ODPORY, KONDENZÁTORY

STRUČNÉ TEORETICKÉ INFORMÁCIE

Rezistory

Rezistory patria medzi najbežnejšie súčasti elektronických zariadení. Ich podiel predstavuje od 20 do 50 %, teda až polovicu z celkového počtu rádiových komponentov v zariadení. Princíp činnosti rezistorov je založený na využití vlastnosti materiálov odolávať pretekajúcemu prúdu. Rezistory sa vyznačujú nasledujúcimi hlavnými parametrami:

Nominálna hodnota odporu. Merané v ohmoch (Ohm), kiloohmoch (kOhm), megaohmoch (MOhm). ,

Nominálne hodnoty odporu sú uvedené na telese odporu. Menovitá hodnota odporu zodpovedá hodnote zo štandardnej série odporu uvedenej v prílohe 1.

Tolerancia skutočný odpor odporu od jeho menovitej hodnoty. Táto odchýlka sa meria v percentách, je normalizovaná a určená triedou presnosti. Najrozšírenejšie sú tri triedy presnosti: I – umožňujúce odchýlku odporu od menovitej hodnoty o ± 5 %, II – o ± 10 %, III – o ± 20 %. V moderných elektronických zariadeniach sa často používajú rezistory so zvýšenou presnosťou odporu, vyrábajú sa s toleranciami (%): ±2; ±1; ±0,5; ±0,2; ±0,1; ±0,05; ±0,02; ±0,01 atď.

Nominálna hodnota výkonu rozptyl rezistora Rnom. Tento parameter sa meria vo wattoch (W). Ide o najvyšší výkon jednosmerného alebo striedavého prúdu, ktorý pri pretečení rezistorom môže pracovať dlhú dobu bez poškodenia. Výkon Pnom, prúd I pretekajúci rezistorom, úbytok napätia U na rezistore a jeho odpor R súvisia vzťahom: P=UI U=IR. Väčšina zariadení REA používa odpory s menovitým stratovým výkonom od 0,125 do 2 W.

Teplotný koeficient odporu (TCR) rezistora. Charakterizuje relatívnu zmenu odporu rezistora pri zmene teploty okolia o 1°C a vyjadruje sa v percentách. V rezistoroch je TCR nevýznamný a dosahuje priemer desatiny - jednotky percenta.

Elektromotorická sila (EMF) vlastného hluku. Vlastný šum rezistora vzniká v dôsledku neusporiadaného pohybu niektorých elektrónov, keď je naň privedené napätie. EMF vlastného šumu (Esh) sa meria v mikrovoltoch na volt aplikovaného napätia (μV/V). Táto hodnota rezistorov je tiež zanedbateľná a predstavuje jednotky mikrovoltov na volt.

Vlastná indukčnosť a kapacita rezistorov. Sú určené celkovými rozmermi, dizajnom a ovplyvňujú frekvenčný rozsah použitia rezistorov.

Rezistory sa používajú na obmedzenie prúdu v obvodoch, na vytváranie potrebných úbytkov napätia v určitých častiach obvodov, na rôzne úpravy (hlasitosť, zafarbenie atď.) a v mnohých ďalších prípadoch.

Grafické označenie rezistorov a schéma zapojenia

Podľa GOST 2.728-74 má UGO konštantného drôtového odporu nasledujúcu formu:

Ryža. 1. Drôtový rezistor UGO

Existujú dva hlavné typy obvodov na pripojenie rezistorov - sériové pripojenie rezistorov a paralelné pripojenie.

Keď sú odpory zapojené do série, ich ekvivalentný odpor sa bude rovnať súčtu všetkých jednotlivých odporov

Keď sú odpory zapojené paralelne, ich ekvivalentný odpor možno vypočítať pomocou vzorca

.

Kondenzátory

Elektrický kondenzátor je zariadenie určené na ukladanie elektrického náboja.

Princíp činnosti kondenzátora je založený na akumulácii elektrického náboja medzi dvoma tesne umiestnenými vodičmi. Takéto vodiče sa tiež nazývajú dosky. V závislosti od typu dielektrika, ktoré oddeľuje dosky, existujú rôzne typy kondenzátorov.

Medzi hlavné parametre kondenzátora patria:

Elektrická menovitá kapacita– schopnosť kondenzátora akumulovať elektrické náboje na svojich doskách vplyvom elektrického poľa. Menovitá kapacita je uvedená na kondenzátore alebo v sprievodnej dokumentácii a je vybraná v súlade s inštalovanou sériou. Meria sa vo faradoch [F], ale 1F je dosť veľká hodnota, preto sa hodnota konvenčných kondenzátorov používa s predponami nano- (10 –9), mikro- (10 –6), mili- (10 –3 ).

Tolerancia skutočná kapacita kondenzátora z jeho menovitej hodnoty. Táto odchýlka sa meria v percentách, je normalizovaná a určená triedou presnosti.

Teplotný koeficient kapacity (TKE)– relatívna zmena kapacity kondenzátora vplyvom teploty. Vplyvom teploty menia dosky kondenzátora svoje geometrické rozmery, mení sa vzdialenosť medzi nimi a hodnota dielektrickej konštanty dielektrika, preto sa mení aj hodnota kapacity kondenzátora. Pre všetky kondenzátory je táto závislosť nelineárna, avšak v závislosti od typu dielektrika sa pri niektorých približuje lineárne.

Menovité napätie U– maximálna prípustná hodnota jednosmerného napätia (alebo súčet konštantnej zložky a amplitúdy striedavej zložky), pri ktorej môže kondenzátor pracovať počas celej garantovanej životnosti pri normálnej teplote.

Grafické označenie kondenzátorov a schém zapojenia

Podľa GOST 2.728-74 sú na schémach elektrických obvodov kondenzátory označené:

Ryža. 2. UGO kondenzátor

Existujú dva hlavné typy kondenzátorových obvodov - sériové a paralelné.

Keď sú kondenzátory zapojené paralelne, ich kapacita sa sčíta podľa vzorca

.

Keď sú kondenzátory zapojené do série, ich ekvivalentnú kapacitu možno vypočítať pomocou vzorca

.

Označenie rezistorov a kondenzátorov

Označenie rezistorov

Podľa GOST 28883-90 – priemyselne vyrábané odpory sa používajú tieto systémy označovania:

List plný

Parametre a charakteristiky zahrnuté v úplnom symbole odporu sú uvedené v nasledujúcom poradí: menovitý stratový výkon, menovitý odpor a písmenové označenie meracej jednotky, prípustná odchýlka odporu v percentách (%), funkčná charakteristika, označenie konca hriadeľa a dĺžky vyčnievajúcej časti drieku.

Príklad kompletného symbolu pre trvalý bezdrôtový rezistor s evidenčným číslom 4, menovitý rozptylový výkon 0,5 W, menovitý odpor 10 kOhm, s toleranciou ±1 %, hladina hluku skupina A, skupina TKS - B, všetky klimatické verzie B.

Р1-4-0,5-10kOhm±1% А-Б-В ОжО.467,157 TU

Skratky písmen

Vzhľadom na to, že plný symbol zaberá značné miesto na tele rezistora, jeho použitie nie je vždy možné a pohodlné, preto bol zavedený skrátený písmenový symbol, ktorý obsahuje označenie nominálneho odporu a prípustnej odchýlky. Menovitý odpor je označený ako kód. Kódované označenie menovitého odporu pozostáva z troch alebo štyroch znakov vrátane dvoch alebo troch čísel a písmena latinskej abecedy. Písmeno kódu z ruskej alebo latinskej abecedy označuje multiplikátor, ktorý tvorí odpor a určuje polohu desatinnej čiarky. Písmená R, K, M, G, T označujú faktory 1, 10 3, 10 6, 10 9, 10 12, resp. Príklady kódových označení menovitého odporu sú nasledovné: 215 Ohm - 215R, 150 kOhm - 150K, 2,2 Mohm - 2M2,6,8 GOhm - 6G8,1 TOm - 1T0 Kódové označenie prípustnej odchýlky pozostáva z písmena zodpovedajúceho odchýlke v %. Význam kódovacích písmen je uvedený v prílohe 2.

Okrem vyššie opísaného kódovania používajú komerčne vyrábané odpory farebné kódovanie.

Označenie kondenzátorov

Označenie kondenzátora krátkymi písmenami sa riadi podobnými pravidlami ako označenie rezistorov. Menovitá kapacita kondenzátora je vyjadrená pomocou 3-4 čísel a multiplikačného kódu. Je obvyklé používať nasledujúce písmená p, n, μ, m, ktoré zodpovedajú piko-, nano-, mikro-, milifaradovým multiplikátorom.

Príklad označenia kondenzátora: p10 – 0,1pF; 1μ5 – 1,5μF.

POLOVODIČOVÉ DIÓDY:

VAC OF USMERŇOVACIA DIÓDA

Porovnanie charakteristík reálnej diódy s charakteristikami ideálneho pn prechodu.

Je známe, že charakteristika statického prúdu a napätia idealizovanej polovodičovej diódy je opísaná výrazom:

,

Kde ja- diódový prúd; U– napätie, ktoré je naň privedené; Je– saturačný prúd určený parametrami p-n prechodu; kT/q- tepelný potenciál ( kT/q= 0,0259 V pri T = 300 K).

Typ charakteristiky opísanej týmto výrazom je znázornený na obr. 3.

Ryža. 3. Prúdovo-napäťové charakteristiky ideálneho p-n prechodu.

