пропускают ток в одном направлении, а в обратном имеют большое сопротивление.
Диоды бывают плоскостные и точечные.
Устройство точечных диодов
В точечном диоде используется пластинка германия или кремния с электропроводностью n- типа (рис.3.1), толщиной 0,1…0,6мм и площадью 0,5…1,5 мм2; с пластинкой соприкасается заостренная проволочка (игла) с нанесенной на нее примесью.
Около иглы образуется миниатюрный р-n- переход полусферической формы.
Для изготовления германиевых точечных диодов к пластинке германия приваривают проволочку из вольфрама, покрытого индием. Индий является для германия акцептором.(Захват электронов из валентной зоны или с донорной примеси)
Для изготовления кремниевых точечных диодов используется кремний n- типа и проволочка, покрытая алюминием.
Устройство плоскостных диодов
В плоскостных диодах р-n- переход образуется двумя полупроводниками с различными типами электропроводности, причем площадь перехода у различных типов диодов лежит в пределах от сотых долей квадратного миллиметра до нескольких десятков квадратных сантиметров (силовые диоды).
Плоскостные диоды изготовляются методами сплавления (вплавления) или диффузии (сплавным (а) и диффузионным методом (б))
В пластинку германия n- типа вплавляют при температуре около 500С каплю индия (рис. а) которая, сплавляясь с германием, образует слой германия р- типа. Область с электропроводностью р- типа имеет более высокую концентрацию примеси, нежели основная пластинка, и поэтому является эмиттером (электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям эмиттером).
К основной пластинке германия и к индию припаивают выводные проволочки, обычно из никеля. Если за исходный материал взят германий р- типа, то в него вплавляют сурьму и тогда получается эмиттерная область n- типа.
Диффузионный метод изготовления р-n- перехода основан на том, что атомы примеси диффундируют в основной полупроводник (рис. б).
Для создания р- слоя используют диффузию акцепторного элемента (бора или алюминия для кремния, индия для германия) через поверхность исходного материала.
P-N переход
P-N переход в состоянии покоя
В области N имеется избыток электронов, она несет в себе отрицательный заряд, а в области P заряд положительный. Вместе эти заряды образуют электрическое поле. Поскольку разноименные заряды имеют свойство притягиваться, электроны из зоны N проникают в положительно заряженную зону P, заполняя собой некоторые дырки. В результате такого движения внутри полупроводника возникает, хоть и очень маленький (единицы наноампер), но все-таки ток.
Физика — ы : Два типа фазовых переходов и третье начало термодинамики
... температуре близкой к начало термодинамики. Термодинамические свойства веществ на линии фазовых переходов. Два типа фазовых переходов и третье начало термодинамики. Термодинамические основы фазовых превращений в металлах. Фазовые переходы первого и второго рода в термодинамике. Реферат на тему второе и третьи ...
В результате такого движения возрастает плотность вещества на стороне P, но до определенного предела. Частицы обычно стремятся распространяться равномерно по всему объему вещества, (диффузия), поэтому, рано или поздно, электроны возвращаются обратно в зону N.
P-N переход в обратном направлении
К области N подключен положительный полюс источника питания, а к области P — отрицательный. В результате электроны из области N устремляются к положительному полюсу источника. В свою очередь положительные заряды (дырки) в области P притягиваются отрицательным полюсом источника питания. Поэтому в области P-N перехода, образуется «пустота», нет носителей заряда.
Обратный ток полупроводникового диода
В закрытом состоянии через диод проходит незначительный ток, называемый обратным. Этот обратный ток и создается неосновными носителями. такое движение происходит при обратном напряжении. Обратный ток, как правило, невелик, что обусловлено незначительным количеством неосновных носителей.
С повышением температуры кристалла количество неосновных носителей увеличивается, что приводит к возрастанию обратного тока, что может привести к разрушению P-N перехода.
Обратный ток I 0 формирует обратную ветвь ВАХ р-п перехода. В общем случае I 0 состоит из четырех составляющих: теплового тока, тока термогенерации, тока утечки и канального тока.
Тепловой ток (I
Поскольку тепловой ток обусловлен процессами термогенерации носителей заряда, то он довольно сильно возрастает при увеличении температуры. Обычно тепловой ток возрастает в 2 раза при увеличении температуры на каждые 10°С. Чем больше запрещенная зона, тем меньше вероятность термогенерации при заданной температуре и, следовательно, меньше тепловой ток. Относительно теплового тока остается заметить, что он является основной составляющей обратного тока у германиевых р-п переходов.
ток термогенерации (
В германиевых р-п переходах ток термогенерации пренебрежимо мал в сравнении с тепловым, а для переходов из кремния и арсенида галлия может стать заметной частью I 0 при высоких температурах.
ток утечки
канальный ток
Хотя на его величину и влияют многие факторы, все же можно считать, что он возрастает при уменьшении ширины запрещенной зоны полупроводника, из которого выполнен р-п переход. Так, обратный ток в германиевых р-п переходах обычно на три — четыре порядка выше, чем в кремниевых.
Обратный ток в диоде, обозначаемый I обр , определяется как сумма токов:
I обр =I0 +Iтг +Iу
Допустимое обратное напряжение германиевых диодов достигает ? 100…400Вольт, а кремниевых диодов ? 1000…1500В.
Генератор переменного тока
... генераторов переменного тока были Ю. А. Купеев (НИИ Автоприборов) и В. И. Василевский (КЗАТЭ г. Самара). 1. Актуальность курсовой работы Актуальность данной курсовой работы ... ток при обратном напряжении. Следует обратить внимание на то, что под термином "выпрямительный диод" ... моей работы является показать по макету работу генератора переменного тока, а также устройство (генератор автомобиля марки ...
P-N переход в прямом направлении
Заряженные частицы с разной полярностью собираются около P-N перехода, между ними возникает электрическое поле. Поэтому электроны преодолевают P-N переход и продолжают движение через зону P. При этом часть из них рекомбинирует с дырками, но большая часть устремляется к плюсу батарейки. => Диод работает.
Этот ток называется прямым током. Он ограничивается техническими данными диода. Если это значение будет превышено, то возникает опасность выхода диода из строя.
Вольт-амперная характеристика диода
ВАХ диода
Из (1.10) следует, что при прямом смещении (U > 0) ток через р-п переход возрастает, а при обратном смещении (U < 0) становится малым, приближаясь к значениюI 0 .
Теоретические ВАХ n-p-перехода и полупроводникового диода показаны на рис.1.2 (кривая 1-ВАХ перехода, кривая 2 — ВАХ диода).
Эти характеристики несколько отличаются. В области прямых токов это объясняется тем, что часть внешнего напряжения, приложенного к выводам диода, падает на объемном омическом сопротивлении базы rб , которое определяется ее геометрическими размерами и удельным сопротивлением исходного материала. Его величина может лежать в пределах от единиц до нескольких десятков Ом. Падение напряжения на сопротивлении r б становится существенным при токах, превышающих единицы миллиампер. Кроме того, часть напряжения падает на сопротивлении выводов.
Формулу для определения r прямой ветви:
При I ›› I 0 получим окончательно:
r Д = ц Т / I.
Реальная ВАХ в области прямых напряжений описывается выражением:
I = I 0 (exp U / ц Т — 1)
где I 0 — обратный ток. цТ=25-26мВ тепловой потенциал. мВ — мили вольт
С учётом сопротивления:
I = I 0 ехр[(U — Ir б )/ц т ].
Прямая ветвь ВАХ при увеличении температуры сдвигается влево и становится более крутой. Это объясняется ростом I обр и уменьшением r б , что, в свою очередь, уменьшает падение напряжения на базе, а напряжение непосредственно на переходе растет при неизменном напряжении на внешних выводах.
Для оценки температурной нестабильности прямой ветви вводится температурный коэффициент напряжения (ТКН) г T =?U/?T , показывающий, как изменится прямое напряжение на диоде с изменением температуры на 1°С при фиксированном прямом токе. В диапазоне температур от -60 до +60 °С г T ? -2,3 мВ/°С.
Для сохранения работоспособности германиевого диода его температура не должна превышать +85С. Кремниевые диоды могут работать при температуре до +150С.
Падение напряжения при пропускании прямого тока у германиевых диодов составляет Uпр = 0,3…0,6В, у кремниевых диодов ? Uпр = 0,8…1,2В.
Реферат регулятора напряжения
... Поэтому диод VD3 носит название гасящего. Сопротивление R7 является сопротивлением жесткой обратной связи. Рис.2. Изменение силы тока в обмотке возбуждения JB по времени t при работе регулятора напряжения: tвкл, ... открывается. При этом обмотка возбуждения генератора оказывается подключена к цепи питания через переход эмиттер - коллектор VT3. Соединение транзисторов VT2 и VT3, при котором их ...
р-n
Обычно выделяют две основные емкости р-п перехода: диффузионную и барьерную.
Изменение прямого напряжения на р-п переходе приводит к изменению концентрации неравновесных неосновных носителей в базе, т. е. к изменению заряда в ней Q з . Изменение заряда, вызванное изменением напряжения, можно рассматривать как действие некоторой емкости. Эта емкость называется диффузионной, поскольку неосновные носители заряда попали в базу за счет диффузии из эмиттера.
На практике обычно используется дифференциальная диффузионная емкость С д
С д = d Q з / dU = I ф / ц т
Диффузионная емкость будет тем больше, чем больше ток через р-п переход и чем больше время жизни неосновных носителей в базе ф. Емкость С д во многом определяет быстродействие элементов полупроводниковой электроники.
При обратном смещении инерционность р-п перехода характеризуется емкостью, которая называется барьерной (или зарядной).
Барьерная емкость Q определяется изменением пространственного заряда в i -области под действием приложенного напряжения.
Ширина р-п перехода зависит от U . При изменении l меняется и число нескомпенсированных ионов в i -области, т. е. меняется ее заряд.
Величину барьерной емкости можно рассчитать по формуле:
Выпрямительные диоды
Выпрямление диодом переменного напряжения
Параллельное соединение диодов применяют в том случае, когда нужно получить прямой ток, больший предельного тока одного диода.
Для выравнивания токов используют диоды с малым различием прямых ветвей ВАХ (производят их подбор) или последовательно с диодами включают уравнительные резисторы с сопротивлением в единицы Ом. Иногда включают дополнительные резисторы (рис. 3.4, в) с сопротивлением, в несколько раз большим, чем прямое сопротивление диодов, для того чтобы ток в каждом диоде определялся главным образом сопротивлением Rд, т.е. Rд rпр вд. Величина Rд составляет сотни Ом.
Последовательное соединение диодов применяют для увеличения суммарного допустимого обратного напряжения.
Для того, чтобы обратное напряжение распределялось равномерно между диодами независимо от их обратных сопротивлений, применяют шунтирование диодов резисторами. Сопротивления Rш резисторов должны быть одинаковы и значительно меньше наименьшего из обратных сопротивлений диодов Rш rобр вд, чтобы ток, протекающий через резистор Rш, был на порядок больше обратного тока диодов.
Варикапы.
Полупроводниковым материалом для изготовления варикапов является кремний. Основные параметры варикапов:
- номинальная емкость Св — емкость при заданном обратном напряжении (Св = 10…500 пФ (пикофарады));
коэффициент перекрытия по емкости
;
- (Кс = 5…20) — отношение емкостей варикапа при двух заданных значениях обратных напряжений.
Варикапы широко применяются в различных схемах для автоматической подстройки частоты, в параметрических усилителях.
Вольт-фарадная характеристика варикапа
Маломощные и мощные диоды
... напряжение меньше напряжения пробоя для имеющегося сопротивления. Такой рисунок тоже должен содержать любой тематический реферат. Данный принцип действия характерен почти для всех полупроводниковых диодов, ... работы базируется на изменении свойств емкости электронно-дырочного перехода. Емкость может меняться в зависимости от обратного прикладываемого напряжения; туннельный. Здесь усиление туннельного ...
Импульсные
От выпрямительных диодов они отличаются малыми ёмкостями p-n-перехода (доли пикофарад).
Уменьшение ёмкости достигается за счёт уменьшения площади p-n-перехода.
Основные параметры импульсных диодов:
Общая ёмкость диода С
Максимальное импульсное прямое напряжение U пр max.
Максимально допустимый импульсный ток I пр max.
Время установления прямого напряжения диода t уст — интервал времени от момента подачи импульса на диод до достижения заданного значения прямого напряжения на нём.
Время восстановления обратного сопротивления диода t вос
полупроводниковый диод ток выпрямительный
Высокочастотные, Туннельные
Туннельный диод изготовляется из германия или арсенида галлия с очень большой концентрацией примесей, т.е. с очень малым удельным сопротивлением. Такие полупроводники с малым сопротивлением называют вырожденными. Это позволяет получить очень узкий р-n- переход. В таких переходах возникают условия для относительно свободного туннельного прохождения электронов через потенциальный барьер (туннельный эффект).
Туннельный эффект приводит к появлению на прямой ветви ВАХ диода участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением.
Туннельные диоды используются для генерации и усиления электромагнитных колебаний
Вольт-амперная характеристика туннельного диода
Стабилитроны.
Вольт-амперная характеристика стабилитрона и его условное графическое обозначение
Стабилитроны используют для стабилизации напряжений источников питания, а также для фиксации уровней напряжений в различных схемах.
Стабилизация тем лучше, чем круче идет обратная ветвь ВАХ и, соответственно, чем меньше дифференциальное сопротивление стабилитрона
Стабилизирующие свойства параметрического стабилизатора на стабилитроне характеризуется коэффициентом стабилизации:
Чтобы не произошёл необратимый тепловой пробой стабилитрона, его ток I ст ограничивают с помощью ограничительного резистора R огр :
Стабилитроны допускают последовательное включение, при этом результирующее стабилизирующее напряжение равно сумме напряжений стабилитронов:
Uст = Uст1 + Uст2 +…
Параллельное соединение стабилитронов недопустимо, т.к. из-за разброса характеристик и параметров из всех параллельно соединенных стабилитронов ток будет возникать только в одном, имеющем наименьшее стабилизирующее напряжение Uст, что вызовет перегрев стабилитрона.
