kategória: Najlepšie články » Začiatočníci elektrikári
Počet zobrazení: 175831
Komentáre k článku: 8
Charakteristika diódy, prevedenie a vlastnosti aplikácie
Charakteristika diódy, prevedenie a vlastnosti aplikácie
V predchádzajúcom článku sme začali skúmať polovodičová dióda, V tomto článku sa budeme zaoberať vlastnosťami diód, ich výhodami a nevýhodami, rôznymi návrhmi a vlastnosťami použitia v elektronických obvodoch.
Prúdovo-napäťová charakteristika diódy
Prúdové napätie (CVC) polovodičovej diódy je znázornené na obrázku 1.
Na jednom obrázku sú znázornené charakteristiky I - V germániových (modrých) a kremíkových (čiernych) diód. Je ľahké si všimnúť, že vlastnosti sú veľmi podobné. Na súradnicových osiach nie sú žiadne čísla, pretože pre rôzne typy diód sa môžu výrazne líšiť: výkonná dióda môže prechádzať jednosmerným prúdom niekoľkých desiatok ampérov, zatiaľ čo nízkoenergetický môže prenášať iba niekoľko desiatok alebo stoviek miliampérov.
Existuje veľké množstvo diód rôznych modelov a všetky môžu mať rôzne účely, hoci ich hlavnou úlohou je jednosmerné vedenie prúdu, Je to vlastnosť, ktorá umožňuje použitie diód v usmerňovačoch a detekčných zariadeniach. Malo by sa však poznamenať, že v súčasnosti sa germániové diódy, ako aj tranzistory, už nepoužívajú.
Obrázok 1. Charakteristika prúdového napätia diódy
Priama vetva CVC
V prvom kvadrante súradnicového systému je priama vetva charakteristiky, keď je dióda v priamom spojení - kladná svorka zdroja prúdu, respektíve záporná svorka ku katóde, je spojená s anódou.
Keď sa zvyšuje predné napätie Upr, začína sa zvyšovať aj predný prúd Ipr. Aj keď je toto zvýšenie nevýznamné, grafický riadok mierne stúpa, napätie rastie oveľa rýchlejšie ako prúd. Inými slovami, napriek tomu, že dióda je zapnutá v smere dopredu, prúd cez ňu neprúdi, dióda je prakticky zablokovaná.
Keď sa dosiahne určitá úroveň napätia, objaví sa charakteristika: napätie sa prakticky nemení a prúd rýchlo rastie. Toto napätie sa nazýva priamy pokles napätia cez diódu, o charakteristike sa označuje ako Uд. Pre najmodernejšie diódy je toto napätie v rozsahu 0,5 ... 1V.
Obrázok ukazuje, že priame napätie pre germániovú diódu je o niečo menšie (0,3 ... 0,4 V) ako pre kremík (0,7 ... 1,1 V). Ak je jednosmerný prúd diódou vynásobený jednosmerným napätím, výsledkom nebude nič iné ako energia rozptýlená diódou Pd = Ud * I.
Ak je táto sila prekročená relatívne prijateľná, môže dôjsť k prehriatiu a zničeniu spojenia p-n. Z tohto dôvodu je odkaz obmedzený na maximálny prúd vpreda nie výkon (predpokladá sa, že priame napätie je známe). Na odstránenie prebytočného tepla sú na chladičoch - radiátoroch inštalované silné diódy.
Energia rozptýlená diódou
Vyššie uvedené je vysvetlené na obrázku 2, ktorý ukazuje zahrnutie záťaže, v tomto prípade žiarovky, cez diódu.
Obrázok 2. Zapnutie záťaže pomocou diódy
Predstavte si, že menovité napätie batérie a žiarovky je 4,5V. Pri tomto zahrnutí kvapka 1 V na diódu, potom iba 3,5 V dosiahne žiarovku. Nikto samozrejme nebude zhromažďovať taký obvod, je to len na ilustráciu toho, ako a čo ovplyvňuje priame napätie na dióde.
Predpokladajme, že žiarovka obmedzila prúd v okruhu presne na 1A. Je to kvôli ľahšiemu výpočtu. Nebudeme brať do úvahy skutočnosť, že žiarovka je nelineárny prvok a nedodržiava Ohmov zákon (odpor špirály závisí od teploty).
Je ľahké vypočítať, že pri takýchto napätiach a prúdoch dióda rozptyľuje výkon P = Ud * I alebo 1V * 1A = 1W.Záťažový výkon je súčasne iba 3,5 V * 1 A = 3,5 W. Ukazuje sa, že viac ako 28 percent energie sa zbytočne spotrebuje, viac ako štvrtina.
Ak je jednosmerný prúd cez diódu 10 ... 20A, potom bude až 20 W energie zbytočné! Má takú moc malá spájkovačka, V opísanom prípade bude touto diódou taká spájkovačka.
Schottkyho diódy
Je celkom zrejmé, že takéto straty sa dajú zbaviť, ak sa zníži priamy pokles napätia cez diódu Ud. Tieto diódy sa nazývajú schottkyho diódy pomenovaný po vynálezcovi nemeckého fyzika Waltera Schottkyho. Namiesto spojenia p-n používajú spojenie kov-polovodič. Tieto diódy majú priamy pokles napätia 0,2 ... 0,4 V, čo významne znižuje energiu uvoľňovanú diódou.
Asi jedinou nevýhodou Schottkyho diódy je nízke spätné napätie - iba niekoľko desiatok voltov. Maximálna hodnota spätného napätia 250 V má priemyselný dizajn MBR40250 a jeho analógy. Takmer všetky napájacie zdroje moderných elektronických zariadení majú usmerňovače na Schottkyho dióde.
