Elementy półprzewodnikowe: wykłady, Prezentacje z Elettronica

Pobierz Elementy półprzewodnikowe: wykłady i więcej Prezentacje w PDF z Elettronica tylko na Docsity!

ELEKTRONIKA

ELEMENTY PÓŁPRZEWODNIKOWE

DIODY

DZIAŁANIE DIODY (IDEALNE)

• Idealną diodę można sobie wyobrazić jako łącznik lub zawór zwrotny
• Przy polaryzacji w kierunku przewodzenia

(napięcie anody wyższe niż katody)

łącznik jest zamknięty / zawór jest otwarty /

prąd płynie

• Przy polaryzacji w kierunku zaporowym

(napięcie anody wyższe niż katody)

łącznik jest otwarty / zawór jest

zamknięty / prąd nie płynie

DZIAŁANIE DIODY (RZECZYWISTE)

• W kierunku przewodzenia
  • Dioda zaczyna przewodzić, gdy napięcie przekroczy wartość progową (knee

voltage)

• Występuje spadek napięcia na diodzie zależny od prądu –

można go odczytać z charakterystyki,

najczęściej przyjmuje się 0,7V

dla diody krzemowej

• Występują straty mocy P=UI
• W kierunku zaporowym
• Płynie prąd wsteczny rzędu μA
• Straty mocy są znikome
• Przekroczenie maksymalnego napięcia

wstecznego skutkuje przebiciem diody

WPŁYW TEMPERATURY

• Przy stałym prądzie diody spadek napięcia na przewodzącej diodzie

zmniejsza się o ok 2mV na każdy °C

• Nagrzana dioda ma mniejszy spadek napięcia, więc mniejsze straty mocy!
• Ze wzrostem temperatury rośnie prąd wsteczny (generacja termiczna nośników)

OZNACZENIA DIOD

• Złącze od strony warstwy p

nazywane jest anodą (anode)

• Złącze od strony warstwy n

nazywane jest katodą (cathode)

• Przepływ prądu możliwy jest

od anody do katody (A›K)

• Na rzeczywistej diodzie

pasek oznacza katodę

PARAMETRY DIOD II

• Maksymalna moc (max. total dissipation) PD [W]
  • Maksymalne straty mocy, które dioda może odprowadzić w postaci ciepła do otoczenia
• Temperatura pracy złącza (operating junction temperaturę) TJ [°C]
  • Maksymalna temperatura, w jakiej może pracować złącze pn, aby dida zachowała swoje właściwości oraz żywotność
• Rezystancja termiczna (thermal resistance) R(T) [°C/W]
  • Różnica temperatur złącza i obudowy diody przy danej mocy strat
• Maksymalny prąd wsteczny (max. reverse (leakage) current) IR [μA]
  • Prąd wsteczny płynący przez diodę po przyłożeniu maksymalnego napięcia (VDC)
• Pojemność złącza (typical junction capacitance) CJ [pF]
  • Typowa pojemność złącza, zazwyczaj rzędu pF
• Czas odzyskiwania własności zaporowych (reverse recovery time) trr [μs]
  • Czas potrzebny , aby dioda zaczęła blokować po zmianie polaryzacji. Dla diod prostowniczych rzędu μs, dla diod szybkich rzędu ns

DIODY SCHOTTKY

• Złącze metal-półprzewodnik (m-s metal semiconductor)
  • Wyjątkowo mała pojemność złącza
  • Bardzo mały czas odzyskiwania zdolności zaporowych
  • Niższy spadek napięcia w kierunku przewodzenia
  • Niższe napięcia przebicia
• Używane w aplikacjach

wysokoczęstotliwościowych

Symbol diody Schottky

DIODY W PRAKTYCE

• Przykładowa karta katalogowa diody
• Typowe obudowy diod

MODELE DIOD

Rzeczywisty Idealny Uproszczony Przedziałami liniowy

Odzwierciedla

równanie Shockley’a

Zerowy prąd wsteczny i zerowy spadek napięcia

Uwzględnia spadek napięcia

Liniowa aproksymacja nachylenia ch-ki

W analizie obwodów stosuje się najczęściej model uproszczony,

w symulacji komputerowej – model z rezystancją (PSIM) lub rzeczywisty (PSPICE)

TESTOWANIE DIODY

• Tryb pomiaru rezystancji
  • Spolaryzowana w kierunku przewodzenia powinna wykazać rezystancję <1kΩ
  • Spolaryzowana zaporowo

powinna wykazać

rezystancję >1MΩ

lub poza zakresem

• Tryb testowania diod/ciągłości obwodu
  • Spolaryzowana w kierunku przewodzenia powinna wykazać

spadek napięcia ok 0,7V

• Spolaryzowana zaporowo

powinna wykazać

nieciągłość obwodu

BADANIE CHARAKTERYSTYKI DIODY

• Połącz szeregowo diodę i rezystor
• Podłącz generator funkcyjny
• Ustaw oscyloskop w tryb XY
  • Kanał X pokazuje napięcie na diodzie
  • Kanał Y pokazuje spadek napięcia na rezystorze (proporcjonalny do prądu);

należy go odwrócić, ponieważ napięcie ma przeciwny zwrot

DIODA ZENERA

• Wykorzystuje zjawisko (przebicie) Zenera
• Pracuje przy napięciach wstecznych
• Napięcie przebicia charakteryzuje się dużą stałością i w niewielkim stopniu

zależy od prądu wstecznego

• Napięcie Zenera jest rzędu kilku – kilkudziesięciu V

Symbole diody Zenera

Preferowany

Inne

PARAMETRY DIOD ZENERA

• Napięcie zenera VZ podawane dla określonej wartości

prądu testowego IZT (najczęściej 20mA)

• Maksymalna moc diody PD(max) , z której wynika

maksymalny prąd

• Impedancja dynamiczna określana jako
• Model diody Zenera musi uwzględniać przebicie!

Z

D ZM

V

P

I

(max)

= =  

 = 28 2 mA

56 mV

Z

Z Z I

V Z

VZ