الثنائيات المعدل
الصمام الثنائي - جهاز أشباه الموصلات ثنائي القطب مع تقاطع pn واحد ، والذي يحتوي على توصيل تيار من جانب واحد. هناك العديد من الأنواع المختلفة من الثنائيات - المقوم ، والنبض ، والنفق ، والعكس ، وثنائيات الميكروويف ، بالإضافة إلى ثنائيات زينر ، والصمامات الدائرية ، والصمامات الثنائية الضوئية ، ومصابيح LED ، وأكثر من ذلك.
الثنائيات المعدل
يتم شرح تشغيل الصمام الثنائي المعدل من خلال خصائص الوصلة الكهربائية p - n.
بالقرب من حدود اثنين من أشباه الموصلات ، تتشكل طبقة خالية من ناقلات الشحن المتنقلة (بسبب إعادة التركيب) ولها مقاومة كهربائية عالية - ما يسمى طبقة الحجب. تحدد هذه الطبقة فرق جهد التلامس (الحاجز المحتمل).
إذا تم تطبيق جهد خارجي على تقاطع p - n ، مما أدى إلى إنشاء مجال كهربائي في الاتجاه المعاكس لمجال الطبقة الكهربائية ، فإن سماكة هذه الطبقة ستنخفض وعند جهد من 0.4 - 0.6 فولت ستنخفض طبقة الحجب يختفي والتيار سيزداد بشكل كبير (يسمى هذا التيار التيار المباشر).
عندما يتم توصيل جهد خارجي لقطبية مختلفة ، ستزداد طبقة الحجب وستزداد مقاومة الوصلة p - n ، وسيكون التيار الناتج عن حركة ناقلات شحن الأقلية مهملاً حتى عند الفولتية العالية نسبيًا.
يتم إنشاء التيار الأمامي للديود بواسطة ناقلات الشحن الرئيسية والتيار العكسي بواسطة ناقلات شحن الأقلية. يقوم الصمام الثنائي بتمرير تيار موجب (أمامي) في الاتجاه من القطب الموجب إلى القطب السالب.
في التين. يوضح الشكل 1 تعيين الرسم التقليدي (UGO) وخصائص الثنائيات المعدلة (خصائص الجهد الحالي المثالية والفعلية). يرتبط الانقطاع الظاهر لخاصية تيار الجهد الثنائي (CVC) في الأصل بمقاييس مختلفة للتيار والجهد في الربعين الأول والثالث من المؤامرة. اثنان من مخرجات الصمام الثنائي: الأنود A والكاثود K في UGO غير محددين ويظهران في الشكل للتوضيح.
تُظهر خاصية الجهد الحالي للديود الحقيقي منطقة الانهيار الكهربائي ، عندما يزداد التيار بشكل حاد لزيادة صغيرة في الجهد العكسي.
الضرر الكهربائي قابل للعكس. عند العودة إلى منطقة العمل ، لا يفقد الصمام الثنائي خصائصه. إذا تجاوز التيار العكسي قيمة معينة ، فسيصبح العطل الكهربائي حراريًا لا رجعة فيه مع فشل الجهاز.
أرز. 1. مقوم أشباه الموصلات: أ - تمثيل رسومي تقليدي ، ب - خاصية جهد تيار مثالي ، ج - خاصية جهد تيار حقيقي
تنتج الصناعة بشكل أساسي ثنائيات الجرمانيوم (Ge) والسيليكون (Si).
تتميز ثنائيات السيليكون بتيارات عكسية منخفضة ودرجة حرارة تشغيل أعلى (150-200 درجة مئوية مقابل 80-100 درجة مئوية) ، وتتحمل الفولتية العكسية العالية والكثافة الحالية (60-80 أمبير / سم 2 مقابل 20-40 أمبير / سم 2). بالإضافة إلى ذلك ، يعد السيليكون عنصرًا شائعًا (على عكس ثنائيات الجرمانيوم ، وهو عنصر أرضي نادر).
تشمل مزايا الثنائيات الجرمانيوم انخفاض الجهد المنخفض عندما يتدفق تيار مباشر (0.3 - 0.6 فولت مقابل 0.8 - 1.2 فولت). بالإضافة إلى المواد شبه الموصلة المدرجة ، يتم استخدام زرنيخيد الغاليوم في دوائر الميكروويف.
وفقًا لتكنولوجيا الإنتاج ، يتم تقسيم ثنائيات أشباه الموصلات إلى فئتين: النقطة والمستوية.
تشكل الثنائيات النقطية لوحة Si أو Ge من النوع n بمساحة 0.5 - 1.5 مم 2 وإبرة فولاذية تشكل تقاطع p - n عند نقطة الاتصال. نتيجة للمساحة الصغيرة ، فإن التقاطع ذو سعة منخفضة ، وبالتالي يمكن لمثل هذا الصمام الثنائي العمل في الدوائر عالية التردد ، لكن التيار عبر التقاطع لا يمكن أن يكون كبيرًا (عادة لا يزيد عن 100 مللي أمبير).
يتكون الصمام الثنائي المستوي من لوحين Si أو Ge متصلتين مع توصيلات كهربائية مختلفة. ينتج عن منطقة التلامس الكبيرة سعة تقاطع كبيرة وتردد تشغيل منخفض نسبيًا ، لكن تدفق التيار يمكن أن يكون كبيرًا (حتى 6000 أمبير).
المعلمات الرئيسية لثنائيات المعدل هي:
- الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي Ipr.max ،
- الحد الأقصى المسموح به للجهد العكسي Urev.max ،
- التردد الأقصى المسموح به fmax.
وفقًا للمعلمة الأولى ، تنقسم الثنائيات المعدلة إلى ثنائيات:
- طاقة منخفضة ، تيار مستمر يصل إلى 300 مللي أمبير ،
- متوسط الطاقة ، التيار المباشر 300 مللي أمبير - 10 أ ،
- قوة عالية - الطاقة ، يتم تحديد الحد الأقصى للتيار الأمامي بواسطة الفئة وهو 10 ، 16 ، 25 ، 40 - 1600 أ.
تُستخدم الثنائيات النبضية في الدوائر منخفضة الطاقة ذات الطابع النبضي للجهد المطبق. الشرط المميز بالنسبة لهم هو وقت الانتقال القصير من الحالة المغلقة إلى الحالة المفتوحة والعكس بالعكس (الوقت النموذجي 0.1 - 100 ميكرو ثانية). الثنائيات النبضية UGO هي نفس الثنائيات المعدلة.
تين. 2. العمليات العابرة في الصمامات الثنائية النبضية: أ - اعتماد التيار عند تحويل الجهد من الاتجاه المباشر إلى الاتجاه المعاكس ، ب - اعتماد الجهد عند مرور نبضة تيار عبر الصمام الثنائي
تشمل المعلمات المحددة لثنائيات النبض ما يلي:
- وقت الشفاء Tvosst
- هذا هو الفاصل الزمني بين اللحظة التي يتحول فيها جهد الصمام الثنائي من الأمام إلى الخلف واللحظة التي ينخفض فيها التيار العكسي إلى قيمة معينة (الشكل 2 ، أ) ،
- وقت الاستقرار Tust هو الفاصل الزمني بين بداية التيار المباشر لقيمة معينة من خلال الصمام الثنائي واللحظة التي يصل فيها الجهد على الصمام الثنائي إلى 1.2 من القيمة في الحالة المستقرة (الشكل 2 ، ب) ،
- أقصى تيار استرداد Iobr.imp.max ، يساوي أكبر قيمة للتيار العكسي عبر الصمام الثنائي بعد تحويل الجهد من الأمام إلى الخلف (الشكل 2 ، أ).
يتم الحصول على الثنائيات المقلوبة عندما يكون تركيز الشوائب في منطقتي p و n أكبر من تركيز المقومات التقليدية. يتمتع هذا الصمام الثنائي بمقاومة منخفضة للتيار الأمامي أثناء التوصيل العكسي (الشكل 3) ومقاومة عالية نسبيًا أثناء الاتصال المباشر. لذلك ، يتم استخدامها في تصحيح الإشارات الصغيرة بسعة جهد تصل إلى عدة أعشار من الفولت.
أرز. 3. UGO و VAC من الثنائيات المقلوبة
تم الحصول على ثنائيات شوتكي عن طريق انتقال أشباه الموصلات المعدنية.في هذه الحالة ، يتم استخدام ركائز n-silicon (أو كربيد السيليكون) منخفضة المقاومة مع طبقة فوقية رقيقة عالية المقاومة من نفس أشباه الموصلات (الشكل 4).
أرز. 4. UGO وهيكل الصمام الثنائي شوتكي: 1 - بلورة سيليكون أولية ذات مقاومة منخفضة ، 2 - طبقة فوقية من السيليكون ذات مقاومة عالية ، 3 - منطقة شحن الفضاء ، 4 - تلامس معادن
يتم تطبيق قطب كهربائي معدني على سطح الطبقة فوق المحورية ، والتي توفر التصحيح ولكنها لا تحقن ناقلات الأقلية في المنطقة الأساسية (غالبًا الذهب). لذلك ، في هذه الثنائيات لا توجد عمليات بطيئة مثل تراكم وامتصاص ناقلات الأقلية في القاعدة. لذلك ، فإن القصور الذاتي لثنائيات شوتكي ليس مرتفعًا. يتم تحديده من خلال قيمة سعة الحاجز لمقوم التلامس (1-20 pF).
بالإضافة إلى ذلك ، فإن المقاومة التسلسلية لثنائيات شوتكي أقل بكثير من مقاومة الثنائيات المعدلة لأن الطبقة المعدنية لديها مقاومة منخفضة مقارنة بأي من أشباه الموصلات ، حتى لو كانت شديدة التشويش. هذا يسمح باستخدام ثنائيات شوتكي لتصحيح التيارات الكبيرة (عشرات الأمبيرات). يتم استخدامها بشكل عام في تبديل الثوار لتصحيح الفولتية عالية التردد (حتى عدة ميجاهرتز).
بوتابوف ال.