Диодтар

Пән: Электротехника
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

Диодтардың негізгі түрлері: түзеткіш диодтары, стабилитрон, варикап, шотки диоды, туннельдік диод. Құрылыстары, негізгі көрсеткіштері, сипаттамалары, шартты белгілері және қолданылу аймағы .

1- сурет. Жартылай өткізгішті диодтар әртүрлі пішінде болады, олар кернеуі, диэлектрлік күштері және операциялық жылдамдықтары бойынша ажыратылады.

Бір р-п өтпесіне негізделген, электр тоғын бір бағытта өткізетін, электрондық аспап, жартылай өткізгіш диод деп аталады.

Диодтардың әдетте екі қысқышы болады

Анод Катод

2-сурет. Тіпті қазіргі заманғы диодтардың да анод және катод деген екі қысқышы бар

3-сурет. Германий және кремний диодтарының вольт-амперлік сипаттамалары

Түзеткіш және детектірлеуші диодтар

Бір р-п өтпесіне негізделген, электр тоғын бір бағытта өткізетін, электрондық аспап, жартылай өткізгіш диод деп аталады. Жартылай өткізгіш диод айнымалы тоқты түзетуде, модуляцияланған радиосигналдарды детектрлеуде қолданылады. Жартылай өткізгіш диодтың вольт-амперлік сипаттамасы 4, а-суретте көрсетілген. Мұнда тура кернеу кернеудің оң мәндеріне, ал кері кернеу теріс мәндеріне сәйкес келеді. 4ә-суретте жартылай өтікізгіш диодтың шартты белгісі келтірілген.

Жартылай өткізгіш диодтар құрылысына байланысты жазыктық (5а-сурет) және нүктелік (5, ә-сурет) болып екіге бөлінеді. Нүктелік диодта үшкір ұшын р -түрлі вольфром мен п -түрлі жартылай өткізгіштің түйісу аймағында р-п өтпесі қалыптасады. Жазықтық диодтар бірнеше ондаған миллиамперден бірнеше жүздеген амперге дейінгі ток күшін өткізеді. Сондықтан оларды айнымалы тоқты түзету үшін қолданады.

4-сурет 5-сурет

Нүктелік диодтардың шамалары жазықтық диодтардың шамаларынан өзгеше болып келеді. Олардың тура кедергілерінің шамасы үлкен, ал тура тоқ күшінің ең жоғарғы мәні аз. Нуктелік диодтардың ерекше қасиеттерінің бірі, олар өте жоғары жиіліктер аймағында жұмыс атқаруға қабілетті. Сондықтан оларды жиілііктері жоғары радиосигналдарды детекторлеу үшін қолданылады.

Түзеткіш диодтың негізгі параметрлері осылар болып табылады:

-тұрақты кері кернеу U _кері - диодтың ұзақ уақытта бұзылуысыз жұмыс істей алатының кері бағыттағы кернеудің мәні;

- орташа тура тоғы I _{тура орт} - тура бағытта диод арқылы ағатың тұрақты тоқтың максималдық мәні;

- шекті максимал импульстік тура тоқ I _при - тоқтың тапсырылған максималдық импульстің ұзақтығы;

- тұрақты кері тоқ I _кері ;

- тұрақты тура кернеу U _пр - диод арқылы орташа тура тоқ өткен кезде кернеудің түсуі;

- орташа тарау қуаты P _ср - диодтың белгілі бір уақыт аралығындағы орташа тарау қуаты;

- максималдық жиілік F _макс - диодқа қойылған параметрлері қамтамасыз етілгенде максималдық жұмыс жиілігі. Егер диодқа берілген айнымалы кернеудің жиілігі F _макс -тан жоғары болса, диодтағы жоғалулар өте жоғары өседі.

Шекті кері кернеуді жоғарлату үшін, түзеткіш диодтарды тізбектей жалғайды. Егер элементтердің жалғануы бір кристалда немесе бір корпуста орындалса, онда сол аспабы түзеткіш столб деп аталады. Схемадағы диодтардың тізбектей жалғануынан, жай диодқа қарағанда, кернеуінің түсуі көп болады.

Түзеткіш блоктар, бір корпуста жиналған қарапайым диодтық схемадан жасалынады. Көбінесе осы схема төрт бірдей диод арқылы орындалады.

Аз қуатты жоғары жиілікті диодтар вентиль эффектісін пайдаланады, бірақта оларға статикалық параметрлердің вентильді қасиеттерімен қоса диодтың өзіндік сыйымдылығы және индуктивтілігі маңызды. Индуктивтілігін және сиымдылығын азайту үшін, p - n өтпесі көлемі жағынан аз диодтарды пайдаланады. Көбінесе, нүктелік диодтарды кең қолданады.

Стабилитрон (Zener диоды немесе Z диоды)

SEMI_Z-Dioden2

SEMI_ZPY18

1-сурет. Тұрақтандырғыш кернеуі қондырғының сыртқы бөлігіне жазылады. Мұнда кернеу - 18 V.

Стабилитрондарды (Zener диоды), кернеуді тұрақтандыру қасиетін анықтаған К. М. Zener деген физиктің құрметі атаған.

Бұл зертханалық жұмыста стабилитронның қарапайым орналасу сұлбасы қарастырылады. Ол үшін стабилитронның негізгі анықтамалары туралы түсінік болу керек. Стабилтрон туралы мәліметтерді UniTrain-I бағдарламасының Диодтар бөлімінен табуға болады.

Стабилитрондарды (Zener диоды) тұрақты тоқтың кернеуiн ауытқусыз немесе ауытқымалы түрде тұрақтандыру үшін қолданылады. Әдетте негiзгi сұлбасы қуатты транзисторлары бар немесе қолданылымдағы күшейткіштердің жиынтығы арқылы тұрғызылады.

Сұлбасы:

SEMI_Z-Dioden-Grundschaltung

SEMI_Z-Diode-Kennlinie

2-сурет. Стабилитронның тура және кері сипаттамасы

Бұл сұлбаның негізгі міндеті, кіріс кернеу немесе шығыс жүктеме өзгергеніне қарамастан R5-ші резисторындағы кернеуді мүмкіндігінше тұрақты ұстап тұру. R1-ші резисторы тоқты шектеу үшiн қызмет етедi. Бұл резистордағы кернеу - біз тұрақты ұстап тұрғымыз келген шығыс кернеуге сәйкес келетін кіріс кернеу мен Zener диодының кернеуінің айырмашылығы болып табылады.

Суретте көрсетілген сұлба үшін қажетті шамалар келесі түрде есептелінуі мүмкін.

R1-ші резисторындағы кернеу: R1-ші резисторындағы кернеу

VR1= 7 V - 4. 7 V = 2. 3 V: V _R1 = 7 V - 4. 7 V = 2. 3 V

R1-ші резисторындағы кернеу: R1-ші резисторы арқылы өтетін тоқ

VR1= 7 V - 4. 7 V = 2. 3 V: I = V _R1 / R1 = 2. 3 V / 180 Ом = 12. 8 mA

R1-ші резисторындағы кернеу: R5-ші резистор арқылы өтетін тоқ

VR1= 7 V - 4. 7 V = 2. 3 V: I ₂ = 4. 7 V / 680 Ом = 6. 9 mA

R1-ші резисторындағы кернеу: Диод арқылы өтетін тоқ

VR1= 7 V - 4. 7 V = 2. 3 V: I1 = I - I2 = 5. 9 mA

Егер Zener диодының құжатында ең жоғарғы шашыранды қуаты 0, 25 W көрсетсе, онда ең жоғарғы тоғы Zener диодының кернеуі арқылы есептелінеді:

I ₂ _MAX = 0. 25 W / 4. 7 V = 53 mA

Кернеуді тұрақтандырушы диодтар туралы түсінік.

Тоғы өзгергенмен кернеуі тұрақты болып қалатын жартылай өткізгішті диод стабилитрон деп аталады. Стабилитрон әртүрлі құрылғыларда кернеуді тұрақтандыру үшін, яғни кернеуді өзгертпей ұстап тұру үшін қолданылады. Стабилитронның шартты белгісі 3-суретте көрсетілген.

SEMI_z-diode-schaltb
Анод Катод

3-сурет

Стабилитрон және стабистор. Тұрақты тоқтың сызықты емес тiзбектерiнде кернеудi тұрақтандыру үшiн қолданылады.

4-сурет

Стабилитронның стабистордан айырмашылығы, стабилитронда кернеудi тұрақтандыру үшiн (4-сурет) ВАС-ның керi тармағын қолданады. Диодтың ВАС-да АВ және СD бөлiктері бар, мұнда тоқтың айтарлықтай өзгеруiне кернеудiң аз ғана өзгеруi сәйкес келедi (олардың сызықтық тәуелдiлiгi кезiнде) .

Жоғары кернеудi ( >3B) тұрақтандыру үшiн ВАС-ның керi тармағы (АВ бөлiгiн) қолданылады. Стабилитрон р-п өтпесінің вольт-амперлік сипаттамасының АВ бөлігінде тоқ өскенмен кернеу тұрақты болып калатындығы көрініп тұр. Стабилитрон тоғы осы аралықта жататын жүктемелер үшін пайдаланылады. Тоқ одан әрі өскен кезде р-п өтпесі қатты қызып, электрлік тесілу жылулық тесілуге ұласуы мүмкін.

Аз мәндi кернеулердi ( ) тұрақтандыру үшiн, мысалы интегралды сұлбаларда ВАС-ның тура тармағын (СD бөлiмін) қолданады, ал бұл мақсатта қолданылатын диодтарды стабистор деп атайды, және (5-сурет) оның шартты белгiленуi төменде көрсетiлген.

5-сурет

Оларды кремнийден жасайды. Тұрақтандыру кернеуі (3-180В) диапазонын құрайды

Стабилитронның негізгі шамалары:

-тоқ берілген кездегі номиналды тұрақтандыру кернеуі;

- сипаттаманың кернеуі тұрақты бөлігіндегі динамикалық кедергісі;

- кернеуі тұрақты мәніне сәйкес минимал тоғы;

-максималды рауалы шашыратқыш қуат;

ТКU - кернеудің температуралық коэффициенті.

Кернеуді екi өрiстi түрде тұрақтандыру сұлбаларында симметриялы стабилитрондар қолданылады(6-сурет) .

6-сурет

Туннельдік диодтар

Туннельдік диодтардың жұмыс істеу шарты туннельдік әсерге негізделген. 7-суретте келтірілген сипаттаманың 0б бөлігінде тоқ тек туннельдік әсерге негізделген. Егер потенциалдар айырымын оң бағытта арттыратын болсақ, туннельдік тоқ шапшаң кемиді, р-п өтпесі аркылы кәдімгі инжекциялық тоқ жүре бастайды. в нүктесінде туннельдік тоқ мүлде жойылады да, ары қарай тек инжекциялық тоқ жүретін болады. Сипаттаманың бв бөлігінде диод кедергісінің мәні теріс элементтің міндетін атқарады. Оның осы ерекше қасиетін электрлік тербелістерді генерациялау үшін пайдаланады. Туннельдік диодтардың тағы ерекше қасиеттерінің бірі, олардың инерциялығы өте аз, сондықтан олар аса жоғары жиіліктер аймағында жұмыс істей алады.

7-сурет

Импульстік диодтар

Импульстік сигналдар шұғыл басталып шұғыл аяқталады. Өткінші үрдістер өте аз уакытқа жалғасады. Сол себепті, диод импульстің өзгерісіне сәйкес өте тез ашылып және өте тез жабылып үлгеруі керек. Диодтың р-п өтпесне тік төртбұрышты импульс берілсе (5а-сурет) . Импулютік кернеу р-п өтпесі аймағында қалыптасқан жағдайды өзгертеді. Бірақ электрондар р- қабатының шекарасына, ал кемтіктер n- қабатының шекарасына тез арада жинала алмайды, ол үшін біраз уақыт кетеді. Осы кезде р-п өтпесінің кедергісі үлкен болатындықтан оған түсетін кернеудің шамасы импульстің амплитудасын V' _мш максимал мәніне жеткізеді. Осы кезде р-п өтпесі аймағындағы заряд тасымалдаушылардың қозғалысы біртіндеп тұрақтана бастайды, р-п өтпесінің кедергісі кемиді. Сөйтіп, ондағы кернеудің U _m мәні r _m тұрақтану уакыты барысында 1, 2 , U _m тұрақтану мәніне дейін кемиді (5ә-сурет) .

Енді импульс аяқталған мезетте диод ашық жағдайдан жабық жағдайға көшу үрдісі басталады. р-п өтпесіне түскен кернеудің полярлығы өзгерген кезде тоқтың бағыты да шұгыл өзгеріп, кері тоқтың шамасы I _k мәніне жетеді (8б-сурет) . Енді р-п өтпесі аймағындағы заряд тасымалдаушылардың шоғыры кері бағытта біртіндеп қалыптаса бастайды. Осыған байланысты I _k кері тоқтың шамасы 1, 2, I _м тұрақтану мәніне дейін келетін уақытты $\tau$ _ок орнына келу уақыты деп атайды.

8-сурет

$\tau$ _m мен $\tau$ уақыттары импульстік диодтың негізгі шамалары болып есептеледі. Олардың мәні неғұрлым аз болған сайын диодтың сипаттамасы соғұрлым жақсы, р-п өтпесінің инерттігі мен сыйымдылығы да аз болады. Мұндай жағдайда жұмыс жиіліктері жоғарлайды.

Варикап

Диодтың р-п өтпесіне U _k кері кернеу берген кезде оның С _м тосқауылдық сыйымдылығы өзгереді (9а-сурет) .

9-сурет

Диодтың р-п өтпесінің бұл қасиетін пайдаланып, сыйымдылығын электр арқылы өзгертіп басқаруға болатын конденсатор жасауға болады. Конденсатор ретінде пайдалануға болатын мұндай диодты варикап дейді. (9ә-суретте) варикаптың шартты белгісі көрсетілген.

Варикаптың басты шамалары:

− жалпы сыйымдылығы, С = 10 $\div$ 500пФ;

− кері кернеудің максимал мәні, U _k = 2 $\div$ 5 В;

− максимал және минимал сыйымдылықтарының қатынасы,

− сыйымдылықтың температуралық коэффициенті, ТКС =

Варикап, алыс қашықтықтан басқару жүйелерінде және резонанстық құбылыстың жиілігін автоматты түрде өзгерту үшін қолданылады.

Диодтың тағыда бірнеше түрлері бар. Олар:

− магниттік диод - вольт-амперлік сипаттамасы магнит өрісінің әсерінен өзгеретін жартылай өткізгішті диод. Оның сезімталдығы өрнегі арқылы анықталады;