रेक्टिफायर डायोड्स

डायोड - एक p-n जंक्शन असलेले दोन-इलेक्ट्रोड सेमीकंडक्टर उपकरण, ज्यामध्ये एकतर्फी विद्युत प्रवाह असतो. डायोडचे अनेक प्रकार आहेत—रेक्टिफायर, पल्स, टनेल, रिव्हर्स, मायक्रोवेव्ह डायोड, तसेच जेनर डायोड, व्हेरीकॅप्स, फोटोडायोड्स, एलईडी आणि बरेच काही.

रेक्टिफायर डायोड्स

रेक्टिफायर डायोडचे ऑपरेशन इलेक्ट्रिकल p — n जंक्शनच्या गुणधर्मांद्वारे स्पष्ट केले आहे.

दोन अर्धसंवाहकांच्या सीमेजवळ, एक थर तयार होतो जो मोबाइल चार्ज वाहकांपासून मुक्त असतो (पुनर्संयोजनामुळे) आणि उच्च विद्युत प्रतिरोधक असतो - तथाकथित ब्लॉकिंग लेयर. हा स्तर संपर्क संभाव्य फरक (संभाव्य अडथळा) निर्धारित करतो.

जर बाह्य व्होल्टेज p — n जंक्शनवर लागू केले गेले आणि इलेक्ट्रिक लेयरच्या फील्डच्या विरुद्ध दिशेने इलेक्ट्रिक फील्ड तयार केले तर या लेयरची जाडी कमी होईल आणि 0.4 - 0.6 V च्या व्होल्टेजवर ब्लॉकिंग लेयर होईल. अदृश्य होईल आणि प्रवाह लक्षणीय वाढेल (या प्रवाहाला थेट प्रवाह म्हणतात).

जेव्हा भिन्न ध्रुवीयतेचा बाह्य व्होल्टेज जोडला जातो तेव्हा ब्लॉकिंग लेयर वाढेल आणि p—n जंक्शनचा प्रतिकार वाढेल आणि अल्पसंख्यक चार्ज वाहकांच्या हालचालीमुळे विद्युत प्रवाह तुलनेने उच्च व्होल्टेजमध्येही नगण्य असेल.

डायोडचा फॉरवर्ड करंट हा प्रमुख चार्ज वाहक आणि रिव्हर्स करंट अल्पसंख्याक चार्ज वाहकांनी तयार केला आहे. एक डायोड एनोडपासून कॅथोडच्या दिशेने सकारात्मक (फॉरवर्ड) प्रवाह पास करतो.

अंजीर मध्ये. 1 पारंपारिक ग्राफिक पदनाम (UGO) आणि रेक्टिफायर डायोड्सची वैशिष्ट्ये (त्यांची आदर्श आणि वास्तविक वर्तमान-व्होल्टेज वैशिष्ट्ये) दर्शविते. डायोड करंट-व्होल्टेज वैशिष्ट्यपूर्ण (CVC) ची उघड खंडितता प्लॉटच्या पहिल्या आणि तिसऱ्या चतुर्थांशांमधील भिन्न प्रवाह आणि व्होल्टेज स्केलशी संबंधित आहे. दोन डायोड आउटपुट: UGO मधील एनोड A आणि कॅथोड K निर्दिष्ट नाहीत आणि स्पष्टीकरणासाठी आकृतीमध्ये दर्शविलेले आहेत.

वास्तविक डायोडचे वर्तमान-व्होल्टेज वैशिष्ट्य विद्युत खंडित होण्याचे क्षेत्र दर्शवते, जेव्हा रिव्हर्स व्होल्टेजमध्ये थोड्या प्रमाणात वाढ होते तेव्हा विद्युत् प्रवाह झपाट्याने वाढतो.

विद्युत नुकसान उलट करता येण्यासारखे आहे. कार्यरत क्षेत्राकडे परत येताना, डायोड त्याचे गुणधर्म गमावत नाही. जर रिव्हर्स करंट एका ठराविक मूल्यापेक्षा जास्त असेल, तर यंत्राच्या बिघाडाने विद्युत बिघाड अपरिवर्तनीय थर्मल होईल.

तांदूळ. 1. सेमीकंडक्टर रेक्टिफायर: a — पारंपारिक ग्राफिकल प्रतिनिधित्व, b — आदर्श वर्तमान-व्होल्टेज वैशिष्ट्य, c — वास्तविक वर्तमान-व्होल्टेज वैशिष्ट्य

उद्योग प्रामुख्याने जर्मेनियम (Ge) आणि सिलिकॉन (Si) डायोड तयार करतो.

सिलिकॉन डायोडमध्ये कमी रिव्हर्स करंट असतात, उच्च ऑपरेटिंग तापमान (150 — 200 ° C विरुद्ध 80 — 100 ° C), उच्च रिव्हर्स व्होल्टेज आणि वर्तमान घनता (60 — 80 A / cm2 विरुद्ध. 20 — 40 A / cm2) सहन करतात. याव्यतिरिक्त, सिलिकॉन हा एक सामान्य घटक आहे (जर्मेनियम डायोड्सच्या विपरीत, जो दुर्मिळ पृथ्वी घटक आहे).

जर्मेनियम डायोड्सच्या फायद्यांमध्ये जेव्हा थेट विद्युत प्रवाह (0.3 — 0.6 V विरुद्ध. 0.8 — 1.2 V) कमी व्होल्टेज ड्रॉप होतो. सूचीबद्ध अर्धसंवाहक सामग्री व्यतिरिक्त, गॅलियम आर्सेनाइड GaAs मायक्रोवेव्ह सर्किट्समध्ये वापरला जातो.

उत्पादन तंत्रज्ञानानुसार, सेमीकंडक्टर डायोड दोन वर्गांमध्ये विभागले गेले आहेत: पॉइंट आणि प्लानर.

पॉइंट डायोड्स 0.5 - 1.5 मिमी 2 क्षेत्रासह n-प्रकारची Si किंवा Ge प्लेट तयार करतात आणि संपर्क बिंदूवर p — n जंक्शन बनवणारी स्टील सुई तयार करतात. लहान क्षेत्रफळाच्या परिणामी, जंक्शनची क्षमता कमी असते, म्हणून असा डायोड उच्च-फ्रिक्वेंसी सर्किटमध्ये कार्य करू शकतो. परंतु जंक्शनमधून प्रवाह मोठा असू शकत नाही (सामान्यतः 100 एमए पेक्षा जास्त नाही).

प्लानर डायोडमध्ये वेगवेगळ्या विद्युत चालकता असलेल्या दोन जोडलेल्या Si किंवा Ge प्लेट्स असतात. मोठ्या संपर्क क्षेत्राचा परिणाम मोठा जंक्शन कॅपेसिटन्स आणि तुलनेने कमी ऑपरेटिंग फ्रिक्वेंसीमध्ये होतो, परंतु विद्युत प्रवाह मोठा असू शकतो (6000 A पर्यंत).

रेक्टिफायर डायोडचे मुख्य पॅरामीटर्स आहेत:

• जास्तीत जास्त स्वीकार्य फॉरवर्ड चालू Ipr.max,

• कमाल स्वीकार्य रिव्हर्स व्होल्टेज Urev.max,

• कमाल परवानगीयोग्य वारंवारता fmax.

पहिल्या पॅरामीटरनुसार, रेक्टिफायर डायोड डायोडमध्ये विभागले गेले आहेत:

• कमी उर्जा, 300 एमए पर्यंत स्थिर प्रवाह,

• सरासरी शक्ती, थेट प्रवाह 300 एमए - 10 ए,

• उच्च शक्ती — शक्ती, जास्तीत जास्त फॉरवर्ड करंट वर्गाद्वारे निर्धारित केला जातो आणि 10, 16, 25, 40 - 1600 A आहे.

लागू केलेल्या व्होल्टेजच्या पल्स कॅरेक्टरसह कमी पॉवर सर्किट्समध्ये पल्स डायोड वापरले जातात. त्यांच्यासाठी एक विशिष्ट आवश्यकता म्हणजे बंद अवस्थेपासून खुल्या अवस्थेकडे लहान संक्रमण वेळ आणि त्याउलट (सामान्य वेळ 0.1 - 100 μs). UGO पल्स डायोड हे रेक्टिफायर डायोडसारखेच असतात.

