Strömdioder

Elektronhålsblandning

Funktionsprincipen för de flesta halvledarenheter är baserad på fenomen och processer som uppstår vid gränsen mellan två regioner av en halvledare med olika typer av elektrisk ledningsförmåga - elektron (n-typ) och hål (p-typ). I området av n-typ dominerar elektroner, som är de huvudsakliga bärarna av elektriska laddningar, i p-regionen är dessa positiva laddningar (hål). Gränsen mellan två regioner av olika konduktivitetstyper kallas en pn-övergång.

Funktionellt kan dioden (fig. 1) betraktas som en okontrollerad elektronisk strömbrytare med ensidig ledning. En diod är i ledande tillstånd (sluten omkopplare) om en framåtspänning appliceras på den.

Ris. 1. Konventionell grafisk beteckning för dioden

Strömmen genom iF-dioden bestäms av parametrarna för den externa kretsen, och spänningsfallet i halvledarstrukturen är av liten betydelse. Om en omvänd spänning appliceras på dioden är den i ett icke-ledande tillstånd (öppen strömbrytare) och en liten ström flyter genom den. Spänningsfallet över dioden i detta fall bestäms av parametrarna för den externa kretsen.

Skydd av dioderna

De mest typiska orsakerna till elektriska fel hos en diod är en hög ökningshastighet av framåtströmmen diF / dt när den är på, överspänning när den är avstängd, överskridande av maxvärdet för framåtströmmen och brytning av strukturen med en oacceptabelt hög backspänning.

Vid höga värden på diF / dt uppträder en ojämn koncentration av laddningsbärare i diodstrukturen och som ett resultat lokal överhettning med efterföljande skada på strukturen. Den främsta anledningen till de höga värdena på diF / dt är de små induktans i en krets som innehåller en framåtspänningskälla och en på-diod. För att minska värdena på diF / dt är en induktans kopplad i serie med dioden, vilket begränsar strömmens ökningshastighet.

För att minska värdena på amplituderna för de spänningar som appliceras på dioden när kretsen är avstängd, används ett seriekopplat motstånd R och kondensator C är den så kallade RC-kretsen parallellkopplad med dioden.

För att skydda dioderna från strömöverbelastningar i nödlägen används höghastighetssäkringar.

Huvudtyperna av effektdioder

Enligt huvudparametrarna och syftet delas dioder vanligtvis in i tre grupper: generella dioder, snabbåterställningsdioder och Schottky-dioder.

Dioder för allmänna ändamål

Denna grupp av dioder kännetecknas av höga värden på omvänd spänning (från 50 V till 5 kV) och framåtström (från 10 A till 5 kA). Den massiva halvledarstrukturen hos dioder försämrar deras prestanda. Därför är den omvända återhämtningstiden för dioder vanligtvis i intervallet 25-100 μs, vilket begränsar deras användning i kretsar med frekvenser över 1 kHz.Som regel arbetar de i industriella nätverk med en frekvens på 50 (60) Hz. Det kontinuerliga spänningsfallet över dioderna i denna grupp är 2,5-3 V.

Strömdioder finns i olika förpackningar. De mest utbredda är två typer av utförande: en stift och en tablett (fig. 2 a, b).

Ris. 2. Konstruktion av diodkroppar: a — stift; b — surfplatta

Snabb återställningsdioder. Vid tillverkningen av denna grupp av dioder används olika tekniska metoder för att minska tiden för omvänd återhämtning. Speciellt används kiseldopning med diffusionsmetoden av guld eller platina, vilket gör det möjligt att minska återhämtningstiden till 3-5 μs. Detta minskar dock de tillåtna värdena för framåtström och backspänning. De tillåtna strömvärdena är från 10 A till 1 kA, omvänd spänning - från 50 V till 3 kV. De snabbaste dioderna har en omvänd återhämtningstid på 0,1-0,5 μs. Sådana dioder används i puls- och högfrekventa kretsar med frekvenser på 10 kHz och högre. Utformningen av dioderna i denna grupp liknar den hos dioder för allmänna ändamål.

Diod Schottky

Funktionsprincipen för Schottky-dioder är baserad på egenskaperna hos övergångsområdet mellan metallen och halvledarmaterialet. För effektdioder används ett lager av n-typ utarmat kisel som halvledare. I detta fall finns det en negativ laddning i övergångsområdet på metallsidan och en positiv laddning på halvledarsidan.

En egenhet med Schottky-dioder är att framåtströmmen beror på rörelsen av endast huvudbärarna - elektroner. Bristen på ackumulering av minoritetsbärare minskar avsevärt trögheten hos Schottky-dioder.Återhämtningstiden är vanligtvis inte mer än 0,3 μs, framåtspänningsfallet är cirka 0,3 V. De omvända strömvärdena i dessa dioder är 2-3 storleksordningar högre än i p-n-övergångsdioder. Den begränsande backspänningen är vanligtvis inte mer än 100 V. De används i högfrekventa och lågspänningspulskretsar.