กำหนดคุณลักษณะของโวลต์-แอมแปร์ของไดโอดเรียงกระแส ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์: ประเภทและลักษณะเฉพาะ วงจรเชื่อมต่อไดโอดเรียงกระแส

ไดโอดในอุดมคติคืออะไร?

หน้าที่หลักของไดโอดเรียงกระแสแบบธรรมดาคือ นำกระแสไฟฟ้าไปในทิศทางเดียวและไม่ผ่านไปในทิศทางตรงกันข้าม- ดังนั้น ไดโอดในอุดมคติควรเป็นตัวนำที่ดีมากซึ่งมีความต้านทานเป็นศูนย์เมื่อต่อแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้า (บวกกับขั้วบวก ลบกับแคโทด) และเป็นฉนวนสัมบูรณ์ที่มีความต้านทานไม่สิ้นสุดเมื่อแรงดันไฟฟ้ากลับด้าน

นี่คือลักษณะที่ปรากฏบนกราฟ:

ไดโอดรุ่นนี้ใช้ในกรณีที่เท่านั้น ฟังก์ชันลอจิคัลอุปกรณ์.

ตัวอย่างเช่นในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัล

คุณลักษณะ I-V ของไดโอดเซมิคอนดักเตอร์จริง

อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ เนื่องจากโครงสร้างเซมิคอนดักเตอร์ ไดโอดจริงจึงมีข้อเสียและข้อจำกัดหลายประการเมื่อเปรียบเทียบกับไดโอดในอุดมคติ สามารถดูได้ในกราฟด้านล่าง

V ϒ (แกมมา) - แรงดันไฟฟ้าเกณฑ์การนำไฟฟ้า

เมื่อเปิดเครื่องโดยตรง แรงดันไฟฟ้าบนไดโอดจะต้องถึงค่าเกณฑ์ที่กำหนด - V ϒ นี่คือแรงดันไฟฟ้าที่จุดเชื่อมต่อ PN ในเซมิคอนดักเตอร์เปิดเพียงพอสำหรับไดโอดที่จะเริ่มนำกระแสไฟฟ้าได้ดี ก่อนที่แรงดันไฟฟ้าระหว่างขั้วบวกและแคโทดจะถึงค่านี้ ไดโอดจะเป็นตัวนำที่แย่มาก V ϒ สำหรับอุปกรณ์ซิลิคอนมีค่าประมาณ 0.7V สำหรับอุปกรณ์เจอร์เมเนียม - ประมาณ 0.3V

I D_MAX - กระแสสูงสุดผ่านไดโอดเมื่อเชื่อมต่อโดยตรง

เมื่อเชื่อมต่อโดยตรง ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์จะสามารถทนต่อกระแส I D_MAX ที่จำกัดได้ เมื่อกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านอุปกรณ์เกินขีดจำกัดนี้ ไดโอดจะร้อนเกินไป ส่งผลให้โครงสร้างผลึกของเซมิคอนดักเตอร์ถูกทำลายและอุปกรณ์ใช้งานไม่ได้ ขนาดของกระแสไฟฟ้านี้จะแตกต่างกันไปอย่างมากขึ้นอยู่กับประเภทของไดโอดและผู้ผลิต

I OP - กระแสไฟรั่วย้อนกลับ

เมื่อเปลี่ยนกลับด้าน ไดโอดจะไม่ใช่ฉนวนสัมบูรณ์และมีความต้านทานจำกัด แม้ว่าจะมีค่าความต้านทานที่สูงมากก็ตาม สิ่งนี้ทำให้เกิดการก่อตัวของกระแสรั่วไหลหรือ IOP กระแสย้อนกลับ กระแสรั่วไหลสำหรับอุปกรณ์เจอร์เมเนียมสูงถึง 200 µA สำหรับอุปกรณ์ซิลิกอนสูงถึงหลายสิบ nA ไดโอดซิลิคอนคุณภาพสูงล่าสุดที่มีกระแสย้อนกลับต่ำมากอยู่ที่ประมาณ 0.5 nA

เมื่อสลับกลับ ไดโอดสามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าที่จำกัด - แรงดันพังทลาย PIV หากความต่างศักย์ภายนอกเกินค่านี้ ไดโอดจะลดความต้านทานลงอย่างรวดเร็วและเปลี่ยนเป็นตัวนำ ผลกระทบนี้ไม่พึงปรารถนา เนื่องจากไดโอดควรเป็นตัวนำที่ดีเมื่อเชื่อมต่อโดยตรงเท่านั้น แรงดันพังทลายจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับไดโอดประเภทต่างๆ และผู้ผลิต

ในกรณีส่วนใหญ่ สำหรับการคำนวณในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ไม่ได้ใช้แบบจำลองที่แน่นอนของไดโอดที่มีคุณสมบัติทั้งหมด ความไม่เชิงเส้นของฟังก์ชันนี้ทำให้ปัญหาซับซ้อนเกินไป พวกเขาชอบที่จะใช้แบบจำลองโดยประมาณที่เรียกว่า

แบบจำลองไดโอดโดยประมาณ “ไดโอดในอุดมคติ + V ϒ”

ที่ง่ายที่สุดและใช้บ่อยที่สุดคือแบบจำลองโดยประมาณระดับแรก ประกอบด้วยไดโอดในอุดมคติและเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์การนำ V ϒ .

