પાવર ડાયોડ

ઇલેક્ટ્રોન છિદ્ર સંયોજન

મોટાભાગના સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણોના સંચાલનનો સિદ્ધાંત અસાધારણ ઘટના અને પ્રક્રિયાઓ પર આધારિત છે જે વિવિધ પ્રકારની વિદ્યુત વાહકતા - ઇલેક્ટ્રોન (એન-ટાઇપ) અને છિદ્ર (પી-પ્રકાર) સાથે સેમિકન્ડક્ટરના બે ક્ષેત્રો વચ્ચેની સીમા પર થાય છે. n-પ્રકારના પ્રદેશમાં, ઇલેક્ટ્રોન પ્રબળ છે, જે ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જના મુખ્ય વાહક છે, p-પ્રદેશમાં, આ હકારાત્મક ચાર્જ (છિદ્રો) છે. વિવિધ વાહકતા પ્રકારના બે ક્ષેત્રો વચ્ચેની સીમાને pn જંકશન કહેવામાં આવે છે.

કાર્યાત્મક રીતે, ડાયોડ (ફિગ. 1) ને એકતરફી વહન સાથે અનિયંત્રિત ઇલેક્ટ્રોનિક સ્વીચ ગણી શકાય. ડાયોડ વાહક સ્થિતિમાં હોય છે (બંધ સ્વીચ) જો તેના પર ફોરવર્ડ વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે.

ચોખા. 1. ડાયોડનું પરંપરાગત ગ્રાફિક હોદ્દો

iF ડાયોડ દ્વારા વર્તમાન બાહ્ય સર્કિટના પરિમાણો દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, અને સેમિકન્ડક્ટર સ્ટ્રક્ચરમાં વોલ્ટેજ ડ્રોપનું થોડું મહત્વ નથી. જો ડાયોડ પર રિવર્સ વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે, તો તે બિન-વાહક સ્થિતિમાં છે (ઓપન સ્વીચ) અને તેમાંથી એક નાનો પ્રવાહ વહે છે. આ કિસ્સામાં ડાયોડમાં વોલ્ટેજ ડ્રોપ બાહ્ય સર્કિટના પરિમાણો દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.

ડાયોડનું રક્ષણ

ડાયોડની વિદ્યુત નિષ્ફળતાના સૌથી લાક્ષણિક કારણો છે ફોરવર્ડ કરંટ diF/dt જ્યારે ચાલુ હોય ત્યારે વધવાનો ઊંચો દર, જ્યારે બંધ હોય ત્યારે ઓવરવોલ્ટેજ, ફોરવર્ડ કરંટના મહત્તમ મૂલ્યને ઓળંગવું અને અસ્વીકાર્ય ઊંચા રિવર્સ વોલ્ટેજ સાથે માળખું તોડવું.

diF/dt ના ઉચ્ચ મૂલ્યો પર, ડાયોડ સ્ટ્રક્ચરમાં ચાર્જ કેરિયર્સની અસમાન સાંદ્રતા દેખાય છે અને પરિણામે, બંધારણને અનુગામી નુકસાન સાથે સ્થાનિક ઓવરહિટીંગ. diF/dt ના ઊંચા મૂલ્યોનું મુખ્ય કારણ નાનું છે ઇન્ડક્ટન્સ ફોરવર્ડ વોલ્ટેજ સ્ત્રોત અને ઓન ડાયોડ ધરાવતા સર્કિટમાં. diF / dt ના મૂલ્યોને ઘટાડવા માટે, એક ઇન્ડક્ટન્સ ડાયોડ સાથે શ્રેણીમાં જોડાયેલ છે, જે વર્તમાનના વધારાના દરને મર્યાદિત કરે છે.

જ્યારે સર્કિટ બંધ હોય ત્યારે ડાયોડ પર લાગુ થતા વોલ્ટેજના કંપનવિસ્તારના મૂલ્યોને ઘટાડવા માટે, શ્રેણી-જોડાયેલ રેઝિસ્ટર R નો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે અને કેપેસિટર સી એ ડાયોડ સાથે સમાંતર જોડાયેલ કહેવાતા આરસી સર્કિટ છે.

ઇમરજન્સી મોડ્સમાં ડાયોડને વર્તમાન ઓવરલોડથી બચાવવા માટે, હાઇ-સ્પીડ ઇલેક્ટ્રિકલ ફ્યુઝનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

પાવર ડાયોડના મુખ્ય પ્રકારો

મુખ્ય પરિમાણો અને હેતુ અનુસાર, ડાયોડને સામાન્ય રીતે ત્રણ જૂથોમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે: સામાન્ય હેતુ ડાયોડ્સ, ઝડપી પુનઃપ્રાપ્તિ ડાયોડ્સ અને સ્કોટકી ડાયોડ્સ.

