Обратное включение — диод — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Обратное включение — диод

Cтраница 1

Обратное включение диода характеризуется практически полным отсутствием тока при достаточно большом обратном напряжении; иными словами, диод при обратном включении имеет очень большое сопротивление.  [1]

Обратное включение диода связи происходит медленнее, так как после запирания управляющего диода необходимо время, пока вследствие зарядки паразитных емкостей разрядным током напряжение на диоде связи достигнет отпирающего уровня. Это запаздывание особенно заметно в цепях младших разрядов.  [3]

При обратном включении диода на границе p — n — перехода образуется изоляционный слой. Этот обедненный свободными носителями зарядов пограничный слой играет роль изолятора между проводящими р — и n — зонами кристалла. Фактически диод в этом случае представляет конденсатор, причем ширина изоляционного слоя такого конденсатора зависит от приложенного к диоду напряжения. Чем больше приложенное обратное напряжение, тем большей становится толщина изоляционного слоя конденсатора, а следовательно, уменьшается его емкость.  [5]

При обратном включении диода емкость р-п перехода шунтирует большое обратное сопротивление перехода, что приводит к ухудшению его частотной характеристики.  [7]

Давно известны однотактные преобразователи с обратным включением диода.  [8]

Анализ переходных процессов в схеме с

обратным включением диода проводится аналогично.  [9]

Аналогично работает последовательная схема диодного ограничителя с обратным включением диода.  [11]

Емкость р-п перехода существует при прямом и при обратном включении диода.  [12]

Определить напряжение на диоде и резисторе нагрузки сопротивлением гн 100 кОм при обратном включении диода ( рис. 96, а), если ток диода ЮмкА, а ( Упит 80 В.  [13]

Для воспроизведения линейно-ломаных зависимостей в I и II квадрантах используется аналогичная схема с

обратным включением диода и опорным напряжением.  [14]

Элемент И для отрицательных входных сигналов ( рис. П-19, t отличается от предыдущего обратным включением диодов.  [15]

Страницы:      1    2    3

Диоды выпрямительные, принцип работы, характеристики, схемы подключения

электрика, сигнализация, видеонаблюдение, контроль доступа (СКУД), инженерно технические системы (ИТС)

Принцип работы, основные характеристики полупроводниковых выпрямительных диодов можно рассмотреть используя их вольтамперную характеристику (ВАХ), которая схематично представлена на рисунке 1.

Она имеет две ветви, соответствующие прямому и обратному включению диода.

При прямом включении выпрямительного диода ощутимый ток через него начинает протекать при достижении на диоде определенного напряжения Uоткр. Этот ток называется прямым Iпр. Его изменения на напряжение Uоткр влияют слабо, поэтому для большинства расчетов можно принять его значение:

• 0,7 Вольт для кремниевых диодов,
• 0,3 Вольт — для германиевых.

Естественно, прямой ток диода до бесконечности увеличивать нельзя, при его определенном значении Iпр.макс этот полупроводниковый прибор выйдет из строя. Кстати, существуют две основные неисправности полупроводниковых диодов:

• пробой — диод начинает проводить ток в любом направлении, то есть станет обычным проводником. Причем, сначала наступает тепловой пробой (это состояние обратимо), затем электрический (после этого диод можно смело выбрасывать),
• обрыв — здесь, думаю, пояснения излишни.

Если диод подключить в обратном направлении, через него будет протекать незначительный обратный ток Iобр, которым, как правило, можно пренебречь. При достижении определенного значения обратного напряжения Uобр обратный ток резко увеличивается, прибор, опять же, выходит из строя.

Числовые значения рассмотренных параметров для каждого типа диода индивидуальны и являются его основными электрическими характеристиками. Должен заметить, что существует ряд других параметров (собственная емкость, различные температурные коэффициенты и пр.), но для начала хватит перечисленных.

Здесь предлагаю закончить с чистой теорией и рассмотреть некоторые практические схемы.

СХЕМЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ДИОДОВ

Для начала давайте рассмотрим как работает диод в цепи постоянного (рис.2) и переменного (рис.3) тока, что следует учитывать при том или ином включении диодов.

При подаче на диод прямого постоянного напряжения через него начинает протекать ток, определяемый сопротивлением нагрузки Rн. Поскольку он не должен превышать предельно допустимого значения следует определить его величину, после чего выбрать тип диода:

Iпр=Uн/Rн — все просто — это закон Ома.

Uн=U-Uоткр — см. начало статьи. Иногда величиной Uоткр можно пренебречь, бывают случаи, когда ее необходимо учитывать, например при расчете схемы подключения светодиода.

При включении диода в цепь переменного тока, помимо прочего, на нем периодически возникает обратное напряжение Uобр. Имейте в виду, следует учитывать его амплитудное значение (Для Uпр, кстати, тоже). Например, для бытовой электрической сети привычное всем напряжение 220В является действующим, а его амплитудное значение составляет 380В. Подробнее про это можно посмотреть на этой странице.

Это самое основное, про что надо помнить.

Теперь — несколько схем подключения диодов, часто встречающихся на практике.

Вне всякого сомнения, лидером здесь является мостовая схема диодов, используемая во всевозможных выпрямителях (рисунок 4). Выглядеть она может по разному, принцип действия одинаков, думаю из рисунка все ясно. Кстати, последний вариант — условное обозначение диодного моста в целом. Применяется для упрощения обозначения двух предыдущих схем.

Далее несколько менее очевидных схем (для постоянного тока):

1. Диоды могут выступать как «развязывающие» элементы. Управляющие сигналы Упр1 и Упр2 объединяются в точке А, причем взаимное влияние их источников друг на друга отсутствует. Кстати, это простейший вариант реализации логической схемы «или».
2. Защита от переполюсовки (жаргонное — «защита от дураков»). Если существует возможность неправильного подключения полярности напряжения питания эта схема защищает устройство от выхода из строя.
3. Автоматический переход на питание от внешнего источника. Поскольку диод «открывается», когда напряжение на нем достигнет Uоткр, то при Uвнеш <Uвн+Uоткр питание осуществляется от внутреннего источника, иначе — подключается внешний.

© 2012-2021 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Полупроводниковый диод

Проводники и изоляторы

Все вещества состоят из одного или более химических элементов, таких, как кислород, сера и т. д. Мельчайшей составной частью вещества явля­ется атом. Атомы различных элементов могут, соединяясь, образовывать молекулы вещества: например, молекула воды включает в себя два атома водорода и один атом кислорода. Таким образом, получаются различные вещества.

Атом, в свою очередь, состоит из более мелких частиц, электронов, вращающихся вокруг ядра, которое находится в центре атома и содержит один или более протонов (рис. 20.1). Отрицательно заряженные электро­ны притягиваются положительно заряженными протонами и непрерывно вращаются по орбитам, или оболочкам, вокруг ядра. Количество элек­тронов в точности равно количеству протонов.

Атомы различных элементов отличаются друг от друга количеством электронов: например, у атома водорода один электрон, тогда как атом углерода имеет шесть электронов. Под действием электрического потен­циала электроны, слабо связанные с ядром (так называемые свободные электроны), покидают свои орбиты и начинают упорядоченное движение, образуя поток электронов, или электрический ток. Возникает электри­ческая проводимость.

 

Рис. 20.1. Атомы состоят из отрицательно заряженных электронов, вращаю­щихся вокруг положительного ядра.

 

Рис. 20.2. Проводники, полупроводники и изоляторы. 

Хороший проводник имеет большое число «несвязанных», или свобод­ных, электронов, которые способствуют возникновению электрического тока. Хороший проводник обладает столь малым сопротивлением, что им можно пренебречь. Примерами могут служить серебро, медь или алюми­ний (рис. 20.2).

Изолятор — это материал, имеющий очень малое количество свобод­ных электронов. Изоляторы препятствуют протеканию электрического тока и, следовательно, обладают очень большим сопротивлением, при­ближающимся к сопротивлению разомкнутой цепи. Примерами могут служить стекло, сухое дерево, резина, поливинилхлорид, слюда и полистирол.  

Полупроводники

Атомы полупроводников сгруппированы в правильную структуру, назы­ваемую «кристаллической решеткой». Они не являются хорошими про­водниками (откуда и их название), поскольку содержат очень мало сво­бодных электронов. Количество свободных электронов возрастает при повышении температуры, что приводит к увеличению проводимости. Эти свободные электроны называют неосновными носителями.

Проводимость также может быть улучшена посредством добавления определенного количества примесей. Такие примеси, как атомы мы­шьяка, вносят в решетку дополнительные электроны, в результате че­го получается полупроводник n-типа. Эти атомы называются атомами-донорами. Добавление атомов, называемых атомами-акцепторами (например, атомов алюминия) приводит к недостатку электронов, или к образованию так называемых дырок, при этом получается полупровод­ник p-типа (рис. 20.3). Электроны и дырки, полученные при внедрении примесей, называют основными носителями.

                  

                               

Рис. 20.3. Полупроводники n— и p-типа     Рис. 20.4. Плоскостной диод с рп-переходом.

 

Плоскостной диод

Если полупроводник р-типа соединить с полупроводником n-типа (рис. 20.4), то под действием диффузии электроны из области с прово­димостью n-типа начнут перетекать в область с проводимостью р-типа, чтобы заполнить дырки в этой области. Перетекание электронов продол­жается до тех пор, пока по обе стороны рта-перехода не образуется ней­тральная зона, или так называемый обедненный слой. Этот обедненный слой приводит к возникновению потенциального барьера, препятствую­щего дальнейшему движению электронов через границу раздела.

Чтобы пересечь границу раздела, электроны должны теперь обладать энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера. Ис­точником этой энергии может служить внешняя электродвижущая сила (ЭДС). Высота потенциального барьера зависит от типа применяемого полупроводника. Например, для германия (Ge) она составляет 0,3В, адля кремния (Si) – 0,6 В.

 

Характеристики диода

При обратном включении диода (рис. 20.5) электроны области с проводи­мостью n-типа (n-области) притягиваются положительным полюсом ис­точника напряжения смещения, а дырки р-области притягиваются отри­цательным полюсом. В результате обедненный слой расширяется, и уве­личившийся потенциальный барьер еще сильнее препятствует проникно­вению электронов через границу раздела.

При прямом включении диода (рис. 20.6) обедненный слой исчезает, и электроны получают возможность перетекать через границу раздела, т. е. ток, создаваемый основными носителями, свободно протекает через диод

.

Рис. 20.5. Обратное включение диода. На рис. (а) видно, что обедненный слой расширился.

Рис. 20.6. Прямое включение диода. На рис, (а) показано исчезновение обед­ненного слоя.

