|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Budowa, własności i zasada działania diody prostowniczej.
Typowa dioda prostownicza złożona najczęściej jest ze złącza pn, czyli ze złącza dwóch rodzajów półprzewodników : półprzewodnika typu p (akceptorowego - większość nośników dodatnich - dziur) oraz półprzewodnika typu n (donorowego - większość nośników ujemnych - elektronów). Charakterystyczną cechą każdego złącza pn, mającą istotne znaczenie dla jego działania oraz parametrów roboczych jest rozkład domieszek w obszarach p i n, zwłaszcza zaś na styku tych obszarów.
W obszarze p nośnikami większościowymi są dziury, natomiast w n - elektrony. Na styku obu obszarów wskutek dużej różnicy koncentracji nośników następuje dyfuzja nośników większościowych : dziur z p do n, elektronów z n do p. Wskutek rekombinacji nośników powstaje tzw. warstwa zaporowa (zubożona). W tym terenie nie ma wolnych nośników : wszystkie dziury zapełnione są elektronami. Co z tego wynika, obszar ten ma bardzo dużą rezystancję.
Płynięcie prądu przez diodę jest możliwe dopiero po zlikwidowaniu warstwy zaporowej (fachowo - przezwyciężenie bariery potencjału). Należy podłączyć zewnętrzne napięcie, tak aby plus był połączony z obszarem typu p, a minus - z obszarem typu n. Takie podłączenie nazywamy polaryzacją w kierunku przewodzenia. Takie spolaryzowanie będzie powodowało zmniejszanie szerokości warstwy zaporowej, powolny wzrost prądu, a jeżeli napięcie zewnętrzne będzie większe od napięcia progowego (krzem ok. 0,7 V, german ok. 0,3 V) to nastąpi zanik warstwy zubożonej i gwałtowny wzrost prądu. Rezystancja złącza spolaryzowanego w kierunku przewodzenia to około kilkudziesięciu - kilkuset omów. (ilustruje to ch-ka napięciowo prądowa - dla mniejszych napięć od napięcia progowego właściwie nie dzieje się nic, dopiero po zwiększeniu napięcia ponad napięcie progowe następuje nagły wzrost prądu)
Jeżeli natomiast odwrotnie doprowadzimy napięcie (polaryzacja w kierunku zaporowym) to nastąpi powiększanie się warstwy zaporowej co bardziej będzie uniemożliwiać przepływ nośników większościowych. Przez złącze będą płynąć tylko niewielkie prądy wsteczne rzędu ułamków mikroampera czy kilku mikroamperów (prądy nośników mniejszościowych). Rezystancja złącza spolaryzowanego w kierunku zaporowym waha się w granicach od kilkuset kiloomów do megaomów. Przy pewnej dużej wartości napięcia wstecznego, nastąpi zjawisko przebicia złącza - nagły gwałtowny wzrost prądu wstecznego. Zjawisko to jest odwracalne i nie uszkadza diody, chyba, że nastąpił duży wzrost temperatury złącza.
Dane katalogowe badanych diod :
Oznaczenie parametru |
Nazwa parametru |
Jednostka |
BYP 401 - 200 |
DZG 4 |
BYP 671 - 350 |
URWM |
Max szczytowe napięcie wsteczne |
V |
200 |
200 |
350 |
URSM |
Niepowtarzalne wsteczne napięcie szczytowe |
V |
400 |
|
500 |
I0 |
Max wartość średnia prądu |
A |
1 |
0,3 |
5 |
IFM |
Max prąd przewodzenia szczytowy |
A |
10 |
|
25 |
IFSM |
Niepowtarzalna wartość szczytowa prądu |
A |
50 |
0,9 |
60 |
UF |
Napięcie progowe |
V |
1,1 |
0,5 |
1,25 |
tj |
Temperatura złącza |
0C |
150 |
|
155 |
Ćwiczenia
Badamy 3 powyższe diody oraz dwie inne nieznane, nazywane później przeze mnie jako „Dioda 4” i „Dioda 5” w kierunku przewodzenia oraz zaporowym. Schematy pomiarowe są przedstawione poniżej. Przy badaniu diod w kierunku przewodzenia stosujemy metodę poprawnie mierzonego napięcia a w kierunku zaporowym - poprawnie mierzonego prądu. Chodzi nam o to, aby możliwie jak najdokładniej zmierzyć wartości najbardziej istotne dla tychże polaryzacji : przewodzenie - napięcie progowe, kierunek zaporowy - b. małe prądy wsteczne.
Na podstawie pomiarów obliczamy rezystancje dynamiczne (RD) i statyczne (RS) badanych diod.
Kierunek przewodzenia |
||||||
|
|
BYP 401-200 |
DZG 4 |
BYP 671-350 |
Dioda 4 |
Dioda 5 |
U |
V |
0,028 |
0,33 |
0,34 |
0,085 |
0,091 |
I |
mA |
15 |
15 |
15 |
15 |
15 |
rD |
|
1,9 |
2,2 |
2,3 |
5,7 |
6,1 |
|
|
|
|
|
|
|
U |
V |
0,696 |
0,308 |
0,596 |
0,542 |
1,11 |
I |
mA |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
RS |
|
34,8 |
15,4 |
29,8 |
27,1 |
55,5 |
Kierunek zaporowy |
||||||
|
|
BYP 401-200 |
DZG 4 |
BYP 671-350 |
Dioda 4 |
Dioda 5 |
U |
V |
15 |
25 |
15 |
11 |
15 |
I |
A |
0,03 |
5 |
0,04 |
3,08 |
0,02 |
rD |
|
500 |
5 |
375 |
3,6 |
750 |
|
|
|
|
|
|
|
U |
V |
12 |
12 |
12 |
12 |
12 |
I |
A |
0,15 |
29 |
0,06 |
4 |
0,01 |
RS |
|
80 |
0,41 |
200 |
3 |
1200 |
Wnioski :
Na przykładzie tabel widać, że diody stanowią jakby zawory jednostronne. Bardzo dobrze przewodzą prąd w jednym kierunku, natomiast blokują w drugim. Przy polaryzacji diod w kierunku zaporowym ich rezystancje wzrastają kilkaset tysięcy do milionów razy. W przypadku diod krzemowych płynęły prądy wsteczne, rzędu ułamków mikroampera. Były one nawet trudne do dokładnego zmierzenia - stąd „nieciekawy” wygląd ich charakterystyk wstecznych.
Diody BYP 401-200 oraz BYP 671-350 są na pewno diodami krzemowymi, natomiast DZG 4 jest na pewno diodą germanową. Wątpliwości budzi Dioda 4 - napięcie progowe 0,6 V sugeruje iż jest wykonana z krzemu, ale ma za złe właściwości w stanie zaporowym aby mógł to być krzem. Duże prądy wsteczne oraz kształt charakterystyki wskazują na german. Prawdopodobnie jest to dioda germanowa, ale domieszkowana czymś dziwnym. Dioda 5 prawdopodobnie jest diodą krzemowa, ale również nietypowo domieszkowaną (kształt ch-ki przewodzenia i brak wyraźnego napięcia progowego.
Potwierdza się prawda, że diody germanowe mają znakomite parametry w kierunku przewodzenia, a złe w kierunku zaporowym. Z diodami krzemowymi jest odwrotnie, ale wg mnie łatwiej ścierpieć większą rezystancję i większy spadek na diodzie w kierunku przewodzenia niż duże prądy w kierunku zaporowym. Stąd częściej w typowych zastosowaniach (np. prostowniki) spotykamy się z diodami krzemowymi.
Najlepsze parametry w kierunku przewodzenia ma GZG 4 (najmniejsza rezystancja, mały spadek napięcia), ale ma fatalne parametry w kierunku zaporowym. Podobnie jest z diodą 4, tyle że jest trochę gorsza w k. przew. Dioda 5 jest bezkonkurencyjna jeżeli chodzi o pracę w kierunku zaporowym - najmniejsze prądy, największa rezystancja. Doskonale nadawałaby się jako element blokujący. Niestety ma nierewelacyjne właściwości w kierunku przewodzenia. Najbardziej wypośrodkowane są badane diody BYP XXX. Stąd są one najbardziej popularne i najczęściej stosowane.
Spis przyrządów :
Diody
Miernik YF-3503 - woltomierz III / I / 440 PE
Miernik UT2001 - miliamperomierz III / I / 520 PE
Model do badania tranzystorów - praca dyplomowa R. Apryjas kl. 5E - wykorzystywany jako regulowane źródło prądu i napięcia.
U
I
Wyszukiwarka