2.4.3. Різновиди діодів

2.4.3.1. Лавинний випрямний діод. Лавинний випрямний діод є спеціальним видом діода, який відновно пробивається при перевищенні встановленого значення зворотної напруги. Надмір напруги ним абсорбується, що робить лавинний діод елементом, здатним до послаблення невстановлених викидів напруги або як елемент, що оберігає від перенапруги. На протязі відносно короткого проміжку часу вони спроможні розсіювати імпульс прикладеної енергії в області лавинного пробою під час роботи на зворотній вітці вольт-амперної характеристики, тобто працювати як обмежувач напруги. Лавинні випрямні діоди з контрольованим пробоєм здатні працювати як відносно високовольтні стабілізатори напруги.

2.4.3.2. Діоди Шотткі. Діоди Шотткі побудовані на основі переходу метал-напівпровідник, в якому переносяться основні носії і немає характерного для традиційних p-n переходів накопичення неосновних носіїв. Завдяки цьому можуть працювати на надвисоких частотах для випрямлення, змішування частот, модуляції сигналів тощо.

На даний час промисловістю випускаються випрямні діоди на прямі струми до 1600 А, періодичні імпульсні напруги до 4000 В призначені для роботи в температурному діапазоні від -60 до +125 ⁰С в і до декількох кілогерц в частотній смузі.

2.4.3.3. Імпульсні діоди. Діоди з коротким часом вимикання (fast recovery або імпульсні діоди) призначені для перемикаючих пристроїв. Час перемикання становить від 1 до 500 нс.

2.4.3.4. Діоди з малим струмом витоку. Діод з малим струмом витоку є різновидом випрямного діода з можливо найменшим значенням струму в зворотному напрямку.

2.4.3.5. Стабілітрон (діод Зенера). Діод Зенера (стабілітрон, рис. 2.23) в прямому напрямку проявляє свої властивості як звичайний діод, але має точно встановлене значення максимальної напруги відновлювального пробою в зворотному напрямку. Ці діоди використовують для роботи в зворотному напрямку і використовується саме так звана напруга Зенера, або напруга, при якій зворотний струм діода раптово зростає. Тому послідовно з діодом Зенера потрібно увімкнути резистор або інший елемент, що обмежує струм. Добрий діод Зенера має точно визначене значення напруги пробою. Характеристика діода у зворотному напрямку повинна бути дуже крутою, майже паралельною осі ординат. Поза тим зміна напруги Зенера у функції температури повинна бути можливо найменшою. Найкращі температурні параметри мають діоди в межах напруги Зенера (5,6-6,2) В. Для значень нижчих від такої напруги температурний коефіцієнт напруги Зенера є від’ємним, для напруг вищих від цих значень - додатним. Часто для отримання стабілізаційних елементів з дуже низьким температурним коефіцієнтом напруги, з’єднуються діод з додатнім та від’ємним коефіцієнтом з метою їх взаємної компенсації. Інколи з’єднується звичайний кремнієвий діод, що виготовляється серійно, з діодом Зенера із великим значенням напруги стабілізації. Динамічний послідовний опір цих діодів, однак, спричиняє зменшення крутизни характеристика пробиття Зенера.

Існують також стабілізаційні діоди із значенням напруги стабілізації меншим від 2 В. Носять вони назву стабісторів. Це діоди, що працюють в прямому напрямку, але не є діодами Зенера.

2.4.3.6. Захисні діоди. Захисні діоди (зазвичай двоанодні) в принципі є діодами Зенера, котрі послаблюють короткотривалі імпульси перешкод у вигляді перенапруг. Їх використовують для захисту електричних елементів та пристроїв. Обмеження максимальної напруги є прецизійним і дуже швидким. Діоди витримують високі значення короткотривалих струмів, які виникають при обмеженні перенапруги.

2.4.3.7. Ємнісні діоди (варікапи). Ємнісні діоди (варікапи, рис. 2.23), в яких використовується явище зміни ємності p-n переходів під час включення в зворотному напрямку. Ця ємність властива для кожного із зворотно зміщених напівпровідникових діодів, але ємнісний діод є спеціально призначеним для цієї мети. Те, що їх відрізняє, це спосіб забезпечення концентрації домішок в напівпровіднику в межах p-n переходів, в зв’язку з чим є і відповідна концентрація носіїв струму. В принципі можна виокремити p-n переходи з лінійною і ступінчастою концентрацією носіїв струму. В практичному сенсі це відображається в різних значеннях чутливості змін ємності у функції прикладеної напруги. Ємнісні діоди заміняють обертові конденсатори в підстроювальних колах. Можуть також застосовуватись у помножувачах частоти, в перемикачах вузькосмугових систем а також у параметричних підсилювачах.

2.4.3.8. Діак (динистор). Діак (динистор, рис. 2.23) є різновидом тиристора без електрода керування. Коли подана на діак напруга перевищує граничне значення, він починає проводити струм до часу, коли його значення стане меншим від порогового значення струму. Він проводить в обидвох напрямках і застосовується для керування тиристорами.

2.4.3.9. Діоди сталого струму (генератори постійного струму). Діод сталого струму (генератор постійного струму) власне є польовим транзистором із затвором у вигляді p-n переходу FET, в якому витік та затвор з’єднані між собою.

2.4.3.10. Тунельні діоди. Тунельний діод має сильно леговані області p+ та n+ p-n переходу, завдяки чому на його вольт-амперній характеристиці (ВАХ) з`являється ділянка з від`ємним опором. Діод починає проводити струм вже при дуже малій напрузі приблизно 0,1 В в прямому напрямку. Зростання напруги спричиняє сильне зростання струму до точки перегину на ВАХ, після чого він починає зменшуватись, незважаючи на подальше зростання напруги. Коли напруга на діоді зростає до значення приблизно 0,3 В, настає поновний перегин ВАХ діода і його опір знову стає додатним. Тунельні діоди завдяки ділянці з від`ємним опором, використовуються як активні елементи генераторів електричних коливань. Від`ємний опір компенсує опір втрати резонансного контура, в результаті чого виникають розривні коливання.

2.4.3.11. PIN діоди. Діоди PIN використовуються як елементи зі змінним імпедансом в електричних колах на дуже високих частотах. Вони мають малий опір в прямому напрямку і малу ємність в зворотному напрямку. В результаті відзначаються низьким послабленням в провідному стані і високим послабленням в зворотному. Характерною для цього діоду є інерційність при перемиканні. Це означає, що діод не встигає за змінами вхідних сигналів. В принципі цей діод функціонує як високо частотний резистор. Інерційність, час встановлення зворотної напруги τ залежить від часу життя неосновних носіїв. Діоди PIN для діапазону мікрохвиль, можуть мати інерційність декілька наносекунд, але також існують діоди PIN, які можна застосовувати на частотах до кількох МГц з інерційністю τ декілька мілісекунд. Значення нижньої граничної частоти знаходиться за співвідношенням ½ π τ. На частотах нижчих від цієї граничної PIN діод функціонує як звичайний p-n перехід.

Опір PIN діода в прямому напрямку може змінюватись від 1 до 10000 Ом в залежності від значення струму. Застосовується в послаблювачах, керованих струмом. Діод PIN має вбудований внутрішній шар, який знаходиться між областями матеріалу типів p та n.

2.4.3.12. Зарядні діоди. Зарядний діод є діодом, подібним до PIN діода і має три шари. Відрізняється однак тим, що зміна опору відбувається раптово при мінімальній зміні заряду між областями матеріалу типів p та n. Це дає змогу сформувати імпульси струму з дуже стрімкими фронтами і дозволяє отримати багато гармонічних частот основної частоти. Типовим прикладом застосування є помножувач частот для діапазону високих частот.

2.4.3.13. Діоди Ганна. Діод Ганна (має назву від прізвища винахідника з фірми ІВМ) має основне застосування для побудови мікрохвильових генераторів. Його дія ґрунтується на появі в кристалі напівпровідника ділянок з від`ємним опором або, іншими словами, на зміні рухливості носія струму під дією сильного електричного поля (ефект Ганна). Цей ефект проявляється в напівпровідниках, які мають не менше, ніж два енергетичних мінімуми в зоні провідності. До них, передовсім, належать GaAs, InAs та інші. Цей елемент в принципі не є діодом, а подібність полягає в тому, що має два виводи. Не виникає тут випростувальний ефект. В мікрохвильових колах знаходить також застосування так званий ІМРАТТ діод як підсилювач отримуваного сигналу з генератора Ганна.

2 .4.3.14. Світлодіоди. Світлові діоди (LED, рис. 2.23) застосовуються з

Рис. 2.23 - Позначення різних типів діодів на схемах електричних принципіальних

використанням в області p-n переходу спеціального матеріалу, здатного до емісії фотонів.

2.4.3.15. Фотодіоди. Фотодіоди (рис. 2.23) у принципі також є видом діодів з великою поверхнею, де використовуються фотоелектричні властивості напівпровідників. Коли фотон буде поглинений в області p-n переходу, створюється пара - «дірка»-електрон. Напруга, що утворюється на p-n переході становить приблизно 0,5 В, натомість максимальне значення струму залежить від поверхні фотодіода, але типові значення містяться в межах від 1 до 2 А. Шляхом послідовного і паралельного з`єднання фотоприймачів можна будувати системи перетворення сонячної енергії в електричну практично з довільними характеристиками.