Kategorijos: Teminiai straipsniai » Pradedantieji elektrikai
Peržiūrų skaičius: 175831
Straipsnio komentarai: 8
Diodų charakteristikos, dizainas ir taikymo ypatybės
Diodų charakteristikos, dizainas ir taikymo ypatybės
Ankstesniame straipsnyje mes pradėjome tyrinėti puslaidininkinis diodas. Šiame straipsnyje mes apžvelgsime diodų savybes, jų pranašumus ir trūkumus, įvairius dizainus ir taikymo ypatybes elektroninėse grandinėse.
Diodo srovės ir įtampos charakteristika
Puslaidininkio diodo srovės ir įtampos charakteristika (CVC) parodyta 1 paveiksle.
Viename paveiksle pavaizduotos germanio (mėlynos) ir silicio (juodos) diodų I – V charakteristikos. Nesunku pastebėti, kad savybės yra labai panašios. Koordinačių ašyse nėra skaičių, nes skirtingų tipų diodams jie gali labai skirtis: galingas diodas gali praeiti kelių dešimčių amperų nuolatinę srovę, o mažos galios diodas gali perduoti tik kelias dešimtis ar šimtus miliamprų.
Yra labai daug skirtingų modelių diodų ir visi jie gali turėti skirtingas paskirtis, nors jų pagrindinė užduotis, pagrindinė savybė yra vienpusis srovės laidumas. Būtent ši savybė leidžia naudoti diodus lygintuvuose ir detektoriuose. Tačiau reikia pažymėti, kad šiuo metu germanio diodai, taip pat tranzistoriai, nebenaudojami.
1 pav. Diodo srovės ir įtampos charakteristika
Tiesioginė CVC šaka
Pirmame koordinačių sistemos kvadrante yra tiesė charakteristikos atšaka, kai diodas yra tiesioginiame ryšyje - teigiamas srovės šaltinio gnybtas, atitinkamai neigiamas katodo gnybtas, yra prijungtas prie anodo.
Didėjant įėjimo įtampa Upr, išankstinė srovė Ipr taip pat pradeda didėti. Bet nors šis padidėjimas yra nereikšmingas, grafiko linija šiek tiek padidėja, įtampa auga daug greičiau nei srovė. Kitaip tariant, nepaisant to, kad diodas yra įjungtas į priekį, jokia srovė per jį neateina, diodas yra praktiškai užrakintas.
Kai pasiekiamas tam tikras įtampos lygis, charakteristikoje atsiranda keblumas: įtampa praktiškai nesikeičia, o srovė greitai auga. Ši įtampa vadinama tiesioginis įtampos kritimas per diodą, charakteristika žymima Uд. Daugeliui šiuolaikinių diodų ši įtampa yra nuo 0,5 ... 1 V.
Paveikslėlyje parodyta, kad tiesioginė germanio diodo įtampa yra šiek tiek mažesnė (0,3 ... 0,4 V) nei silicio (0,7 ... 1,1 V). Jei nuolatinė srovė per diodą padauginama iš įėjimo įtampa, rezultatas bus ne kas kita, kaip diodo išsklaidyta galia Pd = Ud * I.
Jei ši galia viršijama santykinai priimtina, gali įvykti p-n sankryžos perkaitimas ir sunaikinimas. Štai kodėl nuoroda apsiriboja didžiausia priekinė srovėo ne galia (manoma, kad žinoma įėjimo įtampa). Šilumos pertekliui pašalinti galingi diodai montuojami ant šilumos kriauklių - radiatorių.
Galia išsklaidyta diodu
Pirmiau paaiškinta 2 paveiksle, kuriame parodyta, kokia apkrova, šiuo atveju elektros lemputė, yra įtraukta per diodą.
2 pav. Krovinio įjungimas per diodą
Įsivaizduokite, kad nominali akumuliatoriaus ir lemputės įtampa yra 4,5 V. Įtraukus į diodą, 1 V nukris, tada lemputę pasieks tik 3,5 V. Žinoma, niekas praktiškai nerenka tokios grandinės, tai tik parodo, kaip ir ką veikia tiesioginė diodo įtampa.
