DIODY WYKAAD VI SMK
W.Marciniak, Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone , WNT, W-wa 1987
Nadając konkretny kształt konstrukcyjny bryle półprzewodnika, będącej złączem p-n, czyli
definiując jej rozmiary, wyposażając w doprowadzenia, zamykając w obudowie, tworzymy
element dwukoncówkowy, nazywany diodą.
Klasyfikacja diód:
1. Ze względu na cechy konstrukcyjno-technologiczne:
2. Ze względu na rodzaj struktury fizycznej złącza:
Diody ostrzowe: formowanie powierzchniowe (stany powierzchniowe inwersja typu pp.),
formowanie elektryczne kilka A 100 µs.
Jeżeli stosunek krzywizny złącza r do drogi dyfuzji nośników mniejszościowych L, r/L<<1, to
złącze p-n uznajemy za punktowe kryterium odróżnienia diod ostrzowych od
warstwowych p-n (nie jest wystarczające dla diód planarnych o bardzo małej powierzchni).
Diody ostrzowe a, mesa b, planarne c, epiplanarne - d
3. klasyfikacja z punktu widzenia uzytkownika:
1
- prostownicze
- uniwersalne
- stabilitrony (diody Zenera)
- impulsowe
- pojemnościowe (warikapy i waraktory)
- tunelowe
- mikrofalowe (detekcyjne, mieszajÄ…ce oraz diody PIN)
- diody lawinowo-przelotowe oraz Gunna
- diody wykorzystywane w optoelektronice (fotodiody, diody laserowe)
Diody o określonych właściwościach funkcjonalnych otrzymuje się poprzez wybór:
odpowiedniego poziomu i rozkładu domieszek, rozmiarów geometrycznych struktury pp.,
odpowiedniego rodzaju obudowy.
Rysunek pokazuje zbiorczy wykres charakterystyk prądowo-napięciowych diód p-n dla
różnych koncentracji domieszek. Numeracja rośnie zgodnie ze wzrostem koncentracji
domieszek.
Do opisu funkcjonowania diód wykorzystuje się parametry techniczne, metodę analizy
graficznej i schematu zastępczego.
1 prostownicza, 2 stabilitron (dioda Zenera), 3 dioda zwrotna (mieszajÄ…ca, detekcyjna),
4 tunelowa
Parametry techniczne wszystkich diód:
- parametry charakterystyczne,
- dopuszczalne parametry graniczne
DIODY PROSTOWNICZE do prostowania prądu przemiennego o małej częstotliwości
(50Hz, 400Hz, ~kHz) przy dużych mocach wydzielanych w obciążeniu
Diody warstwowe (dyfuzyjne lub stopowe) z Si lub Ge. Zjawiska dynamiczne nie maja
istotnego wpływu na pracę diody.
Parametry charakterystyczne
- napięcie przewodzenia UF przy określonym prądzie przewodzenia IF (maksymalnym prądzie
wyprostowanym Io, prÄ…dzie znamionowym IFM)
- prąd wsteczny IR przy szczytowym napięciu wstecznym pracy URWM
2
Charakterystyka pradowo-napieciowa diody prostowniczej
Dopuszczalne parametry graniczne
- maksymalny średni prąd przewodzenia Io (prąd znamionowy w kierunku przewodzenia IFM)
- powtarzalny szczytowy prÄ…d przewodzenia IFRM (dla imp. Ä<3.5 ms i f~50Hz)
- niepowtarzalny szczytowy prÄ…d przewodzenia IFSM (imp. Ä<10 ms)
- szczytowe napięcie wsteczne pracy URWM
- powtarzalne szczytowe napięcie wsteczne URSM dla Ta=25oC
- dopuszczalna temperatura złącza Tj
- trr czas wyłączania (ładunek wyłączania Qrr)
- opór cieplny Rth
- maksymalna moc rozpraszana w obwodzie: Pa
moc rozpraszana w diodzie dla dowolnej temperatury otoczenia: Pa=(Tj-Ta)/Rth
Podział diód ze względu na rozpraszaną moc
- małej mocy, Pa<1 W (BYP 401, BYP 660),
- średniej mocy, 1W
- dużej mocy Pa>10 W (BY 10, BY 200)
3
Produkuje się diody o mocy do kilku kW i napięciu wstecznym kilku kV (krzemowe,
Tj=150oC). UF(Io)=0.3..0.5V dla Ge oraz 0.8& 1.4 dla Si. Diody na prądy powyżej 10 A
pracujÄ… z radiatorami.
Jeśli nie dysponujemy diodami o wymaganym prądzie znamionowym lub napięciu
wstecznym, możemu łączyć diody szeregowo (zwiększamy napięcie wsteczne) lub
równolegle (zwiększamy prąd przewodzenia). Dla uzyskania równomiernego rozdziału
prądów lub napięć szeregowo mały rezystor, równolegle duży rezystor, odpowiednio.
Analiza graficzna
Koncepcja prostej obciążenia. Z prawa Kirchhoffa:
Prosty układ prostownika jednopołówkowego (a) i jego analiza graficzna (b).
4
eg=uF+iRL; i=eg/RL-uF/RL równanie prostej obiążenia, RL rezystancja obciążenia, uF
wartość chwilowa spadku napięcia na diodzie. Punkt wspólny prostej obciążenia i
charakterystyki diody rozwiązanie układu dwóch równań, tego oraz i=IR[exp(uF/mĆT)-1].
Wyznacza ono wartość chwilową prądu w obwodzie oraz spadki napięć na diodzie i RL.
Alternatywna metoda charakterystyka obwodu powstała przez dodanie charakterystyk I-U
diody i obciążenia.
Schematy zastępcze
Modele diody odcinkami liniowe:
" dioda idealna (a): J=0 w kierunku zaporowym i U=0 w kierunku przewodzenia,
" model z napięciem progowym (b) gdzie uwzględnia się dodatkowe zródło, które
reprezentuje napięcie progowe UTO (=0,2...0,4V dla diod Ge, i 0,5...0,7V dla diod Si),
" model z napięciem progowym i skończoną konduktancją przyrostową (c),
najdokładniejszy z liniowych modeli. Rezystancja przyrostowa rT=rr+rS jest równa
sumie rezystancji przyrostowej złącza p-n rr i rezystancji szeregowej rS
1. Przykłady zastosowań
- układ prostowniczy jednopołówkowy
- dwupołówkowy
- dwukierunkowy (mostkowy)
Prostownik jednopołówkowy z charakterystycznymi przebiegami dla modelu diody idealnej.
Prąd płynie w obwodzie tylko dla dodatniej połówki napięcia sin. Model (a) jest dokładny dla
analizy układów prostowniczych, w których ampituda napięcia przemiennego Um>>UTO
napięcia progowego diody oraz rezystancja obciążenia RL>>rT rezystancji diody.
Ä„
U U
m m
U = sin ¸d¸ = wartość Å›rednia napiÄ™cia na obciążeniu
śr +"
2Ä„ 2Ä„
0
U U
śr m
I = = oraz średnia prądu w obciążeniu
śr
RL ĄRL
5
Rys. 4.13 Układ prostownika (a), oraz zależności napięcia wejściowego eg (b), prądu w
obwodzie (c), napięcia na diodzie (d), napięcia na obciążeniu (e) w funkcji czasu.
Rys. 4.14 i 4.15
6
Jeżeli ampituda Um jest mała, to należy posłużyć się modelem z rys b. Wówczas prąd w
obwodzie zaczyna płynąć dopiero wtedy, gdy napięcie eg osiągnie wartość >UTO.
Maksymalna wartość chwilowa napięcia na obciążeniu: ULmax=Um-UTO (Rys. 4.14)
Jeżeli RL małe (prąd obciążenia duży), trzeba uwzględnić rezystancje diody rT :
ULmax=UmRL/(RL+rT) (Rys. 4.15).
Jeżeli zarówno Um jak i rezystancja obiążenia RL są małe, należy uwzględnić zarówno
napięcie progowe jak i rezystancje diody. ULmax=UmRL/(RL+rT) -UTO (Rys. 4.16 poniżej)
Rys. 4.16 Przebiegi napięć w prostowniku jednopołówkowym dla modelu diody (c). Napięcie
wejściowe (a), napięcie na diodzie (b), napięcie na obciążeniu (c)
Dioda pracująca w układzie prostownika jednopołówkowego z obciążeniem rezystancyjnym:
- dopuszczalny średni prąd przewodzenia, Io>Um/RL
- dopuszczalne szczytowe napięcie wsteczne URWM>Um
Prostownik jednopołówkowy z filtrem pojemnościowym
Przebieg napięcia na Rys. 4.14-4.16 ma bardzo dużą składową zmienną. W celu zmniejszenia
składowej zmiennej stosuje się filtrowanie napięcia wyjściowego przez dołączenie
kondensatora równolegle do obciążenia. Kondensator ładuje się przez diodę do napięcia Um,
po czym rozładowuje się przez obciążenie do chwili, gdy dioda znowu zacznie przewodzić.
