En la Fig. La Figura 2.9 muestra la característica corriente-voltaje de un diodo rectificador de silicio a diferentes temperaturas. ambiente.
Las corrientes directas máximas permitidas de diodos planos de silicio de varios tipos son 0,1...1600 A. La caída de voltaje a través de los diodos con estas corrientes generalmente no excede los 1,5 V. Al aumentar la temperatura, la caída de voltaje directo disminuye, lo que está asociado con una disminución en la altura de la barrera potencial
p-n-transición y con la redistribución de portadores de carga entre niveles de energía.
La rama inversa de la característica corriente-voltaje de los diodos de silicio no tiene una sección de saturación de la corriente inversa, porque La corriente inversa en los diodos de silicio es causada por el proceso de generación de portadores de carga en p-n-transición. La rotura de los diodos de silicio tiene un carácter de avalancha. Por lo tanto, el voltaje de ruptura aumenta al aumentar la temperatura. Para algunos tipos de diodos de silicio a temperatura ambiente, el voltaje de ruptura puede ser de 1500...2000 V.
El rango de temperatura de funcionamiento de los diodos rectificadores de silicio está limitado a –60…+125 C. El límite inferior de las temperaturas de funcionamiento se debe a la diferencia en los coeficientes de temperatura de expansión lineal de varios elementos del diseño del diodo: en temperaturas bajas Se producen tensiones mecánicas que pueden provocar la rotura del cristal. A medida que la temperatura disminuye, también es necesario tener en cuenta el aumento en la caída de tensión directa a través del diodo, que se produce debido a un aumento en la altura de la barrera de potencial en p-n-transición.
El límite superior del rango de temperatura de funcionamiento de los diodos rectificadores está determinado por un fuerte deterioro de la rectificación debido a un aumento en la corriente inversa; esto se debe a la generación térmica de portadores de carga como resultado de la ionización de átomos semiconductores. En base a esto, el límite superior del rango de temperatura de funcionamiento de los diodos rectificadores de silicio, como la mayoría de los demás dispositivos semiconductores, está asociado con la banda prohibida del material semiconductor original.
En la Fig. La figura 2.10 muestra la característica corriente-voltaje de un diodo rectificador de germanio a diferentes temperaturas ambiente.
La tensión directa en un diodo de germanio con la corriente directa máxima permitida es casi dos veces menor que en un diodo de silicio. Esto se debe a la menor altura de la barrera potencial de transición de germanio, lo que es una ventaja, pero lamentablemente la única.
Los diodos de germanio se caracterizan por la existencia de una corriente de saturación inversa, que está asociada con el mecanismo de formación de corriente inversa: el proceso de extracción de portadores de carga minoritarios.
La densidad de corriente inversa en los diodos de germanio es mucho mayor, porque En igualdad de condiciones, la concentración de portadores de carga minoritarios en el germanio es varios órdenes de magnitud mayor que en el silicio. Esto lleva al hecho de que en los diodos de germanio la degradación es de naturaleza térmica. Por lo tanto, el voltaje de ruptura disminuye al aumentar la temperatura y los valores de este voltaje son menores que el voltaje de ruptura de los diodos de silicio.
El límite superior del rango de temperatura de funcionamiento de los diodos de germanio es de aproximadamente 75 C.
Una característica esencial de los diodos de germanio y su desventaja es que no resisten ni siquiera sobrecargas de impulsos de muy corta duración con polarización inversa. p-n-transición. Esto está determinado por el mecanismo de ruptura: la ruptura térmica, que ocurre cuando la corriente se combina con la liberación de una gran potencia específica en el punto de ruptura.
Las características enumeradas de los diodos rectificadores de silicio y germanio están asociadas con la diferencia en la banda prohibida de los semiconductores originales. De esta comparación queda claro que los diodos rectificadores con una banda prohibida mayor tienen ventajas significativas en propiedades y parámetros. Uno de esos representantes es el arseniuro de galio.
Actualmente, los diodos rectificadores de arseniuro de galio producidos industrialmente todavía están lejos de ser óptimos. Por ejemplo, un diodo del tipo AD112A tiene una corriente directa máxima permitida de 300 mA con una tensión directa de 3 V. Una tensión directa grande es una desventaja de todos los diodos rectificadores. p-n- cuyas transiciones se forman en un material con una banda prohibida amplia. El voltaje inverso máximo permitido para este diodo es –50 V. Lo más probable es que esto se deba al hecho de que en la región p-n-transición hay una gran concentración de defectos debidos a tecnologías imperfectas.
Las ventajas de los diodos rectificadores de arseniuro de galio son una amplia gama de temperaturas de funcionamiento y mejores propiedades de frecuencia. El límite superior de temperatura de funcionamiento de los diodos AD112A es 250 C. Los diodos de arseniuro de galio AD110A pueden funcionar en rectificadores de baja potencia hasta una frecuencia de 1 MHz, lo que está garantizado por la corta vida útil de los portadores de carga de este material.
Conclusiones:
1. Al aumentar la temperatura, la corriente inversa de los diodos rectificadores de germanio aumenta drásticamente debido al aumento de la corriente térmica.
2. Los diodos de silicio tienen una corriente térmica muy baja y, por lo tanto, pueden funcionar a temperaturas más altas y con menos corriente inversa que los diodos de germanio.
3. Los diodos de silicio pueden funcionar a voltajes inversos significativamente más altos que los diodos de germanio. La tensión inversa constante máxima permitida para los diodos de silicio aumenta con el aumento de la temperatura hasta un valor máximo, mientras que para los diodos de germanio cae bruscamente.
4. Debido a estas ventajas, los diodos rectificadores actualmente se fabrican principalmente de silicio.
Introducción
diodo semiconductor– un dispositivo semiconductor con una unión eléctrica y dos terminales (electrodos). A diferencia de otros tipos de diodos, el principio de funcionamiento de un diodo semiconductor se basa en el fenómeno de la unión pn.
Las uniones p-n planas para diodos semiconductores se producen por fusión, difusión y epitaxia.
Condicional designación gráfica(Fig. 1) depende del diseño del diodo.
a B C D e F
a – diodo; b – diodo zener; c – diodo zener simétrico;
d – diodo túnel; d – varicap; e - diodo inverso
Figura 1 – Designación de diodos en diagramas de circuito
Principales características y parámetros de los diodos:
Características de voltios-amperios;
Corriente de diodo inversa constante;
Diodo de voltaje inverso constante;
Diodo de corriente directa constante;
Rango de frecuencia de diodo;
Resistencia diferencial;
- capacidad;
Cortocircuito;
Potencia máxima permitida;
La corriente directa directa máxima permitida del diodo.
Tipos de diodos por finalidad.
Los diodos rectificadores están diseñados para convertir corriente alterna a permanente.
Los diodos de pulso tienen una corta duración de procesos transitorios y están diseñados para usarse en modos de operación pulsados.
Los diodos detectores están diseñados para detectar una señal.
Los diodos mezcladores están diseñados para convertir señales de alta frecuencia en una señal de frecuencia intermedia.
Los diodos de conmutación están diseñados para usarse en dispositivos de control del nivel de potencia de microondas.
Paramétrico
Los diodos limitadores (diacs, supresores) están diseñados para proteger radios y equipos domésticos del aumento. tensión de red.
multiplicando
Ajustes
generando
Tipos de diodos por rango de frecuencia
Baja frecuencia
Alta frecuencia
Tipos de diodos por tamaño de unión
plano
Lugar
Tipos de diodos por diseño.
Diodos Schottky
Diodos de microondas
diodos zener
Estabilizadores
varicaps
LED
Fotodiodos
diodo de avalancha
diodo de avalancha
diodo gunn
Diodos de túnel
diodos invertidos
Característica corriente-voltaje del diodo.
Los parámetros técnicos del diodo están determinados principalmente por su característica corriente-voltaje (CVC), cuya forma típica se muestra en la Fig. 1. Las designaciones y definiciones de los principales parámetros de diodos y tiristores están reguladas por las normas: "Términos, definiciones y designaciones de letras" GOST 20332-84. En la característica se pueden distinguir dos ramas típicas: directa e inversa. La rama directa corresponde al estado conductor del diodo con polaridad de tensión directa. La rama inversa muestra el estado cerrado del diodo con la polaridad correspondiente del voltaje inverso. La rama directa se caracteriza por pequeños valores de voltaje directo en el diodo, y la rama inversa se caracteriza por pequeños valores de corriente, llamados inversos.
Figura 2 – Características I-V del diodo
Cuando una fuente de energía constante está conectada "más" al ánodo del diodo (región p - tipo) y "menos" al cátodo (región n - tipo), el diodo está en estado abierto y una corriente fluirá en el circuito, cuya magnitud depende de las propiedades del dispositivo y de la magnitud del voltaje aplicado. La polaridad directa de la conexión determina el movimiento de los electrones desde la región tipo n hacia la región tipo p, y los "agujeros" de la región tipo p se mueven hacia los electrones. Cuando se encuentran en la región de la unión p-n, los portadores se recombinan y dejan de existir. Una carga negativa de una batería suministra un número ilimitado de electrones a la región n, y una carga positiva generará un número ilimitado de “agujeros” en la región p. En este caso, la resistencia de la unión p-n es baja, lo que facilita el flujo de corriente directa.
Al volver a conectar la fuente de alimentación al dispositivo, cargas eléctricas en un diodo se comportará de manera diferente: los electrones en la región de conductividad n tenderán a tener una carga positiva, alejándose de la unión p-n. A su vez, los agujeros en la región de conductividad p comenzarán a moverse hacia el electrodo negativo, alejándose también de la unión p – n. Como resultado, los límites de las regiones con diferentes conductividades se expandirán y formarán una zona sin portadores. Dicha zona proporciona una gran resistencia a la corriente, pero aquí todavía se produce un pequeño intercambio de portadores, lo que significa que hay corriente, pero su valor es muchas veces menor que el directo. Esta corriente se denomina comúnmente corriente inversa del diodo.
Orden de trabajo:
1) iniciar el programa "Multisim";
2) utilizando la biblioteca integrada de componentes y dispositivos, cree un diagrama del Apéndice A;
3) configurar el generador a una tensión sinusoidal de 3 V con una frecuencia de 5 Hz;
4) ejecute la simulación, configure el osciloscopio en el modo de barrido B-A de modo que la rama directa (Fig. 2) de la característica corriente-voltaje del diodo sea claramente visible;
5) detener la simulación, dibujar la característica I-V del diodo;
6) configurar el generador a una tensión sinusoidal de 150 V con una frecuencia de 5 Hz;
7) inicie la simulación, configure el osciloscopio en el modo de barrido B-A de modo que la rama inversa (Fig. 2) de la característica corriente-voltaje del diodo sea claramente visible;
8) detener la simulación, dibujar la característica I-V del diodo;
10) mida la característica corriente-voltaje de un diodo zener semiconductor de manera similar (Apéndice B, configuración del generador - 4 V, 5 Hz);
11) elaborar un diagrama para el diac del Apéndice B;
12) configurar el multímetro en modo de medición actual, el osciloscopio en modo de base de tiempo normal;
13) aumentando el voltaje cambiando los devanados del transformador, asegúrese de que el fusible se haya fundido;
14) detener la simulación, sacar conclusiones, explicar lo que está pasando;
15) elaborar un diagrama del puente rectificador (Apéndice D);
16) configurar el generador a una tensión sinusoidal de 9 V con una frecuencia de 50 Hz;
17) iniciar la simulación, configurar el osciloscopio;
18) examinar el circuito, cambiando el voltaje y conmutando la carga, para asegurarse de que la lámpara y los fusibles se quemen;
19) detener la simulación, sacar conclusiones, dibujar oscilogramas;
20) elaborar un diagrama de estudio de diodos (Apéndice E);
21) iniciar la simulación, cambiar al generador de onda sinusoidal, configurar los osciloscopios;
22) comparar oscilogramas de dispositivos paralelos;
23) cambie a una batería de CC, cambiando el control deslizante de la resistencia variable R1, trace la dependencia del voltaje U2 (XMM2) del voltaje U1 (XMM1);
25) cerrar el programa;
26) responder preguntas de seguridad.
Diodos rectificadores PP. Caracteristicas de diseño. CVC. Parámetros principales.
Ecuaciones de corrientes de colector para circuitos de conmutación OB y OE.
Coeficientes de transferencia actuales, sus relaciones.
1. Diodos rectificadores PP.
Diodo rectificador Diseñado para convertir tensión alterna en tensión continua. Un rectificador ideal debería permitir que la corriente pase en una polaridad, pero no en la otra polaridad. Las propiedades de un diodo semiconductor están cerca de las propiedades de un rectificador ideal, ya que su resistencia en la dirección directa difiere en varios órdenes de magnitud de la resistencia en la dirección inversa. Las principales desventajas de un diodo semiconductor incluyen: con polarización directa, la presencia de una región de bajas corrientes en la sección inicial y una resistencia final rs; si ocurre lo contrario, hay ruptura.
Los diodos rectificadores están diseñados para rectificar corriente alterna de baja frecuencia (menos de 50 kHz).
Caracteristicas de diseño.
Según el nivel de disipación fuerza Se distinguen diodos:
baja potencia (corriente rectificada no más de 300 mA);
potencia media (corriente rectificada de 400 mA a 10 A);
alta potencia (corriente rectificada superior a 10 A);
Por diseños- punto, plano.
Materiales semiconductores utilizados: germanio, silicio, selenio, titanio.
Por método de fabricación: aleación, difusión (Figura 1).
Arroz. 1. Estructuras de diodos rectificadores.
Figura 2. Ejemplos de diseño de diodos.
La Figura 2 muestra ejemplos de diseños de diodos con diferentes resistencias: (izquierda-1,2-baja potencia) Rt = (100-200) °/W,
(derecha-3-potencia promedio) Rt = 1-10°/W.
Característica corriente-tensión de un diodo rectificador.
Figura 3. Características I-V del diodo rectificador.
En el análisis eléctrico de circuitos con diodos, las ramas individuales de la característica corriente-tensión se representan como líneas rectas, lo que permite representar el diodo en forma de varios circuitos equivalentes. La elección de uno u otro circuito equivalente de diodo está determinada por las condiciones específicas de análisis y cálculo del dispositivo, incluidos los diodos.
Figura 4.1.
Figura 4.2.
El funcionamiento de un diodo en una carga activa se muestra en la Figura 4.1. La corriente a través del diodo se describe por su característica corriente-voltaje id = f(ud), la corriente a través de la resistencia de carga, dado que la conexión es en serie, será igual a la corriente a través del diodo id = in = i y para si la relación en = (u(t) - ud)/Rn es válida. La figura 4.2 muestra, en la misma escala, líneas que describen ambas dependencias funcionales: la característica corriente-voltaje del diodo y la característica de carga.
Figura 4.3.
La Figura 4.3 muestra que cuanto más pronunciada sea la característica del diodo y más pequeña sea la zona de baja corriente (“talón”), mejores serán las propiedades rectificadoras del diodo. La entrada del punto de operación en la región previa a la ruptura conduce no solo a la liberación de alta potencia en el diodo y su posible destrucción, sino también a la pérdida de sus propiedades rectificadoras.
Parámetros principales, que caracterizan a los diodos rectificadores, son
Corriente directa máxima I pr max (0,01…10 A);
Caída de voltaje a través del diodo a un valor dado de corriente directa I pr
(U pr » 0,3...0,7 V para diodos de germanio y U pr » 0,8...1,2 V para diodos de silicio);
La tensión inversa constante máxima permitida del diodo es U arr max ;
Corriente inversa I arr a un voltaje inverso dado U arr (el valor de la corriente inversa de los diodos de germanio es dos o tres órdenes de magnitud mayor que el de los diodos de silicio) (0,005...150 mA);
La capacitancia de barrera de un diodo cuando se le aplica un voltaje inverso de cierta magnitud;
El rango de frecuencia en el que puede funcionar el diodo sin una reducción significativa de la corriente rectificada;
Rango de temperatura de funcionamiento (los diodos de germanio funcionan en el rango
60...+70°C, silicio - en el rango -60...+150°C, lo que se explica por las bajas corrientes inversas de los diodos de silicio).
2. Ecuaciones de corrientes de colector.
Para el circuito de conexión con OB.
La expresión para la característica de salida idealizada en modo activo es:
i A =αyo mi +yo KB0 .
Para el circuito de conexión con OE.
La expresión para la característica de salida idealizada en modo activo es:
i A = i B +yo KE0 .
Si el circuito del emisor está roto, entonces, bajo la influencia del voltaje inverso en el colector, fluirá una corriente inversa a través de la unión del colector desde el colector hasta la base. I KB0. Su valor viene dado en los datos de referencia del transistor.
I KE0 =α· I KB0- se llama corriente térmica pasante del transistor.
Circuito emisor común (CE).
Un diagrama de este tipo se muestra en la Figura 5.
Arroz. 5. Diagrama de circuito para conectar un transistor con un emisor común.
Las propiedades amplificadoras de un transistor se caracterizan por uno de sus parámetros principales: el coeficiente de transferencia de corriente de base estática o la ganancia de corriente estática. β . Dado que debería caracterizar sólo el propio transistor, se determina en modo sin carga (Rk = 0).
Numéricamente es igual a:
en U k-e = constante
Este coeficiente puede ser igual a decenas o centenas, pero el coeficiente real k i siempre es menor que β, ya que cuando se enciende la carga, la corriente del colector disminuye.
Esquema de base común (CB).
El diagrama OB se muestra en la Figura 6.
Arroz. 6. Circuito de conexión de un transistor con base común.
El coeficiente de transferencia de corriente estática para el circuito OB se denota por α y está determinado por:
en U k-b = constante
Este coeficiente es siempre menor que 1 y cuanto más cerca de 1 esté, mejor será el transistor.
Las relaciones para los coeficientes de transferencia de corriente para los circuitos OB y OE tienen la forma:
K ib = i k /i e = α, K i e = i k /i b = α./(1- α.)
Coeficiente α > 1 y es 49 - 200.
Un diodo rectificador es un dispositivo que conduce corriente en una sola dirección. Su diseño se basa en una unión p-n y dos salidas. Un diodo de este tipo transforma la corriente alterna en corriente continua. Además, son ampliamente utilizados en circuitos eléctricos para multiplicación de voltaje, circuitos donde no existen requisitos estrictos para los parámetros de la señal en tiempo y frecuencia.
- Principio de funcionamiento
- Parámetros básicos del dispositivo
- Circuitos rectificadores
- Dispositivos de pulso
- Dispositivos importados
Principio de funcionamiento
El principio de funcionamiento de este dispositivo se basa en características pn transición. Cerca de las uniones de dos semiconductores hay una capa en la que no hay portadores de carga. Esta es la capa barrera. Su resistencia es grande.
Cuando una capa se expone a una determinada tensión alterna externa, su espesor se reduce y posteriormente desaparece por completo. La corriente que aumenta se llama corriente directa. Va del ánodo al cátodo. Si la tensión alterna externa tiene una polaridad diferente, la capa de bloqueo será más grande y la resistencia aumentará.
Tipos de dispositivos, su designación.
Por diseño, existen dos tipos de dispositivos: puntuales y planos. En la industria, los más comunes son el silicio (designación - Si) y el germanio (designación - Ge). Los primeros tienen una temperatura de funcionamiento más alta. La ventaja de este último es la baja caída de tensión con la corriente directa.
El principio de designación de los diodos es un código alfanumérico:
- El primer elemento es la designación del material del que está fabricado;
- El segundo define una subclase;
- El tercero denota capacidades laborales;
- El cuarto es el número de serie del desarrollo;
- Quinto – designación de clasificación según parámetros.
La característica corriente-voltaje (característica voltamperio) de un diodo rectificador se puede representar gráficamente. El gráfico muestra que la característica corriente-voltaje del dispositivo no es lineal.
En el cuadrante inicial de la característica corriente-voltaje, su rama directa refleja la conductividad más alta del dispositivo cuando se le aplica una diferencia de potencial directa. La rama inversa (tercer cuadrante) de la característica corriente-tensión refleja la situación de baja conductividad. Esto ocurre con una diferencia de potencial inversa.
Las características reales de corriente-voltaje dependen de la temperatura. A medida que aumenta la temperatura, la diferencia de potencial directo disminuye.
Del gráfico de la característica corriente-voltaje se deduce que con baja conductividad, la corriente no pasa a través del dispositivo. Sin embargo, a un cierto valor de voltaje inverso, se produce una avalancha.
La característica corriente-voltaje de los dispositivos de silicio difiere de la de los dispositivos de germanio. Las características corriente-tensión se dan dependiendo de las diferentes temperaturas ambiente. La corriente inversa de los dispositivos de silicio es mucho menor que la de los dispositivos de germanio. De los gráficos de la característica corriente-voltaje se deduce que aumenta al aumentar la temperatura.
La propiedad más importante es la marcada asimetría de la característica corriente-tensión. Con polarización directa - alta conductividad, con polarización inversa - baja. Es esta propiedad la que se utiliza en los dispositivos rectificadores.
Al analizar las características del dispositivo, cabe señalar: se tienen en cuenta cantidades tales como el coeficiente de rectificación, la resistencia y la capacitancia del dispositivo. Estos son parámetros diferenciales.
Refleja la calidad del rectificador.
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Se puede calcular: será igual a la relación entre la corriente directa del dispositivo y la inversa. Este cálculo es aceptable para un dispositivo ideal. El valor del coeficiente de rectificación puede alcanzar varios cientos de miles. Cuanto más grande sea, mejor hará su trabajo la plancha.
Parámetros básicos del dispositivo
¿Qué parámetros caracterizan a los dispositivos? Parámetros principales de los diodos rectificadores:
- El valor más alto de la corriente directa promedio;
- El valor de voltaje inverso más alto permitido;
- La frecuencia máxima permitida de la diferencia de potencial a una corriente directa dada.
Según el valor máximo de corriente directa, los diodos rectificadores se dividen en:
- Dispositivos de baja potencia. Tienen un valor de corriente directa de hasta 300 mA;
- Diodos rectificadores de media potencia. El rango de corriente directa es de 300 mA a 10 A;
- Potencia (alta potencia). Valor superior a 10 A.
Existen dispositivos de potencia que dependen de la forma, material y tipo de instalación. Los más comunes son:
- Dispositivos de potencia media. Su especificaciones técnicas le permite trabajar con voltajes de hasta 1,3 kilovoltios;
- Potencia, alta potencia, capaz de pasar corriente hasta 400 A. Se trata de dispositivos de alto voltaje. Existen diferentes carcasas para diodos de potencia. Los más comunes son los tipos pin y tablet.
Circuitos rectificadores
Los circuitos para conectar dispositivos de potencia son diferentes. Para rectificar la tensión de red se dividen en monofásicos y multifásicos, de media onda y de onda completa. La mayoría de ellos son monofásicos. A continuación se muestra el diseño de dicho rectificador de media onda y dos gráficos de voltaje en un diagrama de tiempos.
Se suministra tensión alterna U1 a la entrada (Fig. a). En el lado derecho del gráfico está representado por una onda sinusoidal. El estado del diodo está abierto. La corriente fluye a través de la carga Rн. Durante el semiciclo negativo, el diodo está cerrado. Por lo tanto, sólo se suministra a la carga una diferencia de potencial positiva. En la Fig. se refleja su dependencia del tiempo. Esta diferencia de potencial opera durante un medio ciclo. De aquí proviene el nombre del esquema.
El circuito de onda completa más simple consta de dos circuitos de media onda. Para este diseño de rectificación son suficientes dos diodos y una resistencia.
Los diodos solo dejan pasar corriente alterna positiva. La desventaja del diseño es que durante el medio ciclo la diferencia de potencial alterno se elimina sólo de la mitad del devanado secundario del transformador.
Si utiliza cuatro diodos en el diseño en lugar de dos, la eficiencia aumentará.
Los rectificadores se utilizan ampliamente en varios campos industria. En los generadores de automóviles se utiliza un dispositivo trifásico. Y el uso del generador de corriente alterna inventado contribuyó a reducir el tamaño de este dispositivo. Además, su fiabilidad ha aumentado.
En los dispositivos de alto voltaje se utilizan ampliamente postes de alto voltaje, que están compuestos por diodos. Están conectados en serie.
Dispositivos de pulso
Un dispositivo pulsado es un dispositivo cuyo tiempo de transición de un estado a otro es corto. Se utilizan para trabajar en circuitos de pulsos. Estos dispositivos se diferencian de sus homólogos rectificadores en pequeños capacitancias pn transiciones.
Para dispositivos de esta clase, además de los parámetros indicados anteriormente, se debe incluir lo siguiente:
- Tensiones y corrientes directas (inversas) de pulso máximo;
- Período de instalación de tensión continua;
- Periodo de recuperación de la resistencia inversa del dispositivo.
Los diodos Schottky se utilizan ampliamente en circuitos de pulsos de alta velocidad.
Dispositivos importados
La industria nacional produce una cantidad suficiente de dispositivos. Sin embargo, hoy en día los importados son los más demandados. Se consideran de mayor calidad.
Los dispositivos importados se utilizan ampliamente en circuitos de radio y televisión. También se utilizan para proteger varios dispositivos cuando se conectan incorrectamente (polaridad incorrecta). La cantidad de tipos de diodos importados es variada. Todavía no existe una alternativa completa para reemplazarlos por otros nacionales.
Para controlar la dirección de la corriente eléctrica, es necesario utilizar diferentes componentes eléctricos y de radio. En particular, la electrónica moderna utiliza para este fin un diodo semiconductor; su uso garantiza una corriente uniforme;
Dispositivo
Un diodo eléctrico semiconductor o válvula de diodo es un dispositivo que está hecho de materiales semiconductores (generalmente silicio) y funciona únicamente con un flujo unidireccional de partículas cargadas. El componente principal es la parte cristalina, con Unión PN, que está conectado a dos contactos electricos. Los tubos de diodos de vacío tienen dos electrodos: una placa (ánodo) y un cátodo calentado.
Foto – diodo semiconductorEl germanio y el selenio se utilizan para crear diodos semiconductores, tal como se hacían hace más de 100 años. Su estructura permite que las piezas se utilicen para mejorar circuitos electrónicos, convertir corriente alterna y continua en pulsantes unidireccionales y mejorar diferentes dispositivos. En el diagrama se ve así:
Foto - designación de diodo Existir diferentes tipos diodos semiconductores, su clasificación depende del material, principio de funcionamiento y área de uso: diodos zener, pulsados, de aleación, puntuales, varicaps, láser y otros tipos. Muy a menudo se utilizan análogos de puentes: son rectificadores planos y policristalinos. Su comunicación también se realiza mediante dos contactos.
Las principales ventajas de un diodo semiconductor:
- Intercambiabilidad total;
- Excelentes parámetros de rendimiento;
- Disponibilidad. Puedes comprarlos en cualquier tienda de electrodomésticos o retirarlos gratis de circuitos viejos. El precio comienza desde 50 rublos. Nuestras tiendas ofrecen tanto marcas nacionales (KD102, KD103, etc.) como extranjeras.
Calificación
La marca de un diodo semiconductor es una abreviatura de los parámetros principales del dispositivo. Por ejemplo, KD196V es un diodo de silicio con un voltaje de ruptura de hasta 0,3 V, un voltaje de 9,6, un modelo del tercer desarrollo.
Basado en esto:
- La primera letra determina el material del que está hecho el dispositivo;
- Nombre del dispositivo;
- Un número que define el propósito;
- Voltaje del dispositivo;
- Un número que determina otros parámetros (según el tipo de pieza).
Video: usando diodos
Principio de funcionamiento
Los diodos semiconductores o rectificadores tienen un principio de funcionamiento bastante sencillo. Como ya hemos dicho, un diodo está hecho de silicio de tal forma que un extremo es de tipo p y el otro de tipo n. Esto significa que ambos pines tienen características diferentes. Uno tiene un exceso de electrones, mientras que el otro tiene un exceso de huecos. Naturalmente, hay una región en el dispositivo en la que todos los electrones llenan ciertos huecos. Esto significa que no hay cargos externos. Debido al hecho de que esta región está agotada de portadores de carga y se la conoce como región de combinación.
Foto - principio de funcionamiento. A pesar de que el área de conexión es muy pequeña (a menudo su tamaño es de varias milésimas de milímetro), la corriente no puede fluir por ella de la forma habitual. Si se aplica un voltaje tal que el área de tipo p se vuelve positiva y el área de tipo n se vuelve negativa, los huecos se mueven hacia el polo negativo y ayudan a los electrones a pasar a través del área de combinación. De la misma manera, los electrones se mueven hacia el contacto positivo y, por así decirlo, pasan por alto el unificador. A pesar de que todas las partículas se mueven con diferentes cargas en diferentes direcciones, en última instancia forman una corriente unidireccional, que ayuda a rectificar la señal y evitar sobretensiones en los contactos del diodo.
Si se aplica voltaje a un diodo semiconductor en la dirección opuesta, no fluirá corriente a través de él. La razón es que los huecos son atraídos por el potencial negativo, que se encuentra en la región de tipo p. Asimismo, los electrones son atraídos por un potencial positivo que se aplica a la región de tipo n. Esto hace que la región de combinación aumente de tamaño, haciendo imposible que se produzca un flujo dirigido de partículas.
Foto - características de los semiconductores. Características corriente-voltaje
La característica corriente-voltaje de un diodo semiconductor depende del material del que está hecho y de algunos parámetros. Por ejemplo, un diodo o rectificador semiconductor ideal tiene los siguientes parámetros:
- Resistencia para conexión directa – 0 Ohm;
- Potencial térmico – VG = +-0,1 V;
- En la sección directa RD > rD, es decir, la resistencia directa es mayor que la resistencia diferencial.
Si todos los parámetros coinciden, se obtiene el siguiente gráfico:
Foto - Característica I-V de un diodo ideal. Este diodo se utiliza en la ingeniería eléctrica digital, la industria del láser y también en el desarrollo de equipos médicos. Es necesario para altas exigencias de funciones lógicas. Ejemplos: diodo láser, fotodiodo.
En la práctica, estos parámetros son muy diferentes a los reales. Muchos dispositivos simplemente no son capaces de funcionar con tales alta precisión, o dichos requisitos no son necesarios. Una caracterización del circuito equivalente de un semiconductor real demuestra que tiene serias desventajas:
Foto: característica corriente-voltaje en un diodo semiconductor real Esta característica corriente-voltaje de un diodo semiconductor indica que durante la conexión directa, los contactos deben alcanzar el voltaje máximo. Entonces el semiconductor se abrirá para permitir el paso de partículas cargadas de electrones. Estas propiedades también demuestran que la corriente fluirá normalmente y sin interrupción. Pero hasta que todos los parámetros coincidan, el diodo no conduce corriente. Al mismo tiempo, el voltaje para un rectificador de silicio varía dentro de 0,7 y para un rectificador de germanio varía dentro de 0,3 voltios.
El funcionamiento del dispositivo depende en gran medida del nivel de corriente directa máxima que puede pasar a través del diodo. En el diagrama está definido por ID_MAX. El dispositivo está diseñado de tal manera que cuando se enciende directamente, solo puede soportar electricidad fuerza limitada. De lo contrario, el rectificador se sobrecalentará y quemará, como un LED normal. Se utilizan diferentes tipos de dispositivos para controlar la temperatura. Naturalmente, algunos de ellos afectan la conductividad, pero prolongan el rendimiento del diodo.
Otra desventaja es que cuando pasa corriente alterna, el diodo no es un dispositivo aislante ideal. Sólo funciona en un sentido, pero siempre hay que tener en cuenta la corriente de fuga. Su fórmula depende de los demás parámetros del diodo utilizado. La mayoría de las veces, los circuitos lo designan como I OP. Un estudio realizado por expertos independientes encontró que el germanio transmite hasta 200 µA y el silicio transmite hasta 30 µA. Al mismo tiempo, muchos modelos importados están limitados a una fuga de 0,5 µA.
Foto – diodos domésticos Todos los tipos de diodos son susceptibles a caídas de voltaje. Esta es una propiedad de una red que se caracteriza por un voltaje limitado. Cualquier dispositivo estabilizador debe resistirlo (diodo zener, transistor, tiristor, puente de diodos y condensador). Cuando la diferencia de potencial externo entre los contactos de un diodo semiconductor rectificador es significativamente mayor que el voltaje limitado, el diodo se convierte en conductor, reduciendo la resistencia al mínimo en un segundo. El propósito del dispositivo no le permite realizar saltos tan bruscos, de lo contrario distorsionará la característica corriente-voltaje.