แบบจำลองไดโอดโดยประมาณ “ไดโอดในอุดมคติ + V ϒ + r D”

บางครั้งมีการใช้แบบจำลองโดยประมาณระดับที่สองที่ซับซ้อนและแม่นยำกว่าเล็กน้อย ในกรณีนี้ ความต้านทานภายในของไดโอดจะถูกเพิ่มให้กับโมเดลระดับแรก โดยเปลี่ยนฟังก์ชันจากเลขชี้กำลังเป็นเส้นตรง

หนึ่งใน อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรต่างๆ คือ ไดโอดเรียงกระแส ซึ่งกระแสสลับถูกแปลงเป็นไฟฟ้ากระแสตรง การออกแบบถูกสร้างขึ้นในรูปแบบของอุปกรณ์สองขั้วที่มีการนำไฟฟ้าทางเดียว การยืดผม กระแสสลับเกิดขึ้นที่การเปลี่ยนผ่านของโลหะ-เซมิคอนดักเตอร์ และเซมิคอนดักเตอร์-โลหะ ผลเช่นเดียวกันนี้เกิดขึ้นได้ในการเปลี่ยนหลุมอิเล็กตรอนของผลึกบางชนิด - เจอร์เมเนียม, ซิลิคอน, ซีลีเนียม ในหลายกรณีคริสตัลเหล่านี้ใช้เป็นองค์ประกอบหลักของอุปกรณ์

ไดโอดเรียงกระแสใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ วิทยุ และอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา วงจรจะถูกปิดและเปิด ตรวจจับและเปลี่ยนพัลส์และสัญญาณไฟฟ้า รวมถึงการแปลงอื่น ๆ ที่คล้ายกัน

หลักการทำงานของไดโอดเรียงกระแส

ไดโอดแต่ละตัวมีขั้วต่อสองขั้วนั่นคืออิเล็กโทรด - แอโนดและแคโทด ขั้วบวกเชื่อมต่อกับ p-layer และแคโทดเชื่อมต่อกับ n-layer ในกรณีของการเชื่อมต่อโดยตรงของไดโอด ค่าบวกจะไปที่ขั้วบวกและลบไปที่แคโทด ส่งผลให้กระแสไฟฟ้าเริ่มไหลผ่านไดโอด

หากการจ่ายกระแสทำในลักษณะตรงกันข้าม - ขั้วลบถูกนำไปใช้กับขั้วบวกและขั้วบวกถูกนำไปใช้กับแคโทดคุณจะได้รับสิ่งที่เรียกว่าการสลับย้อนกลับของไดโอด ในกรณีนี้ จะไม่มีการไหลของกระแส ตามที่ระบุโดยลักษณะเฉพาะของแรงดันกระแสของไดโอดเรียงกระแส ดังนั้นเมื่อมาถึงอินพุทจะมีเพียงครึ่งคลื่นเดียวเท่านั้นที่จะผ่านไดโอด

รูปที่นำเสนอสะท้อนถึงคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของไดโอดอย่างชัดเจน สาขาตรงของมันตั้งอยู่ในจตุภาคแรกของกราฟ มันอธิบายไดโอดในสถานะการนำไฟฟ้าสูงเมื่อมีการจ่ายแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้า สาขานี้แสดงเป็นฟังก์ชันเชิงเส้นแบบแยกชิ้น u = U 0 + R D x i โดยที่ u แทนแรงดันไฟฟ้าที่คร่อมวาล์วในระหว่างที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน i ดังนั้น U 0 และ R D คือแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์และความต้านทานแบบไดนามิก

จตุภาคที่สามมีสาขาย้อนกลับของคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบัน ซึ่งบ่งชี้ถึงค่าการนำไฟฟ้าต่ำเมื่อใช้แรงดันย้อนกลับกับไดโอด ในสถานะนี้ แทบไม่มีกระแสไหลผ่านโครงสร้างเซมิคอนดักเตอร์

ตำแหน่งนี้จะถูกต้องจนถึงค่าแรงดันย้อนกลับที่แน่นอนเท่านั้น ในกรณีนี้ ความแรงของสนามไฟฟ้าในบริเวณรอยต่อ pn สามารถสูงถึงระดับ 105 V/cm สนามดังกล่าวให้พลังงานจลน์แก่อิเล็กตรอนและโฮลซึ่งเป็นตัวพาประจุเคลื่อนที่ ซึ่งสามารถทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนของอะตอมซิลิคอนที่เป็นกลาง

โครงสร้างมาตรฐานของไดโอดเรียงกระแสถือว่ามีรูและอิเล็กตรอนการนำไฟฟ้าซึ่งถูกสร้างขึ้นอย่างต่อเนื่องภายใต้อิทธิพลของการสร้างความร้อนตลอดปริมาตรทั้งหมดของโครงสร้างตัวนำ ต่อจากนั้นพวกมันจะถูกเร่งความเร็วภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าของทางแยก p-n นั่นคืออิเล็กตรอนและรูก็มีส่วนร่วมในการแตกตัวเป็นไอออนของอะตอมซิลิคอนที่เป็นกลางด้วย ในกรณีนี้ กระแสย้อนกลับจะเพิ่มขึ้นเหมือนกับหิมะถล่ม และสิ่งที่เรียกว่าการพังทลายของหิมะถล่มจะเกิดขึ้น แรงดันไฟฟ้าที่กระแสย้อนกลับเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจะแสดงในรูปเป็นแรงดันพังทลาย U3

พารามิเตอร์พื้นฐานของไดโอดเรียงกระแส

เมื่อพิจารณาพารามิเตอร์ขององค์ประกอบวงจรเรียงกระแสควรคำนึงถึงปัจจัยต่อไปนี้:

• , ค่าสูงสุดที่อนุญาตเมื่อแก้ไขกระแสเมื่ออุปกรณ์ยังไม่ล้มเหลว
• ค่าสูงสุดของกระแสไฟฟ้าที่แก้ไขโดยเฉลี่ย
• แรงดันย้อนกลับสูงสุด

อุปกรณ์เรียงกระแสมีหลายรูปทรงและสามารถติดตั้งได้หลายวิธี

ตามลักษณะทางกายภาพจะแบ่งออกเป็นกลุ่มต่อไปนี้:

• ไดโอดเรียงกระแสกำลังสูงซึ่งมีปริมาณงานสูงถึง 400 A ซึ่งอยู่ในหมวดหมู่ไฟฟ้าแรงสูงและมีให้เลือกสองประเภท ตัวเรือนพินทำจากแก้ว และตัวเรือนแท็บเล็ตทำจากเซรามิก
• ไดโอดเรียงกระแสกำลังปานกลางที่มีความจุตั้งแต่ 300 mA ถึง 10 A
• ไดโอดเรียงกระแสกำลังต่ำที่มีพิกัดกระแสสูงสุด 300 mA

เมื่อเลือกอุปกรณ์เฉพาะจำเป็นต้องคำนึงถึงลักษณะแรงดันไฟฟ้าของกระแสย้อนกลับและกระแสสูงสุดสูงสุด, แรงดันไปข้างหน้าและย้อนกลับสูงสุดที่อนุญาต, ความแรงเฉลี่ยของกระแสที่แก้ไขตลอดจนวัสดุของผลิตภัณฑ์ และประเภทของการติดตั้ง คุณสมบัติหลักทั้งหมดของไดโอดเรียงกระแสและพารามิเตอร์ของมันถูกทำเครื่องหมายไว้บนตัวเรือนในรูปแบบของสัญลักษณ์ การทำเครื่องหมายองค์ประกอบต่างๆ ระบุไว้ในหนังสืออ้างอิงและแค็ตตาล็อกพิเศษ ซึ่งจะช่วยเร่งและอำนวยความสะดวกในการเลือกองค์ประกอบต่างๆ

วงจรที่ใช้ไดโอดเรียงกระแสมีความแตกต่างกันตามจำนวนเฟส:

• เฟสเดียวมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือน รถยนต์ และอุปกรณ์สำหรับการเชื่อมอาร์กไฟฟ้า
• มัลติเฟสใช้ในอุปกรณ์อุตสาหกรรม การขนส่งสาธารณะพิเศษและการขนส่งสาธารณะ

ไดโอดเรียงกระแสและวงจรไดโอดอาจเป็นเจอร์เมเนียมหรือซิลิคอนก็ได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ ใช้บ่อยที่สุด ตัวเลือกสุดท้ายขอบคุณ คุณสมบัติทางกายภาพซิลิคอน ไดโอดเหล่านี้มีกระแสย้อนกลับที่ต่ำกว่ามากที่แรงดันไฟฟ้าเดียวกัน ดังนั้นแรงดันย้อนกลับที่ยอมรับได้จึงสูงมากในช่วง 1,000-1500 โวลต์

สำหรับการเปรียบเทียบ สำหรับไดโอดเจอร์เมเนียมค่านี้คือ 100-400 V ไดโอดซิลิคอนยังคงทำงานในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ - 60 ถึง + 150 องศา และไดโอดเจอร์เมเนียม - ในช่วงตั้งแต่ - 60 ถึง + 850C เท่านั้น ที่อุณหภูมิเกินค่านี้ คู่อิเล็กตรอนของรูจะเกิดขึ้นที่ความเร็วสูง ซึ่งทำให้กระแสย้อนกลับเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและประสิทธิภาพของวงจรเรียงกระแสลดลง

วงจรเชื่อมต่อไดโอดเรียงกระแส

วงจรเรียงกระแสที่ง่ายที่สุดทำงานตามรูปแบบต่อไปนี้ อินพุตจะมาพร้อมกับแรงดันไฟฟ้าหลักสลับที่มีครึ่งรอบด้านบวกและด้านลบ โดยมีสีแดงและแดงตามลำดับ สีฟ้า- โหลด RH ปกติเชื่อมต่ออยู่ที่เอาต์พุต และไดโอด VD จะเป็นองค์ประกอบในการแก้ไข

เมื่อแรงดันไฟฟ้าบวกครึ่งรอบถูกจ่ายให้กับขั้วบวก ไดโอดจะเปิดขึ้น ในช่วงเวลานี้ Ipr กระแสตรงของไดโอดจะไหลผ่านไดโอดและโหลดที่ขับเคลื่อนจากวงจรเรียงกระแส บนแผนภูมิด้านขวา คลื่นนี้จะแสดงเป็นสีแดง

เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าครึ่งรอบเชิงลบกับขั้วบวก ไดโอดจะปิด และกระแสย้อนกลับเล็กน้อยจะเริ่มไหลทั่วทั้งวงจร ในกรณีนี้ครึ่งคลื่นลบของกระแสสลับจะถูกตัดโดยไดโอด คลื่นครึ่งคลื่นที่ตัดออกนี้ระบุด้วยเส้นประสีน้ำเงิน ในแผนภาพ สัญลักษณ์ของวงจรเรียงกระแสไดโอดจะเหมือนกับปกติ โดยจะมีเพียงสัญลักษณ์ VD เท่านั้นที่อยู่ด้านบนของสัญลักษณ์

เป็นผลให้ไม่มีกระแสสลับอีกต่อไป แต่กระแสพัลส์ในทิศทางเดียวจะไหลผ่านโหลดที่เชื่อมต่อผ่านไดโอดไปยังเครือข่าย อันที่จริงนี่คือการแก้ไขกระแสสลับ อย่างไรก็ตาม แรงดันไฟฟ้านี้เหมาะสำหรับโหลดพลังงานต่ำที่ขับเคลื่อนโดยไฟ AC เท่านั้น เหล่านี้อาจเป็นหลอดไส้ที่ไม่จำเป็นต้องใช้ เงื่อนไขพิเศษโภชนาการ ในกรณีนี้แรงดันไฟฟ้าจะผ่านหลอดไฟเฉพาะในช่วงพัลส์ - คลื่นบวก มีการกะพริบเล็กน้อยของหลอดไฟที่ความถี่ 50 Hz

