Почему два последовательно соединенных диода не могут работать как BJT?

Диод является одной из разновидностей приборов, сконструированных на полупроводниковой основе. Обладает одним p-n переходом, а также анодным и катодным выводом. В большинстве случаев он предназначен для модуляции, выпрямления, преобразования и иных действий с поступающими электрическими сигналами.

Принцип работы:

1. Электрический ток воздействует на катод, подогреватель начинает накаливаться, а электрод испускать электроны.
2. Между двумя электродами происходит образование электрического поля.
3. Если анод обладает положительным потенциалом, то он начинает притягивать электроны к себе, а возникшее поле является катализатором данного процесса. При этом, происходит образование эмиссионного тока.
4. Между электродами происходит образование пространственного отрицательного заряда, способного помешать движению электронов. Это происходит, если потенциал анода оказывается слишком слабым. В таком случае, частям электронов не удается преодолеть воздействие отрицательного заряда, и они начинают двигаться в обратном направлении, снова возвращаясь к катоду.
5. Все электроны, которые достигли анода и не вернулись к катоду, определяют параметры катодного тока. Поэтому данный показатель напрямую зависит от положительного анодного потенциала.
6. Поток всех электронов, которые смогли попасть на анод, имеет название анодный ток, показатели которого в диоде всегда соответствуют параметрам катодного тока. Иногда оба показателя могут быть нулевыми, это происходит в ситуациях, когда анод обладает отрицательным зарядом. В таком случае, возникшее между электродами поле не ускоряет частицы, а, наоборот, тормозит их и возвращает на катод. Диод в таком случае остается в запертом состоянии, что приводит к размыканию цепи.

Устройство

Ниже приводится подробное описание устройства диода, изучение этих сведений необходимо для дальнейшего понимания принципов действия этих элементов:

1. Корпус представляет собой вакуумный баллон, который может быть изготовлен из стекла, металла или прочных керамических разновидностей материала.
2. Внутри баллона имеется 2 электрода. Первый является накаленным катодом, который предназначен для обеспечения процесса эмиссии электронов. Самый простейший по конструкции катод представляет собой нить с небольшим диаметром, которая накаливается в процессе функционирования, но на сегодняшний день более распространены электроды косвенного накала. Они представляют собой цилиндры, изготовленные из металла, и обладающие особым активным слоем, способным испускать электроны.
3. Внутри катодакосвенного накала имеется специфический элемент – проволока, которая накаливается под воздействием электрического тока, она называется подогреватель.
4. Второй электрод является анодом, он необходим для приема электронов, которые были выпущены катодом. Для этого он должен обладать положительным относительно второго электрода потенциалом. В большинстве случаев анод также имеет цилиндрическую форму.
5. Оба электрода вакуумных приборов полностью идентичны эмиттеру и базе полупроводниковой разновидности элементов.
6. Для изготовления диодного кристалла чаще всего используется кремний или германий. Одна из его частей является электропроводимой по p-типу и имеет недостаток электронов, который образован искусственным методом. Противоположная сторона кристалла также имеет проводимость, но n-типа и обладает избытком электронов. Между двумя областями имеется граница, которая и называется p-n переходом.

Такие особенности внутреннего устройства наделяют диоды их главным свойством – возможностью проведения электрического тока только в одном направлении.

