Полупроводниковые диоды

Полупроводниковый диод (выпрямитель, электрический вентиль) – это полупроводниковый прибор, имеющий один p-n переход, два вывода и обладающий свойством односторонней проводимости.

Если к диоду не приложено напряжение, за счет процессов диффузии часть электронов из области n проходит через p-n переход и попадает в область p, а навстречу из области р в область n перемещается часть дырок (рисунок 37). В районе p-n перехода в области n дырки создают объемный положительный заряд, а электроны в области р создают объемный отрицательный заряд. Таким образом, образуется обедненный от основных носителей заряда (запирающий) слой, который препятствует дальнейшему переходу электронов из области n в область р и дырок из области р в область n. В результате собственное диффузное поле в диоде носит слабо преобладающий электронный характер и направлено из области n в область р.

Рисунок 37

Если к диоду приложить напряжение такой полярности, что «+» будет отнесен к области n, а «-» к области р, то диод окажется заперт и ток через р-n переход не потечет (рис. 38). Это объясняется тем, что происходит смещение дырок в области р к «своему» отрицательно заряженному электроду и аналогичное перемещение электронов в области n к «своему» положительно заряженному электроду. В результате этого количество носителей заряда в районе р-n перехода уменьшается и ширина обедненного (запирающего) слоя расширяется на величину обратного напряжения, прикладываемого к диоду. Соответственно увеличивается сопротивление р-n перехода. В этом случае p-n переход диода смещен в обратном направлении и ток через р-n переход не протекает.

Рисунок 38

Если электрод полупроводникового диода, прилегающий к области р, оказывается заряженным положительно, а электрод, прилегающий к области n, отрицательно, то в этом случае p-n переход диода оказывается смещенным в прямом направлении (рис. 39). Это связано с тем, что дырки из области р проникают (инжектируются) через р-n переход в область n, притягиваясь к противоположно заряженному электроду. То же самое происходит и с электронами, перемещающимися через p-n переход из области n в область p и притягивающимися к положительно заряженному электроду в р области. По этим причинам в районе р-n перехода существенно возрастает концентрация носителей зарядов разных знаков, он сужается на величину прямого напряжения, прикладываемого к диоду. Сопротивление р-n перехода резко понижается и диод начинает пропускать через
р-n переход прямой ток.

Рисунок 39

Все описанное выше относится к идеальному выпрямителю. У реальных выпрямителей в случае смещения р-n перехода в обратном направлении через него протекает маленький ток (исчисляется микроамперами), что обусловлено переходом неосновных носителей зарядов из областей диода с различным типом проводимости.

Зависимость тока полупроводникового диода от напряжения (вольт-амперная характеристика) при разных температурах выглядит следующим образом

Рисунок 40

Прямая ветвь ВАХ расположена в I координатной четверти и прямой ток I_пр исчисляется миллиамперами (mA), обратная ветвь ВАХ расположена в III квадранте и обратный ток I_обр исчисляется микроамперами (mА). При повышении температуры при одном и том же значении прямого напряжения u_пр наблюдается рост прямого тока I_пр, а также уменьшение значения обратного напряжения до u_обр.Т2, при котором наступает электротепловой пробой р-n перехода полупроводникового диода и выход его из строя.