Полупроводниковые диоды

► Диодом называется полупроводниковый прибор, действие которого основано на свойствах выпрямляющего перехода, и имеющий два вывода.

Выводы диода: анод и катод.

В диодах используются несимметричные р — n-переходы. Область, в которой концентрация примесей больше, называется эмиттером и отвечает за прямой ток. Область, в которой концентрация примесей меньше — база. Обеспечивает способность выдерживать обратное напряжение.

ВАХ диода примерно соответствует ВАХ р – n-перехода.

Существует также буквенно-цифровое обозначение диодов. Например, КД521А. Первый символ: материал, из которого изготовлен диод. К (2) — Si, Г (1) — Ge, A (3) — GaAs. Второй символ обозначает класс прибора. Д — диод выпрямительный, импульсный или универсальный, В — варикап (variable capacity), И — диод туннельный или обращённый, С — стабистр или стабилитрон, Л — излучающий диод, Ц — выпрямительный столб или блок. Третий блок (три цифры) обозначает назначение, характеристики, параметры и т. д. Последний символ определяет параметры внутри группы.

Диоды являются преобразовательными приборами. Служат для выпрямления, детектирования, ограничения сигналов и т. д.

Детектирование — выделение огибающей из амплитудно-модулированного сигнала.

Параметры диода

1. Прямое напряжение Uпр при заданном прямом токе Iпр.

2. Обратный ток Iобр при заданном обратном напряжении Uобр.

Так как диоды работают с переменными напряжениями, часто используются средние значения токов и напряжений (постоянные составляющие).

Среднее за период:

3. Тепловое сопротивление

Tп — температура перехода;

To — температура окружающей среды;

P — рассеиваемая мощность.

4. Ёмкость диода C — определяет частотные свойства диода.

Выпрямительные диоды

► Выпрямление — преобразование переменного напряжения в однополярное пульсирующее.

Двухполупериодный (мостовой) выпрямитель

Импульсные диоды

► Импульсные диоды — диоды, предназначенные для работы в схемах с короткими импульсами, обладающие малой инерционностью.

Инерционность оценивается временем переходного процесса.

�.► Переходной процесс — процесс перехода из одного установившегося состояния в другое.

Инерционность диодов связана с:

1. 1. накоплением и рассасыванием неосновных носителей в базе;

2. 2. ёмкостью p – n-перехода. Для оценки инерционности диодов используются:

a. Время установления прямого напряжения.

При . Поэтому мы говорим, что диод работает от источника тока.

Время восстановления обратного сопротивления.

При обратном включении можно считать, что диод работает от источника напряжения.

Но так как у нас обратное включение диода, ток у нас маленький, и можно предположить, что всё напряжение падает на диоде. U_VD» U_вх

Время восстановления обратного сопротивления:

t₁— за это время рассасываются неосновные носители вблизи p – n-перехода.

t₂— рассасывание неосновных носителей в объёме базы.

Пути достижения t_В→ 0:

1. узкая база;

2. уменьшение ёмкости;

3. низкие обратные напряжения и маленькие прямые токи.

Диод Шоттки

► Диод на основе выпрямляющего перехода «металл – полупроводник» называется диодом Шоттки.

В качестве металлической базы применяются материалы ванадий, молибден, вольфрам. В качестве полупроводника — как правило, кремний. Переход между ними оказывается не омическим, а выпрямляющим.

Достоинства:

электроны в металлической базе не накапливаются и не рассасываются;

маленькое прямое напряжение Uпр≈ 0,3 … 0,4 В;

большая крутизна прямой ветви ВАХ.

Недостатки:

маленькое обратное напряжение;

большой обратный ток.

Диоды Шоттки применяются в низковольтных выпрямителях, в качестве импульсных диодов, в цифровых интегральных микросхемах.

Варикап

Варикапами называются диоды, используемые в качестве переменной ёмкости, управляемой напряжением.

Мкость pn-перехода

1. Диффузная ёмкость. В прямосмещённом переходе изменяется заряд за счёт накопления неосновных носителей в базе.

Q— заряд неосновных носителей, dU— напряжение, его вызвавшее.

2. Барьерная ёмкость. Образуется неподвижными ионами примесей вблизи p – n-перехода, образующих как бы обкладки конденсатор.

При обратном смещении p – n-перехода ширина обеднённой области d увеличивается.

В варикапах используется только барьерная ёмкость, то есть они работают с обратным смещением.

Ёмкость варикапов — единицы-сотни пикофарад.

Варикапы используются в схемах автоматической подстройки частоты (АПЧ), в генераторах, в схемах настройки приёмников и телевизоров.

Использование варикапа.

C — разделительный конденсатор. Исключает шунтирование управляющего напряжения индуктивностью. — переменный резистор. Служит для управления ёмкостью варикапа. Исключает шунтирование варикапа.

Стабилитрон

► Стабилитроном называется диод, предназначенный для работы в режиме пробоя.

Стабилитроны используются в схемах стабилизации напряжения, ограничителях и т. д.

Существуют три вида пробоя: туннельный, лавинный (эффект ионизации), тепловой (необратимый). Туннельный пробой возникает в узких переходах при высокой концентрации примесей. Напряжение пробоя 3...7 В. Лавинный пробой возникает в широких переходах при низких концентрациях примесей. Напряжение пробоя более 7 В. Для получения напряжений, меньших 3 В, используется

► стабистр — полупроводниковый прибор с крутой прямой ветвью ВАХ.