 

Но следует отметить, что на диоде существует постоянное падение напряжения, называемое падением напряжения при прямом включении или прямым напряжением диода (0,3 В для диодов из германия и 0,6 В для кремниевых диодов).

Характеристики плоскостного диода в случае прямого включения по­казаны на рис. 20.7. Заметим, что, как только напряжение смещения превысит потенциальный барьер диода, через него начинает протекать большой ток. При этом очень малое увеличение напряжения смещения приводит к сильному увеличению тока, протекающего через диод. При напряжениях ниже прямого напряжения через диод протекает малый ток утечки (несколько микроампер), которым обычно пренебрегают.

 Характеристики диода в случае обратного включения показаны на рис. 20.8. При обратном включении через диод протекает очень малый ток, вызванный неосновными носителями. Величина этого обратного тока практически постоянна вплоть до достижения максимального напряже­ния, называемого напряжением пробоя рта-перехода или обратным пико­вым напряжением. Если приложить еще большее напряжение, то насту­пает пробой и обратный ток резко возрастает, что приводит к разрушению диода. Поэтому при включении диода в схему следует убедиться, что обратное напряжение на нем не превысит напряжение пробоя, ука­занное изготовителем. Германиевые диоды имеют больший ток утечки и, следовательно, более низкое сопротивление при обратном включении, чем кремниевые диоды.

Рис. 20.7. Характеристики герма­ниевого

и кремниевого диодов при прямом включении.        Рис. 20.8. Характеристики плос­костного диода в случае обратного включения.

В этом видео рассказывается о принципах работы диода:

Диоды, выпрямление тока, стабилитроны, тиристоры.

Разновидности диодов.

Помимо способности пропускать ток только в одном направлении, p-n переход обладает рядом других интересных особенностей. Например, способностью излучать(в т. ч. и в видимом диапазоне) при протекании тока в прямом направлении и генерировать эл. ток под воздействием излучения. Эта особенность используется при реализации таких электронных элементов как светодиоды, фотодиоды и фотоэлементы.
Кроме того, любой p-n переход обладает еще и электрической емкостью, а кроме того, возможностью ее изменять с помощью напряжения приложенного в обратном направлении. Используя ее удалось создать такие полезные элементы как ВАРИКАПЫ.

Варикапы.

Итак, p-n переход обладает электрической емкостью, величина которой зависит от его площади и ширины. Если подавать напряжение в обратном направлении — переход смещается, площадь остается неизменной, но ширина увеличивается. Емкость, при этом соответственно — уменьшается. Появляется возможность, изменяя величину приложенного напряжения, эту емкость регулировать. Электронные элементы(диоды, по сути) созданные на этом принципе называют — варикапами.

Варикапы используются в радиоаппаратуре вместо обычных конденсаторов переменной емкости для перестройки частоты колебательных контуров. Приемущество Применение варикапов позволило значительно снизить габариты и повысить эффективность блоков селекции радиоприемных устойств, относительно просто и недорого реализовать автоматизацию процессов настройки(проводимых ранее вручную).

Диоды Шоттки.

Диод Шоттки(диод с барьером Шоттки) — полупроводниковый диод с малым падением напряжения(0,2—0,4 вольт) при прямом включении. Назван в честь немецкого физика Вальтера Шоттки. В диодах Шоттки в отличие от обычных диодов,вместо p-n перехода используется переход металл-полупроводник. Это дает ряд особых преимуществ — пониженное падение напряжения при прямом включении, очень маленький заряд обратного восстановления.

Последнее объясняется тем, что в отличии от обычных диодов диоды Шоттки работают только на основных носителях, а их быстродействие ограничивается лишь барьерной емкостью. Диоды Шоттки наиболее целесообразно использовать в быстродействующих импульсных цепях, для выпрямления малых напряжений высокой частоты, в высокочастотных смесителях, в ключах и коммутаторах.

Светодиоды.

При протекании прямого тока через любой p-n переход(любого диода!) происходит генерация фотонов. Это является следствием циклической рекомбинации — восстановления атомов вещества в процессе перемещения основных носителей тока.
Электронные элементы служащие для генерации света и основанный на этом принципе называется соответственно — светодиодами. Светодиоды используют для индикации, передачи информации, в составе таких электронных приборов как оптопары.

К.П.Д. и яркость современных светодиодов настолько высоки, что на настоящий момент они являются наиболее перспективными источниками искуственного освещения. В зависимости от материала выбранного в качестве полупроводника светодиоды излучают на разных длинах волн.
ИК — диоды излучают в инфракрасной области, индикаторные и осветительные светодиоды в видимой части спектра(зеленые, красные, желтые и т. п.). Наиболее высоким К.П.Д. отличаются светодиоды излучающее в ультрафиолетовой области. Интересно, что как раз этот тип наиболее часто применяется для освещения. Белый свет получается при использовании специального люминофора, преобразующего ультрафиолет.

Интенсивность излучения светодиода возрастает при увеличении тока протекающего через p-n переход, до определенного предела. После его достижения сетодиод выходит из строя. Поэтому, для нормальной работы необходимо ограничивать ток.
Как правило, это реализуется с помощью последовательного подключения резистора.

Стабисторы.

Существующие стабилитроны имеют ограничение по минимальному напряжению стабилизации(около 3 В).
Что делать, если необходим источник стабилизированного напряжения до 3-х вольт? Использовать прямую ветвь Вольт — Амперной Характеристики диода(ВАХ). В области прямого смещения p-n-перехода напряжение на нем может иметь значение 0,7…2 В(в зависимости от материала полупроводника) и мало зависит от тока.
Диоды специально используемые в этом качестве, называют — СТАБИСТОРАМИ.

Фотодиоды.

Фотодиод — это светочувствительный полупроводниковый элемент с одним p-n переходом, обратный ток которого меняется в зависимости от уровня освещенности. Величина на которую происходит его изменение при этом, называется фототоком.

Фотодиоды используют для преобразования сигналов передаваемых в оптическом режиме в электрическую форму. Малая инерционость фотодиодов способствует приему передачи информации, с большой плотностью, например, в при передаче ее по оптоволоконным линиям. Кроме того фотодиоды могут использоваться в фотоприемниках дистанционного управления и т. д.

На главную страницу

Идеальный диод

Представление реального диода в виде «идеального диода» равносильно модели идеального вентиля: полностью открыт (прямое включение), полностью закрыт (обратное включение). В закрытом положении ток равен нулю при любом отрицательном напряжении на диоде, в открытом положении напряжение равно нулю при любом токе. Таким образом дифференциальные сопротивления в закрытом и открытом состоянии равны соответственно бесконечности и нулю. На рис.2.2. представлены ВАХ «идеального диода»(жирно) и его схемы замещения в открытом и закрытом состяниях.

Рис. 2.2

Такое представление реального диода часто удобно использовать для анализа схем выпрямителей с большими значениями амплитуд выпрямляемых напряжений, когда нелинейностью начального участка прямой ветви ВАХ и наличием небольшого обратного тока можно пренебречь.

Рассмотрим пример работы простейшей выпрямительной схемы с «идеальным диодом» при гармоническом входном напряжении и нулевом постоянном смещении (Рис.2.3). Величина сопротивления нагрузки R , с которого снимается выпрямленное напряжение, значительно больше дифференциального сопротивления в открытом состоянии реального диода, и меньше дифференциального сопротивления закрытого перехода.

Рис. 2.3

Пусть , причем амплитуда Е_m такова, что можно использовать модель «идеального диода». При положительных значениях входного напряжения диод обладает нулевым дифференциальным сопротивлением, и ток в цепи равен

а при отрицательных значениях е(t) ток равен нулю. Осциллограммы тока и напряжений в схеме показаны на рис.2.4.

Рис. 2.4

Поскольку напряжение на нагрузке R несинусоидально, его можно разложить в ряд Фурье по гармоникам частоты входного напряжения. Выпрямленным напряжением является постоянная составляющая напряжения u_R (t) :

Из рисунка 2.4 видно, что напряжение на нагрузке отнюдь не постоянно, а пульсирует относительно постоянного напряжения U_R,0.

При наличии дополнительного постоянного напряжения Е_см (смещение) изменится уровень положительных и отрицательных напряжений на диоде, т.к. входное напряжение выпрямителя будет равно

На рис.2.5 показаны осциллограммы тока и напряжений для отрицательного смещения. На рисунке положительные уровни сигналов отмечены штриховкой.

Рис. 2.5

Как видим, обратное напряжение на диоде здесь увеличилось на величину смещения, а выпрямленное напряжение уменьшилось не только за счет уменьшения амплитуды тока, но и за счет уменьшения длительности импульсов тока.

В данной схеме выпрямителя выходное напряжение не постоянно, а имеет форму усеченных косинусоидальных импульсов, что свидетельствует о наличии в спектре тока и напряжения гармоник частоты выпрямляемого напряжения. Для уменьшения амплитуды гармоник на нагрузке выпрямителя ставят специальные фильтры нижних частот. Простейшим вариантом такого фильтра является параллельная цепочка RC вместо одного сопротивления R (см.рис.2.6).

Рис. 2.6

Величину емкости определяют исходя из заданного коэффициента подавления амплитуды первой гармоники, как наибольшей в спектре тока или из неравенства:

При выполнении этого неравенства постоянная составляющая тока протекает через резистор R , а все переменные составляющие – через конденсатор С , так как его сопротивление переменным токам будет значительно меньше сопротивления резистора.

Можно рассмотреть работу выпрямителя и во временной области. Осциллограммы токов и напряжений в установившемся режиме показаны на рис. 2.7, причем входное и выходное напряжения здесь совмещены на одном графике.

Рис. 2.7

Напряжение на диоде определяется разностью входного и выходного напряжений:

Напряжение же на выходе можно представить в виде процессов заряда и разряда конденсатора С . При положительных напряжениях на диоде сопротивление последнего равно нулю (или мало в реальном диоде в прямом режиме) конденсатор быстро (практически мгновенно) заряжается до напряжения, примерно равному е(t₁); в следующие моменты времени напряжение на диоде становится отрицательным, диод закрывается, и емкость медленно разряжается через сопротивление R достаточно большой величины. При правильном выборе С и R постоянная времени разряда емкости значительно больше постоянной времени заряда, так что при разряде напряжение на выходе почти не меняется. В установившемся режиме выходное напряжение колеблется около некоторого среднего значения U_вых,0 , близком по величине к амплитуде входного напряжения. Пульсации выпрямленного напряжения здесь значительно меньшие, чем в схеме без конденсатора.

Максимальный обратный ток диода

Автор На чтение 20 мин. Опубликовано 12.12.2019

05 Июн 2013г | Раздел: Радио для дома

Здравствуйте уважаемые читатели сайта sesaga.ru. В первой части статьи мы с Вами разобрались, что такое полупроводник и как возникает в нем ток. Сегодня мы продолжим начатую тему и поговорим о принципе работы полупроводниковых диодов.

