فئات: مقالات مميزة » كهربائيين المبتدئين
مرات المشاهدة: 175831
تعليقات على المادة: 8
خصائص الثنائيات والتصاميم وميزات التطبيق
خصائص الثنائيات والتصاميم وميزات التطبيق
في المقال السابق ، بدأنا في استكشاف ديود أشباه الموصلات. في هذه المقالة سننظر في خصائص الثنائيات ، ومزاياها وعيوبها ، والتصميمات المختلفة وميزات التطبيق في الدوائر الإلكترونية.
الحالية الجهد سمة من الصمام الثنائي
يظهر خصائص الجهد الحالي (CVC) من الصمام الثنائي لأشباه الموصلات في الشكل 1.
هنا ، في أحد الأشكال ، تظهر خصائص I - V لثنائيات الجرمانيوم (الأزرق) والسليكون (الأسود). من السهل ملاحظة أن الخصائص متشابهة جدًا. لا توجد أرقام على محاور الإحداثيات ، نظرًا لأنواع مختلفة من الثنائيات يمكن أن تختلف اختلافًا كبيرًا: يمكن للديود القوي أن يمر بتيار مباشر لعشرات من الأمبيرات ، في حين لا يمكن للمرء ذي القدرة المنخفضة أن ينقل عدة عشرات أو مئات الملليمات.
هناك عدد كبير من الثنائيات من النماذج المختلفة ، ويمكن أن يكون لجميعها أغراض مختلفة ، على الرغم من أن مهمتهم الرئيسية ، فإن الخاصية الرئيسية هي في اتجاه واحد التوصيل الحالي. هذه هي الخاصية التي تسمح باستخدام الثنائيات في المقومات وأجهزة الكشف. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أنه في الوقت الحاضر ، لم تعد الثنائيات الجرمانيوم ، وكذلك الترانزستورات ، قيد الاستخدام.
الشكل 1. الجهد الحالي سمة من الصمام الثنائي
الفرع المباشر لل CVC
في الربع الأول من نظام الإحداثيات ، يوجد فرع مستقيم للخاصية عندما يكون الصمام الثنائي في اتصال مباشر - يتم توصيل الطرف الموجب للمصدر الحالي ، على التوالي الطرف السالب إلى الكاثود ، بالأنود.
مع زيادة Upr للجهد الأمامي ، يبدأ Ipr للتيار الأمامي أيضًا في الزيادة. ولكن على الرغم من أن هذه الزيادة غير ذات أهمية ، فإن خط الرسم البياني لديه ارتفاع طفيف ، وينمو الجهد بشكل أسرع بكثير من التيار. بمعنى آخر ، على الرغم من أن الصمام الثنائي قيد التشغيل في الاتجاه الأمامي ، فإن التيار لا يتدفق عبره ، فالديود مؤمن عملياً.
عندما يتم الوصول إلى مستوى معين من الجهد ، يظهر kink على السمة: الجهد لا يتغير عملياً ، وينمو التيار بسرعة. هذا الجهد يسمى انخفاض الجهد المباشر عبر الصمام الثنائي، على سمة تم تعيينه كما Uд. بالنسبة لمعظم الثنائيات الحديثة ، هذا الجهد في حدود 0.5 ... 1V.
يوضح الشكل أن الجهد المباشر لصمام ثنائي الجرمانيوم أقل قليلاً (0.3 ... 0.4 فولت) من السيليكون (0.7 ... 1.1 فولت). إذا كان التيار المباشر من خلال الصمام الثنائي مضروبا في الجهد الأمامي ، فإن النتيجة لن تكون أكثر من الطاقة التي تبددها الصمام الثنائي Pd = Ud * I.
إذا تم تجاوز هذه الطاقة بشكل مقبول نسبياً ، يمكن أن يحدث ارتفاع درجة الحرارة وتدمير تقاطع p-n. هذا هو السبب يقتصر المرجع ل الحد الأقصى الحالي إلى الأماموليس السلطة (ويعتقد أن الجهد إلى الأمام معروف). لإزالة الحرارة الزائدة ، يتم تثبيت الثنائيات القوية على أحواض الحرارة - المشعات.
تبدد السلطة من قبل الصمام الثنائي
ما سبق موضح في الشكل 2 ، والذي يوضح إدراج الحمل ، في هذه الحالة المصباح الكهربائي ، من خلال الصمام الثنائي.
