1.2.2.1 Випрямні діоди

Випрямними називаються діоди, призначені для випрямлення змінного струму низьких частот. За величиною граничного прямого струму розрізняють:

- діоди малої (до 0,3 А),

- середньою (від 0,3 до 10 А)

- великій (понад 10 А) потужності.

У випрямних діодах використовується властивість односторонньої провідності p-n- переходу. Умовне графічне позначення випрямного діода показане на рисунку 1.10, а (клин вказує напрям найбільшої провідності).

Основними параметрами випрямних діодів є:

- постійна пряма напруга при заданому прямому струмі ;

- постійний зворотний струм при заданої зворотної напрузі ;

Граничні можливості діодів характеризуються:

- постійним (чи середнім) прямим струмом ( );

- максимально допустимою зворотною напругою (10 до 1000 В).

Рисунок 1.10 - Випрямний діод

Випрямні властивості діода характеризуються відношенням зворотного опору до прямого . Чим це відношення Проте при роботі випрямного діода на високих частотах або при швидких перемиканнях окрім активних опорів і необхідно враховувати також його ємнісні опори, які можуть значно погіршити випрямні властивості діода. Зменшення опору назад-зміщеного p-n- переходу на високих частотах пояснюється наявністю у нього бар'єрною і дифузійною місткостей.

Детальніше розглянемо використання випрямних діодів у випрямних облаштуваннях систем електроживлення.

Мінімальну дифузійну місткість має перехід напівпровідник-метал (діод Шотки), оскільки час життя електрона в металі мінімально. Діоди Шотки мають приблизно таку ж ВАХ, як і інші випрямні діоди.

1.2.2.2 Діод Шотки

Діод Шотки - напівпровідниковий діод, випрямляючі властивості якого грунтовані на використанні випрямляючого електричного переходу між металом і напівпровідником (працюють на основних носіях заряду, що істотно дозволяють зменшити їх інерційність и збільшити швидкодію

ВАХ діода Шотки зображена на рисунку 1.11.

Рисунок 1.11 – Вольт-амперна характеристика діода Шотки

Час перемикання діодів Шотки із замкнутого стану у відкрите і навпаки визначається малою величиною бар'єрної місткості, 0,01пФ, що не перевищує.

Достоїнства:

- можливість набуття менших значень прямого опору контакту, оскільки металевий шар за цими властивостями перевершує будь-який шар напівпровідника;

- малий прямий опір і невелика бар'єрна місткість дозволяє працювати на надвисоких частотах (5-250 ГГц) :

- мають високу швидкодію, тобто малим часом переходу із стану, що проводить, в непровідне, і назад (час перемикання менше 0,1 нс);

- порівняно з кремнієвими діодами, мають менше на 0,3÷0,5В пряме падіння напруги, на 2-3 порядки більше зворотні струми - струми малі - декілька мкА, зворотна напруга 10-1000 В.

Переважне застосування діодів Шотки - низьковольтні випрямлячі.

1.2.2.3 Тунельні діоди

Тунельні діоди - напівпровідниковий діод, в якому використовується тунельний механізм перенесення носіїв заряду через p-n- перехід (електрони проходять через потенційний бар'єр p-n- переходу, не змінюючи своєї енергії) і в характеристиці є область негативного диференціального опору.

Відмітною особливістю тунельного діода є висока концентрація домішок в областях p- і n- типу, у зв'язку з чим такий напівпровідник вироджується в напівметал (властивості металів). У виродженому напівпровіднику енергетичні рівні домішкових атомів утворюють зони, які зливаються з відповідними зонами областей p - і n- типу.

Із-за високого вмісту домішок p-n- перехід тунельного діода має дуже малу ширину, що призводить до значного підвищення напруженості електричного поля в переході, тобто нижня частина зони провідності і верхня частина валентної зони розділені вузькою забороненою зоною і електрони мають можливість переходити з однієї не долаючи при цьому потенційний бар'єр. Це явище називається тунельним ефектом.

При збільшенні від нуля прямої напруги число електронів, проникаючих з p- напівпровідника в n- напівпровідник, зменшується, тоді як число електронів, що рухаються у зворотному напрямі, не змінюється, що призводить до появи прямого струму, який збільшується із зростанням прямої напруги. Прямий струм досягне свого максимального значення, точка в на графіці рисунок 1.12.

Рисунок 1.12 – Вольт-амперна характеристика тунельного діода

При подальшому збільшенні прямої напруги прямий тунельний струм почне зменшуватися (зменшується напруженість електричного поля в p-n- переході), оскільки за відсутності потоку електронів з p- в n- напівпровідник зменшується потік електронів, що тунелюють у зворотному напрямі.

Мінімального значення прямий струм, точка г на графіці рисунку 1.12 досягне тоді, коли дно зони провідності напівпровідника n- типу порівняється із стелею валентної зони напівпровідника p-типа. При зростанні прямої напрузі правіше точки г, рисунок 1.12, тунельний перехід носіїв заряду припиняється, а збільшення прямого струму пояснюється переміщенням основних носіїв заряду через p-n- перехід шляхом подолання потенційного бар'єру тобто ділянка характеристики правіше за точку г є дифузійною ділянкою ВАХ тунельного діода.

Достоїнства:

- відрізняється високою швидкодією;

- здатністю працювати при підвищених рівнях радіації і в широкому діапазоні температур (дуже низьких і високих);

- висока робоча частота із-за миттєвого тунельного переходу - до 10¹¹ Гц;

- мала споживана потужність.

Одностороння провідність p-n- переходу при тунельному ефекті повністю відсутній.