Түзеткіш диодтар

Зертханалық жұмыс №1
Айнымалы және тұрақты токтарда шалаөткізгіш диодтың сипаттамалары зерттеу
Жұмыстың мақсаты: Айнымалы және тұрақты токтарда шалаөткізгіш диодтың түзеткіш диодтың (КД226, Ш5408 типті), импульстік диодтың (КД521, КЦ522, Ш4148 типті , шотки диодтың (Ш5819 типті) сипаттамаларын зерттеу болып табылады.

+3..+13B A + Iпр B
A

+
U=2..28B Uпр v

а) тура қарым-қатынас

680Ом
A + Iобр B
A

+
Uобр V

б) кері қарым-қатынас

1-кесте(тура тармақ)
I,мА
2
5
10
20
U,В
КД226
0,58
0,63
0,65
0,67

КД521
0,64
0,69
0,73
0,76

Ш5819
0,22
0,25
0,27
0,28

2-кесте(кері тармақ)
I,мА
2
5
10
20
U,В
КД226
0,58
0,61
0,64
0,67

КД521
0,66
0,7
0,74
0,77

Ш5819
0,22
0,25
0,27
0,29
Бақылау сұрақтары:
1. Неге шотки диодының табалдырықты кернеуі түзеткіш және импульстік диодтарға қарағанда төмен, ал кері тоғы үлкен?
Шотки диодтары
Өту металл - өткізгіш контакт негізінде жасалынған Шотки диодтары тезәрекетті импульстік тізбектерде қолданылады. Бұл диодтарда зарядтардың жиналу және таралу үрдістері жоқ,олардың тезәрекеттілігі тек перезарядка бөгет ауданының перезарядка жылдамдығына байланысты болады. Шотки диодтардың вольт-амперлі сипаттамасы рn-өтуге негізделген диодтар сипаттамасына ұқсайды. Айырмашылығы: тікелей тармақ 8 – 10 декад қосымша берілген кернеу аралығында болғанда (декада – 10 рет өзгеру мәні), идеалды экспоненциалды қисық сызық болады, ал кері токтар кішкентай (ондық бөліктер нА). Шотки диодтарын конструкторлы төмен омды кремнийдан пластина түрде жасайды, үстіне тура сол типті электр өтімділігі бар эпитаксиальды пленкамен жабылған. Пленканың үстіне вакуумды металл қабаты шаңдалған.
Шотки диодтарын сонымен бірге үлкен түзеткіш токтарда және логарифмдік құралдарда қолданады. Шотки диодының шартты белгісі мен эквиваленттік сұлбасы 1.7-ші суретте келтірілген.

1.7-сурет – Диодтың Шотки бөгетімен шартты белгісі және оның эквиваленттік сұлбасы: rпер p-n-өту кедергісі; Cпер p-n-өту сыйымдылығы; база және эмиттер денесінің омдік кедергісі;
С электродаралық шығу сыйымдылығы
Түзеткіш диодтар
Ауыспалы токты тұрақты токқа түрлендіруге, шапшаңдығына, рn-өту ауданына және кейбір әдейі шығармайтын сипаттамаларды тұрақтығына түрлендіруге арналған диодтар түзеткіштер деп аталады.
Түзеткіш диодтар ауыспалы ток түзеткіштерде қолданылады. Түзеткіш диод – ол, оған тіркелген кернеумен басқарылатын, электрлік кілт. Uпр бергенде кілт тұйықталған, Uо6р бергенде - кілт ажыратылған.
Түзеткіш диодтар ретінде симметриялық рn-өту негізінде орындалған эпитаксиальды және диффузионды ерітінді диодтар қолданылады.
Эпитаксиальды диодтар көбінесе ашық жағдайда кернеудің аз құлауына және жоғары өтетін кернеуге ие.
Түзеткіш диодтарға тән қасиеттер: өткізгіш жағдайда кішкентай кедергіге ие және үлкен ток өткізеді. Бөгет ауданы рn-өту үшін жоғары және ондық пикофарадқа дейін жетеді.

Түзеткіш диодтардың негізгі параметрлері:
1. Диодтың кері кернеу максималды мәні Uобр max.
2. Диодтың орташа түзетілген тогы Iвп ср.
3. Диодтың тікелей импульстік тогы Iпр и.
4. Диодтың орташа кері тогы Iобр ср.
5. Орташа берілген тікелей ток мәнінде диодтың орташа тік кернеу мәніUnp cp.
6. Диодтың орташа таралу қуаты Рср д.
7. Диодтың дифференциалды кедергісі rдиф.
Импульсті диод
Импульсті диод – импульсті тізбекте жұмыс жасауға арналған, шағын ұзақтығымен өтпелі үрдістер диоды. Түзеткіш диодтардан рn-өту ауданының аздығымен (пикофарад бөліктерімен) ерекшеленеді және диодтың өтпелі сипаттамаларын анықтайтын параметрлер қатарымен. Аудан азайтуы рn-өтуінің ауданының азаюымен жүзеге асырылады, сондықтан рұқсат етілген таралу қуаттары үлкен емес (30-40 мВт).
Импульстік диодтар электронды кілт ретінде әртүрлі электрлік сұлбаларда істейді (1.6, а - сурет). Жүкпен дәйекті қосылған диодқа импульсті кернеу беріледі. Оң импульс кезінде диод тік бұрыш кернеу астында болады, демек, оның кедергісі аз (кілт тұйықталған), RH резистор бойымен ток өтіп жатыр. Теріс импульста диодқа кері кернеу тіркелген, оның кедергісі үлкен (кілт ажыратылған), жүкте ток жоқ.
Импульс ұзақтығы өте аз болу мүмкін. Онда нормалды сұлба жұмысы үшін, диод бір күйден екінші күйге лезде өту керек, бірақ бұл диод инерциалығымен қиындатылған. Полярлықтың тізуден керіге ауысуы диод кедергісі Rnp-дан Roбp-ға тез ауыса алмайды, бұған белгілі бір уақыт қажет.
Уақыт диаграммасында (1.6, б - сурет) оң импульстің аяғы мен теріс импульстің басы көрсетілген. Инжекция нәтижесінде оң импульс уақытында базада негізгі емес заряд тасымалдағыштарының концентрациясы асады, мысалы n-типті тесік базада. Сонымен рn-өтуінің қасында ол ең үлкен болады.

1.5 – сурет – Диодты кілттің қарапайым сұлбасы және оның жұмысының уақыт диаграммалары
Рn-өтуінің тікелей жанында базасында бар бірдей салмақты емес тесіктер полярлығын ауыстырғанда, көбісі алаңмен р-ауданға қайта көшіріледі, содан диод (1.8, в - сурет)арқылы кері ток импульсі пайда болады, бұл стационарлы мөлшерден оншақты рет асу мүмкін. Кері токтың күрт үлкеюі диод кедергісінің кері өзгеруін білдіреді.
Базада тесіктер концентрациясының жайылуымен (р-ауданға көшу арқасында және негізгі заряд тасымалдағыш рекомбинациясы - бос электрондар арқасында да) кері ток азаяды, ал диод кері кедергісі үлкейеді.
Тесіктер концентрациясы базада тең деңгейге дейін азайғанда, ал кері ток стационарлы мағынасына дейін кемігенде, диодтың кері кернеуі қалпына келеді.
Диод кернеуін тікелейден керіге ауыстырып-қосу уақыт интервалы моментінен, бұл кезде жартылай өткізгіш диод өту кері кедергісі тұрақты мәнге тұрақталғанда, кері кедергіснің қалпына-келу уақыты (tвосст) деп аталады.
Импульстік диодтар ортақ түзеткіш параметрлермен және де индивидуалды параметрлермен сипатталады.
2. Зерттелген диодтардың қайсысының тезәрекеттілігі төмен және неге?
Жартылай өткізгішті диодтың жұмыс істеу принципі
Сыртқы кернеу болмаған жағдайда.
Р-ауданынан n–ауданына қарсы диффузия және электрондар n –ауданынан р–ауданына нәтижесінде қоспа жылжымайтын иондары компенсацияланбаған болып қалады (р-ауданы үшін акцепторлы; n–ауданы үшін донорлы).
Рn–құрылым электрлік нейтралдығын сақтау үшін, рn–өту арқылы р- дан n-ауданына өткен диффундияланған негізгі заряд тасымалдағыштар р- дан n-аудан диффундияланған негізгі тасымалдағыштардың санына тең болу керек. Себебі Nn Рр, онда база (n) жағынан ауданды заряд аумағы эмиттер жағынан көп болады (р).
Негізгі заряд тасымалдағыштың кейін диффузияға қарсы тұратын, қарсы диффузияда пайда болған аудандық заряд Езар кернеуі бар электрлік алаң туғызады.
Осылайша рn–шекарасында (КПА) контакты потенциалдар айырмашылығы пайда болады, ол потенциалды бөгет биіктігімен 0 санды сипатталады. Диффузия, потенциалды бөгетті жеңу үшін заряд тасымалдағыш энергиясы жеткіліксіз болғанда, тоқталады.
Сытрқы кернеу әсерінде
Тікелей кернеу U электрлік алаң Е туғызады, ол Езар алаңын компенсациялайды, және, Iпр ток диодын тудыратын, база облысында (n) кернеу үлкейген сайын тесіктер саны көп енеді (n-ауданы үшін негізгі емес тасымалдағыштар), (1.4 – суретті қараңыз).
Қарсы инжекция Nn (п электрондар п-ауданынан) р-ауданына (эмиттерге) есепке алмауға болады, өйткені Рр Nn.
Кері кернеу әсерінде.
Кернеумен туғызатын Е –электрлік алаңы Езар бағытымен сәйкес келеді, ол потенциалды бөгеттің үлкеюіне әкеледі және негізгі заряд тасымалдағыштарын көрші ауданға өтуіне кедергі жасайды (1.2 - суретті қараңыз). Бірақ электрлік алаңдардың кернеулілігі негізгі емес заряд тасымалдағыштарын шығаруға (экстрак­ция) мүмкiндiк туғызады: электрондарды р-ауданынан n-ауданға және Iобр - ток туғызатын n-ауданынан р-ауданға электрондарды.
Бөгет ауданын немесе температура үлкеюі негізгі тасымалдағыштар кері Iобр ток Iт(T) жылулық деп аталатын токты тудырады:

(1.5)
мұндағы: I0 – бөлмелі температуралы T0 = 300 К жылулық токтың мәні,
T – екі еселейтін жылулық токтын мәніне сәйкес келетін, өсімше температура мәні (гермений үшін T - 10 К құрайды, крем­нийге – 7 К);
T – абсолюттік температура.
3. Диодтың жоғары жиілікте алынған вольтамперлік сипаттамасы статикалық сипаттамасынанн қалай ажыратылады?
Вольт-амперлік сипаттама
ВАС-ды қарастырғанда диодтың сызықты емес қасиеттері көрінеді. Диодтың ВАС-ы былай бейнеленіледі:

(1.6)
мұндағы I0 – қанығу тоғы;
Uд – рn-өту кернеуі;
т – рn-өту шекарасында Uвнеш кернеуі жоқ потенциалдар контакты айырмашылына тең жылулық потенциал (Т = 300 К т = 0,025 В).

(1.7)
мұндағы k = 1,38 10-23 Джград – Больцман тұрақтысы;
Т – абсолюттік температу­ра;
q = 1,6 10-19 Кл –электрон заряды.
Осы көрініспен сипатталған ВАС 1.5, б-суреттегідей бейнеге ие болады.

1– сурет .Вольт-амперлі статикалық сипаттамалары:
а – идеалды рn-өту; б – шың диод
Кернеу Unp өскен сайын, рn-өтуде диод Iпр күрт өседі. Сондықтан кернеудің Unp сәл өзгерушілігі Iпр токтың өзгеруіне әкеледі, бұл Iпр токтың талап етілетін Unp есебін қиналдырады. Сол себебі рn-өтуге Iпр берілген тәртіп сипаты сәйкес.
Келтірілген ВАС (1.5, а - сурет) идеалды ВАС рn-өту болып табылады. Ол аудан мен рn-өтудің үстінде болатын рекомбинация-генерационды үрдістерді есепке алмайды, яғни рn-өту шексіз жіңішке және ұзын деген жорамалға негізделген.
Шын өту шексіз жіңішке емес, сондықтан Uобр кернеу уақытында ток генерациясын тудыратын Iген электрон-тесік бу генерациясы жүреді. Uобр кернеу өсуімен рn-өту қалыңдығы өседі (Эрли эффекті) және сәйкесінше, генерацияланатын бу саны көбейеді. Шынайы өту ұзындығы да шексіз емес.
Жартылай өткізгішті кристалл беті кристалды тордың бұзылуымен әртүрлі кірлеуімен сипатталады, бұл рекомбинация-генерационды үрдістер рn-өтуде себепші болады және қосымша токқа – жоғалу токқа Iyт әкеледі.
Осылайша, шынайы өтудің кері тогы Iо6р тең:

(1.8)
Iобр кері токты шынайы диодтың параметрлерінің бірі ретінде қолданады, оны кері кернеу мәнін анықтағанда өлшейді. Германилік диодтарда Iобр I0, кремнийліктерде Iобр I0.
ВАС диодтың шынайы түрі 1.5, б - (Т2) суретте көрсетілгендей болады.
Белгілі бір жағдайда Uо6р кернеу Unpo6 мәніне жетеді және тасқын бейнелі Iобр ток үлкею үрдісі басталады, бұл рn-өту электрлік ойығына сәйкес келеді (АВ бөлігі). Осындай Iо6р ток өсу үрдісі кремнилік диодтарға тән нәрсе.
Германийлік диодтарда Uо6р кернеу ұлғаю кезінде сынама тоқтың өсiп келе жатуын көшкiн түрiндегi процестiң Uо6р шабуылымен iс жүзiнде бiр уақытта басталады.
Электрлік ойық қайтымды, яғни Uо6р кернеуін кішірейгеннен кейін диод жұмысы керi тармақтың ВАС жатық бөлiмшесiне сәйкес келеді. Жылулық ойық - қайтымсыз үрдіс, өйткені жартылай өткігізштің кристалдық торын бұзады.
Жылулық ойық рn-өту тасымалдағыштарының санында негізделген. Рд = Uкері Iкері диодта бөлінетін кейбір мәннің кернеуі Uпроб, бұрылуға үлгермейді, бұл оның температура мен Iобр ток ұлғаюына апарады, аяғында диод күйіп кетуінен бұзылады. Германийлік диодтардың Iобр тогы кремниліктерге қарағанда көп, яғни германилік диодтардың жылулық ойықтарға ұшырауының ықтималдығы жоғары. Сондықтан кремнийлік диодтардың қоршаған орта мен рn-өту температурасының максималды мәні германийліктермен салыстырғанда жоғары (кремнийдікі - 75-90 °С; германийлік - 150-200 °С).
Диодтың тікелей тогы Iпр температураға қарай оның жоғарылауымен үлкейіп, айналаға тәуелді, бірақ Iо6р қарағанда едәуір кішірек дәрежеде. ВАС тік тармағының температура өзгеруіне қарай айырмашылығының сипаттамасы 1.6, б-суретте (Т1). Т1 Т2, где Т2 300 К (бөлмелі температура).
ВАС тік тармақ диодтың температуралық тәуелділігінің бағасына температуралық кернеу коэффициенті (КТК) қызмет етеді:

(1.9)
КТК тікелей кернеу 1 К температураға қатыстық өзгерісін кейбір Iпр мәндерінде көрсетеді.
Жоғары қуатты диодтарды күшті диодтар деп атайды. Күшті диодтар статикалық және динамикалық параметрлер жиынтығымен сипатталады.
Диодтың статикалық сипаттамалары:
- тура токтың кейбір мәнінде диодтың Uтура кернеуінің түсуі
- кері кернеудің кейбір мәніндегі кері тоғы Iкері
- тура токтың орташа мәні Iтура орт.
- импульсті кері кернеу Iи кері

Диодтың динамикалық сипаттамалары:
- кері кернеудің тіктелу уақыты
- тура токтың өсу уақыты tөсу
- диод режимін сақтаған жағдайдағы шекті жиілігі fmax
Түзеткіш диодтар айнымалы токтан тұрақты ток алу үшін, яғни айнымалы токты түзету үшін кернеу көздерінде қолданады. Бұл р-n- өтпесінің вентилдік қасиетіне негізделген.
Импульсті диодтар импульсті (уақыт бірлігі ішінде тез өзгеріп отыратын) сигналдармен жұмыс жасау үшін қолданылады. Диодтар мұндай схемаларда электронды кіліт ролін атқарады.
Шотки диоды. Бұл диодтарда электр өтуі металл-жартылай өткізгіш шекарасында болады. Ол жоғары кедергілі жартылай өткізгішке (мысалы, n-түрлі) металл шашырату арқылы алынады. Металл-жартылай өткізгіш шекарасында негізгі тасымалдаушылар өте аз, симметриялы болмаған ВАС - қа ие болған аймақты тудырады.



Ұқсас жұмыстар
Аналогты дабылдар. Жартылай өткізгіштікті диодтар
Жартылай өткізгішті диодтар
Диодтар
Туннельдік диодтар
Шоттка диоды
Жартылай өткізгішті диод
Жарық диоды
Жартылай өткізгішті диодтардың түрлері
Жартылай түзеткіш диодтар
Тунельдік диодтар