Výkonové diody

Směs elektronových děr

Princip činnosti většiny polovodičových součástek je založen na jevech a procesech, ke kterým dochází na rozhraní dvou oblastí polovodiče s různými typy elektrické vodivosti - elektronové (typ n) a díry (typ p). V oblasti typu n převažují elektrony, které jsou hlavními nositeli elektrických nábojů, v oblasti p jsou to kladné náboje (díry). Hranice mezi dvěma oblastmi různých typů vodivosti se nazývá pn přechod.

Funkčně lze diodu (obr. 1) považovat za neřízený elektronický spínač s jednostranným vedením. Dioda je ve vodivém stavu (sepnutý spínač), pokud je na ni přivedeno propustné napětí.

Rýže. 1. Konvenční grafické označení diody

Proud procházející iF diodou je určen parametry vnějšího obvodu a úbytek napětí v polovodičové struktuře má malý význam. Pokud je na diodu přivedeno zpětné napětí, je v nevodivém stavu (rozpojený spínač) a protéká jí malý proud. Úbytek napětí na diodě je v tomto případě určen parametry vnějšího obvodu.

Ochrana diod

Nejtypičtějšími příčinami elektrických poruch diody jsou vysoká rychlost nárůstu propustného proudu diF / dt při zapnutí, přepětí při vypnutém stavu, překročení maximální hodnoty propustného proudu a porušení konstrukce nepřijatelně vysokým zpětným napětím.

Při vysokých hodnotách diF / dt se ve struktuře diody objevuje nerovnoměrná koncentrace nosičů náboje a v důsledku toho lokální přehřívání s následným poškozením struktury. Hlavním důvodem vysokých hodnot diF / dt je malá indukčnost v obvodu obsahujícím propustný zdroj napětí a zapnutou diodu. Pro snížení hodnot diF / dt je do série s diodou zapojena indukčnost, která omezuje rychlost nárůstu proudu.

Pro snížení hodnot amplitud napětí aplikovaných na diodu, když je obvod vypnutý, se používá sériově zapojený odpor R a kondenzátor C je tzv. RC obvod zapojený paralelně s diodou.

K ochraně diod před proudovým přetížením v nouzových režimech se používají vysokorychlostní elektrické pojistky.

Hlavní typy výkonových diod

Podle hlavních parametrů a účelu se diody obvykle dělí do tří skupin: diody pro všeobecné použití, diody s rychlou obnovou a diody Schottky.

Univerzální diody

Tato skupina diod se vyznačuje vysokými hodnotami zpětného napětí (od 50 V do 5 kV) a propustného proudu (od 10 A do 5 kA). Masivní polovodičová struktura diod zhoršuje jejich výkon. Proto se doba zpětného zotavení diod obvykle pohybuje v rozmezí 25-100 μs, což omezuje jejich použití v obvodech s frekvencemi nad 1 kHz.Zpravidla pracují v průmyslových sítích s frekvencí 50 (60) Hz. Trvalý pokles napětí na diodách této skupiny je 2,5-3 V.

Výkonové diody se dodávají v různých baleních. Nejrozšířenější jsou dva typy provedení: špendlík a tablet (obr. 2 a, b).

Rýže. 2. Konstrukce těles diod: a — kolík; b - tablet

Rychlé obnovovací diody. Při výrobě této skupiny diod se používají různé technologické postupy ke zkrácení doby zpětného zotavení. Používá se zejména dopování křemíkem difúzní metodou zlata nebo platiny, což umožňuje zkrátit dobu zotavení na 3-5 μs. To však snižuje povolené hodnoty propustného proudu a zpětného napětí. Přípustné hodnoty proudu jsou od 10 A do 1 kA, zpětné napětí - od 50 V do 3 kV. Nejrychlejší diody mají reverzní dobu zotavení 0,1-0,5 μs. Takové diody se používají v pulzních a vysokofrekvenčních obvodech s frekvencemi 10 kHz a vyššími. Konstrukce diod v této skupině je podobná jako u diod pro všeobecné použití.

Schottkyho dioda

Princip činnosti Schottkyho diod je založen na vlastnostech přechodové oblasti mezi kovem a polovodičovým materiálem. U výkonových diod se jako polovodič používá vrstva ochuzeného křemíku typu n. V tomto případě je v přechodové oblasti na straně kovu záporný náboj a na straně polovodiče kladný náboj.

Zvláštností Schottkyho diod je, že dopředný proud je způsoben pohybem pouze hlavních nosičů — elektronů. Absence akumulace minoritních nosičů výrazně snižuje setrvačnost Schottkyho diod.Doba zotavení obvykle není delší než 0,3 μs, úbytek napětí v propustném směru je asi 0,3 V. Hodnoty zpětného proudu u těchto diod jsou o 2-3 řády vyšší než u diod p-n-junction. Limitní zpětné napětí nebývá větší než 100 V. Používají se ve vysokofrekvenčních a nízkonapěťových impulsních obvodech.