DIODE ȘI APLICAREA LOR
Astăzi în "familia" diodelor nu există o duzină de dispozitive semiconductoare, numite "diode". Aici vom vorbi doar despre unele dintre dispozitivele cu care veți avea mai întâi de rezolvat.
Schematic, o diodă poate fi reprezentată ca două plăci dintr-un semiconductor, dintre care unul are conductivitatea electrică de tip p și celălalt de tip n. În Fig. 74, în timp ce găurile care predomină în placa de tip p sunt convențional reprezentate prin cercuri, iar electronii care predomină într-o placă de tip n sunt bile negre de aceleași dimensiuni. Aceste două regiuni sunt doi electrozi de diode: un anod și un catod. Anod, adică electrodul pozitiv este o regiune de tip p, iar un catod, adică un electrod negativ, este o regiune de tip n. Suprafețele exterioare ale plăcilor poartă straturi metalice de contact la care sunt lipite bornele de sârmă ale electrozilor diodei.
Un astfel de dispozitiv semiconductor poate fi în una din cele două stări: deschisă, atunci când conduce un curent bun și închis atunci când conduce un curent prost. Dacă la electrozii săi este conectată o sursă de curent constant, de exemplu, celula electrochimică, dar astfel încât polul pozitiv este conectat la anodul diodei, adică, o regiune de tip p, și negativ - .. La catod, adică cu tipul de suprafață n .. (Figura 74, b), dioda va fi în stare deschisă și un curent va curge în circuitul rezultat, a cărui valoare depinde de tensiunea aplicată și de proprietățile diodei. Cu o astfel de polaritate a conexiunii bateriei, electronii din regiunea de tip n se deplasează de la minus la plus, adică spre regiunea de tip p, iar găurile din regiunea de tip p se deplasează spre electroni de la plus la minus. Întâlnirea la granița regiunilor, numită tranziția cu gaura electronică sau, pe scurt, joncțiunea pn, electronii "au sărit" în găuri, ca rezultat, ambii opresc existența lor când se întâlnesc. Un contact metalic conectat la polul element negativ poate face tipul câmpului n număr practic nelimitat de electroni completarea cu electroni scădere în acest domeniu, iar contactul conectat la elementul pozitiv al stâlpului, poate lua de tip câmp p este numărul de electroni, care este echivalent cu introducerea unei din numărul corespunzător de găuri.
Fig. 74. Aranjarea schematică și funcționarea unei diode semiconductoare
În acest caz, rezistența joncțiunii pn este mică, ca urmare a unui curent care trece prin diodă, numit curent direct. Cu cât este mai mare a joncțiunii pn și a tensiunii sursei de alimentare, cu atât este mai mare acest curent direct.
Dacă polii elementului sunt schimbați, așa cum se arată în Fig. 74, c, dioda va fi în stare închisă. În acest caz, încărcăturile electrice din diodă se comportă diferit. Acum, plecând de la joncțiunea pn, electronii din regiunea de tip n se vor mișca în poziția pozitivă, iar găurile din regiunea de tip p la contactele negative ale diodei. Drept urmare, limitele regiunilor cu diferite tipuri de conductivitate electrică par să se extindă, formând o zonă epuizată de electroni și găuri (în figura 74, este umbrită) și, prin urmare, exercită o rezistență foarte mare. Cu toate acestea, în această zonă, va apărea încă un mic schimb de purtătoare de curent între regiunile diodei. Prin urmare, un curent va curge prin diodă, dar de multe ori mai mic decât o linie dreaptă. Acest curent este numit curentul invers al diodei.
Pe graficele care caracterizează funcționarea diodei, este indicat curentul de curent și curentul invers.
Și dacă dioda este inclusă în circuit cu curent alternativ? Se va deschide la jumătatea perioadei pozitive pe anod, curent care curge liber dintr-o direcție - curent continuu și se va apropia de semicercurile negative de pe anod, aproape fără a trece curentul din direcția opusă - curentul invers. Aceste proprietăți ale diodelor sunt de asemenea folosite în redresoare pentru a transforma un curent alternativ într-un curent constant.
