Dioda daya

Senyawa lubang elektron

Prinsip pengoperasian sebagian besar perangkat semikonduktor didasarkan pada fenomena dan proses yang terjadi pada batas antara dua wilayah semikonduktor dengan jenis konduktivitas listrik yang berbeda - elektron (tipe-n) dan lubang (tipe-p). Di wilayah tipe-n, elektron mendominasi, yang merupakan pembawa utama muatan listrik, di wilayah-p, ini adalah muatan positif (lubang). Batas antara dua daerah dengan jenis konduktivitas yang berbeda disebut sambungan pn.

Secara fungsional, dioda (Gbr. 1) dapat dianggap sebagai sakelar elektronik yang tidak terkontrol dengan konduksi satu sisi. Dioda berada dalam keadaan konduksi (sakelar tertutup) jika tegangan maju diterapkan padanya.

Beras. 1. Penunjukan grafis konvensional dari dioda

Arus melalui dioda iF ditentukan oleh parameter rangkaian eksternal, dan penurunan tegangan pada struktur semikonduktor tidak begitu penting. Jika tegangan balik diterapkan ke dioda, itu dalam keadaan non-konduktor (sakelar terbuka) dan arus kecil mengalir melaluinya. Penurunan tegangan melintasi dioda dalam hal ini ditentukan oleh parameter rangkaian eksternal.

Perlindungan dioda

Penyebab paling umum dari kegagalan listrik dioda adalah laju kenaikan arus maju diF / dt yang tinggi saat dihidupkan, kelebihan tegangan saat mati, melebihi nilai maksimum arus maju dan merusak struktur dengan tegangan balik yang sangat tinggi.

Pada nilai diF / dt yang tinggi, konsentrasi pembawa muatan yang tidak rata muncul dalam struktur dioda dan, akibatnya, panas berlebih lokal dengan kerusakan selanjutnya pada struktur. Alasan utama tingginya nilai diF/dt adalah kecilnya induktansi dalam rangkaian yang berisi sumber tegangan maju dan dioda aktif. Untuk mengurangi nilai diF / dt, sebuah induktansi dihubungkan secara seri dengan dioda, yang membatasi laju kenaikan arus.

Untuk mengurangi nilai amplitudo tegangan yang diterapkan ke dioda ketika rangkaian dimatikan, resistor R yang terhubung seri digunakan dan kapasitor C adalah apa yang disebut rangkaian RC yang terhubung secara paralel dengan dioda.

Untuk melindungi dioda dari kelebihan arus dalam mode darurat, sekering listrik berkecepatan tinggi digunakan.

Jenis utama dioda daya

Menurut parameter dan tujuan utama, dioda biasanya dibagi menjadi tiga kelompok: dioda serba guna, dioda pemulihan cepat, dan dioda Schottky.

Dioda tujuan umum

Kelompok dioda ini dibedakan oleh nilai tegangan balik yang tinggi (dari 50 V hingga 5 kV) dan arus maju (dari 10 A hingga 5 kA). Struktur semikonduktor besar dioda menurunkan kinerjanya. Oleh karena itu, waktu pemulihan balik dioda biasanya berkisar antara 25-100 μs, yang membatasi penggunaannya di sirkuit dengan frekuensi di atas 1 kHz.Biasanya, mereka bekerja di jaringan industri dengan frekuensi 50 (60) Hz. Penurunan tegangan kontinu melintasi dioda grup ini adalah 2,5-3 V.

Dioda daya datang dalam paket yang berbeda. Yang paling umum adalah dua jenis eksekusi: pin dan tablet (Gbr. 2 a, b).

Beras. 2. Konstruksi badan dioda: a — pin; b—tablet

Dioda pemulihan cepat. Dalam produksi kelompok dioda ini, berbagai metode teknologi digunakan untuk mempersingkat waktu pemulihan balik. Secara khusus, doping silikon menggunakan metode difusi emas atau platinum, yang memungkinkan untuk mengurangi waktu pemulihan menjadi 3-5 μs. Namun, ini mengurangi nilai arus maju dan tegangan balik yang diperbolehkan. Nilai arus yang diizinkan adalah dari 10 A hingga 1 kA, tegangan balik - dari 50 V hingga 3 kV. Dioda tercepat memiliki waktu pemulihan balik 0,1-0,5 μs. Dioda semacam itu digunakan dalam rangkaian pulsa dan frekuensi tinggi dengan frekuensi 10 kHz dan lebih tinggi. Desain dioda dalam kelompok ini mirip dengan dioda tujuan umum.

Dioda Schottky

Prinsip pengoperasian dioda Schottky didasarkan pada sifat-sifat daerah transisi antara logam dan bahan semikonduktor. Untuk dioda daya, lapisan silikon terkuras tipe-n digunakan sebagai semikonduktor. Dalam hal ini, terdapat muatan negatif pada daerah transisi pada sisi logam dan muatan positif pada sisi semikonduktor.

Keunikan dioda Schottky adalah bahwa arus maju hanya disebabkan oleh pergerakan pembawa utama - elektron. Kurangnya akumulasi pembawa minoritas secara signifikan mengurangi inersia dioda Schottky.Waktu pemulihan biasanya tidak lebih dari 0,3 μs, penurunan tegangan maju sekitar 0,3 V. Nilai arus balik pada dioda ini 2-3 kali lipat lebih tinggi daripada di dioda p-n-junction. Tegangan balik pembatas biasanya tidak lebih dari 100 V. Mereka digunakan dalam rangkaian pulsa frekuensi tinggi dan tegangan rendah.