Презентация, доклад на тему Жартылай өткiзгiш диодтар

деп бiр бөлiгі электронды ал екінші бөлігі тесік болатын жартылай өткiзгiш кристалдардың аралығындағы кiрбiк аталады. Электронды-тесiктi өткел жасау технологиялық үдерiсі әр түрлі болуы мүмкiн : балқыту (балқытылған диодтар), бiр заттың диффузиясы (диффузиялық диодтар), эпитаксияға бағытталған бетте өсу кристалдардың араласуы (эпитаксиаль диодтары) және т.б. Құрылымы бойынша электронды-тесiктi өткелдер симметриялы және симметриялық емес, қатты және байсалды, жазық және нүктелiк және тағы басқалар бола алады . Дегенмен өткелдердiң негiздi қасиетi симметриялық емес құрылым болып сананлады ,өйткені кристалл бір бағытта ток өткізеді, ал басқасында өткiзбейдi.

Калакова Гульсим Кабдуловна

А.Байтұрсынов атындағы ҚМУ

Gulsim_1507@mail.ru

қоспамен қосылған және электрондық өткiзу (N-аймақ ) қабiлетi болады. Басқа бөлiгі акцепторлық қоспамен қосылған, тесік өткiзу (P- аймақ ) қабiлетi болады. Бiр бөлiктегі электрондар концентрациясы басқа бөліктегі тесіктер концентрациясынан айтарлықтай ажыратылады. Одан басқа, екi бөлiктерге негiзгi емес тасымалдағыштардың шағын шоғырлануы болады.
N-аймақтағы электрондар концентрация едәуiр төмен P-аймаққа электрондарға кiруге ұмтылады. Дәл осылай P-аймақтағы тесіктер N-аймағымен араласып кетеді. Зарядтардың қарсы қозғалысы нәтижесінде пайда болады ток диффузиялық деп аталады. Электрон және тесiк өзiнен кейiн өт шегi арқылы бөлшектеген, диффузиялық токтiң одан әрi өтулерiне кедергi келтiрген қарама-қарсы зарядтарды қалдырады. Шектің нәтижесінде динамикалық тепе-теңдiк орнатылады және шынжырда N,P-аймақтарындағы ток ағытылмайды.Өткелдің көлемдiк заряд тығыздығының үлестiрiмі 2.1-шi суретте көрсетілген.
Бұл ретте кристаллдың тараудың шекарасында меншікті бағытының даласы 2.1-шi суретте көрсетілген. Осы даланың кернеулігі ең көп және тараудың шекарасында зарядтың көлемі белгісі секірмелі болып жатады. Кейбір тараудың шекарасында, көлемді заряд болмайды және жартылай өткізгіш нейтралды болып табылады.

2.1-сурет

Потенциалдың контактілі айырымы, осы облыстарда қоспаның шоғырлануынан тәуелді болады:

(2.1)

Мұндағы φт- kT/q - жылулық потенциал, Nn және Рp - электроннің және тесіктің шоғырланулары А және Р-аймақтарында, сыртқы кернеудің р-n- өткелің өзгертуге болады. Сыртқы кернеу арасындағы жасалған өткелде ішімен түйісетін дала, сол потенциалды кедергінің биіктігі ауқымданады және кернеудің қарама-қарсы потенциалды кедергінің биіктігі азаяды

өзгертеді және полярлық кернеуді ұсынады. Егер кернеу әлеуетті кедергіні төмендетсе, сонда ол тура деп аталады, ал егер оны қарама-қарсы жоғарылатса кері деп аталады. Тура және қарама-қарсы кернеудің р- n- өткелі 2.2-ші суретте көрсетілген.
Кері ток арасындағы р- n- өткелі электр даласында, аймаққа деген кездестіретін аймақтардан көлемді зарядтың бір негізгі тасығышпен шақырылады және ол негізгі тасығыш болып табылады. Себебі негізгі тасығыштың шоғырлануы байыпты емес негізгінің шоғырлануынан асып түседі, негізгі тасығыштың аз қосымша санының іс жүзінде жартылай өткізгіштің тепе-теңдік күйіне айналады. Ақырында, кері ток көлемді облыстың шекараларында бітетін тәуелді емес негізгі тасығыштың саны болып қалады.

