Краткие лекции по ЭиМ (Методичка по темам из ЭиМ), страница 10

2.8. Способ уменьшения(2.3)скорости нарастания обратногонапряжениядиодов в этом случае их шунтируют защитной RC-цепочкой (рис. 2.8), причёмёмкость C выбирают больше величины собственной ёмкости р-п-перехода. Тогдаимпульс обратного тока будет проходить в основном по защитной цепочке, непринося вреда самому диоду.К числу динамических параметров относится и величина собственнойёмкости р-п-перехода силового диода Сбар.В настоящее время на практике преимущественно применяется система такназываемых предельных параметров, основными из которых являются:ОглавлениеМаксимально допустимый средний прямой ток Iпр ср max.

Этомаксимально допустимое среднее за период значение прямого тока, длительнопротекающего через прибор.Обычно силовые диоды используются совместно с определенным типомохладителя. Это может быть либо массивная металлическая пластина,интенсивно отводящая тепло, выделяющееся в диоде при протекании тока, либоспециальная конструкция радиатора, имеющего большую площадь теплоотвода,либо специальный охладитель, имеющий внутри рубашку жидкостногоохлаждения, по которой циркулирует вода. Поэтому в справочных материалахприводятся значения предельных токов с учетом влияния охлаждения (скоростьи расход охлаждающего воздуха или жидкости).Максимально допустимый ток перегрузки Iпрг max.

Это ток диода,длительное протекание которого вызвало бы превышение максимальнодопустимой температуры полупроводниковой структуры, но ограниченный повремени так, что превышение этой температуры не происходит.Максимально допустимый ударный ток Iпр уд max. Это максимальнодопустимая амплитуда одиночного импульса тока синусоидальной формыдлительностью 10 мс при заданных условиях работы прибора, что соответствуетполовине периода тока частотой 50 Гц.Максимально допустимое импульсное повторяющееся напряжение Uобр ип max. Это максимально допустимое мгновенное значение напряжения,периодическиприкладываемогокдиодувобратномнаправлении.Повторяющееся напряжение характеризуется классом прибора, указывающимего в сотнях вольт и дающимся в паспортных данных.Неповторяющееся импульсное обратное напряжение Uобр и н max максимальное допустимое мгновенное значение любого неповторяющегосянапряжения, прикладываемого к диоду в обратном направлении.Максимально допустимое постоянное обратное напряжение Uобр max напряжение, соответствующее началу процесса лавинообразования в приборе(напряжение пробоя).Большинство указанных параметров обычно приводится в техническомпаспортенаприбор,аболееподробноинформацияопараметрах,характеристиках и эксплуатационных свойствах - в технических условиях наприбор.Особенностивольт-амперныххарактеристиквыпрямительныхдиодовНа рис.

2.9 представлена вольт-амперная характеристика кремниевоговыпрямительного диода при различной температуре окружающей среды.Максимальнодопустимыепрямыекремниевыхдиодовплоскостныхразличныхсоставляюттокитипов0,1...1600А.Падение напряжения на диодахпри этих токах обычно непревышаетРис.

2.9. Вольт-амперная характеристика одного из кремниевыхвыпрямительных диодов при различной температуре окружающей среды1,5увеличениемпрямоепадениеВ.Стемпературынапряженияуменьшается, что связано с уменьшением высоты потенциального барьера р-пперехода и с перераспределением носителей заряда по энергетическим уровням.Обратная ветвь вольт-амперной характеристики кремниевых диодов неимеет участка насыщения обратного тока, т.к.

обратный ток в кремниевых диодахвызван процессом генерации носителей заряда в р-п-переходе. Пробойкремниевых диодов имеет лавинный характер. Поэтому пробивное напряжение сувеличением температуры увеличивается. Для некоторых типов кремниевыхОглавлениедиодов при комнатной температуре пробивное напряжение может составлять1500...2000 В .Диапазон рабочих температур для кремниевых выпрямительных диодовограничивается значениями -60...+125 0С . Нижний предел рабочих температуробусловлен различием температурных коэффициентов линейного расширенияразличных элементов конструкции диода: при низких температурах возникаютмеханические напряжения, которые могут привести к растрескиванию кристалла.С уменьшением температуры также необходимо учитывать увеличение прямогопадения напряжения на диоде, происходящее из-за увеличения высотыпотенциального барьера на р-п-переходе.Верхний предел диапазона рабочих температур выпрямительных диодовопределяется резким ухудшением выпрямления в связи с ростом обратного тока- сказывается тепловая генерация носителей заряда в результате ионизацииатомов полупроводника.

Исходя из этого верхний предел диапазона рабочихтемператур кремниевых выпрямительных диодов, как и большинства другихполупроводниковых приборов, связан с шириной запрещенной зоны исходногополупроводникового материала.Нарис.представленаамперная2.10вольт-характеристикагерманиевоговыпрямительного диода приразличнойтемпературеокружающей среды.ПрямоенапряжениегерманиевомдиодепримаксимальнодопустимомнаРис. 2.10. Вольт-амперная характеристика одного из германиевыхвыпрямительных диодов при различной температуре окружающей средыпрямом токе практически в два раза меньше, чем на кремниевом диоде.

Этосвязано с меньшей высотой потенциального барьера германиевого перехода, чтоявляется достоинством, но, к сожалению, единственным.Для германиевых диодов характерно существование обратного токанасыщения, что связано с механизмом образования обратного тока - процессомэкстракции неосновных носителей заряда.Плотность обратного тока в германиевых диодах значительно больше, т.к.при прочих равных условиях концентрация неосновных носителей заряда вгермании на несколько порядков больше, чем в кремнии. Это приводит к тому,что для германиевых диодов пробой имеет тепловой характер.

Поэтомупробивное напряжение с увеличением температуры уменьшается, а значенияэтого напряжения меньше пробивных напряжений кремниевых диодов.Верхний предел диапазона рабочих температур германиевых диодовсоставляет около 750С .Существенной особенностью германиевых диодов и их недостаткомявляется то, что они плохо выдерживают даже очень кратковременныеимпульсные перегрузки при обратном смещении р-п-перехода. Определяется этомеханизмом пробоя - тепловым пробоем, происходящим при шнуровании тока свыделением большой удельной мощности в месте пробоя.Перечисленные особенности кремниевых и германиевых выпрямительныхдиодовсвязанысразличиемширинызапрещеннойзоныисходныхполупроводников.

Из такого сопоставления видно, что выпрямительные диоды сбольшейширинойзапрещеннойзоныобладаютсущественнымипреимуществами в свойствах и параметрах. Одним из таких представителейявляется арсенид галлия.В настоящее время, выпускаемые промышленностью арсенид-галлиевыевыпрямительные диоды еще далеки от оптимально возможных. К примеру, диодтипа АД112А имеет максимально допустимый прямой ток 300 мА при прямомнапряжении 3 В. Большая величина прямого напряжения является недостаткомОглавлениевсех выпрямительных диодов, р-п-переходы которых сформированы в материалес широкой запрещенной зоной.

Максимально допустимое обратное напряжениедля данного диода -50 В.Это объясняется, вероятнее всего, тем, что в области р-п-перехода имеетсябольшая концентрация дефектов из-за несовершенства технологии.Достоинствами арсенид-галлиевых выпрямительных диодов являютсябольшой диапазон рабочих температур и лучшие частотные свойства. Верхнийпредел рабочих температур для диодов АД112А составляет 2500С . Арсенидгаллиевые диоды АД110А могут работать в выпрямителях малой мощности дочастоты 1 МГц, что обеспечивается малым временем жизни носителей заряда вэтом материале.Выводы:С повышением температуры обратный ток у германиевых выпрямительныхдиодов резко возрастает за счет роста теплового тока.У кремниевых диодов тепловой ток очень мал, и поэтому они могутработать при более высоких температурах и с меньшим обратным током, чемгерманиевые диоды.Кремниевые диоды могут работать при значительно больших обратныхнапряжениях, чем германиевые диоды.

Максимально допустимое постоянноеобратное напряжение у кремниевых диодов увеличивается с повышениемтемпературы до максимального значения, в то время как у германиевых диодоврезко падает.Вследствие указанных преимуществ в настоящее время выпрямительныедиоды в основном изготавливают на основе кремния.Импульсные диодыИмпульсный диод - это полупроводниковый диод, имеющий малуюдлительность переходных процессов и предназначенный для применения вимпульсных режимах работы.Импульсные режимы - это такие режимы, когда диоды переключаются спрямого напряжения на обратное через короткие промежутки времени, порядкадолей микросекунды, при этом важную роль играют здесь переходные процессы.Основное назначение импульсных диодов - работа в качестве коммутирующихэлементов.

Условия работы импульсных диодов обычно соответствуютвысокому уровню инжекции, т.е. относительно большим прямым токам.Вследствие этого свойства и параметры импульсных диодов определяютсяпереходными процессами.Одной из первых была разработана конструкция точечного импульсногодиода (рис. 2.11). Точечный диод состоит из кристалла германия, припаянного ккристаллодержателю, контактного электрода в виде тонкой проволоки истеклянногобаллона.Особенностьюточечных диодов является большоесопротивление базы, что приводит кувеличению прямого напряжения наРис. 2.11.

Конструкция импульсного диода: 1 - кристаллполупроводника; 2 - кристаллодержатель; 3 - припой; 4 контактная пружина; 5 - стеклянный корпус; 6 - ковароваятрубка; 7 - внешние выводыдиоде.В связи с недостатками точечныхдиодов они практически полностьювытеснены импульсными диодами, производство которых основано насовременных производительных и контролируемых методах формирования р-ппереходов (планарной технологии, эпитаксиального наращивания). Основнымисходным полупроводниковым материалом при этом служит кремний, а иногдаарсенид галлия.ОглавлениеДля ускорения переходных процессов в кремниевых импульсных диодах идля уменьшения значения времени восстановления обратного сопротивленияэтих диодов в исходный кремний вводят примесь золота.