เมื่อเชื่อมต่อแรงดันไฟฟ้าเดียวกันกับเครื่องรับหรือเครื่องขยายสัญญาณเสียง เสียงฮัมความถี่ต่ำ 50 Hz หรือที่เรียกว่า AC hum จะดังขึ้นในลำโพงหรือลำโพง ในกรณีเหล่านี้ อุปกรณ์เริ่ม “ฟาวล์” สาเหตุของสภาวะนี้ถือเป็นกระแสพัลซิ่งที่ไหลผ่านโหลดและสร้างแรงดันเร้าใจในนั้น นี่คือสิ่งที่สร้างพื้นหลัง

ข้อเสียเปรียบนี้ถูกกำจัดบางส่วนโดยการเชื่อมต่อตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าแบบกรอง Sf ที่มีความจุขนาดใหญ่ขนานกับโหลด ในระหว่างครึ่งรอบเชิงบวก กระแสจะชาร์จ และในระหว่างครึ่งรอบลบ จะถูกคายประจุโดยใช้โหลด RH ความจุขนาดใหญ่ของตัวเก็บประจุช่วยให้คุณรักษากระแสต่อเนื่องตลอดโหลดตลอดครึ่งรอบทั้งหมด - บวกและลบ บนกราฟ กระแสดังกล่าวจะเป็นเส้นสีแดงหยักทึบ

อย่างไรก็ตาม กระแสไฟที่ปรับให้เรียบนี้ยังคงไม่ให้การทำงานปกติ เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าอินพุตครึ่งหนึ่งจะหายไประหว่างการแก้ไขเมื่อใช้เพียงครึ่งรอบเดียวเท่านั้น ข้อเสียเปรียบนี้ได้รับการชดเชยด้วยไดโอดเรียงกระแสอันทรงพลังที่ประกอบเข้าด้วยกันเป็นสิ่งที่เรียกว่าไดโอดบริดจ์ วงจรนี้ประกอบด้วยองค์ประกอบสี่ประการซึ่งช่วยให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ตลอดครึ่งรอบทั้งหมด ด้วยเหตุนี้การแปลงกระแสสลับเป็นกระแสตรงจึงมีประสิทธิภาพมากกว่ามาก

ปัจจุบันไดโอดสามารถพบได้ในเกือบทุกประเภท เครื่องใช้ในครัวเรือน- หลายๆ คนถึงกับประกอบอุปกรณ์บางอย่างในห้องปฏิบัติการที่บ้านของตน แต่เพื่อที่จะใช้องค์ประกอบเหล่านี้ของวงจรไฟฟ้าได้อย่างถูกต้อง คุณจำเป็นต้องรู้ว่าคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าของไดโอดคืออะไร เป็นลักษณะเฉพาะที่บทความนี้จะเน้น

มันคืออะไร

VAC ย่อมาจากคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ มันสะท้อนถึงการพึ่งพาของกระแสที่ไหลผ่านทางแยก p-n ของไดโอด คุณลักษณะแรงดันไฟฟ้ากระแสจะกำหนดการพึ่งพากระแสกับขนาดตลอดจนขั้วของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ คุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันมีรูปแบบกราฟ (แผนภาพ) กราฟนี้มีลักษณะดังนี้:

ลักษณะเฉพาะของ I-V สำหรับไดโอด

สำหรับไดโอดแต่ละประเภท กราฟลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันจะมีลักษณะเฉพาะของตัวเอง อย่างที่คุณเห็น กราฟประกอบด้วยเส้นโค้ง ค่าของกระแสไปข้างหน้า (การเชื่อมต่อโดยตรง) จะถูกทำเครื่องหมายในแนวตั้งที่ด้านบนและย้อนกลับที่ด้านล่าง แต่แผนภาพและกราฟแนวนอนจะแสดงแรงดันไฟฟ้าในทิศทางไปข้างหน้าและย้อนกลับในทำนองเดียวกัน ดังนั้น แผนภาพคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันจะประกอบด้วยสองส่วน:

• ส่วนบนและด้านขวา - องค์ประกอบทำงานในทิศทางไปข้างหน้า มันสะท้อนกระแสที่ไหลผ่าน เส้นในส่วนนี้สูงขึ้นอย่างรวดเร็ว เป็นลักษณะของแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าที่เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ
• ส่วนล่างซ้าย - องค์ประกอบทำหน้าที่ในทิศทางตรงกันข้าม มันสอดคล้องกับกระแสปิด (ย้อนกลับ) ผ่านทางแยก ตรงนี้เส้นจะวิ่งเกือบขนานกับแกนนอน มันสะท้อนให้เห็นถึงการเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆของกระแสย้อนกลับ

บันทึก! ยิ่งส่วนบนในแนวตั้งของกราฟชันมากเท่าใด และยิ่งเส้นล่างอยู่ใกล้กับแกนนอนมากเท่าใด คุณสมบัติการแก้ไขของเซมิคอนดักเตอร์ก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น

เป็นที่น่าสังเกตว่าลักษณะแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันนั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเป็นอย่างมาก สิ่งแวดล้อม- ตัวอย่างเช่น อุณหภูมิอากาศที่เพิ่มขึ้นอาจทำให้กระแสย้อนกลับเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว
คุณสามารถสร้างเส้นโค้งแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันได้ด้วยมือของคุณเองดังนี้:

• ใช้แหล่งจ่ายไฟ
• เชื่อมต่อกับไดโอดใด ๆ (ลบกับแคโทดบวกกับขั้วบวก)
• เราทำการวัดโดยใช้มัลติมิเตอร์

จากข้อมูลที่ได้รับ จะมีการสร้างคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันสำหรับองค์ประกอบเฉพาะ แผนภาพหรือกราฟของมันอาจมีลักษณะเช่นนี้

ลักษณะแรงดันกระแสไม่เชิงเส้น

กราฟแสดงคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบัน ซึ่งในการออกแบบนี้เรียกว่าไม่เชิงเส้น
ลองดูตัวอย่างเซมิคอนดักเตอร์ประเภทต่างๆ สำหรับแต่ละกรณี คุณลักษณะนี้จะมีกำหนดการของตัวเอง แม้ว่าทั้งหมดจะมีลักษณะเดียวกันโดยมีการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยเท่านั้น

CVC สำหรับช็อตกี้

หนึ่งในไดโอดที่พบบ่อยที่สุดในปัจจุบันคือ Schottky เซมิคอนดักเตอร์นี้ตั้งชื่อตามนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Walter Schottky สำหรับ Schottky ลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันจะมีรูปแบบดังต่อไปนี้

CVC สำหรับชอตกี้

อย่างที่คุณเห็น Schottky มีลักษณะเฉพาะคือแรงดันไฟฟ้าตกต่ำในสถานการณ์การเชื่อมต่อโดยตรง กราฟมีความไม่สมมาตรอย่างชัดเจน ในโซนการกระจัดไปข้างหน้า จะสังเกตการเพิ่มขึ้นของกระแสและแรงดันไฟฟ้าแบบเอ็กซ์โปเนนเชียล ภายใต้อคติย้อนกลับและไปข้างหน้าสำหรับองค์ประกอบที่กำหนด กระแสในสิ่งกีดขวางนั้นเกิดจากอิเล็กตรอน เป็นผลให้องค์ประกอบดังกล่าวมีลักษณะเฉพาะด้วยการกระทำที่รวดเร็วเนื่องจากไม่มีกระบวนการกระจายและการรวมตัวกันใหม่ ในกรณีนี้ ความไม่สมมาตรของคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันจะเป็นเรื่องปกติสำหรับโครงสร้างแบบสิ่งกีดขวางที่นี่การพึ่งพากระแสกับแรงดันไฟฟ้าถูกกำหนดโดยการเปลี่ยนแปลงจำนวนพาหะที่มีส่วนร่วมในกระบวนการถ่ายโอนประจุ

ซิลิคอนไดโอดและคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบัน

นอกจาก Schottky แล้ว เซมิคอนดักเตอร์ซิลิคอนยังได้รับความนิยมอย่างมากในขณะนี้ สำหรับไดโอดชนิดซิลิคอน ลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันจะมีลักษณะดังนี้

ลักษณะทาง IV ของซิลิคอนและเจอร์เมเนียมไดโอด

สำหรับเซมิคอนดักเตอร์ลักษณะนี้เริ่มต้นที่ประมาณ 0.5-0.7 โวลต์ บ่อยครั้งที่เซมิคอนดักเตอร์ซิลิคอนถูกเปรียบเทียบกับเซมิคอนดักเตอร์เจอร์เมเนียม หากอุณหภูมิโดยรอบเท่ากัน อุปกรณ์ทั้งสองเครื่องจะแสดงแถบความถี่ ในกรณีนี้ องค์ประกอบซิลิคอนจะมีกระแสไหลไปข้างหน้าต่ำกว่าองค์ประกอบที่ทำจากเจอร์เมเนียม กฎเดียวกันนี้ใช้กับกระแสย้อนกลับ ดังนั้นเซมิคอนดักเตอร์เจอร์เมเนียมมักจะประสบกับการสลายตัวเนื่องจากความร้อนทันทีหากมีแรงดันย้อนกลับสูง
เป็นผลให้เมื่อมีอุณหภูมิและแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าเท่ากัน สิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นสำหรับเซมิคอนดักเตอร์ซิลิคอนจะสูงขึ้นและกระแสการฉีดจะลดลง

ลักษณะเฉพาะของ IV และไดโอดเรียงกระแส

โดยสรุป ฉันต้องการพิจารณาคุณลักษณะนี้ของไดโอดเรียงกระแส ไดโอดเรียงกระแสเป็นหนึ่งในประเภทของเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ในการแปลงไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟฟ้ากระแสตรง

คุณลักษณะ IV สำหรับไดโอดเรียงกระแส

แผนภาพแสดงคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้ากระแสทดลองและลักษณะทางทฤษฎี (เส้นประ) อย่างที่คุณเห็นมันไม่ตรงกัน เหตุผลก็คือว่าปัจจัยบางประการไม่ได้นำมาพิจารณาในการคำนวณทางทฤษฎี:

• การปรากฏตัวของความต้านทานโอห์มมิกในบริเวณฐานและตัวปล่อยของคริสตัล
• การค้นพบและการติดต่อของเขา
• ความเป็นไปได้ของกระแสรั่วไหลตามพื้นผิวคริสตัล
• การเกิดขึ้นของการรวมตัวกันใหม่และกระบวนการสร้างในช่วงเปลี่ยนผ่านสำหรับผู้ให้บริการ
• การพังทลายประเภทต่างๆ ฯลฯ

ปัจจัยทั้งหมดเหล่านี้สามารถมีผลกระทบที่แตกต่างกันซึ่งนำไปสู่คุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันที่แตกต่างจากทฤษฎี อีกทั้งส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อ รูปร่างกราฟิกในสถานการณ์นี้จะได้รับอิทธิพลจากอุณหภูมิโดยรอบ
คุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันสำหรับไดโอดเรียงกระแสแสดงให้เห็นถึงค่าการนำไฟฟ้าสูงของอุปกรณ์เมื่อมีการจ่ายแรงดันไฟฟ้าไปในทิศทางไปข้างหน้า ในทิศทางตรงกันข้ามจะสังเกตเห็นค่าการนำไฟฟ้าต่ำในสถานการณ์เช่นนี้ กระแสจะไม่ไหลผ่านองค์ประกอบในทิศทางตรงกันข้าม แต่สิ่งนี้เกิดขึ้นเฉพาะกับพารามิเตอร์แรงดันย้อนกลับบางตัวเท่านั้น หากเกินนั้น กราฟจะแสดงการเพิ่มขึ้นของกระแสเหมือนหิมะถล่มในทิศทางตรงกันข้าม

บทสรุป

คุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันสำหรับองค์ประกอบไดโอดถือเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญซึ่งสะท้อนถึงลักษณะเฉพาะของการนำกระแสไฟฟ้าในทิศทางย้อนกลับและไปข้างหน้า ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าและอุณหภูมิโดยรอบ

การแก้ปัญหาการสั่นไหว แถบ LEDบน “นางฟ้าตา” สำหรับรถยนต์ด้วยมือของคุณเอง โครงสร้างรองรับสำหรับไฟส่องสว่างกลางแจ้ง: สิ่งที่คุณต้องรู้

ลักษณะแรงดันกระแส (ลักษณะโวลต์-แอมแปร์)- การพึ่งพาของกระแสที่ไหลผ่านความต้านทานของแรงดันไฟฟ้าข้ามความต้านทานนี้แสดงเป็นกราฟิก คุณลักษณะของ IV สามารถเป็นแบบเชิงเส้นและไม่เชิงเส้นได้ และขึ้นอยู่กับสิ่งนี้ ความต้านทานและวงจรที่มีความต้านทานเหล่านี้จะแบ่งออกเป็นเชิงเส้นและไม่เชิงเส้น

ดังนั้นลักษณะแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันจึงขึ้นอยู่กับการพึ่งพา แรงดันไฟฟ้าจากความแรงในปัจจุบันค่ะ วงจรไฟฟ้าหรือแต่ละองค์ประกอบ (ลิโน่, ตัวเก็บประจุ ฯลฯ ) สำหรับองค์ประกอบเชิงเส้นของวงจรไฟฟ้า ลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันจะเป็นเส้นตรง

เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับเซมิคอนดักเตอร์เพิ่มขึ้น กระแสในนั้นจะเพิ่มขึ้นเร็วกว่าแรงดันไฟฟ้า (รูปที่ 1) มาก กล่าวคือ สังเกตความสัมพันธ์แบบไม่เชิงเส้นระหว่างกระแสและแรงดันไฟฟ้า ถ้าเมื่อแรงดันไฟฟ้า U เปลี่ยนเป็นย้อนกลับ (-U) การเปลี่ยนแปลงของกระแสในเซมิคอนดักเตอร์มีลักษณะเหมือนกัน แต่ไปในทิศทางตรงกันข้าม สารกึ่งตัวนำดังกล่าวจะมี ลักษณะแรงดันกระแสสมมาตร.

ในการเลือกใช้เซมิคอนดักเตอร์ด้วย ประเภทต่างๆบรรลุการนำไฟฟ้า (n-type และ p-type) ลักษณะแรงดันกระแสไม่สมมาตร(รูปที่ 2)

ส่งผลให้มีคลื่นครึ่งหนึ่ง แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับวงจรเรียงกระแสเซมิคอนดักเตอร์จะผ่านกระแส นี่คือกระแสที่ไหลในทิศทางไปข้างหน้า Ipr ซึ่งเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับครึ่งคลื่นแรก

เมื่อสัมผัสกับแรงดันไฟฟ้าครึ่งคลื่นหลัง ระบบของเซมิคอนดักเตอร์สองตัว (ในวงจรเรียงกระแสระนาบ) ​​จะไม่ผ่านกระแสในทิศทางตรงกันข้าม Irev กระแส Irev จำนวนน้อยมากไหลผ่านทางแยก p-n เนื่องจากการมีอยู่ของตัวพากระแสไฟส่วนน้อยในเซมิคอนดักเตอร์ (อิเล็กตรอนในเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p และรูในเซมิคอนดักเตอร์ชนิด n) เหตุผลก็คือความต้านทานสูงของชั้นการเปลี่ยนแปลง (รอยต่อ p-n) ที่เกิดขึ้นระหว่างเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p และเซมิคอนดักเตอร์ชนิด n

ด้วยการเพิ่มขึ้นอีกในช่วงครึ่งหลังของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ Irev กระแสย้อนกลับจะเริ่มเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆและอาจถึงค่าที่เกิดการพังทลายของชั้นกั้น (รอยต่อ p-n)

ข้าว. 1. ลักษณะแรงดันกระแสของเซมิคอนดักเตอร์

ข้าว. 2. ลักษณะแรงดันไฟฟ้ากระแสไม่สมมาตรของวงจรเรียงกระแสเซมิคอนดักเตอร์ (ไดโอดระนาบ)

ยิ่งอัตราส่วนของกระแสไปข้างหน้าต่อกระแสย้อนกลับมากขึ้น (วัดที่ค่าแรงดันไฟฟ้าเดียวกัน) คุณสมบัติของวงจรเรียงกระแสก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น ค่านี้ประมาณโดยค่าของสัมประสิทธิ์การแก้ไข ซึ่งเป็นอัตราส่วนของกระแสไปข้างหน้า I'rev ต่อกระแสย้อนกลับ I'rev ที่ค่าแรงดันไฟฟ้าเดียวกัน:

มีอุปกรณ์มากมายที่สร้างขึ้นเพื่อแปลงกระแสไฟฟ้า และไดโอดเรียงกระแสก็เป็นหนึ่งในนั้น

วงจรเรียงกระแสไดโอด - ตัวแปลงกระแสสลับเป็นไฟฟ้ากระแสตรง เป็นสารกึ่งตัวนำชนิดหนึ่ง มีการใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากคุณสมบัติหลักคือการถ่ายโอนกระแสไฟฟ้าอย่างเคร่งครัดในทิศทางเดียว

หลักการทำงาน

สร้างเอฟเฟกต์ที่ต้องการระหว่างการทำงานของอุปกรณ์ คุณสมบัติ พี-เอ็นการเปลี่ยนแปลง ประกอบด้วยความจริงที่ว่าถัดจากทางแยกของเซมิคอนดักเตอร์สองตัวจะมีชั้นถูกสร้างขึ้นซึ่งมีลักษณะเป็นสองจุด: ความต้านทานสูงและไม่มีตัวพาประจุ นอกจากนี้ เมื่อชั้นกั้นนี้สัมผัสกับแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจากภายนอก ความหนาของชั้นจะลดลงและหายไปในเวลาต่อมา กระแสที่เพิ่มขึ้นในระหว่างนี้คือกระแสตรงที่ผ่านจากขั้วบวกไปยังแคโทด หากขั้วของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับภายนอกเปลี่ยนแปลงไป ชั้นปิดกั้นจะมีขนาดใหญ่ขึ้น และความต้านทานจะเพิ่มขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

ลักษณะแรงดันกระแสของไดโอดเรียงกระแส (ลักษณะโวลต์แอมแปร์) ยังให้แนวคิดเกี่ยวกับลักษณะเฉพาะของการทำงานของวงจรเรียงกระแสและไม่เชิงเส้น ดูเหมือนว่านี้มีสองสาขา - เดินหน้าและถอยหลัง ประการแรกสะท้อนถึงค่าการนำไฟฟ้าสูงสุดของเซมิคอนดักเตอร์เมื่อเกิดความต่างศักย์ไฟฟ้าโดยตรง ส่วนที่สองแสดงถึงค่าการนำไฟฟ้าต่ำที่ความต่างศักย์ไฟฟ้าผกผัน

ลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันของวงจรเรียงกระแสจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิ โดยจะเพิ่มขึ้นเมื่อความต่างศักย์ไฟฟ้าลดลง ไฟฟ้าจะไม่ผ่านอุปกรณ์ในกรณีที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำ แต่จะพังทลายหากแรงดันย้อนกลับเพิ่มขึ้นถึงระดับหนึ่ง

การใช้ชุดประกอบ

เมื่อใช้งานไดโอดเซมิคอนดักเตอร์วงจรเรียงกระแส คลื่นกระแสสลับเพียงครึ่งหนึ่งเท่านั้นที่มีประโยชน์ ดังนั้น แรงดันไฟฟ้าอินพุตมากกว่าครึ่งหนึ่งจึงสูญเสียไปอย่างถาวร

เพื่อปรับปรุงคุณภาพของการแปลงกระแสสลับเป็นไฟฟ้ากระแสตรงจึงมีการใช้ชุดอุปกรณ์สี่ชิ้น - บริดจ์ไดโอด มันแตกต่างกันในทางที่ดีตรงที่กระแสจะไหลผ่านในแต่ละครึ่งรอบ สะพานไดโอดผลิตขึ้นในรูปแบบของชุดอุปกรณ์ที่อยู่ในกล่องพลาสติก

พารามิเตอร์ทางกายภาพและทางเทคนิค

พารามิเตอร์หลักของไดโอดเรียงกระแสจะขึ้นอยู่กับค่าต่อไปนี้:

• ค่าที่อนุญาตสูงสุดของความต่างศักย์เมื่อแก้ไขกระแสซึ่งอุปกรณ์จะไม่ล้มเหลว
• กระแสแก้ไขเฉลี่ยสูงสุด
• ค่าแรงดันย้อนกลับสูงสุด

อุตสาหกรรมผลิตวงจรเรียงกระแสที่มีลักษณะทางกายภาพที่แตกต่างกัน ดังนั้นอุปกรณ์จึงมีรูปทรงและวิธีการติดตั้งที่แตกต่างกัน พวกเขาแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม:

1. ไดโอดเรียงกระแสกำลังสูง โดดเด่นด้วยความจุกระแสไฟฟ้าสูงถึง 400 A และเป็นไฟฟ้าแรงสูง ไดโอดเรียงกระแสไฟฟ้าแรงสูงผลิตขึ้นในบรรจุภัณฑ์สองประเภท - พินซึ่งเคสปิดผนึกและแก้ว และแท็บเล็ตซึ่งตัวเรือนทำจากเซรามิก
2. ไดโอดเรียงกระแสกำลังปานกลาง มีความจุตั้งแต่ 300 mA ถึง 10A
3. ไดโอดเรียงกระแสพลังงานต่ำ ค่ากระแสสูงสุดที่อนุญาตคือสูงถึง 300 mA

การเลือกไดโอดเรียงกระแส

เมื่อซื้ออุปกรณ์คุณจะต้องได้รับคำแนะนำจากพารามิเตอร์ต่อไปนี้:

• ค่าของคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของกระแสย้อนกลับและกระแสสูงสุดสูงสุด
• แรงดันย้อนกลับและไปข้างหน้าสูงสุดที่อนุญาต
• ความแรงของกระแสไฟฟ้าที่แก้ไขโดยเฉลี่ย
• วัสดุอุปกรณ์และประเภทของการติดตั้ง

ขึ้นอยู่กับลักษณะทางกายภาพ การกำหนดที่สอดคล้องกันจะถูกนำไปใช้กับตัวเครื่อง แคตตาล็อกที่มีเครื่องหมายของไดโอดเรียงกระแสแสดงอยู่ในหนังสืออ้างอิงเฉพาะ คุณจำเป็นต้องรู้ว่าการติดฉลากของอะนาล็อกที่นำเข้านั้นแตกต่างจากในประเทศ

นอกจากนี้ยังควรให้ความสนใจกับความจริงที่ว่าวงจรเรียงกระแสแตกต่างกันไปตามจำนวนเฟส:

1. เฟสเดียว ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับ เครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือน- มีไดโอดสำหรับรถยนต์และสำหรับการเชื่อมอาร์กไฟฟ้า
2. มัลติเฟส ที่ขาดไม่ได้สำหรับอุปกรณ์อุตสาหกรรม การขนส่งสาธารณะ และการคมนาคมพิเศษ

ชอตกีไดโอด

ตำแหน่งพิเศษถูกครอบครองโดยไดโอด Schottky มันถูกประดิษฐ์ขึ้นโดยเกี่ยวข้องกับความต้องการที่เพิ่มขึ้นในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ทางวิทยุที่กำลังพัฒนา ความแตกต่างที่สำคัญจากไดโอดอื่นคือการออกแบบที่มีสารกึ่งตัวนำโลหะเป็นทางเลือกแทน ทางแยกพีเอ็น- ดังนั้นไดโอด Schottky จึงมีคุณสมบัติเฉพาะของตัวเองซึ่งไดโอดซิลิคอนเรกติไฟเออร์ไม่สามารถอวดได้ บางส่วน:

• การต่ออายุการปฏิบัติงานของค่าธรรมเนียมเนื่องจากมูลค่าต่ำ
• แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมทางแยกขั้นต่ำเมื่อเชื่อมต่อโดยตรง
• กระแสไฟรั่วมีความสำคัญ

เมื่อทำไดโอดชอตกี จะใช้วัสดุ เช่น ซิลิคอนและแกลเลียมอาร์เซไนด์ แต่บางครั้งก็ใช้เจอร์เมเนียมด้วย คุณสมบัติของวัสดุมีความแตกต่างกันเล็กน้อย แต่ในกรณีใด ๆ แรงดันย้อนกลับสูงสุดที่อนุญาตสำหรับวงจรเรียงกระแส Schottky คือไม่เกิน 1200 V

ตรงกันข้ามกับข้อดีทั้งหมดการออกแบบประเภทนี้ก็มีข้อเสียเช่นกัน ตัวอย่างเช่นในชุดประกอบสะพานอุปกรณ์ไม่รับรู้กระแสย้อนกลับส่วนเกินอย่างเด็ดขาด การละเมิดเงื่อนไขจะนำไปสู่การพังทลายของวงจรเรียงกระแส นอกจากนี้แรงดันไฟฟ้าตกเล็กน้อยยังเกิดขึ้นที่แรงดันไฟฟ้าต่ำประมาณ 60-70 V หากค่าเกินตัวบ่งชี้นี้อุปกรณ์จะกลายเป็นวงจรเรียงกระแสธรรมดา

เป็นที่น่าสังเกตว่าข้อดีของไดโอดเรียงกระแส Schottky ที่ทรงพลังนั้นมีมากกว่าข้อเสียอย่างมาก

ซีเนอร์ไดโอด

เพื่อรักษาแรงดันไฟฟ้าให้คงที่ มีการใช้อุปกรณ์พิเศษที่สามารถทำงานในโหมดพังทลายได้ - ซีเนอร์ไดโอดซึ่งมีชื่อต่างประเทศว่า "ซีเนอร์ไดโอด" อุปกรณ์ทำงานโดยทำงานในโหมดพังทลายที่แรงดันไบแอสย้อนกลับ กระแสเพิ่มขึ้นในขณะที่พังทลายในเวลาเดียวกันค่าส่วนต่างจะลดลงเหลือน้อยที่สุดซึ่งเป็นผลมาจากแรงดันไฟฟ้าที่เสถียรและครอบคลุมกระแสย้อนกลับที่ค่อนข้างรุนแรง

การใช้งานจริงของไดโอดเรียงกระแส

เนื่องจากการพัฒนาความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอย่างไม่หยุดยั้ง การใช้วงจรเรียงกระแสจึงส่งผลกระทบต่อกิจกรรมของมนุษย์ทุกด้าน ไดโอดเรียงกระแสกำลังใช้ในส่วนประกอบและกลไกต่อไปนี้:

• ในการจ่ายไฟของเครื่องยนต์หลัก ยานพาหนะ(ทางบก อากาศ และน้ำ) เครื่องจักรและอุปกรณ์อุตสาหกรรม แท่นขุดเจาะ
• พร้อมไดโอดบริดจ์สำหรับเครื่องเชื่อม
• ในการแก้ไขการติดตั้งอ่างกัลวานิกที่ใช้ในการผลิตโลหะที่ไม่ใช่เหล็กหรือการเคลือบป้องกันกับชิ้นส่วนหรือผลิตภัณฑ์
• ในการติดตั้งวงจรเรียงกระแสสำหรับการทำน้ำและอากาศให้บริสุทธิ์ ตัวกรองชนิดต่างๆ
• เพื่อส่งไฟฟ้าในระยะทางไกลผ่านสายไฟฟ้าแรงสูง

ใน ชีวิตประจำวันวงจรเรียงกระแสใช้ในวงจรทรานซิสเตอร์ต่างๆ ส่วนใหญ่จะใช้อุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำทั้งในรูปแบบของวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นและในรูปแบบของไดโอดบริดจ์ ตัวอย่างเช่นไดโอดของชุดเรียงกระแสเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเป็นที่รู้จักกันดีในหมู่ผู้ที่ชื่นชอบรถยนต์