शुद्ध करनेवाला डायोड

डायोड - एक दो-इलेक्ट्रोड सेमीकंडक्टर डिवाइस जिसमें एक p-n जंक्शन होता है, जिसमें एक तरफा करंट चालन होता है। कई अलग-अलग प्रकार के डायोड हैं- रेक्टिफायर, पल्स, टनल, रिवर्स, माइक्रोवेव डायोड, साथ ही जेनर डायोड, वैरिकैप, फोटोडायोड, एलईडी और बहुत कुछ।

शुद्ध करनेवाला डायोड

रेक्टीफायर डायोड के संचालन को विद्युत पी-एन जंक्शन के गुणों द्वारा समझाया गया है।

दो अर्धचालकों की सीमा के पास, एक परत बनती है जो मोबाइल आवेश वाहकों से रहित होती है (पुनर्संयोजन के कारण) और एक उच्च विद्युत प्रतिरोध होता है - तथाकथित अवरोधक परत। यह परत संपर्क संभावित अंतर (संभावित अवरोध) को निर्धारित करती है।

यदि पी-एन जंक्शन पर एक बाहरी वोल्टेज लागू किया जाता है, तो विद्युत परत के क्षेत्र के विपरीत दिशा में एक विद्युत क्षेत्र का निर्माण होता है, तो इस परत की मोटाई कम हो जाएगी और 0.4-0.6 वी के वोल्टेज पर अवरुद्ध परत होगी गायब हो जाएगा और करंट काफी बढ़ जाएगा (इस करंट को डायरेक्ट करंट कहा जाता है)।

जब अलग-अलग ध्रुवता का एक बाहरी वोल्टेज जुड़ा होता है, तो अवरोधक परत बढ़ जाएगी और p-n जंक्शन का प्रतिरोध बढ़ जाएगा, और अल्पसंख्यक आवेश वाहकों की गति के कारण धारा अपेक्षाकृत उच्च वोल्टेज पर भी नगण्य होगी।

डायोड की आगे की धारा प्रमुख आवेश वाहकों द्वारा और रिवर्स धारा अल्पांश आवेश वाहकों द्वारा बनाई जाती है। एक डायोड एनोड से कैथोड की दिशा में पॉजिटिव (फॉरवर्ड) करंट पास करता है।

अंजीर में। 1 पारंपरिक ग्राफिक पदनाम (यूजीओ) और रेक्टीफायर डायोड की विशेषताओं (उनके आदर्श और वास्तविक वर्तमान-वोल्टेज विशेषताओं) को दिखाता है। मूल में डायोड वर्तमान-वोल्टेज विशेषता (सीवीसी) की स्पष्ट असंतोष प्लॉट के पहले और तीसरे चतुर्भुज में विभिन्न वर्तमान और वोल्टेज स्केल से जुड़ा हुआ है। दो डायोड आउटपुट: यूजीओ में एनोड ए और कैथोड के निर्दिष्ट नहीं हैं और स्पष्टीकरण के लिए चित्र में दिखाए गए हैं।

एक वास्तविक डायोड की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता विद्युत टूटने के क्षेत्र को दर्शाती है, जब रिवर्स वोल्टेज में थोड़ी वृद्धि के लिए धारा तेजी से बढ़ती है।

विद्युत क्षति प्रतिवर्ती है। कार्य क्षेत्र में लौटते समय, डायोड अपने गुणों को नहीं खोता है। यदि रिवर्स करंट एक निश्चित मान से अधिक हो जाता है, तो डिवाइस की विफलता के साथ विद्युत विफलता अपरिवर्तनीय थर्मल हो जाएगी।

चावल। 1. सेमीकंडक्टर रेक्टीफायर: ए - पारंपरिक ग्राफिकल प्रतिनिधित्व, बी - आदर्श वर्तमान-वोल्टेज विशेषता, सी - वास्तविक वर्तमान-वोल्टेज विशेषता

उद्योग मुख्य रूप से जर्मेनियम (Ge) और सिलिकॉन (Si) डायोड का उत्पादन करता है।

सिलिकॉन डायोड में कम रिवर्स धाराएं होती हैं, उच्च ऑपरेटिंग तापमान (150 - 200 डिग्री सेल्सियस बनाम 80 - 100 डिग्री सेल्सियस), उच्च रिवर्स वोल्टेज और वर्तमान घनत्व (60 - 80 ए / सेमी 2 बनाम 20 - 40 ए / सेमी 2) का सामना करते हैं। इसके अलावा, सिलिकॉन एक सामान्य तत्व है (जर्मेनियम डायोड के विपरीत, जो एक दुर्लभ पृथ्वी तत्व है)।

जर्मेनियम डायोड के फायदों में एक कम वोल्टेज ड्रॉप शामिल है जब एक प्रत्यक्ष धारा प्रवाहित होती है (0.3 - 0.6 V बनाम 0.8 - 1.2 V)। सूचीबद्ध सेमीकंडक्टर सामग्री के अलावा, माइक्रोवेव सर्किट में गैलियम आर्सेनाइड GaAs का उपयोग किया जाता है।

उत्पादन तकनीक के अनुसार, सेमीकंडक्टर डायोड को दो वर्गों में विभाजित किया जाता है: पॉइंट और प्लानर।

प्वाइंट डायोड 0.5 - 1.5 मिमी 2 के क्षेत्र के साथ एक एन-टाइप सी या जीई प्लेट बनाते हैं और संपर्क बिंदु पर एक पी-एन जंक्शन बनाने वाली स्टील सुई होती है। छोटे क्षेत्र के परिणामस्वरूप, जंक्शन में कम समाई होती है, इसलिए ऐसा डायोड उच्च-आवृत्ति सर्किट में काम कर सकता है। लेकिन जंक्शन के माध्यम से करंट बड़ा नहीं हो सकता (आमतौर पर 100 mA से अधिक नहीं)।

एक प्लानर डायोड में विभिन्न विद्युत चालकता के साथ दो जुड़ी हुई सी या जीई प्लेटें होती हैं। बड़े संपर्क क्षेत्र के परिणामस्वरूप बड़ी जंक्शन क्षमता और अपेक्षाकृत कम परिचालन आवृत्ति होती है, लेकिन वर्तमान प्रवाह बड़ा हो सकता है (6000 ए तक)।

रेक्टीफायर डायोड के मुख्य पैरामीटर हैं:

• अधिकतम स्वीकार्य आगे वर्तमान Ipr.max,

• अधिकतम स्वीकार्य रिवर्स वोल्टेज यूरेव.मैक्स,

• अधिकतम अनुमेय आवृत्ति fmax।

पहले पैरामीटर के अनुसार, रेक्टीफायर डायोड को डायोड में बांटा गया है:

• कम शक्ति, 300 एमए तक निरंतर चालू,

• औसत शक्ति, दिष्टधारा 300 mA — 10 A,

• उच्च शक्ति - शक्ति, अधिकतम आगे की धारा वर्ग द्वारा निर्धारित की जाती है और 10, 16, 25, 40 - 1600 A है।

पल्स डायोड का उपयोग कम पावर सर्किट में लागू वोल्टेज के पल्स कैरेक्टर के साथ किया जाता है। उनके लिए एक विशिष्ट आवश्यकता बंद राज्य से खुले राज्य में और इसके विपरीत (विशिष्ट समय 0.1 - 100 μs) में संक्रमण का छोटा समय है। यूजीओ पल्स डायोड रेक्टीफायर डायोड के समान होते हैं।

अंजीर। 2. पल्स डायोड में क्षणिक प्रक्रियाएं: ए - वोल्टेज को सीधे रिवर्स से स्विच करने पर करंट की निर्भरता, बी - वोल्टेज की निर्भरता जब करंट पल्स डायोड से होकर गुजरती है

पल्स डायोड के विशिष्ट मापदंडों में शामिल हैं:

• पुनर्प्राप्ति समय Tvosst

• यह उस क्षण के बीच का समय अंतराल है जब डायोड वोल्टेज आगे से पीछे की ओर स्विच करता है और वह क्षण जब रिवर्स करंट किसी दिए गए मान (चित्र 2, ए) में घट जाता है।

• बसने का समय टस्ट डायोड के माध्यम से किसी दिए गए मूल्य के प्रत्यक्ष प्रवाह की शुरुआत के बीच का समय अंतराल है और उस क्षण जब डायोड पर वोल्टेज स्थिर स्थिति में मूल्य के 1.2 तक पहुंचता है (चित्र 2, बी),

• अधिकतम रिकवरी करंट Iobr.imp.max।, वोल्टेज को आगे से रिवर्स (छवि 2, ए) पर स्विच करने के बाद डायोड के माध्यम से रिवर्स करंट के सबसे बड़े मूल्य के बराबर।

उल्टे डायोड तब प्राप्त होते हैं जब पी- और एन-क्षेत्रों में अशुद्धियों की सांद्रता पारंपरिक रेक्टीफायर्स की तुलना में अधिक होती है। इस तरह के डायोड में रिवर्स कनेक्शन (छवि 3) के दौरान आगे की धारा का कम प्रतिरोध होता है और सीधे कनेक्शन के दौरान अपेक्षाकृत उच्च प्रतिरोध होता है। इसलिए, उनका उपयोग वोल्ट के कई दसवें हिस्से के वोल्टेज आयाम के साथ छोटे संकेतों के सुधार में किया जाता है।

चावल। 3. उलटा डायोड का यूजीओ और वीएसी

धातु-अर्धचालक संक्रमण द्वारा प्राप्त Schottky डायोड।इस मामले में, कम-प्रतिरोध एन-सिलिकॉन (या सिलिकॉन कार्बाइड) एक ही सेमीकंडक्टर की उच्च-प्रतिरोध पतली एपिटैक्सियल परत के साथ सब्सट्रेट का उपयोग किया जाता है (चित्र 4)।

चावल। 4. यूजीओ और शोट्की डायोड की संरचना: 1 - कम प्रतिरोध के साथ प्रारंभिक सिलिकॉन क्रिस्टल, 2 - उच्च प्रतिरोध के साथ सिलिकॉन की एपीटैक्सियल परत, 3 - अंतरिक्ष आवेश क्षेत्र, 4 - धातु संपर्क

एपिटैक्सियल परत की सतह पर एक धातु इलेक्ट्रोड लगाया जाता है, जो सुधार प्रदान करता है लेकिन अल्पसंख्यक वाहकों को कोर क्षेत्र (अक्सर सोना) में इंजेक्ट नहीं करता है। इसलिए, इन डायोड में आधार में अल्पसंख्यक वाहकों के संचय और पुनरुत्थान जैसी धीमी प्रक्रियाएं नहीं होती हैं। इसलिए, Schottky डायोड की जड़ता अधिक नहीं है। यह रेक्टिफायर कॉन्टैक्ट (1 - 20 pF) के बैरियर कैपेसिटेंस के मान से निर्धारित होता है।

इसके अलावा, Schottky डायोड का श्रृंखला प्रतिरोध रेक्टीफायर डायोड की तुलना में काफी कम है क्योंकि धातु की परत में किसी भी अत्यधिक डॉप्ड सेमीकंडक्टर की तुलना में कम प्रतिरोध होता है। यह महत्वपूर्ण धाराओं (दसियों एम्पीयर) को सुधारने के लिए Schottky डायोड के उपयोग की अनुमति देता है। वे आम तौर पर उच्च आवृत्ति वोल्टेज (कई मेगाहर्ट्ज तक) को सुधारने के लिए माध्यमिक स्विचिंग में उपयोग किए जाते हैं।

पोटापोव एल.ए.