Categories: Articles destacats » Electricistes novells
Nombre de visualitzacions: 175831
Comentaris sobre l'article: 8
Característiques dels díodes, dissenys i funcions de l'aplicació
Característiques dels díodes, dissenys i funcions de l'aplicació
A l’article anterior, vam començar a explorar díode semiconductor. En aquest article considerarem les propietats dels díodes, els seus avantatges i inconvenients, diversos dissenys i característiques d'aplicació en circuits electrònics.
Característica de corrent de tensió del díode
A la figura 1 es mostra la característica de corrent de tensió (CVC) d'un díode semiconductor.
Aquí, en una figura, es mostren les característiques I-V dels díodes de germani (blau) i silici (negre). És fàcil notar que les característiques són molt similars. No hi ha números en els eixos de coordenades, ja que per diferents tipus de díodes poden diferir significativament: un diode potent pot passar un corrent directe de diverses desenes d’amperis, mentre que un de poca potència només pot transmetre diverses desenes o centenars de mil·límetres.
Hi ha molts diodes de diferents models i tots poden tenir diferents propòsits, encara que la seva tasca principal, la propietat principal és conducció de corrent unidireccional. És aquesta propietat la que permet l'ús de díodes en els rectificadors i dispositius detector. Tot i això, cal destacar que actualment, els diodes de germani, així com els transistors, ja no s’utilitzen.
Figura 1. Característica de corrent de tensió del díode
La sucursal directa del CVC
Al primer quadrant del sistema de coordenades, hi ha una branca recta de la característica quan el díode està en connexió directa: el terminal positiu de la font actual, respectivament el terminal negatiu al càtode, està connectat a l’ànode.
A mesura que augmenta la tensió davantera, el corrent avançat Ipr també comença a augmentar. Però, si bé aquest augment és poc significatiu, la línia gràfica té un lleuger augment, la tensió creix molt més ràpid que el corrent. Dit d’una altra manera, malgrat que el díode s’encén en direcció cap endavant, el corrent no circula per ell, el díode està pràcticament bloquejat.
Quan s’arriba a un nivell de tensió determinat, apareix un kink a la característica: la tensió pràcticament no canvia i el corrent creix ràpidament. Aquest voltatge s’anomena caiguda directa de tensió a través del díode, a la característica es designa com a Uд. Per a la majoria dels díodes moderns, aquest voltatge se situa en el rang de 0,5 ... 1V.
La figura mostra que la tensió directa per a un díode de germani és lleugerament inferior (0,3 ... 0,4 V) que per a un silici (0,7 ... 1,1 V). Si el corrent directe a través del díode es multiplica per la tensió endavant, el resultat no serà res més que la potència dissipada pel díode Pd = Ud * I.
Si se supera aquesta potència relativament acceptable, es pot produir un sobreescalfament i destrucció de la unió p-n. Per això, la referència es limita a màxim de corrent endavanti no potència (es creu que es coneix la tensió d’avanç). Per eliminar l’excés de calor, s’instal·len diodes potents als dissipadors de calor - radiadors.
Potència dissipada per díode
L’anterior s’explica a la figura 2, que mostra la inclusió d’una càrrega, en aquest cas d’una bombeta, a través d’un díode.
Figura 2. Encendre la càrrega a través del díode
Imagineu que la tensió nominal d’una bateria i una bombeta és de 4.5V. Amb aquesta inclusió, 1V cau sobre el díode, després només arribaran els 3,5V a la bombeta. Per descomptat, ningú no recopilarà pràcticament un circuit, només per il·lustrar com i què afecta la tensió directa del díode.
Suposem que la bombeta ha limitat el corrent al circuit a exactament 1A. Això és fàcil per al càlcul. Així mateix, no tindrem en compte el fet que la bombeta és un element no lineal, i que no compleix la llei d’Ohm (la resistència de l’espiral depèn de la temperatura).
És fàcil calcular que a aquestes tensions i corrents, el díode dissipa la potència P = Ud * I o 1V * 1A = 1W.Al mateix temps, la potència de càrrega és de només 3.5V * 1A = 3.5W. Resulta que més del 28% de l’energia es consumeix inútilment, més d’una quarta part.
Si la corrent directa a través del díode és de 10 ... 20A, no serà inútil fins a 20W de potència. Té tal poder petita soldadura. En el cas descrit, el díode serà tal soldadura.
Schiodky Diodes
És força obvi que es pot eliminar aquestes pèrdues si es redueix la caiguda de tensió directa a través del díode Ud. Aquests diodes es diuen díodes schottky anomenat així per l'inventor del físic alemany Walter Schottky. En lloc de la unió p-n, utilitzen la unió metall-semiconductor. Aquests díodes tenen una caiguda directa de tensió de 0,2 ... 0,4V, la qual cosa redueix significativament la potència alliberada pel díode.
Potser l’únic inconvenient dels díodes de Schottky és la baixa tensió inversa - només algunes desenes de volts. El valor màxim de la tensió inversa de 250V té un disseny industrial MBR40250 i els seus anàlegs. Gairebé totes les fonts d’alimentació dels equips electrònics moderns tenen rectificadors als díodes Schottky.
La branca inversa del CVC
Un dels inconvenients és que, fins i tot quan el díode està encès en el sentit contrari, el corrent invers passa per ell de totes maneres, perquè no hi ha aïllants ideals a la natura. Segons el model del díode, pot variar des de nanoamps fins a unitats de microamplificadors.
Juntament amb el corrent invers, s’assigna una certa quantitat de potència al díode, numèricament igual al producte del corrent invers i de la tensió inversa. Si se supera aquesta potència, és possible una ruptura de la unió p-n, el díode es converteix en una resistència convencional o fins i tot en un conductor. A la branca inversa de la característica I-V, aquest punt correspon a la flexió de la característica cap avall.
Normalment, els directoris no indiquen potència, però sí una tensió inversa màxima admesa. Aproximadament el mateix que la limitació de corrent endavant, esmentada anteriorment.
En realitat, sovint aquests dos paràmetres, és a dir, el corrent continu i la tensió inversa, són els factors determinants a l’hora de triar un díode particular. Aquest és el cas quan el díode està dissenyat per funcionar a baixa freqüència, per exemple, un rectificador de tensió amb una freqüència d’una xarxa industrial de 50 ... 60 Hz.
Capacitat elèctrica unió pn
Quan s’utilitzen díodes en circuits d’alta freqüència, cal recordar que la unió pn, com un condensador, té una capacitança elèctrica, que també depèn de la tensió aplicada a la unió pn. Aquesta propietat de la unió p-n s’utilitza en díodes especials - varicaps que s’utilitzen per ajustar els circuits oscil·latoris als receptors. Aquest és probablement l’únic cas quan aquesta capacitat s’utilitza per a bé.
En altres casos, aquesta capacitança té un efecte interferidor, alenteix la commutació del díode i redueix la seva velocitat. Aquesta capacitat s’anomena sovint parasitària. Es mostra a la figura 3.
Figura 3. Capacitança espuriosa
El disseny dels díodes.
Diodes planes i puntuals
Per eliminar els efectes nocius de la capacitança perduda, s'utilitzen diodes especials d'alta freqüència, per exemple els puntuals. A la figura 25 es mostra el disseny d'aquest diode.
Figura 4. Díode de punts
Una característica d’un díode puntual és el disseny dels seus elèctrodes, un dels quals és una agulla metàl·lica. Durant el procés de fabricació, aquesta agulla que conté una impuresa (donant o acceptant) es fon en un cristall de semiconductor, donant com a resultat una unió pn de la conductivitat necessària. Aquesta transició té una àrea petita i, per tant, una petita capacitança perduda. A causa d'això, la freqüència de treball dels díodes puntuals arriba a diversos centenars de megafarts.
Si s’utilitza una agulla més nítida, obtinguda sense electromagnetització, la freqüència de funcionament pot arribar a diverses desenes de gigahertz. És cert, la tensió inversa d'aquest tipus de díodes no és superior a 3 ... 5V, i el corrent d’avanç està limitat a uns quants mil·límetres.Però, al cap i a la fi, aquests díodes no són rectificadors, per aquests propòsits, per regla general, s’utilitzen díodes plans. A la figura es mostra el dispositiu d'un díode pla.
Figura 5. díode planar
És fàcil veure que aquest díode té una zona de unió pn molt més gran que un punt primer. Per a diodes potents, aquesta àrea pot arribar fins a 100 o més mil·límetres quadrats, de manera que el seu corrent directe és molt més gran que la dels punts. Es tracta de díodes plans que s'utilitzen en els rectificadors que operen a freqüències baixes, per regla general, no més que diverses desenes de quilohertz.
Aplicació de díodes
No heu de pensar que els díodes s'utilitzen només com a aparells redutors i detector. A més, hi ha moltes més de les seves professions. La característica I-V dels díodes permet utilitzar-los allà on es requereixi un processament no lineal senyals analògics.
Es tracta de convertidors de freqüència, amplificadors logarítmics, detectors i altres dispositius. Els díodes d'aquest tipus de dispositius s'utilitzen directament com a convertidor o formen les característiques del dispositiu, inclosos en el circuit de retroalimentació.
Són àmpliament utilitzats en diodes fonts d'alimentació estabilitzadescom a fonts de tensió de referència (díodes zener) o com a elements de commutació de l'emmagatzematge inductor (reguladors de tensió de commutació).
Utilitzant díodes, és molt senzill crear limitadors de senyal: dos díodes connectats en sentit contrari serveixen d’excel·lent protecció per a l’entrada d’un amplificador, per exemple, un micròfon, per proporcionar un nivell de senyal augmentat.
A més dels dispositius enumerats, els díodes s'utilitzen molt sovint en interruptors de senyal, així com en dispositius lògics. N’hi ha prou amb recordar les operacions lògiques AND, OR i les seves combinacions.
Una de les varietats de díodes són LEDs. Una vegada van ser utilitzats només com a indicadors en diversos dispositius. Ara estan a tot arreu i des de totes les llanternes més senzilles fins a televisors amb llum LED: il.lustració senzilla és senzill no fer-los notar.
Boris Aladyshkin
Consulteu també a electro-ca.tomathouse.com
: