Расчет геометрических размеров слоев выпрямительного элемента. Расчет геометрических размеров слоев диффузионного выпрямительного элемента проведем, используя приближение экспоненциального перехода

Расчет геометрических размеров слоев диффузионного выпрямительного элемента проведем, используя приближение экспоненциального перехода.

Из рисунка 1.2.1 видно, что слоями нашей конструкции выпрямительного элемента являются p⁺ n и n⁺ слои, для расчета которых необходимо определить x_j, d_n и x_jn.

Глубину залегания p - n перехода x_j можно рассчитать используя выражение (1.3.1) откуда:

мкм, Примем x_j = 55мкм.

Тогда из (1.2.3) можно определить параметры диффузии Dt:

см^-2.

Далее, для определения d_n найдем расширение ООЗ в n-область по (1.3.2)

мкм.

Так как l_nB много больше 150 мкм то расширение ООЗ в базу ограничим и примем:

мкм.

Для выпрямительных диодов x_jn обычно составляет 30-50 мкм.

Выберем x_jn= 40 мкм.

Теперь по (1.3.3) определим общую толщину выпрямительного элемента

W = x_j + х_jn + d_n = 55 + 40 + 175 = 270 мкм.

2. 3 Расчет диаметра выпрямительного элемента и выбор конструкции корпуса диода

Расчет диаметра выпрямительного элемента производится исходя из средней мощности прямых потерь в диоде и максимально возможной отводимой мощности, обеспечиваемой выбранной конструкцией корпуса диода. Для определения диаметра выпрямительного элемента по критерию (1.4.3) необходимо вычислить среднюю мощность прямых потерь в диоде по (1.4.4).

Прежде построим прямую ВАХ диода единичной площади. Для этого воспользуемся формулой (1.4.7), но следует определить сначала по (1.4.8) и (1.4.9) входящие в него компоненты (μ_P(Si) = 470 см² /(В×с), n_i = 1,45×10¹⁰ см^-3):

мкс.

см.

А/см².

Задавшись плотностью прямого тока j_F по (1.4.7) определим падение напряжения в прямом направлении V_F. Полученные результаты занесем в таблицу.

Таблица – 2.3.1

jF,А/см2
VF,В	0,88	1,00	1,09	1,16	1,23	1,29	1,35	1,41	1,47	1,53	1,59	1,65	1,70	1,76	1,82	1,87	1,93	1,98	2,04	2,09	2,15

По данным таблицы строим ВАХ диода единичной площади приложение А.

Дальнейший расчет производится следующим образом: чтобы рассчитать мощность прямых потерь в диоде по (1.4.4) сначала необходимо определить активную площадь структуры по (1.4.5). Для определения площади зададимся стандартными значениями d_B [1], угол фаски φ возьмем равным 40°. Рассчитав S_АКТ, находим плотность тока j_F через выпрямительный элемент при I = 2,5 I_FAV по (1.4.6), далее по (1.4.7) определяем значение прямого падения напряжения для найденных значений j_F. Далее по (1.4.4) рассчитываем выделяемую мощность потерь. Для определения отводимой мощности от выпрямительного элемента воспользуемся формулой (1.4.10). По таблице 4.1 для заданного U_RRM = 2000 В находим T_jm=175°C, T_c=125°C. Значения R_thjc для различных типов корпусов (возьмем таблеточную конструкцию, штыревую с паяными контактами и штыревую с прижимными контактами) приводятся в [1]. Вычислив значения S_АКТ, j_F, U_F(2,5×I_FAV), P_ВЫД и P_ОТВ для каждого из принятых диаметров занесем все в таблицу.

Таблица 2.3.1

dB, см.	Sакт, см2.	jF, А/см2.	UF(2,5IFAV), В.	Pвыд, Вт.	Pотв, Вт.
паян.	приж.	табл.
0,6	0,330	2652,2	4,67	1634,1	21,74
0,8	0,561	1549,0	3,19	1115,4	35,71
1,0	0,864	1014,3	2,46	861,06	41,67
1,3	1,434	613,17	1,91	666,83	71,43	125,00
1,6	2,139	410,28	1,62	565,92	125,0	151,52
1,8	2,685	326,29	1,49	523,01		192,31
2,0	3,293	265,68	1,40	491,31		227,27	454,55
2,4	4,710	185,96	1,28	448,04		312,50	625,00
3,4	9,336	93,741	1,12	393,03		500,00	909,09
4,0	12,87	68,014	1,07	375,33			1250,0
5,0	20,01	43,747	1,02	356,09			1666,6
5,6	25,04	34,942	0,99	347,95			2000,0
6,5	33,66	25,991	0,97	338,44			2500,0
8,0	50,85	17,210	0,93	326,88			3333,3

По данным таблицы 2.3.1 строим график зависимости выделяемой и отводимой мощности от диаметра выпрямительного элемента (Приложение В), по которому из условия (1.4.3) выбираем таблеточный корпус с d_B = 24 мм. Для которого P_выд =448 Вт а P_отв = 312 Вт, следовательно условие (1.4.3) выполняется.

Так как найденное по графику значение d_B=21мм, а выбранное нами d_B = 24 мм то температуру корпуса диода, при которой устанавливается предельный ток, можно повысить до значения [3]:

° C