Классификация диодов
Классификация диодов представлена в табл.1. Рассмотрим некоторые из них, наиболее широко применяемые на практике.
Таблица 1
Признак классификации | Наименование диода |
Площадь перехода | Плоскостной Точечный |
Полупроводниковый материал | Германиевый Кремниевый Арсенид галлиевый |
Назначение | Выпрямительный Импульсный Сверхвысокочастотный Стабилитрон (стабистрон) Варикап и т.д. |
Принцип действия | Лавинно-пролетный Туннельный Диод Шотки Излучающий Фотодиод Диод Ганна |
Выпрямительный диод, условное графическое обозначение которого приведено на рис. 10.1, использует вентильные свойства р-п-перехода и применяется в выпрямителях переменного тока. В качестве исходного материала при изготовлении выпрямительных диодов используют в основном германий и кремний.
Выпрямительный диод представляет собой электронный ключ (ЭК), управляемый приложенным к нему напряжением. При прямом напряжении ключ замкнут, при обратном — разомкнут. Однако в обоих случаях этот ключ не является идеальным. При подаче прямого напряжения за счет падения напряжения Uпр на открытом диоде выпрямленное напряжение, снимаемое с нагрузочного устройства, несколько ниже входного напряжения. Основными параметрами выпрямительных диодов являются:
Iпр ср. max— максимальное (за период входного напряжения) значение среднего прямого тока диода;
Uобр доп — допустимое наибольшее значение постоянного обратного напряжения диода;
fmax — максимально допустимая частота входного напряжения;
Uпр — прямое падение напряжения на диоде при заданном прямом токе.
Выпрямительные диоды классифицируют также по мощности и частоте.
По мощности: маломощные (Iпр ср. max≤ 0,3 А); средней мощности (0,3 А ‹Iпр ср. max ≤ 10 А); большой мощности (Iпр ср. max » 10 А).
По частоте: низкочастотные (fmax ‹ 103 Гц); высокочастотные (fmax › 103 Гц).
Рис. 10. Условные графические обозначения полупроводниковых приборов:
1 — выпрямительный и импульсный диод; 2 стабилитрон и стабистрон; 3 —симметричный стабилитрон; 4 — варикап; 5 — туннельный диод; 6 — излучающий диод: 7 — фото диод; 8 — биполярный трагинстор р-п-р-типа; 9 — биполярный транзистор п-p-п-типа; 10 - полевой транзистор с управляющим р-п-переходом и п-каналом; 11 — полевой транзистор с управляющим р-п-переходом и р-каналом; 12 — МДП транзистор с встроенным п- каналом; 13 — полевой транзистор с встроенным р-каналом; 14 - МДП транзистор с индуцированным п-каналом; 15 — МДП транзистор с индуцированным р-каналом; 16 – динистор; 17, 18 — тринистор с управлением соответственно по катоду и аноду, УЭ — управляющий электрод
Импульсный диод — полупроводниковый диод, имеющий малую длительность переходных процессов и использующий (как и выпрямительный диод) при своей работе прямую и обратную ветви. Длительность переходных процессов в диоде обусловлена перезарядом емкостей Сдиф и Сзар. При малых уровнях инжекции основную роль в переходных процессах играет процесс перезаряда барьерной емкости Сзар. При больших уровнях инжекции процессы накопления и рассасывания заряда являются превалирующими. Последнее явление определяет быстродействие диодов и характеризуется специальным параметром — временем восстановления τвос его обратного сопротивления. Поэтому кроме основных параметров характеризующих выпрямительные свойства, для импульсных диодов вводится параметр τвос, характеризующий их быстродействие. В качестве импульсных находят применение и диоды Шотки.
Диод Шоттки. Основой является так называемый переход Шоттки, возникающий на границе металла, уровень Ферми которого находится в зоне проводимости, и полупроводника электронного типа проводимости, который имеет более низкую работу выхода, чем у металла. Для успешного функционирования перехода Шоттки приграничная область полупроводника должна быть бедна электронами, чтобы она обладала более низкой проводимостью, чем остальная часть полупроводникового кристалла.
Для изготовления переходов Шоттки в качестве полупроводника обычно используют кремний, а применяемые металлы и химические соединения – это золото, силицид платины, молибден и другие. Переход Шоттки не получить простым соприкосновением металла и полупроводника, а на металлическую пластину по технологиям эпитаксиального наращивания или напыления в вакууме наносят пленку полупроводника.
К достоинствам последних относят чрезвычайно малый обратный ток, который для отдельных диодов Шоттки может составлять единицы пикоампер, возможность работы компонентов отдельных марок на частотах до сотен гигагерц и даже выше. Некоторые мощные диоды Шоттки, которые используют в высокочастотных выпрямителях импульсных источников питания, допускают прямые токи в сотни ампер. Прямое падение напряжения на переходе Шоттки меньше, чем у типового электронно-дырочного перехода.
Основными недостатками диодов Шоттки выступают высокая стоимость используемых материалов и довольно низкое максимально допустимое обратное напряжение, которое обычно составляет всего лишь от 25 В до 150 В. Выдерживающие более высокие обратные напряжения диоды Шоттки (например, 400 В, 600 В), обычно получают последовательным соединением нескольких переходов Шоттки. От этого падение напряжения на сборке диодов Шоттки в прямом включении станет примерно таким же, или даже большим, чем у аналогичного по некоторым параметрам диода с электронно-дырочным переходом.
Сверхвысокочастотный диод (СВЧ диод) — полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования и обработки сверхвысокочастотного сигнала (до десятков и сотен гигагерц). Сверхвысокочастотнные диоды широко применяются в устройствах генерации и усиления электромагнитных колебаний СВЧ диапазона, умножения частоты, модуляции, регулирования и ограничении сигналов и т. п. Условное обозначение сверхвысокочастотного диода аналогично выпрямительным диодам показано на рис. 10.1.
Стабилитрон и стабистор применяются в нелинейных цепях постоянного тока для стабилизации напряжения. Отличие стабилитрона от стабистора заключается в используемой для стабилизации напряжения ветви ВАХ. Как видно из рис. 2, б, ВАХ диода имеет участки АВ и CD, на которых значительному изменению тока соответствует незначительное изменение напряжения при сравнительно линейной их зависимости. Для стабилизации высокого напряжения (U >3 В) используют обратную ветвь (участок АВ) ВАХ. Применяемые для этой цели диоды называют стабилитронами. Для стабилизации небольших значений напряжений (U<l В например, в интегральных схемах) используют прямую ветвь (участок CD) ВАХ, а применяемые в этом случае диоды называют стабисторами. Условное обозначение стабилитрона и стабистора показано на рис. 10.2.
В схемах двуполярной стабилизации напряжения применяется симметричный стабилитрон, условное графическое обозначение которого показано на рис. 10.5.
Туннельный диод — занимает особое место среди полупроводниковых диодов из-за свойственной ему внутренней положительной обратной связи по напряжению и хороших динамических свойств. Его ВАХ имеет участок отрицательного дифференциального сопротивления (участок CD на рис. 11,б). Это объясняется тем, что при очень малых толщинах запорного слоя (10... 10 нм и меньше) наблюдается туннельный переход зарядов из валентной зоны в зону проводимости. Туннельный диод, благодаря своей ВАХ, нашел широкое применение в качестве ключевого тензодатчика. Условное графическое обозначение туннельного диода приведено на рис. 10. 5.
Рис 11. Вольт-фарадная характеристика варикапа (а) и ВАХ туннельного диода (б)
Варикап—полупроводниковый диод, действие которого основано на использовании зависимости зарядной емкости Сзар от значения приложенного напряжения. Это позволяет применять варикап в качестве элемента с электрически управляемой емкостью.
Основной характеристикой варикапа служит вольт-фарадная характеристика (рис.11а)—зависимость емкости варикапа Св от значения приложенного обратного напряжения. В выпускаемых промышленностью варикапах значение емкости Св может изменяться от единиц до сотен пикофарад. Условное графическое обозначение варикапа приведено на рис. 10.4.
Излучающий диод — полупроводниковый диод, излучающий из области p-n-перехода кванты энергии. Излучение испускается через прозрачную стеклянную пластину, размещенную в корпусе диода. Условное графическое обозначение излучающих диодов показано на рис. 10.6.
Светодиоды применяют в качестве световых индикаторов, и ИК-диоды — в качестве источников излучения в оптоэлектронных устройствах.
Фотодиод — полупроводниковый прибор, принцип действия которого основан на использовании внутреннего фотоэффекта — генерации в полупроводнике под действием квантов света (фотонов) свободных носителей заряда.
Фотодиод используют для преобразования светового излучения в электрический ток. Условное графическое обозначение фотодиода приведено на рис. 10.7.
Маркировка диодов.Маркировкаполупроводниковых диодов, разработанных после 1964 г„ предусматривает шесть символов. Первый символ — буква (для приборов общего применения) или цифра (для приборов специального назначения), указывающая исходный полупроводниковый материал, из которого изготовлен диод: Г (1)—германий, К (2) —кремний, А (3) — GaAS. Второй символ — буква, обозначающая подкласс диода: Д—выпрямительные, высокочастотные (универсальные) и импульсные диоды: В — варикапы; С — стабилитроны и стабисторы; Л — светодиоды. Третий символ— цифра, указывающая назначение диода (у стабилитронов — мощность рассеяний): например, 3 — переключательный, 4—универсальный и т. д. Четвертый и пятый символы—двузначное число, указывающее порядковый номер разработки (у стабилитронов — номинальное напряжение стабилизации). Шестой символ — буква, обозначающая параметрическую группу прибора (у стабилитронов — последовательность разработки).
Примеры маркировки диодов:
ГД412А— германиевый (Г), диод (Д), универсальный (4),номер разработки 12, группа А;
КС196В — кремниевый (К), стабилитрон (С), мощность рассеяния не более 0,3Вт (1), номинальное напряжение стабилизации 9,6В (96), третья разработка (В).
Для полупроводниковых диодов с малыми размерами корпуса используется цветная маркировка в виде меток, наносимых на корпус прибора.
Дата добавления: 2015-08-21; просмотров: 2397;