Полупроводниковые диоды

Полупроводниковый прибор с одним электронно-дырочным переходом, пред­назначенный для преобразования одних электрических величин в другие электрические величины и имеющий два вывода, называют полупро­водниковым диодом.

Изображают полупроводниковые диоды на электрических схемах в виде треугольника и отрезка, проведенного через одну из его вершин параллельно противолежащей стороне. В зависимости от назначения диода его обозначение может содержать дополнительные символы (рис. 7.2.8).

Рис. 7.2.8. Условные графические обозначения полупроводниковых диодов:

а - выпрямительные, импульсные и универсальные; б – стабилитроны и стабисторы; в – туннельные; г – обращенные; д – варикапы.

 

В любом случае острая вершина треугольника указывает на направление протекания прямого тока через диод. Треугольник соответствует р -области и называется иногда анодом, или эмиттером, а прямо­линейный отрезок — n -области и называется катодом, или базой.

Выпрямительными называют полупроводниковые диоды, предназна­ченные для преобразования переменного тока в постоянный. Выпрям­ление переменного тока с помощью полупроводникового диода основано на его односторонней электропроводности. Она заключается в том, что диод оказывает очень малое сопротивление току, протекающему в одном (прямом) направлении, и очень большое сопротивление току, протекающему в другом (обратном) направлении.

Чем больше площадь р-n -перехода, тем большей силы ток можно через него пропускать, не опасаясь теплового пробоя и порчи диода. Поэтому в выпрямительных полупроводниковых диодах используются плоскостные р-n -переходы.

Плоскостной р-n -переход получают, вводя в полупроводник р - или n -типа примеси, создающие в нем область с противоположным типом электропроводности. Примеси можно вводить путем сплавления или диффузии.

Диоды с использованием р-n -переходов, полученных методом сплавления, называются сплавными, а методом диффузии — диффузионными.

Выпрямление переменного напряжения (тока) с помощью диода иллюстрируется рис. 7.2.9.

 

 

 

Рис. 7.2.9.  Схема простейшего однополупериодного выпря­мителя (а) и графики напря­жения на его входе и выходе (б)

 

 

 

 

 

Рис.7.2.10. Вольтамперная характеристика стабилитрона

 

 

В течение положительного полупериода входного напряжения U₁ диод V включен в прямом направлении, сопротивление его мало и на нагрузке R_н напряжение U₂ практически равно входному напряжению. При отрицательном полупериоде входного напряжения диод включен в обратном направлении, его сопротивление оказывается значительно боль­ше, чем сопротивление нагрузки, и почти все входное напряжение падает на диоде, а напряжение на нагрузке близко к нулю. В дан­ной схеме для получения выпрямленного напряжения используется лишь один полупериод входного напряжения, поэтому такой выпрямитель называется однополупериодным.

Полупроводниковые диоды, используемые для стабилизации постоян­ного напряжения на нагрузке, называют стабилитронами. В ста­билитронах используется участок обратной ветви вольтамперной харак­теристики в области электрического пробоя (рис. 7.2.10).  

В этом случае при изменении тока, протекающего через стабилитрон, от I_{ст. мин.} до I_{ст. макс.} напряжение на нем почти не изменяется. Если нагрузка R_н подклю­чена параллельно стабилитрону (рис. 7.2.11), напряжение на ней также будет оставаться постоянным в указанных пределах изменения тока, протекающего через стабилитрон.

Рис. 7.2.11. Схема простейшего стабилизатора напряжения

Рис. 7.2.12.   Вольтамперная характеристика стабистора

Стабилитроны и стабисторы изготовляются, как правило, из кремния.

Плоскостные диоды обладают большой емкостью (емкость плоско­го конденсатора пропорциональна площади его обкладок). С ростом частоты емкостное сопротивление уменьшается, что приводит к увели­чению его обратного тока. На высоких частотах вследствие наличия емкости в диоде величина его обратного тока может приблизиться к значению прямого тока, и диод, таким образом, утратит свое свойство односторонней электропроводности. Для сохранения этого свойства не­обходимо уменьшить емкость диода. Это достигается с помощью раз­личных технологических и конструктивных способов, направленных на уменьшение площади p-n -перехода.

В высокочастотных диодах применяются точечные и микросплавные р-n -переходы. Точечный р-n -переход получается в месте контакта заост­ренного конца металлической иглы с полупроводником. При этом исполь­зуют способ электроформования, состоящий в том, что через соединение проволоки и кристалла полупроводники пропускают импульсы элек­трического тока, формирующие в месте контакта р-n -переход. Микросплавными называются диоды, у которых р-n -переход получается при электроформовании контакта между пластиной полупроводника и метал­лической иглой с плоским торцом.