Składowa zmienna (międzyszczytowa wartość tętnień "UL) jest tym mniejsza im większa jest
stała czasowa obwodu RLC. Gdy RLC" "UL0. Na Rys. 4.17 pokazano prostownik
jednopołówkowy z filtrem pojemnościowym (a), napięcie wejściowe (b), napięcie na
obciążeniu (c), prąd diody i prąd obciążenia (d) oraz napięcie na diodzie (e). Widać czas
ładowania kondensatora tl oraz czas rozładowania tr. Jeżeli tl/tr jest mały to i "UL jest
mniejsze. Dioda pracująca w układzie prostownika jednopołówkowego z filtrem
pojemnościowym musi spełniać warunki:
7
- dopuszczalny średni prąd przewodzenia Io>UL/RL
- dopuszczalny powtarzalny szczytowy prÄ…d przewodzenia IFRM>ILtr/tl
- dopuszczalne szczytowe napięcie wsteczne URWM>2Um
Rys. 4.17 Prostownik jednopołówkowy z filtrem pojemnościowym
Prostownik dwupołówkowy z transformatorem
Rys. 4.18. Układ prostownika dwupołówkowego (a), przebieg napięcia wejściowego (b),
napięcia na obciążeniu (c), prądu diody pierwszej (d), prądu diody drugiej (e) w funkcji czasu.
8
W uzwojeniu wtórnym uzyskuje się dwa napięcia sinusoidalne o jednakowych amplitudach,
przesunięte w fazie o 180o u2(t)=-u1(t). W pierwszej połowie okresu przewodzi dioda D1, w
drugim dioda D2. Uśr=2Um/Ą, Iśr=2Um/ĄRL. Prąd wyprostowany jest więc 2 razy większy niż
dla pr. jednop. ale średni prąd płynący przez każdą diodę pozostaje bez zmian. Diody
pracujące w układzie prostownika dwupołówkowego powinny mieć:
- dopuszczalny średni prąd przewodzenia Io>Um/ĄRL,
- dopuszczalne szczytowe napięcie wsteczne URWM>2Um.
Prostownik dwupołówkowy z transformatorem i filtrem pojemnościowym
Rys. 4.19 Prostownik dwupołówkowy z filtrem pojemnościowym i odpowiednie przebiegi:
napięcie na wejściu eg, oraz przebieg napięcia na obciążeniu UL.
Diody pracujące w układzie takiego prostownika powinny mieć:
- dopuszczalny średni prąd przewodzenia Io>UL/2RL
- dopuszczalny powtarzalny szczytowy prÄ…d przewodzenia IFRM>ILtr/tl
- dopuszczalne szczytowe napięcie wsteczne URWM>2Um
Prostownik dwupołówkowy mostkowy
W dodatnim półokresie napięcia eg prąd płynie w obwodzie D1, RL, D2, w ujemnym
półokresie: D4, RL, D3. Zawsze dwie diody pracują szeregowo.
Rys. 4.20. Prostownik dwupołówkowy mostkowy oraz przebiegi: (b) napięcie na wejściu, (c)
prąd obciążenia, (d) napięcie na obciążeniu
9
Wymagania:
- dopuszczalny średni prąd przewodzenia Io>Um/ĄRL
- dopuszczalne szczytowe napięcie wsteczne URWM>Um
Jeżeli podłączyć do obciążenia równolegle kondensator wymagania są takie same jak dla
prostownika dwupołówkowego z transformatorem i kondensatorem filtrującym za wyjątkiem
- dopuszczalne szczytowe napięcie wsteczne URWM>Um.
DIODY UNIWERSALNE
Przeznaczone do zastosowań w układach detekcyjnych, prostowniczych małej mocy (diody
Ge do 100 V i 100 mA oraz 100 MHz).