Pri zobrazovaní charakteristík prúdového napätia sa mierka pozdĺž osi dopredného a spätného napätia vyberá odlišne, pretože tieto hodnoty sa líšia rádovo. Rôzne stupnice vyvolávajú dojem zlomu v charakteristike v nulovom bode, ale v skutočnosti je charakteristika prúdového napätia rozdielne hladká. Na priamej vetve charakteristiky je závislosť prúdu od napätia exponenciálna a po prechode napätia cez prahovú hodnotu UĎalšia zmena napätia o desatiny voltu spôsobí výraznú zmenu prúdu cez diódu.

Jediný parameter prúdovo-napäťovej charakteristiky spojený s fyzikálnymi a konštrukčnými parametrami a geometrickými rozmermi aktívnej oblasti diódy je saturačný prúd Je.

Kde q- elektrónový náboj; n i je vlastná koncentrácia nosičov náboja v polovodiči; N Db a L pb – koeficient difúzie a difúzna dĺžka menšinových nosičov v ňom; W b – hrúbka základne; F- oblasť p-n križovatky.

Charakteristika prúdového napätia skutočnej diódy sa líši od charakteristík ideálneho pn prechodu z niekoľkých dôvodov:

Rekombinácia a generovanie dier a elektrónov v SCR prechode

Pokles napätia cez základný objemový odpor

· Výskyt vysokoúrovňových vstrekovacích účinkov pri vysokých prúdoch

· Prítomnosť zvodových prúdov cez p-n prechod

· Začiatok poruchy na spätnej vetve prúdovo-napäťovej charakteristiky

· Nehomogénny základný doping

· Zahrievanie p-n prechodu uvoľneným výkonom

Uvedené efekty vedú k tomu, že charakteristika prúdového napätia diódy je opísaná iba kvalitatívne.

Reverzná vetva prúdovo-napäťovej charakteristiky je tvorená súčtom troch zložiek:

saturačný prúd Je, prúd generovania tepla v SCR p-n prechodu I G a zvodový prúd ja ut. Pomer medzi týmito komponentmi je odlišný pre diódy vyrobené z rôznych polovodičových materiálov

Tepelný generovaný prúd v pn prechode je opísaný vzorcom

Kde δ – šírka p-n križovatky; τ pn– efektívna životnosť, charakterizujúca rýchlosť generovania párov elektrón-diera v SCR prechodu. Prúd závisí od použitého spätného napätia prostredníctvom závislosti δ (U).

Zvodový prúd je spôsobený vodivými kanálmi vo vnútri pn prechodu a na povrchu kryštálu. Závisí od plochy a obvodu prechodu a množstva ďalších faktorov a má približne lineárnu závislosť od spätného napätia.

Predná vetva prúdovo-napäťovej charakteristiky skutočnej diódy si zachováva exponenciálnu závislosť prúdu od napätia, takže ju možno opísať výrazmi ako:

Kde ja 0 A m– charakteristické parametre, ktoré sa môžu meniť v rôznych úsekoch prúdovo-napäťovej charakteristiky.

Porovnanie charakteristík diód z rôznych
materiálov

Diódy študované v tejto práci sú vyrobené z rôznych polovodičových materiálov, ale majú približne rovnaké fyzikálne a štrukturálne parametre. Rozdiel v ich vlastnostiach je spôsobený rozdielom v parametroch:

Šírka bandgapu

Mobilita nabíjacieho nosiča

· Životnosť nosičov náboja atď.

Najväčší vplyv na rozdiel v parametroch má rozdiel v hodnotách zakázaného pásma Napr. Určuje vnútornú koncentráciu nosičov náboja n i ktorý je zahrnutý vo vyjadrení prúdovo-napäťových charakteristických parametrov.

Hodnota bandgap Napr A n i sú uvedené v prílohe 3.

Saturačné prúdy všetkých diód, okrem germánia, sú veľmi malé a dosahujú nanoampéry, takže hlavnou zložkou spätného prúdu týchto diód je zvodový prúd. Hlavným rozdielom medzi priamymi vetvami charakteristík prúdového napätia rôznych diód je rozdielna hodnota saturačného prúdu. V prílohe 3 sú uvedené hodnoty U PR získané teoreticky pre skutočné diódy, môže sa líšiť z viacerých dôvodov, najmä v dôsledku poklesu objemového odporu základne.

POSTUP PRI VYKONÁVANÍ PRÁCE

Na štúdium charakteristík prúdového napätia skutočnej diódy musia študenti zostaviť experimentálny obvod

Ryža. 4. Experimentálny dizajn

Ako miliameter a voltmeter možno použiť digitálny osciloskop alebo digitálne multimetre. Zdrojom je riadený zdroj napätia na tréningovej lavici NI ELVIS. Aby bola zabezpečená nepretržitá prevádzka generátora stojana, je potrebné zaradiť do obvodu obmedzovací odpor R, ktorého hodnotu musia študenti vypočítať pomocou parametrov stojana.

Po zostavení obvodu a jeho kontrole s učiteľom musia študenti vykonať sériu experimentov. Úpravou hodnoty napätia na výstupe z generátora a zaznamenaním údajov prístroja do tabuľky.

