రెక్టిఫైయర్ డయోడ్లు

డయోడ్ - ఒక p-n జంక్షన్‌తో రెండు-ఎలక్ట్రోడ్ సెమీకండక్టర్ పరికరం, ఇది ఒక-వైపు ప్రస్తుత ప్రసరణను కలిగి ఉంటుంది. అనేక రకాల డయోడ్‌లు ఉన్నాయి-రెక్టిఫైయర్, పల్స్, టన్నెల్, రివర్స్, మైక్రోవేవ్ డయోడ్‌లు, అలాగే జెనర్ డయోడ్‌లు, వరికాప్స్, ఫోటోడియోడ్‌లు, LEDలు మరియు మరిన్ని.

రెక్టిఫైయర్ డయోడ్లు

రెక్టిఫైయర్ డయోడ్ యొక్క ఆపరేషన్ ఎలక్ట్రికల్ p - n జంక్షన్ యొక్క లక్షణాల ద్వారా వివరించబడింది.

రెండు సెమీకండక్టర్ల సరిహద్దు దగ్గర, మొబైల్ ఛార్జ్ క్యారియర్లు లేని పొర ఏర్పడుతుంది (పునఃసంయోగం కారణంగా) మరియు అధిక విద్యుత్ నిరోధకతను కలిగి ఉంటుంది - అని పిలవబడేది నిరోధించే పొర. ఈ పొర సంపర్క సంభావ్య వ్యత్యాసాన్ని (సంభావ్య అవరోధం) నిర్ణయిస్తుంది.

p — n జంక్షన్‌కు బాహ్య వోల్టేజ్ వర్తింపజేస్తే, విద్యుత్ పొర యొక్క క్షేత్రానికి వ్యతిరేక దిశలో విద్యుత్ క్షేత్రాన్ని సృష్టిస్తే, అప్పుడు ఈ పొర యొక్క మందం తగ్గుతుంది మరియు 0.4 - 0.6 V వోల్టేజ్ వద్ద నిరోధించే పొర ఉంటుంది. అదృశ్యం మరియు కరెంట్ గణనీయంగా పెరుగుతుంది (ఈ ప్రవాహాన్ని డైరెక్ట్ కరెంట్ అంటారు).

విభిన్న ధ్రువణత యొక్క బాహ్య వోల్టేజ్ అనుసంధానించబడినప్పుడు, నిరోధించే పొర పెరుగుతుంది మరియు p — n జంక్షన్ యొక్క ప్రతిఘటన పెరుగుతుంది మరియు మైనారిటీ ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల కదలిక కారణంగా కరెంట్ సాపేక్షంగా అధిక వోల్టేజీల వద్ద కూడా చాలా తక్కువగా ఉంటుంది.

డయోడ్ యొక్క ఫార్వర్డ్ కరెంట్ ప్రధాన ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల ద్వారా మరియు రివర్స్ కరెంట్ మైనారిటీ ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల ద్వారా సృష్టించబడుతుంది. డయోడ్ యానోడ్ నుండి కాథోడ్‌కు దిశలో సానుకూల (ఫార్వర్డ్) కరెంట్‌ను పంపుతుంది.

అంజీర్ లో. 1 సంప్రదాయ గ్రాఫిక్ హోదా (UGO) మరియు రెక్టిఫైయర్ డయోడ్‌ల లక్షణాలను (వాటి ఆదర్శ మరియు వాస్తవమైన ప్రస్తుత-వోల్టేజ్ లక్షణాలు) చూపుతుంది. మూలం వద్ద డయోడ్ కరెంట్-వోల్టేజ్ లక్షణం (CVC) యొక్క స్పష్టమైన నిలిపివేత ప్లాట్ యొక్క మొదటి మరియు మూడవ క్వాడ్రాంట్‌లలో వేర్వేరు కరెంట్ మరియు వోల్టేజ్ ప్రమాణాలతో సంబంధం కలిగి ఉంటుంది. రెండు డయోడ్ అవుట్‌పుట్‌లు: UGOలోని యానోడ్ A మరియు కాథోడ్ K పేర్కొనబడలేదు మరియు వివరణ కోసం చిత్రంలో చూపబడ్డాయి.

నిజమైన డయోడ్ యొక్క కరెంట్-వోల్టేజ్ లక్షణం ఎలక్ట్రికల్ బ్రేక్‌డౌన్ ప్రాంతాన్ని చూపుతుంది, రివర్స్ వోల్టేజ్‌లో చిన్న పెరుగుదల కోసం కరెంట్ తీవ్రంగా పెరుగుతుంది.

విద్యుత్ నష్టం తిరిగి మార్చబడుతుంది. పని ప్రాంతానికి తిరిగి వచ్చినప్పుడు, డయోడ్ దాని లక్షణాలను కోల్పోదు. రివర్స్ కరెంట్ ఒక నిర్దిష్ట విలువను మించి ఉంటే, అప్పుడు విద్యుత్ వైఫల్యం పరికరం యొక్క వైఫల్యంతో కోలుకోలేని ఉష్ణంగా మారుతుంది.

అన్నం. 1. సెమీకండక్టర్ రెక్టిఫైయర్: a — సంప్రదాయ గ్రాఫికల్ ప్రాతినిధ్యం, b — ఆదర్శ కరెంట్-వోల్టేజ్ లక్షణం, c — నిజమైన కరెంట్-వోల్టేజ్ లక్షణం

పరిశ్రమ ప్రధానంగా జెర్మేనియం (Ge) మరియు సిలికాన్ (Si) డయోడ్‌లను ఉత్పత్తి చేస్తుంది.

సిలికాన్ డయోడ్‌లు తక్కువ రివర్స్ కరెంట్‌లు, అధిక ఆపరేటింగ్ ఉష్ణోగ్రత (150 - 200 ° C vs. 80 - 100 ° C), అధిక రివర్స్ వోల్టేజ్‌లు మరియు కరెంట్ సాంద్రతలను తట్టుకోగలవు (60 - 80 A / cm2 vs. 20 - 40 A / cm2) . అదనంగా, సిలికాన్ ఒక సాధారణ మూలకం (జర్మేనియం డయోడ్‌ల వలె కాకుండా, ఇది అరుదైన భూమి మూలకం).

జెర్మేనియం డయోడ్‌ల యొక్క ప్రయోజనాలు ప్రత్యక్ష ప్రవాహం (0.3 - 0.6 V vs. 0.8 - 1.2 V) ప్రవహించినప్పుడు తక్కువ వోల్టేజ్ తగ్గుదలని కలిగి ఉంటాయి. జాబితా చేయబడిన సెమీకండక్టర్ పదార్థాలతో పాటు, గాలియం ఆర్సెనైడ్ GaAs మైక్రోవేవ్ సర్క్యూట్‌లలో ఉపయోగించబడుతుంది.

ఉత్పత్తి సాంకేతికత ప్రకారం, సెమీకండక్టర్ డయోడ్లు రెండు తరగతులుగా విభజించబడ్డాయి: పాయింట్ మరియు ప్లానర్.

పాయింట్ డయోడ్‌లు 0.5 — 1.5 mm2 వైశాల్యంతో n-రకం Si లేదా Ge ప్లేట్‌ను ఏర్పరుస్తాయి మరియు కాంటాక్ట్ పాయింట్ వద్ద ఉక్కు సూది p — n జంక్షన్‌ను ఏర్పరుస్తాయి. చిన్న ప్రాంతం ఫలితంగా, జంక్షన్ తక్కువ కెపాసిటెన్స్ కలిగి ఉంటుంది, అందువల్ల అటువంటి డయోడ్ అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ సర్క్యూట్లలో పని చేస్తుంది.కానీ జంక్షన్ ద్వారా కరెంట్ పెద్దది కాదు (సాధారణంగా 100 mA కంటే ఎక్కువ కాదు).

ఒక ప్లానార్ డయోడ్ వేర్వేరు విద్యుత్ వాహకతలతో అనుసంధానించబడిన రెండు Si లేదా Ge ప్లేట్‌లను కలిగి ఉంటుంది. పెద్ద సంప్రదింపు ప్రాంతం పెద్ద జంక్షన్ కెపాసిటెన్స్ మరియు సాపేక్షంగా తక్కువ ఆపరేటింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీకి దారి తీస్తుంది, అయితే ప్రవహించే కరెంట్ పెద్దదిగా ఉంటుంది (6000 A వరకు).

రెక్టిఫైయర్ డయోడ్ల యొక్క ప్రధాన పారామితులు:

• గరిష్టంగా అనుమతించదగిన ఫార్వర్డ్ కరెంట్ Ipr.max,

• గరిష్టంగా అనుమతించదగిన రివర్స్ వోల్టేజ్ Urev.max,

• గరిష్టంగా అనుమతించదగిన ఫ్రీక్వెన్సీ fmax.

మొదటి పరామితి ప్రకారం, రెక్టిఫైయర్ డయోడ్లు డయోడ్లుగా విభజించబడ్డాయి:

• తక్కువ శక్తి, 300 mA వరకు స్థిరమైన కరెంట్,

• సగటు శక్తి, డైరెక్ట్ కరెంట్ 300 mA — 10 A,

• అధిక శక్తి - శక్తి, గరిష్ట ఫార్వర్డ్ కరెంట్ తరగతి ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది మరియు 10, 16, 25, 40 - 1600 A.

అప్లైడ్ వోల్టేజ్ యొక్క పల్స్ క్యారెక్టర్‌తో తక్కువ పవర్ సర్క్యూట్‌లలో పల్స్ డయోడ్‌లు ఉపయోగించబడతాయి. వారికి ఒక విలక్షణమైన అవసరం క్లోజ్డ్ స్టేట్ నుండి ఓపెన్ స్టేట్‌కి మరియు వైస్ వెర్సా (సాధారణ సమయం 0.1 — 100 μs)కి తక్కువ పరివర్తన సమయం. UGO పల్స్ డయోడ్‌లు రెక్టిఫైయర్ డయోడ్‌ల మాదిరిగానే ఉంటాయి.

అత్తి. 2. పల్స్ డయోడ్‌లలో తాత్కాలిక ప్రక్రియలు: a — వోల్టేజ్‌ను డైరెక్ట్ నుండి రివర్స్‌కి మార్చేటప్పుడు కరెంట్ ఆధారపడటం, b — డయోడ్ గుండా కరెంట్ పల్స్ వెళ్ళినప్పుడు వోల్టేజ్ ఆధారపడటం

పల్స్ డయోడ్ల యొక్క నిర్దిష్ట పారామితులు:

• రికవరీ సమయం Tvosst

• ఇది డయోడ్ వోల్టేజ్ ఫార్వర్డ్ నుండి రివర్స్‌కు మారినప్పుడు మరియు రివర్స్ కరెంట్ ఇచ్చిన విలువకు తగ్గిన క్షణం మధ్య సమయ విరామం (Fig. 2, a),

• స్థిరీకరణ సమయం టస్ట్ అనేది డయోడ్ ద్వారా ఇచ్చిన విలువ యొక్క డైరెక్ట్ కరెంట్ ప్రారంభం మరియు డయోడ్‌లోని వోల్టేజ్ స్థిరమైన స్థితిలో విలువలో 1.2కి చేరుకున్న క్షణం మధ్య సమయ విరామం (మూర్తి 2, బి),

• గరిష్ట రికవరీ కరెంట్ Iobr.imp.max., వోల్టేజ్‌ను ఫార్వర్డ్ నుండి రివర్స్‌కి మార్చిన తర్వాత డయోడ్ ద్వారా రివర్స్ కరెంట్ యొక్క అతిపెద్ద విలువకు సమానం (Fig. 2, a).

సాంప్రదాయ రెక్టిఫైయర్‌ల కంటే p- మరియు n-ప్రాంతాలలో మలినాలను ఏకాగ్రత ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు పొందిన విలోమ డయోడ్‌లు. ఇటువంటి డయోడ్ రివర్స్ కనెక్షన్ సమయంలో ఫార్వర్డ్ కరెంట్‌కు తక్కువ నిరోధకతను కలిగి ఉంటుంది (Fig. 3) మరియు ప్రత్యక్ష కనెక్షన్ సమయంలో సాపేక్షంగా అధిక నిరోధకత. అందువల్ల, వోల్ట్ యొక్క అనేక పదవ వంతుల వోల్టేజ్ వ్యాప్తితో చిన్న సిగ్నల్స్ యొక్క దిద్దుబాటులో అవి ఉపయోగించబడతాయి.

అన్నం. 3. విలోమ డయోడ్ల UGO మరియు VAC

మెటల్-సెమీకండక్టర్ ట్రాన్సిషన్ ద్వారా పొందిన షాట్కీ డయోడ్లు.ఈ సందర్భంలో, అదే సెమీకండక్టర్ యొక్క అధిక-నిరోధకత కలిగిన సన్నని ఎపిటాక్సియల్ పొరతో తక్కువ-నిరోధకత n-సిలికాన్ (లేదా సిలికాన్ కార్బైడ్) సబ్‌స్ట్రేట్‌లు ఉపయోగించబడతాయి (Fig. 4).

అన్నం. 4. UGO మరియు షాట్కీ డయోడ్ నిర్మాణం: 1 — తక్కువ ప్రతిఘటనతో ప్రారంభ సిలికాన్ క్రిస్టల్, 2 — అధిక నిరోధకత కలిగిన సిలికాన్ యొక్క ఎపిటాక్సియల్ పొర, 3 — స్పేస్ ఛార్జ్ ప్రాంతం, 4 — మెటల్ కాంటాక్ట్

ఎపిటాక్సియల్ పొర యొక్క ఉపరితలంపై ఒక మెటల్ ఎలక్ట్రోడ్ వర్తించబడుతుంది, ఇది సరిదిద్దడాన్ని అందిస్తుంది కానీ మైనారిటీ క్యారియర్‌లను కోర్ ప్రాంతంలోకి (చాలా తరచుగా బంగారం) ఇంజెక్ట్ చేయదు. అందువల్ల, ఈ డయోడ్‌లలో బేస్‌లో మైనారిటీ క్యారియర్‌ల సంచితం మరియు పునశ్శోషణం వంటి నెమ్మదిగా ప్రక్రియలు లేవు. అందువల్ల, షాట్కీ డయోడ్ల జడత్వం ఎక్కువగా ఉండదు. ఇది రెక్టిఫైయర్ కాంటాక్ట్ (1 - 20 pF) యొక్క అవరోధ కెపాసిటెన్స్ విలువ ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది.

అదనంగా, Schottky డయోడ్‌ల శ్రేణి నిరోధకత రెక్టిఫైయర్ డయోడ్‌ల కంటే గణనీయంగా తక్కువగా ఉంటుంది, ఎందుకంటే ఏదైనా, అధిక డోప్ చేయబడిన, సెమీకండక్టర్‌తో పోలిస్తే మెటల్ పొర తక్కువ నిరోధకతను కలిగి ఉంటుంది. ఇది ముఖ్యమైన ప్రవాహాలను (పదుల ఆంపియర్‌లు) సరిచేయడానికి షాట్కీ డయోడ్‌ల వినియోగాన్ని అనుమతిస్తుంది. అధిక ఫ్రీక్వెన్సీ వోల్టేజ్‌లను సరిచేయడానికి (అనేక MHz వరకు) సెకండరీలను మార్చడంలో ఇవి సాధారణంగా ఉపయోగించబడతాయి.

పొటాపోవ్ L.A.