Vermogensdiodes

Samenstelling van elektronengaten

Het werkingsprincipe van de meeste halfgeleiderapparaten is gebaseerd op verschijnselen en processen die plaatsvinden op de grens tussen twee gebieden van een halfgeleider met verschillende soorten elektrische geleidbaarheid - elektron (n-type) en gat (p-type). In het n-type gebied overheersen elektronen, die de belangrijkste dragers van elektrische ladingen zijn, in het p-gebied zijn dit positieve ladingen (gaten). De grens tussen twee gebieden met verschillende geleidbaarheidstypen wordt een pn-overgang genoemd.

Functioneel kan de diode (fig. 1) worden beschouwd als een ongecontroleerde elektronische schakelaar met eenzijdige geleiding. Een diode is in geleidende toestand (gesloten schakelaar) als er een doorlaatspanning op staat.

Rijst. 1. Conventionele grafische aanduiding van de diode

De stroom door de iF-diode wordt bepaald door de parameters van het externe circuit en de spanningsval in de halfgeleiderstructuur is van weinig belang. Als er een sperspanning op de diode staat, is deze in een niet-geleidende toestand (open schakelaar) en loopt er een kleine stroom doorheen. De spanningsval over de diode wordt in dit geval bepaald door de parameters van het externe circuit.

Bescherming van de diodes

De meest typische oorzaken van elektrische storingen van een diode zijn een hoge mate van stijging van de doorlaatstroom diF / dt wanneer aan, overspanning wanneer uitgeschakeld, overschrijding van de maximale waarde van de doorlaatstroom en het breken van de structuur met een onaanvaardbaar hoge sperspanning.

Bij hoge waarden van diF / dt verschijnt een ongelijke concentratie van ladingsdragers in de diodestructuur en als gevolg daarvan lokale oververhitting met daaropvolgende schade aan de structuur. De belangrijkste reden voor de hoge waarden van diF/dt is de kleine inductie in een circuit met een voorwaartse spanningsbron en een aan-diode. Om de waarden van diF / dt te verminderen, wordt een inductantie in serie geschakeld met de diode, die de stijgsnelheid van de stroom beperkt.

Om de waarden van de amplitudes van de spanningen die op de diode worden toegepast te verminderen wanneer het circuit is uitgeschakeld, wordt een in serie geschakelde weerstand R gebruikt en condensator C is de zogenaamde RC-schakeling die parallel met de diode is geschakeld.

Om de diodes te beschermen tegen stroomoverbelastingen in noodmodi, worden snelle elektrische zekeringen gebruikt.

De belangrijkste soorten vermogensdiodes

Volgens de belangrijkste parameters en het doel worden diodes gewoonlijk in drie groepen verdeeld: diodes voor algemeen gebruik, diodes voor snel herstel en Schottky-diodes.

Diodes voor algemeen gebruik

Deze groep diodes onderscheidt zich door hoge waarden van sperspanning (van 50 V tot 5 kV) en doorlaatstroom (van 10 A tot 5 kA). De massieve halfgeleiderstructuur van diodes verslechtert hun prestatie. Daarom ligt de omgekeerde hersteltijd van diodes meestal in het bereik van 25-100 μs, wat hun gebruik in circuits met frequenties boven 1 kHz beperkt.In de regel werken ze in industriële netwerken met een frequentie van 50 (60) Hz. De continue spanningsval over de diodes van deze groep is 2,5-3 V.

Vermogensdiodes zijn er in verschillende pakketten. De meest voorkomende zijn twee soorten uitvoering: een pin en een tablet (Fig. 2 a, b).

Rijst. 2. Constructie van diodelichamen: a — pen; b — tablet

Diodes voor snel herstel. Bij de productie van deze groep diodes worden verschillende technologische methoden gebruikt om de hersteltijd te verkorten. Met name wordt gebruik gemaakt van siliciumdotering met behulp van de diffusiemethode van goud of platina, waardoor de hersteltijd kan worden teruggebracht tot 3-5 μs. Dit vermindert echter de toegestane waarden van voorwaartse stroom en sperspanning. De toegestane stroomwaarden zijn van 10 A tot 1 kA, sperspanning - van 50 V tot 3 kV. De snelste diodes hebben een omgekeerde hersteltijd van 0,1-0,5 μs. Dergelijke diodes worden gebruikt in puls- en hoogfrequente circuits met frequenties van 10 kHz en hoger. Het ontwerp van diodes in deze groep is vergelijkbaar met dat van diodes voor algemeen gebruik.

Schottky-diode

Het werkingsprincipe van Schottky-diodes is gebaseerd op de eigenschappen van het overgangsgebied tussen het metaal en het halfgeleidermateriaal. Voor vermogensdiodes wordt een laag n-type verarmd silicium als halfgeleider gebruikt. In dit geval is er een negatieve lading in het overgangsgebied aan de metaalzijde en een positieve lading aan de halfgeleiderzijde.

Een bijzonderheid van Schottky-diodes is dat de voorwaartse stroom het gevolg is van de beweging van alleen de hoofddragers - elektronen. Het ontbreken van accumulatie van minderheidsdragers vermindert de traagheid van Schottky-diodes aanzienlijk.De hersteltijd is meestal niet meer dan 0,3 μs, de voorwaartse spanningsval is ongeveer 0,3 V. De tegenstroomwaarden in deze diodes zijn 2-3 ordes van grootte hoger dan in p-n-junction-diodes. De beperkende sperspanning is meestal niet meer dan 100 V. Ze worden gebruikt in hoogfrequente en laagspanningspulscircuits.