Dioodi I - V karakteristik: karakteristikute rakendamine pooljuhtelementide keeruliste vigade leidmiseks

Elektroonika valdkonnas kasutatakse laialdaselt pooljuhtelemente, millest üks on diood. Neid kasutatakse peaaegu kõigis seadmetes, kuid sagedamini erinevates toiteallikates ja elektriohutuse tagamiseks. Igal neist on oma konkreetne eesmärk ja tehnilised omadused. Erinevat tüüpi tõrgete tuvastamiseks ja tehnilise teabe saamiseks peate teadma dioodi CVC-d.

Üldine informatsioon

Diood (D) - pooljuhtelement, mis juhib voolu läbi pn-siirde ainult ühes suunas. D abil saab muutujat U sirgeks saada, saades sellest pidevalt pulseeriva. Pulsatsioonide tasandamiseks kasutatakse kondensaatori- või induktiivset tüüpi filtreid ja mõnikord kombineeritakse neid.

D koosneb ainult p-n-siirdest koos juhtmetega, mida nimetatakse anoodiks (+) ja katoodiks (-). Juhti läbival voolul on sellele termiline mõju. Kuumutamisel kiirgab katood negatiivselt laetud osakesi – elektrone (E). Anood tõmbab elektrone, kuna sellel on positiivne laeng. Selle käigus moodustub emissiooniväli, mille juures tekib vool (emissioon). (+) ja (-) vahel tekib negatiivne ruumilaeng, mis segab E vaba liikumist. E, mis on jõudnud anoodini, moodustavad anoodivoolu ja need, mis pole jõudnud, katoodvoolu. Kui anood- ja katoodvoolud on võrdsed nulliga, on D suletud olekus.

Pooljuhtseade

D koosneb vastupidavast dielektrilisest materjalist korpusest. Korpus sisaldab 2 elektroodiga (anood ja katood) vaakumruumi. Elektroodid, mis on aktiivse kihiga metallist, kuumutatakse kaudselt. Aktiivne kiht kiirgab kuumutamisel elektrone. Katood on konstrueeritud nii, et selle sees on traat, mis kuumeneb ja kiirgab elektrone ning anood on nende vastuvõtmiseks.

Mõnes allikas nimetatakse anoodi ja katoodi kristalliks, mis on valmistatud ränist (Si) või germaaniumist (Ge). Ühes selle koostisosas on elektronide kunstlik puudus ja teises on nende ülejääk (joonis 1). 1). Nende kristallide vahel on piir, mida nimetatakse p-n-siirdepunktiks.

Joonis 1 – p-n-tüüpi pooljuhi skemaatiline kujutis.

Rakendused

D-d kasutatakse laialdaselt muutuva U-alaldina toiteallikate (PSU), dioodsildade ehitamisel, aga ka konkreetse vooluahela ühe elemendi kujul. D suudab kaitsta vooluahelat toiteallika ühenduse polaarsuse muutmise eest. Ahelas võib tekkida mis tahes pooljuhtosa (näiteks transistori) rike ja see võib põhjustada raadioelementide ahela rikke. Sel juhul kasutatakse mitmest D-st koosnevat ketti, mis on ühendatud vastassuunas. Pooljuhte kasutatakse kõrgsageduslike signaalide lülitamiseks lülitite loomiseks.

D kasutatakse söe- ja metallurgiatööstuses, eriti sisemiselt ohutute lülitusahelate loomisel dioodtõkete kujul, mis piiravad U vajalikus elektriahelas. Dioodtõkkeid kasutatakse koos voolupiirikutega (takistitega), et vähendada I väärtusi ja tõsta kaitseastet ning sellest tulenevalt ka ettevõtte elektriohutust ja tuleohutust.

Volt-ampri omadused

I - V karakteristik on pooljuhtelemendi tunnus, mis näitab p-n-siirde läbiva I sõltuvust U suurusest ja polaarsusest (joonis 1). 1).

Joonis 1 – pooljuhtdioodi voolu-pinge karakteristiku näide.

I - V omadused erinevad üksteisest ja see sõltub pooljuhtseadme tüübist. I-V kõver on kõver, millel on piki vertikaali (üleval) märgitud sirge väärtused. Allpool on I väärtused tagasiühendamisel. Horisontaalselt on U näidud näidatud otse- ja tagurpidilülitamiseks. Skeem koosneb 2 osast:

1. Ülemine ja parem – D funktsioonid otseühenduses. Näitab läbilaskevõimet I ja joon tõuseb üles, mis näitab otsese U (Upr) suurenemist.
2. Vasakpoolne alumine osa - D on suletud olekus. Joon kulgeb peaaegu paralleelselt teljega ja näitab Iobri (vastuvoolu) aeglast suurenemist.

Graafiku põhjal võime järeldada: mida järsem on graafiku vertikaalne osa (1 osa), seda lähemal on alumine joon horisontaalteljele. See näitab pooljuhtseadme kõrgeid alaldusomadusi. Tuleb meeles pidada, et I – V karakteristikud sõltuvad ümbritseva õhu temperatuurist, temperatuuri langedes väheneb Iobr järsult. Kui temperatuur tõuseb, siis tõuseb ka Iobr.

Graafiku joonistamine

Konkreetset tüüpi pooljuhtseadiste jaoks pole keeruline konstrueerida CVC-d. Selleks on vaja toiteallikat, multimeetrit (voltmeeter ja ampermeeter) ja dioodi (saab ehitada igale pooljuhtseadmele). I-V karakteristiku konstrueerimise algoritm on järgmine:

1. Ühendage PSU dioodiga.
2. Mõõtke U ja I.
3. Sisestage andmed tabelisse.
4. Koostage tabeliandmete põhjal graafik I sõltuvusest U-st (joonis 1). 2).

Joonis 2 - Dioodi mittelineaarse I - V karakteristiku näide.

I–V karakteristik on iga pooljuhi puhul erinev. Näiteks üks levinumaid pooljuhte on Schottky diood, mille on nimetanud saksa füüsik W. Schottky (joonis 3).

Joonis 3 - VAC Schottky.

Asümmeetrilise graafiku põhjal on näha, et seda tüüpi dioodidele on iseloomulik U väike langus otseühendusega. I ja U on eksponentsiaalselt kasvanud. Barjääri vool on tingitud negatiivselt laetud osakestest vastupidises ja edasisuunas. Schottkyl on suur reageerimiskiirus, kuna puuduvad hajutatud ja rekombinatsiooniprotsessid. Olen sõltuv U-st laenguülekande protsessides osalevate kandjate arvu muutumise tõttu.

Räni pooljuhte kasutatakse laialdaselt peaaegu kõigis seadmete elektriahelates. Joonisel 4 on näidatud selle I-V karakteristik.

Joonis 4 - Räni D tunnusjoon I - V.

Joonisel 4 algab CVC pingest 0,6–0,8 V. Lisaks räni D-le on olemas ka germaaniumi, mis töötavad normaalsel temperatuuril normaalselt. Ränil on madalam Ipr ja Iobr, seetõttu toimub germaanium D termiline pöördumatu lagunemine kiiremini (kõrge Urev-i kasutamisel) kui konkurendil.

Alaldit D kasutatakse vahelduvvoolu U konverteerimiseks alalisvooluks ja joonisel 5 on näidatud selle I-V karakteristik.

Joonis 5 - alaldi D tunnusjoon I - V.

Joonisel on kujutatud teoreetilised (katkendkõver) ja praktilised (eksperimentaalsed) I – V karakteristikud. Need ei lange kokku, kuna teooria ei võtnud arvesse mõnda aspekti:

1. Kristalli emitteripiirkonna, juhtmete ja kontaktide R (takistus) olemasolu.
2. Lekkevoolud.
3. Generatsiooni- ja rekombinatsiooniprotsessid.
4. Erinevat tüüpi rikked.

Lisaks mõjutab ümbritseva õhu temperatuur oluliselt mõõtmisi ja I - V omadused ei lange kokku, kuna teoreetilised väärtused saadakse temperatuuril +20 kraadi. Pooljuhtidel on ka teisi olulisi omadusi, millest saab aru pakendil olevatest märgistustest.

Samuti on lisaomadused. Neid on vaja D rakendamiseks kindlas skeemis U ja I-ga. Kui kasutate väikese võimsusega D-d seadmetes, mille U ületab maksimaalset lubatud Urev-i, siis on see olemas elemendi rike ja rike ning see võib kaasa tuua ka teiste osade väljumise ahela hoone.

Lisaomadused: Iobri ja Uobri maksimaalsed väärtused; I ja U otsesed väärtused; ülekoormusvool; Maksimaalne temperatuur; töötemperatuur ja nii edasi.

I - V karakteristik aitab määrata selliseid keerulisi rikkeid D: ülemineku purunemine ja korpuse rõhu vähendamine. Keerulised talitlushäired võivad põhjustada kallite osade rikke, seetõttu tuleb seda enne D plaadile paigaldamist kontrollida.

Võimalikud talitlushäired

Statistika kohaselt rikuvad D või muud pooljuhtelemendid sagedamini kui ahela teised elemendid. Defektse eseme saab arvutada ja asendada, kuid mõnikord põhjustab see funktsionaalsuse kadumise. Näiteks kui p-n-siirde puruneb, muutub D tavaliseks takistiks ja selline teisendus võib põhjustada kurvad tagajärjed, alates muude elementide rikkest ja lõpetades tulekahju või elektrilöögiga praegune. Peamised vead hõlmavad:

1. Lagunema. Diood kaotab oma võime juhtida voolu ühes suunas ja muutub tavaliseks takistiks.
2. Konstruktsioonikahjustused.
3. Leke.

Rikke ajal ei juhi D voolu ühes suunas. Põhjuseid võib olla mitu ja need tekivad I ja U järsu suurenemisega, mis on teatud D jaoks vastuvõetamatud väärtused. Peamised pn-siirde rikete tüübid:

1. Soojus.
2. Elektriline.

Termilisel tasemel, füüsikalisel tasandil, toimub märkimisväärne aatomivõngete suurenemine, kristallvõre deformatsioon, ülemineku ülekuumenemine ja elektronide sisenemine juhtivasse tsooni. Protsess on pöördumatu ja viib raadiokomponendi kahjustamiseni.

Elektrilised rikked on ajutised (kristall ei deformeeru) ja kui see naaseb normaalsesse töörežiimi, taastuvad selle pooljuhtfunktsioonid. Struktuurikahjustus on füüsiline kahjustus jalgadele ja kehale. Lekkevool tekib siis, kui korpus on rõhu all.

D kontrollimiseks piisab, kui aurustada üks jalg ja helistada sellele multimeetri või oommeetriga ülemineku rikke korral (see peaks helisema ainult ühes suunas). Selle tulemusena ilmub ühes suunas R p-n-transition väärtus ja teises suunas näitab seade lõpmatust. Kui helistate kahes suunas, on raadiokomponent vigane.

Kui jalg on kadunud, siis tuleb see joota. Kui korpus on kahjustatud, tuleb osa asendada töökorras olevaga.

Kui korpus on rõhu all, on vaja joonistada I–V karakteristikud ja võrrelda seda teatmekirjandusest võetud teoreetilise väärtusega.

Seega võimaldab I - V karakteristik mitte ainult saada dioodi või mis tahes pooljuhtelemendi võrdlusandmeid, vaid tuvastada ka keerulisi rikkeid, mida ei saa seadmega kontrollides kindlaks teha.