સામાન્ય હેતુ ડાયોડ

ડાયોડ્સનું આ જૂથ રિવર્સ વોલ્ટેજના ઊંચા મૂલ્યો (50 V થી 5 kV સુધી) અને ફોરવર્ડ કરંટ (10 A થી 5 kA સુધી) દ્વારા અલગ પડે છે. ડાયોડનું વિશાળ સેમિકન્ડક્ટર માળખું તેમના પ્રભાવને બગાડે છે. તેથી, ડાયોડનો રિવર્સ પુનઃપ્રાપ્તિ સમય સામાન્ય રીતે 25-100 μs ની રેન્જમાં હોય છે, જે 1 kHz થી વધુ ફ્રીક્વન્સી સાથે સર્કિટમાં તેમના ઉપયોગને મર્યાદિત કરે છે.એક નિયમ તરીકે, તેઓ 50 (60) Hz ની આવર્તન સાથે ઔદ્યોગિક નેટવર્ક્સમાં કામ કરે છે. આ જૂથના ડાયોડ્સમાં સતત વોલ્ટેજ ડ્રોપ 2.5-3 V છે.

પાવર ડાયોડ વિવિધ પેકેજોમાં આવે છે. સૌથી વધુ વ્યાપક બે પ્રકારના એક્ઝેક્યુશન છે: એક પિન અને ટેબ્લેટ (ફિગ. 2 એ, બી).

ચોખા. 2. ડાયોડ બોડીનું બાંધકામ: a — પિન; b - ટેબ્લેટ

ઝડપી પુનઃપ્રાપ્તિ ડાયોડ્સ. ડાયોડ્સના આ જૂથના ઉત્પાદનમાં, વિપરીત પુનઃપ્રાપ્તિના સમયને ઘટાડવા માટે વિવિધ તકનીકી પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. ખાસ કરીને, સોના અથવા પ્લેટિનમની પ્રસરણ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને સિલિકોન ડોપિંગનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. આનાથી પુનઃપ્રાપ્તિ સમયને 3-5 μs સુધી ઘટાડવાનું શક્ય બને છે. જો કે, આ ફોરવર્ડ કરંટ અને રિવર્સ વોલ્ટેજના સ્વીકાર્ય મૂલ્યોને ઘટાડે છે. અનુમતિપાત્ર વર્તમાન મૂલ્યો 10 A થી 1 kA, રિવર્સ વોલ્ટેજ - 50 V થી 3 kV સુધી છે. સૌથી ઝડપી ડાયોડમાં 0.1-0.5 μs નો રિવર્સ રિકવરી સમય હોય છે. આવા ડાયોડનો ઉપયોગ પલ્સ અને ઉચ્ચ-આવર્તન સર્કિટમાં 10 kHz અને તેથી વધુની આવર્તન સાથે થાય છે. આ જૂથમાં ડાયોડની ડિઝાઇન સામાન્ય હેતુના ડાયોડ જેવી જ છે.

ડાયોડ Schottky

સ્કોટકી ડાયોડ્સના સંચાલનનો સિદ્ધાંત મેટલ અને સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રી વચ્ચેના સંક્રમણ પ્રદેશના ગુણધર્મો પર આધારિત છે. પાવર ડાયોડ્સ માટે, સેમિકન્ડક્ટર તરીકે n-ટાઈપ ડિપ્લેટેડ સિલિકોનનું સ્તર વપરાય છે. આ કિસ્સામાં, મેટલ બાજુ પર સંક્રમણ પ્રદેશમાં નકારાત્મક ચાર્જ છે અને સેમિકન્ડક્ટર બાજુ પર હકારાત્મક ચાર્જ છે.

સ્કોટકી ડાયોડ્સની એક ખાસિયત એ છે કે ફોરવર્ડ કરંટ માત્ર મુખ્ય વાહકો - ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલને કારણે છે. લઘુમતી વાહક સંચયનો અભાવ સ્કોટકી ડાયોડ્સની જડતાને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડે છે.પુનઃપ્રાપ્તિનો સમય સામાન્ય રીતે 0.3 μs કરતાં વધુ હોતો નથી, ફોરવર્ડ વોલ્ટેજ ડ્રોપ લગભગ 0.3 V છે. આ ડાયોડ્સમાં રિવર્સ વર્તમાન મૂલ્યો p-n-જંકશન ડાયોડ કરતાં 2-3 ક્રમની તીવ્રતા વધારે છે. મર્યાદિત રિવર્સ વોલ્ટેજ સામાન્ય રીતે 100 V કરતા વધુ હોતું નથી. તેનો ઉપયોગ ઉચ્ચ-આવર્તન અને ઓછા-વોલ્ટેજ પલ્સ સર્કિટમાં થાય છે.