Силовые выпрямительные диоДы

Таблица 15-1

ДП2-10. ДЛ112-10 Д112-16. ДЛ112-16 Д112-25. ДЛ112-25 Д122-32, ДЛ122-32 Д122-40, ДЛ122-40 Д132-50, ДЛ132-50 Д132-63, ДЛ132-63 Д132-80. ДЛ132-80, ДЧ151-80 Д151-100, ДЧ151-100 Д151-125, ДЧ161-125 Д151-160, ДЧ16М60 Д161-200. ДЛ161-200 Д161-2Б0. ДЧ171-250 Д161-320 ДЛ123-320

ДЛ171-320, ДЧ171-320

Д171-400

Д133-400

Д133-800

Д143-800

Д253-1600

0.21 0,25

0.3; 0,27 0,4 0,5 1

1,2 (2,4) 1,9 (2,7) 2,2 (4,5)

6.4 (8) 5,5

7.5 (9) 10,5

12 15

6-8 8-10 (25) 20 (25) 20 (35) 20 (35) 40; 25 40(60)

25 2560)

50 50 50 100

0,006 0,006 0,006 0,012 0,012 0,027 0,027

0,027 (0,18) 0,18

0,18 (0,29) 0,18 (0,29) 0,29

0,29 (0,51)

0,29

0,08

0,56 (0,51)

0,51

0,21

0,21

0,29

0,61

3,0 2,5 2,0 1,3 1.0 0,8 0,72

0,5 (0,27) 0,3 (0,27) 0,3 (0,18) 0,3 (0.18) 0,15

0,15 (0,08)

0,15

0.08

0,09 (0,08)

0,09

0,045

0,045

0,034

0,024

* IfSM ударный неповторяющийся прямой ток; 1ц1{м ~ повторяющийся импульсный обратный ток; М - масса; Htfij-c - тепловое сопротивление переход - корпус.

Примечания: 1. ДЛ -лавинные диоды; ДЧ - быстровосстанавливающиеся диоды (в случае расхождения данные для них приведены в скобках).

2. Средний прямой ток диода Ip/v А, содержится в марке прибора. Температура корпуса = 100-150° С для серии Д, 100-120С для ДЛ и 100° С Для ДЧ. Температура перехода 7} =150-?:

190° С для серии Д. 140-160° С для ДЛ и 140° С для ДЧ. Импульсное прямое напряжение 1.35 В при токе ЪЛИрду для Д112-10-Д132-80, 2.1-1,5 В для Д133-400-Д253-1600, 1,45 В для ДЛ161-200 и ДЛ171-320, 1,45-2,1 В для ДЧ. Повторяющееся импульсное обратное напряжение UjjM =100- 1400 В для Д112-10-Д13Е-80, 300-1600 В для Д151, Д161 и Д171, 1000-4000 В для Д133-400 1800-2800 В для Д143-800, 400-1600 для Д133-800, 400-2000 В для Д253-1600, 400-1500 для ДЛ112-10-ДЛ132-80, 400-1400 для ДЛ161-200 и ДЛ171-320, 800-1200 В для Серии ДЧ. Для диодов импульсное рабочее обратное напряжение U=0,8[/К1м< напряжение пробоя для лавинных приборов l{BR) URM неповторяющееся импульсное обратное напряжение UjSM - = 1,15 /j/jAt , допустимая рабочая частота 1500-2000 Гц, время обратного восстановления tj. = =.l,6-3,2 мкс (для ДЧ).

3. Диоды ДЛ123, Д133, Д143 и Д253 имеют таблеточную конструкцию.

Электронно-дырочный переход является основным элементом полупроводникового диода. Такой переход обладает ярко выраженными вентильными свойствами. Так, если к р-п переходу приложить внешнее напряжение в прямом направлении (рис. 15-1,с), то это приведет к снижению потенциального барьера на границе двух областей и вызовет дополнительную инжек-цню основных носителей из области р в область п, что соответствует увеличению тока во внешней цепи. И наоборот, если р-п переход будет смещен в обратном направлении, как Показано на рис. 15-1,6, то это приведет к увеличению потенциального барьера и практически полному прекращению диффузии основных носителей через переход, что соответствует уменьшению до минимума тока во внешней цепи. График типичной вольт-амперной характеристики р-п перехода показан на рис. 5-2. Ток р-п перехода зависит от приложенного внешнего напряжения и его полярности и описывается зависимостью

равный 0,026 В при 20° С; /о-тепловой ток, который онределйется концентрацией неосновных носителей в полупроводнике (ток насыщения).

При обратном включении диода ток определяется по формуле

обр = +

где Un-реходе;

- напряжение на собственно р-п пе-- температурный потенциал.

где Гут - сопротивление утечки, обусловливающее наклон обратной веТви вольт-амперной характеристики диода.

При быстром изменении напряжения, приложенного к диоду, последний проявляет реактивные свойства, вызывая искажение формы переключаемых импульсов либо частотные и фазовые искажения в случае синусоидального сигнала. Реактивные свойства диода учитываются в эквивалентной схеме замещения с помощью суммарной эквивалентной емкости Сд, численные значения которой обычно приводятся в справочных данных.

Качество работы диода в электронных цепях характеризуется электрическими параметрами, приводимыми в справочнике для номинальных и предельных режимов рабо-

ты. Такими параметрами являются прямой допустимый ток диода /цр, выпрямленный ток /ор (среднее за период значение тока), обратный ток /обр, прямое падение напряжения при установленном выпрямленном токе Unp, обратное напряжение Udp, наибольшая допустимая мощность Р, диапазон рабочих частот Af и ряд других.

Вольт-амперная характеристика и параметры диода сильно зависят от температуры окружающей среды. Наиболее значительно меняется с температурой обратный ток диода (приблизительно удваивается на каждые 10° С).

Допустимый диапазон рабочих температур для германиевых диодов составляет -60-f--f70, для кремниевых -бО-ь-f 150°С. С. увеличением температуры уменьшается допустимая мощность, рассеиваемая диодом.

При увеличении обратного напряжения на р-п переходе сверх допустимого предела возникает пробой перехода, что выражается в резком увеличении обратного тока перехода (см. рис. 15-2). В зависимости от внешних условий пробой может быть обратимым и необратимым. Последний ведет к разрушению прибора.

Явление обратимого пробоя используется в лавинных диодах и в полупроводниковых стабилитронах - кремниевых диодах, напряжение на которых в области обратимого пробоя слабо зависит от тока. При ограничении тока состояние пробоя в стабилитроне может поддерживаться и воспроизводиться в течение десятков тысяч часов. Промышленностью выпускается большое количество типов кремниевых стабилитронов на различные рабочие напряжения и токи.

В табл. 15-1 приведены справочные данные по силовым выпрямительным диодам. Названия и обозначения параметров соответствуют [15-10].

15-2. ТРАНЗИСТОРЫ

Транзисторы представляют собой полупроводниковые приборы, которые применяются для усиления мощности электрических сигналов. В зависимости от принципа действия транзисторы подразделяются на биполярные и полевые (униполярные).

Биполярные транзисторы

Биполярный транзистор представляет собой трехэлектродный прибор, имеющий два взаимодействующих р-п перехода и имеющий трехслойную структуру р-п-р (или п-р-п) (рис. 15-3). Средняя область называется базой, а крайние-эмиттером и коллектором.

Приведенные параметры и их буквенные обозначения , относятся к диодам, выпускаемым электронной промышленностью. Для силовых диодов утверждены иные названия и обозначения параметров, приведенные частично в табл. 15-1.

Разрезы конструвдий сплавного и пла-нарного транзисторов показаны на рис. 15-4, а и б.

В транзисторе с равномерным распределением атомов примеси в слоях полупроводников распределение равновесных концентраций основных и неосновных носителей имеет вид, показанный пунктиром на рис. 15-3.

Рис. 1S-S. Структура биполярного транзистора (типа р-п-р) в распределение потенциала ф и концентрации основных и неосновных носителей в слоях полупроводников в равновесном и неравновесном состояниях.

Змттерный вывод

БаэоВьш

ЗтШакбиаттт ,

спай Калштвртт выВоЗ

Рис. 15-4. Разрез конструкций сплавного (а) и планарного (б) транзисторов.

Если к выводам транзистора приложены внешние напряжения таким образом, что эмиттерный переход смещается в прямом направлении, а коллекторный - в обратном, то такое включение называют нормальным, т. е, соответствующим усилительному режиму работы. Применительно к структуре р-ПР этому смещению переходов соответствуют напряжения 1/эб>0 и Uk5<0 (рис. 15-3).

При наличии приложенных напряжений распределение концентраций носителей н

электростатического потенциала в слоях показано сплошными линиями на рис. 15-3. Как видно из рисунка, в этом случае потенциальный барьер эмиттерного перехода понижается до уровня Дфэ=Чо-а высота потенциального барьера коллекторного перехода увеличивается до уровня Дфп = =фо-кб=Ч)о-1-£/кб (так как и ъ<Щ. Если изменить потенциальные барьеры переходов, то изменятся и распределения концентраций . основных и неосновных носителей. В результате в базе возникает градиент концентраций неосновных носителей, под действием которого дырки, инисектиро-ваниые из эмиттера, диффундируют от эмиттера к коллектору и, достигнув последнего, втягиваются полем коллекторного перехода. В коллекторной цепи транзистора появляется ток

где /кр -дырочный ток коллектора; ho - тепловой (неуправляемый) ток коллекторного перехода.

Дырочный ток коллектора /кр связан с дырочным током эмиттера Др простым соотношением а;-

В современных транзисторах а=0,95- 0,99 и более. Полный ток коллектора в статическом режиме определяется соотношением

/к = а/э -\- Im-

В принципе, управление транзистором может осуществляться либо током эмиттера, либо током базы. При работе транзистора с эмиттерным входом выходной величиной является ток коллектора

вых = = сэ + ко-В этом случае входной ток не уси.чива-ется (так как а<1), усиление мощности может быть получено только за счет усиления напряжения (в усилительном каскаде).

При управлении током базы выходной величиной может быть либо ток коллектора, либо эмиттера, тогда в первом случае

/вых = / = Р/б + (1 + Р)/ш.

а во втором случае

/вых = /э = (1 + Р) /б + (1 -f- Р) 1т,

где Р - коэффициент передачи тока базы:

Р = а/(1-а).

Статические режимы работы транзистора наиболее полно можно охарактеризовать с помощью статических входных и выходных характеристик транзистора. Входные характеристики представляют собой зависимость входного тока от входного напряжения при фиксированных значениях выходного напряжения, а выходные характеристики определяют зависимость выходного тока от выходного напряжения при фиксированных значениях входного тока. Та-

ким образом, для всех трех схем включения транзистора можно снять и построить соответствующие семейства входных и выходных характеристик.

Для схемы с общей базой входные характеристики представляют собой зависимость /э=/( эб) при кб=соп51, а выходная зависимость /к=/( кб) при /э = С0П81.

Семейства характеристик для схемы с ОБ показаны на рис. 15-5, а, б. Как видно из рисунка, входная статическая характеристика прн (7ко=0 аналогична вольт-амперной

0,1 0,Z OJSB

Рис. 15-5. Входные (а) и выходные (б) статические характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме с общей базой.

0.1 о,г 0,3 в а)

/Тв=П 0,5мА\

икэ

Рис. 15-6. Входные (а) и выходные (б) статические характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером.

характеристике обычного диода при прямом смещении и описывается зависимостью, близкой к экспоненциальной. При увеличении отрицательного смещения на коллекторном переходе входная характеристика смещается к оси токов вследствие внутренней обратной связи в транзисторе, обусловленной эффектом модуляции толщины базы.

Выходные характеристики транзистора в схеме ОБ практически не зависят от коллекторного напряжения в области кб<0, а зависят только от управляющего тока эмиттера. Однако при смещениях, близких к напряжению пробоя кб.проб, происходит лавинообразное увеличение тока коллектора, что может привести к выходу прибора из строя.

Входные характеристики транзистора в схеме ОЭ представляют собой зависимость при фиксированных значениях