6. Последовательное и параллельное соединение диодов и тиристоров в мощных преобразовательных установках.

В ыпрямительным диодом называется полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный в силовых цепях, т.е. в источниках питания.Выпрямительные диоды всегда плоскостные, они могут быть германиевые или кремниевые. Германиевые диоды лучше кремниевых тем, что имеют меньшее прямое падение напряжения. Кремниевые диоды превосходят германиевые по диапазону рабочих температур,по максимально допустимому обратному напряжению, а также имеют меньший обратный ток. Если выпрямленный ток больше максимально допустимого прямого тока диода, то допускается параллельное включение диодов.

Добавочные сопротивления Rд величиной от единиц до десятков Ом включ. с целью выравнивания токов в каждой из ветвей. Если U в цепи превосходит максимально допустимое обратное напряжение диода, то в этом случае допускается последовательное включение диодов.

Тиристорами называют переключательные п/п компоненты. Имеющие 4 и более слоя и 3 и более чередующихся электронно-дырочных перехода. В качестве п/п обычно применяют кремний. К группе тиристоров относят динисторы, тринисторы, запираемые тринисторы, симисторы. У всех тиристоров на ВАХ присутствует участок отрицательного дифференц/ сопр-ния. Тиристоры в основном производят по технологии диффузии.

Амплитуда максимального тока может достигать десятков тысяч ампер, а напряжение анод-катод – несколько киловольт. После включения между выводами анод-катод тиристоров присутствует остаточное напряжение величиной обычно от 1,2 В до 2,5 В.

7. Варикап, стабилитрон, импульсный, туннельный и лавинный диоды. Принцип действия, характеристики, параметры, области применения.

а ) Так обозначают выпрямительные, высокочастотные, СВЧ, импульсные и диоды Гана; б) стабилитроны; в)варикапы; г) тоннельные диоды;

Варикапом называется полупроводниковый диод, у которого в качестве основного параметра используется барьерная ёмкость, величина которой варьируется при изменении обратного напряжения. След-но, варикап примен как конденсатор переменной ёмкости, управляемый напряжением.

П ринцип действия. Если к p-n переходу приложить обратное напряжение, то ширина потенциального барьера увеличивается.

При подключении обратного напряжения ширина перехода ΔХ увеличивается, следовательно, барьерная ёмкость будет уменьшаться. Основной характеристикой варикапов является вольт-фарадная характеристика С=f(Uобр).

Основные параметры варикапов.

1. Максимальное, минимальное и номинальное значение ёмкости варикапа.

2. Коэффициент перекрытия - отношение максимальной ёмкости к минимальной.

3. М аксимальное рабочее напряжение варикапа.

Стабилитроны. Стабилитроном называется полупроводниковый диод, предназначенный для стабилизации уровня постоянного напряжения. Стабилизация – поддержание какого-то уровня неизменным. По конструкции стабилитроны всегда плоскостные и кремниевые. Принцип действия стабилитрона основан на том, что на его вольтамперной характеристике имеется участок, на котором напряжение практически не зависит от величины протекающего тока.

Таким участком является участок электрического пробоя, а за счёт легирующих добавок в полупроводник ток электрического пробоя может изменяться в широком диапазоне, не переходя в тепловой пробой.

Так как участок электрического пробоя – это обратное напряжение, то стабилитрон включается обратным включением.

Р езистор Ro задаёт ток через стабилитрон таким образом, чтобы величина тока была близка к среднему значению между Iст.min и Iст.max. Такое значение тока называется номинальным током стабилизации. Принцип действия. При уменьшении входного напряжения ток через стабилитрон и падение напряжения на Ro может уменьшаться, а напряжения на стабилитроне и на нагрузке останутся постоянными, исходя из вольтамперной характеристики. При увеличении входного напряжения ток через стабилитрон и URo увеличивается, а напряжение на нагрузке всё равно остаётся постоянным и равным напряжению стабилизации.

В ывод: стабилитрон поддерживает постоянство напряжения при изменении тока через него от Iст.min до Iст.max.

Основные параметры стабилитронов:

1. Н апряжение стабилизации Uст.

2. Минимальное, максимальное и номинальное значение тока стабилизации Iст.min, Iст.-max, Iст.ном.

3. ΔUст. – изменение напряжения стабилизации.

4. Дифференциальное сопротивление на участке стабилизации:

5. Температурный коэффициент стабилизации.

Стабилитроны, предназначенные для стабилизации малых напряжений, называются стабисторами.

Импульсные диоды. Импульсные диоды предназначены для работы в импульсных цепях с длительностями импульсов от нескольких нс до нескольких мкс. Рассмотрим работу обычного p-n перехода при подаче на него импульсного напряжения.

В промежуток времени от 0 до t1 p-n переход закрыт (обратным напряжением пренебрегаем).

В момент t1 p-n переход открывается, но ток через него и через нагрузку достигает своего максимального, то есть установившегося значения, не мгновенно, а за время tуст., которое необходимо для заряда барьерной ёмкости p-n перехода. В момент времени t2 p-n переход почти мгновенно закрывается. Область p-проводимости оказывается насыщенной неосновными носителями зарядов, то есть электронами. Не успевшие рекомбинировать электроны под действием поля закрытого p-n перехода возвращаются в n-область, за счёт чего сильно возрастает обратный ток. По мере ухода электронов из p-области обратный ток уменьшается, и через время tвосст. p-n переход восстанавливает свои «закрытые» свойства. В импульсных диодах время восстановления и установления должны быть минимальными. С этой целью импульсные диоды конструктивно выполняются точечными или микросплавными. Толщина базы диода делается минимальной. Полупроводник легируют золотом для увеличения подвижности электронов.

В туннельном диоде квантово-механическое туннелирование электронов добавляет горб в вольтамперную характеристику, при этом, из-за высокой степени легирования p и n областей, напряжение пробоя уменьшается практически до нуля. Туннельный эффект позволяет электронам преодолеть энергетический барьер в зоне перехода с шириной 50..150 Å при таких напряжениях, когда зона проводимости в n-области имеет равные энергетические уровни с валентной зоной р-области.^[1] При дальнейшем увеличении прямого напряжения уровень Ферми n-области поднимается относительно р-области, попадая на запрещённую зону р-области, а поскольку тунелирование не может изменить полную энергию электрона^[2], вероятность перехода электрона из n-области в p-область резко падает. Это создаёт на прямом участке вольт-амперной характеристики участок, где увеличение прямого напряжения сопровождается уменьшением силы тока. Данная область отрицательного дифференциального сопротивления и используется для усиления слабых сверхвысокочастотных сигналов.

Лавинный диод – п/п диод обладающий отрицательным дифференциальным сопротивлением. В следствии развития лавинно-пролетной неустойчивости, обусловленной ударной ионизацией и дрейфом носителей заряда в p-n переходе в режиме обратного смещения. (Присутствует эффект ударной ионизации.).