerindeki voltajın kararlı durumdaki değerin 1,2'sine ulaştığı an arasındaki zaman aralığıdır (Şekil 2, b),

• voltajı ileriden geriye değiştirdikten sonra diyottan geçen ters akımın en büyük değerine eşit maksimum geri kazanım akımı Iobr.imp.max. (Şekil 2, a).

Ters diyotlar, p- ve n-bölgelerindeki safsızlık konsantrasyonu geleneksel doğrultuculardan daha fazla olduğunda elde edilir. Böyle bir diyot, ters bağlantı sırasında (Şekil 3) ileri akıma karşı düşük bir dirence ve doğrudan bağlantı sırasında nispeten yüksek bir dirence sahiptir. Bu nedenle, birkaç onda bir voltluk bir voltaj genliği ile küçük sinyallerin düzeltilmesinde kullanılırlar.

Pirinç. 3. Ters diyotların UGO ve VAC'si

Metal-yarı iletken geçişi ile elde edilen Schottky diyotları.Bu durumda, aynı yarı iletkenin yüksek dirençli ince bir epitaksiyel tabakasına sahip düşük dirençli n-silikon (veya silisyum karbür) substratlar kullanılır (Şekil 4).

Pirinç. 4. UGO ve Schottky diyodunun yapısı: 1 — düşük dirençli ilk silikon kristali, 2 — yüksek dirençli epitaksiyel silikon tabakası, 3 — uzay şarj bölgesi, 4 — metal teması

Epitaksiyel tabakanın yüzeyine, rektifikasyon sağlayan ancak çekirdek bölgeye azınlık taşıyıcıları (çoğunlukla altın) enjekte etmeyen bir metal elektrot uygulanır. Bu nedenle, bu diyotlarda, bazda azınlık taşıyıcıların birikmesi ve emilmesi gibi yavaş süreçler yoktur. Bu nedenle Schottky diyotların ataleti yüksek değildir. Doğrultucu kontağının (1 — 20 pF) bariyer kapasitansının değeri ile belirlenir.

Ek olarak, Schottky diyotlarının seri direnci, doğrultucu diyotlarınkinden önemli ölçüde daha düşüktür çünkü metal tabaka, herhangi bir yüksek katkılı yarı iletken ile karşılaştırıldığında düşük bir dirence sahiptir. Bu, önemli akımları (onlarca amper) düzeltmek için Schottky diyotlarının kullanılmasına izin verir. Genellikle yüksek frekanslı voltajları (birkaç MHz'e kadar) düzeltmek için sekonder anahtarlamada kullanılırlar.

Potapov L.A.