다이오드의 역방향 전류와 순방향 전류의 차이점은 무엇입니까? 다이오드 양단의 최대 역 전압은 다음과 같습니다.

다이오드의 기본 매개변수- 이것은 다이오드의 순방향 전류(I pr)와 다이오드의 최대 역방향 전압(U arr)입니다. 작업이 전원에 대한 새로운 정류기를 개발하는 것인지 알아야 합니다.

다이오드 순방향 전류

다이오드 순방향 전류새 전원 공급 장치의 부하를 소모하는 총 전류를 알고 있으면 쉽게 계산할 수 있습니다. 그런 다음 신뢰성을 보장하려면 이 값을 약간 높이고 정류기용 다이오드를 선택하는 데 필요한 전류를 얻어야 합니다. 예를 들어 전원 공급 장치는 800mA의 전류를 견뎌야 합니다. 따라서 순방향 다이오드 전류가 1A인 다이오드를 선택합니다.

다이오드 역전압

최고 다이오드 역전압- 이것은 입력의 AC 전압 값뿐만 아니라 정류기 유형에 따라 달라지는 매개 변수입니다. 이 진술을 설명하기 위해 다음 그림을 고려하십시오. 그들은 모든 주요 정류기 회로를 보여줍니다.

쌀. 하나

쌀. 2

그림 2는 중간 지점 출력이 있는 전파 정류기를 보여줍니다. 이전과 마찬가지로 다이오드는 입력의 유효 값보다 3배 높은 역 전압으로 선택해야 합니다.

발행일: 2017년 12월 23일

역전압이 무엇인지 아십니까?

역 전압

역전압은 전류의 극성이 바뀔 때 생성되는 일종의 에너지 신호입니다. 이 전압은 다이오드에 역 극성이 인가될 때 종종 발생하여 다이오드가 반대 방향으로 작동하여 반응하게 합니다. 이 역함수는 다이오드 내에서 항복 전압을 생성할 수도 있습니다. 이는 종종 전압이 인가되는 회로를 차단하기 때문입니다.

전원 신호 연결 소스가 회로에 거꾸로 인가되면 역전압이 발생합니다. 이것은 양극 리드 소스가 회로의 접지 또는 음극 도체에 연결되고 그 반대의 경우도 마찬가지임을 의미합니다. 대부분의 경우 이 전압 전달은 의도하지 않은 경우가 많습니다. 전기 회로스트레스를 견디지 ​​못함.

회로나 다이오드에 최소 전압을 인가하면 회로나 다이오드가 역동작할 수 있습니다. 박스 팬 모터가 잘못 회전하는 등의 반응을 일으킬 수 있습니다. 이러한 경우 요소는 계속 작동합니다.

그러나 회로에 인가되는 전압의 양이 수신된 회로에 비해 너무 높은 경우 이를 항복 전압이라고 합니다. 반전된 입력 신호가 다음을 초과하면 허용 전압회로를 유지하기 위해 회로가 나머지 사용 가능한 범위를 넘어 손상될 수 있습니다. 회로가 손상된 지점은 항복 전압 값을 나타냅니다. 이 항복 전압에는 피크 역 전압 또는 역 항복 전압이라는 몇 가지 다른 이름이 있습니다.

역 전압은 항복 전압을 유발할 수 있으며, 이는 다른 회로 부품의 작동에도 영향을 미칩니다. 다이오드 및 역 전압 회로 기능을 손상시키는 것 외에도 피크 역 전압이 될 수도 있습니다. 이러한 경우 회로는 반전된 신호의 입력 전력량을 포함할 수 없으며 절연체 사이에 항복 전압을 생성할 수 있습니다.

회로 부품을 통해 발생할 수 있는 이러한 파괴 전압은 부품 또는 와이어 절연체의 파괴를 유발할 수 있습니다. 이것은 신호 전도체로 바뀌고 전압을 받지 않아야 하는 회로의 다른 부분에 전압을 전달하여 회로를 손상시켜 회로 전체에 불안정을 일으킬 수 있습니다. 이로 인해 구성 요소에서 구성 요소로 전압 아크가 발생할 수 있으며, 이는 다양한 회로 구성 요소를 점화하고 화재를 일으킬 만큼 강력할 수도 있습니다.

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3. 프로젝트 전반에 걸쳐 ALTA/ACSM 및 건설 측량을 수행하는 서비스;
4. 다양한 프로젝트 참가자 그룹의 노력을 조정하는 건물 관리자
5. 건축물을 설계하고 건축서류를 작성하는 건축사 및 기술자

다이오드는 반도체 기반으로 설계된 다양한 장치 중 하나입니다. 그것은 하나의 p-n 접합과 양극 및 음극 출력을 가지고 있습니다. 대부분의 경우 들어오는 전기 신호에 대한 변조, 정류, 변환 및 기타 작업을 위해 설계되었습니다.

작동 원리:

1. 전기음극에 작용하면 히터가 빛나기 시작하고 전극이 전자를 방출합니다.
2. 두 전극 사이전기장이 형성됩니다.
3. 양극이 양수인 경우, 그런 다음 전자를 자신에게 끌어 당기기 시작하고 결과 필드는 촉매입니다. 이 과정. 이 경우 방출 전류가 발생합니다.
4. 전극 사이전자의 이동을 방해할 수 있는 공간적 음전하의 형성이 있습니다. 이것은 양극 전위가 너무 약한 경우에 발생합니다. 이 경우 전자의 일부가 음전하의 영향을 극복하지 못하고 반대 방향으로 움직이기 시작하여 다시 음극으로 돌아갑니다.
5. 모든 전자양극에 도달하고 음극으로 돌아가지 않은 는 음극 전류의 매개변수를 결정합니다. 따라서이 표시기는 양의 양극 전위에 직접적으로 의존합니다.
6. 모든 전자의 흐름, 애노드에 도달 할 수있는 애노드 전류라고하며, 다이오드의 표시기는 항상 캐소드 전류의 매개 변수에 해당합니다. 때로는 두 표시기가 모두 0이 될 수 있습니다. 이는 양극에 음전하가 있는 상황에서 발생합니다. 이 경우 전극 사이에 발생한 장은 입자를 가속하지 않고 반대로 입자를 느리게 하여 음극으로 되돌립니다. 이 경우 다이오드는 잠금 상태로 유지되어 개방 회로로 이어집니다.

장치

다음은 상세 설명다이오드 장치의 경우 다음 요소의 작동 원리를 더 이해하려면 이 정보에 대한 연구가 필요합니다.

1. 액자유리, 금속 또는 내구성이 뛰어난 세라믹 종류의 재료로 만들 수 있는 진공 병입니다.
2. 풍선 내부 2개의 전극이 있습니다. 첫 번째는 전자 방출 과정을 제공하도록 설계된 가열된 음극입니다. 가장 단순한 음극은 직경이 작은 필라멘트로 작동 중에 가열되지만 오늘날에는 간접적으로 가열되는 전극이 더 일반적입니다. 금속으로 만들어진 실린더이며 전자를 방출할 수 있는 특수 활성층이 있습니다.
3. 음극 내부 간접 가열특정 요소가 있습니다. 전류의 영향으로 빛나는 와이어를 히터라고합니다.
4. 두 번째 전극양극은 음극에서 방출된 전자를 받는 데 필요합니다. 이렇게 하려면 두 번째 전극에 대해 양의 전위를 가져야 합니다. 대부분의 경우 양극도 원통형입니다.
5. 두 전극진공 장치는 다양한 반도체 소자의 에미터 및 베이스와 완전히 동일합니다.
6. 다이오드 크리스탈 제조용실리콘 또는 게르마늄이 가장 일반적으로 사용됩니다. 그 부품 중 하나는 p형 전기 전도성이며 인공적인 방법으로 형성되는 전자가 부족합니다. 결정의 반대쪽도 전도도를 가지지만 n형이며 전자가 과도합니다. p-n 접합이라고 하는 두 영역 사이에 경계가 있습니다.

내부 장치의 이러한 기능은 다이오드의 주요 특성, 즉 한 방향으로만 전류를 전도하는 능력을 제공합니다.

목적

다음은 다이오드의 주요 응용 분야이며 주요 목적이 명확해진 예입니다.