Назначение

1. Диодные мосты представляют собой 4, 6 или 12 диодов, соединенных между собой, их количество зависит от типа схемы, которая может быть однофазной, трехфазной полумостовой или трехфазной полномостовой. Они выполняют функции выпрямителей, такой вариант чаще всего используется в автомобильных генераторах, поскольку внедрение подобных мостов, а также использование вместе с ними щеточно-коллекторных узлов, позволило в значительной степени сократить размеры данного устройства и увеличить степень его надежности. Если соединение выполнено последовательно и в одну сторону, то это повышает минимальные показатели напряжения, которое потребуется для отпирания всего диодного моста.
2. Диодные детекторы получаются при комбинированном использовании данных приборов с конденсаторами. Это необходимо для того, чтобы было можно выделить модуляцию с низкими частотами из различных модулированных сигналов, в том числе амплитудно-модулированной разновидности радиосигнала. Такие детекторы являются частью конструкции многих бытовых потребителей, например, телевизоров или радиоприемников.
3. Обеспечение защиты потребителей от неверной полярности при включении схемных входов от возникающих перегрузок или ключей от пробоя электродвижущей силой, возникающей при самоиндукции, которая происходит при отключении индуктивной нагрузки. Для обеспечения безопасности схем от возникающих перегрузок, применяется цепочка, состоящая из нескольких диодов, имеющих подключение к питающим шинам в обратном направлении. При этом, вход, которому обеспечивается защита, должен подключаться к середине этой цепочки. Во время обычного функционирования схемы, все диоды находятся в закрытом состоянии, но если ими было зафиксировано, что потенциал входа ушел за допустимые пределы напряжения, происходит активация одного из защитных элементов. Благодаря этому, данный допустимый потенциал получает ограничение в рамках допустимого питающего напряжения в сумме с прямым падением показателей напряжение на защитном приборе.
4. Переключатели, созданные на основе диодов, используются для осуществления коммутации сигналов с высокими частотами. Управление такой системой осуществляется при помощи постоянного электрического тока, разделения высоких частот и подачи управляющего сигнала, которое происходит благодаря индуктивности и конденсаторам.
5. Создание диодной искрозащиты. Используются шунт-диодные барьеры, которые обеспечивают безопасность путем ограничения напряжения в соответствующей электрической цепи. В совокупности с ними применяются токоограничительные резисторы, которые необходимы для ограничения показателей электрического тока, проходящего через сеть, и увеличения степени защиты.

Читать также: Скорость полотна ленточной пилы

Динамические параметры IGBT

Поведение IGBT в импульсных режимах определяется их структурой, величиной внутренних конденсаторов и сопротивлений, а также параметрами нагрузки. В отличие от идеального ключа, для динамического управления IGBT требуется определенная мощность, что связано с необходимостью перезаряда входных емкостей изолированного MOS-затвора. Кроме того, на процесс переключения заметное влияние оказывают распределенные индуктивности силовых терминалов внутри модуля и шин звена постоянного тока преобразователя. Их наличие в сочетании с паразитными емкостями силовых кристаллов и соединительных цепей приводит к появлению коммутационных перенапряжений и осцилляций.

Зависимость импульсных характеристик IGBT от величины внутренних конденсаторов и сопротивлений может быть объяснена следующим образом. У выключенного транзистора значение обратной емкости CGC

мало и примерно равно
CCE
. При включении
CGC
быстро увеличивается до тех пор, пока напряжение «затвор–эмиттер»
VGE
не сравняется с
VCE
, что объясняется инверсией насыщающегося слоя, находящегося под областью затвора.

В технической документации на IGBT обычно приводятся значения входных и выходных конденсаторов Cies

,
Cres
,
Coes
в выключенном состоянии (таблица 2). Ценность этих данных для расчета импульсных характеристик невелика, поскольку при коммутации транзистора величины
Cies
и
Cres
меняются в очень широких пределах. Намного более полезным для вычислений является график, связывающий заряд и напряжение затвора (рис. 20а).

Рис. 20. a) Характеристика заряда затвора; б) малосигнальные емкости IGBT
Таблица 2.
Определение малосигнальных емкостей IGBT

Описание емкости	Значение
Входная Cies	Cies = CGE+CGC
Обратная (Миллера) Cres	Cres = CGC
Выходная Cоes	Cоes = CGС+CCЕ

На рис. 19 показан процесс «жесткой» коммутации IGBT на резистивно-индуктивную нагрузку, обеспечивающую непрерывность тока, поскольку постоянная времени нагрузки L/R намного больше периода рабочей частоты (1/fsw

). Такой режим работы является наиболее показательным для качественной оценки динамических свойств силового ключа. На рис. 19а приведены типовые кривые тока и напряжения коллектора в зависимости от сигнала управления
VGE
; там же показана рабочая характеристика включения и выключения в виде графика
IC
=
f
(
VCE
). Эти графики с небольшими изменениями справедливы и для MOSFET-ключей.

Рис. 19. Типовые характеристики «жесткого» переключения MOSFET и IGBT (резистивно-индуктивная нагрузка): а) ток и напряжение; б) рабочая характеристика включения/выключения и схема измерения

В процессе «жесткой» коммутации в течение короткого времени на транзистор воздействуют одновременно высокие значения тока и напряжения, поскольку благодаря наличию оппозитного диода ток в индуктивности не прерывается при отключении IGBT:

• При включении транзистора он берет на себя весь ток нагрузки Iload
  , а к закрытому диоду прикладывается полное напряжение. Ток коллектора
  IC
  достигает величины
  Iload
  до того, как напряжение
  VCE
  упадет до уровня насыщения
  VCE(sat)
  .
• При выключении транзистора оппозитный диод может принять на себя ток нагрузки только после перехода в проводящее состояние. Для этого напряжение «коллектор–эмиттер» должно превысить уровень коммутируемого сигнала до того, как ток коллектора упадет ниже уровня отсечки.

В отличие от тиристоров IGBT способны работать в жестком режиме без применения снабберов благодаря так называемому «динамическому переходу», формируемому в дрейфовой зоне при коммутации. Транзистор при этом, однако, рассеивает очень большую энергию:

С помощью пассивной снабберной цепи рабочая характеристика (рис. 19б) может быть смещена ближе к осям координат. Потери переключения при этом переходят от транзистора к снабберу, что в большинстве случаев снижает эффективность работы всей системы. Поскольку максимально возможная рабочая зона зависит не только от тока/напряжения/частоты, но и от факторов, связанных с неидеальностью транзистора, то реальная область безопасной работы (Safe Operating Area, SOA) приводится в технических характеристиках для различных условий работы.

Как показано на рис. 19, при включении IGBT напряжение VCE

в течение 10 нс снижается до уровня, эквивалентного падению на
n
—-дрейфовой области. Затем
n
—-зона переносится положительно заряженными носителями от
р
-коллектора; спустя период времени от нескольких наносекунд до нескольких микросекунд напряжение динамического насыщения
VCE(sat)dyn
падает до уровня статического насыщения
VCE(sat)
.

Включение IGBT

• 0–t1
  (транзистор заблокирован).

При подаче сигнала управления VGE

по цепи затвора начинает протекать ток, заряжающий конденсатор CGE до значения
QG1
. Уровень
VGE
нарастает линейно с постоянной времени, определяемой входной емкостью IGBT и сопротивлением затвора
RG
, и пока оно не достигнет порогового значения
VGE(sat)
, транзистор закрыт и ток коллектора отсутствует.

• t1
  –
  t2
  (нарастание тока коллектора).

После достижения порогового уровня (момент t1

)
IC
начинает расти. В это же время сигнал
VGE
, связанный с коллекторным током в активной рабочей зоне IGBT в соответствии с выражением
IC
=
gfs
×
VGE
(
gfs
— проводимость), увеличивается до значения
VGE
=
IC
/
gfs
(момент
t2
). Поскольку оппозитный диод продолжает поддерживать ток в точке
t2
, напряжение на коллекторе
VCE
уменьшается незначительно. Заряд затвора при этом достигает величины
QG2
. В течение данного интервала времени основные потери генерируются в IGBT, поскольку до тех пор, пока величина
IC
меньше тока нагрузки
IL
, определенная часть
IL
продолжает протекать через оппозитный диод. Именно поэтому сигнал на коллекторе не может заметно опуститься ниже питания
VCC
. Разница
VCC
и
VCЕ
, отмеченная на рис. 19, в основном вызвана динамическими перепадами напряжения на паразитных индуктивностях коммутируемых цепей.

• t2
  –
  t3
  (транзистор полностью включен и находится в активной рабочей зоне, плоский участок характеристики).

Когда оппозитный диод закрывается, напряжение на коллекторе падает до уровня насыщения VCE(sat)

, это происходит к моменту
t3
. В интервале
t2
–
t3
ток коллектора и напряжение на затворе все еще связаны через проводимость
gfs
, а величина
VCE
остается практически неизменной. Спад
VCE
создает компенсирующий ток
iG
, заряжающий емкость Миллера
СCG
до уровня (
QG3
–
QG2
), заряд затвора в момент времени
t3
составляет
QG3
. После того как весь ток нагрузки
IL
переходит на транзистор, начинается блокировка оппозитного диода. Однако из-за наличия эффекта обратного восстановления коллекторный ток IGBT вначале резко возрастает до величины (
IL
+
IRRM
), после чего по мере рассасывания заряда восстановления
Qrr
падает до статического уровня
IL
.

• t3
  –
  t4
  (область насыщения).

К моменту t3

транзистор полностью открыт, его рабочая точка прошла активную область и достигла границы насыщения, параметры
VGE
и
IC
больше не связаны друг с другом посредством
gfs
. Напряжение на затворе продолжает нарастать до уровня сигнала управления
VGG
, соответственно растет и заряд затвора, который к этому моменту времени составляет (
QGtot
–
QG3
).

Напряжение «коллектор–эмиттер» не может мгновенно достичь уровня насыщения VCE(sat)

; в зависимости от величины
VG
и
IC
это происходит через несколько сотен наносекунд. Эта так называемая фаза «динамического насыщения»
VCE(sat)dyn
=
f
(
t
) представляет собой период времени, необходимый для того, чтобы неосновные носители заняли широкую
n
—-область IGBT. Данный процесс также называется «модуляцией проводимости».

Выключение IGBT

При выключении IGBT все процессы идут в обратном порядке: полный заряд затвора QGtot

должен быть рассеян за счет подачи отрицательного напряжения управления. Возникающий при этом ток выключения разряжает внутренние емкости транзистора до уровня, при котором практически исчезает влияние носителей заряда в канальной области, с этого момента начинается резкий спад тока коллектора. Однако после прекращения тока эмиттера за счет инжекции в области коллектора IGBT генерируется большое количество носителей
р
-заряда, которые продолжают присутствовать в
n
-дрейфовой зоне. Теперь они должны рекомбинировать или исчезнуть за счет обратной инжекции, что приводит к появлению так называемого «хвостового» остаточного тока. Поскольку он полностью спадает только через несколько микросекунд после начала нарастания напряжения на коллекторе, его форма и длительность протекания в основном определяют уровень потерь выключения
Eoff
.

Всплеск напряжения на коллекторе, показанный на рисунке 19, вызван прерыванием тока в распределенной индуктивности LS

силовой цепи. Его амплитуда пропорциональна скорости выключения
dif
/
dt
транзистора и величине LS. Наличие паразитных компонентов, неизбежно присутствующих в реальных применениях, также приводит к искажениям сигнала управления затвором VGE, что наиболее ярко выражено в режиме «жесткой» коммутации. Чем больше величина этих элементов, тем выше уровень искажений и сложнее анализ динамических характеристик силового ключа.

Прямое включение диода

На p-n-переход диода может оказывать воздействие напряжение, подаваемое с внешних источников. Такие показатели, как величина и полярность, будут сказываться на его поведении и проводимом через него электрическом токе.

Ниже подробно рассмотрен вариант, при котором происходит подключение плюса к области p-типа, а отрицательного полюса к области n-типа. В этом случае произойдет прямое включение:

1. Под воздействием напряжения от внешнего источника, в p-n-переходе сформируется электрическое поле, при этом его направление будет противоположным относительно внутреннего диффузионного поля.
2. Напряжение поля значительно снизится, что вызовет резкое сужение запирающего слоя.
3. Под воздействием этих процессов значительное количество электронов обретет возможность свободно переходить из p-области в n-область, а также в обратном направлении.
4. Показатели тока дрейфа во время этого процесса остаются прежними, поскольку они напрямую зависят только от числа неосновных заряженных носителей, находящихся в области p-n-перехода.
5. Электроны обладают повышенным уровнем диффузии, что приводит к инжекции неосновных носителей. Иными словами, в n-области произойдет повышение количества дырок, а в p-области будет зафиксирована повышенная концентрация электронов.
6. Отсутствие равновесия и повышенное число неосновных носителей заставляет их уходить вглубь полупроводника и смешиваться с его структурой, что в итоге приводит к разрушению его свойств электронейтральности.
7. Полупроводник при этом способен восстановить свое нейтральное состояние, это происходит благодаря получению зарядов от подключенного внешнего источника, что способствует появлению прямого тока во внешней электрической цепи.

Структура

Свойства IGBT в большой степени определяются паразитными элементами, имеющимися в структуре транзистора. Накопление заряда и его последующее рассасывание приводят к появлению потерь переключения, созданию эффекта запоминания и появлению так называемого «хвостового» тока при выключении. Для лучшего понимания происходящих процессов и возможных механизмов отказа рассмотрим эквивалентную электрическую схему IGBT (рис. 17).

Рис. 17. Ячейка IGBT (NPT-структура с планарным затвором): а) паразитные элементы структуры; б) эквивалентная электрическая схема с паразитными элементами

Описание физической природы паразитных конденсаторов и резисторов, показанных на рисунке, приведено в таблице 1.
Таблица 1.
Паразитные элементы IGBT-структуры

Символ	Название	Физическое описание
CGE	Емкость «затвор–эмиттер»	Перекрывающая металлизация области «затвор–исток»; зависит от напряжения на затворе, не зависит от напряжения «коллектор–эмиттер»
CCE	Емкость «коллектор–эмиттер»	Емкость перехода между n—-дрейфовой областью и р-карманом
CGC	Емкость «затвор–коллектор»	Емкость Миллера, формируется за счет перекрытия области затвора и дрейфовой зоны n-
RG	Внутренний резистор затвора	Поликремниевый резистор затвора; как правило, в модулях с параллельным соединением чипов требуется дополнительное сопротивление для подавления уравнивающих токов и соответствующих осцилляций между чипами
RD	Дрейфовое сопротивление	Сопротивление n—-области (сопротивление базы PNP-транзистора)
RW	Поперечное сопротивление в области р-кармана	Сопротивление «база–эмиттер» паразитного биполярного NPN-транзистора

На эквивалентной электрической схеме IGBT кроме внутренних резисторов и конденсаторов показан «идеальный MOSFET», NPN-транзистор в области затвора (n

+-эмиттерная область (эмиттер)/
р
+-карман (база)/
n
—-дрейфовая область с боковым резистором
р
+-кармана под эмиттерами в качестве сопротивления «база–эмиттер» RW) и PNP-транзистор (
p
+ в эмиттере/
n
—-дрейфовая область — база/
р
+-карман — коллектор), образующий в сочетании с NPN паразитную тиристорную структуру. Этот тиристор может защелкиваться при выполнении следующего условия:

где αnpn, αpnp = αТ×gЕ — усиление тока транзисторов в базовых цепях; М

— коэффициент усиления; αТ — коэффициент переноса базы; γЕ — эффективность эмиттера.

Защелкивание приводит к потере управляемости IGBT и его отказу, это состояние должно быть исключено во всех статических и динамических режимах за счет грамотного проектирования конструкции, корректного выбора резисторов затворов и снабберных цепей. Как правило, открывание паразитного тиристора происходит на критических скоростях переключения (динамическое защелкивание из-за увеличения дырочного тока относительно номинального уровня) или при превышении критического значения плотности тока, которое снижается с ростом температуры чипа.

Каждое новое поколение ключей обладает более высокой стойкостью к защелкиванию, основной причиной которого у современных IGBT является многократное превышение номинальной плотности тока при выключении.

Одним из технологических способов подавления паразитной триггерной структуры является уменьшение сопротивления «база–эмиттер» RW

субтранзистора NPN путем высокого легирования
p
+-кармана под
n
-эмиттерами и сокращения длины
n
-эмиттера таким образом, чтобы пороговое напряжение перехода «база–эмиттер» NPN-транзистора не достигалось при всех условиях эксплуатации. Кроме того, дырочный ток (базовый ток NPN) поддерживается на минимальном уровне за счет снижения коэффициента передачи тока PNP-транзистора. Отметим, что в любом случае приходится находить компромисс между динамическими характеристиками и надежностью с одной стороны, и параметрами проводимости — с другой.

Обратное включение диода

Теперь будет рассмотрен другой способ включения, во время которого изменяется полярность внешнего источника, от которого происходит передача напряжения:

1. Главное отличие от прямого включения заключается в том, что создаваемое электрическое поле будет обладать направлением, полностью совпадающим с направлением внутреннего диффузионного поля. Соответственно, запирающий слой будет уже не сужаться, а, наоборот, расширяться.
2. Поле, находящееся в p-n-переходе, будет оказывать ускоряющий эффект на целый ряд неосновных носителей заряда, по этой причине, показатели дрейфового тока останутся без изменений. Он будет определять параметры результирующего тока, который проходит через p-n-переход.
3. По мере ростаобратного напряжения, электрический ток, протекающий через переход, будет стремиться достичь максимальных показателей. Он имеет специальное название – ток насыщения.
4. В соответствии с экспоненциальным законом, с постепенным увеличением температуры будут увеличиваться и показатели тока насыщения.

Идея схемы Дарлингтона

Если один транзистор может усилить ток, улучшит ли нашу ситуацию использование двух транзисторов? Да, правильно, улучшит. Все, что нам нужно сделать, это объединить наши транзисторы в схему Дарлингтона, данная схема была разработана в 1953 году Сидни Дарлингтоном.

При описании работы схемы Дарлингтона, мы предполагаем, что ток коллектора равен току эмиттера (для простоты здесь мы опускаем ток базы). Также будем учитывать, что в схеме используются однотипные биполярные транзисторы. Принцип работы следующий: ток, который подается на базу Т1, течет с его эмиттера усиленным. Обозначим коэффициент усиления этого транзистора по току β T1 .

T1 течет из эмиттера I BT1 · β T1 и напрямую влияет на базу T2. Транзистор Т2 усилен в β Т2 — кратно. В результате ток I BT1 · β T1 · β T2 протекает через коллектор T2. Гораздо большая часть тока проходит через T2, поэтому ток коллектора T1 можно считать незначительным.

В результате общий коэффициент усиления по току этой системы составляет β D = β T1 · β T2.

Если у вас возникли проблемы с пониманием приведенной выше схемы, попробуйте нарисовать её на листе бумаги самостоятельно (шаг за шагом).

Прямое и обратное напряжение

Напряжение, которое оказывает воздействие на диод, разделяют по двум критериям:

1. Прямое напряжение – это то, при котором происходит открытие диода и начинается прохождение через него прямого тока, при этом показатели сопротивления прибора являются крайне низкими.
2. Обратное напряжение – это то, которое обладает обратной полярностью и обеспечивает закрытие диода с прохождением через него обратного тока. Показатели сопротивления прибора при этом начинают резко и значительно расти.

Это приводит к росту параметров прямого тока, проходящего через диод. Когда данный прибор закрыт, то на него воздействует фактически все напряжение, по этой причине показатели проходящего через диод обратного тока являются незначительными, а сопротивление перехода при этом достигает пиковых параметров.

Как работают биполярные транзисторы

Начнем с классического биполярного NPN транзистора. У него три вывода:

• База (b — base)
• Коллектор (c — collector)
• Эмиттер (e — emitter)

Когда транзистор включен, то через него может течь ток от коллектора к эмиттеру. Когда он выключен, ток не течет. В приведенном ниже примере транзистор выключен. Это означает, что через него не может протекать ток, поэтому светодиод не светиться.

Чтобы включить транзистор, вам необходимо подать напряжение около 0,7 В на базу относительно эмиттера. Если бы у вас была батарея 0,7 В вы могли бы подключить ее между базой и эмиттером и транзистор бы включился. Поскольку у большинства из нас нет батареи с напряжением 0,7 В, то как мы можем включить транзистор?

Паяльный фен YIHUA 8858

Обновленная версия, мощность: 600 Вт, расход воздуха: 240 л/час…

Подробнее

Легко! Переход транзистора база-эмиттер работает как диод. Диод имеет прямое напряжение, которое он «берет» из имеющегося напряжения питания. Если вы последовательно подключите резистор, то остальная часть напряжения упадет на резисторе. Таким образом, вы автоматически получите около 0,7 В, добавив всего один резистор.

Это тот же принцип используется для ограничения тока через светодиод, чтобы он не сгорел.

Если вы еще добавите кнопку, то вы можете управлять транзистором и, следовательно, светодиодом, включая и выключая его с помощью кнопки:

Работа диода и его вольт-амперная характеристика

Под вольт-амперной характеристикой данных приборов понимается кривая линия, которая показывает то, в какой зависимости находится электрический ток, протекающий через p-n-переход, от объемов и полярности напряжения, воздействующего на него.

Подобный график можно описать следующим образом:

1. Ось, расположенная по вертикали: верхняя область соответствует значениям прямого тока, нижняя область параметрам обратного тока.
2. Ось, расположенная по горизонтали: область, находящаяся справа, предназначена для значений прямого напряжения; область слева для параметров обратного напряжения.
3. Прямая ветвь вольт-амперной характеристики отражает пропускной электрический ток через диод. Она направлена вверх и проходит в непосредственной близости от вертикальной оси, поскольку отображает увеличение прямого электрического тока, которое происходит при увеличении соответствующего напряжения.
4. Вторая (обратная) ветвь соответствует и отображает состояние закрытого электрического тока, который также проходит через прибор. Положение у нее такое, что она проходит фактически параллельно относительно горизонтальной оси. Чем круче эта ветвь подходит к вертикали, тем выше выпрямительные возможности конкретного диода.
5. По графику можно наблюдать, что после роста прямого напряжения, протекающего через p-n-переход, происходит медленное увеличение показателей электрического тока. Однако постепенно, кривая достигает области, в которой заметен скачок, после которого происходит ускоренное нарастание его показателей. Это объясняется открытием диода и проведением тока при прямом напряжении. Для приборов, изготовленных из германия, это происходит при напряжении равном от 0,1В до 0,2В (максимальное значение 1В), а для кремниевых элементов требуется более высокий показатель от 0,5В до 0,6В (максимальное значение 1,5В).
6. Показанное увеличение показателей тока может привести к перегреву полупроводниковых молекул. Если отведение тепла, происходящее благодаря естественным процессам и работе радиаторов, будет меньше уровня его выделения, то структура молекул может быть разрушена, и этот процесс будет иметь уже необратимый характер. По этой причине, необходимо ограничивать параметры прямого тока, чтобы не допустить перегрева полупроводникового материала. Для этого, в схему добавляются специальные резисторы, имеющие последовательное подключение с диодами.
7. Исследуя обратную ветвь можно заметить, что если начинает увеличиваться обратное напряжение, которое приложено к p-n-переходу, то фактически незаметен рост параметров тока. Однако в случаях, когда напряжение достигает параметров, превосходящих допустимые нормы, может произойти внезапный скачок показателей обратного тока, что перегреет полупроводник и будет способствовать последующему пробою p-n-перехода.

