રેક્ટિફાયર ડાયોડ્સ

ડાયોડ - એક p-n જંકશન સાથેનું બે-ઇલેક્ટ્રોડ સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણ, જેમાં એકતરફી વર્તમાન વહન હોય છે. ડાયોડ્સના ઘણાં વિવિધ પ્રકારો છે - રેક્ટિફાયર, પલ્સ, ટનલ, રિવર્સ, માઇક્રોવેવ ડાયોડ્સ, તેમજ ઝેનર ડાયોડ્સ, વેરિકેપ્સ, ફોટોોડિયોડ્સ, એલઇડી અને વધુ.

રેક્ટિફાયર ડાયોડ્સ

રેક્ટિફાયર ડાયોડની કામગીરી વિદ્યુત p — n જંકશનના ગુણધર્મો દ્વારા સમજાવવામાં આવે છે.

બે સેમિકન્ડક્ટર્સની સરહદની નજીક, એક સ્તર રચાય છે જે મોબાઇલ ચાર્જ કેરિયર્સથી વંચિત છે (પુનઃસંયોજનને કારણે) અને ઉચ્ચ વિદ્યુત પ્રતિકાર ધરાવે છે - કહેવાતા અવરોધિત સ્તર. આ સ્તર સંપર્ક સંભવિત તફાવત (સંભવિત અવરોધ) નક્કી કરે છે.

જો બાહ્ય વોલ્ટેજ p - n જંકશન પર લાગુ કરવામાં આવે છે, ઇલેક્ટ્રિક સ્તરના ક્ષેત્રની વિરુદ્ધ દિશામાં ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર બનાવે છે, તો આ સ્તરની જાડાઈ ઘટશે અને 0.4 - 0.6 V ના વોલ્ટેજ પર અવરોધિત સ્તર થશે. અદૃશ્ય થઈ જશે અને વર્તમાન નોંધપાત્ર રીતે વધશે (આ પ્રવાહને ડાયરેક્ટ કરંટ કહેવામાં આવે છે).

જ્યારે વિવિધ ધ્રુવીયતાના બાહ્ય વોલ્ટેજને જોડવામાં આવે છે, ત્યારે અવરોધિત સ્તર વધશે અને p—n જંકશનનો પ્રતિકાર વધશે, અને લઘુમતી ચાર્જ કેરિયર્સની હિલચાલને કારણે પ્રવાહ પ્રમાણમાં ઊંચા વોલ્ટેજ પર પણ નહિવત્ હશે.

ડાયોડનો આગળનો પ્રવાહ મુખ્ય ચાર્જ કેરિયર્સ દ્વારા બનાવવામાં આવે છે અને લઘુમતી ચાર્જ કેરિયર્સ દ્વારા રિવર્સ કરંટ. ડાયોડ એનોડથી કેથોડ તરફની દિશામાં હકારાત્મક (આગળ) પ્રવાહ પસાર કરે છે.

અંજીરમાં. 1 પરંપરાગત ગ્રાફિક હોદ્દો (UGO) અને રેક્ટિફાયર ડાયોડની લાક્ષણિકતાઓ (તેમની આદર્શ અને વાસ્તવિક વર્તમાન-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતાઓ) દર્શાવે છે. મૂળમાં ડાયોડ કરંટ-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતા (CVC) ની દેખીતી વિરામતા પ્લોટના પ્રથમ અને ત્રીજા ચતુર્થાંશમાં વિવિધ વર્તમાન અને વોલ્ટેજ ભીંગડા સાથે સંકળાયેલ છે. બે ડાયોડ આઉટપુટ: UGO માં એનોડ A અને કેથોડ K ઉલ્લેખિત નથી અને સમજૂતી માટે આકૃતિમાં બતાવવામાં આવ્યા છે.

વાસ્તવિક ડાયોડની વર્તમાન-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતા વિદ્યુત ભંગાણનો વિસ્તાર દર્શાવે છે, જ્યારે રિવર્સ વોલ્ટેજમાં નાના વધારા માટે વર્તમાન તીવ્રપણે વધે છે.

વિદ્યુત નુકસાન ઉલટાવી શકાય તેવું છે. કાર્યકારી ક્ષેત્ર પર પાછા ફરતી વખતે, ડાયોડ તેની મિલકતો ગુમાવતો નથી. જો વિપરીત પ્રવાહ ચોક્કસ મૂલ્ય કરતાં વધી જાય, તો ઉપકરણની નિષ્ફળતા સાથે ઇલેક્ટ્રિકલ નિષ્ફળતા ઉલટાવી શકાય તેવું થર્મલ બનશે.

ચોખા. 1. સેમિકન્ડક્ટર રેક્ટિફાયર: a — પરંપરાગત ગ્રાફિકલ રજૂઆત, b — આદર્શ વર્તમાન-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતા, c — વાસ્તવિક વર્તમાન-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતા

ઉદ્યોગ મુખ્યત્વે જર્મેનિયમ (Ge) અને સિલિકોન (Si) ડાયોડનું ઉત્પાદન કરે છે.

સિલિકોન ડાયોડ્સમાં નીચા રિવર્સ કરંટ, ઉચ્ચ ઓપરેટિંગ તાપમાન (150 — 200 ° સે વિ. 80 — 100 ° સે), ઉચ્ચ રિવર્સ વોલ્ટેજ અને વર્તમાન ઘનતાનો સામનો કરે છે (60 — 80 A/cm2 વિરુદ્ધ. 20 — 40 A/cm2) . વધુમાં, સિલિકોન એક સામાન્ય તત્વ છે (જર્મેનિયમ ડાયોડથી વિપરીત, જે એક દુર્લભ પૃથ્વી તત્વ છે).

જર્મેનિયમ ડાયોડના ફાયદાઓમાં જ્યારે સીધો પ્રવાહ વહેતો હોય ત્યારે નીચા વોલ્ટેજમાં ઘટાડો થાય છે (0.3 — 0.6 V વિ. 0.8 — 1.2 V). સૂચિબદ્ધ સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રી ઉપરાંત, માઇક્રોવેવ સર્કિટમાં ગેલિયમ આર્સેનાઇડ GaAs નો ઉપયોગ થાય છે.

ઉત્પાદન તકનીક અનુસાર, સેમિકન્ડક્ટર ડાયોડને બે વર્ગોમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે: બિંદુ અને પ્લાનર.

પોઈન્ટ ડાયોડ્સ 0.5 — 1.5 mm2 ના ક્ષેત્રફળ સાથે n-પ્રકારની Si અથવા Ge પ્લેટ બનાવે છે અને સ્ટીલની સોય સંપર્ક બિંદુ પર p — n જંકશન બનાવે છે. નાના વિસ્તારના પરિણામે, જંકશનની ક્ષમતા ઓછી હોય છે, તેથી આવા ડાયોડ ઉચ્ચ-આવર્તન સર્કિટમાં કામ કરી શકે છે. પરંતુ જંકશન દ્વારા પ્રવાહ મોટો હોઈ શકતો નથી (સામાન્ય રીતે 100 mA કરતાં વધુ નહીં).

પ્લેનર ડાયોડમાં વિવિધ વિદ્યુત વાહકતા સાથે બે જોડાયેલ Si અથવા Ge પ્લેટો હોય છે. વિશાળ સંપર્ક વિસ્તાર મોટા જંકશન કેપેસીટન્સ અને પ્રમાણમાં ઓછી ઓપરેટિંગ ફ્રીક્વન્સીમાં પરિણમે છે, પરંતુ વર્તમાન પ્રવાહ મોટો હોઈ શકે છે (6000 A સુધી).

રેક્ટિફાયર ડાયોડના મુખ્ય પરિમાણો છે:

• મહત્તમ સ્વીકાર્ય ફોરવર્ડ વર્તમાન Ipr.max,

• મહત્તમ સ્વીકાર્ય રિવર્સ વોલ્ટેજ Urev.max,

• મહત્તમ અનુમતિપાત્ર આવર્તન fmax.

પ્રથમ પરિમાણ અનુસાર, રેક્ટિફાયર ડાયોડને ડાયોડમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે:

• ઓછી શક્તિ, 300 એમએ સુધી સતત પ્રવાહ,

• સરેરાશ પાવર, ડાયરેક્ટ કરંટ 300 mA — 10 A,

• ઉચ્ચ શક્તિ — પાવર, મહત્તમ ફોરવર્ડ પ્રવાહ વર્ગ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે અને તે 10, 16, 25, 40 — 1600 A છે.

એપ્લાઇડ વોલ્ટેજના પલ્સ કેરેક્ટર સાથે ઓછી પાવર સર્કિટમાં પલ્સ ડાયોડનો ઉપયોગ થાય છે. તેમના માટે એક વિશિષ્ટ આવશ્યકતા એ છે કે બંધ સ્થિતિમાંથી ખુલ્લી સ્થિતિમાં સંક્રમણનો ટૂંકો સમય અને તેનાથી વિપરીત (સામાન્ય સમય 0.1 - 100 μs). UGO પલ્સ ડાયોડ્સ રેક્ટિફાયર ડાયોડ જેવા જ છે.

ફિગ. 2. પલ્સ ડાયોડમાં ક્ષણિક પ્રક્રિયાઓ: a — વોલ્ટેજને ડાયરેક્ટથી રિવર્સ તરફ સ્વિચ કરતી વખતે વર્તમાનની અવલંબન, b — જ્યારે વર્તમાન પલ્સ ડાયોડમાંથી પસાર થાય છે ત્યારે વોલ્ટેજની અવલંબન

પલ્સ ડાયોડના ચોક્કસ પરિમાણોમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે:

• પુનઃપ્રાપ્તિ સમય Tvosst

• આ ક્ષણ વચ્ચેનો સમય અંતરાલ છે જ્યારે ડાયોડ વોલ્ટેજ ફોરવર્ડથી રિવર્સ તરફ સ્વિચ કરે છે અને જ્યારે રિવર્સ કરંટ આપેલ મૂલ્ય સુધી ઘટે છે ત્યારે (ફિગ. 2, a),

• સેટલિંગ ટાઈમ ટસ્ટ એ ડાયોડ દ્વારા આપેલ મૂલ્યના પ્રત્યક્ષ પ્રવાહની શરૂઆત અને તે ક્ષણ વચ્ચેનો સમય અંતરાલ છે જ્યારે ડાયોડ પરનો વોલ્ટેજ સ્થિર સ્થિતિમાં મૂલ્યના 1.2 સુધી પહોંચે છે (આકૃતિ 2, b),

• મહત્તમ પુનઃપ્રાપ્તિ વર્તમાન Iobr.imp.max., વોલ્ટેજને ફોરવર્ડથી રિવર્સ પર સ્વિચ કર્યા પછી ડાયોડ દ્વારા રિવર્સ કરંટના સૌથી મોટા મૂલ્યની બરાબર (ફિગ. 2, a).

જ્યારે p- અને n- પ્રદેશોમાં અશુદ્ધિઓની સાંદ્રતા પરંપરાગત રેક્ટિફાયર કરતા વધારે હોય ત્યારે ઇન્વર્ટેડ ડાયોડ પ્રાપ્ત થાય છે. આવા ડાયોડમાં રિવર્સ કનેક્શન (ફિગ. 3) દરમિયાન ફોરવર્ડ કરંટનો ઓછો પ્રતિકાર અને ડાયરેક્ટ કનેક્શન દરમિયાન પ્રમાણમાં વધારે પ્રતિકાર હોય છે. તેથી, તેનો ઉપયોગ વોલ્ટના કેટલાક દસમા ભાગના વોલ્ટેજ કંપનવિસ્તાર સાથે નાના સંકેતોના સુધારણામાં થાય છે.

ચોખા. 3. ઇન્વર્ટેડ ડાયોડના UGO અને VAC

મેટલ-સેમિકન્ડક્ટર સંક્રમણ દ્વારા મેળવેલા સ્કોટકી ડાયોડ્સ.આ કિસ્સામાં, સમાન સેમિકન્ડક્ટરના ઉચ્ચ-પ્રતિરોધક પાતળા એપિટેક્સિયલ સ્તર સાથે નીચા-પ્રતિરોધક n-સિલિકોન (અથવા સિલિકોન કાર્બાઇડ) સબસ્ટ્રેટનો ઉપયોગ થાય છે (ફિગ. 4).

ચોખા. 4. UGO અને સ્કોટકી ડાયોડનું માળખું: 1 — નીચા પ્રતિકાર સાથે પ્રારંભિક સિલિકોન ક્રિસ્ટલ, 2 — ઉચ્ચ પ્રતિકાર સાથે સિલિકોનનું એપિટેક્સિયલ સ્તર, 3 — સ્પેસ ચાર્જ ક્ષેત્ર, 4 — મેટલ સંપર્ક

એપિટેક્સિયલ સ્તરની સપાટી પર મેટલ ઇલેક્ટ્રોડ લાગુ કરવામાં આવે છે, જે સુધારણા પૂરી પાડે છે પરંતુ લઘુમતી વાહકોને મુખ્ય પ્રદેશમાં (મોટાભાગે સોનું) દાખલ કરતું નથી. તેથી, આ ડાયોડ્સમાં પાયામાં લઘુમતી વાહકોના સંચય અને રિસોર્પ્શન જેવી કોઈ ધીમી પ્રક્રિયાઓ નથી. તેથી, સ્કોટકી ડાયોડ્સની જડતા વધારે નથી. તે રેક્ટિફાયર સંપર્ક (1 - 20 pF) ની અવરોધ ક્ષમતાના મૂલ્ય દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.

વધુમાં, સ્કોટ્ટી ડાયોડ્સનો સીરિઝ પ્રતિકાર રેક્ટિફાયર ડાયોડ કરતા નોંધપાત્ર રીતે ઓછો છે કારણ કે ધાતુના સ્તરમાં કોઈપણ, ઉચ્ચ ડોપ્ડ, સેમિકન્ડક્ટરની સરખામણીમાં ઓછો પ્રતિકાર હોય છે. આ નોંધપાત્ર પ્રવાહો (દસ એમ્પીયર) ને સુધારવા માટે સ્કોટ્ટી ડાયોડનો ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે. તેઓ સામાન્ય રીતે ઉચ્ચ આવર્તન વોલ્ટેજ (કેટલાક MHz સુધી) સુધારવા માટે ગૌણ સ્વિચ કરવા માટે વપરાય છે.

પોટાપોવ એલ.એ.