الشكل 2. تشغيل الحمل من خلال الصمام الثنائي
تخيل أن الجهد المقدر للبطارية والمصباح هو 4.5V. مع هذا التضمين ، سوف يسقط 1V على الصمام الثنائي ، ثم يصل 3.5V فقط إلى المصباح. بالطبع ، لن يقوم أي شخص بجمع هذه الدائرة عملياً ، وهذا فقط لتوضيح كيف وما يؤثر الجهد المباشر على الصمام الثنائي.
افترض أن المصباح قد حصر التيار في الدائرة على 1A بالضبط. هذا لسهولة الحساب. أيضا ، لن نأخذ في الاعتبار حقيقة أن المصباح هو عنصر غير خطي ، ولا يطيع قانون أوم (تعتمد مقاومة اللولب على درجة الحرارة).
من السهل حساب أنه في هذه الفولتية والتيارات يبدد الصمام الثنائي الطاقة P = Ud * I أو 1V * 1A = 1W.في نفس الوقت ، تبلغ قوة الحمل 3.5V * 1A = 3.5W فقط. اتضح أن أكثر من 28 في المئة من الطاقة يتم استهلاكها دون فائدة ، أي أكثر من ربعها.
إذا كان التيار المباشر من خلال الصمام الثنائي هو 10 ... 20A ، فإن ما يصل إلى 20W من الطاقة ستكون عديمة الفائدة! لديها هذه القوة لحام الحديد الصغيرة. في الحالة الموصوفة ، فإن الصمام الثنائي يكون مثل حام الحديد.
شوتكي الثنائيات
من الواضح تمامًا أنه يمكن للمرء أن يتخلص من هذه الخسائر إذا انخفض انخفاض الجهد المباشر عبر الصمام الثنائي Ud. وتسمى هذه الثنائيات الثنائيات شوتكي سميت على اسم مخترع عالم الفيزياء الألماني والتر شوتكي. بدلاً من تقاطع p-n ، يستخدمون تقاطع أشباه الموصلات المعدنية. هذه الثنائيات لها انخفاض مباشر في الجهد قدره 0.2 ... 0.4 فولت ، مما يقلل بشكل كبير من الطاقة الصادرة عن الصمام الثنائي.
ربما يكون العيب الوحيد في ثنائيات شوتكي هو انخفاض الجهد العكسي - فقط بضع عشرات من فولت. الحد الأقصى لقيمة الجهد العكسي 250V له تصميم صناعي MBR40250 ونظائرها. تقريبا جميع امدادات الطاقة من المعدات الإلكترونية الحديثة لديها مقومات على الثنائيات شوتكي.
فرع عكس CVC
ينبغي اعتبار أحد العيوب أنه حتى عند تشغيل الصمام الثنائي في الاتجاه المعاكس ، فإن التيار العكسي يتدفق عبره على أي حال ، لأنه لا توجد عوازل مثالية في الطبيعة. اعتمادًا على نموذج الصمام الثنائي ، يمكن أن يختلف من nanoamps إلى وحدات microamps.
جنبا إلى جنب مع التيار العكسي ، يتم تخصيص قدر معين من الطاقة للديود ، مساو عدديًا لمنتج التيار العكسي والجهد العكسي. إذا تم تجاوز هذه الطاقة ، فمن الممكن انهيار الوصلة p-n ، يتحول الصمام الثنائي إلى مقاوم تقليدي أو حتى موصل. على الفرع العكسي للخاصية I - V ، تتوافق هذه النقطة مع انحناء الخاصية لأسفل.
عادةً ، لا تشير الدلائل إلى القوة ، ولكن هناك بعض الجهد العكسي الأقصى المسموح به. تقريبا نفس القيد الحالي للأمام ، والذي تم ذكره أعلاه.
في الواقع غالبًا ما تكون هاتان المعلمتان ، وهما التيار المباشر والجهد العكسي ، هما العاملان الحاسمان عند اختيار الصمام الثنائي المعين. هذا هو الحال عندما يتم تصميم الصمام الثنائي للعمل على تردد منخفض ، على سبيل المثال مقوم الجهد مع تردد شبكة صناعية من 50 ... 60 هرتز.
السعة الكهربائية تقاطع pn
عند استخدام الثنائيات في دوائر عالية التردد ، من الضروري أن تتذكر أن تقاطع pn ، مثل المكثف ، يحتوي على سعة كهربائية ، والتي تعتمد أيضًا على الجهد المطبق على تقاطع pn. تُستخدم خاصية تقاطع p-n في الثنائيات الخاصة - varicaps المستخدمة لضبط الدوائر التذبذبية في المستقبلات. ربما تكون هذه هي الحالة الوحيدة عند استخدام هذه السعة للأبد.
في حالات أخرى ، يكون لهذا السعة تأثير تداخل ، ويبطئ من تبديل الصمام الثنائي ، ويقلل من سرعته. وغالبا ما تسمى هذه القدرة الطفيلية. يظهر في الشكل 3.
الشكل 3. السعة الزائفة
تصميم الثنائيات.
الثنائيات المسطحة والنقطة
للتخلص من الآثار الضارة للسعة الطائشة ، يتم استخدام الثنائيات ذات التردد العالي ، مثل النقطة النقطية. يظهر تصميم مثل هذا الصمام الثنائي في الشكل 25.
الشكل 4. نقطة ديود
من مميزات الصمام الثنائي النقطي تصميم أقطابه ، أحدها إبرة معدنية. أثناء عملية التصنيع ، يتم إذابة هذه الإبرة التي تحتوي على شوائب (متبرع أو متقبل) في بلورة أشباه الموصلات ، مما يؤدي إلى تقاطع pn للموصلية المطلوبة. مثل هذا الانتقال له مساحة صغيرة ، وبالتالي ، سعة طائشة صغيرة. نتيجة لهذا ، يصل تواتر عمل الثنائيات النقطية إلى عدة مئات من الميغاهرتز.
إذا تم استخدام إبرة أكثر وضوحًا ، تم الحصول عليها دون صب كهربائي ، فإن تردد التشغيل يمكن أن يصل إلى عدة عشرات من جيجاهيرتز. صحيح أن الجهد العكسي لهذه الثنائيات لا يزيد عن 3 ... 5V ، ويقتصر التيار الأمامي على بضعة مللي أمبير.ولكن بعد كل شيء ، هذه الثنائيات ليست مقوم ، لهذه الأغراض ، كقاعدة عامة ، يتم استخدام الثنائيات المستوية. يظهر جهاز الصمام الثنائي المستوي في الشكل.
الشكل 5. ديود مستو
من السهل أن نرى أن مثل هذا الصمام الثنائي لديه منطقة تقاطع pn أكبر بكثير من نقطة واحدة. بالنسبة إلى الثنائيات القوية ، يمكن أن تصل مساحة هذه المنطقة إلى 100 ملليمترا مربعا أو أكثر ، وبالتالي فإن تيارها المباشر أكبر بكثير من الثنائيات الفاصلة. إنها الثنائيات المستوية التي يتم استخدامها في المقومات التي تعمل بترددات منخفضة ، كقاعدة عامة ، لا تزيد عن عدة عشرات من الكيلو هرتز.
تطبيق الثنائيات
يجب أن لا تعتقد أن الثنائيات تستخدم فقط كأداة تصحيح وكاشف. بالإضافة إلى ذلك ، هناك الكثير من مهنهم. خاصية I - V المميزة للثنائيات تسمح باستخدامها عند الحاجة للمعالجة غير الخطية إشارات تناظرية.
هذه هي محولات التردد ، ومكبرات الصوت لوغاريتم ، وأجهزة الكشف وغيرها من الأجهزة. يتم استخدام الثنائيات في هذه الأجهزة إما مباشرة كمحول ، أو تشكل خصائص الجهاز ، التي يتم تضمينها في دائرة الملاحظات.
الثنائيات تستخدم على نطاق واسع في استقرت امدادات الطاقةكمصادر للجهد المرجعي (ثنائيات زينر) ، أو كعناصر تبديل للتخزين مغو (تبديل منظمات الجهد).
باستخدام الثنائيات ، من السهل جدًا إنشاء محددات للإشارات: تعمل الثنائيات المتصلة في الاتجاه المعاكس كحماية ممتازة لإدخال مكبر للصوت ، مثل الميكروفون ، من توفير مستوى إشارة متزايد.
بالإضافة إلى الأجهزة المدرجة ، غالبًا ما تستخدم الثنائيات في مفاتيح الإشارة ، وكذلك في الأجهزة المنطقية. يكفي أن نتذكر العمليات المنطقية AND و OR ومجموعاتها.
واحدة من أنواع الثنائيات المصابيح. بمجرد استخدامها فقط كمؤشرات في الأجهزة المختلفة. الآن هم في كل مكان وفي كل مكان ، من أبسط المشاعل إلى أجهزة التلفاز المزودة بإضاءة خلفية LED ، من المستحيل بكل بساطة ألا تلاحظها.
بوريس الأديشين
انظر أيضا في electro-ar.tomathouse.com
: