دیود بازیابی سریع چیست؟ (فست ریکاوری FRD)

دیود بازیابی سریع (که به عنوان دیود سریع یا دیود سوئیچینگ سریع نیز شناخته می شود) به عنوان یک دستگاه نیمه هادی با زمان بازیابی معکوس کوتاه تعریف می شود.

از آنجایی که دیودهای بازیابی سریع نسبت به دیودهای معمولی زمان بازیابی معکوس کمتری دارند، برای کاربردهای یکسوسازی با فرکانس بالا مناسب تر هستند.

از آنجایی که دیود های بازیابی سریع را می توان خیلی سریع خاموش کرد، اغلب در کاربردهای فرکانس بالا استفاده می شود. دیودهای بازیابی سریع در سوئیچینگ فرکانس بالا تا 100 کیلوهرتز استفاده می شوند.

هنگامی که ولتاژ در جهت معکوس اعمال می شود، دیود تا زمانی که وارد بایاس معکوس نشود، ولتاژ را تحمل نمی کند. در شرایط بایاس معکوس، جریان برای یک زمان خاص عبور می کند. این زمان به عنوان زمان بازیابی معکوس (T_RR) شناخته می شود.

به طور معمول، زمان بازیابی معکوس (T_RR) برای یک دیود بازیابی سریع بین ده ها نانو ثانیه تا 100 نانو ثانیه است. در حالی که زمان بازیابی معکوس برای یک دیود معمولی بین چند میکرو ثانیه تا ده ها میکرو ثانیه است.

از این رو دیود بازیابی سریع دارای زمان بازیابی معکوس چندین مرتبه کمتر از دیودهای معمولی است.

دیود بازیابی سریع چگونه کار می کند؟

به طور کلی، دیودهای بازیابی سریع به منظور دستیابی به یکسوسازی استفاده می شوند. اگر سیگنال AC (سینوسی) فرکانس پایین داشته باشید، به سیگنال DC تبدیل می شود.

در یک سیگنال فرکانس پایین، دوره زمانی زیاد است. این بدان معناست که سیگنال برای تکمیل چرخه زمان بیشتری می برد. بنابراین دیود معمولی زمان کافی برای تغییر حالت خود در نیم سیکل مثبت و منفی در این سیگنال دارد.

همانطور که می دانیم فرکانس با دوره زمانی نسبت معکوس دارد. بنابراین، برای سیگنال های فرکانس بالا، دوره زمانی حداقل است. و سیگنال به حداقل زمان برای تکمیل چرخه نیاز دارد.

برای این کاربرد دیود معمولی را نمی توان استفاده کرد زیرا زمان بیشتری برای تغییر حالت نیاز دارد. بنابراین، ما به یک المان نیمه هادی سریع نیاز داریم که زمان بازیابی معکوس کمی دارد.

دیود معمولی از مواد نیمه هادی گالیم-آرسنید (GaAs) ساخته شده است. در دیود بازیابی سریع، طلا (Au) به گالیم-آرسنید اضافه می شود.

با افزودن طلا به همراه یک ماده نیمه هادی، زمان بازیابی معکوس کاهش می یابد. از این رو، می تواند به سرعت از نیم سیکل مثبت به منفی تغییر کند. و می توان از آن در کاربردهای با فرکانس بالا استفاده کرد.

رابطه بین جریان مستقیم (I_F) و زمان بازیابی معکوس (T_RR)

هنگامی که یک دیود در بایاس مستقیم است، جریانی که از دیود می گذرد به عنوان جریان مستقیم (I_F) شناخته می شود.

دیود طوری طراحی شده است که جریان را فقط در یک جهت عبور می دهد. دیود عبور جریان را در بایاس معکوس مسدود می کند و اجازه می دهد تا جریان در بایاس مستقیم جریان یابد.

هنگامی که یک دیود از بایاس مستقیم به بایاس معکوس تغییر حالت می شود، جریان برای مدتی عبور خواهد کرد. این زمان به عنوان زمان بازیابی معکوس (T_RR) شناخته می شود.

در شرایط بایاس مستقیم، الکترون ها و حفره ها از یک پیوند عبور می کنند و به سمت ناحیه مقابل حرکت می کنند. و در شرایط بایاس معکوس، الکترون ها و حفره ها نمی توانند از سمت خود حرکت کنند و یک لایه تخلیه ایجاد می کنند.

هنگامی که دیود وارد بایاس معکوس می شود، زمانی طول می کشد تا الکترون ها و حفره ها به سمت خود بازگردند. زمان بستگی به جریان مستقیم دارد.

جریان بالای مستقیم زمان بیشتری می طلبد تا الکترون-حفره ها در سمت خود قرار گیرند.

در یک دیود، لایه n ضخیم است و حفره ها زمان بیشتری برای بازگشت نیاز دارند. به منظور کاهش زمان بازیابی معکوس، تله ها در لایه n قرار می گیرند.

حفره ها در تله ها گیر می کنند و زمان بازیابی معکوس را کاهش می دهند. یک پرتو الکترونی یا فلز سنگین منتشر شده بر روی یک اتصال PN تابش می شود تا یک تله حامل ایجاد شود. و حفره هایی را می گیرد که در حال بازگشت هستند.

دیودهای بازیابی سریع در مقابل دیودهای شاتکی

دیود شاتکی، دیودی است که از اتصال نیمه هادی ها به فلز (مانند طلا، تنگستن، پلاتین، مولیبدن، کروم) ساخته می شود. همچنین برای کاربردهای سوئیچینگ سریع طراحی شده است زیرا دارای ویژگی زمان بازیابی کم است.

بیایید تفاوت بین دیود بازیابی سریع و دیود شاتکی را درک کنیم.

کاربردهای دیود بازیابی سریع

کاربردهای دیود بازیابی سریع در زیر ذکر شده است:

• دیود بازیابی سریع عمدتاً در کاربرد یکسو سازی فرکانس بالا استفاده می شود.
• تصحیح ضریب توان و کنترل کننده ضریب توان
• مبدل ها و اینورترهای DC-DC
• سوئیچینگ منابع تغذیه
• در مدارهای الکترونیکی مختلف صنعتی و تجاری استفاده می شود.
• امواج RF با فرکانس بالا را تشخیص می دهد.
• برای اهداف مدولاسیون، در مدارهای مختلف آنالوگ و دیجیتال کموتاسیون استفاده می شود.

مزایای دیود بازیابی سریع

مزایای دیود بازیابی سریع در زیر ذکر شده است:

• زمان بازیابی معکوس کم
• سرعت سوئیچینگ بالا
• کارایی خوب
• اتلاف توان کم

معایب دیود بازیابی سریع

هنگامی که مراکز نوترکیبی با افزودن طلا در دیود بازیابی سریع افزایش می یابد، جریان معکوس بالایی دارد.