Максимальная рассеиваемая мощность и обратное напряжение на диоде

При использовании полупроводниковых ов сует соблюдать осторожность и не допускать слишком ших напряжений или токов, которые могли бы испортить . В этой статье мы рассмотрим некоторые факторы, лимитирующие максимальные и ток на примере а.

Полупроводниковые ы, используемые в компьютерной плате 1970-х годов (внизу справа и слева от синего конденсатора)

Вольт-амперная характеристика германиевых и кремниевых ов

Напряжение смещения Vd считается положительным на аноде и отрицательным на катоде. Таким образом, находится под прямым смещением, когда анод положительный, а катод отрицательный по отношению к аноду. В обратном случае гоят об обратной поляризации.

Ток, протекающий в е (Id), называется прямым, если он течет от анода к катоду (условное направление тока). Если смещен в обратном направлении, он не будет проводить ток, если не будет достаточно высоким, чтобы превысить пробоя.

Напряжение прямого смещения варьируется в зависимости от материала, используемого в конструкции, оно составляет 0,2 В для германия (VsdGe) и 0,6 В для кремния (VsdSi).

На приведенном выше графике, чтобы значения были удобочитаемыми, были приняты две разные шкалы: одна для первого квадранта декартовой плоскости, а другая — для третьего. Это связано с тем, что значение тока If обратной утечки чрезвычайно низкое, в то время как обратного пробоя VbSi и VbGe чрезвычайно велико.

Диоды по своему применению обычно классифицируются в зависимости от того, какие из трех областей характеристики а используются. Так, например, для переключения и выпрямления используется как прямая, так и обратная ветви характеристики а. При этом, чтобы избежать нежелательного эффекта пробоя, сует выбирать с достаточно шим м пробоя.

В свою очередь, область обратного пробоя используется главным образом в источниках опорного напряжения. Диод в этом случае выбирается по величине обратного напряжения, при которой происходит пробой. Эффектом обратного пробоя можно пренебречь, за исключением тех случаев, в которых область обратного пробоя характеристики используется специально.

  Новые тарифы на централизованное отопление: сколько будем платить и как можно экономить

Максимальная рассеиваемая мощность

Основным недостатком любого элемента электрической схемы является его разогрев. В резистивных элементах рассеиваемая мощность переходит в тепло, которое увеличивает температуру элемента по сравнению с окружающей. Максимальная температура, которую может выдержать , характеризует его способность отдавать выделившееся тепло в окружающую среду и определяет максимально допустимую мощность рассеяния для а.

Максимальная температура а зависит от нескольких факторов: от изменения свойств полупроводника с температурой, плавления припоев, применяемых при изготовлении ов, механического разрушения структуры всствие неравных коэффициентов теплового расширения.

В кремниевых ах максимальная температура составляет около 200 °С, а для германиевых редко превышает 100 °С. Способность отдавать тепло зависит от конструкции а и от способа его крепления.

Улучшение теплоотдачи достигается при монтаже ов на ребристый теплоотвод и при применении принудительного воздушного или даже жидкостного охлаждения. Так или иначе, ы и их арматура способны рассеивать определенную мощность без превышения максимально допустимой, температуры.

Максимально допустимая мощность рассеяния ограничивает величину произведения тока на в е.

Границы максимально допустимой мощности на плоскости — ток

Если построим график соотношения на плоскости — ток, то получим гиперболы в первом и третьем квадрантах, определяющие границы допустимой мощности рассеяния в е. Бели рабочая точка а пересекает эту границу и выходит из области безй работы, то перегревается и его функционирование нарушается.

Обратное на е

В то время как максимальная рассеиваемая мощность устанавливает абсолютные пределы, за которыми происходят необратимые разрушения ов, имеются другие явления (не обязательно разрушающие), которые приводят к значительным отклонениям характеристик ов.

Одно из таких явлений, называемое пробоем, при обратном напряжении, ограничивает обратное , которое может выдержать прежде, чем начнется сильное увеличение обратного тока.

При увеличении обратного напряжения на е ток, достигнув значения обратного тока насыщения, остается постоянным, а электрическое поле в области объемного заряда растет. Увеличение напряженности электрического поля приводит к увеличению скорости подвижных носителей, пересекающих область объемного заряда и создающих обратный ток.

  Тепло для дома из земли

В некоторый момент скорость носителей становится такой, что при соударении вырываются добавочные электроны из ковалентньгх связей в области объемного заряда, при этом возникают дырки и свободные электроны. Эти новые носители увеличивают обратный ток и могут в свою очередь при соударениях порождать дополнительные подвижные электроны и дырки.

Этот процесс, называемый зенеровским пробоем или внутренней автоэлектронной эмиссией, приводит к тому же результату, что и лавинное размножение: быстрому увеличению обратного тока при превышении определенной величины обратного напряжения. Как правило, зенеровекий пробой преобладает в ах, которые пробиваются при напряжениях ниже 6 В, а лавинное умножение преобладает в ах, пробивное которых выше 6 В.

Очевидно, что пробой сильно влияет на вольт-амперную характеристику а. Так, если требуется, чтобы не пропускал обратного тока, сует выбирать , обратное которого ше, чем в схеме, которое может быть подано на в обратном направлении.

Хотя термин «пробой» подразумевает разрушение, на самом деле это не всегда так. Диод может работать в области пробоя и даже при напряжениях, значительно превышающих пробоя, без необратимых изменений, если только не превышается максимально допустимая мощность рассеяния.

Полупроводниковые ы трех разных типов в плате видеорегистратора. Обратите внимание на аббревиатуры, напечатанные на печатной плате с начальной буквой «D» для а.

Современные полупроводниковые ы

Силовые ы в виде ного моста для винтового монтажа (обратите внимание на отверстие под болт), подходящего для монтажа на радиаторе.

Диоды Зенера (ы)

В области пробоя ток через почти не зависит от напряжения. Простая линейная модель а в области пробоя содержит только батарею, которой равно напряжению пробоя а. Поэтому если в каком-то месте схемы требуется поддерживать постоянное , то можно использовать , работающий в области пробоя.

Диоды, предназначенные для этого вида работы, называются опорными ами, ами Зенера или ами, хотя механизм пробоя в них может быть и зенеровским, и лавинным. Аналогично , при котором происходит пробой, часто называют зенеровским м.

Стабилитрон представляет собой полупроводниковый , который использует обратное смещение и пробоя в качестве опорного напряжения

По сути, это стабилизатор напряжения. Стабилитрон чувствителен к температуре. Для напряжений а ниже 5 вольт по мере увеличения температуры уменьшается, в то время как напряжения а выше 6 вольт, когда температура увеличивается, а увеличивается.

Само собой разумеется, что ы с м около 5-6 В по своей природе более стабильны. Обычно номинальное измеряется при температуре 25 ° C.

В поисках термостабильности, необходимой в некоторых приложениях, можно посовательно соединить ы различных типов с противоположными температурными коэффициентами, чтобы колебания напряжения компенсировали друг друга.

Для этого можно использовать и обычные ы в прямой поляризации, включенные посовательно с ом, при условии, что они имеют тепловой коэффициент, противоположный таковому у а.

Диоды Зенера могут быть соединены посовательно для получения более высоких напряжений. Результирующее будет суммой отдельных посовательно включенных ов. Очевидно, что невозможно подключить их параллельно (для увеличения управляемого тока), даже если они имеют одинаковое номинальное .

Стабилитрон, установленный на алюминиевом радиаторе в электронном е 70-х годов   

Стабилитроны имеют напряжения пробоя от 2,4 до 200 В. Рядом с символом такого а часто записывают пробоя. Изготовители указывают также минимальный обратный ток, при котором должен работать опорный , чтобы обеспечить наступление пробоя. Максимальный ток ограничивается максимально допустимой мощностью рассеяния.

Яков Кузнецов

йте наш Телеграм-канал https://t.me/ieport_new

Читайте также: Носледние новости России и мира сегодня.

Pin It

Добавить комментарий