Полупроводниковые диоды. Основы промышленной электроники

ОСНОВЫ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

Общие сведения о полупроводниковых приборах

Действие полупроводников основано на свойствах р–n перехода, поэтому проводимость полупроводников может меняться в широких пределах в зависимости от температуры нагрева, освещенности, воздействия электрических полей, примеси посторонних атомов и т. д. Эти особенности широко используются в технике.

В последние десятилетия одним из главных направлений стало развитие интегральной микроэлектроники.

 

Полупроводниковые диоды

Полупроводниковый диод – прибор с одним р–n переходом и двумя выводами, в котором используется свойство перехода. Ток, проходящий через диод в его открытом состоянии, называется прямым током, в другом направлении ток есть, но очень мал (диод заперт). Этот ток называется обратным. Соответственно напряжение, приложенное к диоду, называется – прямое и обратное (рис. 1, а).

На рис. 1, б показана вольт-амперная характеристика диода.

Прямой ток диода направлен от анодного (А) к катодному (К) выводу. Нагрузочную способность выпрямительного диода характеризуют следующие параметры:

- допустимый прямой ток I пр и соответствующее ему прямое напряжение U пр,

- допустимое обратное напряжение U обр и соответствующий ему обратный ток I обр,

- допустимая мощность рассеяния P рас и допустимая температура окружающей среды t о.с (до 50⁰ С)для германиевых и до 140⁰ С для кремниевых диодов).

Рис.1.

По функциональному назначению полупроводниковые диоды делятся на выпрямительные, импульсные, стабилитроны, фотодиоды, светоизлучающие диоды и т. д.

По способу изготовления различают сплавные диоды, диоды с диффузионной базой и точечные диоды. В диодах двух первых типов p-n переход создается на значительной площади (до 1000 мм²), они применяются в основном в автоматике и приборостроении. В точечных диодах площадь перехода меньше 0,1 мм². Они применяются главным образом в аппаратуре сверхвысоких частот при значении прямого тока 10–20 мА.

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный и выполняются по сплавной или диффузионной технологии.

Импульсные диоды предназначены для работы в цепях формирования импульсов напряжения и тока. Это – точечные диоды.

Стабилитроны, называемые также опорными диодами, предназначены для стабилизации напряжения. В этих диодах используется явление неразрушающего электрического пробоя (лавинного пробоя) p-n перехода при определенных значениях обратного напряжения U обр = U проб (рис. 52, а).

На рис. 2, б приведена простейшая схема стабилизатора напряжения на приемнике с сопротивлением нагрузки R н. При изменении напряжения между входными выводами стабилизатора U вх > U проб (R н + r) / R н, напряжение между выходными выводами U вых ≈ U проб изменяется незначительно.

 

Рис.2.

Светоизлучающие диоды и фотодиоды. Электрические свойства фотодиода изменяются под действием падающего на него светового излучения – повышается его обратный ток. Светодиоды сами излучают квант света в режиме прямого тока, поэтому они находят применение для индикации режима работы узлов и блоков различных систем.