अंजीर. 2. पल्स डायोडमधील क्षणिक प्रक्रिया: a — व्होल्टेज डायरेक्ट वरून रिव्हर्सवर स्विच करताना करंटचे अवलंबन, b — डायोडमधून जेव्हा वर्तमान नाडी जाते तेव्हा व्होल्टेजचे अवलंबन

पल्स डायोडच्या विशिष्ट पॅरामीटर्समध्ये हे समाविष्ट आहे:

• पुनर्प्राप्ती वेळ Tvosst

• डायोड व्होल्टेज फॉरवर्ड वरून रिव्हर्स स्विच करताना आणि रिव्हर्स करंट दिलेल्या व्हॅल्यूपर्यंत कमी झाल्यावर तो क्षण (Fig. 2, a) मधला हा कालावधी आहे.

• सेटलिंग टाइम टस्ट हा डायोडद्वारे दिलेल्या मूल्याच्या थेट प्रवाहाची सुरुवात आणि डायोडवरील व्होल्टेज स्थिर स्थितीत मूल्याच्या 1.2 पर्यंत पोहोचतो तेव्हाचा कालावधी (आकृती 2, ब),

• जास्तीत जास्त पुनर्प्राप्ती वर्तमान Iobr.imp.max., व्होल्टेज फॉरवर्ड ते रिव्हर्स स्विच केल्यानंतर डायोडद्वारे रिव्हर्स करंटच्या सर्वात मोठ्या मूल्याच्या समान (चित्र 2, अ).

जेव्हा p- आणि n-क्षेत्रांमध्ये अशुद्धतेची एकाग्रता पारंपारिक रेक्टिफायर्सपेक्षा जास्त असते तेव्हा इनव्हर्टेड डायोड प्राप्त होतात. अशा डायोडमध्ये रिव्हर्स कनेक्शन (चित्र 3) दरम्यान फॉरवर्ड करंटला कमी प्रतिकार असतो आणि थेट कनेक्शन दरम्यान तुलनेने उच्च प्रतिकार असतो. म्हणून, ते एका व्होल्टच्या अनेक दशांशाच्या व्होल्टेज मोठेपणासह लहान सिग्नलच्या दुरुस्तीसाठी वापरले जातात.

तांदूळ. 3. इनव्हर्टेड डायोडचे UGO आणि VAC

मेटल-सेमीकंडक्टर संक्रमणाद्वारे प्राप्त केलेले स्कॉटकी डायोड.या प्रकरणात, समान सेमीकंडक्टरच्या उच्च-प्रतिरोधक पातळ एपिटॅक्सियल लेयरसह कमी-प्रतिरोधक एन-सिलिकॉन (किंवा सिलिकॉन कार्बाइड) सब्सट्रेट्स वापरल्या जातात (चित्र 4).

तांदूळ. 4. यूजीओ आणि स्कॉटकी डायोडची रचना: 1 — कमी प्रतिकार असलेले प्रारंभिक सिलिकॉन क्रिस्टल, 2 — उच्च प्रतिकारासह सिलिकॉनचा एपिटॅक्सियल स्तर, 3 — स्पेस चार्ज क्षेत्र, 4 — धातूचा संपर्क

एपिटॅक्सियल लेयरच्या पृष्ठभागावर मेटल इलेक्ट्रोड लागू केला जातो, जो सुधार प्रदान करतो परंतु अल्पसंख्याक वाहकांना कोर प्रदेशात (बहुतेकदा सोने) इंजेक्ट करत नाही. म्हणून, या डायोड्समध्ये बेसमध्ये अल्पसंख्याक वाहकांचे संचय आणि रिसॉर्प्शन यासारख्या संथ प्रक्रिया नाहीत. म्हणून, स्कॉटकी डायोड्सची जडत्व जास्त नाही. हे रेक्टिफायर संपर्क (1 - 20 pF) च्या बॅरियर कॅपेसिटन्सच्या मूल्याद्वारे निर्धारित केले जाते.

याव्यतिरिक्त, रेक्टिफायर डायोड्सच्या तुलनेत स्कॉटकी डायोड्सची मालिका प्रतिरोधकता लक्षणीयरीत्या कमी आहे कारण कोणत्याही, अगदी उच्च डोप केलेल्या, सेमीकंडक्टरच्या तुलनेत धातूच्या थराचा प्रतिकार कमी असतो. हे लक्षणीय प्रवाह (दहापट अँपिअर) सुधारण्यासाठी Schottky डायोड वापरण्यास अनुमती देते. ते सामान्यतः उच्च वारंवारता व्होल्टेज (अनेक MHz पर्यंत) सुधारण्यासाठी दुय्यम स्विचिंगमध्ये वापरले जातात.

पोटापोव्ह एल.ए.