Электронно-дырочный переход

В базе принципа деяния большинства полупроводниковых устройств лежат явления и процессы, возникающие на границе меж 2-мя областями полупроводника с разными типами электронной проводимости – электрической (n-типа) и дырочной (р-типа). В области n-типа преобладают электроны, которые являются основными носителями электронных зарядов, в р-области такими являются положительные заряды (дырки). Граница меж 2-мя областями с разными типами проводимости именуется р-п-переходом.

Функционально диодик (рис. 1.) можно считать неуправляемым электрическим ключом с однобокой проводимостью. Диодик находится в проводящем состоянии (замкнутый ключ), если к нему приложено прямое напряжение.

Ток через диодик iF определяется параметрами наружной цепи, а падение напряжения на полупроводниковой структуре имеет маленькое значение. Если к диодику приложено оборотное напряжение, то он находится в непроводящем состоянии (разомкнутый ключ) и через него протекает маленький ток. Падение напряжения на диодике в данном случае определяется параметрами наружной цепи.

Защита силовых диодов

Более соответствующими причинами электронного повреждения диодика являются высочайшая скорость нарастания прямого тока diF/dt при его включении, перенапряжения при выключении, превышение наибольшего значения прямого тока и пробой структуры неприемлимо огромным оборотным напряжением.

При больших значениях diF/dt появляется неравномерная концентрация носителей заряда в структуре диодика и, как следствие этого, локальные перегревы с следующим повреждением структуры. Основной предпосылкой больших значений diF/dt является малая индуктивность в контуре, содержащем источник прямого напряжения и включенный диодик. Для понижения значений diF/dt поочередно с диодиком врубается индуктивность, которая ограничивает скорость нарастания тока.

Для уменьшения амплитудных значений напряжений, прилагаемых к диодику при выключении цепи, употребляется соединённые поочередно резистор R и конденсатор C – так именуемая RC-цепь, подключаемая параллельно диодику.

Для защиты диодов от токовых перегрузок в аварийных режимах употребляются быстродействующие электронные предохранители.

Главные типы силовых диодов

По главным характеристикам и предназначению диоды принято делить на три группы: общего предназначения, быстровосстанавливающиеся диоды и диоды Шоттки.

Диоды общего предназначения

Эта группа диодов отличается высочайшими значениями оборотного напряжения (от 50 В до 5 кВ) и прямого тока (от 10 А до 5 кА). Мощная полупроводниковая структура диодов усугубляет их быстродействие. Потому время оборотного восстановления диодов обычно находится в спектре 25-100 мкс, что ограничивает их внедрение в цепях с частотой выше 1 кГц. Обычно, они работают в промышленных сетях с частотой 50 (60) Гц. Прямое падение напряжения на диодиках этой группы составляет 2,5-3 В.

Силовые диоды выпускаются в разных корпусах. Наибольшее распространение получили два вида выполнения: штыревой и таблеточный (рис. 2 а, б).

Быстровосстанавливающиеся диоды. При производстве этой группы диодов употребляются разные технологические способы, уменьшающие время оборотного восстановления. А именно, применяется легирование кремния способом диффузии золота либо платины. Благодаря этому удается уменьшить время оборотного восстановления до 3-5 мкс. Но при всем этом понижаются допустимые значения прямого тока и оборотного напряжения. Допустимые значения тока составляют от 10 А до 1 кА, оборотного напряжения — от 50 В до 3 кВ. У более быстродействующих диодов время оборотного восстановления составляет 0,1-0,5 мкс. Такие диоды употребляются в импульсных и высокочастотных цепях с частотами 10 кГц и выше. Конструкции диодов этой группы подобны конструкциям диодов общего предназначения.

Диоды Шоттки

Принцип деяния диодов Шоттки основан на свойствах области перехода меж металлом и полупроводниковым материалом. Для силовых диодов в качестве полупроводника употребляется обедненный слой кремния n-типа. При всем этом в области перехода со стороны металла имеет место отрицательный заряд, а со стороны полупроводника – положительный.

Особенностью диодов Шоттки будет то, что прямой ток обоснован движением только главных носителей – электронов. Отсутствие скопления неосновных носителей значительно уменьшает инерционность диодов Шоттки. Время восстановления составляет обычно менее 0,3 мкс, падение прямого напряжения приблизительно 0,3 В. Значения оборотных токов в этих диодиках на 2-3 порядка выше, чем в диодиках с p-n-переходом. Предельное оборотное напряжений обычно менее 100 В. Они употребляются в высокочастотных и импульсных цепях низкого напряжения.