Redresoare și Diode Semiconductoare

Capitolul I

1.1 Diode semiconductoare

TIPURI DE DIODE SEMICONDUCTOARE

Diodele semiconductoare sunt dispozitive electronice formate dintr-o jonc¬ţiune pn şi două contacte neredresoare metal-semiconductor, închise ermetic într-o capsulă metalică, din sticlă sau din material plastic. Contactele metal-semiconductor prin care o structură semiconductoare este conectată la terminale trebuie să aibă o caracteristică voltamper liniară, adică să fie neredresoare, iar rezistenţa contactului trebuie să fie mult mai mică decît impedanţa structurii.

În circuitele electronice, diodele semiconductoare au o largă întrebuin¬ţare, îndeplinind diverse funcţiuni. Ele pot fi utilizate ca : diode redresoare, diode stabilizatoare de tensiune, diode de semnal, diode speciale şi fotodiode. Din categoria diodelor speciale fac parte diodele tunel, diodele varicap, diodele detectoare de frecvenţă ultraînaltă etc. Toate aceste funcţiuni au la bază proprietăţile joncţiunii pn.

Vom prezenta în continuare particularităţile constructive şi principalii parametrii funcţionali pentru tipurile de diode semiconductoare întâlnite mai frecvent în practică.

1.2. DIODE REDRESOARE CU JONCŢIUNE

Diodele redresoare sunt diodele folosite pentru transformarea tensiunilor alternative în tensiuni continue. Ele au un domeniu restrîns de frecvenţe de lucru. Astfel, de exemplu, pentru redresoarele alimentate de Va reţea, frec¬venţa de lucru este de 50 Hz.

parametri diodelor redresoare sunt următorii:

— curentul mediu redresat Ia ; după valoarea acestuia diodele pot fi îm¬părţite în trei categorii : diode pentru curenţi mici (Id pină la 1 A), diode pentru curenţi medii (zeci de amperi), diode pentru curenţi mari (peste 100 A);

— curentul de vârf maxim admis Imax ;

— tensiunea inversă maximă admisă Uim.max .; aceasta este mai mică decât tensiunea de străpungere (Ulm. max, — 0,5—0,8 Ustr) şi este cuprinsă în intervalul (50— 2 000)V ;

— căderea de tensiune directă pentru o anumită valoare a curentului (în jurul lui Id);

— curentul invers pentru o anumită valoare a tensiunii, de obicei pentru tensiunea inversă maximă;

— rezistenţa termică, care caracterizează capacitatea diodei de a elimina puterea disipată spre mediul ambiant; despre această mărime se va vorbi la studiul regimului termic al tranzistorului.

In figura 1.1 este reprezentată caracteristica curent-tensiune pentru o diodă cu germaniu (cu linie conti¬nuă) şi pentru o diodă cu siliciu (cu linie punctată). Ambele diode sunt destinate, să lucreze în acelaşi domeniu de tensiuni şi curenţi. În sens direct, căderea de tensiune pe ele¬mentul redresor cu germaniu este de (0,5 — 0,6)V, iar pe dioda cu siliciu— de (0,8—1)V. De asemenea dioda cu germaniu are o valoare mai scăzută a tensiunii de deschidere decât dioda cu siliciu. Aceasta înseam¬nă un randament mai bun al redresării la dioda de germaniu, ceea ce reprezintă de altfel singurul avantaj al ace¬stei diode. Se observă că în cazul diodei cu siliciu curentul invers are o valoare mult mai mică decât curentul invers al diodei cu germaniu (anume cu 2—3 ordine de mărime la o aceeaşi suprafaţă a joncţiunii). Aceasta conferă un domeniu mult mai larg de temperaturi de funcţionare diodelor din siliciu (120—200°C) faţă de cele din germaniu (70—90°C), deoarece creşterea tem¬peraturii joncţiunii conduce la creşterea curentului invers.

Din siliciu se pot realiza diode cu tensiuni inverse mult mai mari decât în cazul folosirii germa¬niului.

Datorită acestor avantaje, în prezent siliciul a căpătat o largă utilizare în fabricarea diodelor redresoare. Totuşi, se mai fabrică diode redresoare din germaniu în cantităţi de masă datorită faptului că ele au un preţ de cost mai scăzut.

Particularităţile constructive ale diodelor redresoare depind de domeniul de curenţi pentru care sunt destinate. În figura 1.2 sunt prezentate trei tipuri constructive de diode redresoare.

Cristalul semiconductor al diodelor redresoare de curenţi mici are supra¬faţa de ~ 1 mm2, iar la cele de curenţi mari suprafaţa ajunge de ordinul a 1 cm2, densitatea maximă de curent prin joncţiune fiind în cazul siliciului de~ 1 A/mm2. Cristalul se montează într-o capsulă protectoare, care trebuie să permită o evacuare eficace a căldurii şi să aibă dimensiuni cât mai mici posibile.

O problemă importantă pentru diodele redresoare o constituie disiparea de putere şi evacuarea acesteia spre mediul exterior. Cea mai intensă disipare de putere are loc în perioada de conducţie a diodei. În perioada de blocare, da¬torită curenţilor inverşi foarte mici, pierderile sunt neglijabile. Ţinând seama că în conducţie directă căderea de tensiune pe diodă este aproape constantă (UA), puterea disipată în diodă poate fi aproximată astfel :

PD = UA . IA (1.3)

unde IA este valoarea medie a curentului prin diodă. Puterea se disipă în regiunea de tranziţie a joncţiunii, pe care cade întreaga tensiune UA. De aici, căldura se transmite prin conducţie spre corpul metalic (capsulă) şi de la acesta, prin convecţie, spre mediul înconjurător. Puterea termică ce poate fi eliminată de capsulă este proporţională cu suprafaţa ei. Pentru creşterea puterii termice eliminate, diodele se montează pe radiatoare din aluminiu.