مقاومت ها، خازن ها

اطلاعات نظری مختصر

مقاومت ها

مقاومت ها از رایج ترین قطعات تجهیزات الکترونیکی هستند. سهم آنها بین 20 تا 50 درصد است، یعنی تا نیمی از تعداد کل قطعات رادیویی دستگاه. اصل عملکرد مقاومت ها بر اساس استفاده از خاصیت مواد برای مقاومت در برابر جریان جریان است. مقاومت ها با پارامترهای اصلی زیر مشخص می شوند:

مقدار مقاومت اسمی. اندازه گیری بر حسب اهم (اهم)، کیلو اهم (کیلو اهم)، مگا اهم (MOhm). ،

مقادیر مقاومت اسمی روی بدنه مقاومت نشان داده شده است. مقدار مقاومت اسمی با مقدار سری مقاومت استاندارد ارائه شده در پیوست 1 مطابقت دارد.

تحملمقاومت واقعی مقاومت از مقدار اسمی آن. این انحراف به صورت درصد اندازه گیری می شود، نرمال شده و توسط کلاس دقت تعیین می شود. سه کلاس دقت بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند: I - اجازه انحراف مقاومت از مقدار اسمی ± 5٪، II - ± 10٪، III - ± 20٪. در تجهیزات الکترونیکی مدرن، اغلب از مقاومت هایی با دقت مقاومت افزایش یافته استفاده می شود؛ آنها با تلرانس (%) تولید می شوند: ± 2. ± 1; ± 0.5; ± 0.2; 0.1 ±; 0.05 ±; 0.02 ±; 0.01 ± و غیره

مقدار توان اسمیاتلاف مقاومت Rnom. این پارامتر بر حسب وات (W) اندازه گیری می شود. این بالاترین توان جریان مستقیم یا متناوب است که هنگام عبور از مقاومت می تواند برای مدت طولانی بدون آسیب کار کند. توان Pnom، جریان I که از مقاومت عبور می کند، افت ولتاژ U در مقاومت و مقاومت آن R با این رابطه مرتبط هستند: P=UI U=IR. اکثر دستگاه های REA از مقاومت هایی با اتلاف توان نامی از 0.125 تا 2 وات استفاده می کنند.

ضریب مقاومت دمایی (TCR) مقاومت. تغییر نسبی مقاومت مقاومت را هنگامی که دمای محیط 1 درجه سانتیگراد تغییر می کند مشخص می کند و به صورت درصد بیان می شود. در مقاومت ها، TCR ناچیز است و به طور متوسط ​​یک دهم - واحد درصد است.

نیروی محرکه الکتریکی (EMF) خود نویز. نویز خود مقاومت به دلیل حرکت نامنظم برخی از الکترون ها هنگام اعمال ولتاژ به آن ایجاد می شود. EMF خود نویز (Esh) بر حسب میکروولت بر ولت ولتاژ اعمال شده (μV/V) اندازه گیری می شود. این مقدار برای مقاومت ها نیز ناچیز است و به واحد میکروولت در هر ولت می رسد.

خود القایی و ظرفیت مقاومت ها. آنها با ابعاد کلی، طراحی تعیین می شوند و بر محدوده فرکانس استفاده از مقاومت ها تأثیر می گذارند.

از مقاومت‌ها برای محدود کردن جریان در مدارها، ایجاد افت ولتاژ لازم در بخش‌های خاصی از مدارها، برای تنظیمات مختلف (ولوم، صدا و غیره) و در بسیاری موارد دیگر استفاده می‌شود.

تعیین گرافیکی مقاومت ها و نمودار اتصال

طبق GOST 2.728-74، UGO یک مقاومت سیمی ثابت به شکل زیر است:

برنج. 1. مقاومت سیمی UGO

دو نوع اصلی از مدارهای اتصال مقاومت وجود دارد - اتصال سری مقاومت ها و اتصال موازی.

هنگامی که مقاومت ها به صورت سری به هم متصل می شوند، مقاومت معادل آنها برابر با مجموع تمام مقاومت های فردی خواهد بود.

هنگامی که مقاومت ها به صورت موازی متصل می شوند، مقاومت معادل آنها را می توان با استفاده از فرمول محاسبه کرد

.

خازن ها

خازن الکتریکی وسیله ای است که برای ذخیره بار الکتریکی طراحی شده است.

اصل کار یک خازن بر اساس تجمع بار الکتریکی بین دو هادی نزدیک به هم است. به این گونه هادی ها صفحه نیز می گویند. بسته به نوع دی الکتریکی که صفحات را جدا می کند، انواع مختلفی از خازن ها وجود دارد.

پارامترهای اصلی خازن عبارتند از:

ظرفیت نامی الکتریکی- توانایی یک خازن برای انباشتن بارهای الکتریکی بر روی صفحات خود تحت تأثیر میدان الکتریکی. ظرفیت نامی بر روی خازن یا در اسناد همراه نشان داده شده است و مطابق با سری نصب شده انتخاب می شود. با فاراد [F] اندازه گیری می شود، اما 1F مقدار نسبتاً بزرگی است، بنابراین مقدار خازن های معمولی با پیشوندهای nano- (10 –9)، micro- (10 –6)، mili- (10 –3) استفاده می شود. ).

تحملظرفیت واقعی خازن از مقدار اسمی آن. این انحراف به صورت درصد اندازه گیری می شود، نرمال شده و توسط کلاس دقت تعیین می شود.

ضریب دمای ظرفیت (TKE)- تغییر نسبی در ظرفیت خازن تحت تأثیر دما. صفحات خازن تحت تأثیر دما، ابعاد هندسی، فاصله بین آنها و مقدار ثابت دی الکتریک دی الکتریک تغییر می کند، بنابراین مقدار ظرفیت خازن نیز تغییر می کند. برای همه خازن ها این وابستگی غیرخطی است، اما بسته به نوع دی الکتریک، برای برخی به خطی نزدیک می شود.

ولتاژ نامی U- حداکثر مقدار مجاز ولتاژ مستقیم (یا مجموع جزء ثابت و دامنه مولفه متناوب) که در آن خازن می تواند در طول عمر تضمین شده در دمای معمولی کار کند.

نام گذاری گرافیکی خازن ها و نمودارهای اتصال

طبق GOST 2.728-74، در نمودارهای مدار الکتریکی، خازن ها مشخص می شوند:

برنج. 2. خازن UGO

دو نوع اصلی مدار خازن وجود دارد - سری و موازی.

هنگامی که خازن ها به صورت موازی متصل می شوند، ظرفیت خازن آنها مطابق فرمول جمع می شود

.

هنگامی که خازن ها به صورت سری متصل می شوند، ظرفیت معادل آنها را می توان با استفاده از فرمول محاسبه کرد

.

علامت گذاری مقاومت ها و خازن ها

نشانه گذاری مقاومت

با توجه به GOST 28883-90 - مقاومت های تولید شده صنعتی، از سیستم های علامت گذاری زیر استفاده می شود:

نامه پر

پارامترها و ویژگی های موجود در نماد کامل مقاومت به ترتیب زیر نشان داده شده است: اتلاف توان نامی، مقاومت اسمی و تعیین حروف واحد اندازه گیری، انحراف مقاومت مجاز در درصد (%)، مشخصه عملکردی، تعیین انتهای از شفت و طول قسمت بیرون زده شفت.

نمونه ای از نماد کامل برای یک مقاومت غیرسیمی دائمی با شماره ثبت 4، توان اتلاف نامی 0.5 وات، مقاومت اسمی 10 کیلو اهم، با تحمل 1±٪، گروه سطح نویز A، گروه TKS - B، نسخه تمام آب و هوایی ب.

Р1-4‑0.5‑10kOhm±1% А-Б-В ОжО.467.157 TU

اختصارات حروف

با توجه به اینکه نماد کامل فضای قابل توجهی را روی بدنه مقاومت اشغال می کند، استفاده از آن همیشه امکان پذیر و راحت نیست، بنابراین یک علامت حروف اختصاری معرفی شد که شامل تعیین مقاومت اسمی و انحراف مجاز است. مقاومت اسمی به عنوان یک کد نشان داده شده است. نام رمزگذاری شده مقاومت اسمی شامل سه یا چهار کاراکتر، شامل دو یا سه عدد و یک حرف از الفبای لاتین است. حرف کد از الفبای روسی یا لاتین نشان دهنده ضربی است که مقاومت را تشکیل می دهد و موقعیت نقطه اعشار را تعیین می کند. حروف R، K، M، G، T به ترتیب نشان دهنده عوامل 1، 10 3، 10 6، 10 9، 10 12 هستند. نمونه هایی از نامگذاری های رمزگذاری شده مقاومت اسمی به شرح زیر است: 215 اهم - 215R، 150 کیلو اهم - 150K، 2.2 موم - 2M2،6.8 GOhm - 6G8،1 TOm - 1T0 تعیین کد شده انحراف مجاز مربوط به حرف است. که در ٪. معنای حروف رمزگذاری در پیوست 2 آورده شده است.

علاوه بر کدگذاری که در بالا توضیح داده شد، مقاومت های تجاری تولید شده از کدگذاری رنگی استفاده می کنند.

نشانه گذاری خازن

علامت گذاری حروف کوتاه یک خازن از قوانین مشابهی مانند علامت گذاری مقاومت ها پیروی می کند. ظرفیت نامی یک خازن با استفاده از 3-4 عدد و یک کد ضرب کننده بیان می شود. مرسوم است که از حروف p، n، μ، m که مربوط به ضرب‌کننده‌های pico-, nano-, micro-, milli-farad هستند استفاده شود.

نمونه ای از علامت گذاری خازن: p10 – 0.1pF; 1μ5 - 1.5μF.

دیودهای نیمه هادی:

VAC دیود یکسو کننده

مقایسه ویژگی های یک دیود واقعی با ویژگی های یک اتصال pn ایده آل.

مشخص است که مشخصه جریان-ولتاژ استاتیک یک دیود نیمه هادی ایده آل با عبارت زیر توصیف می شود:

,

جایی که من- جریان دیود؛ U- ولتاژ اعمال شده به آن؛ است- جریان اشباع که توسط پارامترهای اتصال p-n تعیین می شود. kT/q- پتانسیل حرارتی ( kT/q= 0.0259 V در T = 300K).

نوع مشخصه توصیف شده توسط این عبارت در شکل نشان داده شده است. 3.

برنج. 3. مشخصات جریان-ولتاژ یک اتصال ایده آل p-n.

هنگام نشان دادن مشخصات ولتاژ جریان، مقیاس در امتداد محورهای ولتاژهای رو به جلو و معکوس متفاوت انتخاب می شود، زیرا این مقادیر بر اساس مرتبه های بزرگی متفاوت هستند. مقیاس‌های مختلف تصور یک پیچ خوردگی در مشخصه را در نقطه صفر نشان می‌دهند، اما در واقعیت مشخصه جریان-ولتاژ به طور متفاوتی صاف است. در شاخه مستقیم مشخصه، وابستگی جریان به ولتاژ نمایی است و پس از عبور ولتاژ از مقدار آستانه Uتغییر بیشتر ولتاژ به میزان یک دهم ولت باعث تغییر قابل توجهی در جریان عبوری از دیود می شود.

تنها پارامتر مشخصه جریان-ولتاژ مرتبط با پارامترهای فیزیکی و طراحی و ابعاد هندسی ناحیه فعال دیود، جریان اشباع است. است.

جایی که q- بار الکترون؛ n i غلظت ذاتی حامل های بار در نیمه هادی است. ندی بی و L pb - ضریب انتشار و طول انتشار حامل های اقلیت در آن. دبلیوب - ضخامت پایه؛ اف- ناحیه اتصال p-n.

مشخصه جریان-ولتاژ یک دیود واقعی به دلایل مختلفی با ویژگی های یک اتصال pn ایده آل متفاوت است:

نوترکیبی و تولید حفره ها و الکترون ها در انتقال SCR

افت ولتاژ در مقاومت حجم پایه

· ظهور اثرات تزریق سطح بالا در جریان های بالا

· وجود جریان های نشتی از طریق اتصال p-n

· شروع خرابی در شاخه معکوس مشخصه جریان-ولتاژ

دوپینگ پایه غیر یکنواخت

· گرم کردن اتصال p-n با برق آزاد شده

اثرات ذکر شده منجر به این واقعیت می شود که مشخصه ولتاژ جریان دیود فقط به صورت کیفی توصیف می شود.

شاخه معکوس مشخصه جریان-ولتاژ از مجموع سه جزء تشکیل می شود:

جریان اشباع استجریان تولید حرارتی در SCR اتصال p-n من جیو جریان نشتی من ut. نسبت بین این اجزا برای دیودهای ساخته شده از مواد نیمه هادی مختلف متفاوت است

جریان تولید حرارتی در اتصال pn با فرمول توصیف می شود

جایی که δ - عرض اتصال p-n؛ τ pn- طول عمر موثر، مشخص کننده نرخ تولید جفت الکترون-حفره در SCR انتقال. جریان به ولتاژ معکوس اعمال شده از طریق وابستگی بستگی دارد δ (U).

جریان نشتی توسط کانال های رسانا در داخل اتصال pn و روی سطح کریستال ایجاد می شود. به مساحت و محیط محل اتصال و تعدادی عوامل دیگر بستگی دارد و به ولتاژ معکوس وابستگی تقریباً خطی دارد.

شاخه رو به جلو مشخصه جریان-ولتاژ یک دیود واقعی وابستگی نمایی جریان به ولتاژ را حفظ می کند، بنابراین می توان آن را با عباراتی مانند:

جایی که من 0و متر- پارامترهای مشخصه ای که می توانند در بخش های مختلف مشخصه جریان-ولتاژ تغییر کنند.

مقایسه مشخصات دیودهای مختلف
مواد

دیودهای مورد مطالعه در این کار از مواد نیمه هادی مختلف ساخته شده اند، اما پارامترهای فیزیکی و ساختاری تقریباً یکسانی دارند. تفاوت در ویژگی های آنها به دلیل تفاوت در پارامترها است:

عرض باند گپ

تحرک حامل شارژ

· طول عمر حامل های شارژ و غیره.

تفاوت در مقادیر شکاف باند بیشترین تأثیر را بر تفاوت در پارامترها دارد به عنوان مثال. غلظت ذاتی حامل های بار را تعیین می کند n منکه در بیان پارامترهای مشخصه جریان-ولتاژ گنجانده شده است.

مقدار Bandgap به عنوان مثالو n مندر پیوست 3 آورده شده است.

جریان اشباع تمام دیودها به جز ژرمانیوم بسیار کم و به اندازه نانو آمپر است، بنابراین جزء اصلی جریان معکوس این دیودها جریان نشتی است. تفاوت اصلی بین شاخه های مستقیم مشخصات جریان-ولتاژ دیودهای مختلف، مقدار متفاوت جریان اشباع است. ضمیمه 3 مقادیر را نشان می دهد یو روابط عمومیاز نظر تئوری برای دیودهای واقعی به دست آمده است، ممکن است به دلایلی متفاوت باشد، عمدتاً به دلیل کاهش مقاومت حجمی پایه.

رویه اجرای کار

برای مطالعه ویژگی‌های جریان-ولتاژ یک دیود واقعی، دانش‌آموزان باید یک مدار آزمایشی را جمع‌آوری کنند

برنج. 4. طراحی آزمایشی

اسیلوسکوپ دیجیتال یا مولتی متر دیجیتال را می توان به عنوان میلی آمتر و ولت متر استفاده کرد. منبع یک منبع ولتاژ کنترل شده روی نیمکت آموزشی NI ELVIS است. به منظور اطمینان از عملکرد بی وقفه ژنراتور پایه، لازم است یک مقاومت محدود کننده R در مدار گنجانده شود که مقدار آن را دانش آموزان باید با استفاده از پارامترهای پایه محاسبه کنند.

پس از مونتاژ مدار و بررسی آن با معلم، دانش آموزان باید یک سری آزمایش را انجام دهند. با تنظیم مقدار ولتاژ در خروجی از ژنراتور و ثبت قرائت ابزار در یک جدول.

دیود یکسو کننده وسیله ای است که جریان را تنها در یک جهت هدایت می کند. طراحی آن بر اساس یک اتصال p-n و دو خروجی است. چنین دیودی جریان متناوب را به جریان مستقیم تغییر می دهد. علاوه بر این، آنها به طور گسترده ای در مدارهای الکتریکی برای ضرب ولتاژ استفاده می شوند، مدارهایی که در آن هیچ الزامات دقیقی برای پارامترهای سیگنال در زمان و فرکانس وجود ندارد.