1. 다이오드 브리지 4개, 6개 또는 12개의 다이오드가 서로 연결되어 있으며 그 수는 회로 유형에 따라 다르며 단상, 3상 하프 브리지 또는 3상 풀 브리지가 될 수 있습니다. 그들은 정류기의 기능을 수행합니다.이 옵션은 이러한 브리지의 도입과 함께 브러시 수집기 어셈블리를 사용하여 크기를 크게 줄였기 때문에 자동차 발전기에서 가장 자주 사용됩니다. 이 기기신뢰성을 높일 수 있습니다. 직렬로 한 방향으로 연결하면 전체 다이오드 브리지를 잠금 해제하는 데 필요한 최소 전압이 증가합니다.
2. 다이오드 검출기이러한 장치를 커패시터와 함께 사용하여 얻을 수 있습니다. 이것은 무선 신호의 진폭 변조 버전을 포함하여 다양한 변조 신호에서 저주파 변조를 분리할 수 있도록 하기 위해 필요합니다. 이러한 감지기는 텔레비전이나 라디오와 같은 많은 가정용 소비자 설계의 일부입니다.
3. 유도 부하가 꺼질 때 발생하는 자기 유도 중에 발생하는 기전력에 의한 고장으로 인한 과부하 또는 키 고장으로 인해 회로 입력이 켜질 때 역 극성으로부터 소비자를 보호합니다. 과부하 발생으로부터 회로의 안전을 보장하기 위해 반대 방향으로 공급 버스에 연결된 여러 다이오드로 구성된 체인이 사용됩니다. 이 경우 보호가 제공되는 입력은 이 체인의 중간에 연결해야 합니다. 회로가 정상적으로 작동하는 동안 모든 다이오드는 닫힌 상태에 있지만 입력 전위가 허용 전압 한계를 넘었다고 기록되면 보호 요소 중 하나가 활성화됩니다. 이로 인해 이 허용 전위는 보호 장치에 걸친 직접적인 전압 강하 외에 허용 공급 전압 내에서 제한됩니다.
4. 스위치, 다이오드를 기반으로 생성 된 고주파 신호의 스위칭을 수행하는 데 사용됩니다. 이러한 시스템의 제어는 인덕턴스 및 커패시터로 인해 발생하는 직류, 고주파 분리 및 제어 신호 공급을 사용하여 수행됩니다.
5. 다이오드 스파크 보호 생성. 해당 전기 회로의 전압을 제한하여 안전을 제공하는 션트 다이오드 장벽이 사용됩니다. 그들과 함께 네트워크를 통과하는 전류의 표시기를 제한하고 보호 수준을 높이는 데 필요한 전류 제한 저항이 사용됩니다.

오늘날 전자 제품에 다이오드를 사용하는 것은 매우 광범위합니다. 거의 모든 현대식 전자 장비가 이러한 요소 없이는 할 수 없기 때문입니다.

다이오드 직접 연결

다이오드의 pn 접합은 외부 소스에서 공급되는 전압의 영향을 받을 수 있습니다. 크기 및 극성과 같은 표시기는 동작 및 이를 통해 전도되는 전류에 영향을 미칩니다.

아래에서 우리는 플러스가 p 형 영역에 연결되고 음극이 n 형 영역에 연결되는 옵션을 자세히 고려합니다. 이 경우 직접 포함이 발생합니다.

1. 스트레스를 받고외부 소스에서 전기장이 pn 접합에 형성되고 그 방향은 내부 확산 필드와 반대입니다.
2. 계자 전압크게 감소하여 장벽 층이 급격히 좁아집니다.
3. 이러한 과정의 영향으로상당한 수의 전자가 p-영역에서 n-영역으로 그리고 반대 방향으로 자유롭게 이동할 수 있습니다.
4. 드리프트 전류 등급이 과정에서 pn 접합 영역에 위치한 소수 전하 캐리어의 수에만 직접적으로 의존하기 때문에 동일하게 유지됩니다.
5. 전자확산 수준이 증가하여 소수 캐리어가 주입됩니다. 즉, n-영역에서 정공의 수가 증가하고 p-영역에서 증가된 전자 농도가 기록될 것이다.
6. 균형 부족 및 소수 캐리어 증가반도체 깊숙이 침투하여 구조와 혼합되어 궁극적으로 전기적 중성 특성이 파괴됩니다.
7. 반도체동시에 중성 상태를 복원 할 수 있습니다. 이는 연결된 외부 소스에서 전하를 수신하기 때문에 외부 전기 회로에 직류가 발생하기 때문입니다.

다이오드 역방향

이제 전압이 전달되는 외부 소스의 극성이 변경되는 동안 켜는 또 다른 방법이 고려됩니다.

1. 직접 포함과의 가장 큰 차이점은생성된 전기장은 내부 확산장의 방향과 완전히 일치하는 방향을 가질 것입니다. 따라서 장벽 층이 더 이상 좁아지지 않고 반대로 확장됩니다.
2. pn 접합에 위치한 필드, 다수의 소수 전하 캐리어에 가속 효과가 있으므로 이러한 이유로 드리프트 전류 표시기는 변경되지 않은 상태로 유지됩니다. pn 접합을 통과하는 결과 전류의 매개 변수를 결정합니다.
3. 성장함에 따라 역 전압, 접합을 통해 흐르는 전류는 최대 성능에 도달하는 경향이 있습니다. 포화 전류라는 특별한 이름이 있습니다.
4. 지수 법칙에 따르면, 온도가 점진적으로 증가하면 포화 전류도 증가합니다.

순방향 및 역방향 전압

다이오드에 영향을 미치는 전압은 두 가지 기준에 따라 나뉩니다.

1. 순방향 전압- 이것은 다이오드가 열리고 직류가 흐르기 시작하는 반면 장치의 저항 표시기는 매우 낮습니다.
2. 역 전압- 이것은 역 극성을 가지며 역전류가 통과하여 다이오드가 닫히도록 합니다. 동시에 장치의 저항 표시기가 급격히 증가하기 시작합니다.

p-n 접합의 저항은 끊임없이 변화하는 표시기이며 우선 다이오드에 직접 인가되는 직류 전압의 영향을 받습니다. 전압이 증가하면 접합 저항 표시기가 비례하여 감소합니다.

이것은 다이오드를 통과하는 순방향 전류의 매개변수를 증가시킵니다. 이 장치가 닫히면 거의 모든 전압이 장치에 작용합니다. 이러한 이유로 다이오드를 통과하는 역전류 표시기는 중요하지 않으며 접합 저항은 동시에 피크 매개변수에 도달합니다.

다이오드의 작동 및 전류-전압 특성

이러한 장치의 전류-전압 특성은 p-n 접합을 통해 흐르는 전류가 그것에 작용하는 전압의 부피와 극성에 의존함을 나타내는 곡선으로 이해됩니다.

이러한 그래프는 다음과 같이 설명할 수 있습니다.

1. 수직축:위쪽 영역은 순방향 전류 값에 해당하고 아래쪽 영역은 역방향 전류 매개변수에 해당합니다.
2. 수평축:오른쪽 영역은 순방향 전압 값입니다. 왼쪽 영역은 역전압 옵션을 위한 것입니다.
3. 전류-전압 특성의 직접 분기다이오드를 통해 흐르는 전류를 반사합니다. 해당 전압이 증가함에 따라 발생하는 직류 전류의 증가를 나타내므로 위쪽을 향하고 수직축에 근접하게 통과한다.
4. 두 번째(역) 분기또한 장치를 통과하는 닫힌 전류의 상태에 해당하고 표시합니다. 그 위치는 수평 축과 거의 평행하게 진행됩니다. 이 분기가 수직에 가까워질수록 특정 다이오드의 정류 능력이 높아집니다.
5. 차트에서 볼 수 있습니다 p-n 접합을 통해 흐르는 순방향 전압이 증가한 후 전류가 천천히 증가합니다. 그러나 점차적으로 곡선은 점프가 눈에 띄는 영역에 도달한 후 지표가 가속화됩니다. 이것은 다이오드가 열리고 순방향 전압에서 전류가 전도되기 때문입니다. 게르마늄으로 만들어진 소자의 경우 0.1V~0.2V(최대값 1V)의 전압에서 발생하며, 실리콘 소자의 경우 0.5V~0.6V(최대값 1.5V)의 높은 값이 필요하다.
6. 현재 증가 표시반도체 분자의 과열로 이어질 수 있습니다. 자연 과정과 라디에이터의 작동으로 인해 발생하는 열 제거가 방출 수준보다 낮 으면 분자 구조가 파괴 될 수 있으며이 과정은 이미 되돌릴 수 없습니다. 이러한 이유로 반도체 재료의 과열을 방지하기 위해 순방향 전류 매개변수를 제한할 필요가 있습니다. 이를 위해 다이오드와 직렬 연결된 회로에 특수 저항이 추가됩니다.
7. 백 브랜치 탐색 pn 접합에 적용되는 역 전압이 증가하기 시작하면 전류 매개변수의 증가가 실제로 감지할 수 없음을 알 수 있습니다. 그러나 전압이 허용 한계를 초과하는 매개변수에 도달하는 경우 역전류의 갑작스러운 점프가 발생할 수 있으며, 이는 반도체를 과열시켜 pn 접합의 후속 파괴에 기여합니다.