Tarkime, kad lemputė apribojo srovę grandinėje tiksliai iki 1A. Tai palengvina skaičiavimą. Taip pat neatsižvelgsime į tai, kad lemputė yra nelinijinis elementas ir nepaklūsta Ohio įstatymui (spiralės pasipriešinimas priklauso nuo temperatūros).
Nesunku apskaičiuoti, kad esant tokioms įtampoms ir srovėms diodas išsklaido galią P = Ud * I arba 1V * 1A = 1W.Tuo pačiu metu apkrovos galia yra tik 3,5 V * 1A = 3,5 W. Pasirodo, kad daugiau kaip 28 procentai energijos sunaudojama nenaudingai, daugiau nei ketvirtadalis.
Jei nuolatinė srovė per diodą yra 10 ... 20A, tada iki 20W galia bus nenaudinga! Ji turi tokią galią mažas lituoklis. Aprašytu atveju diodas bus toks lituoklis.
Schottky diodai
Visiškai akivaizdu, kad tokių nuostolių galima atsikratyti sumažinus tiesioginį įtampos kritimą per diodą Ud. Šie diodai yra vadinami Schottky diodai pavadintas vokiečių fiziko Walterio Schottky išradėjo garbei. Vietoj p-n sankryžos jie naudoja metalo ir puslaidininkio jungtį. Šie diodai turi tiesioginį 0,2 ... 0,4 V įtampos kritimą, kuris žymiai sumažina diodo skleidžiamą galią.
Ko gero, vienintelis Schottky diodų trūkumas yra maža atvirkštinė įtampa - tik kelios dešimtys voltų. Maksimali atvirkštinės 250 V įtampos vertė turi pramoninio dizaino MBR40250 ir jo analogus. Beveik visi šiuolaikinės elektroninės įrangos maitinimo šaltiniai turi lygintuvus Schottky dioduose.
Atvirkštinė CVC šaka
Vienas iš trūkumų yra tas, kad net įjungus diodą priešinga kryptimi atvirkštinė srovė teka pro jį, nes gamtoje nėra idealių izoliatorių. Priklausomai nuo diodo modelio, jis gali skirtis nuo nanodampų iki vienetų mikroamperių.
Kartu su atvirkštine srove diodui skiriama tam tikra galia, skaitine prasme lygi atvirkštinės srovės ir atvirkštinės įtampos sandaugai. Jei ši galia viršijama, galimas p-n sankryžos suskaidymas, diodas virsta įprastu rezistoriumi ar net laidininku. I - V charakteristikos atvirkštinėje šakoje šis taškas atitinka charakteristikos posūkį žemyn.
Paprastai katalogai nenurodo galios, bet tam tikros didžiausios leistinos atvirkštinės įtampos. Maždaug toks pat kaip ir pirmiau minėtas dabartinis dabartinis apribojimas.
Faktiškai dažnai šie du parametrai, būtent nuolatinė srovė ir atvirkštinė įtampa, yra lemiantys veiksniai renkantis tam tikrą diodą. Tai yra atvejis, kai diodas yra suprojektuotas veikti žemu dažniu, pavyzdžiui, įtampos lygintuvu, kurio pramoninio tinklo dažnis yra 50 ... 60 Hz.
Elektros talpos pn sandūra
Naudojant diodus aukšto dažnio grandinėse, reikia atsiminti, kad pn sandūra, kaip ir kondensatorius, turi elektrinę talpą, kuri taip pat priklauso nuo įtampos, veikiamos pn sandūrai. Ši p-n sankryžos savybė naudojama specialiuose dioduose - varikose, naudojamuose imtuvų svyravimo grandinėms reguliuoti. Tai turbūt vienintelis atvejis, kai ši talpa naudojama gerai.
