पॉवर डायोड्स

इलेक्ट्रॉन होल कंपाऊंड

बहुतेक सेमीकंडक्टर उपकरणांच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत वेगवेगळ्या प्रकारच्या विद्युत चालकता - इलेक्ट्रॉन (एन-प्रकार) आणि छिद्र (पी-प्रकार) असलेल्या अर्धसंवाहकांच्या दोन क्षेत्रांमधील सीमेवर घडणाऱ्या घटना आणि प्रक्रियांवर आधारित आहे. n-प्रकारच्या प्रदेशात, इलेक्ट्रॉनचे वर्चस्व असते, जे विद्युत शुल्काचे मुख्य वाहक असतात, p-क्षेत्रात, हे सकारात्मक शुल्क (छिद्र) असतात. वेगवेगळ्या चालकता प्रकारांच्या दोन क्षेत्रांमधील सीमारेषेला pn जंक्शन म्हणतात.

कार्यात्मकदृष्ट्या, डायोड (चित्र 1) एक-बाजूच्या वहनसह अनियंत्रित इलेक्ट्रॉनिक स्विच मानले जाऊ शकते. जर डायोड त्यावर फॉरवर्ड व्होल्टेज लावला असेल तर तो कंडक्टिंग स्टेट (बंद स्विच) मध्ये असतो.

तांदूळ. 1. डायोडचे पारंपारिक ग्राफिक पदनाम

आयएफ डायोडद्वारे प्रवाह बाह्य सर्किटच्या पॅरामीटर्सद्वारे निर्धारित केला जातो आणि सेमीकंडक्टर स्ट्रक्चरमधील व्होल्टेज ड्रॉपला फारसे महत्त्व नसते. डायोडवर रिव्हर्स व्होल्टेज लावल्यास, ते नॉन-कंडक्टिंग स्थितीत असते (ओपन स्विच) आणि त्यातून एक लहान विद्युत प्रवाह वाहतो. या प्रकरणात डायोडवर व्होल्टेज ड्रॉप बाह्य सर्किटच्या पॅरामीटर्सद्वारे निर्धारित केले जाते.

डायोड्सचे संरक्षण

डायोडच्या इलेक्ट्रिकल बिघाडाची सर्वात वैशिष्ट्यपूर्ण कारणे म्हणजे फॉरवर्ड करंट diF/dt चालू असताना वाढण्याचा उच्च दर, बंद असताना ओव्हरव्होल्टेज, फॉरवर्ड करंटचे कमाल मूल्य ओलांडणे आणि अस्वीकार्य उच्च रिव्हर्स व्होल्टेजसह संरचना खंडित करणे.

diF / dt च्या उच्च मूल्यांवर, डायोड संरचनेत चार्ज वाहकांची असमान एकाग्रता दिसून येते आणि परिणामी, संरचनेच्या नंतरच्या नुकसानासह स्थानिक ओव्हरहाटिंग होते. diF / dt च्या उच्च मूल्यांचे मुख्य कारण लहान आहे अधिष्ठापन फॉरवर्ड व्होल्टेज स्त्रोत आणि ऑन डायोड असलेल्या सर्किटमध्ये. diF / dt ची मूल्ये कमी करण्यासाठी, एक इंडक्टन्स डायोडसह मालिकेत जोडला जातो, जो विद्युत् प्रवाहाच्या वाढीचा दर मर्यादित करतो.

सर्किट बंद असताना डायोडवर लागू होणाऱ्या व्होल्टेजच्या अॅम्प्लिट्यूड्सची मूल्ये कमी करण्यासाठी, मालिका-कनेक्टेड रेझिस्टर आर वापरला जातो आणि कॅपेसिटर सी डायोडच्या समांतर जोडलेले तथाकथित आरसी सर्किट आहे.

आपत्कालीन मोडमध्ये वर्तमान ओव्हरलोड्सपासून डायोडचे संरक्षण करण्यासाठी, हाय-स्पीड इलेक्ट्रिकल फ्यूज वापरले जातात.

पॉवर डायोडचे मुख्य प्रकार

मुख्य पॅरामीटर्स आणि उद्देशानुसार, डायोड सहसा तीन गटांमध्ये विभागले जातात: सामान्य उद्देश डायोड, जलद पुनर्प्राप्ती डायोड आणि स्कॉटकी डायोड.

सामान्य उद्देश डायोड

डायोड्सचा हा समूह रिव्हर्स व्होल्टेज (50 V ते 5 kV पर्यंत) आणि फॉरवर्ड करंट (10 A ते 5 kA पर्यंत) च्या उच्च मूल्यांनी ओळखला जातो. डायोड्सची प्रचंड अर्धसंवाहक रचना त्यांची कार्यक्षमता कमी करते. म्हणून, डायोड्सचा रिव्हर्स रिकव्हरी वेळ सामान्यतः 25-100 μs च्या श्रेणीत असतो, जो 1 kHz वरील फ्रिक्वेन्सीसह सर्किट्समध्ये त्यांचा वापर मर्यादित करतो.नियमानुसार, ते 50 (60) हर्ट्झच्या वारंवारतेसह औद्योगिक नेटवर्कमध्ये कार्य करतात. या गटाच्या डायोड्समध्ये सतत व्होल्टेज ड्रॉप 2.5-3 V आहे.

पॉवर डायोड वेगवेगळ्या पॅकेजेसमध्ये येतात. सर्वात व्यापक अंमलबजावणीचे दोन प्रकार आहेत: एक पिन आणि एक टॅब्लेट (Fig. 2 a, b).

तांदूळ. 2. डायोड बॉडीजचे बांधकाम: a — पिन; b - टॅब्लेट

जलद पुनर्प्राप्ती डायोड. डायोडच्या या गटाच्या उत्पादनामध्ये, उलट पुनर्प्राप्तीची वेळ कमी करण्यासाठी विविध तांत्रिक पद्धती वापरल्या जातात. विशेषतः, सोने किंवा प्लॅटिनमच्या प्रसार पद्धतीचा वापर करून सिलिकॉन डोपिंगचा वापर केला जातो. यामुळे पुनर्प्राप्ती वेळ 3-5 μs पर्यंत कमी करणे शक्य होते. तथापि, हे फॉरवर्ड करंट आणि रिव्हर्स व्होल्टेजची स्वीकार्य मूल्ये कमी करते. अनुज्ञेय वर्तमान मूल्ये 10 A ते 1 kA, रिव्हर्स व्होल्टेज - 50 V ते 3 kV पर्यंत आहेत. सर्वात वेगवान डायोड्सचा रिव्हर्स रिकव्हरी वेळ 0.1-0.5 μs असतो. अशा डायोडचा वापर पल्स आणि उच्च-फ्रिक्वेंसी सर्किट्समध्ये 10 kHz आणि त्याहून अधिक फ्रिक्वेन्सीसह केला जातो. या गटातील डायोडची रचना सामान्य उद्देशाच्या डायोड्ससारखीच आहे.

डायोड स्कॉटकी

स्कॉटकी डायोड्सच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत धातू आणि सेमीकंडक्टर सामग्रीमधील संक्रमण क्षेत्राच्या गुणधर्मांवर आधारित आहे. पॉवर डायोडसाठी, अर्धसंवाहक म्हणून एन-टाइप डिप्लेटेड सिलिकॉनचा थर वापरला जातो. या प्रकरणात, धातूच्या बाजूने संक्रमण प्रदेशात नकारात्मक शुल्क आणि अर्धसंवाहक बाजूला सकारात्मक शुल्क आहे.

स्कॉटकी डायोड्सचे वैशिष्ठ्य म्हणजे फॉरवर्ड करंट फक्त मुख्य वाहक - इलेक्ट्रॉनच्या हालचालीमुळे होतो. अल्पसंख्याक वाहक संचयनाची कमतरता Schottky डायोड्सची जडत्व लक्षणीयरीत्या कमी करते.पुनर्प्राप्ती वेळ सामान्यतः 0.3 μs पेक्षा जास्त नसतो, फॉरवर्ड व्होल्टेज ड्रॉप सुमारे 0.3 V आहे. या डायोड्समधील रिव्हर्स वर्तमान मूल्ये p-n-जंक्शन डायोडपेक्षा 2-3 ऑर्डरची परिमाण जास्त आहेत. मर्यादित रिव्हर्स व्होल्टेज सहसा 100 V पेक्षा जास्त नसते. ते उच्च-फ्रिक्वेंसी आणि कमी-व्होल्टेज पल्स सर्किटमध्ये वापरले जातात.