![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
5.9 Полупроводниковые диоды
В зависимости от внутренней структуры, типа, количества и уровня легирования внутренних элементов диода и вольт-амперной характеристики свойства полупроводниковых диодов бывают различными. В данном разделе будут рассмотрены следующие типы полупроводниковых диодов: выпрямительные диоды на основе pn-перехода, стабилитроны, варикапы, туннельные и обращенные диоды.
5.9.1 Выпрямительные диоды
Основу выпрямительного диода составляет pn-переход, ВАХ такого диода имеет ярко выраженную нелинейность. В прямом смещении ток диода инжекционный, большой по величине и представляет собой диффузионную компоненту тока основных носителей. При обратном смещении ток диода маленький по величине и представляет собой дрейфовую компоненту тока неосновных носителей. В состоянии равновесия суммарный ток, обусловленный диффузионными и дрейфовыми токами электронов и дырок, равен нулю.
Вентильные
свойства диода выражены тем ярче, чем
меньше обратный ток и прямое напряжение
(в идеальном случае они должны быть
равны нулю). Эти требования противоречат
друг другу. Уменьшение тока насыщения,
например, за счет увеличения концентрации
легирующей примеси в соответствии с
формулой ,
ведет, как следует из формулы
,
к возрастанию контактной разности
потенциалов и, следовательно, к увеличению
прямого напряжения, которое необходимо
подавать на диод для получения того же
значения прямого тока.
К
аналогичным выводам можно прийти,
анализируя влияние ширины запрещенной
зоны (собственной концентрации носителей)
на значения этих параметров (рис. 5.26).
|
Рис. 5.26 Качественное сравнение ВАХ германиевого и кремниевого диода (масштабы прямого и обратного токов различны) |
В Si диоде обратный ток определяется током генерации-рекомбинации в ОПЗ, а в Ge диоде – током экстракции (насыщения Is). На прямой ветви ВАХ при напряжении V* наблюдается резкий перегиб. Обычно значения V* составляют 0,6-0,7 В для диодов на основе Si и 0,3-0,4 В для Ge диодов. Эти значения близки к контактным разностям потенциалов этих материалов. При повышении температуры изменяются практически все электрофизические свойства полупроводников, поэтому изменяются и параметры полупроводниковых приборов, в частности, значение контактной разности потенциалов, уменьшается; ток насыщения, растет (рис. 5.28). Необходимо подчеркнуть, что изменение температуры диода может произойти не только вследствие изменения температуры окружающей среды, но и за счет саморазогрева pn-перехода при больших плотностях протекающего через него токов. Снижение влияния температуры добиваются путем введения специальных конструктивных элементов корпусов – радиаторов.
|
Рис. 5.28 ВАХ диодов при различных температурах: а – Ge диод; б – Si диод. |
5.9.2 Стабилитроны
Стабилитроном называется полупроводниковый диод, ВАХ которого имеет область резкой зависимости тока от напряжения на обратном участке вольт-амперной характеристики. ВАХ стабилитрона имеет вид, представленный на рисунке 5.29.
|
Рис. 5.28 ВАХ (а) и конструкция корпуса (б) стабилитрона |
При достижении напряжения на стабилитроне, называемого напряжением стабилизации Uстаб, ток через стабилитрон резко возрастает. Дифференциальное сопротивление Rдиф идеального стабилитрона на этом участке ВАХ стремится к 0, в реальных приборах величина Rдиф ≈ 2÷50 Ом. Основное назначение стабилитрона - стабилизация напряжения на нагрузке, при изменяющемся напряжении во внешней цепи.
Основными характеристиками стабилитрона являются ток Iст и напряжение Uст стабилизации, дифференциальное напряжение стабилитрона rст и температурная зависимость этих параметров.