§ 2. Полупроводниковые диоды

2.1. Принцип работы

П олупроводниковый диод представляет собой контактное соединение двух полупроводников с различными типами проводимости (рис. 5.4.4). На этом рисунке электроны обозначены знаком , а “дырки” – знаком .

Рис. 5.4.4. Структура полупроводникового диода

Если к полупроводниковому диоду подключить источник питания таким обра­зом, что положительный потенциал будет приложен к "р"- области, а отрицатель­ный потенциал – к "n"-области (рис. 5.4.5), то свободные электроны, отталкиваясь отрицательным по­тенциалом источника питания, будут перемещаться к границе соединения полупро­водниковых материалов ("р-n"- переходу). "Дырки", отталкиваясь положительным потенциалом источника питания, тоже будут перемещаются к "р-n"- переходу. Таким образом, подключение диода к источнику питания в прямом направлении увеличивает кон­центрацию как электронов, так и "дырок" в районе "р-n"- перехода, где и происхо­дит их рекомбинация. При этом появляется значительный ток через переход. В ука­занном случае сопротивление перехода минимально:

Рис. 5.4.5. Подключение диода к источнику питания в прямом направлении

Если изменить полярность подключения источника питания к полупроводниковому диоду, приложив положительный, потенциал к "n"- области, а отрицательный потенциал – к "р"- области, то свободные электроны будут перемещаться в направ­лении от "р-n"- перехода к положительному полюсу источника питания, а "дырки – к отрицательному (рис. 5.4.6). Таким образом, в районе "р-n"- перехода создается запорный барьер с минимальным количеством носителей электрических зарядов. В этом случае ток через переход будет минимальным, а сопротивление перехода максимально:

Рис. 5.4.6. Подключение диода к источнику питания в обратном направлении

2.2. Вольтамперная характеристика

В ольтамперная характеристика диода выражает зависимость тока, протекающего через диод, от величины и полярности приложенного к нему напряжения. Вольтамперная характеристика диода приведена на рис. 5.4.7.

U_пор

Рис. 5.4.7. Вольтамперная характеристика диода

В случае, если напряжение приложено в прямом направлении, через диод протекает значительный ток, величина которого зависит от приложенного напряжения. Однако, зависимость тока от приложенного напряжения нелинейна. Если приложенное напряжение меньше порогового напряжения U_пор (около 0,1 – 0,5 в), то ток через переход незначителен.

В случае, если напряжение приложено в обратном направлении, ток через диод, очень мал, особенно для кремниевых диодов (1 –10 мкА).

2.3. Параметры

К основным параметрам диодов относятся:

• постоянный прямой ток I_пр – ток через диод в проводящем направлении;

• постоянное прямое напряжение U_пр – постоянное напряжение на диоде при заданном прямом токе;

• постоянное обратное напряжение U _обр – постоянное напряжение, приложенное к диоду в обратном направлении;

• постоянный обратный ток I_обр – ток, протекающий через диод при подаче на него постоянного обратного напряжения определенной величины;

• средний выпрямленный ток I_выпр – среднее за период значение прямого тока;

• дифференциальное сопротивление R_диф – отношение приращения напряжения на диоде к малому приращению тока;

• диапазон рабочих частот Δf , на верхней границе которого выпрямленный ток становится ниже заданного уровня по сравнению со значением выпрямленного тока на частоте нижнего предела диапазона.