1.2 DIODA SEMICONDUCTOARE DE PUTERE.

1.2.1 STRUCTURĂ.

În fig.1.13 este prezentată o secţiune longitudinală prin structura unei diode de putere, grosimile straturilor fiind cele tipice.Stratul p⁺, numit stratul anodului, este înalt impurificat, 10¹⁹/cm³, iar stratul n⁺, numit stratul catodului, tot cu 10¹⁹/cm³. Stratul n^-, cu o impurificare redusă,10¹⁴/cm³ , are rolul discutat în capitolul anterior, grosimea d fiind variabilă, în funcţie de tensiunea inversă necesară. Simbolul diodei, acelaşi cu al diodei de semnal, este prezentat in fig.1.14, cei doi electrozi, anod şi catod, fiind simbolizaţi prin literele A, respectiv K.

1.2.2 CARACTERISTICA STATICĂ.

Caracteristica statică reprezintă dependenţa dintre curentul care trece prin diodă în funcţie de tensiunea la bornele acesteia. Caracteristica are două ramuri: în cadranul unu pentru polarizare directă şi în cadranul trei pentru polarizare inversă (fig.1.15).Pentru polarizarea directă, ca urmare a prezenţei stratului n^-, caracteristica statică se aproximează printr-o dreaptă pentru tensiuni v_F > V_To, V_To fiind numită tensiune de prag. Ea reprezintă tensiunea peste valoarea căreia se amorsează conducţia prin diodă. Pentru majoritatea diodelor de putere 0,7 £V_To £ 1V, sensibil mai mare ca la o joncţiune pn obişnuită. Porţiunea pentru tensiuni v £ V_To nu interesează d.p.d.v. al aplicaţiilor. Un punct de funcţionare oarecare F este caracterizat prin perechea I_F şi V_F interesând în aplicaţii din două considerente. Primul se referă la căderea de tensiune pe diodă, care, pentru variaţii ale curentului în limite admisibile, poate căpăta valori maxime de 1,4 … 1,6 V, indicând faptul că modificarea căderii de tensiune V_F este relativ redusă, iar rezistenţa diodei în sens direct redusă ca valoare , de ordinul mW. Cel de al doilea aspect se referă la pierderea de putere în diodă

(1.9)

care va determina regimul termic al joncţiunii. Ecuaţia indică faptul că regimul termic este determinat esenţial de curentul i_F prin dioda, întrucât v_F se modifică relativ puţin.

Ramura caracteristicii statice pentru polarizare inversă este caracterizată prin două mărimi. Pentru , curentul invers prin diodă are o valoare constantă, I_RM , fiind determinat de curentul invers de saturaţie. Valoarea acestui curent depinde de mărimea diodei, având valori de la zeci de mA până la zeci de mA, I_RM fiind cu atât mai mare cu cât curentul nominal al diodei este mai mare. Corespunzător valorii I_RM, rezistenţa în sens invers, R_OFF , are valori de ordinul zecilor de MW. Atingerea tensiunii V_BR, tensiune de prăbuşire inversă, conduce la deteriorarea ireversibilă a diodei.Rezultă că la polarizarea inversă puterea disipată pe diodă este nesemnificativă, în timp ce inegalitatea este esenţială pentru integritatea diodei. La nivelul caracteristicii ideale,diodă fără pierderi, fig.1.16, dioda se comportă ca un întreruptor ideal, pentru v > 0 fiind închis, iar pentru v < 0 fiind deschis. In aplicaţiile din electronica de putere, unde curenţii şi tensiunile sunt de ordinul sutelor sau miilor de amperi şi volţi, caracteristica ideală aproximează destul de bine caracteristica reală.

1.2.3 CARACTERISTICI DINAMICE.

Comutaţia cuprinde două regimuri: trecerea din stare blocată în stare de conducţie şi invers. Variaţiile curentului i_F şi tensiunii v_F în funcţie de timp pentru aceste regimuri reprezintă caracteristicile dinamice ale diodei. Caracteristicile de comutaţie interesează din următoarele motive:

· mărimea timpului de intrare în conducţie, notat prin t_ON, şi a timpului de ieşire din conducţie (blocare), t_OFF;

· apariţia supratensiunilor sau supracurenţilor ;

· pierderile de putere în diodă generate de aceste regimuri.

..................