పవర్ డయోడ్లు

ఎలక్ట్రాన్ హోల్ సమ్మేళనం

చాలా సెమీకండక్టర్ పరికరాల ఆపరేషన్ సూత్రం వివిధ రకాల విద్యుత్ వాహకతతో సెమీకండక్టర్ యొక్క రెండు ప్రాంతాల మధ్య సరిహద్దులో సంభవించే దృగ్విషయం మరియు ప్రక్రియలపై ఆధారపడి ఉంటుంది - ఎలక్ట్రాన్ (n- రకం) మరియు రంధ్రం (p- రకం). n-రకం ప్రాంతంలో, ఎలక్ట్రాన్లు ప్రధానంగా ఉంటాయి, ఇవి విద్యుత్ ఛార్జీల యొక్క ప్రధాన వాహకాలు, p-ప్రాంతంలో, ఇవి ధనాత్మక చార్జీలు (రంధ్రాలు). విభిన్న వాహకత రకాల రెండు ప్రాంతాల మధ్య సరిహద్దును pn జంక్షన్ అంటారు.

క్రియాత్మకంగా, డయోడ్ (Fig. 1) ఒక-వైపు ప్రసరణతో అనియంత్రిత ఎలక్ట్రానిక్ స్విచ్గా పరిగణించబడుతుంది. ఒక డయోడ్ దానికి ఫార్వర్డ్ వోల్టేజీని వర్తింపజేస్తే, అది వాహక స్థితిలో ఉంటుంది (క్లోజ్డ్ స్విచ్).

అన్నం. 1. డయోడ్ యొక్క సాంప్రదాయ గ్రాఫిక్ హోదా

iF డయోడ్ ద్వారా కరెంట్ బాహ్య సర్క్యూట్ యొక్క పారామితులచే నిర్ణయించబడుతుంది మరియు సెమీకండక్టర్ నిర్మాణంలో వోల్టేజ్ డ్రాప్ తక్కువ ప్రాముఖ్యత కలిగి ఉంటుంది. డయోడ్‌కు రివర్స్ వోల్టేజ్ వర్తించబడితే, అది నాన్-కండక్టింగ్ స్టేట్‌లో ఉంటుంది (ఓపెన్ స్విచ్) మరియు దాని ద్వారా ఒక చిన్న కరెంట్ ప్రవహిస్తుంది. ఈ సందర్భంలో డయోడ్ అంతటా వోల్టేజ్ డ్రాప్ బాహ్య సర్క్యూట్ యొక్క పారామితులచే నిర్ణయించబడుతుంది.

డయోడ్ల రక్షణ

డయోడ్ యొక్క విద్యుత్ వైఫల్యాలకు అత్యంత సాధారణ కారణాలు ఆన్‌లో ఉన్నప్పుడు ఫార్వర్డ్ కరెంట్ diF / dt యొక్క అధిక రేటు పెరుగుదల, ఆఫ్‌లో ఉన్నప్పుడు ఓవర్‌వోల్టేజ్, ఫార్వర్డ్ కరెంట్ యొక్క గరిష్ట విలువను అధిగమించడం మరియు ఆమోదయోగ్యం కాని అధిక రివర్స్ వోల్టేజ్‌తో నిర్మాణాన్ని విచ్ఛిన్నం చేయడం.

diF / dt యొక్క అధిక విలువలతో, డయోడ్ నిర్మాణంలో ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల యొక్క అసమాన సాంద్రత కనిపిస్తుంది మరియు ఫలితంగా, నిర్మాణానికి తదుపరి నష్టంతో స్థానిక వేడెక్కడం. diF / dt యొక్క అధిక విలువలకు ప్రధాన కారణం చిన్నది ఇండక్టెన్స్ ఫార్వర్డ్ వోల్టేజ్ మూలం మరియు ఆన్ డయోడ్‌ను కలిగి ఉన్న సర్క్యూట్‌లో. diF / dt విలువలను తగ్గించడానికి, ఇండక్టెన్స్ డయోడ్‌తో సిరీస్‌లో అనుసంధానించబడి ఉంటుంది, ఇది కరెంట్ పెరుగుదల రేటును పరిమితం చేస్తుంది.

సర్క్యూట్ ఆపివేయబడినప్పుడు డయోడ్‌కు వర్తించే వోల్టేజ్‌ల వ్యాప్తి యొక్క విలువలను తగ్గించడానికి, సిరీస్-కనెక్ట్ చేయబడిన రెసిస్టర్ R ఉపయోగించబడుతుంది మరియు కెపాసిటర్ C అనేది డయోడ్‌తో సమాంతరంగా కనెక్ట్ చేయబడిన RC సర్క్యూట్ అని పిలవబడేది.

అత్యవసర మోడ్‌లలో ప్రస్తుత ఓవర్‌లోడ్‌ల నుండి డయోడ్‌లను రక్షించడానికి, హై-స్పీడ్ ఎలక్ట్రికల్ ఫ్యూజ్‌లు ఉపయోగించబడతాయి.

పవర్ డయోడ్ల యొక్క ప్రధాన రకాలు

ప్రధాన పారామితులు మరియు ప్రయోజనం ప్రకారం, డయోడ్లు సాధారణంగా మూడు సమూహాలుగా విభజించబడ్డాయి: సాధారణ ప్రయోజన డయోడ్లు, ఫాస్ట్ రికవరీ డయోడ్లు మరియు షాట్కీ డయోడ్లు.

సాధారణ ప్రయోజన డయోడ్లు

ఈ డయోడ్ల సమూహం రివర్స్ వోల్టేజ్ (50 V నుండి 5 kV వరకు) మరియు ఫార్వర్డ్ కరెంట్ (10 A నుండి 5 kA వరకు) యొక్క అధిక విలువలతో విభిన్నంగా ఉంటుంది. డయోడ్ల యొక్క భారీ సెమీకండక్టర్ నిర్మాణం వాటి పనితీరును క్షీణింపజేస్తుంది. అందువల్ల, డయోడ్ల రివర్స్ రికవరీ సమయం సాధారణంగా 25-100 μs పరిధిలో ఉంటుంది, ఇది 1 kHz కంటే ఎక్కువ ఫ్రీక్వెన్సీలతో సర్క్యూట్లలో వాటి వినియోగాన్ని పరిమితం చేస్తుంది.నియమం ప్రకారం, వారు 50 (60) Hz ఫ్రీక్వెన్సీతో పారిశ్రామిక నెట్వర్క్లలో పని చేస్తారు. ఈ సమూహం యొక్క డయోడ్లలో నిరంతర వోల్టేజ్ డ్రాప్ 2.5-3 V.

పవర్ డయోడ్లు వేర్వేరు ప్యాకేజీలలో వస్తాయి. అత్యంత విస్తృతమైన రెండు రకాల అమలు: ఒక పిన్ మరియు ఒక టాబ్లెట్ (Fig. 2 a, b).

అన్నం. 2. డయోడ్ శరీరాల నిర్మాణం: a - పిన్; బి - టాబ్లెట్

ఫాస్ట్ రికవరీ డయోడ్లు. ఈ సమూహం డయోడ్ల ఉత్పత్తిలో, రివర్స్ రికవరీ సమయాన్ని తగ్గించడానికి వివిధ సాంకేతిక పద్ధతులు ఉపయోగించబడతాయి. ప్రత్యేకించి, బంగారం లేదా ప్లాటినం యొక్క విస్తరణ పద్ధతిని ఉపయోగించి సిలికాన్ డోపింగ్ ఉపయోగించబడుతుంది.ఇది రికవరీ సమయాన్ని 3-5 μsకి తగ్గించడం సాధ్యపడుతుంది. అయితే, ఇది ఫార్వర్డ్ కరెంట్ మరియు రివర్స్ వోల్టేజ్ యొక్క అనుమతించదగిన విలువలను తగ్గిస్తుంది. అనుమతించదగిన ప్రస్తుత విలువలు 10 A నుండి 1 kA వరకు, రివర్స్ వోల్టేజ్ - 50 V నుండి 3 kV వరకు. వేగవంతమైన డయోడ్లు 0.1-0.5 μs యొక్క రివర్స్ రికవరీ సమయాన్ని కలిగి ఉంటాయి. ఇటువంటి డయోడ్లు పల్స్ మరియు అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ సర్క్యూట్లలో 10 kHz మరియు అంతకంటే ఎక్కువ ఫ్రీక్వెన్సీలతో ఉపయోగించబడతాయి. ఈ సమూహంలోని డయోడ్ల రూపకల్పన సాధారణ ప్రయోజన డయోడ్ల మాదిరిగానే ఉంటుంది.

డయోడ్ షాట్కీ

షాట్కీ డయోడ్ల ఆపరేషన్ సూత్రం మెటల్ మరియు సెమీకండక్టర్ పదార్థం మధ్య పరివర్తన ప్రాంతం యొక్క లక్షణాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది. పవర్ డయోడ్‌ల కోసం, n-రకం క్షీణించిన సిలికాన్ పొర సెమీకండక్టర్‌గా ఉపయోగించబడుతుంది. ఈ సందర్భంలో, మెటల్ వైపు పరివర్తన ప్రాంతంలో ప్రతికూల ఛార్జ్ మరియు సెమీకండక్టర్ వైపు సానుకూల చార్జ్ ఉంటుంది.

షాట్కీ డయోడ్‌ల యొక్క ప్రత్యేకత ఏమిటంటే, ఫార్వర్డ్ కరెంట్ ప్రధాన వాహకాలు మాత్రమే - ఎలక్ట్రాన్ల కదలిక కారణంగా ఉంటుంది. మైనారిటీ క్యారియర్ చేరడం లేకపోవడం షాట్కీ డయోడ్‌ల జడత్వాన్ని గణనీయంగా తగ్గిస్తుంది.రికవరీ సమయం సాధారణంగా 0.3 μs కంటే ఎక్కువ కాదు, ఫార్వర్డ్ వోల్టేజ్ డ్రాప్ సుమారు 0.3 V. ఈ డయోడ్‌లలోని రివర్స్ కరెంట్ విలువలు p-n-జంక్షన్ డయోడ్‌ల కంటే 2-3 ఆర్డర్‌లు ఎక్కువగా ఉంటాయి. పరిమితి రివర్స్ వోల్టేజ్ సాధారణంగా 100 V కంటే ఎక్కువ కాదు. అవి అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ మరియు తక్కువ-వోల్టేజ్ పల్స్ సర్క్యూట్లలో ఉపయోగించబడతాయి.