2. Полупроводниковые диоды: разновидности, их особенности функционировании, свойства, сравнительные характеристики, области применения.

Полупроводниковым диодом называют полупроводниковый прибор с одним p-n-переходом и двумя выводами, в котором используются свойства перехода. По функциональному назначению диоды делятся на: выпрямительные, импульсные, универсальные, стабилитроны, фотодиоды и светодиоды.

В ыпрямительные диоды -диоды, предназначенные для преобразования переменного тока в постоянный. Благодаря большой площади перехода прямой ток выпрямительных диодов составляет от единиц до тысяч ампер. Обычно к диоду прикладывается прямое напряжение не более 1 В, при этом плотность тока в полупровод­нике достигает 1-10 А/мм², что вызывает некоторое повышение температуры полупроводника. Для сохранения работоспособности германиевого диода его температура не должна превышать 85°С. Кремниевые диоды могут работать при температуре до 150°С. Если к диоду приложить прямое напряжение порядка несколько десятков вольт, то возникнет недопустимо большой прямой ток, это вызовет интенсивный нагрев полупро­водника и подводящих проводов, что вызовет разрушение диода.

При подаче на полупроводниковый диод обратного напря­жения в нем возникает незначительный ток, обусловлен­ный движением неосновных носителей заряда через р-n-переход. При повышении температуры p-n-перехода количество неоснов­ных носителей заряда увеличивается, поэтому обратный ток диода возрастает. В случае приложения к диоду большого обратного напряже­ния может произойти лавинный пробой р-n-перехода, обратный ток при этом резко увеличивается, что вызывает разогрев диода, дальнейший рост тока и, как следствие, тепловой пробой и разру­шение p-n-перехода. Большинство диодов может надежно рабо­тать при обратных напряжениях, не превышающих 0,7 - 0,8 про­бивного напряжения.

Основными параметрами выпрямительных диодов являются: прямое напряжение U_np, которое нормируется при определенном прямом токе I_пр; максимально допустимый прямой ток диода I_{пр max}; максимально допустимое обратное напряжение диода U_{обр max;} обратный ток диода I_обр, который нормируется при опре­деленном обратном напряжении U_обp.

С табилитрон - полупроводниковый ди­од, напряжение на котором в области электрического пробоя сла­бо зависит от тока и который служит для стабилизации напряже­ния.

В области пробоя напряжение на стабилитроне U_ст лишь незначительно изменяется при больших изменениях тока стабилизации I_ст. Такую характеристику стабилитрона используют для получения стабильного напряжения.

Основными параметрами стабилитрона являются: напряже­ние на участке стабилизации U_ст; динамическое сопротивление на участке стабилизации R_д=dU/dI_ст; минимальный ток стабилиза­ции I_{ст min}; максимальный ток стабилизации I_{ст max}

Напряжение стабилизации современных стабилитронов ле­жит в пределах 1 - 1000 В и зависит от толщины запирающего слоя p-n-перехода. Стабилитроны применяют в ста­билизаторах напряжения, например в автоматических потенцио­метрах, предназначенных для измерения постоянных напряжений и токов.

Ф отодиод - полупроводниковый диод, имеющий ВАХ, зависящую от освещенности фотодио­да, а также способный преобразовывать световую энергию в элек­трическую. ВАХ неосвещенного фото­диода такая же, как у выпрямительного диода. При воздействии на светодиод светового потока прямая ветвь ВАХ изменяется несущественно, а при об­ратном напряжении на фотодиоде ток через фотодиод зависит от светового потока. При отсутствии светового потока сопротивление диода ве­лико, а ток в цепи и напряжение на резисторе U_вых практически равны нулю. При воздействии на фотодиод светового потока об­ратное сопротивление фотодиода уменьшается, появляются ток и напряжение U_вых, зависящие от освещенности фотодиода.

Фотодиоды применяют в устройствах считывания чертежей и графиков, в пылемерах, для измерения уровней жидкостей и т.д.

Светодиод - полупроводниковый диод, преобразующий электрическую энергию в световую. Излучение возникает при протекании через светодиод прямого тока. Цвет излучения (крас­ный, оранжевый, зеленый) зависит от вида полупроводникового материала, а яркость - от значения прямого тока.

Светодиоды потребляют малую мощность, имеют большой срок службы и относительно дешевы. Они широко применяются в цифровых, буквенных и точечных индикаторах в вычислительной и измерительной технике.