Usmerňovacia dióda je zariadenie, ktoré vedie prúd iba v jednom smere. Jeho konštrukcia je založená na jednom p-n prechode a dvoch výstupoch. Takáto dióda mení striedavý prúd na jednosmerný prúd. Okrem toho sú široko používané v elektrických obvodoch na násobenie napätia, obvodoch, kde neexistujú prísne požiadavky na parametre signálu v čase a frekvencii.

• Princíp činnosti
• Základné parametre zariadenia
• Usmerňovacie obvody
• Pulzné zariadenia
• Importované zariadenia

Princíp činnosti

Princíp činnosti tohto zariadenia je založený na vlastnostiach p-n križovatky. V blízkosti spojov dvoch polovodičov je vrstva, v ktorej nie sú žiadne nosiče náboja. Toto je bariérová vrstva. Jeho odpor je veľký.

Keď je vrstva vystavená určitému vonkajšiemu striedavému napätiu, jej hrúbka sa zmenšuje a následne úplne zmizne. Prúd, ktorý sa zvyšuje, sa nazýva dopredný prúd. Prebieha od anódy ku katóde. Ak má vonkajšie striedavé napätie inú polaritu, blokovacia vrstva bude väčšia a odpor sa zvýši.

Typy zariadení, ich označenie

Podľa návrhu existujú dva typy zariadení: bodové a rovinné. V priemysle sú najbežnejšie kremík (označenie - Si) a germánium (označenie - Ge). Prvé majú vyššiu prevádzkovú teplotu. Výhodou posledného je nízky pokles napätia s priepustným prúdom.

Princíp označovania diód je alfanumerický kód:

• Prvým prvkom je označenie materiálu, z ktorého je vyrobený;
• Druhá definuje podtriedu;
• Tretí označuje pracovné schopnosti;
• Štvrté je vývojové sériové číslo;
• Po piate – označenie triedenia podľa parametrov.

Prúdovo-napäťová charakteristika (voltampérová charakteristika) usmerňovacej diódy môže byť znázornená graficky. Graf ukazuje, že charakteristika prúdového napätia zariadenia je nelineárna.

V počiatočnom kvadrante charakteristiky prúdového napätia odráža jeho priama vetva najvyššiu vodivosť zariadenia, keď sa naň aplikuje priamy potenciálny rozdiel. Reverzná vetva (tretí kvadrant) prúdovo-napäťovej charakteristiky odráža situáciu nízkej vodivosti. K tomu dochádza, keď je potenciálny rozdiel obrátený.

Aktuálne charakteristiky prúdového napätia závisia od teploty. S rastúcou teplotou sa priamy potenciálny rozdiel znižuje.

Z grafu prúdovo-napäťovej charakteristiky vyplýva, že pri nízkej vodivosti zariadením prúd neprechádza. Pri určitej hodnote spätného napätia však nastáva lavínový rozpad.

Charakteristiky prúdového napätia kremíkových zariadení sa líšia od zariadení s germániom. Charakteristiky prúdového napätia sú dané v závislosti od rôznych teplôt okolia. Spätný prúd kremíkových zariadení je oveľa menší ako prúd germánových zariadení. Z grafov prúdovo-napäťovej charakteristiky vyplýva, že s rastúcou teplotou rastie.

Najdôležitejšou vlastnosťou je ostrá asymetria prúdovo-napäťovej charakteristiky. S predpätím - vysoká vodivosť, so spätným predpätím - nízka. Práve táto vlastnosť sa využíva v usmerňovacích zariadeniach.

Pri analýze charakteristík zariadenia je potrebné poznamenať: berú sa do úvahy také veličiny, ako sú koeficient usmerňovania, odpor a kapacita zariadenia. Toto sú diferenciálne parametre.

Odráža kvalitu usmerňovača.

Aby ste ušetrili na účtoch za elektrinu, naši čitatelia odporúčajú Electricity Saving Box. Mesačné platby budú o 30 – 50 % nižšie ako pred použitím šetriča. Odstraňuje reaktívnu zložku zo siete, čo vedie k zníženiu zaťaženia a v dôsledku toho aj spotreby prúdu. Elektrické spotrebiče spotrebujú menej elektriny a znížia sa náklady.

Dá sa vypočítať: bude sa rovnať pomeru dopredného prúdu zariadenia k spätnému. Tento výpočet je prijateľný pre ideálne zariadenie. Hodnota rektifikačného koeficientu môže dosiahnuť niekoľko stotisíc. Čím je väčšia, tým lepšie rovnačka vykonáva svoju prácu.

Základné parametre zariadenia

Aké parametre charakterizujú zariadenia? Hlavné parametre usmerňovacích diód:

• Najvyššia hodnota priemerného dopredného prúdu;
• Najvyššia prípustná hodnota spätného napätia;
• Maximálna prípustná frekvencia rozdielu potenciálov pri danom doprednom prúde.

Na základe maximálnej hodnoty dopredného prúdu sa usmerňovacie diódy delia na:

• Zariadenia s nízkym výkonom. Majú hodnotu dopredného prúdu až 300 mA;
• Stredne výkonné usmerňovacie diódy. Rozsah dopredného prúdu je od 300 mA do 10 A;
• Výkon (vysoký výkon). Hodnota viac ako 10 A.

Existujú výkonové zariadenia, ktoré závisia od tvaru, materiálu a typu inštalácie. Najbežnejšie sú:

• Zariadenia so stredným výkonom. Ich technické parametre umožňujú prácu s napätím do 1,3 kiloVoltu;
• Výkon, vysoký výkon, schopný prejsť prúdom do 400 A. Ide o vysokonapäťové zariadenia. Existujú rôzne kryty pre výkonové diódy. Najbežnejšie sú typy kolíkov a tabliet.

Usmerňovacie obvody

Obvody na pripojenie výkonových zariadení sú rôzne. Na usmernenie sieťového napätia sa delia na jednofázové a viacfázové, polovičné a plné. Väčšina z nich je jednofázová. Nižšie je uvedený návrh takéhoto polvlnového usmerňovača a dva grafy napätia na časovom diagrame.

Na vstup sa privádza striedavé napätie U1 (obr. a). Na pravej strane grafu je znázornená sínusoidou. Stav diódy je otvorený. Prúd preteká záťažou Rн. Počas zápornej polovice cyklu je dióda zatvorená. Preto sa do záťaže dodáva iba kladný potenciálny rozdiel. Na obr. odráža sa jeho časová závislosť. Tento potenciálny rozdiel pôsobí počas jedného polcyklu. Odtiaľ pochádza aj názov schémy.

Najjednoduchší celovlnný obvod pozostáva z dvoch polvlnných obvodov. Pre tento návrh usmernenia postačujú dve diódy a jeden odpor.

Diódy umožňujú prechod iba kladného striedavého prúdu. Nevýhodou konštrukcie je, že počas polovičného cyklu sa striedavý potenciálový rozdiel odstraňuje len z polovice sekundárneho vinutia transformátora.

Ak v dizajne použijete štyri diódy namiesto dvoch, účinnosť sa zvýši.

Usmerňovače sú široko používané v rôznych priemyselných odvetviach. V automobilových generátoroch sa používa trojfázové zariadenie. A použitie vynájdeného generátora striedavého prúdu prispelo k zníženiu veľkosti tohto zariadenia. Okrem toho sa zvýšila jeho spoľahlivosť.

Vo vysokonapäťových zariadeniach sa široko používajú vysokonapäťové póly, ktoré sú zložené z diód. Sú zapojené do série.

Pulzné zariadenia

Pulzné zariadenie je zariadenie, ktorého čas prechodu z jedného stavu do druhého je krátky. Používajú sa na prácu v impulzných obvodoch. Takéto zariadenia sa líšia od svojich analógov usmerňovačov v ich malých kapacitných p-n prechodoch.

Pre zariadenia tejto triedy by sa okrem vyššie uvedených parametrov mali zahrnúť aj tieto:

• Maximálne impulzné dopredné (reverzné) napätia, prúdy;
• Doba inštalácie jednosmerného napätia;
• Obdobie zotavenia spätného odporu zariadenia.

Schottkyho diódy sú široko používané vo vysokorýchlostných impulzných obvodoch.

Importované zariadenia

Domáci priemysel vyrába dostatočné množstvo zariadení. Dnes sú však najžiadanejšie dovážané. Sú považované za kvalitnejšie.

Dovážané zariadenia sú široko používané v televíznych a rozhlasových obvodoch. Používajú sa aj na ochranu rôznych zariadení pri nesprávnom zapojení (nesprávna polarita). Počet typov dovážaných diód je rôzny. Ich plnohodnotná alternatívna náhrada za domáce zatiaľ neexistuje.

Usmerňovacie PP diódy. Dizajnové prvky. CVC. Hlavné parametre.

Rovnice kolektorových prúdov pre spínacie obvody OB a OE.

Súčasné prenosové koeficienty, ich vzťahy.

1. Usmerňovacie PP diódy.

Usmerňovacia dióda určené na premenu striedavého napätia na jednosmerné napätie. Ideálny usmerňovač by mal umožniť prechod prúdu pri jednej polarite, ale nie pri druhej polarite. Vlastnosti polovodičovej diódy sú blízke vlastnostiam ideálneho usmerňovača, keďže jej odpor v priepustnom smere sa líši o niekoľko rádov od odporu v spätnom smere. Hlavné nevýhody polovodičovej diódy zahŕňajú: s predpätím, prítomnosť oblasti nízkych prúdov v počiatočnej časti a konečný odpor rs; ak nastane opak, dôjde k poruche.

Usmerňovacie diódy sú určené na usmerňovanie nízkofrekvenčného striedavého prúdu (menej ako 50 kHz).

Dizajnové prvky.

Podľa úrovne rozptylu moc Rozlišujú sa diódy:

nízky výkon (usmernený prúd nie viac ako 300 mA);

priemerný výkon (usmernený prúd od 400 mA do 10 A);

vysoký výkon (usmernený prúd viac ako 10 A);

Autor: dizajnov- bodový, rovinný.

Použité polovodičové materiály: germánium, kremík, selén, titán.

Autor: spôsob výroby: zliatina, difúzia (obrázok 1).

Ryža. 1. Štruktúry usmerňovacích diód.

Obrázok 2. Príklady konštrukcie diódy.

Obrázok 2 ukazuje príklady návrhov diód s rôznymi odpormi: (vľavo-1,2-nízky výkon) Rt = (100-200) °/W,
(vpravo-3-priemerný výkon) Rt = 1-10°/W.

Prúdová charakteristika usmerňovacej diódy.

Obrázok 3. I-V charakteristiky usmerňovacej diódy.

V elektrotechnickej analýze obvodov s diódami sú jednotlivé vetvy prúdovo-napäťovej charakteristiky znázornené ako priame čiary, čo umožňuje reprezentovať diódu vo forme rôznych ekvivalentných obvodov. Výber jedného alebo druhého ekvivalentného obvodu diódy je určený špecifickými podmienkami analýzy a výpočtu zariadenia vrátane diód.

Obrázok 4.1.

Obrázok 4.2.

Činnosť diódy pre aktívnu záťaž je znázornená na obrázku 4.1. Prúd diódou je opísaný jej prúdovo-napäťovou charakteristikou id = f(ud), prúd cez odpor záťaže, keďže zapojenie je v sérii, bude rovný prúdu cez diódu id = in = i a pre platí vzťah v = (u(t) - ud)/Rn . Obrázok 4.2 ukazuje v rovnakej mierke čiary popisujúce obe tieto funkčné závislosti: charakteristiku prúdového napätia diódy a charakteristiku záťaže.

Obrázok 4.3.

Obrázok 4.3 ukazuje, že čím strmšia je charakteristika diódy a čím menšia je zóna nízkeho prúdu („päta“), tým lepšie sú usmerňovacie vlastnosti diódy. Vstup pracovného bodu do predporuchovej oblasti vedie nielen k uvoľneniu vysokého výkonu v dióde a jej možnému zničeniu, ale aj k strate usmerňovacích vlastností.

Hlavné parametre, charakterizujúce usmerňovacie diódy, sú

Maximálny dopredný prúd I pr max (0,01…10 A);

Pokles napätia na dióde pri danej hodnote priepustného prúdu I pr

(U pr » 0,3...0,7 V pre germániové diódy a U pr » 0,8...1,2 V pre kremíkové diódy);

Maximálne prípustné konštantné spätné napätie diódy je U arr max ;

Spätný prúd I arr pri danom spätnom napätí U arr (hodnota spätného prúdu germánových diód je o dva až tri rády väčšia ako u kremíkových diód) (0,005...150 mA);

Bariérová kapacita diódy, keď je na ňu privedené spätné napätie určitej veľkosti;

Frekvenčný rozsah, v ktorom môže dióda pracovať bez výrazného zníženia usmerneného prúdu;

Rozsah prevádzkových teplôt (germániové diódy pracujú v rozsahu

60...+70°C, kremík - v rozsahu -60...+150°C, čo sa vysvetľuje nízkymi spätnými prúdmi kremíkových diód).

2. Rovnice kolektorových prúdov.

Pre obvod spojenia s OB.

Výraz pre idealizovanú výstupnú charakteristiku v aktívnom režime je:

i TO =α i E + ja KB0 .

Pre pripojovací obvod s OE.

Výraz pre idealizovanú výstupnú charakteristiku v aktívnom režime je:

i TO =  i B + ja KE0 .

Ak je emitorový obvod prerušený, potom pod vplyvom spätného napätia na kolektore preteká spätný prúd cez kolektorový prechod z kolektora do základne. ja KB0. Jeho hodnota je uvedená v referenčných údajoch tranzistora.

ja KE0 =α· ja KB0- sa nazýva priechodný tepelný prúd tranzistora.

Obvod so spoločným emitorom (CE).

Takýto diagram je znázornený na obrázku 5.

Ryža. 5. Schéma zapojenia tranzistora so spoločným emitorom

Zosilňovacie vlastnosti tranzistora sú charakterizované jedným z jeho hlavných parametrov - koeficientom prenosu statického základného prúdu alebo zosilnením statického prúdu. β . Keďže by mal charakterizovať iba samotný tranzistor, určuje sa v režime naprázdno (Rk = 0).

Číselne sa rovná:

pri U k-e = konšt

Tento koeficient sa môže rovnať desiatkam alebo stovkám, ale skutočný koeficient k i je vždy menší ako β, pretože keď je záťaž zapnutá, kolektorový prúd klesá.

Schéma spoločného základu (CB)..

OB diagram je znázornený na obrázku 6.

Ryža. 6. Pripojovací obvod pre tranzistor so spoločnou bázou.

Koeficient prenosu statického prúdu pre obvod OB je označený α a je určený:

pri U k-b = konšt

Tento koeficient je vždy menší ako 1 a čím je bližšie k 1, tým je tranzistor lepší.

Vzťahy pre koeficienty prenosu prúdu pre obvody OB a OE majú tvar:

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

Koeficient α > 1 a je 49 - 200.

Polovodičová dióda je polovodičové zariadenie s jedným elektrickým prechodom a dvoma svorkami, ktoré využíva jednu alebo druhú vlastnosť elektrického prechodu. Elektrické spojenie môže byť spojenie elektrón-diera, spojenie kov-polovodič alebo heteroprechod.

Oblasť polovodičového kryštálu diódy, ktorá má vyššiu koncentráciu nečistôt (a teda väčšinových nosičov náboja), sa nazýva žiarič a druhá, s nižšou koncentráciou, sa nazýva báza. Strana diódy, ku ktorej je pri priamom pripojení pripojený záporný pól zdroja energie, sa často nazýva katóda a druhá strana sa nazýva anóda.

Podľa účelu sa diódy delia na:

1. usmerňovače (napájacie) určené na konverziu striedavého napätia z priemyselných frekvenčných napájacích zdrojov na jednosmerné napätie;

2. Zenerove diódy (referenčné diódy) určené na stabilizáciu napätia , majúce na spätnej vetve prúdovo-napäťovej charakteristiky úsek so slabou závislosťou napätia od pretekajúceho prúdu:

3. varikapy určené na použitie ako kapacita riadená elektrickým napätím;

4. impulzné, určené na prácu vo vysokorýchlostných impulzných obvodoch;

5. tunelové a reverzné, určené na zosilnenie, generovanie a spínanie vysokofrekvenčných oscilácií;

6. ultravysokofrekvenčné, určené na konverziu, prepínanie a generovanie ultravysokofrekvenčných oscilácií;

7. LED diódy určené na premenu elektrického signálu na svetelnú energiu;

8. fotodiódy určené na premenu svetelnej energie na elektrický signál.

Systém a zoznam parametrov obsiahnutých v technických popisoch a charakterizujúcich vlastnosti polovodičových diód sú zvolené s prihliadnutím na ich fyzikálne a technologické vlastnosti a rozsah použitia. Vo väčšine prípadov sú dôležité informácie o ich statických, dynamických a limitných parametroch.

Statické parametre charakterizujú správanie zariadení pri jednosmernom prúde, dynamické parametre charakterizujú ich časovo-frekvenčné vlastnosti, limitné parametre určujú oblasť stabilnej a spoľahlivej prevádzky.

1.5. Prúdová charakteristika diódy

Prúdovo-napäťová charakteristika (voltampérová charakteristika) diódy je podobná prúdovo-napäťovej charakteristike p-n-prechod a má dve vetvy – dopredu a dozadu.

Prúdovo-napäťová charakteristika diódy je znázornená na obrázku 5.

Ak je dióda zapnutá v smere dopredu ("+" - do oblasti R, a „-“ – do oblasti n), potom keď sa dosiahne prahové napätie U Potom sa dióda otvorí a preteká ňou jednosmerný prúd. Po opätovnom zapnutí ("-" do oblasti R, a „+“ – do oblasti n) diódou preteká nepatrný spätný prúd, to znamená, že dióda je v skutočnosti zatvorená. Preto môžeme uvažovať, že dióda prechádza prúdom iba v jednom smere, čo umožňuje jej použitie ako usmerňovacieho prvku.

Hodnoty dopredného a spätného prúdu sa líšia o niekoľko rádov a pokles napätia vpred nepresahuje niekoľko voltov v porovnaní so spätným napätím, ktoré môže byť stovky alebo viac voltov. Usmerňovacie vlastnosti diód sú lepšie, čím nižší je spätný prúd pri danom spätnom napätí a tým nižší je úbytok napätia pri danom priepustnom prúde.

Parametre prúdovo-napäťovej charakteristiky sú: dynamický (diferenciálny) odpor diódy voči striedavému prúdu a statický odpor voči jednosmernému prúdu.

Statický odpor diódy voči jednosmernému prúdu v smere dopredu a dozadu vyjadruje vzťah:

, (2)

Kde U A jašpecifikujte špecifické body na charakteristike prúdového napätia diódy, pri ktorých sa vypočíta odpor.

Dynamický AC odpor určuje zmenu prúdu cez diódu so zmenou napätia v blízkosti zvoleného pracovného bodu na charakteristike diódy:

. (3)

Pretože typická I-V charakteristika diódy má sekcie so zvýšenou linearitou (jedna na prednej vetve, jedna na zadnej vetve), r d sa vypočíta ako pomer malého prírastku napätia na dióde k malému prírastku prúdu cez diódu v danom režime:

. (4)

Na odvodenie výrazu pre r d, je vhodnejšie brať prúd ako argument ja a zvážte napätie ako funkciu a pomocou logaritmu rovnice (1) ho priveďte do tvaru:

. (5)

. (6)

Z toho vyplýva, že s rastúcim dopredným prúdom r d rýchlo klesá, odkedy je dióda zapnutá priamo ja>>ja S .

V lineárnej časti charakteristiky prúdového napätia, keď je dióda pripojená priamo, je statický odpor vždy väčší ako dynamický odpor: R st > r d) Pri opätovnom zapnutí diódy R sv < r d.

Elektrický odpor diódy v priepustnom smere je teda oveľa menší ako v spätnom smere. Preto má dióda jednosmernú vodivosť a používa sa na usmernenie striedavého prúdu.

Dióda je nelineárny pasívny prvok, najjednoduchšie zariadenie založené na polovodiči s jedným p-n prechodom a dvoma vývodmi. Je to jeden z hlavných komponentov elektronických zariadení. Bez toho, aby sme sa ponorili do fyziky procesov vyskytujúcich sa v polovodičových štruktúrach, treba poznamenať, že jeho hlavným účelom je prechádzať prúdom v jednom smere. Vývody diódy sa nazývajú anóda a katóda, šípka v označení je anóda a označuje aj smer prúdu.

Vlastnosti a charakteristiky prúdového napätia

Ak sa na anódu privedie kladné napätie, dióda sa otvorí a možno ju považovať za vodič, ktorý pracuje „jedným smerom“, pri zmene polarity (záporné napätie na anóde) sa dióda zatvorí. Je potrebné poznamenať, že prechod prúdu v priepustnom smere spôsobuje mierny pokles napätia na katóde, spôsobený vodivosťou polovodičov. Pokles napätia pre rôzne typy zariadení je 0,3-0,8 voltov, vo väčšine prípadov ho možno zanedbať.

Správanie sa diódy pri rôznych hodnotách pretekajúceho prúdu, veľkosti a polarity privedeného napätia je prezentované v grafovej forme ako prúdovo-napäťová charakteristika polovodičovej diódy.

Časť grafu umiestnená v pravej hornej časti zodpovedá doprednému smeru prúdu. Čím bližšie je táto vetva k zvislej osi, tým nižší je úbytok napätia na dióde, jej sklon udáva túto hodnotu pri rôznych prúdoch. Pre ideálnu diódu nemá strmosť a takmer sa zhoduje s ordinátnou osou, ale skutočný polovodič nemôže mať takéto charakteristiky.

Ľavý dolný kvadrant zobrazuje závislosť prúdu od napätia obrátenej polarity - v uzavretom stave. Spätný prúd pre univerzálne zariadenia je mizivo malý, berie sa do úvahy až v momente poruchy - spätné napätie sa zvýši na hodnotu neprijateľnú pre konkrétny typ. Väčšina diód nemôže pracovať pri tomto napätí, teplota sa výrazne zvyšuje a zariadenie nakoniec zlyhá. Napätie, pri ktorom existuje pravdepodobnosť poruchy, sa nazýva reverzná špička, zvyčajne je niekoľkonásobne vyššie ako prevádzkové napätie, dokumentácia uvádza prípustný čas - v mikrosekundách.

Na meranie parametrov sa používa elementárny obvod s priamym a spätným zapojením diód.

V technických popisoch sa voltampérová charakteristika diódy zvyčajne neuvádza v grafickom znázornení, ale sú uvedené najvýznamnejšie body charakteristiky, napr. pre bežne používané usmerňovacie diódy:

• Maximálny a špičkový usmernený prúd;
• RMS a špičkové spätné napätie;
• Najvyšší spätný prúd;
• Pokles napätia pri rôznom doprednom prúde.

Okrem uvedených parametrov sú nemenej dôležité aj ďalšie vlastnosti: statický odpor, pre impulzné diódy - medzná frekvencia, kapacita p-n prechodu. Špeciálne zariadenia majú tiež špecifické vlastnosti a iný typ I-V charakteristiky polovodičovej diódy.

Samostatný typ diódy pracuje v oblasti elektrického prierazu, používajú sa na stabilizáciu napätia - sú to zenerove diódy. Charakteristika zenerovej diódy sa líši od prúdovo-napäťovej charakteristiky diódy prudkým pohybom ľavej vetvy grafu smerom nadol a jej malou odchýlkou ​​od vertikály. Tento bod na osi x sa nazýva stabilizačné napätie. Zenerova dióda je zapnutá iba s odporom, ktorý obmedzuje prúd cez ňu.

Video