Zadná vetva CVC
Jednou z nevýhod by malo byť, že aj keď je dióda zapnutá opačným smerom, pretečie cez ňu spätný prúd, pretože v prírode neexistujú žiadne ideálne izolátory. V závislosti od modelu diódy sa môže meniť od nanoampov po jednotky mikroampov.
Spolu s reverzným prúdom sa dióde pridelí určité množstvo energie, ktoré sa číselne rovná súčtu produktu reverzného prúdu a reverzného napätia. Ak je tento výkon prekročený, potom je možné prerušenie spojenia p-n, dióda sa zmení na konvenčný odpor alebo dokonca na vodič. Na zadnej vetve charakteristiky I - V tento bod zodpovedá ohybu charakteristiky dole.
Adresáre zvyčajne neoznačujú výkon, ale niektoré maximálne povolené reverzné napätie. Približne rovnaké ako predbežné súčasné obmedzenie, ktoré bolo uvedené vyššie.
Tieto dva parametre, konkrétne jednosmerný prúd a spätné napätie, sú v skutočnosti často určujúcimi faktormi pri výbere konkrétnej diódy. To je prípad, keď je dióda navrhnutá tak, aby pracovala pri nízkej frekvencii, napríklad usmerňovač napätia s frekvenciou priemyselnej siete 50 ... 60 Hz.
Elektrická kapacita pn križovatka
Pri použití diód vo vysokofrekvenčných obvodoch je potrebné pamätať na to, že spojenie pn, rovnako ako kondenzátor, má elektrickú kapacitu, ktorá tiež závisí od napätia privádzaného na spojenie pn. Táto vlastnosť spojenia p-n sa používa v špeciálnych diódach - varixoch, ktoré sa používajú na nastavenie oscilačných obvodov v prijímačoch. Toto je pravdepodobne jediný prípad, keď sa táto kapacita využíva dobre.
V iných prípadoch má táto kapacita rušivý účinok, spomaľuje prepínanie diód a znižuje jej rýchlosť. Táto kapacita sa často nazýva parazitická. Je to znázornené na obrázku 3.
Obrázok 3. Rušivá kapacita
Dizajn diód.
Ploché a bodové diódy
Na odstránenie škodlivých účinkov BP sú používané špeciálne vysokofrekvenčné diódy, napríklad bodové. Konštrukcia takejto diódy je znázornená na obr.
Obrázok 4. Bodová dióda
Charakteristickým znakom bodovej diódy je konštrukcia jej elektród, z ktorých jedna je kovová ihla. Počas výrobného procesu sa táto ihla obsahujúca nečistotu (donor alebo akceptor) roztaví na polovodičový kryštál, čo vedie k spojeniu požadovanej vodivosti. Takýto prechod má malú plochu, a preto malú parazitickú kapacitu. Vďaka tomu prevádzková frekvencia bodových diód dosahuje niekoľko stoviek megahertzov.
V prípade použitia ostrejšej ihly získanej bez elektroformovania môže pracovná frekvencia dosiahnuť niekoľko desiatok gigahertzov. Je pravda, že spätné napätie takýchto diód nie je vyššie ako 3 ... 5 V a prúd vpred je obmedzený na niekoľko miliampérov.Koniec koncov, tieto diódy nie sú usmerňovačom, na tieto účely sa spravidla používajú rovinné diódy. Zariadenie planárnej diódy je znázornené na obrázku.
Obrázok 5. Rovinná dióda
Je ľahké vidieť, že takáto dióda má spojovaciu plochu pn, ktorá je oveľa väčšia ako bodová. V prípade výkonných diód môže táto oblasť dosiahnuť až 100 alebo viac štvorcových milimetrov, takže ich jednosmerný prúd je omnoho väčší ako prúd bodových. Sú to rovinné diódy, ktoré sa používajú v usmerňovačoch pracujúcich pri nízkych frekvenciách spravidla nie viac ako niekoľko desiatok kilometrov.
Aplikácia diód
Nemali by ste si myslieť, že diódy sa používajú iba ako usmerňovacie a detekčné zariadenia. Okrem toho existuje oveľa viac ich profesií. I - V charakteristika diód umožňuje ich použitie tam, kde je potrebné nelineárne spracovanie analógové signály.
Sú to frekvenčné prevodníky, logaritmické zosilňovače, detektory a ďalšie zariadenia. Diódy v takýchto zariadeniach sa používajú buď priamo ako prevodník, alebo vytvárajú charakteristiky zariadenia, ktoré sú súčasťou spätnoväzbového obvodu.
Diódy sa bežne používajú v stabilizované zdroje energieako zdroje referenčného napätia (zenerove diódy) alebo ako prepínacie prvky zásobníka induktor (spínacie regulátory napätia).
Použitím diód je veľmi jednoduché vytvoriť obmedzovače signálu: dve diódy pripojené v opačnom smere slúžia ako vynikajúca ochrana pre vstup zosilňovača, napríklad mikrofónu, pred dodávaním zvýšenej úrovne signálu.
Okrem uvedených zariadení sa diódy veľmi často používajú v signálnych spínačoch, ako aj v logických zariadeniach. Stačí si spomenúť na logické operácie AND, OR a ich kombinácie.
Jednou z odrôd diódy sú LED diódy, Raz boli použité iba ako ukazovatele v rôznych zariadeniach. Teraz sú všade a všade od najjednoduchších bateriek po televízory s LED - podsvietenie, je jednoducho nemožné ich nevšimnúť.
Boris Aladyshkin
Pozri tiež na electro-sk.tomathouse.com
: