Вопрос 14. Полупроводниковые диоды, особенности работы и обозначения.
Полупроводниковым диодом называют полупроводниковый прибор с одним электрическим p-n-переходом и двумя выводами. В зависимости от технологических процессов, использованных при их изготовлении, различают точечные диоды, сплавные и микросплавные, с диффузионной базой и др. По функциональному назначению диоды делят на выпрямительные, универсальные, импульсные, смесительные, детекторные, модуляторные, переключающие, умножительные, стабилитроны (опорные), туннельные, параметрические, фотодиоды, светодиоды, магнитодиоды, диоды Ганна и т. д. Большинство полупроводниковых диодов выполняют на основе несимметричных p-n-переходов. Низкоомную область диодов называют эмиттером, а высокоомную — базой. Идеализированная вольт-амперная характеристика диода описывается выражением Iпр=I’т-Iт (Iт-тепловой ток) В реальных диодах прямая и обратная ветви вольт-амперной характеристики отличаются от идеализированной. Это обусловлено тем, что тепловой ток Iт при обратном включении составляет лишь часть обратного тока диода. При практическом использовании диодов выделять составляющие, которые искажают идеализированную вольт-амперную характеристику, сложно и нецелесообразно. Поэтому реальных диодов в качестве одного из основных параметров используют обратный ток Iо6р, который измеряют при определенном значении обратного напряжения. У германиевых диодов Iобр=Iт, у кремниевых Iобр>>Iт .так как значения обратного тока у диодов изменяются в широких пределах, в паспортных данных на каждый вид диода указывается его максимально допустимое значение.
Рис Вольт-амперные характеристики германиевого (а) и кремниевого (б) диодов; условное обозначение (в)
Падение напряжения на диоде U зависит от тока протекающего через него, и имеет большее значение у диодов с малым Iт. Так как у кремниевых диодов тепловой ток мал, то и начальный участок прямой ветви характеристики значительно более пологий, чем у германиевых. При увеличении температуры прямая ветвь характеристики становится более крутой из-за увеличения Iт и уменьшения сопротивления базы. Падение напряжения, соответствующее тому же значению прямого тока, при этом уменьшается, что оценивается с помощью температурного коэффициента напряжения ɛ=U/T
Вопрос 15. Выпрямительные и универсальные диоды, конструктивные особенности, параметры и характеристики.
Выпрямительные диоды. Диоды, предназначенные для преобразования переменного тока в постоянный, к быстродействию, емкости p-n-перехода и стабильности параметров которых обычно не предъявляют специальных требований, называют выпрямительными. В качестве выпрямительных диодов используют сплавные эпитаксиальные и диффузионные диоды, выполненные на основе несимметричных p-n-переходов. В выпрямительных диодах применяются также и p-i-переходы, использование которых позволяет снизить напряженность электрического поля в p-n-переходе и повысить значение обратного напряжения, при котором начинается пробой. В таких диодах успешно разрешаются противоречивые требования, состоящие в том, что, во-первых, для получения малых обратных токов, малого падения напряжения в открытом состоянии и температурной стабильности характеристик необходимо применять материал с возможно малым удельным сопротивлением; во-вторых, для получения высокого напряжения пробоя и малой емкости p-n-перехода необходимо применять полупроводник с высоким удельным сопротивлением. Эпитаксиальные диоды обычно имеют малое падение напряжения в открытом состоянии и высокое пробивное напряжение. Для выпрямительных диодов характерно, что они имеют малые сопротивления в проводящем состоянии и позволяют пропускать большие токи. Барьерная емкость их из-за большой площади p-n-переходов велика и достигает значений десятков пикофарад. Германиевые выпрямительные диоды могут быть использованы при температурах, не превышающих 70—80 С, кремниевые— до 120—150 С, арсенид-галлиевые — до 150 С.
Основные параметры выпрямительных диодов и их значения у маломощных диодов
1.Максимально допустимое обратное напряжение диода Uобр max — значение напряжения, приложенного в обратном направлении, которое диод может выдержать в течение длительного времени без нарушения его работоспособности (десятки — тысячи В).
2.Средний выпрямленный ток диода-среднее за период значение выпрямленного постоянного тока, протекающего через диод (сотни мА — десятки А).
3.Импульсный прямой ток диода-пиковое значение импульса тока при заданной максимальной длительности, скважности и формы импульса.
4.Средний обратный ток диода—среднее за период значение обратного тока (доли мкА-- несколько мА).
5.Среднее прямое напряжение диода при заданном среднем значении прямого тока £/прср (доли В).
6.Средняя рассеиваемая мощность диода—средняя за период мощность, рассеиваемая диодом, при протекании тока в прямом и обратном направлениях (сотни мВт—десятки и более Вт).
7.Дифференциальное сопротивление диода — отношение приращения напряжения на диоде к вызвавшему его малому приращению тока (единицы — сотни Ом).