Полупроводниковые диоды. Полупроводниковый диод это электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним p-n-переходом и двумя внешними выводами от областей кристалла с разными

1.Общие сведения.

Полупроводниковый диод это электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним p-n-переходом и двумя внешними выводами от областей кристалла с разными типами электропроводности. Диоды по конструкции подразделяют на плоскостные и точечные. Наиболее распространены плоскостные диоды. Точечные диоды, имеющие малую емкость p-n-перехода, используются на высоких частотах, но при малых токах.

По назначению полупроводниковые диоды подразделяют на выпрямительные, высокочастотные и сверхвысокочастотные, импульсные, опорные (стабилитроны), четырехслойные переключающие, фото- и светодиоды и др.

1.Выпрямительные диоды.

Их применяют для выпрямления переменного тока низкой частоты до 100 К Гц, а также в схемах управления и коммутации, для ограничения паразитных выбросов напряжений в цепях с индуктивными элементами.

В зависимости от полупроводникового материала диоды подразделяют на германиевые и кремниевые. Кремниевые применяют чаще, т.к. они имеют во много раз меньшие обратные токи и большие обратные напряжения . Германиевые диоды применяют при низких напряжениях, т.к при одинаковых токах падение напряжения на германиевом диоде, смещенном в прямом направлении, меньше, чем на кремниевом

Вольт-амперная характеристика выпрямительного диода— на рис. 2.1.

Рис. 2.1

Основные параметры выпрямительных диодов:

- среднее за период значение выпрямленного тока I_пр.ср, который может длительно проходить через диод при допустимом его нагреве;

-среднее за период значение прямого напряжения U_пр.ср которое определяется по его ВАХ при заданном значении I_пр.ср;

-среднее за период значение обратного тока I_обр.ср при заданном значении обратного напряжения U_обр,

-максимально допустимое постоянное обратное напряжение U_обр.max,которое длительно выдерживает диод без нарушения нормальной работы;

-максимально допустимый постоянный прямой ток I_{пр max} диода.

В ряде случаев применяют групповое включение диодов. Так, при отсутствии высоковольтного диода можно последовательно включить несколько низковольтных диодов, суммарное допустимое обратное напряжение которых 3U_обр.max превышает обратное напряжение, действующее в электрической цепи.

Рис. 2.2

Если прямой ток в электрической цепи превышает допустимый для одного диода, то применяют параллельное включение диодов .

3. Высокочастотные диоды.

Они применяются в тех же электронных устройствах, что и выпрямительные диоды, только при меньшей электрической нагрузке и в более широком диапазоне частот (до нескольких сотен мегагерц).Высокочастотные диоды содержат точечный p-n-переход,

Конструкция высокочастотного диода показана на рис. 2.4, а, а его условное графическое обозначение и ВАХ — на рис. 2.4, б, В обратной ветви ВАХ вследствие малой площади p-n-перехода участок насыщения практически отсутствует и обратный ток с ростом напряжения равномерно возрастает за счет токов утечки.

Рис. 2.4

4. Стабилитроны.

Они предназначены для стабилизации уровня постоянного напряжения. Это плоскостной полупроводниковый диод, на ВАХ которого (рис. 2.6, а)имеется участок со слабой зависимостью напряжения от проходящего тока (участок аб).

При превышении обратным напряжением значения U_обр.пр происходит лавинный пробой p-n-перехода. При этом наблюдается резкое возрастание обратного тока при почти неизменном уровне обратного напряжения. Это явление используется в стабилитронах, нормальным включением которых в цепь источника постоянного напряжения является обратное. Если обратный ток через стабилитрон не превышает некоторого значения I_ст.max, то состояние электрического пробоя не приводит к порче диода и может воспроизводиться в течение сотен тысяч часов.

Рис. 2.6

Их изготавливают из кремния. Параметры стабилитронов:

-напряжением стабилизации U_СТ — напряжением на стабилитроне при прохождении заданного тока стабили­зации, например I_{СТ ном} (рис. 2.6, а).

-минимальное I_CT._min и максимальное I_{СТ max} значения постоянных токов на участке стабилизации, при которых обеспечивается заданная надежность. Превышение тока I_{СТ max} приводит к тепловому пробою p-n-перехода.

-дифференциальное сопротивление стабилитрона в рабочей точке на участке стабилизации r_CT=dU_СТ/dI_СТ,. На участке стабилизации обычноr_CT = 0,5 ÷ 200 Ом;

Варикапы.

Это полупроводниковые диоды, включенные в обратном направлении, при этом в области p-n-перехода образуется барьерная емкость, величина которой зависит от величины обратного напряжения. При увеличении обратного напряжения величина барьерной емкости уменьшается, т.о. варикапы это конденсаторы переменной емкости, управляемые не механически, а электрически. Обозначение на схемах:

Обозначение полупроводниковых диодов.

Первый элемент -цифра или буква, это исходный материал полупроводника: 1 или Г - германий, 2 или К-кремний, 3 или А -арсенид галлия; второй (буква) характеризует класс диодов: Д-выпрямительные, универсальные и импульс­ные; А -сверхвысокочастотные; С-стабилитроны; В-варикапы; И-туннельные; Ф-фотодиоды; Л-светодиоды; Ц-выпрямительные столбы и блоки; третий (трехзначный номер по сотням) указывает на группу применения (выбирают по справочнику); четвертый элемент — заглавные буквы русского алфавита А, Б, В и т. д.-указывает на разновидность диода данного типа. Например, КС147А — кремниевый стабилитрон малой мощности, разновидность типа А.