• اصل عملیات
• پارامترهای اساسی دستگاه
• مدارهای یکسو کننده
• دستگاه های پالس
• دستگاه های وارداتی

اصل عملیات

اصل عملکرد این دستگاه بر اساس ویژگی های اتصال p-n است. در نزدیکی اتصالات دو نیمه هادی لایه ای وجود دارد که در آن هیچ حامل بار وجود ندارد. این لایه مانع است. مقاومت او بزرگ است.

هنگامی که یک لایه در معرض یک ولتاژ متناوب خارجی خاص قرار می گیرد، ضخامت آن کوچکتر می شود و متعاقباً به طور کلی ناپدید می شود. جریانی که افزایش می یابد جریان پیشرو نامیده می شود. از آند به کاتد می رود. اگر ولتاژ متناوب خارجی قطبیت متفاوتی داشته باشد، لایه مسدود کننده بزرگتر شده و مقاومت افزایش می یابد.

انواع دستگاه ها، تعیین آنها

بر اساس طراحی، دو نوع دستگاه وجود دارد: نقطه ای و مسطح. در صنعت، متداول ترین آنها سیلیکون (نام - Si) و ژرمانیوم (نام - Ge). اولی ها دمای عملیاتی بالاتری دارند. مزیت دومی افت ولتاژ کم با جریان رو به جلو است.

اصل تعیین دیودها یک کد الفبایی است:

• اولین عنصر تعیین ماده ای است که از آن ساخته شده است.
• دومی یک زیر کلاس را تعریف می کند.
• سومی نشان دهنده قابلیت های کاری است.
• چهارمین شماره سریال توسعه است.
• پنجم - تعیین مرتب سازی بر اساس پارامترها.

مشخصه جریان-ولتاژ (مشخصه ولت آمپر) یک دیود یکسو کننده را می توان به صورت گرافیکی نشان داد. نمودار نشان می دهد که مشخصه جریان-ولتاژ دستگاه غیر خطی است.

در ربع اولیه مشخصه جریان-ولتاژ، انشعاب مستقیم آن بالاترین رسانایی دستگاه را هنگامی که اختلاف پتانسیل مستقیم روی آن اعمال می شود، منعکس می کند. شاخه معکوس (ربع سوم) مشخصه جریان-ولتاژ وضعیت رسانایی پایین را منعکس می کند. این زمانی اتفاق می افتد که اختلاف پتانسیل معکوس شود.

مشخصات ولتاژ جریان واقعی به دما بستگی دارد. با افزایش دما، اختلاف پتانسیل مستقیم کاهش می یابد.

از نمودار مشخصه جریان-ولتاژ چنین است که با رسانایی کم، جریان از دستگاه عبور نمی کند. با این حال، در یک مقدار معین از ولتاژ معکوس، یک شکست بهمن رخ می دهد.

مشخصه جریان ولتاژ دستگاه های سیلیکونی با دستگاه های ژرمانیومی متفاوت است. مشخصات جریان-ولتاژ بسته به دماهای مختلف محیط داده می شود. جریان معکوس دستگاه های سیلیکونی بسیار کمتر از دستگاه های ژرمانیومی است. از نمودارهای مشخصه جریان-ولتاژ چنین است که با افزایش دما افزایش می یابد.

مهمترین ویژگی عدم تقارن شدید مشخصه جریان-ولتاژ است. با بایاس رو به جلو - رسانایی بالا، با بایاس معکوس - کم. این خاصیت است که در دستگاه های یکسو کننده استفاده می شود.

در تجزیه و تحلیل ویژگی های دستگاه، باید توجه داشت: مقادیری مانند ضریب یکسوسازی، مقاومت و ظرفیت دستگاه در نظر گرفته می شود. اینها پارامترهای دیفرانسیل هستند.

این نشان دهنده کیفیت یکسو کننده است.

برای صرفه جویی در قبوض برق، خوانندگان ما جعبه پس انداز برق را توصیه می کنند. پرداخت های ماهانه 30 تا 50 درصد کمتر از قبل از استفاده از ذخیره کننده خواهد بود. مولفه راکتیو را از شبکه حذف می کند و در نتیجه بار و در نتیجه مصرف جریان را کاهش می دهد. وسایل برقی برق کمتری مصرف می کنند و هزینه ها کاهش می یابد.

می توان محاسبه کرد: برابر با نسبت جریان رو به جلو دستگاه به جریان معکوس خواهد بود. این محاسبه برای یک دستگاه ایده آل قابل قبول است. مقدار ضریب اصلاح می تواند به چند صد هزار برسد. هرچه بزرگتر باشد صاف کننده کار خود را بهتر انجام می دهد.

پارامترهای اساسی دستگاه

چه پارامترهایی مشخصه دستگاه ها هستند؟ پارامترهای اصلی دیودهای یکسو کننده:

• بالاترین مقدار میانگین جریان رو به جلو؛
• بالاترین مقدار مجاز ولتاژ معکوس؛
• حداکثر فرکانس مجاز اختلاف پتانسیل در یک جریان رو به جلو معین.

بر اساس حداکثر مقدار جریان رو به جلو، دیودهای یکسو کننده به دو دسته تقسیم می شوند:

• دستگاه های کم مصرف آنها دارای مقدار جریان رو به جلو تا 300 میلی آمپر هستند.
• دیودهای یکسو کننده توان متوسط. محدوده جریان رو به جلو از 300 میلی آمپر تا 10 آمپر است.
• قدرت (قدرت بالا). ارزش بیش از 10 A

دستگاه های قدرتی وجود دارند که به شکل، مواد و نوع نصب بستگی دارند. رایج ترین آنها عبارتند از:

• دستگاه های با قدرت متوسط پارامترهای فنی آنها اجازه کار با ولتاژ تا 1.3 کیلو ولت را می دهد.
• قدرت، توان بالا، قادر به عبور جریان تا 400 A. این دستگاه های ولتاژ بالا هستند. محفظه های مختلفی برای دیودهای برق وجود دارد. رایج ترین آنها انواع پین و تبلت هستند.

مدارهای یکسو کننده

مدارهای اتصال دستگاه های برق متفاوت است. برای اصلاح ولتاژ شبکه، آنها را به تک فاز و چند فاز، نیم موج و تمام موج تقسیم می کنند. اکثر آنها تک فاز هستند. در زیر طراحی چنین یکسو کننده نیمه موجی و دو نمودار ولتاژ در نمودار زمان بندی آورده شده است.

ولتاژ متناوب U1 به ​​ورودی عرضه می شود (شکل a). در سمت راست نمودار با یک موج سینوسی نشان داده شده است. حالت دیود باز است. جریان از طریق بار Rн می گذرد. در طول نیم چرخه منفی دیود بسته است. بنابراین، تنها یک اختلاف پتانسیل مثبت به بار عرضه می شود. در شکل وابستگی زمانی آن منعکس می شود. این اختلاف پتانسیل در طول یک نیم چرخه عمل می کند. نام این طرح از اینجا می آید.

ساده ترین مدار تمام موج از دو مدار نیمه موج تشکیل شده است. برای این طرح یکسوسازی، دو دیود و یک مقاومت کافی است.

دیودها فقط اجازه عبور جریان AC مثبت را می دهند. نقطه ضعف طراحی این است که در طول نیم چرخه اختلاف پتانسیل متناوب فقط از نیمی از سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور حذف می شود.

اگر به جای دو دیود از چهار دیود در طراحی استفاده کنید، راندمان افزایش می یابد.

یکسو کننده ها به طور گسترده در صنایع مختلف استفاده می شوند. در ژنراتورهای خودرو از دستگاه سه فاز استفاده می شود. و استفاده از ژنراتور جریان متناوب اختراع شده به کاهش اندازه این دستگاه کمک کرد. علاوه بر این، قابلیت اطمینان آن افزایش یافته است.

در دستگاه های فشار قوی از قطب های فشار قوی که از دیود تشکیل شده اند استفاده زیادی می شود. آنها به صورت سری به هم متصل می شوند.

دستگاه های پالس

دستگاه پالسی دستگاهی است که زمان انتقال آن از حالتی به حالت دیگر کوتاه است. آنها برای کار در مدارهای پالسی استفاده می شوند. چنین دستگاه هایی با آنالوگ های یکسو کننده خود در اتصالات p-n با ظرفیت کوچک متفاوت هستند.

برای دستگاه های این کلاس، علاوه بر پارامترهای ذکر شده در بالا، موارد زیر نیز باید گنجانده شود:

• حداکثر پالس رو به جلو (معکوس) ولتاژ، جریان؛
• دوره نصب ولتاژ مستقیم؛
• دوره بازیابی مقاومت معکوس دستگاه.

دیودهای شاتکی به طور گسترده در مدارهای پالس با سرعت بالا استفاده می شوند.

دستگاه های وارداتی

صنعت داخلی به تعداد کافی دستگاه تولید می کند. با این حال، امروزه محصولات وارداتی بیشترین تقاضا را دارند. آنها از کیفیت بالاتری برخوردار هستند.

دستگاه های وارداتی به طور گسترده در مدارهای تلویزیونی و رادیویی استفاده می شوند. آنها همچنین برای محافظت از دستگاه های مختلف در صورت اتصال نادرست (قطبی اشتباه) استفاده می شوند. تعداد انواع دیودهای وارداتی متفاوت است. هنوز جایگزین کاملی برای آنها با جایگزین های داخلی وجود ندارد.

دیودهای یکسو کننده PP. ویژگی های طراحی. CVC. پارامترهای اصلی

معادلات جریان کلکتور برای مدارهای سوئیچینگ OB و OE.

ضرایب انتقال فعلی، روابط آنها.

1. دیودهای PP یکسو کننده.

دیود یکسو کنندهطراحی شده برای تبدیل ولتاژ متناوب به ولتاژ مستقیم. یک یکسو کننده ایده آل باید اجازه دهد جریان در یک قطب عبور کند، اما نه در قطب دیگر. خواص یک دیود نیمه هادی نزدیک به خواص یکسو کننده ایده آل است، زیرا مقاومت آن در جهت جلو با چندین مرتبه بزرگی از مقاومت در جهت معکوس متفاوت است. معایب اصلی دیود نیمه هادی عبارتند از: با بایاس رو به جلو، وجود ناحیه ای با جریان های کم در قسمت اولیه و مقاومت نهایی rs. اگر برعکس اتفاق بیفتد، خرابی وجود دارد.

دیودهای یکسو کننده برای اصلاح جریان متناوب فرکانس پایین (کمتر از 50 کیلوهرتز) طراحی شده اند.

ویژگی های طراحی.

با توجه به سطح اتلاف قدرتدیودها متمایز می شوند:

قدرت کم (جریان اصلاح شده بیش از 300 میلی آمپر)؛

توان متوسط ​​(جریان اصلاح شده از 400 میلی آمپر تا 10 آمپر)؛

قدرت بالا (جریان اصلاح شده بیش از 10 A)؛

توسط طرح ها- نقطه، مسطح.

مواد نیمه هادی مورد استفاده: ژرمانیوم، سیلیکون، سلنیوم، تیتانیوم.

توسط روش ساخت: آلیاژ، انتشار (شکل 1).

برنج. 1. ساختار دیودهای یکسو کننده.

شکل 2. نمونه هایی از طراحی دیود.

شکل 2 نمونه هایی از طرح های دیود را با مقاومت های مختلف نشان می دهد: (چپ-1.2-توان کم) Rt = (100-200) درجه/وات،
(راست-3-توان متوسط) Rt = 1-10 درجه/W.

مشخصه جریان ولتاژ یک دیود یکسو کننده.

شکل 3. مشخصات I-V دیود یکسو کننده.

در تجزیه و تحلیل مهندسی برق مدارها با دیودها، شاخه های جداگانه مشخصه جریان-ولتاژ به صورت خطوط مستقیم نشان داده می شود که امکان نمایش دیود را در قالب مدارهای معادل مختلف فراهم می کند. انتخاب یک یا آن مدار معادل دیود با شرایط خاص تجزیه و تحلیل و محاسبه دستگاه از جمله دیودها تعیین می شود.

شکل 4.1.

شکل 4.2.

عملکرد یک دیود برای یک بار فعال در شکل 4.1 نشان داده شده است. جریان عبوری از دیود با مشخصه جریان-ولتاژ آن id = f(ud) توصیف می شود، جریان عبوری از مقاومت بار، از آنجایی که اتصال به صورت سری است، برابر با جریان عبوری از دیود id = in = i و برای این رابطه در = (u(t) - ud)/Rn معتبر است. شکل 4.2 خطوطی را در همان مقیاس نشان می دهد که هر دوی این وابستگی های عملکردی را توصیف می کند: مشخصه جریان-ولتاژ دیود و مشخصه بار.

شکل 4.3.

شکل 4.3 نشان می دهد که هرچه مشخصه دیود تندتر باشد و ناحیه جریان کم ("پاشنه") کوچکتر باشد، خواص یکسوسازی دیود بهتر است. ورود نقطه عملیاتی به منطقه پیش از خرابی نه تنها منجر به آزاد شدن قدرت بالا در دیود و تخریب احتمالی آن می شود، بلکه منجر به از دست دادن خواص یکسوسازی می شود.

پارامترهای اصلی، مشخص کننده دیودهای یکسو کننده هستند

حداکثر جریان رو به جلو I pr max (0.01…10 A);

افت ولتاژ در سرتاسر دیود در یک مقدار معین جریان رو به جلو I pr

(U pr » 0.3...0.7 V برای دیودهای ژرمانیوم و U pr » 0.8...1.2 V برای دیودهای سیلیکونی).

حداکثر ولتاژ معکوس ثابت ثابت دیود U arr max است.

جریان معکوس I arr در یک ولتاژ معکوس U arr (مقدار جریان معکوس دیودهای ژرمانیوم دو تا سه مرتبه بزرگتر از دیودهای سیلیکونی است) (0.005...150 میلی آمپر).

ظرفیت مانع یک دیود هنگامی که یک ولتاژ معکوس با مقدار معینی به آن اعمال می شود.

محدوده فرکانسی که در آن دیود می تواند بدون کاهش قابل توجهی در جریان اصلاح شده کار کند.

محدوده دمای کارکرد (دیودهای ژرمانیوم در محدوده کار می کنند

60 ... + 70 درجه سانتیگراد، سیلیکون - در محدوده -60 ... + 150 درجه سانتیگراد، که با جریانهای معکوس کم دیودهای سیلیکونی توضیح داده می شود).

2. معادلات جریان کلکتور.

برای مدار اتصال با OB.

بیان مشخصه خروجی ایده آل در حالت فعال به صورت زیر است:

من به =α i E +من KB0 .

برای مدار اتصال با OE.

بیان مشخصه خروجی ایده آل در حالت فعال به صورت زیر است:

من به =  من ب +من KE0 .

اگر مدار امیتر خراب باشد، تحت تأثیر ولتاژ معکوس روی کلکتور، جریان معکوس از طریق اتصال کلکتور از کلکتور به پایه جریان می یابد. من KB0. مقدار آن در داده های مرجع ترانزیستور آورده شده است.

من KE0 =α· من KB0- جریان حرارتی عبوری ترانزیستور نامیده می شود.

مدار امیتر مشترک (CE).

چنین نموداری در شکل 5 نشان داده شده است.

برنج. 5. نمودار مدار برای اتصال ترانزیستور با امیتر مشترک

ویژگی های تقویت کننده ترانزیستور با یکی از پارامترهای اصلی آن مشخص می شود - ضریب انتقال جریان پایه استاتیک یا بهره جریان استاتیک. β . از آنجایی که باید فقط خود ترانزیستور را مشخص کند، در حالت بدون بار تعیین می شود (Rk = 0).

از نظر عددی برابر است با:

در U k-e = const

این ضریب می تواند برابر با ده ها یا صدها باشد، اما ضریب واقعی k i همیشه کمتر از β است، زیرا هنگامی که بار روشن می شود، جریان کلکتور کاهش می یابد.

طرح پایه مشترک (CB)..

نمودار OB در شکل 6 نشان داده شده است.

برنج. 6. مدار اتصال ترانزیستور با پایه مشترک.

ضریب انتقال جریان ساکن برای مدار OB با α نشان داده می شود و با:

در U k-b = const

این ضریب همیشه کمتر از 1 است و هر چه به 1 نزدیکتر باشد ترانزیستور بهتر است.

روابط ضرایب انتقال جریان برای مدارهای OB و OE به شکل زیر است:

K ib = i k /i e = α، K i e = i k /i b = α./(1- α.)

ضریب α > ​​1 و 49 - 200 است.

دیود نیمه هادی یک دستگاه نیمه هادی با یک اتصال الکتریکی و دو پایانه است که از یک یا آن خاصیت اتصال الکتریکی استفاده می کند. اتصال الکتریکی می تواند یک اتصال الکترون به سوراخ، یک اتصال فلز-نیمه هادی یا یک اتصال ناهمگون باشد.

ناحیه ای از کریستال نیمه هادی دیود که دارای غلظت بالاتری از ناخالصی ها (و در نتیجه اکثر حامل های بار) است، امیتر و دیگری با غلظت کمتر، پایه نامیده می شود. طرف دیود که قطب منفی منبع تغذیه در صورت اتصال مستقیم به آن متصل است اغلب کاتد نامیده می شود و طرف دیگر آند نامیده می شود.

با توجه به هدف آنها، دیودها به موارد زیر تقسیم می شوند:

1. یکسو کننده (قدرت)، طراحی شده برای تبدیل ولتاژ متناوب از منابع تغذیه فرکانس صنعتی به ولتاژ مستقیم.

2. دیودهای زنر (دیودهای مرجع) طراحی شده برای تثبیت ولتاژ , داشتن یک بخش با وابستگی ضعیف ولتاژ به جریان جاری در شاخه معکوس مشخصه جریان-ولتاژ:

3. واریکاپ هایی که برای استفاده به عنوان یک خازن کنترل شده توسط ولتاژ الکتریکی در نظر گرفته شده است.

4. پالس، طراحی شده برای کار در مدارهای پالس با سرعت بالا.

5. تونل و معکوس، طراحی شده برای تقویت، تولید و سوئیچ نوسانات فرکانس بالا.

6. فرکانس فوق العاده بالا، طراحی شده برای تبدیل، سوئیچینگ، و تولید نوسانات با فرکانس فوق العاده بالا.

7. LED های طراحی شده برای تبدیل سیگنال الکتریکی به انرژی نور.

8. فتودیود، طراحی شده برای تبدیل انرژی نور به سیگنال الکتریکی.

سیستم و لیست پارامترهای موجود در توضیحات فنی و مشخص کردن خواص دیودهای نیمه هادی با در نظر گرفتن ویژگی های فیزیکی و تکنولوژیکی و دامنه کاربرد آنها انتخاب می شود. در بیشتر موارد، اطلاعات مربوط به پارامترهای استاتیک، دینامیک و حد آنها مهم است.

پارامترهای استاتیک رفتار دستگاه ها را در جریان مستقیم مشخص می کند، پارامترهای دینامیکی ویژگی های فرکانس زمانی آنها را مشخص می کند، پارامترهای حدی منطقه عملکرد پایدار و قابل اعتماد را تعیین می کنند.

1.5. مشخصه جریان-ولتاژ دیود

مشخصه جریان-ولتاژ (مشخصه ولت آمپر) دیود شبیه مشخصه جریان-ولتاژ است. p-n- گذار و دارای دو شاخه - جلو و عقب است.

مشخصه جریان-ولتاژ دیود در شکل 5 نشان داده شده است.

اگر دیود در جهت رو به جلو روشن شود ("+" - به منطقه آر، و "-" - به منطقه n) پس از رسیدن به ولتاژ آستانه Uسپس دیود باز می شود و جریان مستقیم از آن عبور می کند. وقتی دوباره روشن شد ("-" به منطقه آر، و "+" - به منطقه n) جریان معکوس ناچیزی از دیود عبور می کند، یعنی دیود در واقع بسته است. بنابراین، می توانیم در نظر بگیریم که دیود جریان را تنها در یک جهت عبور می دهد، که به آن اجازه می دهد تا به عنوان یک عنصر یکسو کننده استفاده شود.

مقادیر جریانهای رو به جلو و معکوس با چندین مرتبه بزرگی متفاوت است و افت ولتاژ رو به جلو در مقایسه با ولتاژ معکوس که می تواند صدها ولت یا بیشتر باشد از چند ولت تجاوز نمی کند. خواص یکسوسازی دیودها بهتر است، هر چه جریان معکوس در یک ولتاژ معکوس معکوس کمتر باشد و افت ولتاژ در یک جریان رو به جلو مشخص کمتر باشد.

پارامترهای مشخصه جریان-ولتاژ عبارتند از: مقاومت دینامیکی (دیفرانسیل) دیود در برابر جریان متناوب و مقاومت استاتیکی در برابر جریان مستقیم.

مقاومت استاتیکی دیود در برابر جریان مستقیم در جهت جلو و معکوس با این رابطه بیان می شود:

, (2)

جایی که Uو مننقاط خاصی را در مشخصه جریان-ولتاژ دیود که در آن مقاومت محاسبه می شود، مشخص کنید.

مقاومت AC دینامیک تغییر جریان را از طریق یک دیود با تغییر ولتاژ در نزدیکی نقطه عملکرد انتخاب شده در مشخصه دیود تعیین می کند:

. (3)

از آنجایی که یک مشخصه معمولی I-V یک دیود دارای بخش هایی با خطی بودن افزایش یافته است (یکی در شاخه جلو، یکی در شاخه معکوس)، r d به عنوان نسبت یک افزایش ولتاژ کوچک در سراسر دیود به یک افزایش جریان کوچک از طریق آن در یک حالت معین محاسبه می شود:

. (4)

برای استخراج یک عبارت برای rد، راحت تر است که جریان را به عنوان یک آرگومان در نظر بگیریم منو ولتاژ را تابع در نظر بگیرید و با گرفتن لگاریتم معادله (1) آن را به شکل زیر در آورید:

. (5)

. (6)

نتیجه این است که با افزایش جریان رو به جلو r d به سرعت کاهش می یابد، از زمانی که دیود مستقیماً روشن می شود من>>من اس .

در بخش خطی مشخصه جریان-ولتاژ هنگامی که دیود مستقیماً متصل می شود، مقاومت استاتیک همیشه بیشتر از مقاومت دینامیکی است: آر st > rد. هنگام روشن کردن مجدد دیود آرخیابان < rد

بنابراین، مقاومت الکتریکی دیود در جهت جلو بسیار کمتر از جهت معکوس است. بنابراین دیود دارای رسانایی یک طرفه است و برای اصلاح جریان متناوب استفاده می شود.

دیود یک عنصر غیرخطی غیرخطی است، ساده ترین وسیله مبتنی بر یک نیمه هادی با یک اتصال p-n و دو پایانه. یکی از اجزای اصلی دستگاه های الکترونیکی است. بدون پرداختن به فیزیک فرآیندهای رخ داده در ساختارهای نیمه هادی، باید توجه داشت که هدف اصلی آن عبور جریان در یک جهت است. پایانه های دیود آند و کاتد نامیده می شوند؛ فلش در نام آند است و جهت جریان را نیز نشان می دهد.

خواص و مشخصات جریان-ولتاژ

اگر ولتاژ مثبت به آند اعمال شود، دیود باز می‌شود و می‌توان آن را رسانایی در نظر گرفت که در یک جهت کار می‌کند؛ زمانی که قطبیت تغییر می‌کند (ولتاژ منفی در آند)، دیود بسته می‌شود. لازم به ذکر است که عبور جریان در جهت رو به جلو باعث کاهش جزئی ولتاژ در کاتد می شود که ناشی از ویژگی های هدایت نیمه هادی ها است. افت ولتاژ برای انواع مختلف دستگاه ها 0.3-0.8 ولت است که در بیشتر موارد می توان از آن صرف نظر کرد.

رفتار دیود در مقادیر مختلف جریان جاری، قدر و قطبیت ولتاژ اعمال شده به صورت نمودار به عنوان مشخصه جریان-ولتاژ یک دیود نیمه هادی ارائه شده است.

بخشی از نمودار واقع در قسمت بالا سمت راست مطابق با جهت رو به جلو جریان است. هر چه این شاخه به محور عمودی نزدیکتر باشد، افت ولتاژ در دیود کمتر می شود؛ شیب آن نشان دهنده این مقدار در جریان های مختلف است. برای یک دیود ایده آل، شیب ندارد و تقریباً با محور منطبق است، اما یک نیمه هادی واقعی نمی تواند چنین ویژگی هایی داشته باشد.

ربع پایین سمت چپ وابستگی جریان به ولتاژ قطبیت معکوس - در حالت بسته را نشان می دهد. جریان معکوس برای دستگاه های همه منظوره بسیار کم است؛ تا لحظه خرابی در نظر گرفته نمی شود - ولتاژ معکوس به مقدار غیرقابل قبول برای یک نوع خاص افزایش می یابد. اکثر دیودها نمی توانند با این ولتاژ کار کنند، دما به میزان قابل توجهی افزایش می یابد و دستگاه در نهایت از کار می افتد. ولتاژی که در آن احتمال خرابی وجود دارد اوج معکوس نامیده می شود؛ معمولاً چندین برابر ولتاژ عملیاتی است؛ مستندات زمان مجاز را - در عرض میکروثانیه نشان می دهد.

برای اندازه گیری پارامترها از یک مدار ابتدایی با اتصال مستقیم و معکوس دیودها استفاده می شود.

در توضیحات فنی، مشخصه ولت آمپر یک دیود معمولاً در یک نمایش گرافیکی ارائه نمی شود، اما مهمترین نقاط مشخصه نشان داده شده است، به عنوان مثال: برای دیودهای یکسو کننده رایج:

• حداکثر و اوج جریان اصلاح شده؛
• RMS و پیک ولتاژ معکوس؛
• بالاترین جریان معکوس؛
• افت ولتاژ در جریان رو به جلو متفاوت

علاوه بر پارامترهای نشان داده شده، سایر ویژگی ها کم اهمیت نیستند: مقاومت استاتیک، برای دیودهای پالسی - فرکانس قطع، ظرفیت اتصال p-n. دستگاه های ویژه نیز دارای ویژگی های خاص و نوع متفاوتی از ویژگی های I-V دیود نیمه هادی هستند.

نوع جداگانه ای از دیودها در ناحیه خرابی الکتریکی کار می کند؛ از آنها برای تثبیت ولتاژ استفاده می شود - این دیودهای زنر هستند. مشخصه دیود زنر با مشخصه جریان-ولتاژ دیود با حرکت شدید رو به پایین شاخه سمت چپ نمودار و انحراف کوچک آن از عمودی متفاوت است. این نقطه در محور x ولتاژ تثبیت نامیده می شود. دیود زنر فقط با مقاومتی روشن می شود که جریان عبوری از آن را محدود می کند.

ویدئو