Energetske diode
Spoj elektronske rupe
Načelo rada većine poluvodičkih uređaja temelji se na pojavama i procesima koji se događaju na granici između dva područja poluvodiča s različitim vrstama električne vodljivosti - elektrona (n-tipa) i šupljina (p-tipa). U području n-tipa prevladavaju elektroni koji su glavni nositelji električnih naboja, u p-području to su pozitivni naboji (rupe). Granica između dva područja različitih vrsta vodljivosti naziva se pn spoj.
Funkcionalno, dioda (slika 1) se može smatrati nekontroliranom elektroničkom sklopkom s jednostranim vođenjem. Dioda je u vodljivom stanju (zatvorena sklopka) ako je na nju doveden direktan napon.
Riža. 1. Konvencionalna grafička oznaka diode
Struja kroz iF diodu određena je parametrima vanjskog strujnog kruga, a pad napona u strukturi poluvodiča je od male važnosti. Ako se na diodu dovede reverzni napon, ona je u nevodljivom stanju (otvorena sklopka) i kroz nju teče mala struja. Pad napona na diodi u ovom slučaju određen je parametrima vanjskog kruga.
Zaštita dioda
Najtipičniji uzroci električnih kvarova diode su visoka stopa porasta prednje struje diF / dt kada je uključena, prenapon kada je isključena, prekoračenje maksimalne vrijednosti prednje struje i lomljenje strukture s neprihvatljivo visokim povratnim naponom.
Pri visokim vrijednostima diF / dt pojavljuje se nejednaka koncentracija nositelja naboja u strukturi diode i, kao rezultat, lokalno pregrijavanje s naknadnim oštećenjem strukture. Glavni razlog za visoke vrijednosti diF / dt je mali induktivnost u krugu koji sadrži izvor napona naprijed i uključenu diodu. Da bi se smanjile vrijednosti diF / dt, induktivitet je spojen u seriju s diodom, što ograničava brzinu porasta struje.
Za smanjenje vrijednosti amplituda napona primijenjenih na diodu kada je krug isključen, koristi se serijski spojeni otpornik R i kondenzator C je takozvani RC krug spojen paralelno s diodom.
Za zaštitu dioda od strujnih preopterećenja u hitnim načinima rada koriste se brzi električni osigurači.
Glavne vrste energetskih dioda
Prema glavnim parametrima i namjeni, diode se obično dijele u tri skupine: diode opće namjene, diode za brzi oporavak i diode Schottky.
Diode opće namjene
Ova skupina dioda odlikuje se visokim vrijednostima obrnutog napona (od 50 V do 5 kV) i prednje struje (od 10 A do 5 kA). Masivna poluvodička struktura dioda pogoršava njihovu izvedbu. Stoga je obrnuto vrijeme oporavka dioda obično u rasponu od 25-100 μs, što ograničava njihovu upotrebu u krugovima s frekvencijama iznad 1 kHz.U pravilu rade u industrijskim mrežama s frekvencijom od 50 (60) Hz. Kontinuirani pad napona na diodama ove skupine je 2,5-3 V.
Energetske diode dolaze u različitim paketima. Najraširenije su dvije vrste izvedbe: igla i ploča (slika 2 a, b).
Riža. 2. Konstrukcija tijela dioda: a — zatik; b — tableta
Diode za brzi oporavak. U proizvodnji ove skupine dioda koriste se različite tehnološke metode za smanjenje vremena povratnog oporavka. Konkretno, koristi se dopiranje silicijem metodom difuzije zlata ili platine.To omogućuje smanjenje vremena oporavka na 3-5 μs. Međutim, to smanjuje dopuštene vrijednosti prednje struje i obrnutog napona. Dopuštene vrijednosti struje su od 10 A do 1 kA, obrnuti napon - od 50 V do 3 kV. Najbrže diode imaju obrnuto vrijeme oporavka od 0,1-0,5 μs. Takve se diode koriste u impulsnim i visokofrekventnim krugovima s frekvencijama od 10 kHz i više. Dizajn dioda u ovoj skupini sličan je diodama opće namjene.
Dioda Schottky
Princip rada Schottky dioda temelji se na svojstvima prijelaznog područja između metala i poluvodičkog materijala. Za energetske diode, sloj osiromašenog silicija n-tipa koristi se kao poluvodič. U ovom slučaju postoji negativan naboj u prijelaznom području na strani metala i pozitivan naboj na strani poluvodiča.
Osobitost Schottky dioda je da je struja prema naprijed uzrokovana kretanjem samo glavnih nositelja - elektrona. Nedostatak nakupljanja manjinskih nositelja značajno smanjuje inerciju Schottky dioda.Vrijeme oporavka obično nije veće od 0,3 μs, pad napona prema naprijed je oko 0,3 V. Vrijednosti obrnute struje u ovim diodama su 2-3 reda veličine veće nego u diodama p-n-spoja. Ograničavajući obrnuti napon obično nije veći od 100 V. Koriste se u visokofrekventnim i niskonaponskim impulsnim krugovima.