2.2-ші сурет

диффузиясімен бітетін р- n- өткелде, осы тасығыштар жартылай өткізгіштің аймағында негізгі тасығыштар болып табылады. Негізгі емес тасығыштың шоғырлануы бұл ретте тепе-теңдік шоғырлануына қарағанда артып кетеді. Мынадай көрініс тасығыштың инжекциясі деп аталады.
Ақырында, тура ток өткелі арқылы электрондық аймақтан тесікке өткенде электронның инжекциясі болады, ал тесіктік аймақтан өткенде тесіктің инжекциясі болады. Диффузиялық ток кедергінің биіктігіне тәуелді болады және оның - экспоненталық төмендеуіне ауқымданады.

(2.2)
Мұндағы U – p-n-өткелдің кернеуі.

себептен толық ток тура жылжуында p-n-өткелі диффузиялық токтың айырашылығына (2.2) және токтың өткізгіштігіне тең болады.
(2.3)

2.3 теңдеуі Эберс-Молла теңдеуі деп аталады, ал оған р- n- өткелдің лайықты вольт-амперлік мінездемесі 2.3-ші суретте келтірілген. Неғұрлым Т=300К тең болғанда ,соғұрлым жылулық потенциалы фг=25мВ, сол 17А=0,1В арада есептеу пайда болады, не

(2.4)

шығатыны:

(2.5)

Олай, айталық, І=1А және фг=мВ токта 25 өткелдің дифференциалды қарсылығы 25 мОм-ға тең. Кернеудің межелі мағынасы өткелде тура жылжуда потенциалдың контактілі айырымын асырады. Қарама-қарсы кернеу р- n- өткелдің пробойімен шектеледі.

туады және көшкін деп аталады. Р- n- өткел көшкіннің пробойі ток азықтандырғыш қарсылығының р- n- өткелі электр тізбегі арқылы ғана шектеледі ( 2.3-ші сурет).
Жартылай өткізгіштің р- n- өткелінде ортақ зарядтың өсу қатынасы сыйымдылық өткелімен анықталады.

2.3-ші сурет

Кері кернеуге өткен сыйымдылық кедергілі деп аталады және мына формуламен анықталады.






мұнда ψ - потециалдың контактілі айырымы, U - өткелдің кері кернеуі, Сбар(0) – U=0 болғандағы кедергілі сыйымдылықтың мағынасы және ол p - n- өткелдің ауданы мен жартылай өткізгіштің кристаллдың қасиетіне тәуелді болады . Кедергілі сыйымдылықтың кернеуге тәуелдігі 2.4-ші суретте көретілген.Белгілі қағидалы бойынша кедергілі сыйымдылық р- n- өткел арқылы тура кернеуде бар болады , алайда ол rдиф төмен дифференциалды қарсылығымен сиппатталады.

2.4-ші сурет

көрсетеді және ол тура ток І мен τр негізгі емес тасығышқа тәуелді болады.Бұл сыйымдылықтың жылжымалы токпен байланысы жоқ, бірақ фазаның осындай жылжуын кернеу мен токтың арасында әдеттегі сыйымдылық бере алады. Диффузиялық сыйымдылықтың мағынасын мына формуламен анықтауға болады:

(2.7)

Өткелдің толық сыйымдылығы тура жылжуда кедергілі және диффузиялық сыйымдылықтардың қосындысымен анықталады:



Өткелдің кері жылжуында диффузиялық сыйымдылық болмайды және толық сыйымдылықты табу үшін кедергілі сыйымдылық қана алынады.

бірнеше р-n-өткелі бар құрылғыны атайды. Барлық жартылай өткізгіш диодтарды екі топқа бөлуге болады: түзу және арнаулы. Түзу диодтар, өзінің атауы айтып тұрғандай, айнымалы токты түзетуге қолданады және олар айнымалы кернеудің жиілігі мен пішініне байланысты жоғары жиілікті, төмен жиілікті және импульсты деп бөлінеді. Жартылай өткізгіштің диодының арнаулы үлгілері р- n- өткелдің әр түрлі қасиеттерін қолданады; пробойдың көрінісін, кедергілі сыйымдылықты, теріс қарсылық бар аймақты және т.б.

жатады:
кейбір тура токтың мағынасынының Uпр кернеуінің диодта құлауы ;
кері ток Iобр кері кернеудің бір мағынасы;
тура токтың орташа мағынасы Iпр.ср;
импульстік кері кернеу Uобр.и.
Диодтың динамикалық параметрлеріне оның мезгілдік немесе жиілік мінездемелері жатады. Мынадай параметрлері бар:
кері кернеудің қалпына келтіру tвос уақыты;
түзу токтың өсу уақыты Інар;
межелі жиілік диодының төмендеу режимі f.

в-ші суретте көрсетілген. Статикалық параметрінің күштің диодтарының жиынтық мағыналары 2.1-ші кестеде жазылған.
















Кері кернеудің қалпына келтіру tвос уақыты диодының негізгі параметрлі ол - инерциялық қасиеті бар сипаттау болып табылады. Ол тура токтың Іпр кері кернеуге Uобр ауыстырылып анықталады.Мұндай ауыстырулардың графигі 2.6-шы суретте келтірген. 2.6-шы б суретте көрсетілген сынақтың сұлбасы тіктөртбұрыш пішіндер кернеудің бастауынан деген Rн резистивті жүгіне шұғылданушы және азықтандырғыш жартылай периодтытүзеткішті ұсынады.

2.1-ші кесте

ток диодта лезде бітеді, ал tнар уақытының аралығында өседі. Ток өскен сайын диодта кернеу төмендетіледі кейін tнар Uпр-ге тең болады. t1 тең болған уақытта диодтың тізбегінде стационарлық режим бекетіледі және токтың мағынасы і=Ін ~Um/Rн.
Мынадай жағдай t2 уақытқа дейін сақталады, сол кезде кернеуідің полярлық азық қоры қарама-қарсыға ауысады.Алайда p-n- өткелде жиналған зарядтар белгілі бір уақыт бойы диодты ашық күйде ұстап отырады, бірақ диодтағы токтың бағыты қарама-қарсыға ауысады.

келесіде кері мағынаны қабылдайды. Диодтың бекіту қасиетінің қалпына келтіру процесі t4 уақытының кезініне дейін жалғасады, кейін диод жабық болады. Осы уақытқа дейін диодтағы ток Іобр-ге тең болады, ал кернеу – Um мағынасына жетеді. Ақырында, tвос уақыты Uл өткелінен ажырату арқылы нөлге жеткеннен кейін диодтағы ток Іобр мағынасын қабылдайды.
Түзудегі диодтың қосудың және сөндірудің процесі көрсетеді, не ол пәк болып табылмайды және тағайынды шарттарда өткізгіштікпен арада кері бағытта ие болады.Негізгі емес тасығыштың ажырау уақыты p-n-өткелде мына формуламен анықтауға болады:

(2.9)
Мұндағы τр - негізгі емес тасығыштың өмірінің уақыты.
Диодта кері кернеудің қалпына келу уақытын болжалдап бағалауға болады

(2.10)

диод арқылы жабу кезеңінде оның стационарлық режимде бекітілуі жүктің тогын бірнеше рет арттырады.
2.6-шы а суреттегі график бойынша, диодтағы қуат шығыны қосылуда шұғыл өсіп кетеді және әсіресе сөндіріруінде, айрықша көруге болады. Демек, шығындар диодта тура кернеудің жиілігінің көтерлуіне байланысты өседі.Диодтың төмен жиілігіндегі және гармониялық пішініндегі жұмысының кернеуінің азық қорының үлкен амплитудағы токтың импульстары болмайды және шығындар диодта шұғыл төмендетіледі.
Диодтың қабырғасының температурасының өзгерісінде оның параметрлері өзгереді. Бұл тәуелділік аппаратураның құрастырылуында есептелуі тиіс. Диодта температурадан ең тәуелді болатын тура кернеу мен оның кері токы. Температуралық кернеудің еселігінде (ТКЕ) диодта кері мағынаны иемденеді, себебі температураның артуында кернеу диодта азаяды. Болжалдап ТКЕ-ні ылай есептеуге болады, Uпр=-2мВ/K

боулы мүмкін.Осылайша температураның әр 10°С артқан сайын кері ток германий диодында 2 есе ,ал кремнийда 2,5 есе артады.
Түзу диодтарының шығының келесі формула бойынша анықтауға болады.

(2.11)
Мұндағы Рпр - диодтағы токтың тура бағытындағы шығыны, Робр - диодтағы кері токтың шығыны, Рвос -диодтағы кері қалпына келтіру кезеңінің шығыны.

(2.12)
Тура токтың орташа мағынасы және тура кернеулердің диодтағы мағынасы . Қуаттың шығының кері токта есептеуге болады:

(2.13)
Және, ақырында, бас кезеңнің кері қалпына келтірілген шығыны мына формуламен анықталады:
(2.14)
Бұл формула - айнымалы кернеудің жиілігі.

формуланы қолданады.

(2.15)

Мұндағы Тп.макс = 150°С – диод кристаллының барынша ықтимал температурасы, Rп.к – диодтың өткел-қабырғасының жылулық кедергісі,Тк.макс - диод қабырғасының барынша ықтимал температурасы.

Шотки кедергісі бар диодтар (ШД) кеңінен қолданылады. Осы диодтарда p-n- өткелдің орынына бақыр беті бар жартылай өткізгіштердің байланысы қолданылады. Байланыстың жерінде жартылай өткізгіштердің қабаттары бар зарядтың тасығыштары туады.және олар тиектер деп аталады. Шотки кедергісімен бар диодтар басқа p-n- өткелі бар диодтардан келесі параметрлер бойынша ажыратылады
- тура кернеудің одан әрі төмен құлауы;
- одан әрі төмен кері кернеу;
-одан әрі жылыстаудың жоғарғы тогы;
- кері қалпына келтіру зарядының толықтай болмауы.

жоғары жиілікті түзеткіштерді қалыптастырады: шағын кернеудің тура құлауы және кері кернеудің аз уақытта қалпына келуі. Бұдан басқа негізгі емес тасығыштардың болмауы, кері қалпына келуіне кететін уақытты талап ететін физикалық шығындардың болмауы сол диодтың өзіне алмасады.
Шотки кедергісі бар диодтарда тура кернеудің құлауы кері кернеудің атқаратын қызметі болып табылады. Шотки қазіргі диодының кернеуі ең үлкен өлшемі 150В болып келеді. Шотки диодының тура кернеуі p-n- өткелі бар диодтағы тура кернеуден 0,2...0,3В-қа кемірек болады.
Шотки диодының артықшылықтары шағын кернеудің түзелуінде айрықша белгілі болады.Мысалы, Шотки 45-вольтті диодының тура кернеуі 0.4...0,6В болады,ал дәл сондай токта p-n- өткелі бар диодының құлау кернеуі 0,5...1,0В деген мәнді иемденеді.Кері кернеудің 15В-қа төмендеуінде тура кернеу 0,3...0,4В-қа кемиді.Шотки диодының орташа қолдануында түзеткіш шығынды 10...15% азайтуға болады. Токтың мәні 30А болғанда Шотки диодының жұмыс істейтін жиілігі 200 кГц асып кетеді.