+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Прямой ток диода — это… Что такое Прямой ток диода?

Прямой ток диода

3. Прямой ток диода

Ток, протекающий через диод в прямом направлении

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации. academic.ru. 2015.

  • Прямой термодинамический цикл теплосиловой установки
  • Прямой удар молнии

Смотреть что такое «Прямой ток диода» в других словарях:

  • прямой ток диода — Ток, протекающий через диод в прямом направлении. [ГОСТ 25529 82] Тематики полупроводниковые приборы …   Справочник технического переводчика

  • импульсный прямой ток диода — Iпр.и IFM Наибольшее мгновенное значение прямого тока диода, исключая повторяющиеся и неповторяющиеся переходные токи.

    [ГОСТ 25529 82] Тематики полупроводниковые приборы EN peak forward current DE Spitzendurchlassstrom der Diode FR courant direct …   Справочник технического переводчика

  • Импульсный прямой ток диода — 8. Импульсный прямой ток диода D. Spitzendurchlassstrom der Diode E. Peak forward current F. Courant direct de crête Iпр.и Наибольшее мгновенное значение прямого тока диода, исключая повторяющиеся и неповторяющиеся переходные токи Источник: ГОСТ… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Средний прямой ток диода — 9. Средний прямой ток диода D. Mittlerer Durchlassstrom der Diode E. Average forward current F. Courant durect moyen Iпр.ср Среднее за период значение прямого тока диода Источник: ГОСТ 25529 82: Диоды полупроводниковые. Термины, определения и… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • постоянный прямой ток диода — Iпр, IF [ГОСТ 25529 82] Тематики полупроводниковые приборы EN forward continuous current DE Durchlassgleichstrom der Diode FR courant direct continu …   Справочник технического переводчика

  • Постоянный прямой ток диода — 7. Постоянный прямой ток диода D. Durchlassgleichstrom der Diode E. Forward continuous current F. Courant direct continu Iпр Источник: ГОСТ 25529 82: Диоды полупроводниковые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • прямой ток полупроводникового диода — tiesioginė puslaidininkinio diodo srovė statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. forward current of a semiconductor diode vok. Vorwärtsstrom bei einer Halbleiterdiode, m rus. прямой ток полупроводникового диода, m pranc. courant direct d… …   Automatikos terminų žodynas

  • ударный прямой ток выпрямительного диода — Iпр.уд, IFSM Ток, при протекании которого превышается максимально допустимая эффективная температура перехода, но который за время срока службы выпрямительного диода появляется редко с ограниченным числом повторений и вызывается необычными… …   Справочник технического переводчика

  • Ударный прямой ток выпрямительного диода — 40. Ударный прямой ток выпрямительного диода Iпр.уд Ток, при протекании которого превышается максимально допустимая эффективная температура перехода, но который за время срока службы выпрямительного диода появляется редко с ограниченным числом… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • действующий прямой ток выпрямительного диода — Шпр.д,IF(RMS) Действующее значение прямого тока выпрямительного диода за период. [ГОСТ 25529 82] Тематики полупроводниковые приборы Обобщающие термины выпрямительные диоды EN rms forward current …   Справочник технического переводчика

Технические характеристики диодов

  1. Радиоэлектроника
  2. Схемотехника
  3. Основы электроники и схемотехники
  4. Том 3 – Полупроводниковые приборы
  1. Книги / руководства / серии статей
  2. Основы электроники и схемотехники. Том 3. Полупроводниковые приборы

Добавлено 4 февраля 2017 в 22:50

Сохранить или поделиться

В дополнение к прямому падению напряжения и максимальному обратному напряжению есть много других технических параметров диодов, важных при разработке схем и выборе компонентов.

Производители полупроводниковых приборов предоставляют подробные спецификации своих продуктов (в том числе, и диодов) в публикациях, известных как технические описания (datasheets, «даташиты»). Технические описания для широкого спектра полупроводниковых приборов могут быть найдены в справочниках и интернете. В качестве источника спецификаций компонентов я предпочитаю интернет, так как данные, полученные от производителей, более актуальны.

Типовые технические описания диодов содержат данные для следующих параметров:

Максимальное повторяющееся (импульсное) обратное напряжение (Uобр.и.п.макс, VRRM)
Максимальное напряжение, которое диод может выдержать в режиме обратного смещения при повторяющихся импульсах. В идеале, эта величина была бы бесконечной.
Максимальное постоянное обратное напряжение (Uобр.макс, VR, VDC)
Максимальное напряжение, которое диод может выдержать в режиме обратного смещения на постоянной основе. В идеале, эта величина была бы бесконечной.
Максимальное прямое напряжение (U
пр
, VF)
Обычно указывается при номинальном прямом токе диода. В идеале эта величина была бы равна нулю: диод не оказывает никакого сопротивления прямому току. В реальности прямое напряжение описывается уравнением Шокли для диода.
Максимальный (средний) прямой ток (Iпр.ср.макс, IF(AV))
Максимальная средняя величина тока, которую ток может проводить в режиме прямого смещения. Является принципиальным тепловым ограничением: насколько может нагреться PN переход, учитывая что рассеиваемая мощность равна току (I), умноженному на напряжение (U), а прямое напряжение зависит и от тока, и от температуры перехода. В идеале, эта величина была бы бесконечной
Максимальный (пиковый или импульсный) прямой ток (Iпр.и.макс, IFSM, if(surge))
Максимальная пиковая величина тока, которую диод может проводить в режиме прямого смещения. Опять же, этот параметр ограничивается рассеиваемой мощностью диода и, как правило, намного выше максимального среднего тока из-за тепловой инерции (дело в том, что диоду необходимо определенное количество времени, чтобы достигнуть максимальной температуры при заданном токе). В идеале, эта величина была бы бесконечной.
Максимальная общая рассеиваемая мощность(P
д
, PD)
Величина мощности (в ваттах), допустимая для рассеивания диодом, учитывая рассеивание P = IU (ток через диод, умноженный на падение напряжения на диоде) и рассеивание P = I2R (ток в квадрате, умноженный на сопротивление). Фундаментально ограничивается тепловой емкостью диода (способностью выдерживать высокие температуры).
Рабочая температура перехода (Tп.макс, TJ)
Максимальная допустимая температура для PN-перехода диода, как правило, дается в градусах Цельсия (°C). Тепло является «ахиллесовой пятой» полупроводниковых приборов: они должны оставаться холодными как для правильного функционирования, так и для более долгого срока службы.
Диапазон температур хранения
Диапазон температур, допустимых для хранения диода (без подачи питания). Иногда дается в сочетании с рабочей температурой перехода (Tп.макс, TJ), так как значения максимальной температуры хранения и максимальной рабочей температуры часто одинаковы. Хотя, на самом деле, значение максимальной температуры хранения будет больше значения максимальной рабочей температуры.
Тепловое сопротивление (RT, R(Θ)), тепловое сопротивление для разности температур перехода и окружающего воздуха (RTпер–окр, RΘJA), тепловое сопротивление для разности температур перехода и выводов/корпуса (R
Tпер–кор
, RΘJL) при определенной рассеиваемой мощности
Выражаются в единицах градусов Цельсия на ватт (°C/Вт). В идеале, этот показатель был бы равен нулю, что означало бы, что корпус диода был идеальным теплопроводником и радиатором, способным передать всю тепловую энергию от перехода в окружающий воздух (или к выводам) без разницы температур по всей толщине корпуса диода. Высокое тепловое сопротивление означает, что диод будет наращивать чрезмерную температуру в переходе (в своем самом критически важном месте), несмотря на все усилия по охлаждению с внешней стороны диода, и, таким образом, будет ограничиваться максимальная рассеиваемая мощность.
Максимальный обратный ток (Iобр.макс, IR)
Величина тока через диод в режиме обратного смещения с приложенным максимальным обратным напряжением (Uобр.макс, VR, VDC). Иногда называется током утечки. В идеале, этот показатель был бы равен нулю, так как идеальный диод при обратном смещении будет блокировать весь ток. В реальности, он очень мал по сравнению с максимальным прямым током.
Типовая емкость перехода (Cпер, CJ)
Типовая величина емкости, свойственной переходу из-за обедненной области, действующей как диэлектрик, разделяющий соединения анода и катода. Как правило, она очень мала и измеряется в диапазоне пикофарад (пФ).
Время восстановления (tвос.обр trr)
Количество времени, необходимое диоду «выключиться», когда напряжение на нем меняет полярность с прямого смещения на обратное. В идеале, этот показатель был бы равен нулю: диод останавливает проводимость сразу после изменения полярности. Для типовых выпрямительных диодов время восстановления находится в диапазоне десятков микросекунд; для «быстрых коммутирующих» диодов оно может составлять всего несколько наносекунд.

Большинство из этих параметров зависит от температуры и других условий эксплуатации, и поэтому одно значение не в полной мере описывает любой из этих показателей. Поэтому производители предоставляют графики показателей компонентов в зависимости от других переменных (например, температура), благодаря чему разработчик схем имеет лучшее представление о том, на что способно устройство.

Оригинал статьи:

Теги

Время восстановленияДиодЕмкость переходаОбратное напряжениеОбратный токОбучениеПрямое напряжениеПрямой токРассеиваемая мощностьТемпература переходаТепловое сопротивлениеТермическое сопротивлениеЭлектроника

Сохранить или поделиться

На сайте работает сервис комментирования DISQUS, который позволяет вам оставлять комментарии на множестве сайтов, имея лишь один аккаунт на Disqus. com.

В случае комментирования в качестве гостя (без регистрации на disqus.com) для публикации комментария требуется время на премодерацию.


Общие свойства и параметры диодов

 

Система и перечень параметров, включаемые в технические описания и характеризующие свойства полупроводниковых диодов, выбираются с учетом их физико-технологических особенностей и области применения. В большинстве случаев важны сведения об их статических, динамических и предельных параметрах.

Статические параметры характеризуют поведение приборов при постоянном токе, динамические — их частотно-временные свойства, предельные параметры определяют область устойчивой и надежной работы.

В справочники, стандарты или технические описания включается необходимая для детального расчета схем информация о параметрах: нормы на значения параметров, режимы их измерений, вольт-амперные характеристики, зависимости параметров от режима и температуры, максимальные и максимально допустимые значения параметров, конструктивно-технологические особенности приборов, их основное назначение, специфические требования, методы измерения параметров, типовые схемы применения.

Постоянные (случайные) изменения технологических факторов оказывают существенное влияние на значения параметров изготавливаемых приборов. Поэтому значения параметров даже одного типа приборов являются случайными величинами, т.е. имеется отклонение от среднего (типового, номинального) уровня. Для некоторых параметров устанавливаются граничные значения и возможные отклонения (разброс). Нормы на разброс параметров устанавливаются на основе экспериментально-статистических данных при обеспечении надежной и устойчивой работы приборов в различных условиях и режимах применения, а также исходя из экономических соображений.

Необходимо отметить, что вследствие постоянного совершенствования конструкций и технологии изготовления полупроводниковых приборов происходят изменения средних значений параметров. Некоторые образцы приборов имеют параметры лучше, чем приведенные в технических описаниях и справочниках.

В разных странах существуют региональные унифицированные стандарты на параметры и характеристики полупроводниковых приборов, методики их измерений и контроля качества, которые могут существенно отличаться от международных стандартов.

Различают общие параметры, которыми характеризуется любой полупроводниковый диод, и специальные параметры, присущие только отдельным видам диодов. К общим параметрам диодов относят: параметры рассеиваемой мощности, тепловые параметры, пробивные максимальные и максимально допустимые токи и напряжения, параметры, определяемые по виду ВАХ прибора, параметры, характеризующие основные свойства \(p\)-\(n\)-перехода и т.п.

Рассеиваемая мощность (\(P_{пр}\), \(P_{обр}\), \(P_{ср}\), \(P_и\)). Когда через диод проходит ток, при заданном напряжении на диоде выделяется мощность \(P_д = I \cdot U\). При подаче на диод переменного напряжения общая мощность, рассеиваемая диодом, равна сумме мощностей рассеиваемых при прохождении тока в прямом (\(P_{пр}\)) и обратном (\(P_{обр}\)) направлениях \(P_д = P_{пр} + P_{обр}\). Средняя рассеиваемая мощность (\(P_{ср}\)) определяется как среднее за период значение мощности, рассеиваемой диодом при протекании прямого и обратного токов. Максимальное значение рассеиваемой мощности, при которой гарантируется долговременная и стабильная работа диода при заданных внешних условиях, называется максимальной допустимой мощностью рассеяния диода. Наибольшее мгновенное значение мощности, рассеиваемой диодом, называется импульсной рассеиваемой мощностью (\(P_и\)).

Температура (\(T\), \(T_п\), \(T_{кор}\)). Выделение мощности сопровождается нагреванием диода, что приводит к росту обратного тока и увеличению вероятности возникновения теплового пробоя \(p\)-\(n\)-перехода. Для исключения теплового пробоя температура \(p\)-\(n\)-перехода должна быть меньше максимальной допустимой температуры перехода (\(T_{п max}\)). Как правило, эта температура для германиевых диодов составляет 70 °C, а для кремниевых — 125 °C. Выделяемая теплота рассеивается диодом в окружающую среду. Учитывая конструктивные особенности диода и условия его эксплуатации, иногда нормируются максимальная температура корпуса диода (\(T_{к max}\)) и максимальная температура окружающей среды вблизи диода (\(T\)).

Тепловое сопротивление (\(R_т\), \(R_{т пер-окр}\), \(R_{т пер-кор}\)). Перепад температур между переходом и окружающей средой определяется выражением: \(T_п – T = R_т \cdot P_д\), где \(R_т\) — тепловое сопротивление, характеризующее условия отвода теплоты от диода (определяется конструкцией корпуса, наличием радиатора и т.д.). В зависимости от расположения контрольной точки, в которой производится измерение температуры, различают: тепловое сопротивление переход – окружающая среда (\(R_{т пер-окр}\)), тепловое сопротивление переход – корпус диода (\(R_{т пер-кор}\)). Тепловое сопротивление переход – среда (\(R_{т пер-окр}\)) необходимо знать для расчета допустимой рассеиваемой мощности маломощных диодов обычно работающих без теплоотвода, а тепловое сопротивление переход – корпус (\(R_{т пер-кор}\)) — для расчета режима работы мощных приборов при наличии внешнего радиатора. Обычно \(R_{т пер-окр} \gg R_{т пер-кор}\) (сопротивление \(R_{т пер-кор}\) остается постоянным только в случае малых плотностей тока). Тепло от кристалла с переходами к корпусу или радиатору отводится за счет теплопроводности, а от корпуса в окружающее пространство — конвекцией и излучением. Режим диода необходимо выбирать из условия \(\newcommand{\slfrac}[2]{\left.#1\right/#2}U \cdot I \leq P_{д max}= \slfrac{\left( T_{п max} – T \right)}{R_{т пер-окр}}\).

Переходное тепловое сопротивление (\(Z_т\), \(Z_{т пер-окр}\), \(Z_{т пер-кор}\)). При определении тепловых режимов в случае работы диодов при малых длительностях импульсов используются их переходные тепловые характеристики, а именно переходное тепловое сопротивление диода (\(Z_т\)), которое является отношением разности изменения температуры перехода и температуры в контрольной точке за заданный промежуток времени, когда происходит это изменение температуры, к приращению рассеиваемой мощности диода, скачкообразно увеличенной в начале этого интервала. Производными этого параметра являются: переходное тепловое сопротивление переход – окружающая среда (\(Z_{т пер-окр}\)) и переходное тепловое сопротивление переход – корпус диода (\(Z_{т пер‑кор}\)).

Прямой ток и напряжение (\(I_{пр}\), \(I_{пр}\) и, \(I_{пр ср}\), \(U_{пр}\), \(U_{пр и}\)). При приложении к диоду постоянного прямого напряжения \(U_{пр}\) его температура зависит от величины протекающего прямого тока \(I_{пр}\). Прямой ток, при котором температура \(p\)-\(n\)-перехода диода достигает максимального допустимого значения (\(T_{п max}\)), называют допустимым прямым током (\(I_{пр max}\)). Наибольшее допустимое мгновенное значение прямого тока диода называют максимальным импульсным прямым током (\(I_{пр и max}\)). Наибольшее мгновенное значение прямого напряжения на диоде, обусловленное заданным импульсным прямым током, называется максимальным импульсным прямым напряжением диода (\(U_{пр и max}\)). Средний прямой ток диода (\(I_{пр ср}\)) определяется при подаче на диод переменного напряжения как среднее за период значение прямого тока.

Обратный ток и напряжение (\(I_{обр}\), \(I_{обр и}\), \(U_{обр}\), \(U_{обр и}\)). При приложении к диоду постоянного заданного обратного напряжения \(U_{обр}\) через него протекает постоянный обратный ток \(I_{обр}\) определенной величины. Важным параметром диодов является максимальное допустимое обратное напряжение \(U_{обр max}\), при котором не происходит пробоя \(p\)-\(n\)-перехода. Обычно \(U_{обр max} \le {0,8}U_{проб}\), где \(U_{проб}\) — значение обратного напряжения, вызывающее пробой перехода диода, при котором обратный ток достигает заданного значения, оно называется пробивным напряжением диода. Максимально допустимое импульсное обратное напряжение (\(U_{обр и max}\)) определяет максимальное мгновенное значение для обратного напряжения на диоде, а максимально допустимый импульсный обратный ток (\(I_{обр и max}\)) характеризует предельное мгновенное значение обратного тока, обусловленного импульсным обратным напряжением.

Дифференциальное сопротивление (\(r_{диф}\)). Прямое (\(r_{пр}\)) и обратное (\(r_{обр}\)) сопротивления диода постоянному току выражаются соотношениями: \(\newcommand{\slfrac}[2]{\left. #1\right/#2}r_{пр} = \slfrac{U_{пр 0}}{I_{пр 0}}\), \(r_{обр} = \slfrac{U_{обр 0}}{I_{обр 0}}\) , где \(U_{пр 0}\), \(I_{пр 0}\), \(U_{обр 0}\), \(I_{обр 0}\) задают конкретные точки на ВАХ прибора, в которых производится вычисление сопротивления. Поскольку типичная ВАХ полупроводникового прибора имеет участки с повышенной линейностью (один на прямой ветви, один — на обратной), то вводится понятие дифференциального сопротивления (\(r_{диф}\)), которое вычисляется как отношение малого приращения напряжения диода к малому приращению тока в нем при заданном режиме (\(r_{диф пр} = \slfrac{\Delta U_{пр}}{\Delta I_{пр}}\), \(r_{диф обр} = \slfrac{\Delta U_{обр}}{\Delta I_{обр}}\)).

Емкость перехода (\(C_{пер}\)) и накопленный заряд (\(Q_{нк}\)). Изменение внешнего напряжения \(\operatorname{d}U\) на \(p\)-\(n\)-переходе приводит к изменению накопленного в нем заряда \(\operatorname{d}Q\). Поэтому \(p\)‑\(n\)‑переход ведет себя подобно конденсатору, емкость которого \(C = \operatorname{d}Q/\operatorname{d}U\). В зависимости от физической природы изменяющегося заряда различают зарядную (барьерную) и диффузионную емкости. Зарядная (барьерная) емкость определяется изменением нескомпенсированного заряда ионов при изменении ширины запирающего слоя под воздействием внешнего обратного напряжения. При увеличении же внешнего напряжения, приложенного к \(p\)-\(n\)-переходу в прямом направлении, растет концентрация инжектированных носителей вблизи границ перехода, что приводит к изменению количества заряда, обусловленного неосновными носителями в \(p\)- и \(n\)-областях. Это можно рассматривать как проявление некоторой емкости. Поскольку она зависит от изменения диффузионной составляющей тока, ее называют диффузионной емкостью. Заряд электронов или дырок, накопленный при протекании прямого тока в базе диода или \(i\)‑области \(p\)-\(i\)-\(n\)-диода, называется накопленным зарядом (\(Q_{нк}\)). Полная емкость \(p\)-\(n\)-перехода определяется суммой зарядной и диффузионной емкостей: \(C_{пер} = C_{зар} + C_{диф}\). При включении \(p\)‑\(n\)‑перехода в прямом направлении преобладает диффузионная емкость, а при включении в обратном направлении — зарядная (емкость \(C_{диф}\) при этом пренебрежимо мала).

Заряд восстановления (\(Q_{вос}\)) и время восстановления (\(t_{вос обр}\), \(t_{вос пр}\)). При переключении диода с прямого тока на обратный весь накопленный заряд вытекает во внешнюю цепь. При заданных прямом токе и итоговом обратном напряжении весь суммарный заряд (с учетом накопленного заряда и заряда емкости обедненного слоя для полных процессов запаздывания и восстановления), вытекающий во внешнюю цепь, называется зарядом восстановления (\(Q_{вос}\)), а время, истекшее от момента прохождения тока через нулевое значение до момента достижения обратным током заданной величины — временем восстановления обратного сопротивления или просто временем обратного восстановления диода (\(t_{вос обр}\)). Аналогично определяется время установления прямого напряжения или время прямого восстановления диода (\(t_{вос пр}\)), которое равно промежутку времени, в течение которого прямое напряжение на диоде устанавливается от нулевого значения до заданного уровня.

Полный список общих параметров диодов и их принятых обозначений приведен в таб. 2.2‑1. Помимо описанных выше параметров он включает также:

  • эффективное время жизни неравновесных носителей заряда (\(t_{эф}\)), характеризующее материал и некоторые конструктивные параметры кристалла полупроводника;
  • емкость корпуса диода (\(C_{кор}\)), определяемую его конструктивными особенностями;
  • общие емкость (\(C_д\)) и индуктивность (\(L_п\)) диода, измеряемые в установившемся режиме работы.

 

Таб. 2.2-1. Общие основные параметры диодов

 

 

< Предыдущая   Следующая >

Базовая электроника — диоды — CoderLessons.com

Узнав о различных компонентах, давайте сосредоточимся на другом важном компоненте в области электроники, известном как диод . Полупроводниковый диод — это двухконтактный электронный компонент с PN-переходом. Это также называется выпрямителем .

Анод, который является положительным выводом диода, обозначен буквой A, а катод , который является отрицательным выводом , обозначен буквой K. Чтобы узнать анод и катод практического диода, на диоде рисуется тонкая линия, которая означает катод, а другой конец представляет анод.

Как мы уже говорили о полупроводниках P-типа и N-типа, а также о поведении их носителей, давайте теперь попробуем объединить эти материалы, чтобы посмотреть, что произойдет.

Формирование диода

Если материалы P-типа и N-типа располагаются близко друг к другу, оба они соединяются, образуя соединение, как показано на рисунке ниже.

Материал P-типа имеет отверстия в качестве основных носителей, а материал N-типа имеет электроны в качестве основных носителей . Поскольку противоположные заряды притягиваются, мало дырок в P-типе имеют тенденцию уходить в n-сторону, тогда как немного электронов в N-типе имеют тенденцию уходить в P-сторону

По мере того как они оба движутся в направлении соединения, дырки и электроны рекомбинируют друг с другом, нейтрализуя и образуя ионы. Теперь в этом соединении существует область, где образуются положительные и отрицательные ионы, называемые PN-переходом или барьером перехода, как показано на рисунке.

Образование отрицательных ионов на P-стороне и положительных ионов на N-стороне приводит к образованию узкой заряженной области на любой стороне PN-перехода. Этот регион теперь свободен от подвижных носителей заряда. Ионы, присутствующие здесь, были стационарными и поддерживают область пространства между ними без каких-либо носителей заряда.

Поскольку эта область действует как барьер между материалами типа P и N, это также называется барьерным переходом . У этого есть другое имя, названное как Область истощения, означающее, что это истощает обе области. Происходит разность потенциалов VD из-за образования ионов через соединение, называемое потенциальным барьером, так как оно предотвращает дальнейшее движение дырок и электронов через соединение.

Смещение диода

Когда в цепь подключен диод или любой двухполюсный компонент, он имеет два смещенных состояния с заданным источником питания. Это прямое смещение и обратное смещение . Дайте нам знать их подробно.

Смещение вперед

Когда диод подключен в цепи с его анодом к положительной клемме и катодом к отрицательной клемме источника питания, то такое соединение называется смещенным в прямом направлении . Этот тип соединения делает цепь более смещенной в прямом направлении и помогает в большей проводимости. Диод хорошо проводит в прямом смещенном состоянии.

Обратное смещенное условие

Когда диод подключен в цепи с его анодом к отрицательной клемме и катодом к положительной клемме источника питания, то такое соединение называется состоянием обратного смещения . Такое соединение делает цепь все более и более смещенной в обратном направлении и помогает минимизировать и предотвратить проводимость. Диод не может проводить в обратном смещенном состоянии.

Давайте теперь попробуем узнать, что происходит, если диод подключен в прямом смещенном и в обратном смещенных условиях.

Работа под предвзятым предвзятым

Когда на диод подается внешнее напряжение, которое устраняет потенциальный барьер и допускает протекание тока, это называется прямым смещением . Когда анод и катод подключены к положительным и отрицательным клеммам соответственно, отверстия в P-типе и электроны в N-типе имеют тенденцию перемещаться через соединение, разрушая барьер. При этом существует свободный поток тока, почти устраняющий барьер.

С силой отталкивания, создаваемой положительным контактом для дырок и отрицательным контактом для электронов, рекомбинация происходит в соединении. Напряжение питания должно быть таким высоким, чтобы оно заставляло движение электронов и дырок проходить через барьер и пересекать его для обеспечения прямого тока .

Прямой ток — это ток, производимый диодом при работе в прямом смещенном состоянии, и он обозначается I f .

Работа под обратным смещением

Когда на диод подается внешнее напряжение, которое увеличивает потенциальный барьер и ограничивает протекание тока, это называется обратным смещением . Когда анод и катод соединены с отрицательной и положительной клеммами соответственно, электроны притягиваются к положительной клемме, а отверстия притягиваются к отрицательной клемме. Следовательно, оба будут находиться вдали от потенциального барьера, увеличивая сопротивление перехода и не давая электрону пересечь переход.

На следующем рисунке это объясняется. График проводимости, когда поле не применяется и когда применяется какое-либо внешнее поле, также рисуется.

С возрастающим обратным смещением у перехода есть немного неосновных носителей, чтобы пересечь соединение. Этот ток обычно незначителен. Этот обратный ток почти постоянен, когда температура постоянна. Но когда это обратное напряжение увеличивается еще больше, то возникает точка, называемая обратным пробоем , где лавина тока протекает через переход. Этот высокий обратный ток повреждает устройство.

Обратный ток — это ток, создаваемый диодом при работе в режиме обратного смещения, и он обозначается как I r . Следовательно, диод обеспечивает путь с высоким сопротивлением в обратном смещенном состоянии и не проводит, где он обеспечивает путь с низким сопротивлением в прямом смещенном состоянии и проводит. Таким образом, мы можем заключить, что диод является односторонним устройством, которое проводит в прямом смещении и действует как изолятор в обратном смещении. Такое поведение заставляет его работать как выпрямитель, который преобразует переменный ток в постоянный.

Пиковое обратное напряжение

Пиковое обратное напряжение в ближайшее время называется PIV . В нем указывается максимальное напряжение, приложенное при обратном смещении. Пиковое обратное напряжение можно определить как « максимальное обратное напряжение, которое диод может выдержать без разрушения ». Следовательно, это напряжение учитывается в условиях обратного смещения. Это обозначает, как диод может безопасно работать в обратном смещении.

Назначение диода

Диод используется для блокировки потока электрического тока в одном направлении, то есть в прямом направлении, и для блокировки в обратном направлении. Этот принцип диода заставляет его работать в качестве выпрямителя .

Для цепи, которая позволяет току течь в одном направлении, но останавливается в другом направлении, диод выпрямителя является лучшим выбором. Таким образом, на выходе будет постоянный ток, удаляющий компоненты переменного тока. Схемы, такие как полуволновые и двухполупериодные выпрямители, сделаны с использованием диодов, которые можно изучить в учебных пособиях по электронным схемам .

Диод также используется в качестве переключателя . Это помогает быстрее включать и выключать выход, который должен происходить с высокой скоростью.

V — I Характеристики диода

Практическая схема подключения PN-диода, как показано на следующем рисунке. Амперметр подключен последовательно, а вольтметр — параллельно, а питание контролируется переменным резистором.

Во время работы, когда диод находится в прямом смещенном состоянии, при определенном напряжении потенциальный барьер устраняется. Такое напряжение называется напряжением отсечки или напряжением колена . Если прямое напряжение превышает предельное значение, прямой ток возрастает экспоненциально, и если это будет сделано дальше, устройство будет повреждено из-за перегрева.

На следующем графике показано состояние диодной проводимости в прямом и обратном смещенных условиях.

Во время обратного смещения существует ток, производимый через неосновные носители, известный как « Обратный ток ». Когда обратное напряжение увеличивается, этот обратный ток увеличивается, и он внезапно ломается в точке, что приводит к необратимому разрушению соединения.

Полупроводниковый диод

Проводники и изоляторы

Все вещества состоят из одного или более химических элементов, таких, как кислород, сера и т. д. Мельчайшей составной частью вещества явля­ется атом. Атомы различных элементов могут, соединяясь, образовывать молекулы вещества: например, молекула воды включает в себя два атома водорода и один атом кислорода. Таким образом, получаются различные вещества.

Атом, в свою очередь, состоит из более мелких частиц, электронов, вращающихся вокруг ядра, которое находится в центре атома и содержит один или более протонов (рис. 20.1). Отрицательно заряженные электро­ны притягиваются положительно заряженными протонами и непрерывно вращаются по орбитам, или оболочкам, вокруг ядра. Количество элек­тронов в точности равно количеству протонов.

Атомы различных элементов отличаются друг от друга количеством электронов: например, у атома водорода один электрон, тогда как атом углерода имеет шесть электронов. Под действием электрического потен­циала электроны, слабо связанные с ядром (так называемые свободные электроны), покидают свои орбиты и начинают упорядоченное движение, образуя поток электронов, или электрический ток. Возникает электри­ческая проводимость.

 

Рис. 20.1. Атомы состоят из отрицательно заряженных электронов, вращаю­щихся вокруг положительного ядра.

 

Рис. 20.2. Проводники, полупроводники и изоляторы. 

Хороший проводник имеет большое число «несвязанных», или свобод­ных, электронов, которые способствуют возникновению электрического тока. Хороший проводник обладает столь малым сопротивлением, что им можно пренебречь. Примерами могут служить серебро, медь или алюми­ний (рис. 20.2).

Изолятор — это материал, имеющий очень малое количество свобод­ных электронов. Изоляторы препятствуют протеканию электрического тока и, следовательно, обладают очень большим сопротивлением, при­ближающимся к сопротивлению разомкнутой цепи. Примерами могут служить стекло, сухое дерево, резина, поливинилхлорид, слюда и полистирол.  

Полупроводники

Атомы полупроводников сгруппированы в правильную структуру, назы­ваемую «кристаллической решеткой». Они не являются хорошими про­водниками (откуда и их название), поскольку содержат очень мало сво­бодных электронов. Количество свободных электронов возрастает при повышении температуры, что приводит к увеличению проводимости. Эти свободные электроны называют неосновными носителями.

Проводимость также может быть улучшена посредством добавления определенного количества примесей. Такие примеси, как атомы мы­шьяка, вносят в решетку дополнительные электроны, в результате че­го получается полупроводник n-типа. Эти атомы называются атомами-донорами. Добавление атомов, называемых атомами-акцепторами (например, атомов алюминия) приводит к недостатку электронов, или к образованию так называемых дырок, при этом получается полупровод­ник p-типа (рис. 20.3). Электроны и дырки, полученные при внедрении примесей, называют основными носителями.

                  

                               

Рис. 20.3. Полупроводники n— и p-типа     Рис. 20.4. Плоскостной диод с рп-переходом.

 

Плоскостной диод

Если полупроводник р-типа соединить с полупроводником n-типа (рис. 20.4), то под действием диффузии электроны из области с прово­димостью n-типа начнут перетекать в область с проводимостью р-типа, чтобы заполнить дырки в этой области. Перетекание электронов продол­жается до тех пор, пока по обе стороны рта-перехода не образуется ней­тральная зона, или так называемый обедненный слой. Этот обедненный слой приводит к возникновению потенциального барьера, препятствую­щего дальнейшему движению электронов через границу раздела.

Чтобы пересечь границу раздела, электроны должны теперь обладать энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера. Ис­точником этой энергии может служить внешняя электродвижущая сила (ЭДС). Высота потенциального барьера зависит от типа применяемого полупроводника. Например, для германия (Ge) она составляет 0,3В, адля кремния (Si) – 0,6 В.

 

Характеристики диода

При обратном включении диода (рис. 20.5) электроны области с проводи­мостью n-типа (n-области) притягиваются положительным полюсом ис­точника напряжения смещения, а дырки р-области притягиваются отри­цательным полюсом. В результате обедненный слой расширяется, и уве­личившийся потенциальный барьер еще сильнее препятствует проникно­вению электронов через границу раздела.

При прямом включении диода (рис. 20.6) обедненный слой исчезает, и электроны получают возможность перетекать через границу раздела, т. е. ток, создаваемый основными носителями, свободно протекает через диод

.

Рис. 20.5. Обратное включение диода. На рис. (а) видно, что обедненный слой расширился.

Рис. 20.6. Прямое включение диода. На рис, (а) показано исчезновение обед­ненного слоя.

 

Но следует отметить, что на диоде существует постоянное падение напряжения, называемое падением напряжения при прямом включении или прямым напряжением диода (0,3 В для диодов из германия и 0,6 В для кремниевых диодов).

Характеристики плоскостного диода в случае прямого включения по­казаны на рис. 20.7. Заметим, что, как только напряжение смещения превысит потенциальный барьер диода, через него начинает протекать большой ток. При этом очень малое увеличение напряжения смещения приводит к сильному увеличению тока, протекающего через диод. При напряжениях ниже прямого напряжения через диод протекает малый ток утечки (несколько микроампер), которым обычно пренебрегают.

 Характеристики диода в случае обратного включения показаны на рис. 20.8. При обратном включении через диод протекает очень малый ток, вызванный неосновными носителями. Величина этого обратного тока практически постоянна вплоть до достижения максимального напряже­ния, называемого напряжением пробоя рта-перехода или обратным пико­вым напряжением. Если приложить еще большее напряжение, то насту­пает пробой и обратный ток резко возрастает, что приводит к разрушению диода. Поэтому при включении диода в схему следует убедиться, что обратное напряжение на нем не превысит напряжение пробоя, ука­занное изготовителем. Германиевые диоды имеют больший ток утечки и, следовательно, более низкое сопротивление при обратном включении, чем кремниевые диоды.

Рис. 20.7. Характеристики герма­ниевого

и кремниевого диодов при прямом включении.        Рис. 20.8. Характеристики плос­костного диода в случае обратного включения.

В этом видео рассказывается о принципах работы диода:

Диод [База знаний]

Что такое диод? Виды диодов

Теория

КОМПОНЕНТЫ
ARDUINO
RASPBERRY
ИНТЕРФЕЙСЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

Диод — электронный элемент, обладающий различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока. У него есть 2 полюса: анод и катод. Ток пропускается только от анода (+) к катоду (-).

Электроды диода носят названия анод и катод. Если к диоду приложено прямое напряжение (то есть анод имеет положительный потенциал относительно катода), то диод открыт (через диод течёт прямой ток, диод имеет малое сопротивление). Напротив, если к диоду приложено обратное напряжение (катод имеет положительный потенциал относительно анода), то диод закрыт (сопротивление диода велико, обратный ток мал, и может считаться равным нулю во многих случаях).

Диоды бывают электровакуумные, газоразрядные и самые распространённые – полупроводниковые. Свойства диодов, чаще всего в связках между собой, используются для преобразования переменного тока электросети в постоянный ток, для нужд полупроводниковых и других приборов.

 


Конструкция диодов

Конструктивно, полупроводниковый диод состоит из небольшой пластинки полупроводниковых материалов (кремния/германия), одна сторона (часть пластинки) которой обладает электропроводимостью p-типа, то есть принимающей электроны (содержащей искусственно созданный недостаток электронов, «дырочная»), другая обладает электропроводимостью n-типа, то есть отдающей электроны (содержащей избыток электронов, «электронной»).

Слой между ними называется p-n переходом. Здесь буквы p и n — первые в латинских словах negative — «отрицательный», и positive — «положительный». Сторона p-типа, у полупроводникового прибора является анодом (положительным электродом), а область n-типакатодом (отрицательным электродом) диода.


Основные характеристики

Падение напряженияVFВольт
Максимальное сдерживаемое обратное напряжениеVDCВольт
Максимальный прямой токIFАмпер

Вольт-амперная характеристика

После того, как напряжение в прямом направлении превысит небольшой порог VF диод открывается и начинает практически беспрепятственно пропускать ток, который создаётся оставшимся напряжением.

Если напряжение подаётся в обратном направлении, диод сдерживает ток вплоть до некоторго большого напряжения VDC после чего пробивается и работает также, как в прямом направлении.


Основные виды диодов

Выпрямительный диод

Также известен как защитный, кремниевый

  • VF = 0,7 В
  • VDC — сотни или тысячи вольт
  • Открывается медленно
  • Восстанавливается после пробоя обратным током

 

Диод Шоттки

Шоттки — фамилия его изобретателя. Также известен как сигнальный, германиевый.

  • VF = 0,3 В
  • VDC — десятки вольт
  • Открывается быстро
  • Сгорает после пробоя обратным током

 

Диод Зеннера (Стабилитрон)

Зеннер — фамилия его изобретателя. Также известен как стабилитрон

  • VF = 1 В
  • VDC — фиксированное значение на выбор
  • Умышленно используется в обратном направлении как источник фиксированного напряжения

 


3: Уравнение идеального диода — Engineering LibreTexts

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
  1. Приближение
    1. Функция бесконечного шага
    2. Приближение прямого тока
    3. Приближение обратного тока
  2. Ссылки

Как видно из предыдущих разделов, переходной диод p n создает следующий ток: ниже обратное смещение, есть небольшой постоянный обратный ток, а при прямом смещении есть прямой ток, который увеличивается с напряжением.Вольт-амперная функция (также называемая «характеристикой i v «) для идеального диода равна

\ [i (v) = I_S \ left [\ exp \ left (\ dfrac {v} {ηV_T} \ right) — 1 \ right], \ quad v> V_Z \ label {eq1} \]

  • где \ (I_S \) — обратный ток насыщения,
  • \ (v \) — приложенное напряжение (обратное смещение отрицательное),
  • \ (V_T = T / 11,586 \) — вольт-эквивалент температуры, а
  • \ (η \) — коэффициент излучения , который равен 1 для германиевых устройств и 2 для кремниевых устройств.

Обратите внимание, что \ (i \) определяется как положительное при движении от p к n . Уравнение \ ref {eq1} также называется уравнением идеального диода Шокли или законом диода . Также обратите внимание, что для \ (v ≤ V_Z \) диод находится в пробое, и уравнение идеального диода больше не применяется; для \ (v ≤ V_Z, \ quad i = -∞ \). Характеристическая кривая идеального диода i v показана ниже:

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Уравнение идеального диода

Уравнение идеального диода очень полезно в качестве формулы для тока как функции напряжения.Однако иногда обратное соотношение может быть более полезным; если преобразовать уравнение идеального диода и решить его для напряжения как функции тока, мы находим:

\ [v (i) = ηV_T \ ln \ left [\ left (\ dfrac {i} {I_S} \ right) + 1 \ right]. \]

Приблизительные значения

Бесконечная ступенчатая функция

Ряд приближений поведения диода может быть сделан из уравнения идеального диода. Простейшее приближение — представить диод как устройство, которое не пропускает ток, то есть действует как разомкнутая цепь — при обратном смещении, и допускает неограниченное количество тока через — замкнутую цепь — при прямом смещении.В этой упрощенной модели отношение тока к напряжению (также называемое «характеристикой i v ») является бесконечной ступенчатой ​​функцией:

\ [i = \ left \ {\ begin {array} {l}
0, v \ leq 0 \\
\ infty, v> 0
\ end {array} \ right. \]

Эта характеристика изображена ниже:

Это приближение используется в анализе схем, как мы увидим в следующем разделе.

Приближение прямого тока

В случае большого прямого смещения хорошее приближение уравнения идеального диода состоит в том, чтобы просто установить второй член уравнения \ ref {eq1} равным нулю.Это приближение справедливо, потому что идеальная кривая i-v диода растет очень быстро, а также потому, что обратный ток насыщения IS обычно очень мал. Это приближение приемлемо для v> 0,2 В. Приближение прямого тока, как мы его будем называть, приводит к следующей формуле:

\ [i (v) ≈ I_S \ exp \ left (\ dfrac {v} {ηV_T} \ right) \ quad v> 0,2 \, V. \]

Аппроксимация обратного тока

При обратном смещении результирующий ток можно рассматривать как просто обратный ток насыщения, \ (I_S \).В действительности, ток при обратном смещении будет асимптотически приближаться к \ (I_S \), но малая величина обратного тока насыщения делает это расхождение незначительным. Приближение обратного тока действительно в диапазоне \ (V_Z

\ [i (v) ≈ I_S, \ quad V_Z

Список литературы

  1. «Глава 6: Диоды». Основы электротехники. 2-е изд. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Oxford UP, 1996.363-64. Распечатать.
Уравнение тока диода

— электрическое напряжение

Ток, протекающий через диод, не изменяется линейно с увеличением приложенного напряжения. Вольт-амперные характеристики диода имеют экспоненциальную зависимость. Сопротивление диода изменяется с повышением температуры, поэтому ток не изменяется линейно с напряжением. Диод является неомическим и нелинейным полупроводниковым прибором.

Разберемся, от каких факторов зависит ток диода.

Обратный ток насыщения:

Ток, протекающий через диод pn-перехода при обратном смещении, называется током обратного насыщения. За этот ток ответственны неосновные носители. В диоде с PN-переходом обратный ток насыщения возникает из-за диффузного потока неосновных электронов из сторона p на сторону n и неосновные отверстия со стороны n на сторону p. Обратный ток насыщения диода в диапазоне от мкА до нА.Ток обратного насыщения удваивается на каждые 10 градусов повышения температуры.

η, (экспоненциальный) коэффициент идеальности

Коэффициент идеальности — это способ измерения того, насколько точно диод соответствует уравнению идеального диода. если рассматриваемый диод ведет себя точно так же, как у идеального диода, то η будет 1. Его значение увеличивается с 1 по мере увеличения разницы между поведением идеального диода и рассматриваемого диода: больше отклонение, больше значение из η.Значение η принято равным 1 для германиевых диодов и 2 для кремниевых диодов. Фактор идеальности зависит от следующих параметров диода.

  • Дрейф электронов
  • Диффузия
  • Комбинация несущих в области истощения
  • Уровень допинга
  • Производственный процесс
  • Чистота материала

Значение коэффициента идеальности η обычно находится в диапазоне от 1 до 2.

Диодное уравнение при прямом смещении

Когда диод находится в состоянии прямого смещения, через диод протекает большой прямой ток, и значение экспоненты больше, и уравнение диода принимает вид

Диодное уравнение в условиях обратного смещения

Когда диод находится в состоянии обратного смещения, экспоненциальный член становится незначительным, и ток диода равен обратному току насыщения.

I = — Io

Диодное уравнение при комнатной температуре

Пусть в помещении будет температура 27 ° C.

Температура в Кельвинах = 27 + 273 = 300 К

K = 1,38 x 10 -23 JK -1

q = 1,6 x 10 -19 C

Отношение кТ / q называется тепловым напряжением диода.

Расчет тока через диод

Ток через идеальный диод:

Уравнение диода дает выражение для тока через диод как функцию напряжения.Закон идеального диода, выраженный как показано ниже

Где,

I = чистый ток, протекающий через диод

I 0 = обратный ток насыщения

В = приложенное напряжение на выводах диода

q = абсолютное значение заряда электрона

k = постоянная Больцмана и

T = абсолютная температура (K).

Обратный ток насыщения (I 0 ) — чрезвычайно важный параметр, который отличает один диод от другого.I 0 — мера рекомбинации в устройстве. Диод с большей рекомбинацией будет иметь больший I 0 .

Обратите внимание, что,

I 0 увеличивается с увеличением T и

I 0 уменьшается по мере повышения качества материала.

При 300 К, kT / q = 25,85 мВ, называемое тепловым напряжением.

Ток через неидеальные диоды:

Для реальных диодов выражение принимает следующий вид:

.

Где,

n = коэффициент идеальности, число от 1 до 2, которое обычно увеличивается с уменьшением тока.

Влияние температуры на прямые характеристики диода:

Кривая характеристик кремниевого диода смещается влево со скоростью -2,5 мВ на градус Цельсия при изменении температуры в области прямого смещения.

Как показано на графике выше, кривые при разных температурах показаны далеко друг от друга только для иллюстрации. Кривая сдвигается влево со скоростью -2,5 мВ на градус Цельсия при изменении температуры. Следовательно, если температура увеличивается от комнатной (25 ° C) до 80 ° C, падение напряжения на диоде будет (80-25) x 2.5 мВ = 137,5 мВ.

