Obecné vlastnosti a parametry diod.

Systém a seznam parametrů zahrnutých v technických popisech a charakterizujících vlastnosti polovodičových diod jsou voleny s ohledem na jejich fyzikální a technologické vlastnosti a oblast použití. Ve většině případů jsou informace o jejich statický, dynamický и limitní parametry.

Statické parametry charakterizovat chování zařízení se stejnosměrným proudem, dynamický – jejich frekvenčně-časové vlastnosti, limitní parametry definovat oblast stabilního a spolehlivého provozu.

Referenční knihy, normy nebo technické popisy obsahují informace o parametrech nezbytných pro podrobný výpočet obvodů: normy pro hodnoty parametrů, jejich režimy měření, voltampérové charakteristiky, závislosti parametrů na režimu a teplotě, maximální a maximální přípustné hodnoty parametrů, konstrukční a technologické vlastnosti zařízení, jejich hlavní účel, specifické požadavky, metody měření parametrů, typické aplikační obvody.

Konstantní (náhodné) změny technologických faktorů mají významný vliv na hodnoty parametrů vyráběných zařízení. Proto jsou hodnoty parametrů i jednoho typu zařízení náhodnými proměnnými, tj. existuje odchylka od průměru (typický, nominální) úroveň. Pro některé parametry jsou stanoveny hraniční hodnoty a možné odchylky (rozptyl). Normy pro rozptyl parametrů jsou stanoveny na základě experimentálních a statistických dat, aby byl zajištěn spolehlivý a stabilní provoz zařízení za různých podmínek a způsobů použití, a také na základě ekonomických úvah.

Je třeba poznamenat, že v důsledku neustálého zlepšování konstrukcí a výrobních technologií polovodičových součástek dochází ke změnám průměrných hodnot parametrů. Některé vzorky součástek mají parametry lepší než ty uvedené v technických popisech a referenčních publikacích.

V různých zemích existují regionální jednotné normy pro parametry a vlastnosti polovodičových součástek, metody jejich měření a kontroly kvality, které se mohou výrazně lišit od mezinárodních norem.

Rozlišovat obecné parametry, které charakterizují jakoukoli polovodičovou diodu, a speciální parametry, vlastní pouze určitým typům diod. Mezi obecné parametry diod patří: parametry ztrátového výkonu, tepelné parametry, průrazné maximální a maximální přípustné proudy a napětí, parametry určené typem proudově-napěťové charakteristiky zařízení, parametry charakterizující základní vlastnosti (p)-(n)-přechodu atd.

Rozptyl energie ((P_), (P_), (P_), (P_и)). Když proud prochází diodou, při daném napětí na diodě se uvolní výkon (P_д = I cdot U). Když je na diodu přivedeno střídavé napětí, celkový výkon rozptýlený diodou se rovná součtu výkonů rozptýlených při průchodu proudu v dopředném ((P_)) a zpětném ((P_)) směru (P_д = P_ + P_). Průměrný rozptyl výkonu ((P_)) je definována jako průměrná hodnota výkonu rozptýleného diodou během průtoku proudu v přímém a zpětném směru za danou periodou. Maximální hodnota rozptýleného výkonu, při které je za daných vnějších podmínek zaručen dlouhodobý a stabilní provoz diody, se nazývá maximální přípustný disipační výkon diodyNejvětší okamžitá hodnota výkonu rozptýleného diodou se nazývá pulzně rozptýlený výkon ((P_i)).

teplota ((T), (T_п), (T_)). Uvolnění energie je doprovázeno ohřevem diody, což vede ke zvýšení zpětného proudu a zvýšení pravděpodobnosti tepelného průrazu (p)-(n)-přechodu. Pro eliminaci tepelného průrazu musí být teplota (p)-(n)-přechodu nižší než maximální přípustná teplota přechodu ((T_)). Tato teplota je zpravidla pro germaniové diody 70 °C a pro křemíkové diody 125 °C. Vyzařované teplo je diodou odváděno do okolního prostředí. S ohledem na konstrukční vlastnosti diody a její provozní podmínky se někdy standardizuje: maximální teplota pouzdra diody ((T_)) a maximální okolní teplota poblíž diody ((T)).

Teplotní odolnost ((R_т), (R_), (R_)). Teplotní rozdíl mezi spojem a okolím je určen výrazem: (T_п – T = R_т cdot P_д), kde (R_т) — tepelný odpor, charakterizující podmínky pro odvod tepla z diody (určené konstrukcí pouzdra, přítomností chladiče atd.). V závislosti na umístění kontrolního bodu, ve kterém se provádí měření teploty, se rozlišuje mezi: tepelný odpor spoje – prostředí ((R_)), tepelně odporový přechod – tělo diody ((R_)). Pro výpočet je nutné znát tepelný odpor spoje a prostředí ((R_)). přípustný rozptýlený výkon Nízkoenergetické diody obvykle fungují bez chladiče a tepelný odpor mezi spojem a pouzdrem ((R_)) se používá k výpočtu provozního režimu vysoce výkonných zařízení za přítomnosti externího radiátoru. Obvykle (R_ gg R_) (odpor (R_) zůstává konstantní pouze v případě nízkých proudových hustot). Teplo se odvádí z krystalu se spoji do pouzdra nebo radiátoru tepelnou vodivostí a z pouzdra do okolního prostoru konvekcí a zářením. Režim diody musí být vybrán z podmínky (newcommand[2] U cdot I leq P_= slfrac – T vpravo)> ).

Tepelná přechodová odolnost ((Z_т), (Z_), (Z_)). Při určování tepelných podmínek v případě provozu diody s krátkou dobou trvání impulzů se používají jejich přechodové tepelné charakteristiky, a to Tepelný přechodový odpor diody ((Z_т)), což je poměr rozdílu mezi změnou teploty spoje a teplotou v kontrolním bodě za daný časový úsek, kdy k této změně teploty dochází, k přírůstku ztrátového výkonu diody, který se na začátku tohoto intervalu prudce zvyšuje. Derivace tohoto parametru jsou: přechodový tepelný odpor spoje – prostředí ((Z_)) a přechodový tepelný odpor spoje – tělo diody ((Z_)).

Stejnosměrný proud a napětí ((I_), (I_) a (I_), (U_), (U_)). Když je na diodu přivedeno konstantní propustné napětí (U_), její teplota závisí na velikosti propustného proudu (I_). Propustný proud, při kterém teplota (p)-(n)-přechodu diody dosáhne maximální přípustné hodnoty ((T_)), se nazývá přípustný stejnosměrný proud ((I_)). Nejvyšší přípustná okamžitá hodnota proudu v propustném směru diody se nazývá maximální pulzní proud v dopředném směru ((I_)). Nejvyšší okamžitá hodnota napětí v propustném směru na diodě, způsobená daným pulzním proudem v propustném směru, se nazývá maximální pulzní napětí v propustném směru diody ((U_)). Průměrný propustný proud diody ((I_)) se určí, když je na diodu aplikováno střídavé napětí, jako průměrná hodnota propustného proudu za danou periodu.

Zpětný proud a napětí ((I_), (I_), (U_), (U_)). Když je na diodu přivedeno konstantní specifikované zpětné napětí (U_), protéká jí konstantní zpětný proud (I_) určité velikosti. Důležitým parametrem diod je maximální přípustné zpětné napětí (U_), při kterém nedochází k průrazu (p)-(n)-přechodu. Obvykle (U_ ≥ U_), kde (U_) je hodnota zpětného napětí způsobujícího průraz diodového přechodu, při které zpětný proud dosáhne dané hodnoty, se nazývá průrazné napětí diody. Maximální přípustné impulzní zpětné napětí ((U_)) definuje maximální okamžitou hodnotu zpětného napětí na diodě a maximální přípustný pulzní zpětný proud ((I_)) charakterizuje maximální okamžitou hodnotu zpětného proudu způsobeného pulzním zpětným napětím.

Diferenční odpor ((r_)). Propustný ((r_)) a zpětný ((r_)) odpor diody vůči stejnosměrnému proudu jsou vyjádřeny vztahy: (newcommand[2] r_ = slfrac>>), (r_ = slfrac>>), kde (U_), (I_), (U_), (I_) určují konkrétní body na I-V charakteristice součástky, ve kterých se vypočítává odpor. Protože typická I-V charakteristika polovodičové součástky má úseky se zvýšenou linearitou (jeden na přímé větvi, jeden na zpětné větvi), koncept diferenciální odpor ((r_)), který se vypočítá jako poměr malého přírůstku napětí na diodě k malému přírůstku proudu v ní za daného režimu ((r_ = slfrac ), (r_ = slfrac )).

Přechodová kapacita ((C_)) a akumulovaný náboj ((Q_)). Změna vnějšího napětí (operátor_nameU) na (p)-(n)-přechodu vede ke změně akumulovaného náboje v něm (operátor_nameQ). Proto se (p)-(n)-přechod chová jako kondenzátor, jehož kapacita je (C = operátor_nameQ/operátor_nameU). V závislosti na fyzikální povaze měnícího se náboje se rozlišuje mezi nabíječka (bariéra) A difuzní kapacitaNabíjecí (bariérová) kapacita je určena změnou nekompenzovaného náboje iontů, když se šířka bariérové vrstvy mění vlivem vnějšího zpětného napětí. Se zvyšujícím se vnějším napětím aplikovaným na (p)-(n)-přechod v dopředném směru se zvyšuje koncentrace injektovaných nosičů náboje v blízkosti hranic přechodu, což vede ke změně množství náboje v důsledku minoritních nosičů náboje v oblastech (p) a (n). To lze považovat za projev určité kapacity. Protože závisí na změně difuzní složky proudu, nazývá se difuzní kapacitaNáboj elektronů nebo děr nahromaděný při průchodu proudu v bázi diody nebo v (i)-oblasti (p)-(i)-(n)-diody se nazývá nahromaděný náboj ((Q_)). Plná kapacita (p)-(n)-přechod je určen součtem nabíjecí a difuzní kapacity: (C_ = C_ + C_). Když je (p)-(n)-přechod zapnut v přímém směru, převládá difuzní kapacita, a když je zapnut v opačném směru, převládá nabíjecí kapacita (kapacita (C_) je zanedbatelně malá).

Poplatek za vymáhání ((Q_)) a doba zotavení ((t_), (t_)). Když dioda přepne z propustného na zpětný proud, veškerý akumulovaný náboj proudí do externího obvodu. Pro daný propustný proud a konečné zpětné napětí se veškerý celkový náboj (s přihlédnutím k akumulovanému náboji a náboji kapacity vyčerpávací vrstvy pro úplné zpoždění a procesy zotavení) proudící do externího obvodu nazývá poplatek za vymáhání ((Q_)) a doba uplynulá od okamžiku, kdy proud projde nulou, do okamžiku, kdy zpětný proud dosáhne dané hodnoty, je doba zotavení z reverzního odporu nebo jednoduše doba zotavení diody zpátečkou ((t_)). Podobně definované doba ustálení napětí v propustném směru nebo doba zotavení diody v dopředném směru ((t_)), což je časový interval, během kterého se propustné napětí na diodě ustálí z nuly na danou úroveň.

Úplný seznam běžných parametrů diod a jejich akceptovaných označení je uveden v tabulce 2.2-1. Kromě výše popsaných parametrů obsahuje také:

• efektivní doba života nerovnovážných nosičů náboje ((t_)), charakterizující materiál a některé konstrukční parametry polovodičového krystalu;
• kapacita pouzdra diody ((C_)), určená jejími konstrukčními vlastnostmi;
• celková kapacita ((C_d)) a indukčnost ((L_n)) diody, měřená v ustáleném provozním režimu.

Tabulka 2.2-1. Obecné základní parametry diod