Диод – это полупроводниковый прибор с одним p-n переходом, имеющий два вывода (анод и катод), и предназначенный для выпрямления, детектирования, стабилизации, модуляции, ограничения и преобразования электрических сигналов.

По своему функциональному назначению диоды подразделяются на выпрямительные, универсальные, импульсные, СВЧ-диоды, стабилитроны, варикапы, переключающие, туннельные диоды и т.д.

Теоретически мы знаем, что диод в одну сторону пропускает ток, а в другую нет. Но как, и каким образом он это делает, знают и понимают не многие.

Схематично диод можно представить в виде кристалла состоящего из двух полупроводников (областей). Одна область кристалла обладает проводимостью p-типа, а другая — проводимостью n-типа.

На рисунке дырки, преобладающие в области p-типа, условно изображены красными кружками, а электроны, преобладающие в области n-типа — синими. Эти две области являются электродами диода анодом и катодом:

Анод – положительный электрод диода, в котором основными носителями заряда являются дырки.

Катод – отрицательный электрод диода, в котором основными носителями заряда являются электроны.

На внешние поверхности областей нанесены контактные металлические слои, к которым припаяны проволочные выводы электродов диода. Такой прибор может находиться только в одном из двух состояний:

1. Открытое – когда он хорошо проводит ток;
2. Закрытое – когда он плохо проводит ток.

Прямое включение диода. Прямой ток.

Если к электродам диода подключить источник постоянного напряжения: на вывод анода «плюс» а на вывод катода «минус», то диод окажется в открытом состоянии и через него потечет ток, величина которого будет зависеть от приложенного напряжения и свойств диода.

При такой полярности подключения электроны из области n-типа устремятся навстречу дыркам в область p-типа, а дырки из области p-типа двинутся навстречу электронам в область n-типа. На границе раздела областей, называемой электронно-дырочным или p-n переходом, они встретятся, где происходит их взаимное поглощение или рекомбинация.

Например. Oсновные носители заряда в области n-типа электроны, преодолевая p-n переход попадают в дырочную область p-типа, в которой они становятся неосновными. Ставшие неосновными, электроны будут поглощаться основными носителями в дырочной области – дырками. Таким же образом дырки, попадая в электронную область n-типа становятся неосновными носителями заряда в этой области, и будут также поглощаться основными носителями – электронами.

Контакт диода, соединенный с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения будет отдавать области n-типа практически неограниченное количество электронов, пополняя убывание электронов в этой области. А контакт, соединенный с положительным полюсом источника напряжения, способен принять из области p-типа такое же количество электронов, благодаря чему восстанавливается концентрация дырок в области p-типа. Таким образом, проводимость p-n перехода станет большой и сопротивление току будет мало, а значит, через диод будет течь ток, называемый прямым током диода Iпр.

Обратное включение диода. Обратный ток.

Поменяем полярность источника постоянного напряжения – диод окажется в закрытом состоянии.

В этом случае электроны в области n-типа станут перемещаться к положительному полюсу источника питания, отдаляясь от p-n перехода, и дырки, в области p-типа, также будут отдаляться от p-n перехода, перемещаясь к отрицательному полюсу источника питания. В результате граница областей как бы расширится, отчего образуется зона обедненная дырками и электронами, которая будет оказывать току большое сопротивление.

Но, так как в каждой из областей диода присутствуют неосновные носители заряда, то небольшой обмен электронами и дырками между областями происходить все же будет. Поэтому через диод будет протекать ток во много раз меньший, чем прямой, и такой ток называют обратным током диода (Iобр). Как правило, на практике, обратным током p-n перехода пренебрегают, и отсюда получается вывод, что p-n переход обладает только односторонней проводимостью.

Прямое и обратное напряжение диода.

Напряжение, при котором диод открывается и через него идет прямой ток называют прямым (Uпр), а напряжение обратной полярности, при котором диод закрывается и через него идет обратный ток называют обратным (Uобр).

При прямом напряжении (Uпр) сопротивление диода не превышает и нескольких десятков Ом, зато при обратном напряжении (Uобр) сопротивление возрастает до нескольких десятков, сотен и даже тысяч килоом. В этом не трудно убедиться, если измерить обратное сопротивление диода омметром.

Сопротивление p-n перехода диода величина не постоянная и зависит от прямого напряжения (Uпр), которое подается на диод. Чем больше это напряжение, тем меньшее сопротивление оказывает p-n переход, тем больший прямой ток Iпр течет через диод. В закрытом состоянии на диоде падает практически все напряжение, следовательно, обратный ток, проходящий через него мал, а сопротивление p-n перехода велико.

Например. Если включить диод в цепь переменного тока, то он будет открываться при положительных полупериодах на аноде, свободно пропуская прямой ток (Iпр), и закрываться при отрицательных полупериодах на аноде, почти не пропуская ток противоположного направления – обратный ток (Iобр). Эти свойства диодов используют для преобразования переменного тока в постоянный, и такие диоды называют выпрямительными.

Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода.

Зависимость тока, проходящего через p-n переход, от величины и полярности приложенного к нему напряжения изображают в виде кривой, называемой вольт-амперной характеристикой диода.

На графике ниже изображена такая кривая. По вертикальной оси в верхней части обозначены значения прямого тока (Iпр), а в нижней части — обратного тока (Iобр).
По горизонтальной оси в правой части обозначены значения прямого напряжения Uпр, а в левой части – обратного напряжения (Uобр).

Вольт-амперная характеристика состоит как бы из двух ветвей: прямая ветвь, в правой верхней части, соответствует прямому (пропускному) току через диод, и обратная ветвь, в левой нижней части, соответствующая обратному (закрытому) току через диод.

Прямая ветвь идет круто вверх, прижимаясь к вертикальной оси, и характеризует быстрый рост прямого тока через диод с увеличением прямого напряжения.
Обратная ветвь идет почти параллельно горизонтальной оси и характеризует медленный рост обратного тока. Чем круче к вертикальной оси прямая ветвь и чем ближе к горизонтальной обратная ветвь, тем лучше выпрямительные свойства диода. Наличие небольшого обратного тока является недостатком диодов. Из кривой вольт-амперной характеристики видно, что прямой ток диода (Iпр) в сотни раз больше обратного тока (Iобр).

При увеличении прямого напряжения через p-n переход ток вначале возрастает медленно, а затем начинается участок быстрого нарастания тока. Это объясняется тем, что германиевый диод открывается и начинает проводить ток при прямом напряжении 0,1 – 0,2В, а кремниевый при 0,5 – 0,6В.

Например. При прямом напряжении Uпр = 0,5В прямой ток Iпр равен 50mA (точка «а» на графике), а уже при напряжении Uпр = 1В ток возрастает до 150mA (точка «б» на графике).

Но такое увеличение тока приводит к нагреванию молекулы полупроводника. И если количество выделяемого тепла будет больше отводимого от кристалла естественным путем, либо с помощью специальных устройств охлаждения (радиаторы), то в молекуле проводника могут произойти необратимые изменения вплоть до разрушения кристаллической решетки. Поэтому прямой ток p-n перехода ограничивают на уровне, исключающем перегрев полупроводниковой структуры. Для этого используют ограничительный резистор, включенный последовательно с диодом.

У полупроводниковых диодов величина прямого напряжения Uпр при всех значениях рабочих токов не превышает:
для германиевых — 1В;
для кремниевых — 1,5В.

При увеличении обратного напряжения (Uобр), приложенного к p-n переходу, ток увеличивается незначительно, о чем говорит обратная ветвь вольтамперной характеристики.
Например. Возьмем диод с параметрами: Uобр max = 100В, Iобр max = 0,5 mA, где:

Uобр max – максимальное постоянное обратное напряжение, В;
Iобр max – максимальный обратный ток, мкА.

При постепенном увеличении обратного напряжения до значения 100В видно, как незначительно растет обратный ток (точка «в» на графике). Но при дальнейшем увеличении напряжения, свыше максимального, на которое рассчитан p-n переход диода, происходит резкое увеличение обратного тока (пунктирная линия), нагрев кристалла полупроводника и, как следствие, наступает пробой p-n перехода.

Пробои p-n перехода.

Пробоем p-n перехода называется явление резкого увеличения обратного тока при достижении обратным напряжением определенного критического значения. Различают электрический и тепловой пробои p-n перехода. В свою очередь, электрический пробой разделяется на туннельный и лавинный пробои.

Электрический пробой.

Электрический пробой возникает в результате воздействия сильного электрического поля в p-n переходе. Такой пробой является обратимый, то есть он не приводит к повреждению перехода, и при снижении обратного напряжения свойства диода сохраняются. Например. В таком режиме работают стабилитроны – диоды, предназначенные для стабилизации напряжения.

Туннельный пробой.

Туннельный пробой происходит в результате явления туннельного эффекта, который проявляется в том, что при сильной напряженности электрического поля, действующего в p-n переходе малой толщины, некоторые электроны проникают (просачиваются) через переход из области p-типа в область n-типа без изменения своей энергии. Тонкие p-n переходы возможны только при высокой концентрации примесей в молекуле полупроводника.

В зависимости от мощности и назначения диода толщина электронно-дырочного перехода может находиться в пределах от 100 нм (нанометров) до 1 мкм (микрометр).

Для туннельного пробоя характерен резкий рост обратного тока при незначительном обратном напряжении – обычно несколько вольт. На основе этого эффекта работают туннельные диоды.

Благодаря своим свойствам туннельные диоды используются в усилителях, генераторах синусоидальных релаксационных колебаний и переключающих устройствах на частотах до сотен и тысяч мегагерц.

Лавинный пробой.

Лавинный пробой заключается в том, что под действием сильного электрического поля неосновные носители зарядов под действием тепла в p-n переходе ускоряются на столько, что способны выбить из атома один из его валентных электронов и перебросить его в зону проводимости, образовав при этом пару электрон — дырка. Образовавшиеся носители зарядов тоже начнут разгоняться и сталкиваться с другими атомами, образуя следующие пары электрон – дырка. Процесс приобретает лавинообразный характер, что приводит к резкому увеличению обратного тока при практически неизменном напряжении.

Диоды, в которых используется эффект лавинного пробоя используются в мощных выпрямительных агрегатах, применяемых в металлургической и химической промышленности, железнодорожном транспорте и в других электротехнических изделиях, в которых может возникнуть обратное напряжение выше допустимого.

Тепловой пробой.

Тепловой пробой возникает в результате перегрева p-n перехода в момент протекания через него тока большого значения и при недостаточном теплоотводе, не обеспечивающем устойчивость теплового режима перехода.

При увеличении приложенного к p-n переходу обратного напряжения (Uобр) рассеиваемая мощность на переходе растет. Это приводит к увеличению температуры перехода и соседних с ним областей полупроводника, усиливаются колебания атомов кристалла, и ослабевает связь валентных электронов с ними. Возникает вероятность перехода электронов в зону проводимости и образования дополнительных пар электрон — дырка. При плохих условиях теплоотдачи от p-n перехода происходит лавинообразное нарастание температуры, что приводит к разрушению перехода.

На этом давайте закончим, а в следующей части рассмотрим устройство и работу выпрямительных диодов, диодного моста.
Удачи!

1. Борисов В.Г — Юный радиолюбитель. 1985г.
2. Горюнов Н.Н. Носов Ю.Р — Полупроводниковые диоды. Параметры, методы измерений. 1968г.

Терминология русским языком

Последовательное включение радиодеталей — это когда детали соединены между собой только одной стороной, т.е. последовательно:

Параллельное включение радиодеталей — это когда детали соединены между собой в двух точках — в начале и в конце:

Напряжение — сила, с которой электричество «вдавливается» в провод, чтобы создать его ток.
Аналогична разности давления в начале и конце трубопровода, зависящей от силы насоса, загоняющего воду в трубу.
Измеряется в вольтах (В).

Ток — «количество электричества», проходящее по проводу в единицу времени.
Аналогичен количеству проходящей воды в трубе.
Измеряется в Амперах (А).

Сопротивление — сила, препятствующая прохождению электричества.
Аналогично сужению трубы, препятствующему свободному протоку воды.
Измеряется в омах (Ом).

Мощность — характеристика, отражающая способность, например, резистора без вреда для себя (перегрева или разрушения) пропускать электрический ток.
Аналогична толщине стенок места сужения трубы.

Постоянный ток — это когда электричество течёт постоянно в одну сторону, от плюса к минусу.
Это батарейки, аккумуляторы, ток после выпрямителей.
Аналогичен потоку воды, гоняемой насосом по закольцованной трубе в одну сторону.

Падение напряжения — разность потенциалов до и после детали, дающей сопротивление электрическому току, то есть напряжение, замеренное на контактах этой детали.
Аналогично разности давления воды, гоняемой насосом по кругу, до и после одного из сужений трубы.

Переменный ток — это когда электричество течёт то вперёд, то назад, меняя направление движения на противоположное с определённой частотой, например 50 раз в секунду.
Это электрическая сеть освещения, розетки. В них один провод (ноль) является общим, относительно которого а другом проводе (фазе) напряжение то положительное, то отрицательное. В результате при включении в розетку, например, электрочайника, ток в нём течёт то в одну, то в другую сторону.
Аналогичен движению воды, которую насос через трубу (фазу), опущенную сверху, то выдавливает в бак (ноль), то всасывает из него.

Частота переменного тока — число полных циклов (периодов) изменения направления тока (туда-обратно) за секунду.
Измеряется в герцах (Гц). Один период за секунду равен частоте в 1 герц.
Переменный ток имеет прямой и обратный (т.е. положительный и отрицательный) полупериод.
В Российских бытовых электросетях (в розетках и в лампочках) частота равна 50 герцам.

Важнейшие характеристики светодиодов:

Светодиод — это полупроводник. Он пропускает через себя ток только в одном направлении (также, как и обычный диод). В этот момент он и зажигается. Поэтому при подключении светодиода важна полярность его подключения. Если же светодиод подключается к переменному току (полярность которого меняется, например, 50 раз в секунду, как в розетке), то светодиод будет пропускать ток в одном полупериоде и не пропускать в другом, то есть быстро мигать, что, впрочем, практически незаметно для глаза.

Замечу, что при подключении светодиода к переменному току необходимо обезопасить его от действия напряжения обратного полупериода, поскольку максимально допустимое обратное напряжение большинства индикаторных светодиодов лежит в пределах единиц вольт. Для этого параллельно светодиоду но с обратной полярностью нужно включить любой кремниевый диод, который даст току течь в обратном направлении и организует на себе падение напряжения, не превышающее максимально допустимое обратное напряжение светодиода.

Минус (катод) светодиода обычно помечается небольшим спилом корпуса или более коротким выводом. При отсутствии указанных меток полярность можно определить и опытным путём, кратковременно подключая светодиод к питающему напряжению через соответствующий резистор. Однако это не самый удачный способ определения полярности. Кроме того, во избежание теплового пробоя светодиода или резкого сокращения срока его службы, нельзя определять полярность «методом тыка» без соответствующего резистора!

2. Напряжение питания и падение напряжения.

Напряжение питания — параметр для светодиода неприменимый. Нет у светодиодов такой характеристики, потому что нельзя подключать светодиоды к источнику питания напрямую. Главное, чтобы напряжение, от которого (через резистор) питается светодиод, было выше прямого падения напряжения светодиода (прямое падение напряжения указывается в характеристике вместо напряжения питания и у обычных индикаторных светодиодов колеблется в среднем от 1,8 до 3,6 вольт).

Напряжение питания не может являться характеристикой светодиода, поскольку для каждого экземпляра светодиода одного и того же номинала подходящее для него напряжение может быть разным. Включив несколько светодиодов одного и того же номинала параллельно, и подключив их к напряжению, например, 2 вольта, мы рискуем из-за разброса характеристик быстро спалить одни экземпляры и недосветить другие. Поэтому при подключении светодиода надо отслеживать не напряжение, а ток.

Номинальный ток большинства индикаторных светодиодов соответствует либо 10, либо 20 миллиамперам (у зарубежных светодиодов чаще указывают 20 мА), и регулируется он индивидуально для каждого светодиода сопротивлением последовательно включенного резистора. Кроме того, мощность резистора не должна быть ниже расчётного уровня, иначе он может перегреться. Местоположение резистора (со стороны плюса светодиода или со стороны минуса) безразлично.

Поскольку светодиоду важно, чтобы его ток соответствовал номинальному, становится ясно, почему его нельзя подключать к напряжению питания напрямую. Если, например, при напряжении 1,9 вольта ток равен 20 миллиамперам, то при напряжении 2 вольта ток будет равен уже 30 миллиамперам. Напряжение изменилось всего на десятую часть вольта, а величина тока подскочила на 50% и существенно сократила жизнь светодиоду. А если включить в цепь последовательно со светодиодом даже приблизительно рассчитанный резистор, то он произведёт гораздо более тонкую регулировку тока.

Расчет ограничивающего ток резистора
Сопротивление резистора:

R = (Uпит. — Uпад.) / (I * 0,75)

— R — сопротивление резистора в омах.
— Uпит. — напряжение источника питания в вольтах.
— Uпад. -прямое падение напряжения на светодиоде в вольтах (указывается в характеристиках и обычно находится в районе 2-х вольт). При последовательном включении нескольких светодиодов величины падений напряжений складываются.
— I — максимальный прямой ток светодиода в амперах (указывается в характернистиках и составляет обычно либо 10, либо 20 миллиамперам, т. 2 / R

— P — мощность резистора в ваттах.
— Uпит. — действующее (эффективное, среднеквадратичное) напряжение источника питания в вольтах.
— Uпад. — прямое падение напряжения на светодиоде в вольтах (указывается в характеристиках и обычно находится в районе 2-х вольт). При последовательном включении нескольких светодиодов величины падений напряжений складываются. .
— R — сопротивление резистора в омах.

Ограничение обратного напряжения при подключении светодиода к переменному току

При подключении светодиода к переменному току необходимо ограничить влияние опасного для него напряжения обратного полупериода. У большинства светодиодов предельно допустимое обратное напряжение составляет всего около 2 вольт, а поскольку светодиод в обратном направлении заперт и ток по нему практически не течёт, то падение напряжения на нём становится полным, то есть равным напряжению питания. В результате на выводах диода оказывается полное напряжение питания обратного полупериода.

Для того, чтобы создать на светодиоде приемлимое падение напряжения для обратного полупериода, надо пропустить «через него» обратный ток. Для этого параллельно светодиоду, но с обратной полярностью, надо включить любой кремниевый диод (маркировка начинается на 2Д… или КД…), который рассчитан на прямой ток не менее того, что течёт в цепи (напр. 10 мА).

Диод пропустит проблемный полупериод и создаст на себе падение напряжения, являющегося обратным для светодиода. В результате обратное напряжение светодиода станет равным прямому падению напряжения диода (для кремниевых диодов это примерно в 0,5–0,7 В), что ниже ограничения большинства светодиодов в 2 вольта. Обратное же максимально допустимое напряжение для диода значительно выше 2 вольт, и в свою очередь с успехом снижается прямым падением напряжения светодиода. В результате все довольны.

Исходя из соображения экономии места, предпочтение следует отдать малогабаритным диодам (например, диоду КД522Б, который используется, кстати, в сетевых фильтрах «Пилот» именно для этой цели). Вместо кремниевого диода можно также поставить второй светодиод с аналогичным или более высоким максимальным прямым током, но при условии, что для обоих светодиодов падение напряжения одного светодиода не будет превышать максимально допустимое обратное напряжение другого.

Примечание: Некоторые радиолюбители не защищают светодиод от обратного напряжения, аргументируя это тем, что светодиод и так не перегорает. Тем не менее такой режим опасен. При обратном напряжении свыше указанного в характеристиках светодиода (обычно 2 В) при каждом обратном полупериоде в результате воздействия сильного электрического поля в р-n-переходе, происходит электрический пробой светодиода и через него проходит ток в обратном направлении.

Сам по себе электрический пробой обратим, т. е. он не приводит к повреждению диода, и при снижении обратного напряжения свойства диода восстанавливаются. Для стабилитронов, например, это вообще рабочий режим. Тем не менее этот дополнительный ток, хоть он и ограничен резистором, может вызвать перегрев р-n-перехода светодиода, в результате чего произойдёт необратимый тепловой пробой и дальнейшее разрушение кристалла. Поэтому не стоит лениться ставить шунтирующий диод. Тем более для этого подходит практически любой кремниевый диод, поскольку у них (в отличие от германиевых) малый обратный ток, а следовательно он не будет забирать его на себя, снижая яркость шунтируемого светодиода.

Наиболее распространённые ошибки при подключении светодиодов

1. Подключение светодиода напрямую к источнику питания без ограничителя тока (резистора или специальной микросхемы-драйвера). Обсуждалось выше. Светодиод быстро выходит из строя из-за плохо контролируемой величины тока.

2. Подключение параллельно включенных светодиодов к общему резистору. Во-первых, из-за возможного разброса параметров, светодиоды будут гореть с разной яркостью. Во-вторых, что более существенно, при выходе из строя одного из светодиодов, ток второго возрастёт вдвое, и он может тоже сгореть. В случае использования одного резистора целесообразнее подключать светодиоды последовательно. Тогда при расчёте резистора ток оставляем прежним (напр. 10 мА), а прямое падение напряжения светодиодов складываем (напр. 1,8 В + 2,1 В = 3,9 В).

3. Включение последовательно светодиодов, рассчитанных на разный ток. В этом случае один из светодиодов будет либо работать на износ, либо тускло светиться — в зависимости от настройки тока ограничивающим резистором.

Диодом называют полупроводниковый прибор с одним p-n переходом, который имеет два выхода (катод и анод), он предназначен для стабилизации, выпрямления, модуляции, детектирования, преобразования и ограничения электрических сигналов обратного тока.

В своем функциональном назначении диоды разделяют на импульсные, выпрямительные, универсальные, стабилитроны, СВЧ-диоды, туннельные, варикапы, переключающие диоды и т.п.

В теории нам известно, что диод пропускает ток лишь в одну торону. Однако, не многим известно и понятно каким именно образом он это делает. Схематически диод можно себе представить в виде кристалла состоящего из 2-х областей (полупроводников). Одна из этих областей кристалла обладает проводимостью n-типа, а другая — проводимостью p-типа.

На рисунке находятся дырки, преобладающие в области n-типа, которые изображено синими кругами, а электроны, преобладающие в области p-типа — красными. Две эти области являются электродами диода катодом и анодом:

Катод – это отрицательный электрод диода, основными носителями заряда которого являются электроны.

Анод – это положительный электрод диода, основными носителями заряда которого являются дырки.

На внешних поверхностях областей нанесены контактные металлические слои, к которым припаяны проволочные выводы электродов диода. Прибор такого рода может находиться исключительно в одном из двух состояний:

1. Закрытое – это когда он плохо проводит ток;

2. Открытое – это когда он хорошо проводит ток.

Обратное включение диода. Обратный ток.

Диод окажется в закрытом состоянии, если применить полярность источника постоянного напряжения.

В таком случае электроны из области n-типа начнут перемещение к положительному полюсу источника питания, отдаляясь от p-n перехода, и дырки, в области p-типа, тоже будут отдаляться от p-n перехода, перемещаясь к отрицательному полюсу источника питания. В конце концов граница областей расширится, отчего образуется зона объедененная электронами и дырками, которая будет оказывать огромное сопротивление току.

Однако, в каждой из областей диода присутствуют неосновные носители заряда, и небольшой обмен электронами и дырками между областями все же будет происходить. Поэтому через диод будет протекать во много раз меньший ток, чем прямой, и этот ток называют обратным током диода. На практике, как правило, обратным током p-n перехода пренебрегают, и отсюда получается, что p-n переход обладает лишь односторонней проводимостью.

На какой ток и напряжение должен быть рассчитан диодный мост или диоды для выпрямителя.

Начну с того, что напомню, что диоды являются полупроводниками. Они имеют прямое и обратное включение. При прямом своем включении на них подается постоянное напряжение такой же полярности, то есть к плюсу диода (аноду) подключается плюс питания, ну, а на минус диода (катоду) подключается минус питания. В этом случае полупроводник будет пропускать через себя ток, он будет открыт. При этом на нем образуется некоторое падение напряжения около 0,3-1,2 вольта.

С увеличением подаваемого напряжения расти будет только сила тока, проходящего через диод. Напряжение при прямом включении будет оставаться практически неизменным (его изменение можно считать крайне незначительным). При обратном включении диода на его плюс (анод) подается уже минус питания, а на минус диода (катод) подается плюс питания. При таком варианте подключения диод находится в закрытом состоянии, он не пропускает через себя ток. На нем будет оседать все то напряжение, что подается от источника питания.

Ну, а теперь ближе к нашей теме, на какой именно ток и напряжение должен быть рассчитан диодный мост или диоды для него. Каждый тип диодов, мостов имеет свои максимальные значения тока при прямом включении и максимальные обратные напряжения. То есть, это те значения, не превышая которые полупроводник будет гарантированно работать в своем нормальном режиме. Вероятность его пробоя и последующего выхода из строя минимальна. Если же действующие значения прямого тока и обратного напряжения будут больше максимально допустимых, то скорей всего диод еще будет продолжать работать, но вероятность его поломки очень сильно возрастает. Достаточно будет незначительного всплеска или перепада тока или напряжения, чтобы вывести полупроводник из строя. Хотя тут нужно учитывать, что более качественные компоненты могут выдержать такую перегрузку, чего не скажешь о дешевых копиях и подделках.

По нормальному при покупке диодов и диодных мостов, выпрямителей нужно чтобы был минимум 25% запас, как по прямому току, так и по обратному напряжению. А поскольку пользы от запаса будет больше, чем затраты по деньгам, то лучше этот самый запас основных характеристик полупроводников делать 50% или даже 100%. В этом случае вы точно будете знать, что ваш диод, диодный мост вполне справиться не только с действующим током и напряжением, а и без особых перегрузок выдерживает случайные всплески, скачки электроэнергии. Иными словами говоря. Ваш блок питания рассчитан на максимальный ток до 3 А. Значит в этот БП нужно поставить диоды на мост с максимальным током 4-6 А. Также и с обратным напряжением. И старайтесь приобретать именно качественные элементы, от хороших фирм производителей, поскольку они более надежны в своей работе.

Также стоит брать во внимание тот факт, что существует два вида пробоя диодов и диодных мостов, это тепловой и электрический. Тепловой пробой случается по причине чрезмерного перегрева полупроводника. Большинство полупроводников сделаны из кремния, у которого критическая температура лежит в пределах 150-180 °C. То есть, при этих значениях кремний просто начинает безвозвратно разрушаться. Максимально допустимым значением, при котором кремниевые полупроводники могут нормально работать это температуры  до 60-80 °C. Причем это еще связано и с тем, что при увеличении температуры на полупроводнике его рабочие характеристики ухудшаются, что также стоит учитывать. Нагрев полупроводников вызывает именно протекание больших токов. Величина напряжения косвенно может влиять на количество тепловыделения. Для снижения температуры, когда диодам и выпрямительным мостам приходится работать с большими токами, используют дополнительные охлаждающие радиаторы. В особых случаях даже ставятся вентиляторы, для охлаждения имеющегося радиатора.

Электрический пробой происходит из-за чрезмерного обратного напряжения, что возникает при обратном включении полупроводника. То есть, если тепловой пробой возникает из-за большого тока, то электрический пробой возникает из-за большого напряжения. В некоторых случаях полупроводник восстанавливает свою работоспособность после снятия с него питания и повторного включения схемы. Но при значительных повреждениях полупроводник может уже не работать. Он либо становиться полным диэлектриком либо полным проводником. В этом случае вернуть работоспособность схемы поможет только полная замена пробитых полупроводников.

Также величину максимального тока и обратного напряжения имеющегося диода или диодного моста можно увеличить путем добавления дополнительных полупроводников. То есть, если мы параллельно диоду или мосту припаять еще один такой же диод или мост, то их максимальные токи суммируются. Мы получим увеличенное значение максимального прямого тока, что способны выдержать эти полупроводники, работая вместе. Чтобы увеличить обратное напряжение, то диоды нужно в мосте уже спаивать последовательно, с тем же направлением, что и у имеющегося полупроводника. После такого соединения обратные напряжения также суммируются. При таких параллельных и последовательных соединениях полупроводников нужно чтобы компоненты были одинакового типа.

P.S. Кроме максимальных значений прямого тока и обратного напряжения нужно учитывать и другие не менее важные характеристики, такие как рабочая частота полупроводника, температурные отклонения характеристик, величина падения напряжения при прямом включении и т.д. И еще раз повторюсь, при покупке диодов и диодных мостов обязательно делайте запас по их максимальным значениям главных характеристик, как минимум от 25% и выше.

Принципы работы переключающих диодов

: работа, типы и анализ цепей

Переключающие диоды

— это разновидность полупроводниковых диодов. Они специально разработаны и изготовлены для включения и выключения цепи. Как следует из названия, это диод с функцией переключения.

Каталог

Ⅰ Введение

Переключающие диоды — это разновидность полупроводниковых диодов. Они специально разработаны и изготовлены для включения и выключения цепи.Как следует из названия, это диод с функцией переключения. Этот диод пропускает ток (ВКЛ), когда напряжение подается в прямом направлении, и останавливает (ВЫКЛ) ток, когда напряжение подается в обратном направлении. По сравнению с другими диодами, время обратного восстановления (trr) мало, то есть время, которое переключающий диод переходит из включенного состояния в полностью выключенное состояние, мало. Общие переключающие диоды имеют серии 2AK, 2DK и другие, в основном используемые в электронных компьютерах, импульсах и схемах переключения.

Ⅱ Принцип работы переключающих диодов

Когда полупроводниковый диод включен, это эквивалентно включению переключателя (цепь включена). Когда он выключен, это эквивалентно размыканию переключателя (цепь выключена). Из-за характеристик однонаправленной проводимости полупроводниковых диодов, PN-переход включается при положительном смещении, а сопротивление в открытом состоянии очень мало, от десятков до сотен Ом; при обратном смещении он выключен, а сопротивление у него очень большое.Обычный кремниевый диод имеет сопротивление более 10 МОм, а германиевая трубка также имеет сопротивление от десятков тысяч до сотен тысяч Ом. Используя эту функцию, диод будет играть роль в управлении током включения или выключения в цепи, что делает его идеальным электронным переключателем.

Структура переключающего диода

Приведенное выше описание применимо к любому обычному диоду или принципу самого диода. Но для переключающих диодов наиболее важной особенностью является работа на высоких частотах.В условиях высоких частот барьерная емкость диода имеет чрезвычайно низкий импеданс и включена параллельно диоду. Когда емкость этого барьерного конденсатора достигает определенного уровня, это серьезно влияет на коммутационные характеристики диода. В экстремальных условиях диод может закоротить. Высокочастотный ток больше не проходит через диод, а напрямую идет в обход барьерной емкости, и диод выходит из строя. Барьерная емкость переключающего диода обычно очень мала, что эквивалентно блокированию пути барьерной емкости, что обеспечивает эффект поддержания хорошей однонаправленной проводимости при высокой частоте.

Принципиальная схема переключающих диодов

Ⅲ Рабочие характеристики переключающих диодов

Время от выключения (состояние высокого сопротивления) до проводимости (состояние низкого сопротивления) переключающего диода называется временем включения. Время от включения до конца называется временем обратного восстановления. Сумма двух времен называется временем переключения. Обычно время обратного восстановления больше времени включения, поэтому в рабочих параметрах переключающего диода указывается только время обратного восстановления.Скорость переключения переключающего диода довольно высокая. Время обратного восстановления кремниевого переключающего диода составляет всего несколько наносекунд. Даже у германиевого переключающего диода время обратного восстановления составляет всего несколько сотен наносекунд.

Переключающий диод обладает такими характеристиками, как высокая скорость переключения, небольшой размер, длительный срок службы и высокая надежность. Он широко используется в схемах переключения, схемах обнаружения, схемах высокочастотного и импульсного выпрямления, а также схемах автоматического управления электронным оборудованием.

Когда прямое напряжение подается на два полюса переключателя, диод находится во включенном состоянии, что эквивалентно включенному состоянию переключателя. Когда на переключающий диод подается обратное напряжение, диод находится в выключенном состоянии, что эквивалентно выключенному состоянию переключателя. Переключающие диоды используют эту функцию для достижения лучших характеристик переключения, более высокой скорости переключения, меньшей емкости PN-перехода, меньшего внутреннего сопротивления во время проводимости и большего сопротивления в выключенном состоянии.

(1) Время включения. Переключающему диоду требуется время для включения с момента отключения, что называется временем включения. Чем короче на этот раз, тем лучше.

(2) Время обратного восстановления. После включения переключающего диода прямое напряжение снимается. Время, необходимое для того, чтобы диод включился и выключился, называется временем обратного восстановления. Чем короче на этот раз, тем лучше.

(3) Время переключения. Сумма времени включения и времени обратного восстановления называется временем переключения.Чем короче на этот раз, тем лучше.

Ⅳ Типы переключающих диодов

Переключающие диоды делятся на обычные переключающие диоды, высокоскоростные переключающие диоды, сверхбыстродействующие переключающие диоды, маломощные переключающие диоды, переключающие диоды с высоким обратным давлением, кремниевые переключающие диоды напряжения, и так далее. Форма корпуса переключающего диода включает пластиковый корпус и поверхностный корпус.

Форма переключающего диода

1 Обычный переключающий диод

Обычно используемые переключающие диоды общего назначения представляют собой германиевые переключающие диоды серии 2AK.В таблице ниже представлены основные параметры переключающих диодов серии 2AK.

Основные параметры переключающих диодов серии 2AK

2 Высокоскоростной переключающий диод

Высокоскоростные переключающие диоды имеют более короткое время обратного восстановления, чем обычные переключающие диоды, и имеют более высокие частоты включения и выключения. Обычно используемые в быту быстродействующие переключающие диоды — это серия 2CK, серия 1N, серия 1S, серия 1SS (пластиковый корпус с выводами) и серия RLS (поверхностный монтаж).

Параметры модели высокоскоростного диода

3 Сверхбыстрый переключающий диод

Обычно используются сверхвысокоскоростные диоды серии 1SS (корпус из свинцового пластика) и серия RLS (корпус на поверхности).

Параметры модели сверхбыстрого переключающего диода

4 Маломощный переключающий диод

Маломощные переключающие диоды имеют меньшее энергопотребление, но их емкость при нулевом смещении и время обратного восстановления ниже те из высокоскоростных переключающих диодов.Обычно используемые маломощные переключающие диоды — это серия RLS (поверхностный корпус) и серия 1SS (пластиковый корпус с выводами).

Параметры переключающего диода малой мощности

5 Переключающий диод высокого противодавления

Напряжение обратного пробоя переключающих диодов высокого обратного напряжения выше 220 В, но его емкость смещения нуля и значение времени обратного восстановления относительно большой. Обычно используемые переключающие диоды с высоким противодавлением — это серия RLS (поверхностный корпус) и серия 1SS (свинцовый пластиковый корпус).

Параметры модели переключающего диода высокого противодавления

6 Кремниевых переключающих диодов напряжения

Кремниевые переключающие диоды напряжения — это новый тип полупроводникового прибора, который подразделяется на однонаправленные переключающие диоды напряжения и двунаправленные переключающие напряжения диоды. Они в основном используются в триггерах, схемах защиты от перенапряжения, генераторах импульсов и высоковольтных выходах, задержках, электронных переключателях и других схемах.

Основные параметры двух обычно используемых кремниевых диодов переключения напряжения

Чертеж однонаправленного диода переключения напряжения и графические символы схемы

Однонаправленные диоды переключения напряжения также называются поворотными диодами. Они состоят из кремниевых полупроводниковых материалов с четырехслойной структурой PnPN. Положительное направление — это переключение с отрицательным сопротивлением (это означает, что когда приложенное напряжение повышается до положительного значения напряжения поворота, переключающий диод переходит из выключенного состояния во включенное состояние, то есть изменяется с высокого сопротивления на низкое сопротивление) , а обратная — устойчивая характеристика.Двунаправленный диод напряжения состоит из пятислойного кремниевого полупроводникового материала NPnPN, и его прямое и обратное направления имеют одинаковые характеристики переключения с отрицательным сопротивлением.

Контурный рисунок и графический символ схемы двунаправленного переключающего диода напряжения

Ⅴ Анализ типовой схемы применения переключающих диодов

1. На рисунке ниже показана типичная схема переключения диодов. VD1 в цепи представляет собой переключающий диод, а L1 и конденсатор C1 образуют параллельный LC-резонансный контур.

(1) Когда переключатель S1 выключен, напряжение постоянного тока + V не может быть добавлено к положительному полюсу VD1. В это время VD1 отключен, и сопротивление между положительным и отрицательным полюсами очень велико. Таким образом, C2 не может быть подключен к цепи из-за разомкнутой цепи VD1. L1 работает параллельно с C1, который составляет параллельный резонансный контур LC.

(2) Когда переключатель S1 включен, постоянное напряжение + V подается на положительный электрод VD1 через S1 и R1, чтобы включить VD1.Сопротивление между положительным электродом и отрицательным электродом очень мало, что эквивалентно соединению между положительным электродом и отрицательным электродом VD1. Таким образом, C2 подключается к цепи и включается параллельно конденсатору C1. L1, C1 и C2 образуют параллельный LC-резонансный контур.

В двух вышеупомянутых состояниях, из-за разной емкости в параллельном резонансном контуре LC, в одном случае используется только C1, а в другом — параллельные C1 и C2.Когда емкость отличается, резонансная частота параллельного резонансного контура LC отличается. Следовательно, реальная роль контура, в котором расположен VD1, заключается в управлении резонансной частотой параллельного резонансного контура LC.

Когда в схеме есть переключатель, анализ схемы берет случай включения и выключения в качестве примера для анализа рабочего состояния схемы. Следовательно, когда в схеме появляются переключающие элементы, они могут дать идеи для анализа схемы.Сигнал в параллельном резонансном контуре LC добавляется к положительному полюсу VD1 через C2. Но поскольку амплитуда сигнала в резонансном контуре относительно мала, положительная амплитуда сигнала полупериода, приложенная к положительному полюсу VD1, очень мала и не сделает VD1 проводящим.

2. Анализ принципа работы аналогичных схем

Как показано на рисунке, VD1 в схеме представляет собой переключающий диод, а управляющее напряжение подается на положительный электрод VD1 через R1.Управляющее напряжение представляет собой прямоугольное импульсное напряжение, форма волны которого показана на рисунке.

Когда управляющее напряжение равно 0 В, VD1 не может быть включен. Это эквивалентно разомкнутой цепи. В настоящее время это не влияет на цепи L1 и C1, а также L2 и C2. Когда управляющее напряжение высокое, управляющее напряжение включает переключающий диод VD1. Сигнал переменного тока в точке A в цепи заземляется через проводящий VD1 и конденсатор C3, что эквивалентно заземлению переменного тока в точке A в цепи, что делает цепи L2 и C2 неработоспособными.

Из приведенного выше анализа можно увидеть, что диод VD1 в цепи эквивалентен переключателю, который контролирует, заземлен ли сигнал переменного тока в точке A в цепи.

Ⅵ Как проверить переключающие диоды?

1. Проверить полярность

Переключение мультиметра в диапазоне R & times; 100 или R & times; 1k. Два измерительных провода должны быть подключены к двум электродам диода соответственно. После первого теста поменяйте местами два тестовых провода и повторите тест.Среди результатов двух тестов один — большее значение сопротивления (обратное сопротивление), а другой — меньшее значение сопротивления (прямое сопротивление). В тесте с малым сопротивлением черный измерительный провод подключается к аноду диода, а красный измерительный провод подключается к катоду диода.

2. Обнаружение одиночных отрицательных проводящих характеристик и оценка хорошего или плохого

Как правило, значение прямого сопротивления диода из германиевого материала составляет около 1 кОм, а значение обратного сопротивления — около 300.Значение сопротивления диода из кремниевого материала составляет около 5 кОм, а значение обратного сопротивления — ∞ (бесконечность). Чем меньше прямое сопротивление, тем лучше, а чем больше обратное сопротивление, тем лучше. Чем больше разница между прямым и обратным сопротивлением, тем лучше однонаправленная проводимость диода. Если измеренные значения прямого и обратного сопротивления диода близки к 0 или значение сопротивления небольшое, это означает, что диод вышел из строя коротким замыканием или поврежден.Если измеренные значения положительного и отрицательного сопротивления диода бесконечны, это означает, что диод был открыт и поврежден.

Статья Рекомендация:

Что такое лавинные диоды?

Диоды Шоттки: принцип, функции и применение

Время обратного восстановления — обзор

11.1.3 Диоды

Существует множество различных диодов (выпрямителей). К важным параметрам относятся: напряжение обратного пробоя, номинальный прямой ток (средний и пиковый), падение напряжения в прямом направлении, время восстановления в обратном направлении и ток обратной утечки.

Диоды Шоттки

имеют наименьшее прямое падение напряжения и наименьшее время обратного восстановления, но они более дороги, чем стандартные диоды, и обычно имеют ограниченный диапазон обратного напряжения пробоя. Вместо полупроводникового перехода P- и N-типа диод Шоттки имеет переход полупроводника и металла N-типа. Обратная утечка выше, чем у большинства диодов с P – N переходом. Они используются во многих приложениях, включая защиту от обратной полярности и в качестве диодов маховика в схемах переключения низкого напряжения.Обратите внимание, что прямое падение напряжения на переходе Шоттки имеет тенденцию увеличиваться с номинальным напряжением диода, поэтому используйте самое низкое номинальное напряжение, подходящее для сведения потерь проводимости к минимуму.

Диоды иногда обозначают временем обратного восстановления. Когда напряжение на диоде внезапно меняется на противоположное, начальный ток протекает в обратном направлении. Время обратного восстановления ( T _rr ) — это время, необходимое для прекращения проводимости при обратном смещении диода.Иногда даются ярлыки быстро, сверхбыстро и сверхбыстро. Стандартный выпрямительный диод, такой как 1N4007, имеет типичное время обратного восстановления 30 мкс, но сверхбыстрая версия UF4007 имеет T _rr = 75 нс, что примерно в 500 раз быстрее. Более современные устройства намного быстрее, например, STTh2R06 — это выпрямитель на 600 В, 1 А с T _rr ∼ 30 нс.

В настоящее время высоковольтные диоды Шоттки доступны от нескольких поставщиков, особенно от Cree и ST Microelectronics.Они известны как диоды из карбида кремния (SiC) и рассчитаны на напряжение от 600 В до более 1 кВ. Этот тип диодов очень полезен в таких схемах, как повышающие схемы с коррекцией коэффициента мощности и понижающие схемы высокого напряжения, высокого тока, где короткое время обратного восстановления предотвращает высокие коммутационные потери. Они, как правило, дороже, чем диоды со сверхбыстрым переходом.

Более короткое время обратного восстановления снижает коммутационные потери. Это связано с тем, что обратный ток часто протекает через переключатель MOSFET, когда напряжение на MOSFET высокое, поэтому более короткое время дает меньшие потери.Однако «мгновенный» диод может иногда создавать радиопомехи (EMI) из-за быстрого выключения, вызывающего высокочастотный звон. В некоторых приложениях следует использовать диод с «мягким восстановлением», где скорость выключения в условиях обратного смещения высока, но с контролируемой скоростью изменения. Если необходимо использовать более медленные диоды, может потребоваться замедление скорости переключения MOSFET путем добавления резистора последовательно с затвором, чтобы предотвратить перегрев диода.

В источниках питания с обратным ходом через первичную обмотку размещается последовательно соединенная RC-демпферная цепь для предотвращения очень высоких напряжений при выключении переключателя MOSFET.В некоторых демпфирующих схемах используется диод средней скорости, соединенный последовательно с резистором, так что диод блокирует ток во время включения переключателя, но проводит в обоих направлениях в течение примерно 250 нс после выключения переключателя. Это позволяет любому звенящему току протекать через резистор и, таким образом, быстро затухать. В качестве альтернативы, быстрый диод, соединенный последовательно с высоковольтным стабилитроном (два анода, соединенных вместе), может использоваться для ограничения звона.

Время обратного восстановления диода

Диод, когда он работает в состоянии прямого смещения, имеет почти нулевую область истощения.То есть приложенное внешнее напряжение питания будет использоваться устройством для преодоления барьерного потенциала, который налагается на него из-за присутствия неподвижных носителей заряда в его обедненной области. Теперь представьте, что это напряжение смещается в обратном направлении, инвертируя полярности, подключенные к клеммам диода. В идеале это должно немедленно перевести диод из включенного состояния в выключенное. То есть ожидается, что диод, который проводит ток в прямом направлении, немедленно перестанет проводить.

Однако на практике это невозможно, поскольку поток основных носителей заряда через диод не прекращается прямо в момент реверсирования смещения. Фактически, им потребуется определенное время перед остановкой, и это время известно как время обратного восстановления диода .

В течение этого времени обратного восстановления диода можно увидеть, что через диод будет протекать довольно большой ток, но в противоположном направлении (I _rr на рисунке 1).Однако его величина уменьшается и насыщается до значения обратного тока насыщения, как только временная шкала пересекает время обратного восстановления (t _rr ) диода. Графически можно описать время обратного восстановления диода как общее время, которое начинается с момента, когда обратный ток начинает течь через диод, до момента времени, когда он достигает нуля (или любого другого заранее заданного значения). низкий уровень, скажем 25% от I _rr на рисунке) при распаде (t _d ) при достижении своих отрицательных максимумов (t _p ).

Отношение этих двух временных факторов (а именно, t _p и t _d ) известно как коэффициент мягкости. В случае нормального диода время затухания тока (t _d ) будет меньше по сравнению со временем, которое требуется току для достижения своего отрицательного пика (t _p ). С другой стороны, для диода с мягким восстановлением ситуация будет обратной. То есть здесь t _d будет больше по сравнению с t _p . Мы можем видеть, что коэффициент мягкости дает меру потерь полупроводника, возникающих при переключении.Это соотношение больше; больше будут потери переключения. Из этого можно сделать вывод, что при использовании диодов с мягким восстановлением потери при переключении полупроводников больше, чем при использовании обычных диодов.

Это явление обратного восстановления в основном является паразитным эффектом, наблюдаемым в случае диодов, и, как видно, зависит от уровня легирования кремния и его геометрии. Кроме того, видно, что даже температура перехода, скорость падения прямого тока и значение прямого тока непосредственно перед подачей обратного смещения также влияют на его значение.Больше время обратного восстановления; медленнее будет диод и наоборот. Таким образом, предпочтительны диоды с меньшим временем обратного восстановления, особенно когда требуется высокая скорость переключения. Более того, в течение этого временного интервала будет протекать значительный ток обратно к источнику питания, который обеспечивает питание диода. Следовательно, время обратного восстановления диода является важным конструктивным фактором, который мы должны учитывать при проектировании источников питания.

Отказы в коммутирующих регуляторах, вызванные временем включения диодов

Большинство проектировщиков схем знакомы с диодной динамикой. такие характеристики, как накопление заряда, зависящие от напряжения емкость и время обратного восстановления. Реже подтвержден и указан производителем — диод вперед время включения. Этот параметр описывает время требуется, чтобы диод включился и зажал его вперед падение напряжения. Исторически сложилось так, что это чрезвычайно короткое время, единицы наносекунд, было настолько мало, что пользователь и поставщик одинаково игнорировали это.Это редко обсуждается и почти нигде не указано. В последнее время переключение регулятора часов скорость и время перехода стали быстрее, что сделало диод время включения критическая проблема. Повышенные тактовые частоты обязана достигать меньшего размера магнитного поля; уменьшился время перехода несколько способствует общей эффективности, но в основном необходимо для минимизации нагрева ИС. На тактовых частотах за пределами 1 МГц потери времени перехода являются основными источник нагрева штампа.

Потенциальная трудность из-за времени включения диода заключается в том, что возникающее в результате кратковременное «перерегулирование» напряжения на диод, даже если ограничен наносекундами, может вызвать напряжение перенапряжения, вызывающее отказ микросхемы импульсного регулятора.Таким образом, требуется тщательное тестирование для квалификации данного диода. для конкретного приложения, чтобы обеспечить надежность. Это тестирование, что предполагает низкие потери окружающих компонентов и макет в финальном приложении, измеряет превышение включения напряжение только из-за паразитных диодов. Неправильно связанный выбор компонентов и компоновка внесут дополнительный вклад переоценить условия.

На рисунке 1 показаны типичные повышающие и понижающие напряжения. конвертеры. В обоих случаях предполагается, что диод зажимы переключают скачки напряжения на выводах до безопасных пределов.в в повышающем случае этот предел определяется максимумом контактов переключателя. допустимое прямое напряжение. Предел понижающего случая установлен по контактам переключателя максимально допустимое обратное напряжение.

Рисунок 1. Типичные повышающие / понижающие преобразователи напряжения. Предполагается, что напряжение на контакте переключателя диодных клещей превышает безопасные пределы.

Рисунок 2 показывает, что диоду требуется определенное время. чтобы зафиксировать его прямое напряжение. Это время прямого включения допускает кратковременные отклонения от номинального значения диода напряжение зажима, потенциально превышающее пробой ИС предел.Время включения обычно измеряется в наносекундах. затрудняет наблюдение. Дальнейшее осложнение состоит в том, что выброс при включении происходит при амплитуде крайность формы импульса, исключающая высокое разрешение измерение амплитуды. Эти факторы необходимо учитывать при разработке метода проверки включения диодов.

Рис. 2. Время прямого включения диода допускает кратковременное отклонение от номинального напряжения зажима диода, потенциально превышающее предел пробоя ИС.

На рисунке 3 показан концептуальный метод проверки диода. время включения.Здесь тест проводится при 1А, хотя могут использоваться другие токи. Импульс переходит на 1А в тестируемый диод через резистор 5 Ом. Напряжение времени включения Экскурсия измеряется непосредственно на тестируемом диоде. В фигура обманчиво проста на вид. В частности, текущий шаг должен быть исключительно быстрым и качественным переход и точное определение времени включения требует значительная полоса измерения.

Рис. 3. Концептуальный метод проверки времени включения диода при 1А.Входной шаг должен иметь исключительно быстрый переход с высокой точностью.

Более подробная схема измерения представлена ​​на Рисунке 4. Необходимые рабочие параметры для различных элементов вызываются. Генератор субнаносекундных импульсов с временем нарастания, Усилитель с временем нарастания 1 А, 2 нс и осциллограф на 1 ГГц требуется. Эти характеристики представляют собой реалистичные рабочие характеристики. условия; можно выбрать другие токи и время нарастания путем изменения соответствующих параметров.

Рисунок 4. Подробная схема измерения показывает необходимые параметры производительности для различных элементов.Требуются генератор субнаносекундных импульсов с временем нарастания, усилитель времени нарастания 1 А, 2 нс и осциллограф 1 ГГц.

Импульсный усилитель требует особого внимания к схеме. комплектация и компоновка. На рисунке 5 показан усилитель. включает в себя параллельный РЧ-транзистор, управляемый Дарлингтоном выходной каскад. Регулировка напряжения коллектора («время нарастания обрезать ») от Q4 до Q6 F _T ; входная RC-сеть оптимизирует чистота выходного импульса за счет небольшого замедления нарастания входного импульса время с точностью до полосы пропускания усилителя.Распараллеливание позволяет четвертому кварталу Q6 для работы при благоприятных индивидуальных токах, поддерживая пропускная способность. Когда (слегка интерактивная) чистота края и обрезки времени нарастания оптимизированы, Рисунок 6 показывает усилитель обеспечивает исключительно чистое время нарастания 2 нс выходной импульс без звона, посторонних компонентов или постперехода экскурсии. Такое исполнение делает диод практическое испытание времени включения. ¹

Рис. 5. Импульсный усилитель включает параллельный выходной каскад на ВЧ транзисторах с приводом Дарлингтона.Регулировка напряжения коллектора («Подстройка времени нарастания») Пики с Q4 по Q6 F _T , RC-сеть на входе оптимизирует чистоту выходного импульса. Схема с низкой индуктивностью является обязательной.

Рис. 6. Выход импульсного усилителя на 5 Ом. Время нарастания составляет 2 нс с минимальными аберрациями на вершине импульса.

