Diodele de rectificare sunt numite dispozitive semiconductoare cu o singură joncțiune p-n, având două terminale și destinate rectificării curentului alternativ. Al doilea element al desemnării acestor diode este litera "D" (KD202A). O reprezentare grafică condiționată a diodei redresorului este prezentată în Fig. 2.1.
Fig. 2.1. Reprezentarea grafică a unei diode redresoare (Ip este direcția curentului în față)
Caracteristica volt-ampere a diodei redresoare este dependența curentului care curge în circuitul extern al diodului de valoarea și polaritatea tensiunii aplicate. Această dependență poate fi obținută experimental sau calculată utilizând ecuația caracteristicii de tensiune curentă a unei joncțiuni ideale pn
unde: I 0 - reversul curentului de saturație;
T - potențial de temperatură egal cu (0,026 V) la temperatura camerei (T = 300 K);
U este tensiunea aplicată diodei.
Graficul teoretic CVC redresor cu diode, calculat folosind expresia (2.1) este prezentată în Fig. 2.2, a. Cu o creștere a tensiunii inverse, Uob curentul de întoarcere Iob. care curge prin dioda p-n-tranziție, atinge valoarea limită I 0uzhe la Uobr = 0,1 ... 0,2 V. Trebuie remarcat faptul că mai mare lățimea benzii interzise a semiconductorului și concentrația mai mare de impurități în acestea, este mai mică valoarea I 0.
Fig. 2.2. Volt-amperi caracteristici ale unei diode redresoare:
a - teoretic; b - experimental
Derivarea ecuației (2.1) este luată în considerare numai componentele curente de difuzie care curg prin pn-joncțiune, și nu este luată în considerare fenomene precum termogeneratsiya purtatori de sarcin în stratul barieră pn-joncțiune, suprafață de scurgere curent, căderea de tensiune pe rezistența zonelor neutre ale semiconductorului și prezența defalcare cu creșterea tensiunii inverse. De aceea, un teren teoretic al caracteristicilor curent-tensiune ale dioda redresor este diferit de curent-tensiune diagramă caracteristică, împușcat experimental (Fig. 2.2b).
Într-o diodă reală cu o anumită tensiune inversă, se observă o creștere bruscă a curentului invers. Acest fenomen se numește defalcarea p-n-joncțiune. Există trei tipuri de defecțiuni: tunel, avalanșă și termică. Pentru diodele redresoare, distrugerea termică a joncțiunii p-n este de cea mai mare importanță, deoarece determină eșecul diodei.
Defalcarea termică a diodei este cauzată de o încălcare catastrofică a regimului său termic. Puterea P = Iobp Uob furnizată la joncțiunea p-n este folosită pentru încălzirea sa. Formată în același nume purtătorilor de sarcină crește curentul invers, ceea ce duce la creșterea puterii alocate și încălzirea suplimentară a tranziției. În condiții nefavorabile, îndepărtarea căldurii de chip ia procesul de avalanșă și se termină distrugerea cristalului, adică, ieșirea diodei este necorespunzătoare. Creșterea numărului de purtători de sarcină prin încălzirea rezultatelor p-n-tranziție într-o reducere a rezistenței și a tensiunii sale emisă pe ea. În consecință, atunci când descompunerea termică la nivel de ramură inversă apare codul CVC porțiune cu rezistență diferențială negativă (secțiunea AB din fig. 2.2). Deoarece numărul de purtători (și, prin urmare, curentul invers și puterea disipată în tranzit) drastic (exponențial) crește odată cu creșterea temperaturii, pentru a evita defalcare termică a temperaturii p-n-tranziție ar trebui să fie mai mică decât temperatura de joncțiune admisă. care este pentru diode cu germaniu (70-80) de C și Si - (120-150) de C. În acest diode de putere mică este suficientă pentru a satisface condiția. În cazul diodelor puternice, în plus, ar putea fi necesară o răcire artificială. Valoarea este cel mai important parametru al diodei și este prezentată în cărțile de referință corespunzătoare. Cu creșterea temperaturii crește curentul invers al diodei și înrăutăți condițiile de îndepărtare a căldurii, astfel încât temperatura crește, valoarea scade semnificativ.
În diferențele directe de incluziune redresor de la teoretic VAC VAC îndepărtat experimental, în principal din cauza rezistenței R 1, electronul și gaura regiunile din afara stratului de epuizare. Dacă rezistența stratului de barieră este notată cu Rsc. apoi un cristal semiconductor cu un strat de blocare poate fi reprezentat ca o conexiune de serie a rezistențelor Rsc și R1 (Figura 2.3).
Deoarece curentul Ipr curent trece prin rezistența R 1, o parte din tensiunea Upr a sursei externe cade și tensiunea acționează asupra stratului de închidere. În acest caz, ecuația caracteristicilor de tensiune curentă poate fi scrisă în următoarea formă implicită:
Fig. 2.3. Circuit echivalent simplificat de p-n-joncțiune
cu rezistența distribuită a unui semiconductor
Din moment ce U c Pe măsură ce tendința de avans Upr crește, rezistența stratului de barieră Rsc scade datorită injectării purtătorilor de sarcină principali în ea. Cu o valoare mare de Upr. rezistența stratului de barieră Rsc poate fi neglijată, iar creșterea suplimentară a curentului în față este limitată de rezistența distribuită a semiconductorilor de tip p și n dincolo de joncțiunea p-n. În acest caz, caracteristica de curent de curent a diodei trece peste o linie dreaptă. Parametrii principali ai diodelor redresoare sunt: - - curentul maxim admisibil la care temperatura de dioda ajunge; - - tensiunea inversă maximă admisă la care nu există defalcare a joncțiunii p-n a diodei, de obicei; - rezistența directă și inversă a diodei la un curent direct, determinată din caracteristica sa I-V (Figura 2.2) folosind următoarele relații: - rezistența diferențială directă și inversă a diodei (rezistență la curent alternativ), determinate din următoarele relații: Valorile incrementelor curente Eu și tensiunile U sunt determinate în porțiunea liniară a caracteristicilor I-V în vecinătatea punctului X dat (Figura 2.2). Datorită neliniarității caracteristicilor de curent-tensiune ale diodei, ambele aceste cantități depind de punctul de operare, adică din valoarea tensiunii DC aplicată diodei. În funcție de valoarea curentului rectificat, se disting mici diode. putere medie și mare. Diodele de putere redusă pot să disipeze căldura eliberată de corpul lor. Pentru a disipa căldura, diodele de putere medie sunt plasate pe radiatoare pentru răcire, iar pentru diodele artificiale de mare putere poate fi necesară o răcire artificială. Caracteristicile și parametrii diodelor redresoare depind substanțial de materialul semiconductor, în primul rând pe lățimea benzii interzise W. În Fig. 2.4 prezintă caracteristicile volt-ampere ale diodelor rectifier germaniu (Ge) și siliciu (Si) având același design și destinate funcționării în același domeniu de curenți și tensiuni. Deoarece diferența de bandă de siliciu este mai mare decât cea a germaniumului, curentul inversat al diodelor de siliciu este mai mic (mai multe ordine de mărime) mai mic. Dioda germanială pe ramura inversă a caracteristicilor IV are o regiune pronunțată de saturație, deoarece curentul inversat este determinat de curentul de extracție, care este descris de Eq. (2.1). Curentul invers al unei diode de siliciu crește monoton cu creșterea Ub. deoarece în diodele de siliciu curentul de extracție este foarte mic și curentul inversat este determinat în principal de curenții de generare termică și de scurgere. Fig. 2.4. Caracteristicile de volt-ampere ale diodelor redresoare din germaniu (Ge) și siliciu (Si) Cu o creștere suplimentară a tensiunii inverse în diode, apare o defecțiune. Ca rezultat al curenților inversi mari, apare o distrugere termică în diodele de germaniu, ducând la distrugerea cristalului. În cazul diodelor de siliciu, datorită curentului invers mic, probabilitatea de defectare termică este mică și au mai întâi o defalcare electrică, care poate fi afectată termic dacă curentul este prea mare. De asemenea, depinde de curentul direct al unei diode semiconductoare W. de la majorare W conduce la o creștere a barierului potențial în tranziție și, în consecință, la o scădere a curentului înainte. Comparație între germaniului și siliciu diode ușor să dețină cu ajutorul formulei (2.1): datorită unei I0 valoare mai mică pentru diode sale siliciu curent egal cu curentul de diode germaniu, se ajunge la o valoare mai mare a transmite tensiune. Prin urmare, pentru aceleași valori ale Ipr. Puterea disipată de diodele de germaniu este mai mică decât cea a siliciului. Din același motiv, diodele germaniene au mult mai puțin Upor și Rip. Caracteristicile diodelor sunt influențate în mod semnificativ de temperatura ambiantă. Cu creșterea temperaturii, generarea termică a purtătorilor de sarcină devine mai intensă, ceea ce duce la o creștere a curentului invers și a curentului direct al diodei, dar motivele pentru această creștere nu sunt aceleași. Curentul invers este curentul purtătorilor de sarcină minoritară și o creștere a concentrației acestora ca rezultat al amplificării generării termice conduce direct la o creștere a curentului invers. Curentul direct este curentul principalilor purtători de sarcină, a căror concentrație nu depinde de temperatura din intervalul de temperatură de funcționare. Cu toate acestea, creșterea concentrației purtătorilor de sarcină minoritari la temperaturi mai mari reduce înălțimea potențialului de tranziție de barieră, ceea ce determină o creștere a curentului continuu. Pentru o estimare aproximativă, putem presupune că, odată cu creșterea temperaturii cu 10 OC, curentul inversat al diodelor germaniene crește cu 2, iar curentul de siliciu de 2,5 ori. Cu toate acestea, datorită faptului că, la temperatura camerei, curentul de întoarcere de la dioda germaniu este considerabil mai mare decât cea a siliciului, valoarea absolută a creșterii curentului invers în dioda germaniu cu temperatură este de câteva ori mai mare decât cea a siliciului. Aceasta duce la o creștere a puterii consumate de diodă, încălzirea acesteia și scăderea tensiunii defalcării termice.