Читать также: Кнопочный пост на 2 кнопки схема подключения

Преимущества схемы Дарлингтона

Транзисторы Дарлингтона используются так же, как одинарные биполярные. Их можно рассматривать как один транзистор с измененными параметрами. Наиболее важной особенностью такого изменения является умножение текущих коэффициентов усиления.

Вернемся к примеру, приведенному в начале: объединив мощный транзистор с β = 40 с меньшим значением β, мы получим коэффициент усиления 1600. Для включения нагрузки, потребляющей 5 А, потребуется всего 3 мА — это ток, который успешно обеспечивает большинство микроконтроллеров.

Читать также: Что такое мост?

Однако необходимо помнить, что транзисторы в этом соединении загружены неравномерно: большая часть тока проходит через T2. Это означает, что они не обязательно должны быть одного типа. Например, T1 может быть транзистором малой мощности с большим β, что делает результирующее усиление еще выше!

Основные неисправности диодов

Иногда приборы подобного типа выходят из строя, это может происходить из-за естественной амортизации и старения данных элементов или по иным причинам.

Всего выделяют 3 основных типа распространенных неисправностей:

1. Пробой перехода приводит к тому, что диод вместо полупроводникового прибора становится по своей сути самым обычным проводником. В таком состоянии он лишается своих основных свойств и начинает пропускать электрический ток в абсолютно любом направлении. Подобная поломка легко выявляется при помощи стандартного мультиметра, который начинает подавать звуковой сигнал и показывать низкий уровень сопротивления в диоде.
2. При обрыве происходит обратный процесс – прибор вообще перестает пропускать электрический ток в каком-либо направлении, то есть он становится по своей сути изолятором. Для точности определения обрыва, необходимо использовать тестеры с качественными и исправными щупами, в противном случае, они могут иногда ложно диагностировать данную неисправность. У сплавных полупроводниковых разновидностей такая поломка встречается крайне редко.
3. Утечка, во время которой нарушается герметичность корпуса прибора, вследствие чего он не может исправно функционировать.

Пробой p-n-перехода

Подобные пробои происходят в ситуациях, когда показатели обратного электрического тока начинают внезапно и резко расти, происходит это из-за того, что напряжение соответствующего типа достигает недопустимых высоких значений.

Обычно различается несколько видов:

1. Тепловые пробои, которые вызваны резким повышением температуры и последующим перегревом.
2. Электрические пробои, возникающие под воздействием тока на переход.

График вольт-амперной характеристики позволяет наглядно изучать эти процессы и разницу между ними.

Электрический пробой

Последствия, вызываемые электрическими пробоями, не носят необратимого характера, поскольку при них не происходит разрушение самого кристалла. Поэтому при постепенном понижении напряжения можно восстановить всей свойства и рабочие параметры диода.

При этом, пробои такого типа делятся на две разновидности:

1. Туннельные пробои происходят при прохождении высокого напряжения через узкие переходы, что дает возможность отдельно взятым электронам проскочить через него. Обычно они возникают, если в полупроводниковых молекулах имеется большое количество разных примесей. Во время такого пробоя, обратный ток начинает резко и стремительно расти, а соответствующее напряжение находится на низком уровне.
2. Лавинные разновидности пробоев возможны благодаря воздействию сильных полей, способных разогнать носителей заряда до предельного уровня из-за чего они вышибают из атомов ряд валентных электронов, которые после этого вылетают в проводимую область. Это явление носит лавинообразный характер, благодаря чему данный вид пробоев и получил такое название.