Тақырып: Жартылай өткізгішті диодтар

Қарастырылатын сұрақтар:

1. p-n-өтпесін қосу.

2. Жартылай өткізгішті диодтар.

Дәрістің қысқаша жазбасы:

р-түрлі жартылай өткізгішті оң полюсімен, ал n-түрлі жартылай өткізгішті теріс полюсімен жалғап, р-nөтпесін тұрақты кернеу көзіне косалық (2.1, а-сурет). Өтпенің бөгеттік қабатының кедергісі басқа бөліктеріне қарағанда әлдеқайда көп болатындықтан өтпеге берілген кернеу түгелдей бөгеттік қабатқа түседі де, онда р-түрлі жартылай өткізгіштен n-түрлі жартылай өткізгішке қарай бағытталған кернеулігі Е_сэлектр өрісін тудырады. Кернеу көзі тудырған электр өрісінің кернеулігі бөгеттік өрістің кернеулігіне қарсы бағытталғандықтан қорытқы электр өрісі әлсірейді де оның кернеулігі осы екі өрістің кернеуліктерінің айырымына тең болады. Осы себепті түйіспелік потенциалдар айырымы, яғни түйіспелік потенциалдық тосқауыл азаяды (2.1, б-сурет). Бөгеттік кабаттың ені жұкарады да дрейфтік ток азайып, диффузиялық ток көбейеді.

2.1-сурет. р-n өтпесін кернеу көзіне тура және керісінше қосу (а, в) мен түйіспелік потенциалдық тосқауыл (б, г)

Түйіспелік кабаттың кедергісі азайып, онымен ток жүре бастайды. Бұл токты тура ток, ал р-n өтпесінің кернеу көзіне осылайша қосылуын (р-түрлі жартылай откізгіш оң полюспен, n-түрлі жартылай өткізгіш теріс полюспен) тура қосылу деп атайды.

р-n өтпесін кернеу көзіне керісінше, яғни р-түрлі жартылай өткізгішті теріс полюсімен, n-түрлі жартылай өткізгішті он полюсімен қосса (2.1, в-сурет), онда кернеу көзі тудыратын өрістің кернеулігі мен бөгет өрістің кернеулігі бағыттас болады да түйіспелік потенциалдар айырымы және потенциалдық тосқауыл артады (2.1, г-сурет). Қорытқы өріс негізгі заряд тасымалдаушы бөлшектердің қозғалыс бағытына қарсы бағытталғандықтан бөгеттік кабаттың ені және кедергісі артады. Жартылай өткізгіштерде негізгі емес заряд та-сымалдаушылардың концентрациясы өте аз болатындықтан кері ток деп аталатын дрейфтік ток та аз болады.

Сонымен, р-nөтпесі кернеу көзіне тура қосылғанда оның кедергісі аз болады да онымен ток жүреді, ал керісінше қосылғанда өтпенің кедергісі артады да онымен ток жүрмейді дерлік. Былайша айтқанда р-nөтпесінің вентильдік, яғни токты бір бағытта ғана өткізетін қасиеті бар.

2.2-суретте р-n өтпесінің вольт-амперлік сипаттамасы келтірілген. Жоғарыда айтылғандай, өтпе тура қосылғанда кернеудің өсуі (U_т - тура кернеу) бөгеттік қабаттың кедергісін азайтады, сондықтан ток тез өсіп отырады (І_т - түра ток).

2.2-сурет. р-n өтпесінің вольт-амперлік сипаттамасы; 1-тура бұтағы; 2-кері бұтағы.

