Diode, diode Zener și tiristoare

Disciplina „inginerie și Electronică electrică“

Secțiunea 3: Bazele electronicii, măsurare electrică

BAZA elemenTar de dispozitive electronice

Scopul activității: Pentru a studia scopul, principiul caracteristicilor de funcționare și curent-tensiune a dispozitivelor semiconductoare: diode, diode Zener, tiristori, tranzistori și dispozitive optoelectronice

OPREDELENIE.Elektronnymi este un dispozitiv în care conversia semnalelor electrice și este implementat de elemente electronice - dispozitive semiconductoare, care includ diode, diode Zener, tiristori, tranzistori și dispozitive optoelectronice bazate pe ele.

Semiconductori sunt utilizate în sistemele de automatizare, control, semnalizare și protecție, precum și sistemele de gestionare a dispozitivelor electrice. În plus, la baza lor de a crea o statice convertoare de putere: redresoare, invertoare, convertoare si convertizoare de frecventa.

Determinare. substanță Poluprovodnikaminazyvayut având o rezistivitate electrică în interior. și menținere la o poziție intermediară între conductivitatea metalelor și izolatorilor.

Diodele sunt structuri cu două straturi care se formează într-un singur cip. Un strat are o conductivitate de p - tipul și celălalt n - straturi tipa.Eti separate printr-un strat în care spațiu încărcat este concentrat în mod pozitiv și negativ perceput de ioni fix (ris.13.1, cadranul II), care sunt formate din atomii își pierd un electron. Uneori, joncțiunea tactul este numită o joncțiune pn, în cazul în care găurile sunt sarcină pozitivă.

Acest lucru este important. Dispozitive cu semiconductoare sunt diody- electronic unul p - n - joncțiune și două terminale, numit anodul (A) și catodul (K) (ris.13.1). diode desemnate în circuitele electrice: VD.

Se crede că dioda conectată în direcția înainte, atunci când anodul este conectat la un potențial pozitiv și un potențial negativ la catod sursei de curent, adică, în cazul în care o astfel de conexiune este deschisă potențial diodă și conductivitatea p-n crește. Aceasta corespunde ramurii de curent-tensiune caracteristică (I-V) în cadranul I (figura 9.1). În direcția înainte prin dioda trece printr-o mare curent Ilim. Prin conectarea unei diode în sens invers (potențial pozitiv la catod și anod este negativ) curent Iobr. mici, calculată în microamps. Aceasta corespunde ramurii în cadranul III (figura 9.1). În acest caz, dioda este închisă și conductanta ei este practic zero.

Astfel, diode prezintă conductivitatea unidirecțională - un curent este trecut numai într-o singură direcție.

În direcția înainte dioda este aplicată o tensiune mică UBR. tensiune inversă pe dioda este de obicei egală cu sursa de tensiune de alimentare. Cu toate acestea, în cazul în care tensiunea inversă Uobr. aplicată dioda depășește o anumită valoare, numită tensiune defalcare Uprob. defalcarea electrice are loc, caracterizată printr-o creștere bruscă a curentului invers, cu puține schimbări în tensiune inversă.

Valorile nominale ale parametrilor de bază ai diodelor conținute în manuale. Printre acestea se numără:

Maximă înainte de curent Iprmax - cel mai mare curent, care poate curge prin dioda lung, fără să-l deterioreze;

tensiune maximă inversă Uobrmax - valoarea maximă a tensiunii pe care dioda poate rezista la o lungă perioadă de timp, fără defalcare în stare închisă.

În prezent, există o mare varietate de modele și parametrii de diode. În funcție de materialul utilizat, acestea sunt germaniu și siliciu. Diodele utilizate în circuitele de redresor (convertește ca la DC), și sunt utilizate în circuitele electrice ca limitatoare de semnale electrice.

diode redresoare sunt împărțite în consum redus de energie (un curent continuu la 0,3), mediu (curent de 0,3 până la 10 A) și putere mare (curent de 10 A la 1000 A și mai mare).

diode Zener. La tensiuni scăzute, electric dioda defalcare putere excelează în feedback-ul ramura CVC (Quadrant III Figura 9.1) este mică, astfel încât este posibilă funcționarea pe termen lung a dispozitivului. Acest mod este folosit în Zener. CVC de lucru porțiune Zener porțiune este situată în cadranul III. În Cadranul I diodă Zener funcționează ca de obicei.

În circuitele electrice de desemnare scrisoare Zener este aceeași cu cea a diodei: VD. Cu toate acestea, mai multe simboluri grafice diferite (Figura 9.2).

Tiristoare. Dispozitive cu semiconductoare, caracterizat

o mare valoare pe curentul de control câștig (1000), precum și valori ridicate ale curenților și tensiunilor de operare, numite tiristoare. Ele sunt utilizate pe scară largă în dispozitive automate de reglare și.

Tiristori - Dispozitive semiconductoare cu trei tranziții p-n-p-n. care au două stări stabile: deschise sau închise. Uneori, ei spun tiristoare controlate diode (redresoare). Scrisoarea identificată în schemele electrice: VS. Dispozitivul are trei pini (Figura 9.3) corespunzătoare anod A și catod K electrod de control RE.

Tiristorului, cum ar fi diodă are o conductivitate unilaterală. Pentru circuite electrice de curent alternativ dispozitiv special proiectat tiristor simetric (triac), care poate fi într-o stare care efectuează în ambele direcții (adică, indiferent de polaritatea tensiunii aplicate la acesta).

ACEASTA tiristor VAZhNO.Esli conectat în direcția în față (anod „+“ și catod „-“) și nu se conectează sistemul de control al SU (figura 9.3), tiristorul nu se va deschide. Pentru a deschide este necesar de semnalul de control al sistemului de management al CS fișier cu polaritatea așa cum este prezentat în figura 9.3. Caracteristică a tiristorului este că, după îndepărtarea semnalului de control în cazul în care se aplică catod k anadim și tensiune înainte, acesta va rămâne deschisă. Off tiristor în două moduri: în primul rând, prin întreruperea fluxului de curent anodic IA; în al doilea rând, reducerea UAK de tensiune în față la zero sau o valoare negativă.

Astfel, circuitul de control tiristor efectuează doar o singură funcție - pentru a comuta aparatul.

IV caracteristică a tiristorului, pentru diferite valori ale curentului de control Iy. este prezentată în Figura 9.4. Când o tensiune inversă în această caracteristică a tiristorului este aceeași ca și cea a diodei. După cum se vede din valoarea curentă de control schimbare IVC ly duce doar la o schimbare în deschiderea tensiunii tiristor.

Evaluări sunt prezentate în manualele de tiristoare, principalii parametri sunt: valoarea maximă a curentului înainte; tensiune maximă inversă; anclanșare valoarea de control curent (cea mai mică valoare a curentului de control la care tiristorul este deschis); tensiune de comutare directă (tensiune la care deschiderea tiristori); timp și în afara timpului.

tranzistoarele bipolare. tranzistoare bipolare au o structură cu trei straturi, cu un joncțiuni p-n-p sau n-p-n. Ei au trei ieșiri (trei electrozi) pentru conectarea la un circuit extern, stratul exterior se numește un emițător (E), colector (C), iar între ele se află baza (B) (ris.9.5). Inscripția tranzistori: VT. In structura de trei straturi are două electron găuri de tranziție: emițător - tranziția între emițător și bază și colector - tranziția între colector și bază. Prezența în structura celor două tipuri de tranzistoare rezultat polaritati și termenul „bipolară“.

În prezent, tranzistoare bipolare sunt cel mai frecvent tip de tranzistori, astfel încât acestea sunt adesea denumite simplu tranzistori, omițând cuvântul „bipolar“.

Cu tranzistoare, controlul curent se realizează și amplificarea semnalelor în circuitele electronice de semiconductoare, adică ei pot lucra într-un mod cheie (ca tiristoare), cât și în modul de amplificare.

Spre deosebire de tiristoare IS VAZHNO.V tranzistori sunt vizibile numai când electrodul de comandă este un semnal de control după îndepărtarea tranzistoarele sunt închise.

Pentru a colector și conexiuni emițător (prin electrozi de putere) curent fluxurile IK. este necesar ca pentru tipul tranzistorului respectiv, o grupare p-n-p sau n-p-n. în concordanță cu potențialul electrozilor așa cum se arată în ris.9.5.

ACEST electrod comun VAZHNO.V în funcție de circuitele de intrare și de ieșire pot include trei mijloace tranzistori (ris.9.6) ale common-emitor (se obține cel mai mare câștig); aranjate într-o bază comună (cea mai mare stabilitate în funcționare); schema cu un colector comun (are o impedanță mare de intrare și de ieșire scăzută).

Dacă intrarea (emițător - bază) este depusă cu tensiunea de intrare Uin (ris.9.6), apoi se schimbă curenții IB și IK. Cu rezistor de sarcină este scos RH și semnalul de ieșire Vout este furnizat la utilizarea sa ulterioară. RH = 0 Când Indeparteaza caracteristicile statice - tranzistori BAX.

CVC tranzistor prezentat în ris.9.7. După cum se vede din ris.13.7 și că caracteristica circuitului de alimentare (o caracteristică de ieșire) a tranzistorului depinde de curent de control - curentul de baza IB. necesară pentru a schimba sistemul de control de tensiune de alimentare pentru schimbarea magnitudinea de bază IB curent (SU).

Parametrii de tranzistor de bază sunt: puterea maximă până la joncțiunea colector RKmax; IKmax colector de curent maxim; Tensiunea colector maximă admisă - emitor UKEmax.

De CVC, de exemplu, un tranzistor inclus în circuitul cu un emitor comun (ris.9.6 b), putem găsi impedanță de ieșire (aproximativ 20¸50 ohmi)

impedanta de intrare (aproximativ 1¸5 ohmi)

și câștig curent

Cu cât este mai câștig de intrare, mai mare b.

Acest lucru este important. Curenții din tranzistorul depinde puternic de temperatura mediului ambiant, ceea ce este un dezavantaj comun al dispozitivelor semiconductoare.

Folosirea tranzistoare bipolare în unele cazuri dificile, deoarece aceste dispozitive sunt controlate de curent, de exemplu, consumă energie apreciabilă din circuitul de intrare. Aceste dezavantaje sunt FETs defavorizate.

Acest lucru este important. dispozitive semiconductoare de câmp tranzistory- că aproape nu consumă curent din circuitul de intrare (circuitul de control). astfel de dispozitive este controlată de un câmp electric. Reglementarea valorilor curente se realizează un câmp magnetic transversal, nu curent, în tranzistoarele bipolare.

Electrozii FET utilizate pentru conectarea la circuitul de alimentare, denumit de scurgere (C) și o sursă (S) și electrodul de comandă se numește o poartă (G) (ris.9.8, b).

Principiul de funcționare al FET cu canal de tip p (ris.9.8. A). Pe ris.9.8, o anumită familie de caracteristici de ieșire ale FET, și ris.9.9 sale diagramă bloc.

Când tensiunea de control UZI = 0 și o sursă de tensiune conectată între drena și sursa USI curent curge prin canalul, care depinde de rezistența canalului. Tensiunea USI determină o p-n tranziție de polarizare inversă între canal p - tipul și n - strat, cu cea mai mare tensiune inversă peste p-n tranziția există în regiunea adiacentă scurgere și sursa din apropierea p-n joncțiunea este în echilibru.

Odată cu creșterea tensiunii de suprafață a USI dublu strat p-n jonctiunea electrice, epuizarea purtătorilor de sarcină de telefonie mobilă, se va extinde. expansiune deosebit de puternică a tranziției apare în vecinătatea de scurgere în cazul în care mai inversă de tensiune pe joncțiunea. Extinderea p-n tranziție duce la o îngustare a curentului conductor al canalului tranzistorului, iar rezistența crește de canal.

Când un anumit p-n tranziție interlock tensiune USI frontieră și cresc odată cu creșterea IC USI curent încetează.

Astfel, prin creșterea Uzi de tensiune. Puteți reduce curent IC.

Spre deosebire de tranzistoare bipolare, tranzistoare cu efect de câmp sunt controlate printr-o tensiune printr-un circuit poartă și durează numai un mic curent Ih p-n joncțiune termică, care se află sub acțiunea unei tensiuni inverse.

Dispozitiv de OPREDELENIE.Poluprovodnikovy a cărui rezistență depinde de lumina, numit fotorezistor (ris.9.10, a). Fotorezistul acțiune bazat pe efectul fotoelectric intern (generarea unei perechi de „electron - gaura“ din material semiconductor iluminat).

Puterea curentului celulei fotoelectrice este direct proporțională cu tensiunea aplicată și expunerea la lumină. În absența luminii ambiante trece prin dispozitivul de un mic curent generat purtători liberi. Atunci când se naște fluxul luminos al curentului de lumină. Diferența dintre aceste două curente numite fotocurent. Fotorezistul de rezistență este în intervalul de la 10 kOhm la 1 Mohm.

Fotodiode (ris.9.10, b) au structura unei diode convenționale. Lumina, de obicei, o singură regiune (p sau n).

Atunci când găurile de fotodiode iluminate generate n - regiunea, ele trec în regiunea p. Dacă nu vă conectați la o fotodiodă și o sursă de curent pentru a iradia lumina p lui - n. apoi generează purtători de sarcină suplimentare. Și dacă fotodiodă este conectat la sarcină, curentul va curge prin ea. În acest caz, fotodiodă este o sursă de EMF (forță photoelectromotive). O astfel de p - n joncțiune se numește fotocelulă. La conectarea celulele solare una față de alta este obținută fotoelectrice (baterii solare).

Fototranzistoare (ris.9.10, c) au două ieșire de la emițător și colector. După iradiere cu lumină de bază vine de deschidere tranzistor. Fotodioda sensibil fototranzistor ca poseda proprietatile amplificatorului.

În funcție de materialul semiconductor este radiație în diferite intervale de lumină în infraroșu și vizibil.

Acest lucru este important. Optocuploarele este dispozitivele semiconductoare, care combină într-o carcasă comună a dispozitivelor de emisie și fotoreceptoare ușoare. Legătura dintre ele este doar fluxul luminos.

Avantajul principal este absența comunicării electrice optocuploare între circuitul de comandă și controlat.

În funcție de tipul de instrument folosit optocuploare sunt diferite: diode (ris.9.11 a), tranzistor (ris.9.11 b) tiristor (ris.9.11 in).