Kitais atvejais ši talpa daro trukdantį poveikį, sulėtina diodo perjungimą ir sumažina jo greitį. Ši talpa dažnai vadinama parazitine. Tai parodyta 3 paveiksle.
3 pav. Neteisinga talpa
Diodų dizainas.
Plokšti ir taškiniai diodai
Norint atsikratyti žalingo pasklidosios talpos, naudojami specialūs aukšto dažnio diodai, pavyzdžiui, taškiniai. Tokio diodo dizainas parodytas 25 paveiksle.
4 paveikslas. Taškinis diodas
Taškinio diodo ypatybė yra jo elektrodų, iš kurių viena yra metalinė adata, dizainas. Gamybos proceso metu ši adata, kurioje yra priemaišų (donoro ar akceptoriaus), išlydoma į puslaidininkio kristalą, gaunant reikiamo laidumo pn jungtį. Toks perėjimas turi mažą plotą, taigi ir mažą pasklidąją talpą. Dėl šios priežasties taškinių diodų darbinis dažnis siekia kelis šimtus megahercų.
Jei naudojama aštresnė adata, gaunama be elektrolitinio formavimo, veikimo dažnis gali siekti kelias dešimtis gigahercų. Tiesa, atvirkštinė tokių diodų įtampa yra ne didesnė kaip 3 ... 5V, o į priekį nukreipta srovė yra ribota iki kelių miliamprų.Bet galų gale, šie diodai nėra lygintuvai, šiems tikslams, kaip taisyklė, naudojami plokštuminiai diodai. Plokščiojo diodo įtaisas parodytas paveikslėlyje.
5 pav. Plokštuminis diodas
Nesunku pastebėti, kad tokio diodo pn jungties plotas yra daug didesnis nei taškinis. Galingų diodų srityje šis plotas gali siekti iki 100 ar daugiau kvadratinių milimetrų, todėl jų nuolatinė srovė yra daug didesnė nei taškinių. Būtent plokštiniai diodai yra naudojami lygintuvuose, veikiančiuose žemu dažniu, kaip taisyklė, ne daugiau kaip kelios dešimtys kilohercų.
Diodų pritaikymas
Neturėtumėte galvoti, kad diodai naudojami tik kaip lygintuvo ir detektoriaus įtaisai. Be to, jų profesijų yra daug daugiau. Diodų I - V charakteristikos leidžia juos naudoti ten, kur reikalingas netiesinis apdorojimas analoginiai signalai.
Tai yra dažnio keitikliai, logaritminiai stiprintuvai, detektoriai ir kiti įrenginiai. Tokių prietaisų diodai yra naudojami tiesiogiai kaip keitiklis arba sudaro prietaiso charakteristikas, įtraukiant į grįžtamąjį ryšį.
Diodai yra plačiai naudojami stabilizuoti maitinimo šaltiniaikaip atskaitos įtampos šaltiniai („Zener“ diodai) arba kaip perjungiamieji akumuliatoriaus elementai induktorius (perjungimo įtampos reguliatoriai).
Naudojant diodus, labai paprasta sukurti signalo ribotuvus: du priešinga kryptimi sujungti diodai yra puiki apsauga nuo stiprintuvo, pavyzdžiui, mikrofono, įvesties nuo padidėjusio signalo lygio.
Be išvardytų prietaisų, diodai labai dažnai naudojami signalo jungikliuose, taip pat loginiuose įrenginiuose. Pakanka prisiminti logines operacijas AND, OR ir jų derinius.
Viena iš diodų veislių yra Šviesos diodai. Kažkada jie buvo naudojami tik kaip indikatoriai įvairiuose įrenginiuose. Dabar jų yra visur ir visur - nuo paprasčiausių žibintuvėlių iki televizorių su LED apšvietimu - tiesiog neįmanoma jų nepastebėti.
Borisas Aladyshkinas
Taip pat žiūrėkite tinklalapyje electro-lt.tomathouse.com
: