Diodes de redressement

Diode - un dispositif semi-conducteur à deux électrodes avec une jonction p-n, qui a une conduction de courant unilatérale. Il existe de nombreux types de diodes : redresseur, impulsion, tunnel, inverse, diodes micro-ondes, ainsi que des diodes Zener, des varicaps, des photodiodes, des LED, etc.

Diodes de redressement

Le fonctionnement de la diode redresseuse s'explique par les propriétés de la jonction électrique p - n.

Près de la frontière de deux semi-conducteurs, une couche est formée qui est dépourvue de porteurs de charge mobiles (en raison de la recombinaison) et a une résistance électrique élevée - la soi-disant Couche de blocage. Cette couche détermine la différence de potentiel de contact (barrière de potentiel).

Si une tension externe est appliquée à la jonction p - n, créant un champ électrique dans la direction opposée au champ de la couche électrique, l'épaisseur de cette couche diminuera et à une tension de 0,4 - 0,6 V, la couche de blocage sera disparaissent et le courant augmentera considérablement (ce courant est appelé courant continu).

Lorsqu'une tension externe de polarité différente est connectée, la couche de blocage augmentera et la résistance de la jonction p - n augmentera, et le courant dû au mouvement des porteurs de charge minoritaires sera négligeable même à des tensions relativement élevées.

Le courant direct de la diode est créé par les porteurs de charge majeurs et le courant inverse par les porteurs de charge minoritaires. Une diode laisse passer un courant positif (direct) dans le sens de l'anode à la cathode.

En figue. 1 montre la désignation graphique conventionnelle (UGO) et les caractéristiques des diodes de redressement (leurs caractéristiques courant-tension idéales et réelles). La discontinuité apparente de la caractéristique courant-tension (CVC) de la diode à l'origine est associée à différentes échelles de courant et de tension dans les premier et troisième quadrants du tracé. Deux sorties de diodes : l'anode A et la cathode K dans UGO ne sont pas spécifiées et sont présentées sur la figure à titre d'explication.

La caractéristique courant-tension d'une vraie diode montre la région de claquage électrique, lorsque pour une petite augmentation de la tension inverse, le courant augmente fortement.

Les dommages électriques sont réversibles. Lors du retour dans la zone de travail, la diode ne perd pas ses propriétés. Si le courant inverse dépasse une certaine valeur, alors la panne électrique deviendra thermique irréversible avec la panne de l'appareil.

Riz. 1. Redresseur à semi-conducteur : a — représentation graphique conventionnelle, b — caractéristique courant-tension idéale, c — caractéristique courant-tension réelle

L'industrie produit principalement des diodes au germanium (Ge) et au silicium (Si).

Les diodes au silicium ont de faibles courants inverses, une température de fonctionnement plus élevée (150 - 200 ° C contre 80 - 100 ° C), supportent des tensions inverses et des densités de courant élevées (60 - 80 A / cm2 contre 20 - 40 A / cm2) . De plus, le silicium est un élément commun (contrairement aux diodes au germanium, qui est un élément de terre rare).

Les avantages des diodes au germanium incluent une faible chute de tension lorsqu'un courant continu circule (0,3 - 0,6 V contre 0,8 - 1,2 V). En plus des matériaux semi-conducteurs répertoriés, l'arséniure de gallium GaAs est utilisé dans les circuits micro-ondes.

Selon la technologie de production, les diodes à semi-conducteurs sont divisées en deux classes : ponctuelles et planes.

Les diodes ponctuelles forment une plaque Si ou Ge de type n d'une surface de 0,5 à 1,5 mm2 et une aiguille en acier formant une jonction p - n au point de contact. En raison de la petite surface, la jonction a une faible capacité, une telle diode peut donc fonctionner dans des circuits haute fréquence, mais le courant traversant la jonction ne peut pas être important (généralement pas plus de 100 mA).

Une diode planaire se compose de deux plaques Si ou Ge connectées avec des conductivités électriques différentes. La grande surface de contact se traduit par une grande capacité de jonction et une fréquence de fonctionnement relativement faible, mais le courant circulant peut être important (jusqu'à 6000 A).

Les principaux paramètres des diodes de redressement sont :

• courant direct maximal admissible Ipr.max,

• tension inverse maximale admissible Urev.max,

• fréquence maximale admissible fmax.

Selon le premier paramètre, les diodes de redressement sont divisées en diodes :

• faible puissance, courant constant jusqu'à 300 mA,

• puissance moyenne, courant continu 300 mA — 10 A,

• haute puissance - puissance, le courant direct maximal est déterminé par la classe et est de 10, 16, 25, 40 - 1600 A.

Les diodes à impulsions sont utilisées dans les circuits de faible puissance avec un caractère d'impulsion de la tension appliquée. Une exigence distinctive pour eux est le court temps de transition de l'état fermé à l'état ouvert et vice versa (temps typique 0,1 - 100 μs). Les diodes à impulsions UGO sont identiques aux diodes de redressement.

Figue. 2. Processus transitoires dans les diodes à impulsions: a - la dépendance du courant lors de la commutation de la tension du direct à l'inverse, b - la dépendance de la tension lorsqu'une impulsion de courant traverse la diode

Les paramètres spécifiques des diodes à impulsions incluent :

• temps de récupération

• c'est l'intervalle de temps entre le moment où la tension de la diode passe du sens direct au sens inverse et le moment où le courant inverse diminue jusqu'à une valeur donnée (Fig. 2, a),

• le temps d'établissement Tust est l'intervalle de temps entre le début du courant continu d'une valeur donnée à travers la diode et le moment où la tension sur la diode atteint 1,2 de la valeur en régime établi (Figure 2, b),

• le courant de récupération maximal Iobr.imp.max., égal à la plus grande valeur du courant inverse traversant la diode après commutation de la tension de l'avant vers l'arrière (Fig. 2, a).

Diodes inversées obtenues lorsque la concentration d'impuretés dans les régions p et n est supérieure à celle des redresseurs conventionnels. Une telle diode a une faible résistance au courant direct lors d'une connexion inverse (Fig. 3) et une résistance relativement élevée lors d'une connexion directe. Par conséquent, ils sont utilisés dans la correction de petits signaux avec une amplitude de tension de plusieurs dixièmes de volt.

Riz. 3. UGO et VAC des diodes inversées

Diodes Schottky obtenues par transition métal-semi-conducteur.Dans ce cas, des substrats de n-silicium (ou de carbure de silicium) à faible résistance avec une couche épitaxiale mince à haute résistance du même semi-conducteur sont utilisés (Fig. 4).

Riz. 4. UGO et la structure de la diode Schottky : 1 - cristal de silicium initial à faible résistance, 2 - couche épitaxiale de silicium à haute résistance, 3 - région de charge d'espace, 4 - contact métallique

Une électrode métallique est appliquée à la surface de la couche épitaxiale, qui assure la rectification mais n'injecte pas de porteurs minoritaires dans la région centrale (le plus souvent de l'or). Par conséquent, dans ces diodes, il n'y a pas de processus aussi lents que l'accumulation et la résorption de porteurs minoritaires dans la base. Par conséquent, l'inertie des diodes Schottky n'est pas élevée. Elle est déterminée par la valeur de la capacité de barrière du contact du redresseur (1 — 20 pF).

De plus, la résistance série des diodes Schottky est nettement inférieure à celle des diodes de redressement car la couche métallique a une faible résistance par rapport à n'importe quel semi-conducteur, même fortement dopé. Cela permet d'utiliser des diodes Schottky pour redresser des courants importants (dizaines d'ampères). Ils sont généralement utilisés dans les secondaires de commutation pour redresser des tensions haute fréquence (jusqu'à plusieurs MHz).

Potapov L.A.