Теоретические положения.

1. Полупроводниковые диоды.

Полупроводниковый прибор, имеющий один p-n-переход и два электрода, называется диодом (от др.-греч. ди — два и -од – путь). Все полупроводниковые диоды делятся на выпрямительные и специальные. Выпрямительные служат для выпрямления переменного тока, в зависимости от рабочей частоты они могут быть низкочастотными, высокочастотными и импульсными. В специальных диодах используются различные свойства p-n-переходов (явление пробоя, фотоэффект, и т.д.). Специальные диоды используются для стабилизации напряжения, регистрации излучения, и т.д. В зависимости от конструкции диоды делятся на плоскостные и точечные.

По технологии изготовления – на сплавные, диффузионные и эпитаксиальные.

Плоскостные диоды имеют большую площадь p-n-перехода, точечные – малую площадь p-n-перехода.

Сплавные диоды обычно используют для выпрямления переменного тока частотой до 5 кГц. Диффузионные диоды могут работать на повышенной частоте до 100 кГц. Эпитаксиальные диоды могут использоваться на частотах до 500 кГц.

1.1. Выпрямительный диод.

В ыпрямительный диод представлен на рис.2. Одна из областей р-n-структуры (р⁺), называется эмиттером, имеет большую концентрацию основных носителей заряда, чем другая область, называемая базой.

Рис. 2. Выпрямительный диод.

Статическая вольт-амперная характеристика (ВАХ) полупроводникового диода изображена на рис.3.

Рис. 3. Вольтамперная характеристика выпрямительного диода.

Здесь же пунктиром показана теоретическая ВАХ электронно-дырочного перехода, определяемая соотношением

,

где Iо — обратный ток насыщения (ток экстракции, обусловленный неосновными носителями заряда; значение его очень мало); U — напряжение на p-n-переходе; _т = kT/e — температурный потенциал (k — постоянная Больцмана, Т — температура, е — заряд электрона); m — поправочный коэффициент: m = 1 для германиевых р-n-переходов и m = 2 для кремниевых p-n-переходов при малом токе).

Важными параметрами, характеризующими свойства диода, являются статическое и дифференциальное сопротивление p-n-перехода.

Если к нелинейному элементу приложить постоянные напряжения, то он будет характеризоваться статическими параметрами.

Для диода статическое сопротивление определяется просто как отношение приложенного напряжения к соответствующему току.

.

Дифференциальное сопротивление равно отношению приращения падения напряжения на диоде к приращению тока через диод:

.

1.2. Импульсный диод.

Импульсный диод – это полупроводниковый диод, имеющий малую длительность переходных процессов и предназначенный для применения в импульсных режимах работы.

Импульсные режимы – это такие режимы, когда диоды переключаются с прямого напряжения на обратное через короткие промежутки времени, порядка долей микросекунды, при этом важную роль играют здесь переходные процессы. Основное назначение импульсных диодов – работа в качестве коммутирующих элементов.