Читальный зал -->  Промышленная электроника 

1 2 3 4 5 6 [ 7 ] 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

альный барьер, ток настолько еще мал и так медленно растет, что его не показывает миллиамперметр в схеме для снятия характеристик и его невозможно отложить на графике в масштабе, выбираемом для построения прямой ветви. Поэтому реальная характеристика в прямом направлении начинается не из О, а при некотором напряжении, называемом пороговым. Пороговое напряжение и ор составляет десятые доли вольта; для кремниевого диода оно больше, чем для германиевого; с повышением температуры пороговое напряжение уменьшается. Абсолютная величина сдвига прямой ветви характеристики кремниевых диодов при изменении температуры меньше, чем у германиевых.

+ (-)

400 +

Uo6p-B 800

+125° *7о У\

1обр. <

0.5 1.0 Unp. В

Рис. 1.16. Схема для снятия вольт-амперной характеристики диода

Рис. 1.17. Реальные вольт-амперные характеристики германиевого (Ge) и кремниевого (Si) диодов при разной температуре

Обратные ветви характеристик кремниевого и германиевого диодов сильно отличаются от теоретических характеристик р-п перехода и друг от друга. Это объясняется тем, что величина обратного тока в реальных условиях определяется не только тепловым током, но также током утечки по кристаллу и другими факторами. Ток утечки зависит от обратного напряжения и почти не зависит от температуры, а тепловой ток, наоборот, зависит только от температуры. У германиевых диодов обратный ток определяется главным образом тепловым током, поэтому он сильно растет с повышением температуры и мало зависит от Нобр. При данной температуре /обр только на начальном от О участке резко возрастает; как было сказано, это происходит из-за уменьшения тока диффузии основных носителей заряда, протекавшего при прямом напряжении. У кремниевых диодов величина /обр определяется током утечки, так как тепловой ток значительно меньше. Поэтому с увеличением обр у них равномерно растет /обр, начиная с нуля.

С повышением температуры у германиевых диодов пробивное напряжение резко падает, а у кремниевых немного увеличивается.

Основными параметрами выпрямительных диодов являются:

прямое напряжение U p - значение постоянного напряжения на диоде при заданном прямом токе;

обратный ток /обр - значение постоянного тока, протекающего через диод в обратном направлении при заданном обратном напряжении;

сопротивление диода в прямом направлении

viip - . , пр

оно составляет единицы и десятки ом;

сопротивление диода в обратном направлении

оно составляет единицы мегаом;

дифференциальное сопротивление диода Гдиф - отношение приращения напряжения на диоде к вызвавшему его малому приращению тока

Гдиф - .

Прямое и обратное сопротивления - это сопротивления в данной точке характеристики при постоянном токе соответствующего направления; дифференциальное сопротивление-это сопротивление при переменном токе; оно определяет наклон касательной, проведенной в данной точке вольт-амперной характеристики к оси абсцисс.

При эксплуатации диодов в выпрямителях важное значение имеют предельно допустимые режимы их использования, характеризующиеся соответствующими параметрами. В целях обеспечения длительной и надежной работы диодов нельзя превышать ни при каких условиях:

максимально допустимое обратное напряжение Ц,бр.макс, которое определяется с запасом как 0,7-0,8 U po6\

максимально допустимую мощность, рассеиваемую диодом, -

/макс;

максимально допустимый постоянный прямой ток / р.макс; диапазон рабочей температуры.

Германиевые диоды работают в диапазоне температур от -60 до плюс 70-80°С, кремниевые - до плюс 120-160 °С; допустимая плотность прямого тока для германиевых диодов

20-40 А/см, для кремниевых 60-80 А/см; для германиевых диодов допустимы обратные напряжения до 500-600 В, для кремниевых - до 2000-3500 В; падение напряжения на германиевом диоде при прохождении прямого тока составляет 0,3- 0,6 В, а на кремниевом -0,8-1,2 В.

Сравнивая свойства германиевых и кремниевых диодов, можно отметить, что кремниевые диоды имеют на несколько порядков меньший обратный ток, допускают гораздо большие обратные напряжения и плотности прямого тока, могут быть использованы при более высоких температурах. Поэтому выпрямительные диоды изготовляют главным образом из кремния, хотя падение напряжения на кремниевом диоде при прямом токе больше, чем на германиевом.

1.3.3. Стабилитроны

Стабилитроном называют полупроводниковый диод, напряжение на котором слабо зависит от проходящего тока. Стабилитроны предназначены для стабилизации напряжения.

обр А
		макс

Рис. 1.18. Условное графическое обозначение (а), вольт-амперная характеристика (б) и схема включения (в) кремниевого стабилитрона

Принцип действия стабилитрона основан на использовании свойства р-п перехода при электрическом пробое сохранять практически постоянную величину напряжения в определенном диапазоне изменения обратного тока. Как было сказано при рассмотрении видов пробоя р-п перехода, электрический пробой является обратимым процессом и не приводит к выходу диода из строя при условии, что ток не превышает максимально допустимой величины.

Вольт-амперная характеристика кремниевого стабилитрона, его условное обозначение и схема включения приведены на рис. 1.18. В стабилитроне используется только обратная ветвь характеристики. Рабочим участком АБ является ее часть, соот-

ветствующая электрическому пробою и ограниченная минимальным и максимальным токами. В стабилитронах применяется один из видов электрического пробоя: лавинный или туннельный.

Параметрами стабилитрона являются:

напряжение стабилизации Uct - напряжение на стабилитроне при заданном токе стабилизации / ; оно практически равно напряжению пробоя;

минимальный ток стабилизации /мин - наименьший ток, при котором сохраняется устойчивое состояние пробоя; поскольку необходимо получение малого значения /мин, стабилитроны изготовляют из кремния;

максимальный ток стабилизации /макс - наибольший ток, при котором мощность, рассеиваемая на стабилитроне, не превышает максимально допустимого значения Рмакс;

превышение /макс приводит к тепловому пробою р-п перехода и выходу из строя стабилитрона;

дифференциальное сопротивление Гд ф - отношение приращения напряжения стабилизации к вызвавшему его малому приращению тока:

диф -

Д/с,

Гдиф определяется в рабочей точке Р и характеризует точность стабилизации; чем оно меньше, тем лучше осуществляется стабилизация;

статическое сопротивление Р ат - сопротивление стабилитрона в рабочей точке при постоянном токе:

температурный коэффициент напряжения ctr показывает изменение в процентах напряжения стабилизации при изменении температуры окружающей среды на 1 °С.

Выпускаемые промышленностью кремниевые стабилитроны имеют напряжение стабилизации в пределах 3-200 В, минимальный ток от 1 до 10 мА, максимальный ток от 2 мА до 2 А, дифференциальное сопротивление 0,5-500 Ом.

В стабилитронах с большим напряжением стабилизации используется лавинный пробой, а в стабилитронах с малым напряжением стабилизации - туннельный.

Схема включения стабилитрона для стабилизации напряжения на нагрузке /? приведена на рис. 1.18, е. Последовательно

со стабилитроном в цепь источника постоянного тока включено балластное сопротивление /?б для ограничения тока, а параллельно стабилитрону - нагрузка. Полярность источника питания Е соответствует обратному напряжению на стабилитроне.

При увеличении напряжения питания Е при постоянном /? увеличивается ток в цепи, протекающий через балластное сопротивление и стабилитрон. Напряжение на стабилитроне и на нагрузке t/н = ст остается неизменным, а избыток напряжения питания гасится на балластном сопротивлении Rt. В случае изменения сопротивления нагрузки R при постоянной величине Е ток через Rt остается неизменным, но происходит перераспределение токов между стабилитроном и нагрузкой, а напряжение на стабилитроне и нагрузке все равно остается неизменным.

Кремниевые стабилитроны используют не только для стабилизации напряжения, но и в качестве источников опорного напряжения, с которым сравнивается напряжение на нагрузке.

Существуют полупроводниковые диоды, предназначенные для стабилизации напряжения с использованием в качестве рабочего участка отрезка прямой ветви вольт-амперной характеристики, на котором прямое напряжение слабо зависит от тока. Такой полупроводниковый диод носит название стабистора.

1.3.4. Импульсные диоды

Импульсным диодом называют полупроводниковый диод, который имеет очень малую длительность переходных процессов при переключении с прямого напряжения на обратное (и наоборот) и предназначен для работы в импульсных схемах в качестве электронного ключа.

Принцип действия импульсного диода поясняют схема его включения и временные диаграммы напряжения и тока в момент переключения из открытого состояния в закрытое (рис. 1.19). Диод включается последовательно с нагрузкой в цепь источника импульсного напряжения (рис. 1.19,а). Положительный импульс, являясь для диода прямым напряжением, снижает его сопротивление до величины р, и в цепи через нагрузку протекает ток. Это равносильно замыканию ключа. При перемене полярности импульса на отрицательную диод находится под обратным напряжением. Его сопротивление резко возрастает до величины Rotp, цепь размыкается, и ток через нагрузку практически не протекает. Поскольку длительность импульсов очень мала, переход диода из открытого состояния в закрытое и обратно должен происходить мгновенно. Но этому препятствует инерционность процессов накопления и рассасывания инжектированных в базу п-типа неосновных для нее носителей заряда - дырок.

Например, на диоде действует прямое напряжение; сопро-

тивление его Rp мало. Из р-области через р-п переход инжектируются в п-область дырки; в результате этого их концентрация в п-области у границы возрастает. В момент переключения напряжения на обратное это скопление дырок под действием электрического поля, созданного обратным напряжением, начнет перебрасываться обратно в р-область; за счет этого возникает импульсный скачок обратного тока (рис. 19,6). Постепенно концентрация дырок в п-области будет убывать частично за счет

Рис. 1.19. Схема включения (а) и временные диаграммы при переключении импульсного диода с прямого на обратное напряжение (б)

пр О

обр пр

---1

BOO.обр

их перехода в р-область, а частично за счет рекомбинации в п-области с электронами; в результате этого обратный ток станет уменьшаться до заданного нормального значения. Быстродействие этого процесса характеризуется параметром, который называют временем обратного восстановления диода 4ос.о 5р. Это время переключения диода с заданного прямого тока на заданное обратное напряжение от момента прохождения тока через нулевое значение до момента, когда обратный ток, уменьшаясь от максимального импульсного значения, достигнет заданной величины.

При переключении обратного напряжения на прямое переходный процесс также происходит не мгновенно, а требует некоторого времени. В момент переключения сопротивления диода

1 2 3 4 5 6 [ 7 ] 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.