Параметры, характеристики выпрямительных диодов.

Типы полупроводниковых диодов.

Полупроводниковый диод – это полупроводниковый прибор с одним р–п переходом и двумя омическими контактами. Он чаще всего образуется между двумя полупроводниками р –и п –типа, иногда между полупроводником и металлом.

Одна из областей (низкоомная) является эмиттером, другая (высокоомная) –базой.

Параметры диодов.

Максимально допустимый ток, постоянное прямое напряжение, максимально допустимое обратное напряжение, максимально допустимый обратный ток, дифференциальное сопротивление.

По типу р–п перехода диоды делят на два класса: точечные и плоскостные.

По назначению и принципу работы диоды бывают следующих типов: выпрямительные, стабилитроны (стабилизаторы напряжения), вариканты, туннельные, и др.

Выпрямительные диоды

 

Условное обозначение туннельных диодов в схемах

 

В выпрямительных диодах используется свойство односторонней проводимости p-n перехода. Такие диоды применяются в качестве вентилей, которые пропускают переменный ток только в одном направлении. Принцип работы таких приборов будет рассмотрен в главе «Источники вторичного питания».

Схема замещения выпрямительного диода представлена на рисунке 12-9.

Рис. 12-9 Схема замещения выпрямительного диода

Включенное в схему сопротивление “r” определяет учет утечки электрического тока, электроемкость С учитывает диффузионную и барьерную электроемкость p-n перехода, i – управляемый источник электрического тока, который моделирует ВАХ p-n перехода.

СТАБИЛИТРОН.

Такой полупроводниковый прибор, который работает в режиме электрического пробоя p-n перехода. Условное графическое обозначение стабилитрона в схемах

Обратная ветвь ВАХ (рис. 12-7) имеет значительный излом, который характеризуется резким ростом электрического тока. При резком возрастании тока наблюдается соответствующее напряжение стабилизации, которое может охватить диапазон 4-÷180 В. Эффект стабилизации состоит в том, что резкое возрастание электрического тока вызывает незначительное изменение напряжения, которое практически незаметно.

ВАРИКАП.

Этот полупроводниковый прибор предназначен для работы в качестве конденсатора переменной емкости. Условное графическое обозначение варикапа в схемах

Работа варикапа в режиме конденсатора объясняется следующим образом. Если подать на варикап обратное напряжение, то барьерная электроемкость варикапа уменьшается при увеличении напряжения и наоборот. Варикапы используются для электрической настройки колебательных контуров.

Туннельные диоды.

 

Условное обозначение туннельных диодов в схемах

 

Эти диоды изготовляются на основе вырожденного полупроводника, т.е. из такого материала, содержание примесей в котором очень велико. Вследствие высокой концентрации примесей удельные сопротивления областей р–и n типа очень малы, а ширина р–n перехода составляет примерно 0,02 мкм, что в сто раз меньше, чем в других полупроводниковых диодах. Напряженность электрического поля в таких р–n переходах достигает огромной величины – до 10⁶ В/см.

 

 

Рис.12-9 Вольтамперная характеристика тунельного диода

 

На вольтамперной характеристике туннельного диода наблюдают следующие участки:

1. Рост электрического тока до максимального значения (точка «а»);
2. Снижение электрического тока до минимального значения (точка «В»);
3. Рост электрического тока от точки минимального значения (до уровня точка «а»).

Из рисунка 12-9 видно, что на участке «аВ» рост напряжения соответствует «отрицательному приращению» электрического тока. В этом случае говорят об «отрицательном» сопротивлении (-R) или «отрицательном значении дифференциальной проводимости ().

Благодаря своей своеобразной ВАХ, туннельные диоды используют в качестве быстродействующих переключающих устройств, для усиления и генерирования электрических сигналов.

Схема замещения туннельного диода на участке отрицательного сопротивления для малого сигнала представлена на рисунке 1-10.

Рис. 12-10. Схема замещения туннельного диода

В этой схеме С – общая электроемкость туннельного диода в точке «В»; -R – отрицательное сопротивление; r – сопротивление потерь; L – индуктивность выходов.

 

Диод Шотки.

Условное обозначение

Диод Шотки выполнен на основе контакта металл-полупроводник и при этом работа выхода электронов в металле больше работы выхода электронов в полупроводнике. При идеальном контакте металла и полупроводника происходит диффузия электронов из полупроводника и металл заряжается отрицательно, и при этом в приконтактной области полупроводника образуется слой, который обеднен основными носителями заряда и заряжен положительными ионами доноров. В результате возникает электрическое поле, напряженность которого направлена в сторону к металлу. Возникшее электрическое поле не дает возможности движению электронов в металл и возникает потенциальный барьер.

При прямом включения источника напряжения диода Шотки, потенциальный барьер снижается и электроны переходят в металл. При обратном включении – высота потенциального барьера повышается и этот барьер могут преодолеть только дырки, которые создают обратный ток. Концентрация дырок мала и обратный ток очень незначительный.

Таким образом в диоде Шотке создается также, как и в обычном p-n переходе, запирающий слой, который обладает выпрямляющими свойствами. Кроме того, этот слой является неинежктирующим (инжекция – впрыскивание) и имеет незначительную барьерную электроемкость. Также свойства позволяют создавать на основе диода Шотки полупроводниковые приборы с идеальными характеристиками.