기본 다이오드 오작동

때때로 이러한 유형의 장치가 실패하는 경우가 있습니다. 이는 이러한 요소의 자연적 감가상각 및 노화 또는 다른 이유로 인한 것일 수 있습니다.

총 3가지 주요 유형의 일반적인 결함이 있습니다.

1. 전환 분석반도체 장치 대신 다이오드가 본질적으로 가장 일반적인 도체가된다는 사실로 이어집니다. 이 상태에서 기본 특성을 잃고 절대적으로 모든 방향으로 전류를 흐르기 시작합니다. 이러한 고장은 공급을 시작하는 표준을 사용하여 쉽게 감지됩니다. 소리 신호그리고 보여 낮은 수준다이오드의 저항.
2. 휴식 시간에역 과정이 발생합니다. 장치는 일반적으로 어떤 방향으로든 전류 전송을 중단합니다. 즉, 본질적으로 절연체가 됩니다. 중단 결정의 정확성을 위해서는 고품질의 서비스 가능한 프로브가 있는 테스터를 사용해야 합니다. 그렇지 않으면 때때로 이 오작동을 잘못 진단할 수 있습니다. 합금 반도체 품종에서 이러한 고장은 극히 드뭅니다.
3. 새는 곳, 그 동안 장치 케이스의 조임이 위반되어 제대로 작동하지 않습니다.

고장 pn 접합

이러한 고장은 역전류 표시기가 갑자기 급격히 증가하기 시작하는 상황에서 발생하며, 이는 해당 유형의 전압이 허용할 수 없는 높은 값에 도달하기 때문에 발생합니다.

일반적으로 몇 가지 유형이 있습니다.

1. 열 고장, 급격한 온도 상승과 그에 따른 과열로 인해 발생합니다.
2. 전기적 고장전환에 대한 전류의 영향으로 발생합니다.

전류-전압 특성 그래프를 통해 이러한 프로세스와 프로세스 간의 차이를 시각적으로 연구할 수 있습니다.

전기 고장

전기 고장으로 인한 결과는 수정 자체를 파괴하지 않기 때문에 되돌릴 수 없습니다. 따라서 전압이 점차 감소하면 다이오드의 전체 특성과 작동 매개 변수를 복원할 수 있습니다.

동시에이 유형의 고장은 두 가지 유형으로 나뉩니다.

1. 터널 고장통과하는 동안 발생 높은 전압좁은 전이를 통해 개별 전자가 통과할 수 있습니다. 그들은 일반적으로 반도체 분자에 많은 수의 서로 다른 불순물이 있는 경우에 발생합니다. 이러한 항복 동안 역전류는 급격하고 빠르게 상승하기 시작하며 해당 전압은 낮은 수준입니다.
2. 눈사태 유형의 고장전하 캐리어를 제한 수준까지 가속할 수 있는 강한 장의 영향으로 인해 가능합니다. 그로 인해 원자에서 많은 원자가 전자를 녹아웃시킨 다음 전도성 영역으로 날아갑니다. 이 현상은 눈사태와 같은 특성을 가지고 있기 때문에 이 종고장과 같은 이름을 받았습니다.

열분해

이러한 고장의 발생은 두 가지 주요 이유로 발생할 수 있습니다. 불충분한 방열과 p-n 접합의 과열은 너무 높은 속도로 전류가 흐르기 때문에 발생합니다.

전이 및 인접 지역의 온도 체계가 증가하면 다음과 같은 결과가 발생합니다.

1. 원자의 진동 성장크리스탈에 포함됩니다.
2. 때리다전도대에 전자.
3. 급격한 온도 상승.
4. 파괴 및 변형결정 구조.
5. 완전한 고장전체 무선 구성 요소의 고장.

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I. 반도체 다이오드의 매개변수 계산

정류기 다이오드는 정류하도록 설계되었습니다. 교류저주파(보통 50kHz 미만). 정류기로는 평면 다이오드가 사용되며, 이는 접촉 면적이 크기 때문에 큰 정류 전류를 허용합니다. 다이오드의 전류-전압 특성은 다이오드에 인가되는 전압의 값과 극성에 따라 다이오드를 통해 흐르는 전류의 의존성을 나타냅니다(그림 1.1). 1사분면에 위치한 브랜치는 전류의 순방향(전송) 방향에 해당하고, 3사분면에 위치한 브랜치는 전류의 역방향에 해당합니다.

가파르고 수직 축에 가까울수록 직접 분기에 가까울수록, 수평 역 분기에 가까울수록 다이오드의 정류 특성이 좋아집니다. 충분히 큰 역 전압으로 다이오드에서 항복이 발생합니다. 역전류가 급격히 상승합니다. 단방향 전도가있는 요소로 다이오드의 정상적인 작동은 역 전압이 항복 전압을 초과하지 않는 모드에서만 가능합니다.

다이오드 전류는 온도에 따라 다릅니다(그림 1.1 참조). 정전류가 다이오드를 통해 흐르면 온도 변화에 따라 다이오드 양단의 전압 강하는 약 2mV / ° C로 변경됩니다. 온도가 증가함에 따라 역전류는 10°C마다 게르마늄의 경우 2배, 실리콘 다이오드의 경우 2.5배가 됩니다. 항복 전압은 온도가 증가함에 따라 감소합니다.

고주파 다이오드는 변조, 감지 및 기타 비선형 변환을 위해 넓은 주파수 범위(최대 수백 MHz)에서 전류를 정류하는 범용 장치입니다. 포인트 다이오드는 주로 고주파 다이오드로 사용됩니다. 고주파 다이오드는 정류기와 동일한 특성을 갖지만 작동 주파수 범위는 훨씬 더 넓습니다.

주요 매개변수:

취소- 주어진 일정한 순방향 전류에서 일정한 순방향 전압;

우브르- 다이오드에 반대 방향으로 일정한 역 전압이 가해집니다.

아이피- 다이오드를 통해 순방향으로 흐르는 직접 순방향 전류;

이아르- 주어진 역전압에서 반대 방향으로 다이오드를 통해 흐르는 일정한 역전류;

Unp.obr- 다이오드 접합의 파괴를 일으키는 역 전압 값;

Inp.cp- 평균 순방향 전류, 기간 동안 다이오드의 순방향 전류 평균값

Ivp.sr-평균 정류기 전류, 일정 기간 동안 다이오드를 통해 흐르는 정류 전류의 평균값(역전류 고려)

Iobr.cp- 평균 역전류, 해당 기간 동안의 역전류 평균값

Rpr- 직접 전력 소산, 직류가 흐르는 동안 다이오드에 의해 소산되는 전력 값;

파브그- 다이오드의 평균 전력 손실, 순방향 및 역방향 전류가 흐르는 동안 다이오드에 의해 손실되는 전력의 평균값

르디프- 다이오드의 차동 저항, 다이오드 전압의 작은 증분 대 전류의 작은 증분의 비율 이 모드

(1.1)

Rnp.d. 는 다이오드의 순방향 dc 저항, 다이오드 양단의 dc 순방향 전압과 해당 순방향 전류의 몫으로 얻은 다이오드 저항 값

Rbr.d- 다이오드의 역 저항; 다이오드 양단의 일정한 역전압과 해당하는 일정한 역전류의 몫으로 얻은 다이오드 저항 값

(1.3)

최대 허용 매개변수는 다이오드가 지정된 서비스 수명 동안 주어진 확률로 작동할 수 있는 작동 조건의 한계를 정의합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다. 최대 허용 직접 역방향 전압 우브르.최대; 최대 허용 순방향 전류 Ipr.max, 최대 허용 평균 순방향 전류 Ipr.cf..최대, 최대 허용 평균 정류 전류 Ivp.av.max, 다이오드의 최대 허용 평균 전력 손실 Рav.max.

지정된 매개변수참고 문헌에 나와 있습니다. 또한 실험적으로 그리고 전류-전압 특성에 의해 결정될 수 있습니다.