Влияние температуры на обратные характеристики диода:

В области обратного смещения ток обратного насыщения Si- и Ge-диодов удваивается на каждые 10 ° C повышения температуры. Предположим, повышение температуры с 25 ° C до 85 ° C, где обратный ток насыщения при 25 ° C составляет 100 нА. Температура увеличивается на 60 ° C (с 25 ° C до 85 ° C), что составляет 6 x 10. Следовательно, обратный ток насыщения увеличится в 26 = 64 раза. Следовательно, обратный ток насыщения при 85 ° C будет равен 100. нА x 64 = 6400 нА.

График, показывающий изменение тока обратного насыщения в зависимости от температуры, показан ниже.

Из приведенного выше графика видно, что обратный ток насыщения увеличивается с увеличением температуры. На графике также показано, как напряжение обратного пробоя изменяется с температурой. На приведенном выше графике показано, что напряжение обратного пробоя увеличивается с увеличением температуры. Однако это справедливо только для лавинных диодов. Напряжение обратного пробоя стабилитронов уменьшается с повышением температуры.

Вывод уравнения тока диода, калькулятор и пример

Диод — это нелинейный компонент электрической цепи. Это позволяет току при прямом смещении и току блокировки при обратном смещении. Поведение диода можно определить по характеристикам VI. Ток диода зависит от напряжения на диоде. Ток диода можно выразить в виде уравнения тока диода . {\ frac {qV} {\ eta kT}} — 1 \ rbrack $

Где

$ k $ — постоянная Больцмана, $ 1.{- \ frac {V} {\ eta V_ {T}}} \ ll 1 $. Итак, $ I \ приблизительно I_ {o} $ действительно до тех пор, пока внешнее напряжение не станет ниже напряжения пробоя. Ток обратного насыщения диода также называется током темнового насыщения. Это зависит от скорости рекомбинации и качества материала. Также следует отметить, что темновой ток увеличивается с повышением температуры. И она уменьшается с повышением качества материала.

Уравнение тока диода Пример:

Обратное смещение приложено к германиевому диоду с PN переходом.{40 \ times 0,15} -1) $

$ I = 120,73 \ mu A $

Выше будет ток прямого смещения диода для данной ситуации.

Могу ли я использовать уравнение идеального диода Шокли для обратного тока?

Для обратного тока диод показывает постоянный обратный ток, который очень мал и пренебрежимо мал. Обратный ток диода не описывается уравнением идеального диода Шокли.

Калькулятор уравнения диода:

Калькулятор уравнения диода рассчитывает ток в диоде.Задайте внешнее напряжение, температуру тока насыщения и тип материала, чтобы рассчитать ток диода.

Ток в диоде


Далее: Диод PN как Up: PN Junction и Предыдущая: PN Junction и

Поведение диода зависит от его полярности в цепи. (рисунок 4.2). Если диод смещен в обратном направлении (положительный потенциал на N-типе материала) область истощения увеличивается. Единственные носители заряда, способные поддерживать чистый ток через PN переход являются неосновными носителями, и, следовательно, обратный ток равен очень маленький.Диод с прямым смещением (положительный потенциал на материале P-типа) имеет уменьшенную область истощения; большинство носителей могут диффундировать через перекресток. Напряжение может стать достаточно высоким, чтобы исключить область истощения. полностью.


Рисунок 4.2: Подключение диодной цепи: a) с обратным смещением и б) смещение вперед.

Приближение к току в области PN-перехода дается выражением (показано на рисунке 4.3а)

где оба и зависят от температуры. Это уравнение дает достаточно точное предсказание вольт-амперная зависимость самого PN-перехода — особенно изменение температуры — и можно несколько улучшить, выбрав и опытным путем подобрать конкретный диод. Однако для настоящего диода важны и другие факторы: в частности, краевые эффекты вокруг границы соединения вызывают фактический обратный ток немного увеличивается с обратным напряжением, и конечная проводимость легированного полупроводника в конечном итоге ограничивает прямой ток линейным увеличением с увеличением приложенное напряжение.Лучшая вольт-амперная кривая для реального диода показана на рисунке. рисунок 4.3b.


Рисунок 4.3: Зависимость тока от напряжения а) в PN-переходе область и б) для реального диода PN.

Можно выделить различные участки кривой: линейный участок прямое смещение, нелинейная переходная область, напряжение включения () и область обратного смещения. Мы можем назначить динамическое сопротивление диоду в каждом из линейных регионы: в области прямого смещения и в область с обратным смещением.Эти сопротивления определяются как обратный наклон кривой: . Напряжение представляет собой эффективное падение напряжения на прямой смещенный PN переход (напряжение включения). Для германиевого диода это примерно 0,3 В, а для германиевого диода кремниевый диод он близок к 0,6 В.



Далее: Диод PN как Up: PN Junction и Предыдущая: PN Junction и
Дуг Гингрич
Вт 13 июля 16:55:15 EDT 1999

ОСНОВЫ ДРАЙВЕРА ЛАЗЕРНОГО ДИОДА — Электроника длины волны

Что такое драйвер лазерного диода?

В наиболее идеальной форме это источник постоянного тока, линейный, бесшумный и точный, который подает на лазерный диод именно тот ток, который ему необходим для работы в конкретном приложении.Пользователь выбирает, поддерживать ли ток лазерного диода или фотодиода постоянным и на каком уровне. Затем система управления безопасно и на соответствующем уровне подает ток на лазерный диод. Блок-схема на рисунке 1 показывает очень простой драйвер лазерного диода (или иногда известный как источник питания лазерного диода). Каждый символ определен в таблице ниже. Каждый раздел подробно описан ниже. Драйверы лазерных диодов сильно различаются по набору функций и производительности. Эта блок-схема представляет собой репрезентативный образец, предназначенный для ознакомления пользователей с терминологией и основными элементами, а не для исчерпывающей оценки того, что доступно на рынке.

Рисунок 1: Схема драйвера лазерного диода

Источник тока лазерного диода: Одним из ключевых звеньев драйвера лазерного диода является регулируемый источник тока. Его также можно назвать выходным каскадом. Эта секция отвечает за секцию Control System, направляя ток в лазерный диод. На блок-схеме лазерный диод находится между напряжением питания и источником тока. Другие драйверы лазерных диодов помещают лазерный диод между источником тока и землей.В зависимости от конфигурации лазерного диода и заземления один подход может быть лучше другого. Это часть, где пользователь подключает лазерный диод и / или фотодиод в схему.

Система управления: Пользовательские вводы включают предельное значение уставки (в терминах максимального тока лазерного диода, разрешенного для лазерного диода), рабочую уставку и то, является ли управляющая переменная током лазерного диода или током фотодиода. Кроме того, если требуется удаленная уставка, обычно доступен аналоговый вход модуляции.

  • Заданное значение: Это аналоговое напряжение в системе. Он может быть создан комбинацией встроенной регулировки и входа модуляции. В некоторых случаях входная модуляция суммируется со встроенной настройкой. В других случаях он вычитается из бортовой настройки.
  • Генерация ошибки: Чтобы узнать, как работает система, фактический текущий уровень сравнивается с текущим уровнем уставки. Эти два напряжения вычитаются, и результат называется «Ошибка».В случае драйвера лазерного диода фактический уровень тока может поступать либо от лазерного диода, либо от фотодиода. Если в качестве обратной связи используется ток лазерного диода, система управления будет использовать сигнал ошибки от тока лазерного диода. Выход регулируемого источника тока не будет изменяться. Это называется режимом постоянного тока. Если в качестве обратной связи используется ток фотодиода, система управления будет пытаться поддерживать постоянный ток фотодиода (и, в более широком смысле, оптическую мощность лазерного диода). Выход регулируемого источника тока БУДЕТ изменяться, чтобы поддерживать уровень оптической мощности одинаковым.Это называется режимом постоянной мощности.
  • Функция управления: Преобразует сигнал ошибки в сигнал управления для источника тока лазерного диода. Это не то же самое для режима постоянной мощности или постоянного тока.
  • Ограничительная цепь: Один из способов повредить лазерный диод — пропустить через него слишком большой ток. В каждом техническом описании лазерного диода указывается максимальный рабочий ток. Превышение этого тока приведет к повреждению лазерного диода. Чтобы избежать этого, в блок питания лазерного диода включен ограничительный контур.Пользователь определяет максимальную настройку, и выходной ток не должен превышать этот уровень. Некоторые цепи ограничения ограничивают ток на максимальном уровне и продолжают работать. Схема активного ограничения тока отключит ток драйвера лазерного диода.
  • Функции безопасности: Они сильно различаются между драйверами лазерных диодов. Во всем мире правительственные постановления требуют наличия нескольких основных элементов для более мощных лазерных систем. Во-первых, между подачей электроэнергии и генерацией должна быть временная задержка.Во-вторых, должен быть способ блокировки защитных кожухов или входных дверей, чтобы при открытии кожуха или двери лазер отключался. Лазерные диоды чувствительны к тепловому удару, поэтому обычно в них встроена схема медленного пуска. Для драйверов с питанием от постоянного тока отключение выхода, когда напряжение падает и угрожает целостности управления, называется защитой от сбоев. Еще одна ценная функция может защитить лазерный диод от электростатических разрядов или переходных процессов от источника питания.
  • Электропитание: Электропитание должно подаваться на управляющую электронику и источник тока.Это может быть источник питания постоянного тока (некоторые драйверы используют входы с одним источником питания, другие используют два источника питания) или входной разъем переменного тока и кабель. В некоторых случаях, когда для лазерного диода требуется более высокое напряжение, могут быть доступны отдельные входы источника питания постоянного тока для питания управляющей электроники от источника низкого напряжения +5 В и лазерного диода от источника более высокого напряжения.
В чем разница между прибором, модулем и компонентом?

Обычно цена, набор функций и размер.Прибор обычно имеет переднюю панель с ручками и кнопками для регулировки, а также некоторую форму дисплея для отслеживания работы лазерного диода. Все они могут быть автоматизированы с помощью компьютерного управления через USB, RS-232, RS-485 или GPIB. Инструмент обычно питается от сети переменного тока, а не от источника постоянного тока. По нашему определению, модуль не включает в себя дисплей или блок питания и имеет минимально необходимые настройки. Для контроля состояния внешний вольтметр измеряет напряжение, а в техническом описании модуля предусмотрена передаточная функция для преобразования напряжения в фактический ток лазерного диода или ток фотодиода.Компонент дополнительно урезан, без движущихся частей. Внешние резисторы или конденсаторы задают рабочие параметры. Функции безопасности являются общими для всех трех форм. Обычно модули можно разместить на столе или интегрировать в систему с помощью кабелей. Компоненты монтируются непосредственно на печатную плату (PCB) с помощью выводов для сквозного монтажа или поверхностного монтажа (SMT). Два ряда контактов называются DIP-упаковкой (двухрядный), а один ряд контактов — SIP-упаковкой (одинарный ряд).

Разнообразные стандартные контроллеры доступны как в приборной, так и в OEM-упаковке.Некоторые производители стирают границы, например, предлагая USB-управление компонентами в качестве мини-инструментов.

Упаковка компонентов и модулей включает надлежащий теплоотвод элементов схемы (или инструкции о том, как устройство должно быть теплоотводом) и обычно включает соответствующие кабели для подключения лазерного диода и источника питания. Инструменты включают шнур питания, и доступ пользователя внутрь корпуса не требуется.

Пороговый ток: Спецификация лазерного диода.При этом текущее излучение изменяется от спонтанного (как у светодиода) до стимулированного, и возникает когерентный свет. Это значение зависит от типа лазерного диода и температуры корпуса лазерного диода. Telcordia предлагает четыре метода определения порогового тока в SR-TSY-001369.

Прямой ток: Спецификация лазерного диода. Оптическая сила создается током, протекающим через лазерный диод. Как только ток превышает порог, прямой ток и оптическая мощность прямо пропорциональны.Отношения обычно задаются графиком.

прямое напряжение: Спецификация лазерного диода. Прямое напряжение изменяется при изменении прямого тока, аналогично диодной кривой. Прямое напряжение используется для определения минимального уровня входной мощности постоянного тока для модуля или компонента, достаточного для управления лазерным диодом. Он также используется для определения того, как мощность рассеивается в нагрузке по сравнению с самим драйвером.

Режим постоянного тока: Обратная связь, управляющая источником тока, — это фактический ток через лазерный диод.

Режим постоянной мощности: Обратная связь, управляющая источником тока, — это фактический ток через фотодетектор.

Ширина полосы модуляции: Может быть указана для синусоидальной или прямоугольной волны. Обычно это частота, на которой входной сигнал вдвое меньше исходного сигнала (точка 3 дБ).

Глубина модуляции: Указывается в процентах. 100% глубина модуляции означает, что максимальный размах сигнала, разрешенный на входе аналоговой модуляции, повторяется на выходном токе без искажений.Глубина модуляции уменьшается с увеличением частоты.

Disable: Когда выходной ток отключен, все механизмы безопасности обычно устанавливаются на начальное состояние включения, и на лазерный диод подается только остаточный ток утечки.

Ток утечки: В идеале, когда драйвер лазерного диода выключен, через диод не течет ток. На практике питание не выключается, но лазерный диод отключается. Схема отключает систему управления, а не источник тока.Через диод все еще может протекать небольшой ток. Если защита от электростатического разряда подключена параллельно диоду, весь остаточный ток должен обходить диод, когда источник тока отключен. Лазерные диоды обычно не поддерживают «горячую» замену. Удаляйте лазерный диод только при отключенном питании системы, соблюдая соответствующие меры защиты от электростатического разряда.

ESD: Электростатический разряд. Чувство «взрыва», которое возникает при переходе по ковру и прикосновении к металлической ручке двери, является наиболее распространенным примером электростатического разряда. Лазерные диоды чувствительны к электростатическому разряду.Разряда, которого человек не чувствует, по-прежнему достаточно, чтобы повредить лазерный диод. При обращении с лазерным диодом или другим чувствительным к электростатическому разряду электронным оборудованием следует соблюдать соответствующие меры предосторожности.

DVM: Цифровой вольтметр, измеритель напряжения.

Амперметр: Измеритель, контролирующий ток.

Внутреннее рассеяние мощности: При использовании линейного источника тока часть мощности, передаваемой источником питания, поступает на лазерный диод, а часть используется в драйвере лазерного диода.Максимальное внутреннее рассеивание мощности драйвера — это предел, при превышении которого возможно тепловое повреждение внутренних электронных компонентов. Проектирование лазерной диодной системы включает выбор напряжения источника питания. Если для управления диодом, прямое напряжение которого составляет 2 В, выбрано питание 28 В, на драйвер лазерного диода будет падать 26 В. Если драйвер работает на 1 А, внутренне рассеиваемая мощность будет V * I или 26 * 1 = 26 Вт. Если внутренняя мощность рассеивания составляет 9 Вт, компоненты источника тока перегреются и выйдут из строя.Wavelength предоставляет онлайн-калькуляторы безопасной рабочей зоны для всех компонентов и модулей, чтобы упростить выбор конструкции.

Соответствие напряжению: Источник тока имеет соответствующее падение напряжения на нем. Соответствующее напряжение — это напряжение источника питания за вычетом этого внутреннего падения напряжения. Это максимальное напряжение, которое может подаваться на лазерный диод. Обычно указывается при полном токе.

Предел тока: В техническом описании лазерного диода максимальный прямой пиковый ток будет указан при температуре окружающей среды.Выше этого тока лазерный диод будет поврежден. При более высоких температурах это максимальное значение будет уменьшаться. Current Limit — это максимальный ток, который будет подавать источник тока. Активный предел тока приведет к тому, что система управления отключит ток, если предел тока будет превышен. Предел тока можно установить ниже максимального тока лазерного диода и использовать в качестве инструмента для минимизации внутреннего рассеивания мощности драйвера лазерного диода.

Нагрузка: Для драйвера лазерного диода нагрузка состоит из лазерного диода и / или фотодиода.

IMON: Это аналоговое напряжение, пропорциональное току лазерного диода. Передаточные функции предусмотрены в отдельных таблицах драйверов.

PMON: Это аналоговое напряжение, пропорциональное току фотодиода. Передаточные функции предусмотрены в отдельных таблицах драйверов.

RPD: Это общий термин, используемый для обозначения резистора, включенного последовательно с фотодиодом. Измерьте напряжение на этом резисторе, чтобы определить ток фотодиода.[Закон Ома: V = I * R].

VSET: Это общий термин, используемый для обозначения входного сигнала аналоговой модуляции. V указывает на сигнал напряжения, в то время как SET указывает его цель: заданное значение системы управления. Его также можно назвать MOD или MOD IN.

Каковы типичные характеристики и как их интерпретировать для моего приложения?

В настоящее время каждый поставщик проводит собственное тестирование, и стандарта для измерения не существует. После того, как вы определите решение для своего приложения, критически важно протестировать продукт в своем приложении, чтобы проверить его работу.Вот некоторые из определений, которые использует длина волны, и способы интерпретации спецификаций в вашем дизайне.

Входное сопротивление: Указывается для аналоговых входов напряжения, таких как VSET или MOD IN. На более высоких частотах имеет значение относительное значение импеданса источника и импеданса входного контакта. Напряжение сигнала модуляции может быть уменьшено, если значения не совпадают. Доля сигнала, отраженного на границе раздела, определяется как:

(ZL — ZS) / (ZL ​​+ ZS), где ZL — полное сопротивление входного контакта, а ZS — полное сопротивление источника.

Шум: Для драйвера лазерного диода шум выходного тока обычно выражается одним числом в микроампер. Более правильное представление шума — это мА / √Гц, или текущий шум в заданной полосе пропускания.

Пропускная способность: Указывается для синусоидальной волны. Где размах амплитуды синусоидальной волны составляет половину величины входного сигнала на входе аналоговой модуляции (точка 3 дБ).

Время нарастания: После начальной задержки и последовательности медленного пуска, если прямоугольная волна применяется на входе аналоговой модуляции, источник тока отреагирует на быстрое изменение этого значения.Это также можно назвать временем включения.

Fall Time: Когда источник тока отключен, уровень тока через диод упадет до остаточного уровня за это время. Это также можно назвать временем выключения.

Глубина модуляции: Отклик источника тока будет меняться по мере увеличения частоты модуляции. На низких частотах может быть введен полный сигнал Rail-to-Rail, и источник тока будет точно следовать за ним. Это 100% глубина модуляции.На более высоких частотах значения размаха больше не будут доходить до рельса. При глубине модуляции 90% входной сигнал с размахом 5 В приведет к изменению размаха в IMON на 4,5 В.

Диапазон рабочих температур: Электроника разработана для правильной работы в указанном диапазоне температур. За пределами минимальной и максимальной температуры может произойти повреждение или измениться поведение. Рабочий диапазон, который указывает длина волны, связан со спецификацией максимального внутреннего рассеивания мощности.Выше определенной температуры окружающей среды (обычно 35 ° C или 50 ° C) максимальное внутреннее рассеивание мощности снижается до нуля при максимальной рабочей температуре.

Диапазон рабочих напряжений: В некоторых драйверах лазерных диодов можно использовать два входных напряжения — одно для питания управляющей электроники (VDD) и одно для обеспечения более высокого напряжения согласования для лазерного диода (VS). Обычно управляющая электроника работает при более низких напряжениях: от 3,3 до 5,5 В. Превышение этого напряжения может повредить элементы в секциях управления или питания.Источник тока (или выходной каскад) разработан для более высоких напряжений (например, 30 В в драйверах лазерных диодов семейства PLD). Эту спецификацию необходимо рассматривать вместе с приводным током и мощностью, подаваемой на нагрузку, чтобы гарантировать, что конструкция не превышает спецификацию максимального внутреннего рассеивания мощности. Например, PLD5000 рассчитан на работу до 5 А при входном напряжении 30 В. Его максимальная внутренняя рассеиваемая мощность составляет 15 Вт. Если 28 В используется для питания лазерного диода, который падает на 2 В, на PLD5000 будет падать 26 В.При 26 В максимальный ток в пределах безопасного рабочего диапазона составляет менее 15/26 или 0,576 А. Использование большего значения тока приведет к перегреву компонентов выходного каскада и потенциально необратимо повредит драйвер.

Монитор и фактическая точность: Сигналы IMON и PMON представляют собой аналоговые напряжения, пропорциональные току лазерного диода и току фотодиода, соответственно. Точность фактических токов по отношению к измеренным значениям указывается в отдельных таблицах данных на драйверы.Для обеспечения этой точности в длине волны используется откалиброванное оборудование, отслеживаемое NIST.

Отдельное заземление монитора и питания: Одно заземление высокой мощности предназначено для подключения к источнику питания на любом драйвере лазерного диода. Несколько слаботочных заземлений расположены среди сигналов монитора, чтобы минимизировать смещения и неточности. Несмотря на то, что заземления с высоким и низким током связаны внутри, для достижения наилучших результатов используйте заземление с низким током с любым монитором.

Линейные или импульсные блоки питания для компонентов и модулей: Линейные блоки питания относительно неэффективны и имеют большие размеры по сравнению с импульсными блоками питания.Однако они малошумные. Если шум критичен для вашей системы, вы можете попробовать импульсный источник питания, чтобы увидеть, влияет ли частота переключения на производительность в любом месте системы.

Типы лазерных диодов:

Длина волны определяет три различных конфигурации выводов лазерного диода / фотодиода. Некоторые драйверы лазерных диодов универсальны, в то время как другие предназначены для подключения лазерного диода. Они четко обозначены в каждом техническом описании драйвера лазерного диода.

Заземление с модулями и компонентами:

В некоторых корпусах лазерных диодов любой из выводов лазерного диода закорачивает на корпус, что может соединить вывод с землей через системное оборудование.Особое внимание к деталям заземления обеспечит безопасную работу. Следующие определения и варианты предполагают, что заземление источника питания является плавающим или изолированным от заземления:


Кроме того, если вы объедините драйвер лазерного диода с контроллером температуры, вам может потребоваться использовать отдельные источники питания. Если ТЕС или термистор подключен к лазерному диоду, вам может потребоваться разделить заземление, используя источник питания для каждого контроллера и позволяя каждому источнику питания плавать независимо от другого.

Wavelength разрабатывает драйверы для лазерных диодов и производит их на заводе в Бозмане, штат Монтана, США. Чтобы просмотреть список текущих вариантов выбора драйверов лазерных диодов, щелкните здесь.

Полезных сайтов:

Что такое лазерный диод?

Безопасность лазерного диода

Веб-сайт CDRH

Внешние ссылки предназначены для справочных целей. Wavelength Electronics не несет ответственности за содержание внешних сайтов.

Прямой ток от 400 A до 1000 A | Модули, диодные | Модули

VS-400CNQ045PbF
Увеличить
К-244 Два диода с общим катодом 45 400 114 3400 0.52 -55 до +150 180 19
VS-401CNQ … PbF серии
Увеличить
К-244 Два диода с общим катодом 45 400 147 3450 0.56 -55 до +175 270 24
VS-401CNQ … PbF серии
Увеличить
К-244 Два диода с общим катодом 40 400 147 3450 0.56 -55 до +175 270 24
VS-403CNQ100PbF
Увеличить
К-244 Два диода с общим катодом 100 400 141 3300 0.69 -55 до +175 15 13
VS-409CNQ … Серия PbF
Увеличить
К-244 Два диода с общим катодом 150 400 129 2300 0.75 -55 до +175 15 5,5
VS-409CNQ … Серия PbF
Увеличить
К-244 Два диода с общим катодом 135 400 129 2300 0.75 -55 до +175 15 5,5
VS-440CNQ030PbF
Увеличить
К-244 Два диода с общим катодом 30 440 125 3000 0.41 -55 до +150 198 20
VS-VSKCS400 / 045
Увеличить
AAP Gen 7 (TO-240AA) Два диода с общим катодом 45 400 91 3400 0.73 -55 до +150 180 19
VS-VSKCS401 / 045
Увеличить
AAP Gen 7 (TO-240AA) Два диода с общим катодом 45 400 120 3400 0.69 -55 до +175 270 24
VS-VSKCS403 / 100
Увеличить
AAP Gen 7 (TO-240AA) Два диода с общим катодом 100 400 104 2600 0.83 -55 до +175 15 5,5
VS-VSKCS408 / 060
Увеличить
AAP Gen 7 (TO-240AA) Два диода с общим катодом 60 400 102 3300 0.71 -55 до +150 15 5,5
VS-VSKCS409 / 150
Увеличить
AAP Gen 7 (TO-240AA) Два диода с общим катодом 150 400 105 2300 0.85 -55 до +175 15 1,8
VS-VSKCS440 / 030
Увеличить
AAP Gen 7 (TO-240AA) Два диода с общим катодом 30 440 97 3000 0.61 -55 до +150 198 20
Серия VS-VSKD600
Увеличить
Супер МАГН-А-ПАК Схема удвоителя с двумя диодами 800–2000 600 100 19000 20100 1.45 -40 до +150
ВС-ВСКДФ400 / 06ПбФ
Увеличить
ИНТ-А-ПАК Схема диодного удвоителя 600 540 90 4140 1.28 159,0-40 до +175
ВС-ВСКДФ500 / 06ПбФ
Увеличить
ИНТ-А-ПАК Схема диодного удвоителя 600 772 90 4140 1.25 104,0-40 до +175
ВС-ВСКДФ600 / 06ПбФ
Увеличить
ИНТ-А-ПАК Схема диодного удвоителя 600 771 90 4140 1.305 150,0-40 до +175
VS-VSKDS408 / 060
Увеличить
AAP Gen 7 (TO-240AA) Схема удвоителя с двумя диодами 60 400 102 3300 0.71 -55 до +150 15 5,5
ВС-ВСКЕФ500 / 06ПбФ
Увеличить
ИНТ-А-ПАК Одинарный диод 600 772 90 4500 1.25 104,0-40 до +175
VS-VSKJS403 / 100
Увеличить
AAP Gen 7 (TO-240AA) Два диода с общим анодом 100 400 121 2600 0.83 -55 до +175 15 5,5
VS-VSKJS409 / 150
Увеличить
AAP Gen 7 (TO-240AA) Два диода с общим анодом 150 400 105 2300 0.85 -55 до +175 15 1,8
VS-VSKJS440 / 030
Увеличить
AAP Gen 7 (TO-240AA) Два диода с общим анодом 30 440 97 3000 0.61 -55 до +150 198 20
VS-VSMD400AW60, VS-VSMD400CW60
Увеличить
К-244 Два диода с общим катодом 600 400 133 2500 2620 1.31-40 до +175
VS-VSMD400AW60, VS-VSMD400CW60
Увеличить
К-244 Два диода с общим анодом 600 400 133 2500 2620 1.31-40 до +175
VS-VSUD360CW40
Увеличить
К-244 Два диода с общим катодом 400 510 116 2880 1.09 74,0 -40 до +150
VS-VSUD405CW60
Увеличить
К-244 Два диода с общим катодом 600 480 132 2880 1.13 124,0-40 до +175
VS-VSUD410CW60
Увеличить
К-244 Два диода с общим катодом 600 572 137 3330 1. Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *