kategoriler: Öne Çıkan Makaleler » Acemi elektrikçiler
Görüntülenme sayısı: 175831
Makale hakkında yorumlar: 8
Diyotların özellikleri, tasarımları ve uygulama özellikleri
Diyotların özellikleri, tasarımları ve uygulama özellikleri
Önceki makalede keşfetmeye başladık yarı iletken diyot. Bu yazıda diyotların özelliklerini, avantajlarını ve dezavantajlarını, elektronik devrelerde çeşitli tasarımları ve uygulama özelliklerini ele alacağız.
Diyotun akım-voltaj karakteristiği
Yarı iletken diyotun akım-voltaj karakteristiği (CVC) Şekil 1'de gösterilmektedir.
Burada bir şekilde germanyum (mavi) ve silikon (siyah) diyotların I - V karakteristikleri gösterilmiştir. Özelliklerin çok benzer olduğunu fark etmek kolaydır. Koordinat eksenlerinde sayı yoktur, çünkü farklı diyot tipleri için önemli ölçüde farklılık gösterebilirler: güçlü bir diyot birkaç on amperin doğrudan akımını geçebilirken, düşük güçlü bir tanesi sadece birkaç on veya yüz miliamperi iletebilir.
Farklı modellerin çok sayıda diyotu vardır ve hepsinin farklı amaçları olabilir, ancak ana görevleri, ana özelliği tek yönlü akım iletimi. Doğrultucularda ve dedektör cihazlarında diyotların kullanılmasına izin veren bu özelliktir. Bununla birlikte, şu anda, germanyum diyotların ve transistörlerin artık kullanılmadığı belirtilmelidir.
Şekil 1. Diyotun akım-voltaj karakteristiği
CVC'nin doğrudan dalı
Karakteristik bir doğrudan dal koordinat sisteminin ilk çeyreğinde bulunur, diyot doğrudan bağlantıdayken, mevcut kaynağın pozitif çıktısı veya katoda negatif çıktı, anoda bağlanır.
İleri voltaj Upr arttıkça, ileri akım Ipr de artmaya başlar. Ancak bu artış önemsiz olsa da, grafik çizgisinde hafif bir artış olur, voltaj akımdan çok daha hızlı büyür. Başka bir deyişle, diyotun ileri yönde açılmasına rağmen, akım içinden akmaz, diyot pratik olarak kilitlenir.
Belirli bir voltaj seviyesine ulaşıldığında, karakteristik üzerinde bir kıvrılma görülür: voltaj pratikte değişmez ve akım hızla büyür. Bu voltaj denir diyot boyunca doğrudan voltaj düşüşü, karakteristik üzerinde Uд olarak belirtilmiştir. Çoğu modern diyot için bu voltaj 0,5 ... 1V aralığındadır.
Şekil, bir germanyum diyot için doğrudan voltajın, bir silikondan (0.7 ... 1.1 V) biraz daha az (0.3 ... 0.4 V) olduğunu göstermektedir. Diyottan geçen doğru akım ileri voltajla çarpılırsa, sonuç Pd = Ud * I diyotu tarafından dağıtılan güçten başka bir şey olmayacaktır.
Bu güç nispeten kabul edilebilir şekilde aşılırsa, p-n bağlantısının aşırı ısınması ve imhası meydana gelebilir. Bu nedenle referans maksimum ileri akımve güç değil (doğrudan voltajın bilindiğine inanılmaktadır). Aşırı ısıyı gidermek için, soğutuculara - radyatörlere güçlü diyotlar monte edilir.
Diyot tarafından harcanan güç
Yukarıdakiler, bir diyottan bir yükün, bu durumda bir ampulün dahil edilmesini gösteren Şekil 2'de açıklanmaktadır.
Şekil 2. Yükü diyottan açma
Bir pilin ve bir ampulün nominal voltajının 4,5V olduğunu hayal edin. Bu dahil etme ile diyot üzerine 1V düşer, daha sonra ampule sadece 3.5V ulaşır. Tabii ki, kimse pratikte böyle bir devreyi toplamayacak, bu sadece diyot üzerindeki doğrudan voltajın nasıl ve ne şekilde etkilediğini göstermek içindir.
Ampulün devredeki akımı tam olarak 1A ile sınırlandırdığını varsayın. Bu hesaplama kolaylığı içindir. Ayrıca, ampulün doğrusal olmayan bir element olduğu ve Ohm yasasına uymadığı gerçeğini dikkate almayacağız (spiralin direnci sıcaklığa bağlıdır).
Bu voltajlarda ve akımlarda diyotun gücü P = Ud * I veya 1V * 1A = 1W harcadığını hesaplamak kolaydır.Aynı zamanda, yük gücü sadece 3.5V * 1A = 3.5W'dir. Enerjinin yüzde 28'inden fazlasının yararsız bir şekilde, dörtte birinden fazla tüketildiği ortaya çıkıyor.
Diyottan geçen doğru akım 10 ... 20A ise, 20W'a kadar güç işe yaramaz! Böyle bir gücü var küçük havya. Açıklanan durumda, diyot böyle bir havya olacaktır.
Schottky Diyotları
Diyot Ud üzerindeki doğrudan voltaj düşüşü azalırsa, bu tür kayıplardan kurtulabileceği oldukça açıktır. Bu diyotlara schottky diyotlar Alman fizikçi Walter Schottky'nin mucidinin adını aldı. P-n kavşak yerine metal yarı iletken kavşak kullanırlar. Bu diyotlar, diyotun serbest bıraktığı gücü önemli ölçüde azaltan 0,2 ... 0,4V'luk bir doğrudan voltaj düşüşüne sahiptir.
Belki de Schottky diyotlarının tek dezavantajı düşük ters voltajdır - sadece birkaç on volt. 250V ters voltajın maksimum değeri endüstriyel bir tasarım MBR40250 ve analoglarına sahiptir. Modern elektronik ekipmanların neredeyse tüm güç kaynaklarında Schottky diyotları üzerinde redresörler bulunur.
CVC'nin ters dalı
Dezavantajlardan biri, diyot ters yönde açıldığında bile, ters akımın yine de içinden aktığı düşünülmelidir, çünkü doğada ideal izolatörler yoktur. Diyotun modeline bağlı olarak, nanoamplardan mikroamper birimlerine kadar değişebilir.
Ters akım ile birlikte, sayısal olarak ters akımın ve ters voltajın ürününe eşit belirli bir miktarda güç tahsis edilir. Bu güç aşılırsa, p-n bağlantısının bozulması mümkündür, diyot geleneksel bir dirence veya hatta bir iletkene dönüşür. I - V karakteristiğinin ters dalında, bu nokta karakteristiğin aşağı doğru bükülmesine karşılık gelir.
Tipik olarak, dizinler gücü değil, bazı izin verilen maksimum ters voltajı gösterir. Hemen yukarıda belirtilen ileri akım sınırlaması ile hemen hemen aynı.
Aslında genellikle bu iki parametre, yani doğru akım ve ters voltaj, belirli bir diyot seçerken belirleyici faktörlerdir. Bu, diyotun düşük bir frekansta, örneğin 50 ... 60 Hz'lik bir endüstriyel ağ frekansına sahip bir voltaj doğrultucuda çalışmak üzere tasarlandığı durumdur.
Elektriksel kapasitans pn eklemi
Diyotları yüksek frekanslı devrelerde kullanırken, pn bağlantısının, bir kondansatör gibi, aynı zamanda pn bağlantısına uygulanan gerilime de bağlı olan bir elektrik kapasitansına sahip olduğunu hatırlamak gerekir. P-n kavşağının bu özelliği özel diyotlarda kullanılır - alıcılardaki salınım devrelerini ayarlamak için kullanılan varikaplar. Muhtemelen bu kapasite iyi için kullanıldığında tek durum budur.
Diğer durumlarda, bu kapasitansın enterferans etkisi vardır, diyotun anahtarlanmasını yavaşlatır ve hızını azaltır. Bu kapasiteye genellikle parazitik denir. Şekil 3'te gösterilmiştir.
Şekil 3. Sahte kapasitans
Diyotların tasarımı.
Düz ve Nokta Diyotlar
Kaçak kapasitansın zararlı etkilerinden kurtulmak için, örneğin nokta olanlar gibi özel yüksek frekanslı diyotlar kullanılır. Böyle bir diyotun tasarımı Şekil 25'te gösterilmektedir.
Şekil 4. Nokta diyot
Nokta diyotun bir özelliği, biri metal iğne olan elektrotlarının tasarımıdır. Üretim işlemi sırasında, bir safsızlık (verici veya alıcı) içeren bu iğne, yarı iletken bir kristal haline eritilir ve bu da gereken iletkenliğin pn birleşimine yol açar. Böyle bir geçişin küçük bir alanı ve dolayısıyla küçük bir başıboş kapasitansı vardır. Bu nedenle, nokta diyotların çalışma frekansı birkaç yüz megahertz'e ulaşır.
Elektro-kalıplama olmadan elde edilen daha keskin bir iğne kullanılırsa, çalışma frekansı onlarca gigahertz'e ulaşabilir. Doğru, bu diyotların ters voltajı 3 ... 5V'den fazla değildir ve ileri akım birkaç miliamperle sınırlıdır.Fakat sonuçta, bu diyotlar doğrultucu değildir, bu amaçlar için kural olarak düzlemsel diyotlar kullanılır. Düzlemsel bir diyotun cihazı şekilde gösterilmiştir.
Şekil 5. Düzlemsel diyot
Böyle bir diyotun bir noktadan çok daha büyük bir pn bağlantı alanına sahip olduğunu görmek kolaydır. Güçlü diyotlar için, bu alan 100 veya daha fazla milimetreye kadar ulaşabilir, bu nedenle doğru akımları nokta olanlardan çok daha büyüktür. Kural olarak, birkaç on kilohertz'den fazla olmayan, düşük frekanslarda çalışan doğrultucularda kullanılan düzlemsel diyotlardır.
Diyot uygulaması
Diyotların yalnızca doğrultucu ve dedektör cihazları olarak kullanıldığını düşünmemelisiniz. Buna ek olarak, mesleklerinden çok daha fazlası var. Diyotların I - V karakteristikleri, doğrusal olmayan işlemenin kullanılmasına izin verir analog sinyaller.
Bunlar frekans dönüştürücüler, logaritmik yükselteçler, dedektörler ve diğer cihazlardır. Bu tür cihazlardaki diyotlar, doğrudan bir dönüştürücü olarak kullanılır veya geri besleme devresine dahil edilen cihazın özelliklerini oluşturur.
Diyotlar yaygın olarak kullanılır stabilize güç kaynaklarıreferans voltaj kaynakları (zener diyotlar) veya depolamanın anahtarlama elemanları olarak indüktör anahtarlama voltaj regülatörleri.
Diyotları kullanarak, sinyal sınırlayıcıları oluşturmak çok basittir: zıt yönde bağlı iki diyot, bir amplifikatörün, örneğin bir mikrofonun, arttırılmış bir sinyal seviyesi sağlaması için mükemmel bir koruma görevi görür.
Listelenen cihazlara ek olarak, diyotlar sinyal anahtarlarında ve mantıksal cihazlarda çok sık kullanılır. AND, OR mantıksal işlemlerini ve bunların kombinasyonlarını hatırlamak yeterlidir.
Diyot çeşitlerinden biri LED'ler. Bir kez sadece çeşitli cihazlarda gösterge olarak kullanıldılar. Şimdi en basit fenerlerden LED'lere sahip TV'lere kadar her yerde ve her yerde - arka ışık, onları fark etmemek imkansız.
Boris Aladyshkin
Ayrıca bkz. electro-tr.tomathouse.com
: