Напівпровідникові діоди

Напівпровідниковим діодом називають напівпровідниковий прилад з одним електричним переходом і двома омічними контактами, до яких приєднуються два виходи.

p-n перехід

вихід вихід

Омічними контактами називається контакт металу з напівпровідником, який не володіє випрямляючими властивостями.

• позначення діода на принциповій схемі.

Електричний перехід утворюється між двома напівпровідниками з різним типом домішкової електропровідності.

Низкоомна область – емітер.

Високоомна область – база.

Діоди класифікуються

1. За основним напівпровідниковим матеріалом:

- кремнієві

- германієві

- арсенід-галієві

2. За фізичною природою процесу:

- тунельні діоди

- фотодіоди

- світлодіоди

і т.д.

3. За призначенням:

- випрямні

- імпульсні

- варікапи

- стабілітрони

4. За технологією виготовлення електричного переходу:

- сплавні

- дифузійні

5. За типом електричного переходу:

- точкові

- площинні

Точкові діоди

Мають дуже малу площу електричного переходу. Лінійні розміри площі менші за p-n перехід, завдяки цьому їх ємкість дуже мала і складає долі пФ. Застосовують їх для випрямляння струму високої частоти I в імпульсних схемах, все це при дуже малих струмах через невелику площу (струми 10-20 мА).

Площинні діоди

Мають плоский електричний перехід. Лінійні розміри його значно більші ширини p-n переходу (до декількох десятків кв.см). Через велику бар'єрну ємність p-n переходу ці діоди застосовуються на частотах до 10 кГц. Вони бувають:

- середньої потужності до 1А і до 600 В;

- великої потужності до 2000 А.

Випрямні діоди

У цих діодах основний параметр – використання односторонньої провідності p-n переходу. І його якість (p-n переходу) залежить від того, наскільки малий зворотний струм.

Вольт-амперні характеристики реальних діодів дуже нагадують

характеристики

p-n переходу.

Відмінності викликані родом напівпровідника, температурою p-n переходу.

Проста схема однонапівперіодного випрямляча:

Імпульсні діоди

Вони призначені для роботи в імпульсних схемах. У імпульсних режимах через проміжки часу, що дорівнюють одиницям мікросекунд (мкс), діоди перемикаються з прямого на зворотний. При цьому, кожен новий стан діода не може встановитися миттєво, тому важливого значення набувають так звані перехідні процеси.

Час t_вс (час встановлення) протягом якого зворотний струм змінюється від max до сталого називається часом встановлення зворотного опору (або струму) діода.

Це важливий параметр імпульсних діодів, зазвичай t_вс менше десятих доль мкс.

Тунельні діоди.

Тунельним діодом називається напівпровідниковий діод, змонтований на основі напівпровідника з великим вмістом домішок, в якому при зворотній і невеликій прямій напрузі виникає тунельний ефект, і вольт-амперна характеристика має ділянку з негативним диференціальним опором.

r_диф=dU/dI позначається:

Вольт – амперна

характеристика

Зворотний струм тунельного діода набагато більший, ніж у інших діодів, тому вони не володіють вентильною властивістю. Тунельний діод володіє підсилювальною властивістю і може працювати в схемах на ділянках а і в як активний елемент.

I₀

Е

U_вх

Величиною струму I_0, змінюючи опір R_1, ми потрапляємо на ділянку першого перегину вольт-амперної характеристики. Вихідна напруга при цьому дорівнюватиме:

U_вих=Е-I₀R₁.

Подаючи змінний сигнал на вхід підсилювача через резистор R₂, ми змінюємо струм через тунельний діод на величини:

I_0-1; I₀₊₁;

При збільшенні струму I_0+i ми потрапляємо на ділянку характеристики відповідної напруги U₃, яка має набагато більше значення падіння напруги. Таким чином, схема має підсилювальні властивості відповідні ключовому режиму.

Діоди Шоттки.

Потенційний бар'єр, отриманий на контакті метал, - напівпровідник називається бар'єром Шоттки, а діоди на його основі - діодами Шоттки.

Умовне позначення:

Утворений на межі між металом-напівпровідником шар, розташовується в напівпровіднику на межі з металом. Цей шар є таким, що замикає і володіє випрямляючою властивістю. У такому контакті можна забезпечити малу бар'єрну ємність, що дозволяє створити діоди і транзистори з ідеальними характеристиками для роботи в імпульсних схемах.