정류 다이오드

다이오드 - 한 쪽 전류 전도가 있는 하나의 p-n 접합이 있는 2전극 반도체 소자. 정류기, 펄스, 터널, 역방향, 마이크로웨이브 다이오드, 제너 다이오드, 바리캡, 포토다이오드, LED 등 다양한 유형의 다이오드가 있습니다.

정류 다이오드

정류기 다이오드의 작동은 전기 p-n 접합의 특성으로 설명됩니다.

두 반도체의 경계 근처에서 (재결합으로 인해) 이동성 전하 캐리어가 없고 전기 저항이 높은 층이 형성됩니다. 차단층. 이 층은 접촉 전위차(전위 장벽)를 결정합니다.

외부 전압이 p-n 접합에 적용되어 전기장과 반대 방향으로 전기장을 생성하면 이 층의 두께가 감소하고 0.4 ~ 0.6V의 전압에서 차단층이 사라지고 전류가 크게 증가합니다(이 전류를 직류라고 함).

다른 극성의 외부 전압이 연결되면 차단층이 증가하고 p-n 접합의 저항이 증가하며 소수 전하 캐리어의 이동으로 인한 전류는 상대적으로 높은 전압에서도 무시할 수 있습니다.

다이오드의 순방향 전류는 주요 전하 캐리어에 의해 생성되고 역방향 전류는 소수 전하 캐리어에 의해 생성됩니다. 다이오드는 양극에서 음극 방향으로 양(순방향) 전류를 전달합니다.

무화과에서. 도 1은 종래의 그래픽 명칭(UGO) 및 정류기 다이오드의 특성(이상적이고 실제적인 전류-전압 특성)을 나타낸다. 원점에서 다이오드 전류-전압 특성(CVC)의 명백한 불연속성은 플롯의 1사분면과 3사분면에서 서로 다른 전류 및 전압 스케일과 연관됩니다. 2개의 다이오드 출력: UGO의 양극 A 및 음극 K는 지정되지 않았으며 설명을 위해 그림에 표시되어 있습니다.

실제 다이오드의 전류-전압 특성은 역 전압이 약간 증가하면 전류가 급격히 증가하는 전기적 고장 영역을 보여줍니다.

전기 손상은 되돌릴 수 있습니다. 작업 영역으로 돌아갈 때 다이오드는 속성을 잃지 않습니다. 역방향 전류가 특정 값을 초과하면 장치의 고장으로 인해 전기 고장이 돌이킬 수 없는 열이 됩니다.

쌀. 1. 반도체 정류기: a — 기존의 그래픽 표현, b — 이상적인 전류-전압 특성, c — 실제 전류-전압 특성

업계에서는 주로 게르마늄(Ge) 및 실리콘(Si) 다이오드를 생산합니다.

실리콘 다이오드는 낮은 역전류, 높은 작동 온도(150 — 200 ° C 대 80 — 100 ° C), 높은 역전압 및 전류 밀도(60 — 80 A/cm2 대 20 — 40 A/cm2)를 견딥니다. 또한 실리콘은 공통 원소입니다(희토류 원소인 게르마늄 다이오드와 달리).

게르마늄 다이오드의 장점은 직류(0.3~0.6V vs. 0.8~1.2V)가 흐를 때 전압 강하가 낮다는 점이다. 나열된 반도체 재료 외에도 갈륨 비소 GaAs가 마이크로웨이브 회로에 사용됩니다.

생산 기술에 따라 반도체 다이오드는 포인트와 평면의 두 가지 클래스로 나뉩니다.

포인트 다이오드는 0.5 - 1.5mm2 면적의 n형 Si 또는 Ge 플레이트와 접점에서 p - n 접합을 형성하는 강철 바늘을 형성합니다. 면적이 작기 때문에 접합부의 정전 용량이 낮으므로 이러한 다이오드는 고주파 회로에서 작동할 수 있지만 접합부를 통과하는 전류는 클 수 없습니다(일반적으로 100mA 이하).

평면 다이오드는 전기 전도도가 다른 두 개의 연결된 Si 또는 Ge 플레이트로 구성됩니다. 큰 접촉 면적은 큰 접합 커패시턴스와 상대적으로 낮은 작동 주파수를 초래하지만 흐르는 전류는 커질 수 있습니다(최대 6000A).

정류기 다이오드의 주요 매개변수는 다음과 같습니다.

• 최대 허용 순방향 전류 Ipr.max,

• 최대 허용 역전압 Urev.max,

• 최대 허용 주파수 fmax.

첫 번째 매개 변수에 따르면 정류기 다이오드는 다이오드로 나뉩니다.

• 저전력, 최대 300mA의 정전류,

• 평균 전력, 직류 300mA — 10A,

• 고전력 — 전력, 최대 순방향 전류는 클래스에 따라 결정되며 10, 16, 25, 40 — 1600A입니다.

펄스 다이오드는 적용된 전압의 펄스 특성을 가진 저전력 회로에 사용됩니다. 그들에 대한 고유한 요구 사항은 닫힌 상태에서 열린 상태로 또는 그 반대로의 짧은 전환 시간입니다(일반적인 시간 0.1 - 100μs). UGO 펄스 다이오드는 정류기 다이오드와 동일합니다.

무화과. 2. 펄스 다이오드의 과도 프로세스: a — 전압을 정방향에서 역방향으로 전환할 때 전류의 의존성, b — 전류 펄스가 다이오드를 통과할 때 전압의 의존성

펄스 다이오드의 특정 매개변수는 다음과 같습니다.

• 회복시간 티보스트

• 이것은 다이오드 전압이 순방향에서 역방향으로 전환되는 순간과 역방향 전류가 주어진 값으로 감소하는 순간 사이의 시간 간격입니다(그림 2, a).

• 정착 시간 Tust는 다이오드를 통한 주어진 값의 직류 시작과 다이오드의 전압이 정상 상태 값의 1.2에 도달하는 순간 사이의 시간 간격입니다(그림 2, b).

• 최대 회복 전류 Iobr.imp.max.는 전압을 순방향에서 역방향으로 전환한 후 다이오드를 통과하는 최대 역방향 전류 값과 동일합니다(그림 2, a).

p-영역과 n-영역의 불순물 농도가 기존 정류기보다 클 때 얻어지는 반전 다이오드. 이러한 다이오드는 역방향 연결 시 순방향 전류에 대한 저항이 낮고(그림 3) 직접 연결 시 저항이 상대적으로 높습니다. 따라서 그들은 수십 볼트의 전압 진폭을 가진 작은 신호의 보정에 사용됩니다.

쌀. 3. 반전 다이오드의 UGO 및 VAC

금속-반도체 전이로 얻은 쇼트키 다이오드.이 경우, 동일한 반도체의 고저항 얇은 에피택셜 층이 있는 저저항 n-실리콘(또는 실리콘 카바이드) 기판이 사용됩니다(그림 4).

쌀. 4. UGO 및 쇼트키 다이오드의 구조: 1 — 저항이 낮은 초기 실리콘 결정, 2 — 저항이 높은 실리콘 에피택셜 층, 3 — 공간 전하 영역, 4 — 금속 접촉

정류를 제공하지만 코어 영역에 소수 캐리어(대부분 금)를 주입하지 않는 에피택셜 층의 표면에 금속 전극이 적용됩니다. 따라서 이러한 다이오드에는 베이스에 소수 캐리어의 축적 및 재흡수와 같은 느린 프로세스가 없습니다. 따라서 쇼트키 다이오드의 관성은 높지 않다. 정류기 접점의 배리어 커패시턴스 값(1 - 20pF)에 의해 결정됩니다.

또한 쇼트키 다이오드의 직렬 저항은 정류기 다이오드의 직렬 저항보다 훨씬 낮습니다. 금속층이 어떤 반도체나 심지어 고도로 도핑된 반도체에 비해 저항이 낮기 때문입니다. 이를 통해 쇼트키 다이오드를 사용하여 상당한 전류(수십 암페어)를 정류할 수 있습니다. 일반적으로 고주파 전압(최대 수 MHz)을 정류하기 위해 2차 스위칭에 사용됩니다.

포타포프 L.A.