차동 저항은 점에서 CVC의 직선 가지에 그려진 접선의 경사각의 코탄젠트로 발견됩니다. Ipr= 12mA( Rdiff ~ ctg Θ ~)

(1.4)

다이오드의 직접 저항은 비율로 발견됩니다. 정전압다이오드에 Upr=0.6V - 해당 DC Ipr\u003d I-V 특성의 직접 분기에서 12mA.

(1.5)

우리는 그것을 본다 르디프 < Rpr.d. 또한 이러한 매개변수의 값은 지정된 모드에 따라 다릅니다. 예를 들어, 동일한 다이오드의 경우 아이피=4mA

(1.6) , (1.7)

계산하다 Rbr.d GD107 다이오드의 경우 우브르= 20V이고 계산된 값과 비교 Rpr.d. CVC GD107의 역 분기(그림 1.2 참조)에서 다음을 찾습니다. 이아르= 75uA에서 우브르=20V. 따라서,

(1.8)

우리는 그것을 본다 로브르>>Rpr.d, 이는 다이오드의 단방향 전도를 나타냅니다. 단면 전도도에 대한 결론은 I-V 특성 분석에서 직접 도출할 수도 있습니다. 직류 아이피~mA에서 Upr <1B, в то время как Iobp~에서 수십 µA 우와~텐볼트, 즉 순방향 전류가 역방향 전류를 수백 배에서 수천 배 초과합니다.

(1.9)

제너 다이오드 및 안정기는 다이오드를 통해 흐르는 전류가 변경될 때 전압 레벨을 안정화하도록 설계되었습니다. 제너 다이오드의 경우 작업자는 역 전압 영역에서 전류-전압 특성의 전기적 고장 섹션입니다(그림 1.3).

이 섹션에서 다이오드 양단의 전압은 다이오드를 통해 흐르는 전류의 상당한 변화와 함께 거의 일정하게 유지됩니다. 저저항(고도핑) 재료로 만들어진 베이스를 가진 합금 다이오드는 유사한 특성을 가지고 있습니다. 이 경우 좁은 p-n 접합이 형성되어 상대적으로 낮은 역 전압(단위 - 수십 볼트)에서 전기적 파괴가 발생하는 조건을 만듭니다. 즉, 이러한 전압은 많은 트랜지스터 장치에 전원을 공급하는 데 필요합니다. 게르마늄 다이오드에서 전기적 파괴는 빠르게 열적 파괴로 바뀌므로 실리콘 다이오드는 열 파괴에 더 강한 제너 다이오드로 사용됩니다. 안정기의 경우 전류-전압 특성의 직접적인 부분이 작업자 역할을 합니다(그림 1.4). 양방향(2-anode) 제너 다이오드에는 2개의 back-to-back p-n 접합이 있으며, 각각은 반대 극성에 대한 주요 접합입니다.

주요 매개변수:

우스트- 안정화 전압, 정격 전류가 흐를 때 제너 다이오드의 전압;

∆Ust.nom- 안정화 전압의 공칭 값의 확산, 공칭 값에서 제너 다이오드의 전압 편차;

Rdif.st- 제너 다이오드의 차동 저항, 제너 다이오드의 안정화 전압 증가 대 주어진 주파수 범위에서 발생하는 작은 전류 증가의 비율.

α ST - 안정화 전압의 온도 계수, 일정한 안정화 전류에서 주변 온도의 절대 변화에 대한 안정화 전압의 상대적 변화의 비율.

최대 허용 매개변수입니다. 여기에는 다음이 포함됩니다. 최대, 최소 Ist.min안정화 전류, 최대 허용 순방향 전류 아이맥스, 최대 허용 전력 손실 피맥스.

가장 간단한 반도체 전압 안정기(그림 1.5)의 작동 원리는 제너 다이오드의 전류-전압 특성의 비선형성을 사용하는 것입니다(그림 1.3 참조). 가장 간단한 반도체 안정기는 다음으로 구성된 전압 분배기입니다. 제한 저항 로그르및 실리콘 제너 다이오드 VD. 부하 Rn은 제너 다이오드에 연결되고,

이 경우 부하의 전압은 제너 다이오드의 전압과 같습니다.

U R H \u003d U VD \u003d U ST(1.10)

입력 전압은 로그르및 VD

U BH \u003d U R OGR + U ST(1.11)

통해 현재 로그르 Kirchhoff의 첫 번째 법칙에 따르면 부하 전류와 제너 다이오드의 합과 같습니다.

I R OGR \u003d I ST + I H (1.12)

값 로그르제너 다이오드를 통과하는 전류가 공칭과 같도록 선택됩니다. 작업 영역의 중간에 해당합니다.

I ST.NOM = (I ST.MIN + I ST.MAX) / 2 (1.13)

정류기 및 범용 다이오드의 특성 및 매개변수

정류 다이오드는 저주파 교류를 정류하는 데 사용됩니다. 이러한 다이오드의 정류기 특성은 전자-정공 p-n 접합의 단방향 전도 원리를 기반으로 합니다.

범용 다이오드는 고주파 및 저주파 교류 정류기, 증배기 및 주파수 변환기, 대소 신호 검출기 등 다양한 전자 장비에 사용됩니다. 정류기 및 범용 다이오드의 작동 전류 및 전압 범위는 매우 넓어서 생산됩니다. 제곱 밀리미터에서 수 제곱 센티미터에 이르는 면적을 가진 반도체 구조에서 점 및 평면 pn 접합을 모두 사용합니다. 일반적으로 범용 다이오드는 면적과 커패시턴스가 작은 접합을 사용하지만 순방향 전류와 역전압 값이 비교적 높습니다. 이러한 요구 사항은 점, 미세 합금 평면 및 메사 평면 다이오드로 충족됩니다. 범용 다이오드의 특성 및 파라미터는 정류 다이오드와 동일합니다.

볼트-암페어 특성정류 다이오드의 (CV)는 다이오드를 통과하는 전류의 값과 인가된 DC 전압의 극성에 대한 의존성을 나타냅니다. 특성의 직접 분기는 직접 처리량 극성이 인 다이오드를 통과하는 전류의 의존성을 나타냅니다. 인가 전압. 순방향 전류의 강도는 다이오드에 적용되는 순방향 전압에 따라 기하급수적으로 달라지며 다이오드 양단의 작은(0.3~1V 정도) 전압 강하로 큰 값에 도달할 수 있습니다.

특성의 역 분기는 다이오드에 적용된 전압의 역 극성과 함께 다이오드를 통한 전류의 비전도 방향에 해당합니다. 역전류(섹션 OD)는 적용된 역전압에 따라 약간 다릅니다. 상대적으로 큰 역전압(특성의 점 B)에서는 pn 접합의 전기적 파괴가 발생하여 역전류가 급격히 증가하여 열적 파괴 및 다이오드 손상을 유발할 수 있습니다. 온도가 증가함에 따라 접합부에서 열 전류 및 전하 캐리어의 생성 전류가 증가하여 순방향 및 역방향 전류가 증가하고 다이오드의 특성이 이동합니다.

다이오드의 특성과 호환성은 매개변수로 평가됩니다. 주요 매개변수에는 전류-전압 특성과 관련된 전류 및 전압이 포함됩니다.다이오드는 AC 및 DC 회로 모두에 사용됩니다. 따라서 매개 변수와 함께 다이오드의 특성을 평가하기 위해 교류에서 작동을 특성화하는 차동 매개 변수가 사용됩니다.

정류(직류) 전류 Ipr은 안정적이고 장기적인 작동이 보장되는 다이오드를 통과하는 전류(기간의 평균값)입니다. 이 전류의 강도는 가열 또는 최대 전력 Rmax에 의해 제한됩니다. 과도한 순방향 전류는 열 파괴 및 다이오드 손상으로 이어집니다.

• 순방향 전압 강하 Upr.Sr - 허용 가능한 순방향 전류가 다이오드를 통과할 때 다이오드의 기간에 대한 평균 값.
• 허용 역전압 U0br은 다이오드의 안정적이고 장기적인 작동이 보장되는 기간의 평균값입니다. 역전압을 초과하면 다이오드의 고장 및 고장으로 이어집니다. 온도가 상승함에 따라 역 전압 및 순방향 전류 값이 감소합니다.
• 역전류 Iobr - 허용되는 Uobr이 있는 역전류 기간의 평균값. 역전류는 낮을수록 좋습니다.

당신은 다이오드의 정류기 속성입니다. 10 ° C마다 온도가 증가하면 게르마늄 "실리콘 다이오드의 역전류가 1.5 - 2 배 이상 증가합니다.

최대 상수, 또는 다이오드가 매개변수를 변경하지 않고 오랫동안 작동할 수 있는 기간 동안 다이오드가 소산하는 평균 전력 Pmax입니다. 이 전력은 전환의 순방향 및 역방향 바이어스, 즉 교류의 포지티브 및 네거티브 반주기에서 전류와 전압의 곱의 합입니다. 우수한 열 발산으로 작동하는 고전력 장치의 경우 Pmax = (Tp.max - Tk) / Rpk입니다. 방열판 없이 작동하는 저전력 장치의 경우,

Pmax = (Tp.max - Ts) / Rp.s.

최대 접합 온도 Gp.max는 반도체의 재료(밴드 갭)와 도핑 정도, 즉 pn 접합 영역(베이스)의 저항률에 따라 달라집니다. 게르마늄의 Gp.max 범위는 80 - 110 ° C, 실리콘의 경우 150 - 220 ° C입니다.

내열성접합부와 본체 사이의 Rp.k는 본체 Tk에 의한 접합부 Tpi와 접합부에서 방출되는 평균 전력 Ra 사이의 온도차에 의해 결정되며 1-3°C/W: Ra.K \u003d(Ta- 태) / 파. 접합부와 환경 사이의 열 저항 Rn c는 접합부 Tp와 환경 Tc 사이의 온도차에 따라 달라집니다. 사실상 RPK 이후

다이오드 사용의 제한 모드는 최대 허용 역전압 Urev max, 최대 정류 전류 Ipr max 및 최대 접합 온도 TPmax 다이오드에 공급되는 교류 전압의 주파수가 증가하면 정류 특성이 저하됩니다. 따라서 정류 다이오드의 특성을 결정하기 위해 일반적으로 작동 주파수 범위 Df 또는 최대 정류 주파수 fmax가 지정됩니다. 이 특성은 직류 펄스가 클수록 또는 공급되는 교류 전압의 주파수가 높을수록 더 크게 나타납니다.또한 고주파에서는 pn 접합의 장벽 및 확산 정전 용량의 션트 효과가 나타나기 시작하여 감소합니다. 그것의 정류 속성.

정류기의 모드를 계산할 때 직류에 대한 정적 저항과 교류에 대한 다이오드의 차동 저항이 사용됩니다.

• 미분 AC 저항 rdiff=dU/dI 또는 rDif=DU/DI는 전압이 다이오드 특성에서 선택한 작동 지점 근처에서 변할 때 다이오드를 통과하는 전류의 변화를 결정합니다. 전압을 직접 ON으로 하면 rdif Pr=0.026/ /IPr, 전류 Ip>10mA일 때 수 옴이 되며, 역전압을 연결하면 rDIf arr이 큽니다(수십 킬로옴에서 수 메가옴).
• 공전직류에 대한 다이오드 저항 rprd = Upr / Ipr, rrev d = Urev / Irev

다이오드 커패시턴스는 고주파수 및 펄스 모드에서 작동에 상당한 영향을 미칩니다. 다이오드의 패스포트 데이터에서 다이오드 Cd의 총 커패시턴스는 일반적으로 배리어 및 확산 커패시턴스 외에도 장치 케이스의 커패시턴스를 포함합니다.이 커패시턴스는 다이오드의 외부 다운 컨덕터 사이에서 측정됩니다. 주어진 역 바이어스 전압 및 전류 주파수

반도체 다이오드 - 이것은 하나의 p-n 접합과 두 개의 전극을 가진 반도체 소자입니다. 반도체 다이오드의 작동 원리는 다음을 기반으로 합니다. p-n 현상따라서 반도체 장치에 대한 추가 연구를 위해서는 작동 방식을 알아야 합니다.

정류 다이오드 (밸브라고도 함) 교류를 직류로 변환하는 데 사용되는 일종의 반도체 다이오드입니다.

다이오드에는 두 개의 리드(전극)가 양극과 음극이 있습니다. 양극은 p층에 연결되고 음극은 n층에 연결됩니다. 양극에 플러스를, 양극에 마이너스를 인가하면(다이오드의 직접 연결) 다이오드에 전류가 흐릅니다. 양극에 마이너스가 인가되고 음극에 플러스(다이오드의 역 스위칭)가 인가되면 다이오드를 통과하는 전류는 다이오드의 전류-전압 특성에서 볼 수 없습니다. 따라서 정류 다이오드의 입력에 교류 전압이 공급되면 하나의 반파 만 통과합니다.

다이오드의 볼트-암페어 특성(VAC).

다이오드의 전류-전압 특성은 그림 1에 나와 있습니다. I. 2. 첫 번째 사분면은 순방향 전압이 인가된 다이오드의 높은 전도도 상태를 설명하는 특성의 직접 분기를 나타내며 조각별 선형 함수로 선형화됩니다.

유 \u003d 유 0 + R 디 나

여기서: u - 전류 i가 흐를 때 밸브의 전압; U 0 - 임계 전압; R d - 동적 저항.

세 번째 사분면에는 전류-전압 특성의 역 분기가 있으며, 이는 역 전압이 다이오드에 적용될 때 낮은 전도도의 상태를 설명합니다. 전도성이 낮은 상태에서 반도체 구조를 통한 전류는 실제로 흐르지 않습니다. 그러나 이것은 역 전압의 특정 값까지만 사실입니다. 역 전압에서 pn 접합의 전계 강도가 약 10 s V/cm에 도달하면 이 장은 이동 전하 캐리어에 전달할 수 있습니다. 생성 - 이온화 중성 규소 원자에 충분한 운동 에너지. 결과적으로 생성된 정공과 전도 전자는 차례로 전기에 의해 가속됩니다. 필드 p-n전이 및 또한 중성 실리콘 원자를 이온화합니다. 이 경우 역방향 전류에서 눈사태와 같은 증가가 발생합니다. .t. e. 눈사태 고장.

역전류가 급격히 증가하는 전압, 항복 전압 U 3 이라고 합니다.

주제 3. 반도체 다이오드

반도체 다이오드는 하나의 전기 접합과 두 개의 리드가 있는 전기 변환 반도체 장치로, pn 전환하지만.

반도체 다이오드는 다음과 같이 분류됩니다.

1) 목적에 따라: 정류기, 고주파 및 마이크로파(HF 및 마이크로파 다이오드), 펄스, 반도체 제너 다이오드(기준 다이오드), 터널, 반전, 바리캡 등

2) 설계 및 기술적 특징: 평면 및 점;

3) 소스 재료의 유형에 따라: 게르마늄, 실리콘, 비소 - 갈륨 등

그림 3.1 - 포인트 다이오드 장치

포인트 다이오드는 n형 전기 전도성(그림 3.1), 두께 0.1 ... 0.6 mm, 면적 0.5 ... 1.5 mm2인 게르마늄 또는 실리콘 판을 사용합니다. 불순물이 침착된 뾰족한 와이어(바늘)가 플레이트에 접촉합니다. 이 경우 불순물이 바늘에서 주 반도체로 확산되어 다른 유형의 전기 전도성을 갖는 영역이 생성됩니다. 따라서 바늘 근처에 반구 모양의 미니어처 p-n-접합이 형성됩니다.

게르마늄 포인트 다이오드의 제조를 위해 인듐으로 코팅된 텅스텐 와이어가 게르마늄 판에 용접됩니다. 인듐은 게르마늄의 수용체입니다. p형 게르마늄의 결과 영역은 이미 터입니다.

실리콘 도트 다이오드는 n형 실리콘과 실리콘의 억셉터 역할을 하는 알루미늄으로 코팅된 와이어로 만들어집니다.

평면 다이오드에서 pn 접합은 서로 다른 유형의 전기 전도성을 가진 두 개의 반도체로 형성되며 다양한 유형의 다이오드에 대한 접합 면적은 수백 제곱 밀리미터에서 수십 제곱 센티미터(파워 다이오드) 범위입니다.

평면 다이오드는 융합(fusion) 또는 확산 방식으로 제조됩니다(그림 3.2).

그림 3.2 - 합금(a) 및 확산법(b)으로 만든 평면 다이오드 소자

인듐 한 방울은 약 500 ° C의 온도에서 n 형 게르마늄 판으로 녹고 (그림 3.2, a) 게르마늄과 융합하여 p 형 게르마늄 층을 형성합니다. p형 전기 전도도가 있는 영역은 메인 플레이트보다 불순물 농도가 높으므로 에미터입니다. 리드 와이어는 게르마늄의 메인 플레이트와 일반적으로 니켈에서 인듐에 납땜됩니다. p형 게르마늄을 출발 물질로 하면 안티몬이 용융되어 n형 에미터 영역이 얻어진다.

p-n 접합을 제조하기 위한 확산 방법은 불순물 원자가 주 반도체로 확산된다는 사실에 기반합니다(그림 3.2, b). p-layer를 생성하기 위해 소스 재료의 표면을 통한 억셉터 원소(실리콘의 경우 붕소 또는 알루미늄, 게르마늄의 경우 인듐)의 확산이 사용됩니다.

3.1 정류기 다이오드

정류기 반도체 다이오드는 AC를 DC로 변환하도록 설계된 반도체 다이오드입니다.

정류 다이오드는 p-n-접합을 기반으로 만들어지며 두 영역이 있습니다. 그 중 하나는 더 낮은 저항(높은 불순물 농도를 포함)이며 이미 터라고 합니다. 베이스인 또 다른 영역은 저항이 더 높습니다(더 낮은 불순물 농도 포함).

정류기 다이오드의 작동은 pn 접합의 단면 전도성 특성을 기반으로 하며, 이는 pn 접합이 직접 켜질 때 전류가 잘 통하고(저항이 낮음) 실질적으로 전류가 통하지 않는다는 사실에 있습니다. 매우 높은 저항) 다시 켤 때.

아시다시피 다이오드의 순방향 전류는 주전원에 의해 생성되고 역전류는 비주요 전하 캐리어에 의해 생성됩니다. 주요 전하 캐리어의 농도는 다이오드의 게이트 특성을 결정하는 비주요 캐리어의 농도보다 수십 배 더 높습니다.

정류기 반도체 다이오드의 주요 매개변수는 다음과 같습니다.

특정 순방향 전압 (일반적으로 Upr = 1 ... 2V)에서 정규화 된 다이오드 Ipr의 직류;

최대 허용 순방향 전류 Ipr max 다이오드;

다이오드가 오랫동안 정상적으로 작동 할 수있는 다이오드 Urev max의 최대 허용 역 전압;

· Uobr max와 동일한 역 전압에서 다이오드를 통해 흐르는 직접 역방향 전류 Iobr;

허용 가능한 가열 온도에서 오랫동안 다이오드를 통과할 수 있는 평균 정류 전류 Ivp.sr;

· 다이오드의 지정된 신뢰성이 보장되는 다이오드에 의해 소산되는 최대 허용 전력 Pmax.

최대 허용된 값평균 정류 전류 다이오드는 저전력(Ivp.sr £ 0.3A), 중간 전력(0.3A)으로 나뉩니다. 10A).

게르마늄 다이오드의 효율을 유지하려면 온도가 + 85 ° C를 초과해서는 안됩니다. 실리콘 다이오드는 최대 +150°C의 온도에서 작동할 수 있습니다.

그림 3.3 - 온도에 따른 반도체 다이오드의 볼트-암페어 특성 변화: a - 게르마늄 다이오드의 경우; b - 실리콘 다이오드용

게르마늄 다이오드의 순방향 전류 통과 시 전압 강하는 DUpr \u003d 0.3 ... 0.6V, 실리콘 다이오드의 경우 - DUpr \u003d 0.8 ... 1.2V입니다. 게르마늄 다이오드를 통한 직류 전압 강하와 비교하여 실리콘 다이오드를 통한 직류 통과 동안의 큰 전압 강하는 실리콘에 형성된 pn 접합의 더 높은 전위 장벽과 관련이 있습니다.

온도가 증가함에 따라 순방향 전압 강하는 감소하며 이는 전위 장벽 높이의 감소와 관련이 있습니다.

반도체 다이오드에 역전압이 인가되면 pn 접합을 통한 비주 전하 캐리어의 이동으로 인해 약간의 역전류가 발생합니다.

p-n-전이 온도가 증가함에 따라 전자의 일부가 가전자대에서 전도대로 전이되고 전자-정공 전하 캐리어 쌍의 형성으로 인해 소수 전하 캐리어의 수가 증가합니다. 따라서 다이오드의 역전류가 증가합니다.

수백 볼트의 역전압이 다이오드에 가해지면 차단층의 외부 전기장이 너무 강해져서 전자를 가전자대에서 전도대로 끌어당길 수 있습니다(제너 효과). 이 경우 역전류가 급격히 증가하여 다이오드가 가열되고 전류가 추가로 증가하여 결국 pn 접합의 열적 파괴(파괴)가 발생합니다. 대부분의 다이오드는 (0.7 ... 0.8) Upprob를 초과하지 않는 역 전압에서 안정적으로 작동할 수 있습니다.

게르마늄 다이오드의 허용 역 전압은 -100 ... 400V, 실리콘 다이오드는 1000 ... 1500V에 이릅니다.

다수의 강력한 컨버터 설치에서 순방향 전류, 역방향 전압의 평균값에 대한 요구 사항은 기존 다이오드 매개변수의 공칭 값을 초과합니다. 이러한 경우 다이오드를 병렬 또는 직렬로 연결하면 문제가 해결됩니다.

다이오드의 병렬 연결은 하나의 다이오드의 전류 제한보다 큰 직류를 얻어야 할 때 사용됩니다. 그러나 동일한 유형의 다이오드가 단순히 병렬로 연결되면 I-V 특성의 직접 분기의 불일치로 인해 다르게 로드되고 일부에서는 직류 전류가 한계보다 큽니다.

그림 3.4 - 정류기 다이오드의 병렬 연결

전류를 균등화하기 위해 I-V 특성의 직접 분기 차이가 작은 다이오드가 사용되거나(선택됨) 옴 단위의 저항을 갖는 균등화 저항이 다이오드와 직렬로 연결됩니다. 때로는 다이오드의 직접 저항보다 몇 배 큰 저항을 가진 추가 저항이 포함되어 (그림 3.4, c) 각 다이오드의 전류는 주로 저항 Rd에 의해 결정됩니다. Rd>>rpr vd. Rd의 값은 수백 옴입니다.

다이오드의 직렬 연결은 총 허용 역전압을 높이는 데 사용됩니다. 역전압이 인가되면 직렬로 연결된 다이오드에 동일한 역전류 Iobr이 흐릅니다. 그러나 IV 특성의 역 분기의 차이로 인해 총 전압은 다이오드에 고르지 않게 분포됩니다. I-V 특성의 역 분기가 높아지는 다이오드에는 더 큰 전압이 인가됩니다. 한계보다 높을 수 있으며, 이는 다이오드의 고장으로 이어질 수 있습니다.

그림 3.5 - 정류기 다이오드의 직렬 연결

역 전압이 다이오드 사이에 고르게 분포되도록 하기 위해 역 저항에 관계없이 다이오드는 저항으로 분로됩니다. 저항의 저항 Rsh는 동일해야 하며 다이오드 Rsh의 가장 작은 역 저항보다 훨씬 작아야 합니다. 3.2 제너 다이오드

반도체 제너 다이오드는 반도체 다이오드로, 전기적 파괴 영역에서 전압이 전류에 약하게 의존하고 전압을 안정화시키는 데 사용됩니다.

입력 반도체 제너 다이오드전기적(애벌랜치 또는 터널) 항복 동안 pn 접합에서 역전압의 약간의 변화 특성이 사용됩니다. 이것은 전기적 항복 모드에서 pn 접합의 전압이 약간 증가하면 전하 캐리어가 더 많이 생성되고 역전류가 크게 증가하기 때문입니다.

저전압 제너 다이오드는 고농도로 도핑된(저저항) 재료를 기반으로 합니다. 이 경우 상대적으로 낮은 역전압(6V 미만)에서 터널링 전기 항복이 발생하는 좁은 면내 접합이 형성됩니다. 고전압 제너 다이오드는 경합금(고저항) 재료를 기반으로 합니다. 따라서 작동 원리는 눈사태 전기 고장과 관련이 있습니다.

제너 다이오드의 주요 매개변수:

안정화 전압 Ust (Ust = 1 ... 1000V);

최소 Ist 최소 및 최대 Ist 최대 안정화 전류(Ist 최소 "1.0 ... 10mA, Ist 최대" 0.05 ... 2.0A);

최대 허용 소산 전력 Rmax;

안정화 섹션의 차동 저항 rd = DUst / DIst, (rd" 0.5 ... 200 Ohm);

안정화 섹션의 전압 온도 계수:

제너 다이오드의 TKU는 반도체 온도가 1 ° C 변할 때 안정화 전압이 얼마나 변하는지 보여줍니다

(TKU= -0.5…+0.2%/°С).

그림 3.6 - 제너 다이오드의 볼트-암페어 특성 및 기존 그래픽 지정

제너 다이오드는 전원 공급 장치의 전압을 안정화하고 다양한 회로의 전압 레벨을 고정하는 데 사용됩니다.

0.3 ... 1V 범위의 저전압 전압 안정화는 실리콘 다이오드 CVC의 직접 분기를 사용하여 얻을 수 있습니다. 전압을 안정화하기 위해 직접 I-V 특성 분기가 사용되는 다이오드를 안정기라고 합니다. 원점에 대해 대칭 CVC를 갖는 양면(대칭) 제너 다이오드도 있습니다.

제너 다이오드는 직렬 연결을 허용하지만 결과 안정화 전압은 제너 다이오드 전압의 합과 같습니다.

Ust \u003d Ust1 + Ust2 + ...

제너 다이오드의 병렬 연결은 허용되지 않습니다. 병렬로 연결된 모든 제너 다이오드의 특성 및 매개 변수의 확산으로 인해 전류는 안정화 전압 Ust가 가장 낮은 것에만 발생하여 제너 다이오드가 과열됩니다.

3.3 터널 및 역 다이오드

터널 다이오드는 축퇴 반도체를 기반으로 하는 반도체 다이오드로, 터널 효과로 인해 순방향 전압으로 전류-전압 특성에 음의 차동 저항 섹션이 나타납니다.

터널 다이오드는 불순물 농도가 매우 높은 게르마늄 또는 갈륨 비소로 만들어집니다. 매우 낮은 저항으로. 저항이 낮은 이러한 반도체를 축퇴라고 합니다. 이를 통해 매우 좁은 pn 접합을 얻을 수 있습니다. 그러한 전이에서, 포텐셜 장벽(터널링 효과)을 통한 전자의 비교적 자유로운 터널링을 위한 조건이 발생합니다. 터널 효과는 다이오드의 CVC의 직접 분기에 음의 차동 저항이 있는 섹션이 나타나게 합니다. 터널 효과는 충분히 낮은 전위 장벽 높이에서 전자가 에너지를 변경하지 않고 장벽을 통과할 수 있다는 사실로 구성됩니다.

터널 다이오드의 주요 매개변수:

피크 전류 Ip - 최대 CVC 지점에서의 직류;

최저 전류 Iv - 최소 CVC 지점에서의 직류;

· 터널 다이오드 Ip/Iв의 전류 비율;

피크 전압 Up - 피크 전류에 해당하는 순방향 전압;

최저 전압 Uv - 최저 전류에 해당하는 순방향 전압;

용액 전압 Urr.

터널 다이오드는 전자기 발진뿐만 아니라 고속 스위칭 및 펄스 회로를 생성 및 증폭하는 데 사용됩니다.

그림 3.7 - 터널 다이오드의 전류-전압 특성

역 다이오드 - 터널 효과로 인한 역 전압의 전도도가 순방향 전압보다 훨씬 큰 불순물 농도가 임계 값인 반도체 기반 다이오드입니다.

역 다이오드의 작동 원리는 터널 효과의 사용을 기반으로 합니다. 그러나 반전 다이오드는 불순물 농도가 기존 터널 다이오드보다 적습니다. 따라서 반전 다이오드의 접촉 전위차가 적고 pn 접합의 두께가 두꺼워집니다. 이것은 순방향 전압의 작용으로 직접 터널 전류가 생성되지 않는다는 사실로 이어집니다. 역 다이오드의 순방향 전류는 pn 접합을 통한 비1차 전하 캐리어의 주입에 의해 생성됩니다. 직류는 확산이다. 역 전압을 사용하면 p-영역에서 n-영역으로 전위 장벽을 통한 전자의 이동에 의해 생성된 상당한 터널링 전류가 접합을 통해 흐릅니다. 역 다이오드 CVC의 작업 섹션은 역 분기입니다.

따라서 반전 다이오드는 정류 효과가 있지만 통과(도통) 방향은 역 연결에 해당하고 차단(비도전) 방향은 직접 연결에 해당합니다.

그림 3.8 - 역 다이오드의 전류-전압 특성

반전 다이오드는 펄스 장치와 무선 엔지니어링 장치의 신호 변환기(믹서 및 감지기)에 사용됩니다.

3.4 바리캡

바리캡은 정전용량 대 역전압을 사용하는 반도체 다이오드이며 전기적으로 제어되는 정전용량 소자로 사용하기 위한 것입니다.

바리캡 제조용 반도체 재료는 실리콘입니다.

varicaps의 주요 매개변수:

정격 커패시턴스 Sv - 주어진 역전압에서의 커패시턴스(Sv = 10 ... 500pF);

커패시턴스 중첩 계수; (Кс = 5…20) – 주어진 두 개의 역 전압 값에서 varicap 커패시턴스의 비율.

Varicaps는 파라메트릭 증폭기에서 자동 주파수 제어를 위한 다양한 회로에 널리 사용됩니다.

그림 3.9 - varicap의 볼트-패럿 특성

3.5 계산 전기 회로반도체 다이오드로

실제 회로에서는 저항과 같은 일부 부하가 다이오드 회로에 포함됩니다(그림 3.10, a). 양극이 음극에 비해 양의 전위를 가질 때 순방향 전류가 흐릅니다.

부하가 있는 다이오드의 모드를 작동 모드라고 합니다. 다이오드에 선형 저항이 있으면 회로의 총 저항이 직류 Ro에 대한 다이오드의 저항과 부하 저항 Rn. 그러나 다이오드는 비선형 저항을 가지며 Ro 값은 전류의 변화에 ​​따라 변합니다. 따라서 전류 계산은 그래픽으로 수행됩니다. 작업은 다음과 같습니다. E, Rn의 값과 다이오드의 특성을 알고 있으므로 회로 I의 전류와 다이오드 Ud의 전압을 결정해야 합니다.

그림 3.10

다이오드의 특성은 I 및 U 값과 관련된 일부 방정식의 그래프로 간주되어야 합니다. 그리고 저항 Rn에 대해 유사한 방정식은 옴의 법칙입니다.

(3.1)

따라서 두 개의 미지수 I 및 U가 있는 두 개의 방정식이 있으며 방정식 중 하나가 그래픽으로 제공됩니다. 이러한 연립방정식을 풀기 위해서는 두 번째 방정식의 그래프를 그려서 두 그래프의 교점 좌표를 구해야 한다.

저항 Rn에 대한 방정식은 I 및 U에 대한 첫 번째 전력 방정식입니다. 그 그래프는 부하선이라고 하는 직선입니다. 좌표축의 두 점에 구축됩니다. I= 0의 경우 식 (3.1)에서 E − U= 0 또는 U= E를 얻습니다. 이는 그림의 A 지점에 해당합니다. 3.10b. 그리고 U= 0이면 I= E/Rн입니다. 우리는 y축(점 B)에서 이 전류를 연기합니다. 점 A와 B를 통해 하중선인 직선을 그립니다. 점 D의 좌표는 문제에 대한 솔루션을 제공합니다.

Rн >> R®인 경우 다이오드의 작동 모드에 대한 그래픽 계산을 생략할 수 있습니다. 이 경우 다이오드 저항을 무시하고 대략적으로 I "E / Rn.

소스가 교류 전압을 제공하는 경우 직류 전압을 계산하기 위해 고려한 방법을 진폭 또는 순시 값에 적용할 수 있습니다.

반도체 다이오드는 순방향으로 전류가 잘 흐르고 역방향으로 잘 흐르지 않기 때문에 대부분의 반도체 다이오드교류를 정류하는 데 사용됩니다.

교류를 정류하는 가장 간단한 회로가 그림 1에 나와 있습니다. 3.11. 가변 EMF의 소스 - e, 다이오드 VD 및 부하 저항 Rn이 직렬로 연결됩니다. 이 회로를 반파라고 합니다.

가장 간단한 정류기의 동작은 다음과 같다. 반주기 동안 다이오드의 전압은 직류이고 전류가 흐르므로 저항 Rn에 전압 강하 UR이 생성됩니다. 다음 반주기 동안 전압이 역전되고 실제로 전류가없고 UR \u003d 0입니다. 따라서 다이오드를 통해 부하 저항은 반주기 동안 지속되는 펄스 형태의 맥동 전류를 전달합니다. 이 전류를 정류 전류라고 합니다. 저항 Rn 양단에 정류된 전압을 생성합니다. 그림의 그래프. 3.11, b는 정류기의 프로세스를 보여줍니다.

그림 3.11

다이오드의 양의 반파의 진폭은 매우 작습니다. 이는 순방향 전류가 흐를 때 대부분의 소스 전압이 다이오드의 저항보다 훨씬 높은 저항을 갖는 부하 저항 Rн에서 떨어지기 때문입니다. 이 경우

일반 반도체 다이오드의 경우 순방향 전압은 1 ... 2V 이하입니다. 예를 들어 소스의 유효 전압이 E = 200V이고 . Upr max= 2V이면 URmax= 278V입니다.

음의 반파장에서는 입력 전압이 거의 없으며 저항 Rn 양단의 전압 강하는 0입니다. 전체 소스 전압은 다이오드에 적용되며 역전압입니다. 따라서 역 전압의 최대값은 소스 emf의 진폭과 같습니다.

제너 다이오드를 사용하는 가장 간단한 방법은 그림 1에 나와 있습니다. 3.12, 가. 부하(소비자)는 제너 다이오드에 병렬로 연결됩니다. 따라서 안정화 모드에서 제너 다이오드의 전압이 거의 일정할 때 부하에 동일한 전압이 가해집니다. 일반적으로 Rogr은 제너 다이오드 특성의 중간점 T에 대해 계산됩니다.

E = const이고 Rн이 Rн min에서 Rн max.까지 변하는 경우를 고려하십시오.

Rlimit 값은 다음 공식을 사용하여 찾을 수 있습니다.

(3.3)

여기서 Iav \u003d 0.5 (Ist min + Ist max) - 제너 다이오드의 평균 전류;

In \u003d Ust / Rn - 부하 전류(Rn \u003d const에서);

In.av = 0.5(최소값 + 최대값), (Rn = var에서),

그리고 그리고 .

그림 3.12

이 모드에서 회로의 동작은 다음과 같이 설명될 수 있다. Rlimit는 일정하고 (E - Ust)와 같은 전압 강하는 일정하므로 (Ist + Il.av)와 같은 Rlimit의 전류는 일정해야 합니다. 그러나 후자는 제너 다이오드 전류 I와 부하 전류 Iн이 동일한 정도로 변경되지만 반대 방향인 경우에만 가능합니다. 예를 들어, In이 증가하면 전류 I는 같은 양만큼 감소하고 그 합은 변경되지 않은 상태로 유지됩니다.

직렬 연결된 가변 EMF 소스, 제너 다이오드 VD 및 저항 R로 구성된 회로의 예를 사용하여 제너 다이오드의 작동 원리를 고려해 보겠습니다(그림 3.13, a).

양의 반주기에서는 제너 다이오드에 역전압이 인가되고, 제너 다이오드의 항복 전압까지 회로의 전류가 0이므로 전체 전압이 제너 다이오드에 인가됩니다. 제너 다이오드의 전기 고장 후 제너 다이오드 VD의 전압은 변경되지 않고 EMF 소스의 모든 나머지 전압이 저항 R에 적용됩니다. 음의 반주기에서 제너 다이오드가 켜집니다. 전도 방향에서 전압 강하는 약 1V이고 EMF 소스의 나머지 전압은 저항 R에 적용됩니다.

반도체 다이오드는 하나의 전기 접합과 전기 접합의 하나 또는 다른 속성을 사용하는 두 개의 단자가 있는 반도체 장치입니다. 전기 접합은 전자-정공 접합, 금속-반도체 접촉 또는 이종 접합일 수 있습니다.

다이오드의 반도체 결정에서 불순물 농도가 높은 영역(따라서 주요 전하 캐리어)을 이미 터라고 하고 농도가 낮은 다른 영역을 베이스라고 합니다. 직접 연결시 전원 공급 장치의 음극이 연결된 다이오드 쪽을 종종 캐소드라고하고 다른 쪽을 애노드라고합니다.

목적에 따라 다이오드는 다음과 같이 나뉩니다.

1. 산업용 주파수 전원 공급 장치의 교류 전압을 직접으로 변환하도록 설계된 정류기(전원);

2. 전압 안정화를 위해 설계된 제너 다이오드(기준 다이오드) , 흐르는 전류에 대한 전압 의존성이 약한 CVC 섹션의 역 분기에 있음 :

3. 전압에 의해 제어되는 커패시턴스로 사용하기 위한 바리캡;

4. 고속 펄스 회로에서 작동하도록 설계된 펄스;

5. 고주파 진동을 증폭, 생성 및 전환하도록 설계된 터널 및 역방향;

6. 마이크로파 진동을 변환, 전환, 생성하도록 설계된 마이크로파;

7. 전기 신호를 빛 에너지로 변환하도록 설계된 LED;

8. 빛 에너지를 전기 신호로 변환하도록 설계된 포토다이오드.

기술 설명에 포함 된 시스템 및 매개 변수 목록과 반도체 다이오드의 특성 특성화는 물리적 및 기술적 특징 및 응용 프로그램을 고려하여 선택됩니다. 대부분의 경우 정적, 동적 및 제한 매개변수에 대한 정보가 중요합니다.

정적 매개변수는 직류에서 장치의 동작을 특성화하고, 동적 매개변수는 시간-주파수 특성을 특성화하고, 제한 매개변수는 안정적이고 신뢰할 수 있는 작동 영역을 결정합니다.

1.5. 다이오드의 전류-전압 특성

다이오드의 전류-전압 특성(CVC)은 전류-전압 특성과 유사합니다. pn-전환 및 두 가지 분기(직접 및 역방향)가 있습니다.

다이오드의 CVC는 그림 5에 나와 있습니다.

다이오드가 순방향으로 연결된 경우("+" - 영역에 아르 자형, 및 "-" - 영역으로 N), 임계 전압에 도달하면 유그런 다음 다이오드가 열리고 직류가 흐릅니다. 다시 켤 때("-" 영역으로 아르 자형, 및 "+" - 영역으로 N) 작은 역전류가 다이오드를 통해 흐릅니다. 즉, 실제로 다이오드가 닫힙니다. 따라서 다이오드가 한 방향으로만 전류를 흐르게 하여 정류소자로 사용할 수 있다고 가정할 수 있습니다.

순방향 및 역방향 전류의 값은 몇 자릿수만큼 다르며 순방향 전압 강하는 백볼트 이상이 될 수 있는 역방향 전압에 비해 몇 볼트를 초과하지 않습니다. 다이오드의 정류 특성이 더 좋을수록 주어진 역 전압에 대한 역전류가 작고 주어진 순방향 전류에 대한 전압 강하가 더 작습니다.

CVC 매개변수는 교류에 대한 다이오드의 동적(차동) 저항과 직류에 대한 정적 저항입니다.

순방향 및 역방향의 직류에 대한 다이오드의 정적 저항은 다음 관계식으로 표현됩니다.

, (2)

어디 유그리고 나저항이 계산되는 다이오드의 I-V 특성에 대한 특정 지점을 지정합니다.

동적 AC 저항은 다이오드 특성에서 선택한 작동 지점 근처의 전압 변화와 함께 다이오드를 통한 전류 변화를 결정합니다.

. (3)

다이오드의 일반적인 I-V 특성에는 선형성이 증가한 섹션이 있기 때문에(하나는 순방향 분기에, 하나는 역방향 분기에), 아르 자형 d는 주어진 모드에서 다이오드를 통과하는 작은 전류 증분에 대한 다이오드 양단의 작은 전압 증분의 비율로 계산됩니다.

. (4)

에 대한 식을 유도하려면 아르 자형 e, 현재를 인수로 취하는 것이 더 편리합니다. 나, 전압을 함수로 고려하고 방정식 (1)의 로그를 취하여 다음 형식으로 가져옵니다.

. (5)

. (6)

이것으로부터 직류가 증가함에 따라 아르 자형 q는 다이오드의 직접 연결로 인해 급격히 감소합니다. 나>>나 에스 .

다이오드를 직접 연결하는 I-V 특성의 선형 섹션에서 정적 저항은 항상 동적 저항보다 큽니다. 아르 자형성 > 아르 자형 e. 다이오드가 다시 켜질 때 아르 자형성 아르 자형디.

따라서 순방향의 다이오드의 전기 저항은 역방향보다 훨씬 작습니다. 따라서 다이오드는 단방향 전도를 가지며 AC를 정류하는 데 사용됩니다.