पावर डायोड

इलेक्ट्रॉन छिद्र यौगिक

अधिकांश अर्धचालक उपकरणों के संचालन का सिद्धांत विभिन्न प्रकार की विद्युत चालकता - इलेक्ट्रॉन (एन-प्रकार) और छेद (पी-प्रकार) के साथ अर्धचालक के दो क्षेत्रों के बीच की सीमा पर होने वाली घटनाओं और प्रक्रियाओं पर आधारित होता है। एन-टाइप क्षेत्र में, इलेक्ट्रॉन प्रबल होते हैं, जो विद्युत आवेशों के मुख्य वाहक होते हैं, पी-क्षेत्र में, ये धनात्मक आवेश (छिद्र) होते हैं। विभिन्न चालकता प्रकार के दो क्षेत्रों के बीच की सीमा को पीएन जंक्शन कहा जाता है।

कार्यात्मक रूप से, डायोड (चित्र 1) को एक तरफा चालन के साथ एक अनियंत्रित इलेक्ट्रॉनिक स्विच माना जा सकता है। एक डायोड कंडक्टिंग स्टेट (बंद स्विच) में होता है अगर उस पर एक फॉरवर्ड वोल्टेज लगाया जाता है।

चावल। 1. डायोड का पारंपरिक ग्राफिक पदनाम

IF डायोड के माध्यम से करंट बाहरी सर्किट के मापदंडों द्वारा निर्धारित किया जाता है, और सेमीकंडक्टर संरचना में वोल्टेज ड्रॉप का बहुत कम महत्व होता है। यदि डायोड पर एक रिवर्स वोल्टेज लगाया जाता है, तो यह एक गैर-संचालन अवस्था (ओपन स्विच) में होता है और इसके माध्यम से एक छोटा करंट प्रवाहित होता है। इस मामले में डायोड में वोल्टेज ड्रॉप बाहरी सर्किट के पैरामीटर द्वारा निर्धारित किया जाता है।

डायोड का संरक्षण

एक डायोड की विद्युत विफलताओं के सबसे विशिष्ट कारण आगे की धारा diF / dt के बढ़ने की उच्च दर है, जब ओवरवॉल्टेज बंद होने पर, आगे की धारा के अधिकतम मूल्य से अधिक और अस्वीकार्य रूप से उच्च रिवर्स वोल्टेज के साथ संरचना को तोड़ना।

DiF / dt के उच्च मूल्यों पर, डायोड संरचना में आवेश वाहकों की एक असमान सांद्रता दिखाई देती है और परिणामस्वरूप, संरचना को बाद में नुकसान के साथ स्थानीय ओवरहीटिंग होती है। diF/dt के उच्च मूल्यों का मुख्य कारण छोटा है अधिष्ठापन एक सर्किट में एक आगे वोल्टेज स्रोत और एक डायोड पर। diF/dt के मानों को कम करने के लिए, डायोड के साथ श्रृंखला में एक अधिष्ठापन जोड़ा जाता है, जो वर्तमान के उदय की दर को सीमित करता है।

सर्किट बंद होने पर डायोड पर लागू वोल्टेज के आयामों के मूल्यों को कम करने के लिए, एक श्रृंखला से जुड़े प्रतिरोधी आर का उपयोग किया जाता है और संधारित्र सी तथाकथित आरसी सर्किट है जो डायोड के साथ समानांतर में जुड़ा हुआ है।

डायोड को आपातकालीन मोड में वर्तमान अधिभार से बचाने के लिए, उच्च गति वाले विद्युत फ़्यूज़ का उपयोग किया जाता है।

मुख्य प्रकार के पावर डायोड

मुख्य मापदंडों और उद्देश्य के अनुसार, डायोड को आमतौर पर तीन समूहों में विभाजित किया जाता है: सामान्य उद्देश्य डायोड, फास्ट रिकवरी डायोड और स्कॉटकी डायोड।

सामान्य प्रयोजन डायोड

डायोड के इस समूह को रिवर्स वोल्टेज (50 वी से 5 केवी तक) और आगे की धारा (10 ए से 5 केए तक) के उच्च मूल्यों से अलग किया जाता है। डायोड की भारी अर्धचालक संरचना उनके प्रदर्शन को कम करती है। इसलिए, डायोड का रिवर्स रिकवरी समय आमतौर पर 25-100 μs की सीमा में होता है, जो सर्किट में उनके उपयोग को 1 kHz से ऊपर की आवृत्ति के साथ सीमित करता है।एक नियम के रूप में, वे 50 (60) हर्ट्ज की आवृत्ति के साथ औद्योगिक नेटवर्क में काम करते हैं। इस समूह के डायोड में निरंतर वोल्टेज ड्रॉप 2.5-3 V है।

पावर डायोड अलग-अलग पैकेज में आते हैं। सबसे व्यापक दो प्रकार के निष्पादन हैं: एक पिन और एक टैबलेट (चित्र 2 ए, बी)।

चावल। 2. डायोड निकायों का निर्माण: ए — पिन; बी - टैबलेट

फास्ट रिकवरी डायोड। डायोड के इस समूह के उत्पादन में रिवर्स रिकवरी के समय को कम करने के लिए विभिन्न तकनीकी विधियों का उपयोग किया जाता है। विशेष रूप से, सोने या प्लेटिनम की प्रसार विधि का उपयोग करके सिलिकॉन डोपिंग का उपयोग किया जाता है। इससे पुनर्प्राप्ति समय को 3-5 μs तक कम करना संभव हो जाता है। हालाँकि, यह आगे की धारा और रिवर्स वोल्टेज के स्वीकार्य मूल्यों को कम करता है। अनुमेय वर्तमान मान 10 ए से 1 केए, रिवर्स वोल्टेज - 50 वी से 3 केवी तक हैं। सबसे तेज़ डायोड में रिवर्स रिकवरी टाइम 0.1-0.5 μs होता है। इस तरह के डायोड का उपयोग पल्स और हाई-फ्रीक्वेंसी सर्किट में 10 kHz और उससे अधिक की फ्रीक्वेंसी के साथ किया जाता है। इस समूह में डायोड का डिज़ाइन सामान्य प्रयोजन के डायोड के समान है।

डायोड शोट्की

Schottky डायोड के संचालन का सिद्धांत धातु और अर्धचालक सामग्री के बीच संक्रमण क्षेत्र के गुणों पर आधारित है। पावर डायोड के लिए, अर्धचालक के रूप में n-प्रकार के घटिया सिलिकॉन की एक परत का उपयोग किया जाता है। इस मामले में, धातु की ओर संक्रमण क्षेत्र में एक ऋणात्मक आवेश होता है और अर्धचालक की ओर एक धनात्मक आवेश होता है।

Schottky डायोड की ख़ासियत यह है कि आगे की धारा केवल मुख्य वाहक - इलेक्ट्रॉनों की गति के कारण होती है। अल्पसंख्यक वाहक संचय की कमी Schottky डायोड की जड़ता को काफी कम कर देती है।पुनर्प्राप्ति समय आमतौर पर 0.3 μs से अधिक नहीं होता है, आगे की वोल्टेज ड्रॉप लगभग 0.3 V होती है। इन डायोड में रिवर्स वर्तमान मान पी-एन-जंक्शन डायोड की तुलना में परिमाण के 2-3 ऑर्डर अधिक होते हैं। सीमित रिवर्स वोल्टेज आमतौर पर 100 वी से अधिक नहीं होता है। उनका उपयोग उच्च आवृत्ति और कम वोल्टेज पल्स सर्किट में किया जाता है।