A diódák jellemzői, kivitele és alkalmazás jellemzői

A diódák jellemzői, kivitele és alkalmazás jellemzői

Az előző cikkben elkezdtük feltárni félvezető dióda. Ebben a cikkben megvizsgáljuk a diódák tulajdonságait, azok előnyeit és hátrányait, az elektronikus áramkörökben alkalmazott különféle kialakításokat és alkalmazási lehetőségeket.

A dióda áramerősség-jellemzői

A félvezető dióda áram-feszültség karakterisztikáját (CVC) az 1. ábra mutatja.

Az egyik ábrán a germánium (kék) és a szilícium (fekete) dióda I-V tulajdonságai láthatók. Könnyű észrevenni, hogy a jellemzők nagyon hasonlóak. A koordinátatengelyen nincsenek számok, mivel a különféle típusú diódák esetében jelentõsen különbözhetnek egymástól: egy erõs dióda több tíz ampernyi egyenáramot képes átadni, míg az alacsony fogyasztású csak több tíz vagy száz milliampot képes átvinni.

Nagyon sok dióda létezik, különféle modellek, és mindegyikük különböző célokat szolgálhat, bár fő feladata, fő tulajdonsága egyirányú áramvezetés. Ez a tulajdonság teszi lehetővé a diódák használatát az egyenirányítókban és az érzékelő eszközökben. Meg kell azonban jegyezni, hogy jelenleg a germánium-diódák, valamint a tranzisztorok már nem használhatók.

1. ábra: A dióda áramerősség-jellemzői

A CVC közvetlen ága

A koordinátarendszer első negyedében a jellemző egyenes elágazása van, amikor a dióda közvetlen kapcsolatban van - az áramforrás pozitív kivezetése, illetve a katód negatív kivezetése kapcsolódik az anódhoz.

Ahogy az Upr előremenő feszültség növekszik, az Ipr előremenő áram is növekedni kezd. De bár ez a növekedés jelentéktelen, a gráf vonalának enyhe emelkedése van, a feszültség sokkal gyorsabban nő, mint az áram. Más szavakkal, annak ellenére, hogy a dióda előre van kapcsolva, az áram nem áramlik rajta, a dióda gyakorlatilag zárolva van.

Egy bizonyos feszültségszint elérésekor egy törés jelenik meg a karakterisztikán: a feszültség gyakorlatilag nem változik, és az áram gyorsan növekszik. Ezt a feszültséget hívják közvetlen feszültségesés a dióda felett, a karakterisztikán Uд jelölés található. A legtöbb modern dióda esetében ez a feszültség 0,5 ... 1 V tartományban van.

Az ábra azt mutatja, hogy a germánium dióda közvetlen feszültsége valamivel alacsonyabb (0,3 ... 0,4 V), mint egy szilícium (0,7 ... 1,1 V). Ha a diódán keresztüli egyenáramot megszorozzuk az előremenő feszültséggel, akkor az eredmény nem más, mint a Pd = Ud * I dióda által eloszlatott teljesítmény.

Ha ezt a teljesítményt meghaladja a viszonylag elfogadható értéket, akkor a p-n csomópont túlmelegedése és megsemmisülése következhet be. Ezért korlátozódik a hivatkozás maximális előremenő áramés nem a hatalom (úgy gondoljuk, hogy az előremenő feszültség ismert). A fölösleges hő eltávolítása érdekében nagy teljesítményű diódákat telepítenek a hűtőbordákra - radiátorokra.

A dióda eloszlatja az energiát

A fentieket a 2. ábra magyarázza, amely egy terhelés, ebben az esetben egy villanykörte beillesztését mutatja be egy diódán keresztül.

2. ábra: A terhelés bekapcsolása a diódán keresztül

Képzelje el, hogy az akkumulátor és az izzó névleges feszültsége 4,5 V. Ezzel a beépítéssel 1 V esik a diódára, majd csak 3,5 V fogja elérni az izzót. Természetesen senki sem gyűjt ilyen áramkört, ez csak annak szemléltetése, hogy a dióda közvetlen feszültsége hogyan és hogyan befolyásolja.

Tegyük fel, hogy az izzó pontosan 1A-ra korlátozta az áramot az áramkörben. Ez a számítás megkönnyítése érdekében. Nem vesszük figyelembe azt a tényt sem, hogy az izzó nemlineáris elem, és nem felel meg Ohm törvényének (a spirál ellenállása a hőmérséklettől függ).

Könnyű kiszámítani, hogy ilyen feszültségeknél és áramoknál a P = Ud * I vagy 1V * 1A = 1W teljesítmény eloszlik a diódán.Ugyanakkor a terhelhetőség csak 3,5 V * 1A = 3,5 W. Kiderült, hogy az energia több mint 28 százalékát feleslegesen, több mint egynegyedét fogyasztják fel.

Ha a diódán keresztüli egyenáram 10 ... 20A, akkor akár 20W-os energiafogyasztás felesleges! Van ilyen hatalma kis forrasztópáka. A leírt esetben a dióda ilyen forrasztópáka lesz.

Schottky diódák

Teljesen nyilvánvaló, hogy meg lehet szabadulni az ilyen veszteségektől, ha csökken az Ud dióda közötti közvetlen feszültségesés. Ezeket a diódakat nevezzük schottky diódák a német fizikus, Walter Schottky feltalálójának nevezték el. A p-n csomópont helyett a fém-félvezető csomópontot használják. Ezeknek a diódáknak a közvetlen feszültség-csökkenése 0,2 ... 0,4 V, ami jelentősen csökkenti a dióda által kibocsátott energiát.

A Schottky diódák talán az egyetlen hátránya az alacsony fordított feszültség - csak néhány tíz volt. A fordított feszültség legfeljebb 250 V értéke ipari MBR40250 és analógjai. A modern elektronikus berendezések szinte minden tápegységében egyenirányítók vannak a Schottky diódákon.

A CVC fordított ága

Az egyik hátrányt figyelembe kell venni, hogy még ha a dióda ellenkező irányba is be van kapcsolva, a fordított áram egyébként is rajta keresztül áramlik, mivel a természetben nincsenek ideális szigetelők. A dióda típusától függően ez változhat nanoampoktól mikroampegységekig.

A fordított árammal együtt egy bizonyos mennyiségű energiát osztanak el a dióda számára, számszerűen megegyezik a fordított áram és a fordított feszültség szorzatával. Ha ezt a teljesítményt túllépi, akkor lehetséges a p-n csomópont megbontása, a dióda hagyományos ellenállássá vagy akár vezetővé válik. Az I - V karakterisztika hátsó ágán ez a pont felel meg a karakterisztika lefelé hajlásának.

A könyvtárak általában nem az áramellátást jelzik, hanem a legnagyobb megengedett fordított feszültséget. Körülbelül megegyezik a fentiekben említett előremenő áramkorlátozással.

Valójában gyakran ez a két paraméter, nevezetesen az egyenáram és a fordított feszültség jelenti a meghatározó tényezőt egy adott dióda kiválasztásakor. Ez az eset áll fenn, ha a diódát alacsony frekvencián történő működésre tervezték, például egy feszültség-egyenirányítót 50 ... 60 Hz ipari hálózat frekvenciájával.

Elektromos kapacitás pn csomópont

Ha diódákat használunk nagyfrekvenciás áramkörökben, akkor ne feledje, hogy a pn-csomópontnak, mint a kondenzátornak, elektromos kapacitása van, amely a pn-csatlakozáson alkalmazott feszültségtől is függ. A p-n csomópont ezt a tulajdonságát speciális diódákban használják - varikádok, amelyek a vevők oszcillációs áramköreinek beállítására szolgálnak. Valószínűleg ez az egyetlen eset, amikor ezt a kapacitást jól használják fel.

Más esetekben ez a kapacitás zavaró hatású, lelassítja a dióda kapcsolását és csökkenti annak sebességét. Ezt a képességet gyakran parazitásnak nevezik. A 3. ábrán látható.

3. ábra. Hamis kapacitás

A diódák tervezése.

Lapos és pont diódák

A kóbor kapacitás káros hatásaitól való megszabaduláshoz speciális magas frekvenciájú diódákat, például pontszerű diódakat használnak. Egy ilyen dióda kialakítását a 25. ábra mutatja.

4. ábra. Pont dióda

A pontdióda egyik jellemzője az elektródáinak kialakítása, amelyek közül az egyik fémtű. A gyártási folyamat során ezt a szennyeződést (donor vagy akceptor) tartalmazó tűt félvezető kristályba olvadják, és így a kívánt vezetőképesség pn-csomópontjába kerülnek. Egy ilyen átmenetnek kicsi a területe, és ennélfogva kicsi a szórt kapacitása. Emiatt a pontdiódák üzemi frekvenciája eléri a több száz megahertz értéket.

Ha élesebb tűt használ, amelyet elektro formázás nélkül kapunk, akkor a működési frekvencia elérheti több tíz gigahertz értékét. Igaz, hogy az ilyen diódák fordított feszültsége nem haladja meg a 3 ... 5 V-ot, és az előremenő áram néhány milliamperre korlátozódik.De elvégre ezek a diódák nem egyenirányítók, erre a célra általában síkdiódokat használnak. A síkdióda berendezését az ábra mutatja.

5. ábra. Síkdióda

Könnyű belátni, hogy egy ilyen dióda pn csatlakozási területe sokkal nagyobb, mint egy ponté. Erõs diódák esetén ez a terület elérheti a 100 vagy ennél nagyobb négyzet millimétert, tehát az egyenáramuk sokkal nagyobb, mint a pontmérõknél. Sík diódákat használnak az egyenirányítókban, amelyek alacsony frekvencián működnek, általában legfeljebb több tíz kilohertznél.

Diódák alkalmazása

Nem szabad azt gondolni, hogy a diódákat csak egyenirányítóként és detektorként használják. Ezen felül sok más szakma is létezik. A diódák I - V karakterisztikája lehetővé teszi azok használatát ott, ahol nemlineáris feldolgozásra van szükség analóg jelek.

Ezek frekvenciaváltók, logaritmikus erősítők, detektorok és egyéb eszközök. Az ilyen eszközök diódáit közvetlenül konverterként használják, vagy képezik az eszköz jellemzőit, amelyek a visszacsatoló áramkörbe kerülnek.

A diódokat széles körben használják a stabilizált tápegységekreferenciafeszültség forrásként (zener diódák), vagy mint a tároló kapcsoló elemei induktor (kapcsolófeszültség-szabályozók).

A diódák használatával nagyon egyszerű a jelkorlátok létrehozása: két, egymással ellentétes irányban csatlakoztatott dióda kiváló védelmet nyújt az erősítő, például egy mikrofon bemenetének a megnövekedett jelszint biztosítására.

A felsorolt ​​készülékeken kívül a diódákat gyakran használják a jelkapcsolókban, valamint a logikai eszközökben is. Elég felidézni a logikai műveleteket, ÉS, VAGY és ezek kombinációit.

A diódák egyik fajtája LED. Egyszer csak indikátorként használták a különféle eszközökben. Most már mindenhol és mindenütt megtalálhatók, a legegyszerűbb zseblámpáktól a LED-es tévékhez, egyszerűen lehetetlen, ha nem veszik észre őket.

Boris Aladyshkin