Parametry statyczne:
- napięcie przewodzenia UF przy określonym prądzie przewodzenia IF
- prąd wsteczny IR przy określonym napięciu wstecznym UR
Parametry dynamiczne:
- pojemność diody dla określonej częstotliwości i napięcia wstecznego
- sprawność detekcji
Dopuszczalne parametry graniczne:
- maksymalny stały prąd przewodzenia IFmax
- maksymalny szczytowy prÄ…d przewodzenia IFMmax
- maksymalne stałe napięcie wsteczne URmax
- maksymalne szczytowe napięcie wsteczne URMmax
- dopuszczalna temperatura złącza Tj
Rys. 4.22. Układ detektora amplitudy
Stosuje się w układach detekcji amplitudowej, układach ograniczników, detektorach
odbiorników FM oraz demodulatorach pierścieniowych. Detektor ma za zadanie odtworzyć
sygnał modulujący z sygnału zmodulowanego amplitudowo. Zadaniem filtru RC jest
wyeliminowanie składowej nośnej.
10
STABILITRONY (Diody Zenera)
Diody warstwowe p-n przeznaczone są do pracy w układach stabilizacji napięć,
ograniczników, jako zródła napięć odniesienia itp. Typowy obszar pracy - na zboczu
opadającym charakterystyki I-U. Aktualnie stabilitrony produkuje się na napięcia kilkuset
woltów.
Charakterystyka prądowo-napięciowa stabilitronu z zaznaczonymi parametrami
charakterystycznymi
Parametry statyczne:
- napięcie przewodzenia UF przy określonym prądzie przewodzenia
- prąd wsteczny IR przy określonym napoięciu wstecznym UR
- napięcie stabilizacji UZ odpowiadające umownej wartości prądu stabilizacji
- temperaturowy współczynnik napięcia stabilizacji TKUZ=1/UZ dUZ/DT|IZ=const
Parametr dynamiczny:
- rezystancja dynamiczna rZ="UZ/"IZ przy określonym prądzie stabilizacji, rezystancja
przyrostowa
Dopuszczalne parametry graniczne:
- maksymalny stały prąd przewodzenia IFmax
- maksymalny dopuszczalny prÄ…d stabilizacji IZmax=Pmax/UZ
- maksymalna moc strat Pmax
Podział stabilitronów na:
- małej mocy <1W
- średniej mocy 1W- dużej mocy >10W
- bardzo dużej mocy >100W
W zakresie małych wartości prądu IZ TKUZ<0 (przeważa przebicie Zenera), w miarę wzrostu
prądu IZ rośnie udział przebicia lawinowego i TKUZ>0. Bardzo dobrą stabilność
temperaturowÄ… uzyskuje siÄ™ w stabilitronach skompensowanych (dioda Zeneraszeregowo ze
złączem p-n spolaryzowanym w kierunku przewodzenia: TKUZ<10-5/oC. Dla stabilizacji
małych napięć stosuje się diody krzemowe dyfuzyjne (BAP 814-816). Diody stabilizujące
prÄ…d polowe ograniczniki prÄ…du (tranzystory polowe).
11
Zależność temperaturowego współczynnika napięcia stabilizacji TKUz od napięcia
stabilizacji Uz.
Zależność rezystancji dynamicznej rz od napięcia stabilizacji Uz dla dwóch wartości prądu
stabilizacji Iz.
Analiza graficzna pracy diody jako stabilizatora napięcia.
Punkt przecięcia charakterystyki I-U z prostą obciążenia wyznacza wartość prądu płynącego
w obwodzie i napięcie na stabilitronie (wyjściowe). Przy dużej zmianie napięcia wejściowego
napięcie wyjściowe zmienia się niewiele.
12
Schematy zastępcze modele odcinkami liniowe
Stabilizatory napięcia stałego:
- układy bez sprzężenia zwrotnego (parametryczne)
- układy ze sprzężeniem zwrotnym
Przykład zastosowań schemat zasilacza ze stabilizatorem parametrycznym składającym się
z diody Zenera i rezystancji szeregowej R1. Zadaniem stabilizatora jest uniezależnienie
napięcia wyjściowego UL od zmian napięcia Ui oraz od zmian obciążenia.
13
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Wyk6 ORBITA GPS Podstawowe informacje
el wstep
missa el ojo 1 kyrie
Jodorowsky, Alejandro El pato Donald y el budismo zen
c03 12 el polprzewodnikowe
00000203 Słowacki Ojciec zadżumionych w El Arish
El acuerdo de paz de Kosovo
missa el ojo credo
El Dorado 1988 AC3 DVDRip XviD(1)
missa el ojo alleluya
El sutil Petrosián XII
eL ASO opis
Los expertos en juegos de mesa usan mejor el cerebro
el pwr 2a sch
więcej podobnych podstron