Өтпе керісінше қосылғанда (U_к- кері кернеу) кернеудің өсуі бөгеттік қабаттың кедергісін арттырады да онымен өте аз ток жүреді (І_к- кері ток). Дегенмен, өрістің кернеулігі артқан сайын негізгі емес заряд тасымалдаушылардың саны көбейеді. Кері кернеу одан әрі өскенде бейнегізгі заряд тасымалдаушылардың энергиясы жоғарылап, атомдармен кездескенде оларды иондайтын болады. Кернеудің белгілі бір мәнінде заряд тасымалдаушылардың саны кенеттен өсіп, ал өтпенің кедергісі өте азайып кетеді. Сондықтан кері ток та кенеттен өсе бастайды. Бұл құбылысты р-n өтпесінің электірлік тасқынды тесілуі деп атайды. Электрлік тесілумен қатар, өтпеге кері кернеу берген кезде жылулық тесілу де байкалады. Егер р-n өтпесінің температурасы оның номинал температурасынан асып кетпесе, онда қызудың нәтижесінде заряд тасымалдаушылардың саны көбейеді де, ал өтпенің кедергісі азаяды. Егер осы үрдіс жүре берсе, онда кернеудің белгілі бір мәнінде өтпенің жылулық тесілуі мүмкін. Әрине жылулық тесілуден кейін р-n өспесі істен шығып қалады, яғни «жанып» кетеді.

Бір р-nөтпесінен тұратын және екі шықпасы (сыртқы тізбекпен жалғанатын екі ұшы) бар нәрсе жартылай өткізгішті диод деп аталады. Жұмыс істеу тәртібіне және атқаратын міндетіне қарай жартылай өткізгішті диотар әр түрлі болады. Ең көп тараған диодтар түзеткіштік диод, стабилитрон, варикап, фотодиод, жарық диоды. Енді осы диодтарды жеке-жеке қарастыралық.

ТҮЗЕТКІШТІК ДИОД. Түзеткіштік диодтар айнымалы токты түзету үшін, яғни айнымалы токтан тұрақты ток алу үшін қолдалынады. Бұл р-nөтпесінің вентильдік қасиетіне негізделген.

Түзеткіш диодтар төмен және жоғары жиілікті, импульсті, әлсіз және қуатты токтарды түзету үшін қолданылатындықтан олардың конструкциясы, әсіресе р-n өтпесінің конструкциясы мен бөгеттік қабаттың ауданының шамасы әр түрлі болады. Түзеткіштік диодтарды силицийден және германийден жасайды. Силицийден жасалған диодтар 150...200 ⁰С дейінгі, ал германийдан жасалған диодтар 85...100 ⁰С дейінгі температурада жұмыс жасай алады.

Түзеткіштік диодтардың негізгі сипаттамасы - вольт-амперлік сипаттама (2.3-сурет). Оның р-nөтпесінің вольт-амперлік сипаттамасынан (2.2-сурет) ешқандай айырмалығы жоқ. Тек түзеткіштік диодтар вольт-амперлік сипаттаманың тура бұтағында ғана жұмыс істейді.

2.3-сурет. Түзеткіштік диодтың вольт-амперлік сипаттамасы мен графикалық шартты белгісі.

Түзеткіштік диодтардың негізгі параметрлері: рауалы (өткізуге болатын) тура тогы І_т,рауалы максимал кері тогы І_мк, рауалы (түсіруге болатын) максимал кері кернеуі U_мк. Түзеткіштік диодтары белгілі бір құрылғы үшін таңдап алғанда алдымен осы параметрлері және қуаты мен жұмыс жасай алатын жиілік аралығы оның номинал және шекті жұмыс әлпілеріне сәйкес келуі керек.

СТАБИЛИТРОН. Тогы өзгергенмен кернеуі тұрақты болып қалатын жартылай өткізгішті диод стабилитрон деп аталады. Стабилитрон әр түрлі құрылғыларда ксрнеуді тұрақтандыру үшін, яғни кернеуді өзгертпей ұстап тұру үшін қолданылады.

Стабилитрон р-nөтпесінің вольт-амперлік сипаттамасының кері бұтағында жұмыс істейді (2.4-сурет). Вольт-амперлік сипаттаманың АВ бөлігінде ток өскенмен кернеудің тұрақты болып қалатындығы көрініп тұр. Стабилитрон тогы осы аралықта жататын жүктемелер үшін пайдаланылады. Ток одан әрі өскен кезде р-n өтпесі қатты қызып, электрлік тесілу жылулық тесілуге ұласуы мүмкін.

2.4-сурет. Стабилитронның вольт-амперлік сипаттамасы мен графикалық шартты белгісі

Стабилитронның негізгі параметрлері: сипаттаманың кернеуі тұрақты бөлігіндегі динамикалық кедергісі (R_д; кернеудің тұрақты мәніне сәйкес минимал тогы (І_ст.mіn); кернеудің тұрақты мәніне сәйкес максимал тогы (І_ст.mах);кернеудің температуралық коэффициенті (ТКU).Қазіргі кезде қолданылып жүрген стабилитрондардың тұрақтандыру кернеуі U_ст=1...1000 В, минимал тогы І_ст.mіn=1...10 мА, максимал тогы І_ст.mах=50...2000 мА, динамикалық кедергісі R_д=0,5...200 Ом, ал кернеудің температуралық коэффициенті

шамасында жатады.

ВАРИКАП. Бөгеттік қабаттың бір жағында оң, екінші жағыңда теріс заряд пайда болатындықтан және осы зарядтар онда электр өрісін тудыратындықтан р-n өтпесінің электрлік сыйымдылығы болады. Жазық конденсатордағы секілді өтпенің сыйымдылығы түйіспенің ауданына тура пропорционал да, ал бөгеттік қабаттың еніне кері пропорционал. Бөгеттік қабаттың ені оған түсірілген кернеуге байланысты өзгеретіндіктен, р-n өтпесінің сыйымдылығы да кернеумен байланысты болады. р-n өтпесіне тура кернеу берген кезде түйіспеге өте аз кернеу түсетіндіктен оның сыйымдылығы да өте аз болады, ал түгелдей дерлік бөгеттік қабатқа түсетін үлкен кері кернеу онда әжептәуір сыйымдылық туғызады.

Сыйымдылығы кері кернеуден тәуелді өзгеріп отыратын жартылай өткізгішті диодты варикап деп атайды. Варикап электрлік сыйымдылығы бар элемент ретінде колданылады.

Варикаптың сыйымдылығының кері кернеуден тәуелділігі (2.5-сурет) онын негізгі сипаттамасы болып есептеледі. Кері кернеудің шамасы өскен сайын бөгеттік қабаттың ені артады да варикаптың сыйымдылығы азаяды.

Варикаптың негізгі параметрлері ретінде оның жалпы сыйымдылығы (С_в) мен сыйымдылықтың еселік коэффициенті (К_с)алынады. Сыйымлықтың еселік коэффициенті деп варикаптың максимал сыйымдылығының (С_mах) оның минимал сыйымдылығына (С_mіn) қатынасын айтады. Варикаптың көпшілігінің жалпы сыйымдылығы С_в=10...500 пФ, ал сыйымдылықтың еселік коэффициенті К_с= С_mах/С_mіn= 5...20 шамасында болады.

Түзеткіш диодтардың негізі параметрлері: рауалы (өткізеуге болатын) тұра тогы I_МТ, А; рауалы максимал кері тогы I_МК, mА; рауалы максимал кері кернеуі U_МК,B; электродтар арасындағы сыйымдылығы пФ.

2.5-сурет. Варикаптың сыйымдылығының кернеуден тәуелділігі және графикалық шартты белгісі.

Бақылау сұрақтары:

1. Түзеткіштік диод қайда қолданылады?

2. Түзеткіштік диодтың негізгі параметрлерін атаңыз.

3.Варикап ,стаблитрон қайда қолданылады?

4. Диодтардың вольт-амперлік сипаттамаларын көрсетіңіз.

5. Диодтардың түрлерін атап өтіңіз.