На рисунке 7 показано полное время прямого включения диода. порядок измерения. Усилитель импульсов, управляемый генератором субнаносекундных импульсов, управляет диодом под тестом. Датчик Z0 контролирует точку измерения и питает осциллограф с частотой 1 ГГц. ² , ³ , ⁴

Рис. 7. Полная схема измерения времени прямого включения диода включает в себя генератор импульсов с субнаносекундным временем нарастания, усилитель импульсов, зонд Z0 и осциллограф с частотой 1 ГГц.

Испытательная установка для измерений, должным образом оснащенная и сконструирован, позволяет проверять время включения диода с отличным временное и амплитудное разрешение. ⁵ Цифры с 8 по 12 показать результаты для пяти различных диодов от разных производителей.Рисунок 8 (диод номер 1), постоянные выбросы состояние прямого напряжения в течение 3,6 нс, максимальное значение 200 мВ. Это лучшая производительность пятерки. Рисунки с 9 по 12 показывают увеличивающиеся амплитуду и время включения, которые подробно описано в подписях к рисункам. В худшем случае включить амплитуды превышают номинальное напряжение зажима более чем на 1 В, а время включения увеличивается на десятки наносекунд. Рисунок 12 завершает этот злополучный парад огромными временные и амплитудные ошибки. Такие блуждающие экскурсии могут и вызовет поломку и отказ регулятора IC.Урок здесь ясно. Время включения диода должно быть охарактеризовано и измеряется в любом приложении, чтобы гарантировать надежность.

Рис. 8. Устойчивое прямое напряжение с выбросами «диода № 1» в течение ≈3,6 нс, максимальное значение 200 мВ.

Рис. 9. Пики «диода № 2» ≈750 мВ перед установкой через 6 нс …> 2x постоянное прямое напряжение.

Рис. 10. Пики «Диода № 3» на 1 В выше номинального значения VFWD 400 мВ, ошибка 2,5 раза.

Рисунок 11. «Диод № 4» пики ≈750 мВ с длинными (обратите внимание на горизонтальный 2.5-кратное изменение шкалы) с отклонением от значения VFWD.

Рис. 12. Пики «Диода № 5» за пределами шкалы с расширенным хвостом (обратите внимание на более медленную горизонтальную шкалу по сравнению с рисунками с 8 по 10).

Банкноты

¹ Альтернативный подход к генерации импульсов появляется в Linear Technology Application Note 122 , Приложение F, «Другой способ сделать это».

^{2 зонда} Z0 описаны в Linear Technology Application Примечание 122 Приложение C, «О датчиках Z0.” См. Также ссылки с 27 по 34.

³ Требование к генератору субнаносекундных импульсов нетривиально. См. Раздел «Линейная технология ». Примечание 122 Приложение B, «Время нарастания субнаносекунды. Генераторы импульсов для богатых и бедных ».

⁴ См. Примечания по применению линейной линейной технологии 122 Приложение E, «Соединения, кабели, адаптеры, Аттенюаторы, датчики и пикосекунды »для соответствующих комментарий.

⁵ См. Примечание по применению линейной технологии 122 Приложение A, «Какова достаточная пропускная способность?» для обсуждение определения необходимого измерения пропускная способность.

Что такое смещение диодов? Описание диодов прямого и обратного смещения | Arrow.com

Диоды номинально проводят электричество в одном направлении, а подаваемое ими напряжение следует так называемой ориентации «прямого смещения». Если напряжение движется в противоположном направлении, мы называем эту ориентацию «обратным смещением». При обратном смещении ток номинально блокируется как своего рода электронный обратный клапан.

Маркировка диодов

и обозначения электрических цепей Обзор

Диоды обычно маркируются линией, идущей перпендикулярно направлению вывода.Эта линия указывает отрицательное направление при подключении с прямым смещением. Символически мы представляем диодную стрелку, указывающую от положительной клеммы с прямым смещением к линии на отрицательной клемме.

Стрелка указывает обычное обозначение потока тока, хотя на самом деле электроны текут в противоположном направлении. По иронии судьбы, поток электронов через этот символ больше соответствует пневматическому обратному клапану, только без маленького символа круглого шара, который застрял в треугольной воронке.

Как работает диодное смещение?

Так как же диодное смещение работает без физического «резинового шара», не позволяющего электронам выплескиваться наружу? Как вы могли догадаться, ответ кроется в электромагнитной физике. Диод обычно изготавливается из положительно заряженного полупроводникового материала P-типа вместе с отрицательно заряженным полупроводником N-типа, соединенных друг с другом через номинально беззарядную обедненную область.

— При смещении вперед с зарядом между примерно.3 и 0,7 вольт, область истощения сжимается, позволяя протекать электричеству.

— При обратном смещении область истощения расширяется, не позволяя току течь, если не происходит перегрузки до точки отказа.

В ситуации прямого смещения полупроводниковая область P-типа подключается к положительному напряжению источника питания, эффективно подталкивая его к области истощения. Отрицательное напряжение, в свою очередь, прикладывается к полупроводнику N-типа, и, поскольку отрицательные заряды отталкиваются, они выталкивают электроны в область обеднения и ближе к стороне P диода.Схема замыкается, когда диод достаточно смещен в прямом направлении и электроны могут течь.

Когда напряжение движется в противоположном направлении, положительная и отрицательная полупроводниковые области расходятся дальше друг от друга, увеличивая влияние обедненной области и препятствуя протеканию тока.

Почему стабилитроны работают при обратном смещении

Power может течь в обратном смещенном направлении через диоды. Однако обратный ток обычно означает, что диод перегружен по напряжению и вышел из строя — возможно, сильно.Стабилитрон , однако, спроектирован так, чтобы пропускать поток напряжения в прямом смещенном направлении так же, как и диоды P-N. Когда это смещение меняется на противоположное, стабилитрон позволяет току течь при определенном тщательно контролируемом уровне напряжения.

Эти диоды работают при напряжении 5 В или меньше, хотя аналогичный компонент, называемый лавинным диодом, работает таким же образом при более высоких уровнях напряжения. Их способность выполнять обратный ток может быть очень полезна для изменения выходных сигналов напряжения, и поэтому эти типы диодов являются неотъемлемой частью многих конструкций.

Если вам нужен текущий односторонний клапан, поведение прямого и обратного смещения в диодах делает их идеальным компонентом для работы. Стабилитроны и лавинные диоды еще больше расширяют эту возможность. Мы можем использовать специализированные диоды , такие как эти, для приложений , которые выходят далеко за рамки защиты чувствительных компонентов от инверсии напряжения.

Диод как переключатель и переход Простое объяснение — Wira Electrical

Силовой диод — это простейшее статическое устройство среди силовой электроники (PE).Это устройство может действовать как электронный переключатель. Так что использование диода в качестве переключателя кажется удобным.

Обозначение схемы можно увидеть на рисунке. (1), это двухконтактное устройство, где клемма A обозначает анод, а клемма K обозначает катод.

Рис. 1. Силовой диод

Силовой диод в качестве переключателя

Если клемма A получает более высокий потенциал, чем клемма B, устройство будет работать в режиме прямого смещения, и ток будет течь в указанное направление называется прямым током (I _F ).

Это вызывает относительно небольшое падение напряжения на устройстве (<1 В), и в идеальных условиях им можно пренебречь.

Прежде чем мы перейдем к объяснению, убедитесь, что вы прочитали, что такое электрический ток, чтобы понять принцип работы.

Напротив, при обратном смещении он не пропускает ток, и практический силовой диод будет иметь небольшой ток, протекающий в обратном направлении, называемый током утечки.

При выборе идеального устройства не учитываются как падение напряжения, так и ток утечки.Обычно в PE мы будем использовать расчет, основанный на идеальных условиях.

Его практические характеристики основаны на идеале нулевого прямого и бесконечного обратного импеданса, как показано на рисунке (2a).

При работе в прямом смещении потенциальный барьер, связанный с распределением зарядов вблизи перехода, вместе с другими эффектами вызывает падение напряжения.

В практическом диоде его характеристика изображена на рис. 2б.

Рисунок 2а.Типичная статическая характеристика

Рисунок 2b. Характеристика на практике

Обратите внимание на график характеристики, прямая характеристика изображена как пороговое напряжение V _o и линейное инкрементное или наклонное сопротивление r . Обратная характеристика остается неизменной во всем диапазоне возможных токов утечки независимо от напряжения в нормальном рабочем диапазоне.

PN Junction Diode

Из характеристики легко заметить, что когда он смещен в прямом направлении, ток, протекающий через него, возрастает с увеличением напряжения.

Ток в режиме обратного смещения относительно невелик, пока не будет достигнуто напряжение пробоя.

Как только приложенное напряжение превысит предел, ток будет быстро течь до очень высокого значения, ограниченного только внешним сопротивлением.

Принцип его работы основан на пропускании или блокировке напряжения и тока.

Характеристики силового диода

Характеристики диода постоянного тока . Наиболее важными параметрами являются следующие:

• Прямое напряжение , В _F — это падение напряжения диода на A и K при прямом смещении.
• Напряжение пробоя , В _B — это падение напряжения на диоде за пределами обратного смещения, также известное как лавина.
• Обратный ток , I _R — это ток при определенном напряжении, которое ниже напряжения пробоя.

Характеристики диода переменного тока . Наиболее часто используемые параметры:

• Время прямого восстановления , t _FR — это время, необходимое для того, чтобы его напряжение упало до определенного значения после начала прохождения прямого тока.
• Время обратного восстановления , t _rr — это временной интервал между приложением обратного тока и обратным напряжением, упавшим до определенного значения, как показано на рисунке (3). Параметр t _a — это интервал между переходами его тока через ноль до момента, когда он становится равным I _RR .Напротив, t _b — это временной интервал от максимального обратного тока до примерно 0,25 I _RR . Соотношение значений t _a и t _b называется коэффициентом мягкости (SF). Для высокочастотной коммутации применяются силовые диоды с характеристиками скачкообразного восстановления.

Важно рассчитать время обратного восстановления. Меньшее значение t _rr указывает на возможность более быстрого переключения.

(1)

Если t _b можно игнорировать (общий случай), то верно следующее уравнение:

98 (2)

И ток обратного восстановления

(3)

где Q _RR — плата за хранение.

Например,

Выбранный диод имеет скорость падения тока di / dt = 20 A / µs, а время обратного восстановления t _rr = 5 µs. Рассчитайте пиковый обратный ток.

Решение,

Пиковый обратный ток составляет,

(4)

Стоимость накопителя Q _RR составляет,

Следовательно,

(6)

• Емкость диода , C _D — емкость сетевого диода C вместе с переходом плюс емкость корпуса (C _P ).

% PDF-1.3 % 1 0 объект > поток конечный поток эндобдж 2 0 obj > / Parent 3 0 R / Type / Page / Contents 4 0 R / Tabs / S / Resources> / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text] / Font >>> / MediaBox [0 0 595.