מאפיין I - V של דיודה: יישום מאפיינים למציאת תקלות מורכבות של אלמנטים מוליכים למחצה

אלמנטים מוליכים למחצה נמצאים בשימוש נרחב בתחום האלקטרוניקה, אחד מהם הוא דיודה. הם משמשים כמעט בכל המכשירים, אך לעתים קרובות יותר בספקי כוח שונים וכדי להבטיח בטיחות חשמלית. לכל אחד מהם יש מטרה ספציפית משלו ומאפיינים טכניים. כדי לזהות סוגים שונים של תקלות ולקבל מידע טכני, אתה צריך לדעת את ה-CVC של הדיודה.

מידע כללי

דיודה (D) - אלמנט מוליכים למחצה, המשרת להעביר זרם דרך צומת pn בכיוון אחד בלבד. בעזרת D, אתה יכול ליישר את המשתנה U, לקבל פעימה קבועה ממנו. כדי להחליק פעימות, משתמשים במסננים מסוג קבל או אינדוקטיבי, ולפעמים הם משולבים.

D מורכב רק מצומת p-n עם מובילים, הנקראים האנודה (+) והקתודה (-). לזרם, כאשר הוא עובר דרך המוליך, יש השפעה תרמית עליו. בחימום, הקתודה פולטת חלקיקים בעלי מטען שלילי - אלקטרונים (E). האנודה מושכת אלקטרונים כי יש לה מטען חיובי. תוך כדי כך נוצר שדה פליטה ובו נוצר זרם (פליטה). בין (+) ל-(-), נוצר מטען חלל שלילי, המפריע לתנועה החופשית של E. E, שהגיעו לאנודה, יוצרים זרם אנודה, ואלו שלא הגיעו - קתודיות. אם האנודה והזרמים הקתודיים שווים לאפס, D נמצא במצב סגור.

מכשיר מוליכים למחצה

D מורכב מבית העשוי מחומר דיאלקטרי עמיד. המארז מכיל חלל ואקום עם 2 אלקטרודות (אנודה וקתודה). אלקטרודות, שהן מתכת עם שכבה פעילה, מחוממות בעקיפין. השכבה הפעילה פולטת אלקטרונים בעת חימום. הקתודה מעוצבת בצורה כזו שיש בתוכה חוט, שמתחמם ופולט אלקטרונים, והאנודה משמשת לקליטתם.

במקורות מסוימים, האנודה והקתודה נקראות גביש, העשוי מסיליקון (Si) או גרמניום (Ge). לאחד מהחלקים המרכיבים שלו יש מחסור מלאכותי באלקטרונים, ובשני יש עודף (איור 1). 1). יש גבול בין הגבישים הללו, הנקרא צומת p-n.

איור 1 - ייצוג סכמטי של מוליך למחצה מסוג p-n.

יישומים

D נמצא בשימוש נרחב כמיישר U משתנה בבניית ספקי כוח (PSU), גשרי דיודה, כמו גם בצורה של אלמנט בודד של מעגל ספציפי. D מסוגל להגן על המעגל מפני היפוך הקוטביות של חיבור אספקת החשמל. התמוטטות של כל חלק של מוליכים למחצה (לדוגמה, טרנזיסטור) יכולה להתרחש במעגל ולהוביל לתהליך הכשל של שרשרת האלמנטים הרדיופוניים. במקרה זה, נעשה שימוש בשרשרת של מספר Ds המחוברת בכיוון ההפוך. מוליכים למחצה משמשים ליצירת מתגים למיתוג אותות בתדר גבוה.

D משמשים בתעשיות הפחם והמטלורגיות, במיוחד בעת יצירת מעגלי מיתוג בטוחים באופן מהותי בצורה של מחסומי דיודה המגבילים את U במעגל החשמלי הנדרש. מחסומי דיודה משמשים יחד עם מגבילי זרם (נגדים) כדי להפחית את ערכי I ולהגדיל את מידת ההגנה, וכתוצאה מכך, את בטיחות החשמל ובטיחות האש של הארגון.

מאפייני וולט-אמפר

מאפיין I - V הוא מאפיין של אלמנט מוליך למחצה, המראה את התלות של I שעובר דרך צומת p-n בגודל ובקוטביות של U (איור 1). 1).

איור 1 - דוגמה למאפיין מתח זרם של דיודה מוליכים למחצה.

מאפייני I - V שונים זה מזה וזה תלוי בסוג התקן המוליך למחצה. הגרף המאפיין I - V הוא עקומה, שלאורכה מסומנים הערכים של I ישיר (למעלה). להלן הערכים של I לחיבור הפוך. אופקית, קריאות ה-U מסומנות להפעלה ישירה והיפוך. התכנית מורכבת מ-2 חלקים:

1. למעלה ומימין - D פונקציות בחיבור ישיר. מראה תפוקה I והקו עולה, מה שמעיד על עלייה ב-U הישיר (Upr).
2. החלק התחתון משמאל - D במצב סגור. הקו עובר כמעט במקביל לציר ומצביע על עלייה איטית ב-Iobr (זרם הפוך).

מהגרף ניתן להסיק: ככל שהחלק האנכי של הגרף (חלק אחד) תלול יותר, כך השורה התחתונה קרובה יותר לציר האופקי. זה מצביע על תכונות היישור הגבוהות של התקן המוליך למחצה. יש לזכור כי המאפיין I - V תלוי בטמפרטורת הסביבה; עם ירידה בטמפרטורה מתרחשת ירידה חדה ב-Iobr. אם הטמפרטורה עולה, אז גם Iobr עולה.

שרטוט גרף

זה לא קשה לבנות CVC עבור סוג מסוים של התקן מוליכים למחצה. זה דורש ספק כוח, מולטימטר (מד מתח ומד זרם) ודיודה (ניתן לבנות עבור כל מכשיר מוליכים למחצה). האלגוריתם לבניית מאפיין I - V הוא כדלקמן:

1. חבר את הספק לדיודה.
2. מדוד U ואני.
3. הזן נתונים לטבלה.
4. בהתבסס על הנתונים הטבלאיים, בנה גרף של התלות של I ב-U (איור. 2).

איור 2 - דוגמה למאפיין I - V לא ליניארי של דיודה.

מאפיין I - V יהיה שונה עבור כל מוליך למחצה. לדוגמה, אחד המוליכים למחצה הנפוצים ביותר הוא דיודת שוטקי, על שם הפיזיקאי הגרמני W. שוטקי (איור 3).

איור 3 - VAC Schottky.

על סמך הגרף, שהוא א-סימטרי, ניתן לראות שדיודה מסוג זה מתאפיינת בירידה קטנה ב-U בחיבור ישיר. יש עלייה אקספוננציאלית ב-I ו-U. הזרם במחסום נובע מחלקיקים בעלי מטען שלילי בהטיה הפוכה וקדימה. ל-Schottky יש מהירות תגובה גבוהה, מכיוון שאין תהליכים מפוזרים וריקומבינציה. אני תלוי ב-U עקב שינוי במספר הספקים המשתתפים בתהליכי העברת התשלום.

מוליך למחצה סיליקון נמצא בשימוש נרחב כמעט בכל המעגלים החשמליים של מכשירים. איור 4 מציג את המאפיין I - V שלו.

איור 4 - I - V המאפיין סיליקון D.

באיור 4, ה-CVC מתחיל ב-0.6-0.8 V. בנוסף לסיליקון D, יש גם גרמניום, שיעבדו כרגיל בטמפרטורות רגילות. לסיליקון יש Ipr ו-Iobr נמוכים יותר, לכן התמוטטות תרמית בלתי הפיכה בגרמניום D מתרחשת מהר יותר (כאשר מיושם Urev גבוה) מאשר במתחרה שלו.

מיישר D משמש להמרת AC U ל-DC ואיור 5 מציג את מאפיין ה-I - V שלו.

איור 5 - I - V המאפיין את מיישר D.

האיור מציג את המאפיינים התיאורטיים (העקומה המקווקו) והמעשית (ניסיוני) I - V. הם לא עולים בקנה אחד בגלל העובדה שהתאוריה לא לקחה בחשבון כמה היבטים:

1. נוכחות R (התנגדות) של אזור הפולט של הגביש, מובילים ומגעים.
2. זרמי דליפה.
3. תהליכי יצירה וריקומבינציה.
4. תקלות מסוגים שונים.

בנוסף, טמפרטורת הסביבה משפיעה באופן משמעותי על המדידות, ומאפייני I - V אינם תואמים, שכן הערכים התיאורטיים מתקבלים בטמפרטורה של +20 מעלות. ישנם מאפיינים חשובים נוספים של מוליכים למחצה שניתן להבין מהסימונים על האריזה.

יש גם מאפיינים נוספים. הם נחוצים ליישום של D בתכנית מסוימת עם U ו-I. אם אתה משתמש ב-D עם הספק נמוך במכשירים שבהם U חורג מה-Urev המקסימלי המותר, אז יהיה התמוטטות וכשל של האלמנט, וזה יכול להוביל גם לשרשרת יציאה של חלקים אחרים מ בִּניָן.

מאפיינים נוספים: ערכים מקסימליים של Iobr ו- Uobr; ערכים ישירים של I ו-U; זרם עומס יתר; טמפרטורה מקסימלית; טמפרטורת עבודה וכן הלאה.

המאפיין I - V עוזר לקבוע תקלות מורכבות כאלה D: התמוטטות המעבר והפחתת הלחץ של המקרה. תקלות מורכבות עלולות להוביל לכשל של חלקים יקרים, לכן, לפני התקנת D על הלוח, יש לבדוק זאת.

תקלות אפשריות

על פי הסטטיסטיקה, D או אלמנטים מוליכים למחצה אחרים נכשלים לעתים קרובות יותר מאשר אלמנטים אחרים של המעגל. ניתן לחשב את הפריט הפגום ולהחליף אותו, אך לפעמים זה מוביל לאובדן פונקציונליות. לדוגמה, כאשר צומת p-n מתקלקל, D הופך לנגד רגיל, ושינוי כזה יכול להוביל ל השלכות עצובות, החל מכשל של אלמנטים אחרים וכלה בשריפה או בהלם חשמלי נוֹכְחִי. תקלות עיקריות כוללות:

1. התקלקל. הדיודה מאבדת את יכולתה להעביר זרם בכיוון אחד והופכת לנגד רגיל.
2. נזק מבני.
3. דליפה.

במהלך התמוטטות, D אינו מעביר זרם בכיוון אחד. יכולות להיות מספר סיבות והן מתעוררות עם עליות חדות ב-I ו-U, שהם ערכים לא מקובלים עבור D מסוים. הסוגים העיקריים של תקלות בצומת pn:

1. תֶרמִי.
2. חשמלי.

ברמה התרמית, ברמה הפיזית, יש עלייה משמעותית בתנודות האטומיות, דפורמציה של סריג הגביש, התחממות יתר של המעבר וחדירת אלקטרונים לאזור המוליך. התהליך הוא בלתי הפיך ומוביל לפגיעה ברכיב הרדיו.

תקלות חשמליות הן זמניות (הגביש אינו מעוות) וכאשר הוא חוזר לפעולה רגילה, פונקציות המוליכים למחצה שלו חוזרות. נזק מבני הוא נזק פיזי לרגליים ולגוף. זרם דליפה מתרחש כאשר המארז מוריד לחץ.

כדי לבדוק D, זה מספיק כדי לאדות רגל אחת ולצלצל עם מולטימטר או אוהם על נוכחות של התמוטטות של המעבר (זה צריך לצלצל רק בכיוון אחד). כתוצאה מכך, הערך של R p-n-transition יופיע בכיוון אחד, ובשני המכשיר יראה אינסוף. אם אתה קורא לשני כיוונים, אז רכיב הרדיו פגום.

אם הרגל נעלמה, אז זה צריך להיות מולחם. אם המארז פגום, יש להחליף את החלק באחד שניתן לטפל בו.

כאשר המקרה מוריד לחץ, יהיה צורך לשרטט את המאפיין I - V ולהשוות אותו עם הערך התיאורטי שנלקח מספרות ההתייחסות.

לפיכך, המאפיין I - V מאפשר לא רק לקבל נתוני ייחוס על דיודה או כל אלמנט מוליכים למחצה, אלא גם לזהות תקלות מורכבות שלא ניתן לקבוע בעת בדיקה עם התקן.