Mitä ovat vahvistusdiodit?

Mitä ovat vahvistusdiodit?

Vahvistusdiode

Vahvistusdiode on diodi, jota käytetään vahvistuskytkentissä ja joka pystyy käsittelemään suurempia sähkövirtauksia kuin tavalliset diodit. Sillä on kaksi polttoainetta ja se johtaa virtaa yhdessä suunnassa, rakenteen suunnittelussa otetaan huomioon korkeammat teho-sovellukset.

Ymmärtääksesi vahvistusdiodit paremmin, palataan ensin tarkastelemaan, miten tavallinen diode toimii. Diodi on määritelty yksinkertaisimmaksi semijohtimesta laitteeksi, jolla on kaksi kerrosta, kaksi polttoainetta ja yksi liitos.

Tavalliset signaalidiodit koostuvat p-tyyppisestä semijohteesta ja n-tyyppisestä semijohteesta. Johto, joka yhdistää p-tyyppisen osan, on anoodi, ja johto, joka yhdistää n-tyyppisen osan, on katoodi.

Alla oleva kuva esittää tavallisen dioden rakennetta ja symbolia.

Vahvistusdiodit ovat myös samankaltaisia tavallisiin diodeihin, vaikka niiden rakenne eroaa hieman.

Tavallisissa diodeissa (myös "signaalidiodit") sekä P:n että N:n puolen dopausaste on sama, ja näin saadaan PN-liitos, mutta vahvistusdiodissa on liitos, joka muodostuu runsaasti doppauksen P:n ja kevyesti doppauksen N+ välillä – kerros, joka on epitaksiaalisesti kasvatettu runsaasti doppauksen N-kerroksen päälle. Siksi rakenne näyttää kuvan mukaiselta.

N– kerros on vahvistusdiodin keskeinen piirre, joka tekee siitä sopivan korkeatehoisiin sovelluksiin. Tämä kerros on hyvin kevyesti doppattu, melkein intrinsiiksi, ja siksi laite tunnetaan myös PIN-diodeina, missä i tarkoittaa intrinsistä.

Kuten näemme yllä olevasta kuvasta, tilapäisen varausalueen nettonettömyys on edelleen ylläpidetty, kuten oli tapauksessa signaalidiodeissa, mutta tilapäisen varausalueen paksuus on erittäin suuri ja syvästi penetröity N– alueeseen.

Tämä johtuu sen kevyestä dopauksesta, kuten tiedämme, tilapäisen varausalueen paksuus kasvaa dopauksen vähenemisen myötä.

Tämän tilapäisen varausalueen tai tyhjänpäällystysalueen lisääntyvä paksuus auttaa diodia estämään suurempia vastakantaisia jännitteitä ja siten sillä on suurempi romahdusjännite.

Kuitenkin tämän N– kerroksen lisääminen lisää merkittävästi diodin ohmisresistanssia, mikä johtaa enemmän lämpöä tuottamiseen etenkin etenemissuuntaisessa johtamisessa. Siksi vahvistusdiodit tulevat erilaisilla asennuksilla, jotta lämpö voidaan hävittää tehokkaasti.

N– Kerroksen Tärkeys

N– kerros vahvistusdiodissa on kevyesti doppattu, mikä lisää tilapäisen varausalueen paksuutta ja mahdollistaa suurempien vastakantaisen jännitteen käytön.

J-V Ominaisuudet

Alla oleva kuva näyttää vahvistusdiodin j-v ominaisuudet, jotka ovat melkein samankaltaisia signaalidiodin ominaisuusten kanssa.

Signaalidiodissa etenemissuuntaisessa alueessa virta kasvaa eksponentiaalisesti, mutta vahvistusdiodissa suuri etenemissuuntainen virta johtaa suureen ohmiseen pudotukseen, joka hallitsee eksponentiaalista kasvua, ja käyrä kasvaa melkein lineaarisesti.

Diodin voimaantuloihin kuuluu VRRM, eli huippuvastakantaisen jännitteen arvo, jota diodi voi kestää.

Tämän jännitteen yläpuolella vastakantainen virta kasvaa nopeasti, ja koska diode ei ole suunniteltu hajottamaan niin paljon lämpöä, se voi tuhoutua. Tätä jännitettä voidaan myös kutsua huippujännitteeksi (PIV).

Vastakantaisen Palautumisaika

Kuva esittää vahvistusdiodin vastakantaisen palautumisominaisuuden. Aina, kun diode suljetaan pois, virta laskee IF:stä nollaan ja jatkaa sitten vastakantaiseen suuntaan, koska tilapäisvarausalueessa ja semijohteessa on sijaitsevia varauksia.

Tämä vastakantainen virta saavuttaa huippuarvon IRR:in ja aloittaa uudelleen lähentyä nollaa, ja lopulta diode on pois päältä ajanjaksosta trr.

Tämä aika on määritelty vastakantaiseksi palautumisaikaksi, ja se on aika, joka kulkee hetkestä, jolloin etenemissuuntainen virta saavuttaa nollan, ja hetkeen, jolloin vastakantainen virta laskee 25 prosenttiin IRR:istä. Tämän jälkeen diode sanotaan saavuttaneen vastakantaisen esteellisyyden.

Pehmyyskerroin

Vahvistusdiodin pehmyyskerroin on suhde, jossa varaukset poistetaan semijohteesta ja tyhjänpäällystysalueesta, mikä ilmaisee jännitevuosien muutoksen sammumisen yhteydessä.