Tensiunea la care dioda este deschisă și prin ea merge curent înainte, numit directe (write) sau debit, iar tensiunea de polaritate inversă la care dioda este închisă și se trece prin revers curent, numit invers (write) sau nepropusknym. Cu tensiune directă, rezistența unei diode de bună calitate nu depășește câteva zeci de ohmi, iar tensiunea inversă va atinge zeci, sute de kilograme și chiar un mega-ohm. Nu este greu să vezi asta dacă rezistența inversă a diodei este măsurată cu un ohmmetru.
Rezistența internă a diodei deschise este variabilă și depinde de tensiunea înainte aplicată diodei: cu cât este mai mare această tensiune, cu atât este mai mare curentul prin diodă, cu atât rezistența transmisiei este mai mică. Se poate judeca rezistența unei diode prin scăderea tensiunii pe ea și a curentului prin ea. De exemplu, în cazul în care dioda este transmite curent IF = 100 mA (0,1 A) și, astfel, căderea de tensiune pe ea 1, apoi (prin legea lui Ohm) rezistența directă a diodei este: R = U / I = 1/0 , 1 = 10 Ohm.
În starea închisă, aproape toată tensiunea aplicată cade pe diodă, curentul invers prin el este extrem de mic, iar rezistența este deci mare.
Dependența curentului prin diodă asupra valorii și polarității tensiunii aplicate este reprezentată sub forma unei curbe numită caracteristica curentului de tensiune al diodei. Vedeți această caracteristică în Fig. 75. Aici, valorile curentului Ipr curent sunt reprezentate de-a lungul axei verticale, iar curentul invers Ip. Axa orizontală spre dreapta indică valorile tensiunii directe Upp, spre stânga - tensiunea inversă Uobr.
Într-o astfel de caracteristica curent-tensiune distinge ramura directă (în partea din dreapta sus), care corespunde curentului înainte prin dioda, și o ramură de întoarcere refluxul corespunzătoare, se arată că dioda curent IRP sunt de sute de ori mai mult curent Iobr.
Fig. 75. Caracteristica curentului de tensiune a unei diode semiconductoare
Fig. 76. Aranjamentul schematic (a) și apariția unor diode planare (b)
De exemplu, chiar și atunci când o tensiune directă Upp = 0,5B curent Ilim egal cu 50 mA (punctul A de pe caracteristica) cu Upp = 1 este crescută la 150 mA (punctul B de pe caracteristica), iar tensiunea inversă = 100 V Uobr curentul inversat Iob nu depășește 0,5 mA (500 μA). Contorați de câte ori pentru aceeași tensiune înainte și înapoi, curentul înainte este mai mare decât cel inversat.
Ramura dreaptă merge abrupt în sus, ca și cum ar fi lipită de axa verticală. Caracterizează creșterea rapidă a curentului direct prin dioda cu tensiune înainte în creștere. Ramura inversă, după cum puteți vedea, merge aproape paralelă cu axa orizontală, caracterizând creșterea lentă a curentului invers. Prezența unui curent invers sensibil este un dezavantaj al diodelor.
Aproximativ astfel de caracteristici volt-ampere au toate diodele germaniu. Caracteristicile volt-amper ale diodelor de siliciu sunt ușor deplasate spre dreapta. Acest lucru se explică prin faptul că diodul germaniu se deschide și începe să conducă curent la o tensiune directă de 0,1-0,2 V, iar siliciul la 0,5-0,6 V.
Dispozitivul, pe baza căruia i-am spus despre proprietățile unei diode, a constat din două plăci de semiconductori cu conductivitate electrică diferite, conectate cu avioane. Astfel de diode sunt numite diode planare. În realitate, o diodă plană este o placă a unui semiconductor, în volumul căruia au fost create două regiuni de conductivitate electrică diferite. Tehnologia de fabricare a acestor diode este după cum urmează. Pe suprafața unei plăci pătrate de 2-4 mm2 în zonă și cu o grosime de câțiva milimetri, tăiată dintr-un cristal semiconductor cu conductivitate electrică electrică, se topește o mică bucată de indiu. India se solidifică cu plăcuța. În acest caz, atomii de indiu penetrează (difuzează) în grosimea plăcii, formând în ea o regiune cu o predominanță a conductivității electrice a găurii (figura 76, a). Se dovedește un dispozitiv semiconductor cu două regiuni de diferite tipuri de conductivitate electrică și între ele o joncțiune pn. Contactele electrodului diodei sunt o picătură de indiu și un disc metalic (sau tija) cu fire de plumb.
Acesta este modul în care sunt aranjate cele mai comune planuri germene și diode de siliciu. Aspectul unora dintre ele este arătat în Fig. 76, b. Dispozitivele sunt închise în carcase din toate cele metalice cu izolații din sticlă, ceea ce le permite să le utilizați pentru funcționare în condiții de umiditate ridicată. Diodurile proiectate pentru curenți direcți semnificativi au șuruburi cu piulițe pentru fixarea lor pe panouri de montare sau șasiu de dispozitive radio.
Diodele plane sunt marcate cu litere și numere, de exemplu: D226A, D242. Litera D din etichetarea dispozitivului înseamnă "diodă", cifrele care urmează îl reprezintă numărul de serie al fabricii. Literele de la sfârșitul desemnării diodelor indică tipurile de grupuri de instrumente. Diodele planare sunt proiectate în primul rând pentru a funcționa în redresoare de surse de alimentare cu curent alternativ ale echipamentelor radio, de aceea se numesc diode rectificatoare.
O conversație specială va fi dedicată proiectării unităților de alimentare cu energie pentru dispozitivele radioelectronice - al unsprezecelea. Acum vă voi prezenta doar principiul convertirii unui curent alternativ într-un curent constant.
Circuitul celui mai simplu redresor al unui curent alternativ pe care îl vedeți în Fig. 77, a.
Este posibil să se alimenteze o astfel de încărcătură? Poți, e îndreptat.
Dar nu toate. O lampă cu incandescență, de exemplu, este posibilă dacă, bineînțeles, tensiunea de ieșire nu depășește tensiunea la care este proiectată lampa. Firele sale vor fi încălzite nu de un porto, ci de impulsuri care urmează cu o frecvență de 50 Hz. Din cauza inerției termice, firul nu va putea să se răcească în intervalele dintre impulsuri, astfel încât nu vom observa nici o pâlpâire a luminii,
În redresorul, lucrul despre care v-ați familiarizat acum, doar jumătate din valurile AC sunt utile.
Fig. 77. Schemele unui redresor cu jumătate de undă
Fig. 78. Redresor cu undă integrală cu transformator de rețea
O astfel de rectificare a unui curent alternativ se numește rectificare jumătate de undă, iar redresoarele sunt numite redresoare cu jumătate de undă. Totuși, redresoarele, construite în conformitate cu astfel de scheme, au două dezavantaje inerente. Primul dintre ele este că tensiunea curentului rectificat este aproximativ egală cu tensiunea rețelei, în timp ce pentru modelele tranzistorului de putere este necesară o tensiune mai scăzută, iar pentru un tub, există adesea o tensiune mai mare. Al doilea dezavantaj este inadmisibilitatea conectării solului la un receptor alimentat de la un astfel de redresor. Dacă receptorul este legat la pământ, curentul de la rețea va trece prin receptor către pământ - siguranțele ar putea să se ardă. În plus, receptorul sau amplificatorul, alimentat de la un astfel de redresor și având astfel un contact direct cu rețeaua de alimentare, este periculos - puteți avea un șoc electric.
Ambele dezavantaje sunt eliminate în redresor cu transformatorul (Figura 78). Nu este redresată tensiunea de alimentare și o tensiune secundară (II) T. transformator de rețea Deoarece această înfășurare este izolată de rețeaua înfășurare primară I, radiokonstruktsiya nu are contact cu rețeaua și poate fi conectat la acesta împământare.
În redresorul din Fig. 78 de patru diode, incluse pe așa-numitul circuit de pod. Diodurile sunt umerii podului rectificativ. Load RH este inclus în diagonala a 1-2 poduri. Într-un astfel de redresor, în timpul fiecărui semicerc, două diode ale brațelor punți opuse sunt acționate alternativ, conectate în serie, dar opuse față de a doua pereche de diode. Urmăriți cu atenție! Când partea de sus (în diagrama) a înfășurării secundare a tensiunii de ieșire jumătate pozitiv ciclu, curentul trece prin dioda V2, sarcina RH, V3 dioda la terminalul inferior înfășurare II (graficul a). Diodele V1 și V4 sunt închise în acest moment. În timpul cealaltă jumătate a ciclului tensiunii alternative când ieșirea plus inferioare bobinaj II, fluxurile de curent prin V4 dioda, tulpina RH, V1 dioda la borna superioară înfășurare (graficul b). În acest moment, diodele V2 și V3 sunt închise și, firește, curentul prin el însuși nu este trecut. Iată rezultatele: semnalele de tensiune se schimbă la bornele bobinei secundare a transformatorului și prin sarcina redresorului există un curent de o direcție (curba c). Într-un astfel de redresor, ambele jumătăți de cicluri de curent alternativ sunt utile, astfel că aceste redresoare se numesc redresoare cu undă de undă completă.
Eficiența redresorului cu undă întreagă în comparație cu redresorul cu jumătate de undă este evidentă: frecvența de rupere a curentului rectificat s-a dublat, "scăderea" între impulsuri a scăzut. Valoarea medie a tensiunii DC la ieșirea unui astfel de redresor este aproximativ egală cu tensiunea alternativă care acționează în întreaga bobină secundară a transformatorului. Și dacă redresorul este suplimentat cu un filtru care netezește cursa curentului rectificat, tensiunea de ieșire va crește de 1,4 ori. adică, aproximativ 40%. Este acest redresor pe care vi-l voi recomanda mai târziu pentru alimentarea designurilor de tranzistori.
Acum, despre dioda punct.
Apariția unuia dintre aceste dispozitive și a dispozitivului său (într-o formă considerabil mărită) sunt prezentate în Fig. 79. Aceasta este o serie de diode D9.
Fig. 79. Proiectarea și aspectul schematic al seriei de diode punct D9
Litera "D" din marcajul său înseamnă o diodă, iar figura 9 este numărul de serie al desenului. Aceasta sau o diodă similară, de exemplu D2, deja știți - am recomandat să-l folosiți în primul receptor ca detector. Rectifier element de diode sunt subțiri și foarte mici (cu o suprafață de aproximativ 1 mm2) placă sau un semiconductor de siliciu germaniu și sârmă de tungsten de tip n, pervaze capătul ascuțit al plăcii. Ele sunt lipite pe bucăți de sârmă argintie cu lungimea de aproximativ 50 mm, care sunt concluziile diodei. Întreaga structură se află în interiorul unui tub de sticlă cu un diametru de aproximativ 3 și o lungime mai mică de 10 mm, etanșat de capete. După asamblare, dioda este turnată - un curent de o anumită valoare este trecut prin contactul dintre placa semiconductoare și punctul firului de tungsten. În acest caz, o mică regiune cu o conductivitate electrică a găurii este formată sub vârful firului în cristalul semiconductor. Se obține o tranziție cu găuri electronice care are o conductivitate unilaterală a curentului. Plăcuța semiconductoare este catodul, iar firul de tungsten este anodul diodei punctuale.
Ieșirea anodului seriei D9 de diode este indicată prin semne colorate pe corpurile lor. Electrozii unei diode punct din seria D2 sunt marcate printr-un simbol diod pe unul din bornele sale de panglică. Într-o diodă punct, zona de contact a vârfului firului cu suprafața plăcii semiconductoare este extrem de mică - nu mai mult de 50 μm2. Prin urmare, curenții care diodele punctate se pot îndrepta pentru o lungă perioadă de timp sunt mici. Diodele radio de punct sunt folosite în principal pentru detectarea oscilațiilor modulate de înaltă frecvență, de aceea ele sunt deseori numite diode de înaltă frecvență. Principiul diodei punct ca detector pe care îl cunoașteți deja de la a patra conversație.
În ceea ce privește planul, și pentru punctul diodele exista maxim admisibilă înainte și curenții invers, în funcție de înainte și invers tensiunile și determinarea proprietăților lor reglării și rigidității dielectrice. Acestea sunt parametrii lor principali. Dioda plană D226B, de exemplu, poate pentru o lungă perioadă de timp să rectifice curentul la 300 mA. Dar, în cazul în care este inclus în circuitul, care consumă un curent de 300 mA, se va încălzi, ceea ce ar conduce în mod inevitabil la defalcare termică a p-n joncțiune și eșecul de ieșire dioda. Dioda este rupt, iar dacă ar fi în lanț, care va fi aplicată tensiune inversă de mai mult de 400 W. admisă curent redresat pentru fața locului diode D9a 65 mA și tensiunea inversă maximă admisibilă 10 V. Principalii parametri ai diode semiconductoare pentru a indica pașapoartele și tabelele de referință. Depășirea valorilor limită duce la defectarea dispozitivelor.
Parametrii principali ai celor mai obișnuite diode semiconductoare de tip punct și plane veți găsi în apendicele 6.
Și acum, pentru a consolida mai bine, în memorie, ideea dvs. de proprietăți a diodelor, vă sugerez să efectuăm un astfel de experiment. Circuitul electric compus din baterii 3336L și bec, evaluat la 3,5 și curent cu filament de 0,28 A, inclusiv oricare dintre D226 joncțiune dioda sau seria D7, dar astfel încât anodul diodei este conectat direct sau printr-un bec cu terminalul pozitiv al bateriei și catodul - cu un terminal negativ (Figura 80, a). Becul ar trebui să ardă aproape ca în cazul în care dioda nu era în circuit. Modificați ordinea comutării electrozilor diodei în circuitul invers (figura 80, b). Acum, becul nu trebuie să ardă. Și dacă este pornit, atunci dioda sa dovedit a fi ruptă cu o joncțiune pn. O astfel de diodă poate fi defalcată pentru a vedea cum este aranjată - este încă inadecvată pentru muncă ca egalizator. Dar, sper, dioda a fost bună și experimentul a fost un succes.
De ce, atunci când dioda a fost pornită pentru prima dată, a ars becul și când nu arde? În primul caz, dioda a fost deschisă, deoarece a fost alimentată cu o tensiune directă Upp, rezistența diodei a fost mică și un curent direct Ipr a trecut prin ea, valoarea acesteia fiind determinată de sarcina circuitului - becul.
Fig. 80. Experimente cu diodă plană
În cel de-al doilea caz, dioda a fost închisă, deoarece a fost aplicată o tensiune inversă Uob, egală cu tensiunea bateriei. Rezistența diodei a fost foarte mare, iar în circuit a existat doar un mic curent Ipp inversat, care nu a putut inflama becul.
În acest experiment, lampa a efectuat o funcție dublă. Mai întâi, a fost un indicator al prezenței curentului în circuit și, în al doilea rând, a limitat curentul în circuit la 0,28 A și astfel a protejat dioda de supraîncărcare.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: